專利名稱：由實(shí)心線性型材形成的結(jié)構(gòu)件的制作方法
由實(shí)心線性型材形成的結(jié)構(gòu)件
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2010年6月11日提交的臨時(shí)申請(qǐng)序列No. 61/353，885的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
發(fā)明背景
通常借助于將一個(gè)或多個(gè)纖維增強(qiáng)帶拉擠通過模具使所述帶成型為所需構(gòu)造來形成實(shí)心型材。所述帶可以包括包埋在聚合物基體內(nèi)的沿單一方向排列的連續(xù)纖維。因?yàn)樗鲂筒木哂醒貦C(jī)器方向(縱向)取向的連續(xù)纖維，它們通常沿機(jī)器方向表現(xiàn)出良好的拉伸強(qiáng)度。然而，遺憾的是，可獲得的最大程度的拉伸強(qiáng)度由于在加工非常高強(qiáng)度的材料中的困難而受到限制。如此，目前對(duì)表現(xiàn)出優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度、卻可以按相對(duì)有效且簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行制造的實(shí)心型材存在需要。
發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，公開了一種包含實(shí)心線性型材的結(jié)構(gòu)件。所述實(shí)心線性型材含有由多個(gè)帶(ribbons)的合并層合體形成的第一組成部分(component),其中所述層合體的每個(gè)帶包含基本沿縱向取向的多個(gè)連續(xù)纖維、和含有一種或多種熱塑性聚合物且在其中埋入所述連續(xù)纖維的樹脂基體。所述連續(xù)纖維占所述帶的約40wt. %-約 90wt. %,所述熱塑性聚合物占所述帶的約IOwt. %-約60wt. % ο撓曲模量為約10千兆帕或更大。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，公開了一種形成實(shí)心線性型材的方法，該方法包括提供多個(gè)單獨(dú)帶。每個(gè)帶包含基本沿縱向取向的多個(gè)連續(xù)纖維、和含有一種或多種熱塑性聚合物且在其中埋入所述連續(xù)纖維的樹脂基體，所述連續(xù)纖維占所述帶的約40wt. %-約 90wt. %，所述熱塑性聚合物占所述帶的約IOwt. %-約60wt. % ο將所述帶加熱到處于或高于所述樹脂基體軟化溫度的溫度。將所述加熱的帶牽拉通過第一模具以使所述帶合并在一起并且形成層合體以及牽拉通過第二模具以使所述層合體成型。將成型的層合體冷卻以形成實(shí)心型材。
下面更為詳細(xì)地給出本發(fā)明的其它特征和方面。
附圖簡(jiǎn)要描述
包括參照附圖，在本說明書的其余部分中更具體地給出本發(fā)明的全部和實(shí)施內(nèi)容，包括對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言其最佳的模式，其中
圖I是用于本發(fā)明的浸潰系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的不意性描述；
圖2A是圖I中所示的浸潰模具的截面圖2B是可用于本發(fā)明的浸潰模具的歧管組件和澆道的一個(gè)實(shí)施方案的分解圖2C是可用于本發(fā)明的至少部分限定出浸潰區(qū)的板片(plate)的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖3是可用于本發(fā)明的拉擠系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意性描述；
圖4是可用于圖3系統(tǒng)的拉擠模具的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖5是本發(fā)明實(shí)心型材的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖；CN 102947079 A書明說2/11 頁
圖6是本發(fā)明實(shí)心型材的另一個(gè)實(shí)施方案的截面圖；以及
圖7是本發(fā)明實(shí)心型材的又一個(gè)實(shí)施方案的截面圖。
本說明書和附圖中重復(fù)使用的參考標(biāo)記意欲表示本發(fā)明的相同或類似的特征或要素。
代表性實(shí)施方案的詳述
定義
如本文所使用的，術(shù)語“型材”通常是指拉擠部件。型材可以具有多種截面形狀， 例如方形、矩形、圓形、橢圓形、三角形、I形、C形、U形、J形、L形等。
如本文所使用的，術(shù)語“線性”通常是指沿型材整個(gè)長(zhǎng)度基本相同的截面形狀。
如本文所使用的，術(shù)語“連續(xù)纖維”通常是指具有大于約8毫米，在一些實(shí)施方案中，約15毫米或更大，在一些實(shí)施方案中，約20毫米或更大的長(zhǎng)度的纖維、細(xì)絲、紗線或粗紗(例如纖維束)?！?br> 如本文所使用的，術(shù)語“不連續(xù)纖維”通常是指不連續(xù)的纖維、細(xì)絲、紗線或粗紗。 這類纖維典型地具有約8毫米或更小的長(zhǎng)度。例如，不連續(xù)纖維可以包括短纖維或長(zhǎng)纖維。 “長(zhǎng)纖維”典型地是具有約O. 5-約8毫米，在一些實(shí)施方案中，約O. 8-約6毫米，和在一些實(shí)施方案中，約I-約5毫米的長(zhǎng)度的那些纖維?！岸汤w維”典型地是具有約O. 5毫米或更小，在一些實(shí)施方案中，約O. 01-約O. 4毫米，和在一些實(shí)施方案中，約O. 05-約O. 3毫米的長(zhǎng)度的那些纖維。
詳述
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，目前的論述僅僅是示例性實(shí)施方案的描述，并且不意欲限制本發(fā)明的更寬泛方面。
—般而言,本發(fā)明涉及用于多種應(yīng)用，例如窗戶、門、外墻掛板、鋪板(decking)、地板等的結(jié)構(gòu)件。該結(jié)構(gòu)件含有由多個(gè)合并的帶形成的實(shí)心線性型材，每個(gè)合并的帶包括埋入熱塑性聚合物基體內(nèi)的沿單一方向排列的連續(xù)纖維。在拉擠期間將所述連續(xù)纖維帶層合在一起以形成具有非常高的拉伸強(qiáng)度性能的整體實(shí)心型材。與常規(guī)思維相反，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對(duì)拉擠工藝某些方面上的仔細(xì)控制可允許在沒有不利地影響拉擠設(shè)備的情況下易于使這樣的高強(qiáng)度型材成形?，F(xiàn)將更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案。
本發(fā)明中所用的連續(xù)纖維可以由本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)材料，例如金屬纖維；玻璃纖維(如E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、SI-玻璃、S2-玻璃)， 碳纖維(如石墨)，硼纖維，陶瓷纖維(如氧化鋁或二氧化硅)，芳族聚酰胺(aramid)纖維(如 E. I. duPont de Nemours, Wilmington, DE銷售的K.ev丨ar )，合成有機(jī)纖維(如聚酰胺、聚乙烯、聚對(duì)苯撐(paraphenyIene)、對(duì)苯二甲酰胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚),和已知用于增強(qiáng)熱塑性組合物的各種其它天然或合成的無機(jī)或有機(jī)纖維性材料。玻璃纖維和碳纖維對(duì)用于連續(xù)纖維是特別期望的。這類纖維通常具有約4-約35微米，在一些實(shí)施方案中，約9-約35微米的標(biāo)稱直徑。所述纖維可以是絞合的或直的。如果需要，所述纖維可以是含有單一纖維類型或不同類型纖維的粗紗(例如纖維束)形式。可以在單根粗紗中含有不同的纖維，或者可替代地，每根粗紗可以含有不同的纖維類型。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中， 某些粗紗可以含有連續(xù)的碳纖維，而其它粗紗可以含有玻璃纖維。每根粗紗中含有的纖維數(shù)量可以不變或者在粗紗與粗紗之間存在變動(dòng)。典型地，粗紗可以含有約1，000纖維-約550, 000單根纖維，在一些實(shí)施方案中，約2，000-約40，000纖維。
可以使用任何各種熱塑性聚合物形成其中埋入連續(xù)纖維的熱塑性基體。用于本發(fā)明的合適的熱塑性聚合物可以包括例如聚烯烴(如聚丙烯、丙烯_乙烯共聚物等)，聚酯 (如聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(“PBT”))，聚碳酸酯，聚酰胺(如Nylon )，聚醚酮(如聚醚醚酮 (“PEEK”))，聚醚酰亞胺，聚亞芳基酮(如聚亞苯基二酮(“PPDK”))，液晶聚合物，聚芳硫醚 (如聚苯硫醚(“PPS”))，含氟聚合物(如聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物、全氟烷氧基燒烴聚合物、四氟乙烯(petrafluoroethylene)聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物等),聚縮醛，聚氨酯，聚碳酸酯，苯乙烯類聚合物(如丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”))，等等。聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(“PBT”)是特別合適的熱塑性聚合物。
通常使用擠出裝置形成本發(fā)明的連續(xù)纖維帶，在該擠出裝置中用熱塑性基體包埋連續(xù)纖維。尤其地，擠出裝置促進(jìn)將熱塑性聚合物施涂到纖維整個(gè)表面的能力。所得帶還具有非常低的空隙率，這有助于提高所述帶的強(qiáng)度。例如，所述空隙率可以為約3%或更小， 在一些實(shí)施方案中，約2%或更小，在一些實(shí)施方案中，約1%或更小?？障堵士梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。例如，空隙率可以使用“樹脂燒除(resin burn off) ”試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，在該試驗(yàn)中將樣品置于烘箱中(例如在600°C下3小時(shí))以燒掉樹脂。然后可以測(cè)量剩余纖維的質(zhì)量以計(jì)算重量分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)。可以按照ASTM D 2584-08進(jìn)行這種 “燒除”測(cè)試以確定纖維和熱塑性基體的重量，然后可以使用它們按以下方程式計(jì)算“空隙率
Vf = 100*(p t-p c)/p t
其中，
Vf是以百分?jǐn)?shù)計(jì)的空隙率；
P。是使用已知技術(shù)例如用液體或氣體比重計(jì)(如氦氣比重計(jì))測(cè)得的復(fù)合物密度；
P t是使用下面方程式測(cè)定的復(fù)合物的理論密度
pt=l/[fff/pf+ffm/pm]
P m是熱塑性基體的密度(例如在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶度下);
Pf是纖維的密度；
Wf是纖維的重量分?jǐn)?shù)；和
Wni是熱塑性基體的分?jǐn)?shù)。
或者，空隙率可以按照ASTM D 3171-09通過將樹脂化學(xué)溶解來進(jìn)行測(cè)定?！盁?方法和“溶解”方法特別適用于玻璃纖維，玻璃纖維通常耐受熔化和化學(xué)溶解。然而，在其它情形中，可以按照ASTMD 2734-09 (方法A)基于熱塑性聚合物、纖維和帶的密度間接計(jì)算空隙率，其中ASTM D 792-08方法A可以測(cè)定所述密度。當(dāng)然，還可以使用常規(guī)顯微鏡法設(shè)備估計(jì)空隙率。
參照

圖1，例如，顯示了擠出裝置的一個(gè)實(shí)施方案，其可以用于用熱塑性聚合物浸潰纖維。更具體地，該設(shè)備包括擠出機(jī)120,該擠出機(jī)含有安裝在機(jī)筒122內(nèi)的螺桿軸124。 將加熱器130 (例如電阻加熱器)安裝在機(jī)筒122的外部。在使用期間，通過料斗126將熱塑性聚合物原料127供給到擠出機(jī)120。將熱塑性原料127通過螺桿軸124輸送到機(jī)筒122 內(nèi)部并通過機(jī)筒122內(nèi)部的摩擦力以及通過加熱器130進(jìn)行加熱。一旦受到加熱，原料127通過機(jī)筒法蘭128離開機(jī)筒122并進(jìn)入浸潰模具150的模具法蘭132中。
將連續(xù)纖維粗紗142或多個(gè)連續(xù)纖維粗紗142從一個(gè)或多個(gè)卷軸144供給到模具 150。在浸潰之前，通常使粗紗142保持分開一定距離，例如至少約4毫米，在一些實(shí)施方案中，至少約5毫米。原料127可以在模具內(nèi)部通過安裝在模具150中或在模具150周圍的加熱器133進(jìn)一步加熱。通常在足以使熱塑性聚合物發(fā)生熔化和浸潰的溫度下操作所述模具。典型地，所述模具的操作溫度高于熱塑性聚合物的熔化溫度，例如在約200°C -約450°C 的溫度。當(dāng)以這種方式加工時(shí)，連續(xù)纖維粗紗142變得埋入聚合物基體中，所述聚合物基體可以是由原料127加工的樹脂214 (圖2A)。然后將該混合物從浸潰模具150擠出以產(chǎn)生擠出物152。
壓力傳感器137 (圖2A)感測(cè)浸潰模具150附近的壓力以允許通過控制螺桿軸124 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，或進(jìn)料器的進(jìn)料速率(federate)對(duì)擠出速度施加控制。換言之，將壓力傳感器137定位在浸潰模具150附近使得可操作擠出機(jī)120以輸送正確量的樹脂214用以與纖維粗紗142的相互作用。在離開浸潰模具150后，擠出物152，或浸潰的纖維粗紗142，在進(jìn)入兩個(gè)相鄰輥190之間形成的輥隙前，可以進(jìn)入任選的預(yù)成型 段或?qū)蚨?未示出)。雖然為任選，但是輥190可有助于使擠出物152合并成帶(或條)的形式，以及增強(qiáng)纖維浸潰并且壓擠出任何多余的空隙。除輥190外，還可以使用其它成型裝置，例如模具系統(tǒng)。通過安裝在輥上的滾道162和164牽拉所得的合并的帶156。滾道162和164還將擠出物152從浸潰模具150且經(jīng)過輥190牽拉出。如果需要，合并的帶156可以在工段171進(jìn)行卷取。一般而言，所述帶相對(duì)薄且典型地具有約O. 05-約I毫米，在一些實(shí)施方案中，約O. I-約O. 8 毫米，和在一些實(shí)施方案中，約O. 2-約O. 4毫米的厚度。
在浸潰模具內(nèi)，通常期望粗紗142橫向穿過浸潰區(qū)250以用聚合物樹脂214浸潰所述粗紗。在浸潰區(qū)250中，可以通過浸潰區(qū)250中產(chǎn)生的剪切力和壓力，迫使聚合物樹脂通常橫向穿過粗紗，這顯著提高浸潰程度。這在由高纖維含量，例如約35%重量分?jǐn)?shù)(“Wf”) 或更大，和在一些實(shí)施方案中，約40%Wf或更大的帶形成復(fù)合物時(shí)特別有用。典型地，模具 150可包括多個(gè)接觸表面252，例如至少2、至少3、4-7、2-20、2-30、2-40、2-50或更多個(gè)接觸表面252從而在粗紗142上產(chǎn)生足夠程度的滲透和壓力。雖然接觸表面252的具體形狀可以改變，但是它們典型地具有曲線表面，例如曲形葉(curved lobe)、棒等。接觸表面252 還典型地由金屬材料制成。
圖2A顯示了浸潰模具150的截面圖。如所示，浸潰模具150包括歧管組件220、燒道270和浸潰區(qū)250。提供的歧管組件220用于使聚合物樹脂214從中流動(dòng)通過。例如，歧管組件220可以包括一個(gè)通槽222或多個(gè)通槽222。提供給浸潰模具150的樹脂214可以流經(jīng)通槽222。
如圖2B中所示，通槽222的一些部分可以呈曲線，在示例性實(shí)施方案中，通槽222 具有沿中心軸224的對(duì)稱取向。此外，在一些實(shí)施方案中，所述通槽可以是多個(gè)分岔澆口 222，其可以包括第一分岔澆口組232、第二組234、第三組236和如果需要時(shí)的更多分岔澆口組。每個(gè)組可以包括從前一組的澆口 222開始，或從初始通槽222開始分岔的2、3、4或更多個(gè)的澆口 222。
分岔澆口 222和其對(duì)稱取向通常均勻地分配樹脂214，從而使離開歧管組件220并涂覆粗紗142的樹脂214的流量(flow)基本上均勻地分布在粗紗142上。這理想地允許CN 102947079 A書明說5/11 頁獲得粗紗142的通常均勻浸潰。
此外，在一些實(shí)施方案中歧管組件220可以限定出出口區(qū)242，該出口區(qū)通常包括樹脂214從中離開的通槽或澆口 222的至少下游部分。在一些實(shí)施方案中，設(shè)置在出口區(qū) 242中的通槽或澆口 222的至少一部分沿樹脂214的流向244具有提高的面積。逐漸提高的面積允許在樹脂214流經(jīng)歧管組件220時(shí)樹脂214的擴(kuò)散和進(jìn)一步分布，其還允許樹脂 214在粗紗142上基本上均勻地分布。
如圖2A和2B的進(jìn)一步描述，樹脂214在流經(jīng)歧管組件220后，可以流經(jīng)澆道270。 澆道270設(shè)置在歧管組件220和浸潰區(qū)250之間，并且提供來自歧管組件220的樹脂214 的流動(dòng)使得樹脂214涂覆粗紗142。因此，如所示，離開歧管組件220，例如通過出口區(qū)242 的樹脂214，可以進(jìn)入澆道270并從中流動(dòng)通過。
在樹脂214離開如圖2A中所示模具150的歧管組件220和澆道270時(shí)，使其與橫向穿過模具150的粗紗142接觸。如上文所論述，樹脂214可以基本上均勻地涂覆粗紗 142，這是因?yàn)闃渲?14在歧管組件220和澆道270中的分布。此外，在一些實(shí)施方案中，樹脂214可以撞擊在每根粗紗142的上表面，或每根粗紗142的下表面，或者每根粗紗142的上表面和下表面。對(duì)粗紗142的初始撞擊提供了用樹脂214對(duì)粗紗14 2的進(jìn)一步浸潰。
如圖2A中所示，涂覆的粗紗142沿行進(jìn)方向282橫向穿過浸潰區(qū)250，將該浸潰區(qū)配置成用樹脂214浸潰粗紗142。例如，如圖2A和2C中所示，在浸潰區(qū)中粗紗142橫過接觸表面252。粗紗142在接觸表面252上的撞擊產(chǎn)生足以用樹脂214浸潰粗紗142的剪切力和壓力從而涂覆粗紗142。
在一些實(shí)施方案中，如圖2A中所示，浸潰區(qū)250限定在兩個(gè)間隔開的對(duì)向的板256 和258之間。第一板256限定出第一內(nèi)表面257，而第二板258限定出第二內(nèi)表面259。接觸表面252可以限定在如下上或者從如下延伸第一和第二內(nèi)表面257和259兩者，或者第一和第二內(nèi)表面257和259中僅一個(gè)。圖2C描述了根據(jù)這些實(shí)施方案的第二板258和上面形成浸潰區(qū)250的至少一部分的多個(gè)接觸表面。在示例性的實(shí)施方案中，如圖2A中所示，接觸表面252可以交替地限定在第一和第二表面257和259的上面使得粗紗交替地撞擊在第一和第二表面257和259上的接觸表面252上。因此，粗紗142可以按波形、曲折形 (tortuous)或正弦曲線形(sinusoidual)的路徑通過接觸表面252,這增加了剪切力。
粗紗142橫過接觸表面252所成的角度254通?？梢宰銐蚋咭栽黾蛹羟辛?，但是不可以高至造成可破壞纖維的過度的力。因此，例如，角度254可以為約1° -約30°，在一些實(shí)施方案中，約5° -約25°。
在備選實(shí)施方案中，浸潰區(qū)250可以包括多個(gè)銷(pin)(未示出)，每個(gè)銷具有接觸表面252。所述銷可以是固定的(static)、自由旋轉(zhuǎn)的或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的。在其它備選實(shí)施方案中，接觸表面252和浸潰區(qū)250可以根據(jù)需要或要求包含任何合適的用于用樹脂214浸潰粗紗142的形狀和/或結(jié)構(gòu)。
為了進(jìn)一步促進(jìn)粗紗142的浸潰，還可以使它們?cè)诖嬖谟诮⒛＞邇?nèi)的同時(shí)保持在拉緊狀態(tài)下。張力可以例如為每根粗紗142或纖維絲束(tow)約5-約300牛頓，在一些實(shí)施方案中，約50-約250牛頓，在一些實(shí)施方案中，約100-約200牛頓。
如圖2A中所示，在一些實(shí)施方案中，到達(dá)區(qū)280可以沿粗紗142的行進(jìn)方向282 設(shè)置在浸潰區(qū)250的下游。粗紗142在離開模具150之前可以橫越通過到達(dá)區(qū)280。如圖82A中進(jìn)一步所示，在一些實(shí)施方案中，面板290可以鄰接浸潰區(qū)250。通常將面板290配置成計(jì)量(meter)來自粗紗142的過量樹脂214。因此,可以調(diào)節(jié)粗紗142從中橫向穿過的面板290中的孔隙的大小使得在粗紗142從中橫越通過時(shí)，孔隙的尺寸使過量的樹脂214從粗紗142除去。
上文所顯示和描述的浸潰模具僅僅是可用于本發(fā)明的多種可能的構(gòu)造之一。在備選實(shí)施方案中，例如，可以將纖維引入到相對(duì)于聚合物熔體流向成一定角度的十字頭模具中。在纖維移動(dòng)通過十字頭模具并到達(dá)聚合物從擠出機(jī)機(jī)筒離開的位置時(shí)，迫使該聚合物與纖維接觸。還應(yīng)理解的是，還可以使用任何其它擠出機(jī)設(shè)計(jì)，例如雙螺桿擠出機(jī)。還另外， 還可以任選使用其它部件以輔助纖維的浸潰。例如，在某些實(shí)施方案中可以使用“氣體噴射”組件以有助于貫穿合并的束的整個(gè)寬度均勻地鋪展(spread)單個(gè)纖維的集束或束(它們可以各自含有高達(dá)24，000根纖維)。這有助于在帶中獲得強(qiáng)度性能的均勻分布。這樣的組件可以包括供給以通常垂直的方式撞擊在穿過出口端的移動(dòng)纖維束上的壓縮空氣或另一種氣體。然后可以將鋪展的纖維束引入到用于浸潰的模具，例如上述模具中。
與所使用的技術(shù)無關(guān)，使連續(xù)纖維沿縱向取向(圖I系統(tǒng)的機(jī)器方向“A”)以提高拉伸強(qiáng)度。除纖維取向外，還控制帶和拉擠加工的其它方面以獲得所需強(qiáng)度。例如，在帶中使用相對(duì)高百分?jǐn)?shù)的連續(xù)纖維以提供提高的強(qiáng)度性能。例如，連續(xù)纖維典型地占帶的約40wt. %-約90wt. %,在一些實(shí)施方案中，約50wt. %-約85wt. %,和在一些實(shí)施方案中，約 55wt. %-約75wt. % ο同樣，熱塑性聚合物典型地占帶的約IOwt. %-約60wt. %,在一些實(shí)施方案中，約15wt. %-約50wt. %，和在一些實(shí)施方案中，約25wt. %-約45wt. %。
此外，型材還由多個(gè)連續(xù)纖維帶的組合形成，所述纖維帶層合在一起以形成具有所需厚度的強(qiáng)固整體結(jié)構(gòu)。所使用的帶的數(shù)量可以基于所需型材厚度和強(qiáng)度，以及所述帶它們自身的性質(zhì)而改變。然而，在大多數(shù)情形中，帶的數(shù)量為5-40，在一些實(shí)施方案中，為 10-30，在一些實(shí)施方案中，為15-25。
還仔細(xì)地控制使所述帶集合在一起且成型的具體方式以確保在沒有不利地碰撞拉擠設(shè)備的情況下形成高強(qiáng)度型材。參照?qǐng)D3，例如，顯示了用于形成實(shí)心型材的系統(tǒng)和方法的一個(gè)特定實(shí)施方案。在該實(shí)施方案，最初在線軸架20上的繞組中提供了多個(gè)帶12。線軸架20可以是包括配設(shè)有水平旋轉(zhuǎn)主軸22 (各自承載著捆束(package))的框架的回卷線軸架。還可以使用卷出線軸架，尤其是在如果需要在纖維中引入扭曲的情況下。還應(yīng)理解的是，還可以隨著型材的成形在線形成所述帶。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，可以將從圖I的浸潰模具150離開的擠出物152直接供給到用于形成型材的系統(tǒng)。還可以使用張力調(diào)節(jié)裝置40以有助于控制帶12中張力的程度。裝置40可以包括位于與線軸架20的旋轉(zhuǎn)主軸22 平行的垂直面中的入口板30。張力調(diào)節(jié)裝置40可以含有以交錯(cuò)構(gòu)造排列的圓柱形棒41從而使帶12在這些棒的上面和下面穿過以限定出波形圖案?？烧{(diào)節(jié)這些棒的高度以修改波形圖案的幅度和控制張力。
在進(jìn)入合并模具之前在烘箱45中加熱帶12?？梢允褂萌魏我阎愋偷暮嫦洌缭诩t外烘箱、對(duì)流烘箱等中實(shí)施加熱。在加熱期間，使纖維沿單一方向取向以使對(duì)熱的暴露最優(yōu)化并且貫穿整個(gè)型材維持均勻加熱。將帶12加熱到的溫度通常足夠高以使熱塑性聚合物軟化到帶可結(jié)合在一起的程度。然而，溫度沒有高至破壞該材料的完整性。溫度可以為例如約80°C -約250V，在一些實(shí)施方案中，約90°C -約200°C，和在一些實(shí)施方案中，約100°C-約150°C。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，例如，使用丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯(ABS)作為聚合物，并將帶加熱至或高于ABS的熔點(diǎn)(其為約105°C)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作為聚合物，并將帶加熱至或高于PBT的熔點(diǎn)(其為約224°C)。
一旦將帶12進(jìn)行加熱，則將其提供到合并模具50用以結(jié)合在一起成為層合體14， 以及用于型材初始形狀的調(diào)整(alignment)和成形。如圖4中所示，例如，將帶12沿方向 “A”導(dǎo)向通過模具50的通槽51。通槽51可以具有用于實(shí)現(xiàn)型材構(gòu)造的任意各種形狀和/ 或尺寸。理想地，通槽51的尺寸(寬度和/或高度)稍微大于層合體14的尺寸以允許熱塑性聚合物在加熱時(shí)膨脹從而使材料在模具50內(nèi)阻塞(backup)的風(fēng)險(xiǎn)最小化,例如,通槽51 的寬度可以比層合體14的寬度大出約2%或更大，在一些實(shí)施方案中，大出約5%或更大，和在一些實(shí)施方案中，大出約10%-約20%。類似地，通槽51的高度可以比層合體14的寬度大出約2%或更大，在一些實(shí)施方案中大出約5%或更大，在一些實(shí)施方案中，大出約10%-約 20%。在模具50內(nèi)，使所述帶通常維持在處于或高于帶中所用熱塑性基體的熔點(diǎn)的溫度以確保足夠的合并。
如果需要，還可以使用將層合體14壓制成型材最終形狀的第二模具60(例如校正模具)。在使用時(shí)，通常期望的是，讓層合體14在離開合并模具50之后和在進(jìn)入任選的第二模具60之前簡(jiǎn)短地冷卻。這允許合并的層合體14在進(jìn)一步前進(jìn)通過系統(tǒng)之前保持其初始形狀。這樣 的冷卻可以通過將層合體14簡(jiǎn)單暴露于環(huán)境氣氛(例如室溫)或者通過使用本領(lǐng)域已知的主動(dòng)冷卻技術(shù)(例如水浴或空氣冷卻)來完成。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，將空氣吹到層合體14上(例如用空氣環(huán))。然而，這些階段之間的冷卻通常進(jìn)行一小段時(shí)間以確保層合體14仍然足夠軟以進(jìn)一步成型。例如，層合體14在離開合并模具50之后，在進(jìn)入第二模具60之前，可以暴露于室溫環(huán)境僅約I-約20秒，在一些實(shí)施方案中，約2-約10 秒。在模具60內(nèi)，使所述層合體通常維持在低于帶中所用熱塑性基體的熔點(diǎn)的溫度從而可維持型材的形狀。
雖然上文稱作單一模具，但是應(yīng)理解，模具50和60實(shí)際上可以由多個(gè)單獨(dú)的模具 (例如面板模具)形成。
所得型材還可以施加有覆蓋層以提高型材的審美吸引力和/或保護(hù)其不遭受環(huán)境條件。再次參照?qǐng)D3，例如，可以通過以任何所需角度進(jìn)行取向的擠出機(jī)施加這樣的覆蓋層以將熱塑性樹脂引入到覆蓋模具72中。所述樹脂可以含有與用于形成型材的熱塑性聚合物通常相容的本領(lǐng)域已知的任何合適的熱塑性聚合物。合適的覆蓋聚合物可以包括例如丙火布Ife系聚合物、聚氣乙纟布(PVC)、聚對(duì)本_■甲酸丁_■酷(PBT)、ABS、聚纟布經(jīng)、聚酷、聚縮fe、 聚酰胺(polyamid)、聚氨酯等。雖然覆蓋樹脂通常不含纖維，然而其可以含有用于改善型材最終性能的其它添加劑。在該階段所用的添加劑物質(zhì)可以包括并不適合用于引入到連續(xù)纖維層或長(zhǎng)纖維層中的那些添加劑物質(zhì)。例如，可以期望將顏料加入到復(fù)合物結(jié)構(gòu)中以降低成型制品的終飾工作量，或者可以期望將阻燃劑加入到復(fù)合物結(jié)構(gòu)中以提高成型制品的阻燃特性。因?yàn)樵S多添加劑物質(zhì)呈熱敏感性，所以過量的熱可以導(dǎo)致它們分解和產(chǎn)生揮發(fā)性氣體。因此，如果在高加熱條件下將熱敏感添加劑物質(zhì)與浸潰樹脂一起擠出，則結(jié)果可能是添加劑物質(zhì)的完全降解。添加劑物質(zhì)可以包括例如無機(jī)增強(qiáng)劑、潤(rùn)滑劑、阻燃劑、吹泡劑、發(fā)泡劑、抗紫外光劑、熱穩(wěn)定劑、顏料和它們的組合。合適的無機(jī)增強(qiáng)劑可以包括例如碳酸鈣、 二氧化硅、云母、粘土、滑石、硅酸鈣、石墨、硅酸鈣、三水合氧化鋁、鐵酸鋇和它們的組合。
雖然本文未詳細(xì)顯示，但是覆蓋模具72可以包括本領(lǐng)域已知有助于實(shí)現(xiàn)覆蓋層的所需施加的各種特征。例如，覆蓋模具72可以包括與進(jìn)入的型材對(duì)齊的入口導(dǎo)向裝置。 覆蓋模具還可以包括在施加覆蓋層之前將型材預(yù)加熱以有助于確保充分結(jié)合的加熱機(jī)構(gòu) (例如加熱板)。
在任選覆蓋之后，然后使用本領(lǐng)域已知的冷卻系統(tǒng)80將成型部件15進(jìn)行最終冷卻。冷卻系統(tǒng)80可以是例如包括一個(gè)或多個(gè)塊體(例如鋁塊)的真空定型機(jī)(sizer)，在將熱形體靠緊其壁邊真空牽拉邊冷卻的同時(shí)所述塊體將型材完全包封?？梢韵蚨ㄐ蜋C(jī)供給冷卻介質(zhì)，例如空氣或水以使型材以正確的形狀凝固。
當(dāng)使型材成型時(shí)典型地使用真空定型機(jī)。然而，即使不使用真空定型機(jī)，也通常期望在型材離開覆蓋模具(或如果不施加覆蓋時(shí)是合并模具或校準(zhǔn)模具)后將其冷卻?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的任何技術(shù)進(jìn)行冷卻，所述技術(shù)例如真空水箱、冷卻空氣流或空氣噴射、冷卻套、內(nèi)部冷卻通道、冷卻流體循環(huán)通道等。無論如何，通?？刂撇牧系睦鋮s溫度以獲得最佳機(jī)械性能、部件尺寸公差、良好的加工和審美上令人愉悅的復(fù)合物。例如，如果冷卻工段的溫度過高，材料可能在工具中膨脹并且使過程中斷。對(duì)于半結(jié)晶材料，過低的溫度可同樣導(dǎo)致該材料冷卻得過快并且不允許完全結(jié)晶，從而危害復(fù)合物的機(jī)械和化學(xué)抗性?？梢岳镁哂歇?dú)立溫度控制的多個(gè)冷卻模具部分以賦予加工屬性和性能屬性的最佳平衡。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，例如，使用保 持在約O°C -約30°C，在一些實(shí)施方案中，約1°C -約20°C，在一些實(shí)施方案中，約2°C -約15°C的溫度的真空水箱。
如可意識(shí)到的，可以控制型材在其行進(jìn)通過本發(fā)明系統(tǒng)的任何部分時(shí)的溫度以獲得最佳制造性能和期望的最終復(fù)合物性能。任何或全部組件部分可以利用筒形電加熱器、 循環(huán)流體冷卻等或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它溫度控制裝置進(jìn)行溫度控制。
再次參照?qǐng)D3，將牽拉裝置82設(shè)置在冷卻系統(tǒng)80的下游，所述牽拉裝置牽拉成品型材16通過該系統(tǒng)用于復(fù)合物的最終定型。牽拉裝置82可以是能夠?qū)⑿筒囊运杷俾薁坷ㄟ^加工系統(tǒng)的任何裝置。典型的牽拉裝置包括例如履帶式牽拉器和往復(fù)式牽拉器。如果需要，還可以使用一個(gè)或多個(gè)定型塊體(未示出)。這類塊體含有按準(zhǔn)確型材形狀切出的開口，從開始的超尺寸漸變?yōu)樽罱K型材形狀。在型材從中穿過時(shí)，抵抗其任何移動(dòng)或松垂傾向，并將其牽拉回到(反復(fù)地)其正確形狀。一旦定型，可以在切割工段(未示出)，例如用能夠?qū)嵤┙孛媲懈畹那袛噤弻⑿筒那谐伤栝L(zhǎng)度。
通過控制上述各種參數(shù)，可以形成具有非常高的強(qiáng)度的型材。例如，所述型材可以表現(xiàn)出相對(duì)高的撓曲模量。術(shù)語“撓曲模量”通常是指撓曲變形(以單位面積的力為單位) 中的應(yīng)力與應(yīng)變比，或材料彎曲的傾向性。其由通過“三點(diǎn)彎曲”試驗(yàn)(例如ASTM D790-10, 程序A或ISO 178)產(chǎn)生的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率進(jìn)行測(cè)定。例如，本發(fā)明的型材可以表現(xiàn)出約10千兆帕(“GPa)或更大，在一些實(shí)施方案中，約10-約80GPa，在一些實(shí)施方案中， 約20-約70GPa，和在一些實(shí)施方案中，約30-約60GPa的撓曲模量。此外，最大撓曲強(qiáng)度 (也稱作斷裂模量或彎曲強(qiáng)度)可以為約250兆帕(“MPa”)或更大，在一些實(shí)施方案中，約 300-約1，00010^，在一些實(shí)施方案中，約325-約70010^。術(shù)語“最大撓曲強(qiáng)度”通常是指在室溫下在通過“三點(diǎn)彎曲”試驗(yàn)(例如ASTM D790-10，程序A或ISO 178)產(chǎn)生的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上達(dá)到的最大應(yīng)力。其表示材料經(jīng)受住施加的應(yīng)力直到失效的能力。
所述型材還可以具有非常低的空隙率，例如約3%或更小，在一些實(shí)施方案中，約2%或更小，和在一些實(shí)施方案中，約1%或更小?？梢园瓷鲜龇绞剑缡褂酶鶕?jù)ASTM D 2584-08的“樹脂燒除”試驗(yàn)測(cè)定空隙率。
在圖5中更為詳細(xì)地顯示了由上述方法所形成的作為元件516的型材的一個(gè)實(shí)施方案。如所描述，型材516具有通常矩形形狀并且由連續(xù)纖維部件514形成，所述連續(xù)纖維部件514由多個(gè)層合的帶形成。覆蓋層519還圍繞連續(xù)纖維部件514的周邊延伸并且限定出型材516的外表面。可以對(duì)連續(xù)纖維部件514的截面厚度(“T”)進(jìn)行策略性選擇以有助于獲得所述型材的特定強(qiáng)度。例如，連續(xù)纖維部件514可以具有約O. 5-約40毫米，在一些實(shí)施方案中，約I-約20毫米，和在一些實(shí)施方案中，約4-約10毫米的厚度。同樣地，截面寬度(“W”)可以為約I-約50毫米，在一些實(shí)施方案中，約4-約40毫米，和在一些實(shí)施方案中，約5-約30毫米。覆蓋層519的厚度取決于該部件的預(yù)期功能，但是典型地為約O.01-約5毫米，在一些實(shí)施方案中，約O. 02-約I. 5毫米。型材516的總截面厚度或高度還可以為約O. 5-約45毫米，在一些實(shí)施方案中，約I-約25毫米，在一些實(shí)施方案中，約 4-約15毫米。
如可意識(shí)到的，上述特定型材實(shí)施方案僅是通過本發(fā)明可能制造的示例性的多個(gè)設(shè)計(jì)。在各種可能的型材設(shè)計(jì)中，應(yīng)理解除上述那些外還可以使用另外材料的層。在某些實(shí)施方案中，例如，可以期望形成多組成部分型材，其中一個(gè)組成部分由較高強(qiáng)度的材料形成，另一個(gè)組成部分由較低強(qiáng)度的材料形成。在對(duì)整個(gè)型材的較昂貴高強(qiáng)度材料的需要不作要求情況下，這類多組成部分型材特別可用于提高總強(qiáng)度。較低和/或較高強(qiáng)度的組成部分可以由含有埋入熱塑性基體內(nèi)的連續(xù)纖維的帶形成。典型地，用于形成高強(qiáng)度材料的纖維和用于形成低強(qiáng)度材料的纖維的極限拉伸強(qiáng)度(在室溫下)之比為約I. O-約3. 0，在一些實(shí)施方案中，約I. 2-約2. 5，和在一些實(shí)施方案中，約I. 4-約2. O。當(dāng)使用具有這種強(qiáng)度差的材料時(shí)，通常期望使高強(qiáng)度材料關(guān)于型材的截面中心一般對(duì)稱性地分布。這樣的對(duì)稱性分布有助于防止在拉擠期間由于材料強(qiáng)度的差異而可能發(fā)生的翹曲或其它機(jī)械問題。
參照?qǐng)D6，例如，顯示了實(shí)心多組成部分型材600的一個(gè)實(shí)施方案，所述型材含有第一“較高強(qiáng)度”的組成部分620和第二“較低強(qiáng)度”的組成部分640。在該實(shí)施方案中，每個(gè)組成部分由含有包埋在熱塑性聚合物基體內(nèi)的連續(xù)纖維的多個(gè)帶形成。較低強(qiáng)度的組成部分640的連續(xù)纖維可以例如是玻璃纖維(例如E-玻璃)而較高強(qiáng)度的組成部分的連續(xù)纖維可以是碳纖維。如圖6中所示，設(shè)置較高強(qiáng)度的組成部分620使得其與較低強(qiáng)度的組成部分的上表面和下表面相鄰，且因此使其關(guān)于型材600的截面中心“C”對(duì)稱性地分布。可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)形成這樣的型材600。例如，未從線軸架20 (圖3)卷取的上帶和下帶可以是碳纖維帶，而中心帶可以是玻璃纖維帶。然后可以將所有帶進(jìn)行層合并拉擠成本文所顯示和所描述的期望形狀。
圖7顯示了多組成部分型材700的另一個(gè)實(shí)施方案，所述型材含有較高強(qiáng)度的組成部分720和較低強(qiáng)度的組成部分740。在該特定實(shí)施方案，將較高強(qiáng)度的組成部分(例如碳纖維帶)設(shè)置在型材700的中心區(qū)域并且分布在中心“C”附近。較低強(qiáng)度組成部分740 (例如玻璃纖維帶)同樣分布在較高強(qiáng)度的組成部分720的周緣附近。
應(yīng)理解，本發(fā)明決不限于上述實(shí)施方案。例如，型材可以根據(jù)所需應(yīng)用而含有多個(gè)其它組成部分。另外的組成部分可以由例如本文所述的連續(xù)纖維帶，以及其它類型的材料形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，型材可以含有不連續(xù)纖維(例如短纖維、長(zhǎng)纖維等)的層以改善其橫向強(qiáng)度?？梢允共贿B續(xù)纖維進(jìn)行取向從而使該纖維的至少一部分以相對(duì)于連續(xù)纖維延伸的方向成一定角度地進(jìn)行定位。
如上所示，可以使用本發(fā)明的型材作為用于許多應(yīng)用，包括在窗戶、鋪板(decking plank)、欄桿、支柱、屋頂瓦、護(hù)墻板、裝飾板、管、圍欄、柱子、燈柱、公路標(biāo)識(shí)牌、路邊標(biāo)志桿等中的結(jié)構(gòu)件。例如，窗戶可以使用一個(gè)或多個(gè)含有本發(fā)明線性型材的結(jié)構(gòu)件。例如，如 Guhl的美國(guó)專利No. 6, 260, 251中所述窗戶可以包括窗框、窗格(sash)和窗玻璃，出于所有目的而通過引用將它們以其全文并入本文。窗框可由4個(gè)獨(dú)立的窗框構(gòu)件制成，而窗格可由制成4個(gè)獨(dú)立的窗格構(gòu)件制成。如果需要，本發(fā)明的型材可以用于窗戶的任意部件，但是可以特別期望用于形成窗框構(gòu)件和/或窗格構(gòu)件的全部或部分。
參考以下實(shí)施例可以更好地理解本發(fā)明內(nèi)容。
實(shí)施例I
使用基本如上述和圖1-2中所示的擠出系統(tǒng)初始形成二十一(21)個(gè)連續(xù)纖維帶。 對(duì)于連續(xù)纖維而言使用玻璃纖維粗紗(E-玻璃，2200teX)，每個(gè)單獨(dú)帶含有三(3)根纖維粗紗。用于浸潰所述纖維的熱塑性聚合物是聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，其具有約224°C的熔點(diǎn)。 每個(gè)帶含有65. 6wt. %玻璃纖維和34. 4wt. %PBS。所得的帶具有O. 2-0. 4毫米的厚度和小于1%的空隙率。
一旦形成，則將所述二十一(21)個(gè)帶給進(jìn)到以15英尺/分鐘的速度操作的拉擠生產(chǎn)線。在合并之前，在紅外烘箱(功率設(shè)定為445)內(nèi)加熱所述帶。然后將加熱的帶供給到例如上述和圖3中所示的合并模具。該模具含有接收所述帶的矩形通槽并將它們合并在一起并同時(shí)形成型材的初始形狀。在該模具內(nèi)，使所述帶保持在約227°C的溫度，剛好高于聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯基體的熔點(diǎn)。在合并時(shí)，使用以8. 5psi的壓力下供給環(huán)境空氣的空氣環(huán)/隧道式(tunnel)裝置將所得層合體進(jìn)行簡(jiǎn)短冷卻。然后使所述層合體穿過在兩個(gè)輥之間形成的輥隙，并然后到往校正模具用以最終成型。在該校正模具內(nèi)，使所述層合體保持在約177°C的溫度。然后將所得部件供給到若干個(gè)定型塊體(模具)以賦予最終實(shí)心矩形形狀并且使用在約7°C溫度的水箱進(jìn)行冷卻。所述型材具有5. 87毫米的厚度和19. 94毫米的寬度。
為了確定型材的強(qiáng)度性能，按照ASTM D790-10，程序A進(jìn)行“三點(diǎn)彎曲”試驗(yàn)。支承體半徑和壓頭半徑(nose radius)為5毫米,支承體跨距為3. 68英寸，試樣深度為16X, 測(cè)試速度為O. I英寸/分鐘。所得撓曲模量為34. 6千兆帕，撓曲強(qiáng)度為546. 8兆帕。該部件的密度為I. 917g/cm3，空隙含量為O. 51%。此外，灰分含量為66. 5%。
實(shí)施例2
使用基本如上述和圖1-2中所示的擠出系統(tǒng)初始形成十八(18)個(gè)連續(xù)玻璃纖維帶和(6)個(gè)碳纖維帶。對(duì)于連續(xù)纖維而言使用玻璃纖維粗紗(E-玻璃，2200teX)和碳纖維粗紗，每個(gè)單獨(dú)帶含有三(3)根纖維粗紗。用于浸潰所述纖維的熱塑性聚合物是聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，其具有約224°C的熔點(diǎn)。每個(gè)帶含有65. 6wt. %玻璃纖維和34. 4wt. %PBT或者50wt. %碳纖維和50wt. %PBT。所得的帶具有O. 2-0. 4毫米的厚度和小于1%的空隙率。
一旦形成，則將所述帶給進(jìn)到以15英尺/分鐘的速度操作的拉擠生產(chǎn)線。在合并之前，在紅外烘箱(功率設(shè)定為445)內(nèi)加熱所述帶。然后將加熱的帶供給到例如上述和圖 3中所示的合并模具。該模具含有接收所述帶的矩形通槽并將它們合并在一起并同時(shí)形成13型材的初始形狀。在該模具內(nèi)，使所述帶保持在約227 °C的溫度，剛好高于聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯基體的熔點(diǎn)。一旦合并，則用在5psi的壓力下供給環(huán)境空氣的空氣環(huán)/隧道式裝置將所得層合體進(jìn)行簡(jiǎn)短冷卻。然后使所述層合體穿過在兩個(gè)輥之間形成的輥隙，并然后到往校正模具用以最終成型。在該校正模具內(nèi)，使所述層合體保持在約177°C的溫度。然后將所得部件供給到若干個(gè)定型塊體(模具)以賦予最終實(shí)心矩形形狀并且使用在約TC溫度的水箱進(jìn)行冷卻。所述型材具有5. 87毫米的厚度和19. 94毫米的寬度。
為了確定型材的強(qiáng)度性能，按照ASTM D790-10，程序A進(jìn)行“三點(diǎn)彎曲”試驗(yàn)。支承體半徑和壓頭半徑為5毫米，支承體跨距為3. 68英寸，試樣深度為16X，測(cè)試速度為O. I 英寸/分鐘。所得撓曲模量為48千兆帕，撓曲強(qiáng)度為350兆帕。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施這些和其它修改和變型。此外，應(yīng)理解，各實(shí)施方案的多個(gè)方面可以進(jìn)行全部或部分互換。 此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解前述描述僅是作為舉例形式，而不意欲對(duì)在所附權(quán)利要求書中進(jìn)一步說明的發(fā)明進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種包含實(shí)心線性型材的結(jié)構(gòu)件，其中所述實(shí)心線性型材含有由單獨(dú)帶的合并層合體形成的第一組成部分，其中所述層合體的每個(gè)帶包含基本沿縱向取向的多個(gè)連續(xù)纖維、 和含有一種或多種熱塑性聚合物且在其中埋入所述連續(xù)纖維的樹脂基體，所述連續(xù)纖維占所述帶的約40wt. %-約90wt. %,所述熱塑性聚合物占所述帶的約IOwt. %-約60wt. %,其中所述型材撓曲模量為約10千兆帕或更大。
2.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述連續(xù)纖維包括玻璃纖維、碳纖維、或玻璃和碳纖維的組合。
3.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述熱塑性聚合物包括聚烯烴、聚醚酮、聚醚酰亞胺、聚亞芳基酮、液晶聚合物、聚芳硫醚、含氟聚合物、聚縮醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯類聚合物、聚酯、聚酰胺、或它們的組合。
4.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述連續(xù)纖維占所述帶的約50wt.%-約85wt. % ο
5.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述帶具有約2%或更小的空隙率。
6.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述層合體由10-30個(gè)單獨(dú)帶形成。
7.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述型材具有約30-約60千兆帕的撓曲模量。
8.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述型材具有約250兆帕或更大的撓曲強(qiáng)度。
9.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述型材具有約300-約2，000兆帕的撓曲強(qiáng)度。
10.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述型材具有約2%或更小的空隙率。
11.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)件，其中所述型材包含由單獨(dú)帶的合并層合體形成的第二組成部分，其中所述層合體的每個(gè)帶包含基本沿縱向取向的多個(gè)連續(xù)纖維、和含有一種或多種熱塑性聚合物且在其中埋入所述連續(xù)纖維的樹脂基體，并且其中第二組成部分的連續(xù)纖維比第一組成部分的連續(xù)纖維具有更大的沿縱向的拉伸強(qiáng)度。
12.權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)件，其中沿縱向第二組成部分的連續(xù)纖維的拉伸強(qiáng)度與第一組成部分的連續(xù)纖維的拉伸強(qiáng)度之比為約I. 2-約2. 5。
13.權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)件，其中使第二組成部分關(guān)于型材的截面中心一般對(duì)稱性地分布。
14.權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)件，其中第二組成部分的連續(xù)纖維包括碳纖維，第一組成部分的連續(xù)纖維包括玻璃纖維。
15.一種形成實(shí)心線性型材的方法，該方法包括提供多個(gè)單獨(dú)帶，其中每個(gè)帶包含基本沿縱向取向的多個(gè)連續(xù)纖維、和含有一種或多種熱塑性聚合物且在其中埋入所述連續(xù)纖維的樹脂基體，所述連續(xù)纖維占所述帶的約 40wt. %-約90wt. %,所述熱塑性聚合物占所述帶的約IOwt. %-約60wt. % ；將所述帶加熱到處于或高于所述樹脂基體軟化溫度的溫度；將所述加熱的帶牽拉通過第一模具以使所述帶合并在一起并且形成層合體以及牽拉通過第二模具以使所述層合體成型；以及將成型的層合體冷卻以形成實(shí)心型材。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述連續(xù)纖維包括玻璃纖維、碳纖維、或玻璃和碳纖維的組合。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述熱塑性聚合物包括聚烯烴、聚醚酮、聚醚酰亞胺、聚亞芳基酮、液晶聚合物、聚芳硫醚、含氟聚合物、聚縮醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯類聚合物、聚酯、聚酰胺、或它們的組合。
18.權(quán)利要求15的方法,其中所述連續(xù)纖維占所述帶的約50wt.%-約85wt. %。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述帶具有約2%或更小的空隙率。
20.權(quán)利要求15的方法，其中使用10-30個(gè)單獨(dú)帶形成所述層合體。
21.權(quán)利要求15的方法，其中在紅外烘箱中加熱所述帶。
22.權(quán)利要求15的方法，其中讓所述層合體在離開第一模具之后和在進(jìn)入第二模具之 前冷卻。
23.權(quán)利要求15的方法，其中用維持在約1°C-約15°C溫度的水箱進(jìn)行退火。
24.權(quán)利要求15的方法，其中所述帶的第一部分比所述帶的第二部分具有更大的沿縱 向的拉伸強(qiáng)度。
25.權(quán)利要求的方法24，其中第一部分的連續(xù)纖維包括碳纖維，第二部分的連續(xù)纖維 包括玻璃纖維。
26.權(quán)利要求15的方法，其中所述型材具有約2%或更小的空隙率。
27.權(quán)利要求15的方法，其中所述型材具有約10千兆帕或更大的撓曲模量和約250兆 帕或更大的撓曲強(qiáng)度。
全文摘要
由多個(gè)合并的帶(12)形成了包含實(shí)心線性型材(516，600，700)的結(jié)構(gòu)件。每個(gè)帶包括包埋在熱塑性聚合物基體內(nèi)的沿單一方向排列的連續(xù)纖維。在拉擠期間將連續(xù)纖維帶(12)層合在一起以形成具有非常高的拉伸強(qiáng)度性能的整體實(shí)心型材(516，600，700)。
文檔編號(hào)B32B5/00GK102947079SQ201180028719
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者S·M·尼爾森, D·W·伊斯特普, T·A·里甘, M·L·韋斯利, R·斯蒂姆 申請(qǐng)人:提克納有限責(zé)任公司