纖維模塑預(yù)制件合成物及用于預(yù)制件形成的方法
【專利說明】纖維模塑預(yù)制件合成物及用于預(yù)制件形成的方法
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
[0002]本申請主張序列號為61/757,913、申請日為2013年I月29日的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，據(jù)此，其內(nèi)容通過引用的方式并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及纖維增強性熱固性預(yù)制件而且，更具體地說，涉及一種用于在纖維預(yù)制件中控制纖維沉淀的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]纖維填充器是很有代表性地添加至一熱固性樹脂如那些用于片狀模塑料(SMC)或團狀模塑料(BMC)中以提供一系列的用于合成產(chǎn)品的可調(diào)節(jié)特征。填充器常規(guī)地添加以減少產(chǎn)品成本，更改提前加工好的負載樹脂粘度，控制產(chǎn)品收縮，控制表面光潔度、密度、可燃性、導(dǎo)電性、耐化學(xué)性、產(chǎn)生的熱固性配方的強度。微粒填充料代表性的數(shù)量占從O - 80%總重量百分比及典型的粒子填充料尺寸從0.1到50微米。除了顆粒填料，纖維填充物通常出現(xiàn)在熱固性樹脂配方中以提供相對于顆粒填充料的合成產(chǎn)品的增強的強度。纖維填料傳統(tǒng)上包括玻璃、碳、聚酰亞胺、聚酯、聚酰胺和天然纖維如棉、絲、麻。當(dāng)加強限位在固化聚合物基質(zhì)中隨機定向時有最佳的三維強度。
[0005]由于纖維增強熱固性樹脂具有吸引人的特性在于高強度重量比和形成壓力的表面構(gòu)造的能力，片狀模塑料長期以來被認(rèn)為是在汽車和航空航天應(yīng)用替代金屬體組件。雖然曾多次嘗試開發(fā)模型來創(chuàng)建預(yù)先形成，這些通常依賴于從以需要的預(yù)制件形狀為輪廓的屏上的懸浮液中捕捉纖維的過程，緊隨其后的是為了形成預(yù)制件形狀的二次干燥。熱塑性粘結(jié)劑已被用于和加熱一起設(shè)定纖維為預(yù)制件形狀。然后預(yù)加工進行可選的修剪和浸漬活性樹脂通過反應(yīng)注射成型過程形成一個復(fù)合的產(chǎn)品。一模塑技術(shù)詳述如美國專利4，849，147。一上升屏幕預(yù)加工過程和設(shè)備提供例如美國專利6，086，720。
[0006]為了獲得質(zhì)量可靠的用于汽車和其他高嚴(yán)格度的應(yīng)用的產(chǎn)品，所述的纖維預(yù)成型有片對片成分和在預(yù)制件的不同區(qū)域的統(tǒng)一的纖維密度是很重要的。典型地，預(yù)制件傾向于在靠近邊緣處積累過多的纖維，而中心地區(qū)往往是纖維不足。纖維密度的不均勻性以及一定程度的不良纖維優(yōu)先定位是由于在預(yù)制件成型屏和纖維位置的預(yù)制件設(shè)置接觸之間的纖維運動。玻璃纖維在觀察到有一個纖維聚合度在懸浮液中的公稱角度導(dǎo)致形成一個定向的纖維叢在預(yù)制件中，這些朝向聚合的趨勢對于其他類型的纖維例如碳纖維和纖維素類纖維更為明顯。隨著不同技術(shù)被開發(fā)，懸浮液預(yù)制件與有限的形成粗加工、不均勻性的纖維密度問題仍存在。
[0007]因此，存在一需要用于纖維漿合成物和裝置來實現(xiàn)更大程度的在懸浮液派生預(yù)制件的纖維密度一致性。也存在需要形成具有比通過水槽浸入屏幕模具獲得的更大的吞吐量的預(yù)制件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]懸浮液預(yù)制件合成物包括數(shù)個有平均纖維長度和纖維直徑的纖維；一分散劑分子或單體有通式(R1)2-C = N-R2或R3-吡咯烷，(R1)2-C = N-R2或R3-吡咯烷，其中R1在每個實例是獨立H，C1-C6烷基，C ^C6烯基，并且C ^C6烷基具有取代基，取代基為H，OH, C00H，NH2，NHC「C6烷基或R 1在兩個實施例中都滿足形成一 5或6成員的環(huán)形結(jié)構(gòu)；R2為C ^C6燒基，0H,并且C1-C6烷基有取代基，所述的取代基為H，OH, C00H，NH2，NH(C「C6烷基)；或R 1和R2結(jié)合形成一 5或6成員的環(huán)形結(jié)構(gòu)且R3是H、C ^C6烷基、C ^C6羧基、C ^C6羥基，或C ^(^氨基。以及一溶劑形成所述的數(shù)個纖維和所述的分散劑的懸浮液。
【附圖說明】
[0009]本發(fā)明進一步結(jié)合以下附圖詳述，目的是表示本發(fā)明的某些方面，但不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。
[0010]圖1為本發(fā)明的產(chǎn)生纖維預(yù)制件的一創(chuàng)造性系統(tǒng)設(shè)備的示意的部分縱向剖面圖；并且
[0011]圖2為圖1中描述的創(chuàng)造性系統(tǒng)的離心機的橫向剖視圖。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明實用性地提供一用于熱固性樹脂合成物模塑的預(yù)制件以加工形成一系列的模塑的和纖維增強的產(chǎn)品。這樣的產(chǎn)品有很多方面的應(yīng)用如車輛配件如床線、車身組件、修邊、內(nèi)部組件、和車底組件；建筑學(xué)組件如修邊和門，船舶組件如船體，修邊和駕駛艙零件；以及相似的結(jié)構(gòu)在航天航空設(shè)置中。已被證實通過依賴一新穎的懸浮液合成物，一新穎的離心過程，或者其結(jié)合創(chuàng)造出質(zhì)量上等的預(yù)制件相比于常規(guī)技術(shù)下有更大的吞吐量。更驚人的發(fā)現(xiàn)是抑制在纖維接觸模具或纖維已經(jīng)在模具上就位的時間，以及所述的纖維在設(shè)置的位置的時間之間的纖維運動提供了一個相對于現(xiàn)有的懸浮技術(shù)更優(yōu)越的纖維均勻性和隨機取向。本發(fā)明有助于低廢料產(chǎn)生，工件形狀和纖維材料的方法靈活性。
[0013]要理解在提供了值的范圍的實例中，范圍不僅旨在涵蓋范圍的終點值，還有范圍的中間值也顯式地包含在范圍和因范圍的最后有效數(shù)字而變化。舉例來說，一范圍I至4意思是包括 1_2，1-3，2-4，3-4，和 1-4。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，懸浮液的形成包括具有給定直徑已經(jīng)削減到預(yù)定長度的纖維來源；所述的纖維和添加劑在溶劑中。所述的添加劑包括一分散劑，微粒填充料以促進干燥，粘結(jié)劑，或其組合物。一創(chuàng)造性的懸浮液通過常規(guī)預(yù)加工系統(tǒng)應(yīng)用或與一創(chuàng)造性的離心預(yù)加工系統(tǒng)一起使用。
[0015]一創(chuàng)造性的懸浮液的溶劑主要只取決于使用性能和與模塑材料，纖維，懸浮液添加劑的兼容性。這里使用的溶劑解釋性地有水，C1-C12醇類、甲苯、(C1-C6烷基X1-C6酯、(C1-C6)2C = O酮、以及其易混合的組合物。為了滿足揮發(fā)性有機化合物(VOC)和廢物處理的限制，在確定的創(chuàng)造性實施例中，所述的懸浮液為水溶性的。如下述的詳細說明，也提供了一種擁有溶劑循環(huán)的獨立的懸浮液以避免溶劑VOC內(nèi)容和處理的擔(dān)憂。
[0016]創(chuàng)造性的一懸浮液合成物中使用的纖維包括玻璃；碳棒；聚酰亞胺；多元酯；聚酰胺和天然纖維如麻，藤，竹，黃麻，稻草，絲綢，稻草肩，堅果殼，谷物外皮，草，棕櫚樹葉，椰殼；以及其組合物。預(yù)制件形成使用的纖維標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)長度范圍是0.05至5厘米(Cm)。纖維直徑優(yōu)選地基于商業(yè)來源在大范圍變化，其中玻璃纖維的常規(guī)直徑為0.03至0.5毫米(mm);碳纖維的常規(guī)直徑為0.005至0.1mm ;以及天然纖維的常規(guī)直徑為0.01至0.3_。更優(yōu)選地超出上述常規(guī)范圍的纖維直徑存在且被確定為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0017]水基懸浮液中疏水纖維的使用在本發(fā)明中被大力推廣，包括一分散劑有助于分拆否則會產(chǎn)生隨機的和獨立的分散纖維包括小分子或有分子量小于500原子質(zhì)量單位并且有通式為(R1)2-C = N-R2或R3-吡咯烷的單體，其中R1在每個實例是獨立H，C^C6烷基，C^C6烯基，并且C1-C6烷基具有取代基，取代基為H，OH, C00H，NH2，NH C ^C6烷基；或R 1在兩個例子中都包括形成一 5或6成員的環(huán)形結(jié)構(gòu)；R2是C「C6烷基，0H，并且C「C6烷基具有取代基，取代基為H，OH, C00H，NH2，NH C1-C6烷基；或R 1和R 2結(jié)合形成一 5或6成員的環(huán)形結(jié)構(gòu)并且R3是H，C ^C6烷基，C ^C6羧基，C ^C6羥基，或C ^C6氨基?？胺Q典范的分子分散劑包括咪唑啉、胍類、肟類和脯氨酸。典范的聚合分散劑包括聚合咪唑啉例如美國專利3，288，707中詳述的含有基于2-乙烯基咪唑啉。一現(xiàn)有常規(guī)的分散劑在總懸浮液合成物占重量百分比的 0