[發(fā)明專利]在長的纖維加強(qiáng)復(fù)合物中通過添加碳納米管的透印減輕

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210262764.9
• 申請(qǐng)日: 2012-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN102898787A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H.G.基亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C08L63/02
• 分類號(hào): C08L63/02;C08K7/14;C08K7/06;C08K7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉楨;傅永霄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于減輕具有織造的（woven）長纖維加強(qiáng)物的模制聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)中的透印或大體上對(duì)應(yīng)于纖維織物尺度的表面凸凹的方法。

背景技術(shù)

熟知可通過添加諸如塑料、短切纖維或長纖維的強(qiáng)和/或剛性加強(qiáng)物以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)來改進(jìn)材料的強(qiáng)度和剛度。這種實(shí)踐可應(yīng)用于許多基質(zhì)材料，包括金屬、陶瓷和聚合物，但常常與聚合物基質(zhì)一起使用，與陶瓷或金屬相比，其提供更小的強(qiáng)度和剛度，但具有更低密度。因此，這樣的加強(qiáng)聚合物結(jié)構(gòu)可提供良好的強(qiáng)度和剛度與低質(zhì)量的組合。

如果低質(zhì)量是特別關(guān)注的，可使用更高強(qiáng)度和低密度的纖維加強(qiáng)物作為低密度聚合物基質(zhì)的補(bǔ)充來進(jìn)一步最小化復(fù)合物質(zhì)量。最小化復(fù)合物的質(zhì)量將越來越多地取決于最小化加強(qiáng)更高強(qiáng)度纖維的質(zhì)量，因?yàn)樾阅苄枨蠹铀倭嗽黾永w維體積分?jǐn)?shù)（fiber?volume?fraction）的趨勢(shì)。一種常用的高強(qiáng)度低密度加強(qiáng)物為碳纖維。

在某些應(yīng)用中，考慮僅有限的幾個(gè)工程設(shè)計(jì)屬性，如加強(qiáng)聚合物的剛度、強(qiáng)度或質(zhì)量可能足以判斷其是否適合于特定目的。但在更多的應(yīng)用中，必須考慮更寬范圍的工程設(shè)計(jì)性質(zhì)、特征和行為。例如，在其中采用多種材料的組件中，在性能或外觀方面與其它不同材料的相容性可能成為問題。恰當(dāng)?shù)睦映霈F(xiàn)在某些汽車應(yīng)用中，其中個(gè)別加強(qiáng)復(fù)合構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)罩，可鄰近例如擋泥板的金屬片構(gòu)件定位。預(yù)期所有構(gòu)件的涂漆外觀應(yīng)當(dāng)匹配。

加強(qiáng)纖維可用作離散加強(qiáng)物但在許多情況下，碳纖維以有組織地分組布置。例如，在某些碳纖維加強(qiáng)聚合物中，大體上圓柱形的碳纖維首先組織為絲束。這些絲束為疏松地聚集在一起的連續(xù)或接近連續(xù)的無捻纖維的集合體。絲束常常采取絲帶狀配置且可具有大體上橢圓形截面且可任選地使用環(huán)氧膠劑而略微固定。這樣的絲束然后可織造為任何所需二維圖案以形成加強(qiáng)織物或薄片。雖然個(gè)別纖維可具有至少大約一微米的直徑，更典型的尺寸在10微米與20微米之間。相比而言，可包含約1000到50000纖維的絲束的寬度可在1.0毫米至10毫米之間，或等效地在1000微米與10,000微米之間。典型織造圖案可略微粗糙，且相鄰的平行絲束以1毫米與5毫米之間的距離間隔開。

構(gòu)件的制造始于利用聚合物樹脂來浸漬織造薄片，其為了易于處理，常常為部分固化的或者為B階化的但保持柔性和舒適性。這樣的樹脂浸漬的薄片被稱作預(yù)浸材料。

在批量生產(chǎn)中，常常采用受熱的多部件模具。這樣的模具能接納預(yù)浸材料且使之在模具受熱之前在壓力下成形為所需的物品形狀。然后可升高模具溫度以升高預(yù)浸材料溫度且使得樹脂固化并形成復(fù)合物物品。模具部件是可分開的以加載預(yù)浸材料和提取固化的物品且各模具部件當(dāng)組裝為其操作配置時(shí)限定對(duì)應(yīng)于所需物品幾何形狀的模腔。

這樣的模具可接納單個(gè)預(yù)浸材料但更通常地，多個(gè)樹脂浸漬的薄片放置為一個(gè)在另一個(gè)之上以形成鋪層。在組裝鋪層時(shí)，薄片和其相關(guān)聯(lián)的加強(qiáng)物可相對(duì)于彼此移位或旋轉(zhuǎn)以減小完成的構(gòu)件中的平面內(nèi)性質(zhì)方向性。鋪層可在模具中制成或可離線制備并僅在完全組裝時(shí)才放置于模具內(nèi)。

聚合物和加強(qiáng)物的熱膨脹系數(shù)（CTE）顯著不同，此外，大部分碳纖維具有各向異性CTE，表現(xiàn)出沿著其軸線的一個(gè)CTE和在其直徑上的第二CTE，保證在纖維與聚合物的更大且更各向同性CTE之間的至少某些CTE失配。在復(fù)合物品冷卻期間，此CTE失配將產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力將產(chǎn)生織造圖案的透印，即模仿織造圖案間隔的表面扭曲。在纖維絲束之間的區(qū)域?qū)⑾啾扔诟采w纖維絲束的更高區(qū)域下陷。

這些表面扭曲或者纖維圖案的透印清楚可見，特別是在涂漆的表面上且在客戶可觀察到的任何‘顯示表面’上是不可接受的。因此，許多可看到的纖維復(fù)合構(gòu)件在最終涂漆之前需要大量修飾，通常涂底漆和砂磨。

因此需要抑制或最小化在纖維加強(qiáng)復(fù)合面板中的透印以最小化在面板組裝和涂漆之前對(duì)補(bǔ)救表面處理的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供最小化織造纖維加強(qiáng)聚合物復(fù)合物品的表面中的透印扭曲的方法。實(shí)踐本發(fā)明以便在原本受益于存在大量織造纖維加強(qiáng)層的聚合物復(fù)合物品上提供更高品質(zhì)的可見表面層。