[發(fā)明專利]用于加強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的連續(xù)纖維網(wǎng)格

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810613359.4
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN109209671A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·M·科波拉;H·G·起亞
• 申請（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: F02F1/02
• 分類號: F02F1/02;F02F11/00;B29C70/42;B29C70/54
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;鄧雪萌

連續(xù)纖維絲束結(jié)構(gòu)用于形成嵌入在模制聚合物基體中的網(wǎng)格加強(qiáng)體。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被形成和成型為加強(qiáng)預(yù)定三維制品的一部分。可選地，該結(jié)構(gòu)的一些或所有絲束構(gòu)件可以形成有內(nèi)部脈管通路，用于傳熱流體在模制聚合物制品的作用下穿過該結(jié)構(gòu)的通道。在圍繞網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模制液體聚合物，其完全地嵌入該結(jié)構(gòu)。然后可將含有短加強(qiáng)纖維的液體聚合物固化，以形成復(fù)合加強(qiáng)聚合物制品。并且可以對復(fù)合制品進(jìn)行連接，用于使流體流過制品內(nèi)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的脈管通道。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及加強(qiáng)聚合物制品，其中制備了連續(xù)纖維的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并將其用作隨后嵌入在模制聚合物基體材料內(nèi)的支架狀加強(qiáng)構(gòu)件。在一些應(yīng)用中，連續(xù)纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可被制備成包括用于在復(fù)合聚合物制品內(nèi)以及穿過復(fù)合聚合物制品進(jìn)行傳熱流體流動的脈管通道。

背景技術(shù)

本部分提供與本公開相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

在許多用于汽車和其他消費者應(yīng)用的部件中，希望用由加強(qiáng)聚合物形成的模制或以其他方式成型的制品來取代金屬或金屬合金構(gòu)件。這可以用于減少特定制品或部件重量的目的。在汽車部件的情況下，用于這種加強(qiáng)聚合物應(yīng)用的實例可以包括發(fā)動機(jī)汽缸體、變速器外殼、泵殼體、電池組等等。

仍然需要改進(jìn)的用于制造強(qiáng)而輕質(zhì)的復(fù)合加強(qiáng)聚合物制品的設(shè)計方案和制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

期望制造具有聚合物基體的模制復(fù)合聚合物制品(通常注塑)，該聚合物基體包含由絲束材料(通常為連續(xù)纖維絲束材料)制成的嵌入式(模制到適當(dāng)位置)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。制品的聚合物基體部分可以任選地包含短的增強(qiáng)纖維(非連續(xù)纖維)。但是該制品的聚合物基體部分包含連續(xù)絲束材料的嵌入式、支架狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。絲束本身可以是由許多組連續(xù)纖維形成的傳統(tǒng)絲束材料。在其他實施例中，單根纖維(可選地為中空纖維)或管可以用作絲束狀材料。絲束(或絲束狀)材料的組成可以是碳、有機(jī)聚合物、金屬或金屬合金組合物，或陶瓷或玻璃組合物。在許多應(yīng)用中，連續(xù)絲束材料被形成為脈管或中空管狀結(jié)構(gòu)，其能夠允許在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)內(nèi)以及穿過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)冷卻或加熱流體(氣體或液體)的流動，用于管理復(fù)合聚合物制品的溫度。

為了示例性實例的目的，如果復(fù)合聚合物制品待用作往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)的一個或多個汽缸的殼體構(gòu)件，那么空心絲束構(gòu)件的支架狀加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可具有圍繞每個金屬汽缸襯墊壁及其冷卻劑通道的圓柱形網(wǎng)格形狀，以便在限定發(fā)動機(jī)汽缸殼體構(gòu)件的形狀的短纖維加強(qiáng)聚合物基體(短纖維增強(qiáng)件是可選的)內(nèi)提供強(qiáng)度和剛度。作為進(jìn)一步的示例性實例，可以向網(wǎng)格絲束結(jié)構(gòu)的中空構(gòu)件提供入口連接和出口連接，以使流體能夠流動，用于冷卻(或加熱)圍繞并包含往復(fù)式發(fā)動機(jī)的燃燒汽缸室的外殼構(gòu)件。

根據(jù)本公開的第一實施例，多纖維絲束狀材料由所選擇的增強(qiáng)材料(諸如，例如碳纖維、聚合物纖維和玻璃纖維)的長(連續(xù)的)纖維形成。在該示例性實施例中，一組交織纖維的長絲束狀結(jié)構(gòu)可以以具有封閉的中央通道的合適長度的方式形成，用于使冷卻或加熱流體能夠被引導(dǎo)通過絲束材料的通道。在一些應(yīng)用中，聚合物浸漬并硬化的單根絲束條可用于形成例如垂直和水平絲束條構(gòu)件的矩形或圓柱形的支架狀加強(qiáng)形狀。

在另一種實施例中，加強(qiáng)網(wǎng)格形狀可以由編織碳纖維或其他編織絲束纖維(如編織纏繞的Towpreg纖維)形成，編織物的尺寸和形狀為預(yù)期的加強(qiáng)網(wǎng)格形狀。例如，編織的連續(xù)纖維結(jié)構(gòu)可以形成在適當(dāng)形狀的心軸上或周圍，以幫助限定和形成編織的加強(qiáng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的橫截面形狀和長度。編織結(jié)構(gòu)的單根纖維經(jīng)常被合適的熱固性樹脂潤濕或浸漬，該熱固性樹脂可在處理步驟期間部分地固化，然后完全固化以適當(dāng)?shù)赜不幙椀木W(wǎng)格加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。并且可選地，編織物中的一些或所有連續(xù)纖維可能已經(jīng)圍繞能夠從支撐結(jié)構(gòu)移除的犧牲金屬或聚合物細(xì)絲形成，使得一些纖維是中空的(脈管)，并且傳熱流體可通過模制聚合物產(chǎn)品或制品的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)部分而被引導(dǎo)。

在支架狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成并固定之后，將其放置于合適的模具，然后可流動的液體聚合物(可選地，與短的加強(qiáng)纖維混合)被注射或以其他方式模制在預(yù)先形成的支架狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的表面周圍并抵靠該表面，以限定預(yù)期制品的整體形狀。通常，連續(xù)纖維基加強(qiáng)結(jié)構(gòu)僅占復(fù)合模制制品體積的很小一部分。