增強的中空型材制造技術

由連續纖維增強帶(“CFRT”)形成的中空線性型材，所述連續纖維增強帶含有埋入第一熱塑性聚合物基體(6)內的多個連續纖維。為了增強型材的拉伸強度，使連續纖維在所述帶內沿基本上縱向（例如拉擠方向）排列。除連續纖維外，本發明專利技術的中空型材還含有可任選埋入第二熱塑性基體內的多個長纖維以形成長纖維增強的熱塑性材料(“LFRT")(4)。可以將所述長纖維納入到連續纖維帶中或形成為型材的單獨層。不管如何，將所述長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度（例如90°）進行取向以給型材提供提高的橫向強度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】增強的中空型材相關申請本申請要求2010年6月22日提交的臨時申請序列No. 61/357，294的優先權，通過引用將其全部內容并入本文。
技術介紹
通過牽拉(“拉擠”)連續纖維穿過樹脂并然后在拉擠模具內將纖維增強樹脂成型來形成中空型材。因為所述型材具有沿機器方向(縱向)取向的連續纖維，它們通常沿機器方向表現出高的拉伸強度。然而，這類中空型材的橫向強度通常是差的，在沿機器橫向(橫 向)施加應力時這可導致該材料裂開。就此而言，已進行各種嘗試來沿橫向增強中空型材。例如，Davies等的美國專利No. 7，514，135描述了通過如下形成的中空部件提供沿縱向拉擠方向延伸的增強粗紗(roving)的第一層并在第一層上形成第二層，第二層含有至少一些沿橫向延伸的增強纖維。然而，這種方法的一個問題是其依賴于熱固性樹脂來有助于獲得所需強度性能。這樣的樹脂在制造期間難以使用并且不總是具有與其它材料形成層的良好結合性能。此外，該文中所描述的方法存在的問題還在于難以在選擇性的位置(例如它們所需之處)施加橫向纖維。如此，目前對表現出良好橫向強度且可按相對有效且簡單的方式制備的中空型材存在需要。專利技術概述根據本專利技術的一個實施方案，公開了一種中空線性型材。所述型材包含含有埋入第一熱塑性基體內且基本沿縱向取向的多個連續纖維的合并的(consolidated)帶。所述型材還包含多個長纖維，所述多個長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度進行取向。所述連續纖維的重量與所述長纖維的重量之比為約O. 2-約10。此外，所述型材的撓曲模量與最大撓曲強度之比為約50-約2200。根據本專利技術的另一個實施方案，公開了一種形成拉擠的中空型材的方法。該方法包括在擠出裝置內用熱塑性基體浸潰多個連續纖維；將浸潰的纖維進行合并以形成其中連續纖維沿縱向取向的第一帶；拉擠第一帶和至少第二帶通過模具以形成中空型材，其中第一帶、第二帶或其二者含有長纖維。下面更為詳細地給出本專利技術的其它特征和方面。附圖簡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專利技術的全部和促成實施內容，包括對本領域技術人員而言其最佳的模式，其中圖I是可用于本專利技術的拉擠系統的一個實施方案的示意性描述；圖2是用于本專利技術的浸潰系統的一個實施方案的不意性描述；圖3A是圖2中所示的浸潰模具的截面圖；圖3B是可用于本專利技術的浸潰模具的歧管組件和澆道的一個實施方案的分解圖；圖3C是可用于本專利技術的至少部分限定出浸潰區的板片(plate)的一個實施方案的透視圖4是可用于本專利技術的預成型和拉擠模具的一個實施方案的側視圖，其中在連續和長纖維材料穿過模具時對它們的流動進行了描述；圖5是圖4模具的透視圖；圖6是可用于本專利技術使長纖維層成型的心軸的一個實施方案的頂視圖，其中在長纖維材料經過心軸時也對其流動進行了描述；圖7是圖6心軸部分的透視圖；圖8是可用于本專利技術將連續纖維層成型的心軸部分的一個實施方案的分解透視圖，其中在連續纖維材料經過心軸時也對其流動進行了描述；圖9是圖8心軸部分的透視圖；附圖說明圖10是圖8心軸部分的另一個透視圖，其中圖IOA顯示了心軸部分的右透視圖，圖IOB顯示了左透視圖；圖11是本專利技術的矩形中空型材的一個實施方案的截面圖；圖12是本專利技術的矩形中空型材的另一個實施方案的截面圖；圖13是可用于形成圖12型材的預成型和拉擠模具系統的一個實施方案的側視圖；圖14是圖13的預成型和拉擠模具系統的透視圖；圖15是本專利技術的矩形中空型材的另一個實施方案的截面圖；圖16是本專利技術的L形中空型材的一個實施方案的截面圖；以及圖17是本專利技術的矩形中空型材的又一個實施方案的截面圖；本說明書和附圖中重復使用的參考標記意欲表示本專利技術的相同或類似的特征或要素。代表性實施方案的詳述定義如本文所使用的，術語“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、帶有槽(slotted)等。這樣的型材可以用作窗線(window lineals)、鋪板(decking plank)、欄桿、支柱、屋頂瓦、護墻板、裝飾板、管、圍欄、柱子、燈柱、公路標識牌、路邊標志桿等的結構件。如本文所使用的，術語“中空”通常是指型材內部的至少一部分是空隙空間。空隙空間可以任選地延伸型材的整個長度。如本文所使用的，術語“連續纖維”通常是指具有通常僅受部件長度限制的長度的纖維、細絲、紗線或粗紗(例如纖維束)。例如，這類纖維可以具有大于約25毫米，在一些實施方案中，約50毫米或更大，在一些實施方案中，約100毫米或更大的長度。如本文所使用的，術語“長纖維”通常是指不連續的且典型地具有約O. 5-約25毫米，在一些實施方案中，約O. 8-約15毫米，和在一些實施方案中，約I-約12毫米的長度的纖維、細絲、紗線或粗紗。詳述本領域普通技術人員應理解，目前的論述僅僅是示例性實施方案的描述，并且不意欲限制本專利技術的更寬泛方面。總體而言，本專利技術涉及由連續纖維增強帶(“CFRT”)形成的中空線性型材，所述連續纖維增強帶含有埋入第一熱塑性聚合物基體內的多個連續纖維。為了提高型材的拉伸強度和模量，使連續纖維在所述帶內沿基本上縱向(例如拉擠方向)排列。除連續纖維外，本專利技術的中空型材還含有可任選埋入第二熱塑性基體內的多個長纖維以形成長纖維增強的熱塑性材料(“LFRT")。可以將所述長纖維納入到連續纖維帶中或形成為型材的單獨層。不管如何，將所述長纖維的至少一部分以相對于縱向成一定角度(例如90° )進行取向以給型材提供提高的橫向強度。為了實現拉伸強度和橫向強度之間的良好平衡，本專利技術人發現可以對連續纖維和長纖維的相對比例進行選擇性控制。也就是，連續纖維的重量與長纖維的重量之比在約O. 2-約10，在一些實施方案中，約O. 4-約5，和在一些實施方案中，約O. 5-約4的范圍內。例如，連續纖維可以占型材的約IOwt. %-約90wt. %,在一些實施方案中，約20wt. %-約70wt. %,和在一些實施方案中，約30wt. %-約60wt. %。同樣，長纖維可以占型材的約O. 5wt. %-約50wt. %,在一些實施方案中，約Iwt. %-約40wt. %,和在一些實施方案中，約2wt. %-約 30wt. %。 與具有相同形狀和尺寸、但是缺乏本專利技術的長纖維增強的型材相比，所得本專利技術的中空型材可以因此表現出相對高的最大撓曲強度(沿橫向方向)。例如，最大撓曲強度(也稱作斷裂模量或彎曲強度)可以為約12兆帕(“MPa”)或更大，在一些實施方案中，約15-約50MPa，和在一些實施方案中，約20-約40MPa。術語“最大撓曲強度”通常是指在室溫下在通過“三點彎曲”試驗(例如ASTM D790-10，程序A或ISO 178)產生的應力-應變曲線上沿橫向達到的最大應力。其表示材料經受住沿橫向施加的應力直到失效的能力。同樣，所述型材還可以表現出高的撓曲模量。術語“撓曲模量”通常是指撓曲變形(以單位面積的力為單位)中的應力與應變比,或材料彎曲的傾向性。其由通過“三點彎曲”試驗(例如ASTMD790-10，程序A或ISO 178)產生的應力-應變曲線的斜率進行測定。例如，本專利技術的型材可以表現出約2千兆帕(“GPa)或更大，在一些實本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·M·尼爾森，D·W·伊斯特普，T·A·里甘，
申請(專利權)人：提克納有限責任公司，
類型：
國別省市：