制造复合材料的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求提交于2013年5月7日的共同待审的美国临时专利申请61/855, 080 的优先权，该临时专利申请的整个内容通过引用并入此处。
技术领域
[0003] 本发明设及一种制造复合材料的方法，尤其设及一种制造纤维增强聚合物材料的 方法。
【背景技术】
[0004] 纤维增强聚合物包括由基体束缚的纤维材料，典型地由粘合剂（诸如树脂）提供。 纤维增强聚合物常规上使用拉挤成型工艺制造，图1示出了拉挤成型工艺的例子。 阳0化]在拉挤成型工艺中，通过拉动机构15 (诸如一对从动漉20)将进来的纤维5拉过 生产线10。纤维5被引入池25,池25包含各种粘合剂中的一种。一旦被湿化，纤维5就被 引入通过静止模具30,静止模具30可W具有一个或多个加热区域W启动粘合剂的固化。在 拉挤成型工艺中，模具30起到多个作用。其产生压力W促进纤维5的湿化、加热粘合剂和 纤维5、控制粘合剂的固化，并且控制拉挤成型产品的最终形状。
[0006] 粘合剂具有由化学反应（固化、交联、干燥等）支配的固化轮廓。运些固化轮廓是 粘合剂的化学反应性、处理溫度W及处理溫度的驻留时间的函数。当生产速度增加时，确保 粘合剂的合适的固化变得更加困难。
[0007] 图1示出的常规拉挤成型工艺具有固有约束，会严重阻碍处理的速度。模具30的 长度是对处理速度的主要约束，处理溫度、处理摩擦和处理气体移除提供了其他限制性约 束。粘合剂池25具有其自身缺陷，包括难W混合并维持多部分的反应性粘合剂、过量废弃 物，W及由于对池25填充通常需要的大体积粘合剂而导致的高操作成本。至少因为上述列 出的原因，先前制造纤维增强产品不是节约成本的，尤其如果利用一个或多个快速固化热 固性聚合物和/或多组分热固性聚合物作为粘合剂的一部分的话。
【发明内容】
[0008] 在一些实施例中，本发明提供了制造结构构件的方法。该方法包括：将多个纤维 预加热至第一溫度，沿着组装线移动预加热的纤维，将粘合剂施加于所述预加热的纤维中 的至少一个，其中当施加粘合剂时，纤维被隔开并且延伸跨越第一区域。该方法进一步包括 提供模具，所述模具具有：具有第一直径的第一部分，第一部分定位成接收所述预加热的纤 维；W及具有第二直径的第二部分，第二部分定位在所述第一部分的下游，其中所述第一直 径大于所述第二直径，并且其中所述模具在所述第一部分和所述第二部分之间是渐缩的。 在施加粘合剂之后，该方法进一步包括沿着模具引导多个纤维。该方法进一步包括用所述 模具降低多个纤维之间的距离，其中在降低多个纤维之间的距离之后，纤维延伸跨越小于 第一区域的第二区域，在降低之后，将所述多个纤维的溫度维持在与所述第一溫度大致相 似的溫度。该方法进一步包括在维持溫度的同时，利用第一成形站将多个纤维成形；在维持 溫度的同时，利用与第一成形站间隔的第二成形站将多个纤维成形；W及在维持溫度的同 时，利用与第一和第二成形站间隔的第Ξ成形站将多个纤维成形。
[0009] 在一些实施例中，本发明提供了制造结构构件的方法。该方法包括：将多个纤维预 加热至第一溫度；沿着组装线移动预加热的纤维W及将粘合剂施加于所述预加热的纤维中 的至少一个，其中当施加粘合剂时，纤维被隔开并且延伸跨越第一区域。施加粘合剂包括W 下至少一个步骤：将粘合剂喷洒在多个纤维中的至少一个上，W及从加压室挤出所述粘合 剂并且将至少一个纤维拖拽经过挤出的粘合剂。在施加粘合剂之后，该方法进一步包括沿 着模具引导预加热的纤维W及用模具降低多个纤维之间的距离，其中在降低多个纤维之间 的距离之后，纤维延伸跨越小于第一区域的第二区域。在降低之后，该方法进一步包括将所 述多个纤维的溫度维持在与所述第一溫度大致相似的溫度。该方法进一步包括在维持溫度 的同时利用第一成形站将多个纤维成形；在维持溫度的同时利用与第一成形站间隔的第二 成形站将多个纤维成形；W及在维持溫度的同时利用与第一和第二成形站间隔的第Ξ成形 站将多个纤维成形。
[0010] 在一些实施例中，本发明包括制造连续的结构构件的方法。该方法包括：将多个纤 维预加热至第一溫度；沿着组装线移动预加热的纤维；将粘合剂施加于所述预加热的纤维 中的至少一个；提供构造为接收所述预加热的纤维的模具，其中所述模具沿着所述组装线 的至少一部分与所述预加热的纤维一起移动；将所述多个纤维的溫度维持在与所述第一溫 度大致相似的溫度；W及在维持溫度的同时在所述模具内压缩所述多个纤维。
[0011] 通过考虑W下具体描述W及附图，本发明的其他特征和方案将变得明显。
【附图说明】
[0012] 图1是典型拉挤成型工艺的示意图。
[0013] 图2是根据本发明的一些实施例的组装线的示意图。
[0014] 图3是图2的组装线的一部分的立体图。
[0015] 图4是图2的组装线的一部分的立体图。
[0016] 图5示出了根据一个实施例使用在图2的组装线中的粘合剂施加组件。
[0017] 图6和图7示出了根据一些实施例使用在图2的组装线中的粘合剂施加组件。
[0018] 图8是图2的组装线的另一部分的立体图，示出了正绕着一段长度的湿化的纤维 而被固化的模具。
[0019] 图9是正绕着一段长度的湿化的纤维而被固化的模具的立体图。
[0020] 图10是图2的组装线的成形站的端视图。
[0021] 图11是根据一些实施例的成形站的示意图。
[0022] 图12是根据一些实施例的成形站的示意图。
[0023] 图13是根据一些实施例的成形站的示意图。
[0024] 图14是根据一些实施例的成形站的示意图。
[00巧]图15是根据一些实施例的成形站的示意图。
[00%] 图16是根据一些实施例的成形站的示意图。
[0027] 在详细解释本发明的任何实施例之前，应该理解的是，本发明并不局限于W下描 述中陈述的或者w下附图中示出的构造的细节w及部件的布置。本发明能够具有其他实施 例并且能够W各种方式被实践或者被执行。而且，应该理解的是，此处使用的词语W及术语 是为了描述的目的，而不应被视为是限制性的。
【具体实施方式】
[002引图2和3示出了用于制造纤维增强聚合物（FR巧结构复合材料（即基体复合材 料）的组装线100。结构复合材料可W形成多种结构构件，诸如钢筋、工字梁，C通道、管、结 构层压板等。图示的组装线100包括粗纱站105、粘合剂施加站110W及多个成形站115。 在一些实施例中，额外的或者可替换的站可W包括在组装线100中。组装线100大致是直 线的并且限定了中央轴线120,沿着中央轴线120生产结构复合材料（图3)。正如此处更 详细描述的，组装线100能够W高速连续地制造FRP结构复合材料。
[0029] 粗纱站105包括多个线轴或者绕线筒125,线轴或者绕线筒125支撑并且分配将要 包括在结构复合材料中的纤维130的线股或者粗纱。在图示的实施例中，纤维130包括玄 武岩；但是，纤维130可W包括玻璃、芳族聚酷胺、碳或者任何其他期望的纤维材料。绕线筒 125可W联接至动力驱动系统，动力驱动系统控制纤维馈送率。在运种实施例中，可W设置 松紧调节器或者其他自动张力设备（未示出）W维持在纤维130上一致的张力。
[0030] 在从绕线筒125分配之后，纤维130通过引导组件135,引导组件135布置纤维130 用于在粘合剂施加站11〇(图3和图4)进行湿化。在一些实施例中，引导组件135可W将 纤维130布置于一平面中W提供用于湿化的较大的矩形表面面积。可替换地，引导组件135 可W将纤维130布置成其他图案，诸如柱形、管状或者螺线形图案。
[0031] 在一些实施例中，粗纱站105包括一个或多个加热元件（未示出），W在它们被分 配至粘合剂施加站110之前预加热纤维130至期望溫度。加热元件可W内置于绕线筒125 内或者可W位于绕线筒125外部。例如，当纤维离开粗纱站105时，加热的空气可W被引导 经过纤维130。对纤维130预加热可W降低粘合剂施加站110所需的能量输入，并且可W有 助于稳定粘合剂固化处理，W下更详细地描述。
[0032] 由于纤维较小的直径（当相比于模具和成形站中的成组纤维的直径时），与在一 个或多个成形站中加热成组纤维相比，预加热各个纤维需要较少时间和/或能量。成形站