在复合材料中形成通道的牺牲纤维的制作方法_2

文档序号:9626938阅读:来源:国知局
母体8的几何结构的负片(negative)相对应的几何结构。
[0027]图3是概念图,示出图2所示示例多孔预制件母体8的横向剖视图,其沿多孔预制件母体8的直径截取。多孔预制件母体8的多孔体10可以包括例如纺织、无纺或切短纤维混合物18,它们在多孔体10内形成多个气孔20。多孔体10的孔隙度大体上在多孔体10的整个厚度T上延伸。例如,多孔预制件母体8可以包括包含纤维混合物的物品,如本发明描述的。在一些示例中,这样的物品可以包括纤维混合物18。其它物品可以包括纤维混合物53,如下所述。一种包含纤维混合物18的物品可以包括多个牺牲纤维22,其中,每个牺牲纤维具有在约170摄氏度与约400摄氏度之间的大体清除温度,例如包含在牺牲纤维中的牺牲材料的软化温度或燃点。在一些示例中,这样的纤维混合物18还可以包括如本文描述的,多个碳纤维母体纤维或多个碳纤维。例如,这样的物品可以包括牺牲纤维22,包括热塑性材料,热塑性材料的大体清除温度是热塑性材料的软化温度。作为其他的示例,牺牲纤维22可以包括大麻纤维、草纤维、木材纤维、棉纤维、含有有机材料的纤维等等。在这样的示例中,纤维混合物18还可以包括碳纤维母体纤维,例如聚丙烯腈(PAN)纤维或沥青纤维。
[0028]图4示出图3中示出的多孔预制件母体8包括纤维混合物18的区段A的特写概念图。如图4所示,预制件母体8可以包括限定出多个气孔20的纤维混合物18,其中,纤维混合物18包括牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24的混合物。在一些示例中,纤维混合物18可以是大体上均质混合物(例如,整个混合物均质混合的或几乎均质混合的)。例如,在纤维混合物18的一部分或全部中,牺牲纤维22与碳纤维母体纤维24的比例可以是相对恒定的。在一些示例中,牺牲纤维22构成纤维混合物18的总量的约0.5%与约10%之间。
[0029]纤维混合物18可以包括牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24。在一些示例中,牺牲纤维22的牺牲材料可以具有约170摄氏度与约400摄氏度之间的软化温度。例如,包含聚合材料的纤维可以具有在约170摄氏度与约200摄氏度之间的软化温度。合适的牺牲纤维22可以包括包含聚合材料多个纤维或包含热塑性材料例如聚乙烯纤维(例如低密度聚乙烯纤维)或聚丙烯纤维的多个纤维。在一些示例中,牺牲纤维22可以包括聚合材料、非聚合材料或这两者。例如,本发明的技术中采用的牺牲纤维可以包括任何纤维材料,其通过在约170摄氏度与约400摄氏度之间的范围中的热处理大体上可被清除(例如,可清除或几乎可清除)。在一些示例中,牺牲纤维可以包括大麻纤维、草纤维、木材纤维、棉纤维、含有有机材料的纤维等等。合适的碳纤维母体纤维24可以包括例如聚丙烯腈(PAN)纤维或沥青纤维。进一步地,加热包含牺牲纤维和多个碳纤维母体纤维的纤维混合物18到约170摄氏度与约400 (4)摄氏度之间的温度可包括但不限于在设定为至少约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度的烤箱中加热纤维混合物18。
[0030]纤维混合物18可以采取许多形式。例如,纤维混合物18可以通过粘结剂或树脂粘合在一起,纤维混合物18可以形成为粘合或针刺在一起的多个纤维层(未示出),或者纤维混合物18可以机械连接,例如使用针刺法,而不用预先形成为不同的纤维层。纤维混合物18和气孔20没有必要按比例示出,而是概念性地示出以说明本发明的各个方面。
[0031]牺牲纤维22可以以许多方式与碳纤维母体纤维24 (或者,在其它示例中,与碳纤维)混合。例如,纤维混合物18可以包括纺织织物、薄片或丝束,无纺织物、薄片或丝束,或者多个切短纤维。在一些示例中,丝束可以包括1,000与4,000之间的纤维。在一些示例中,当纤维混合物18包括切短纤维时,这些切短纤维可以通过切碎长丝束而形成,在长丝束中牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24 (或在一些示例中碳纤维)已经交织。牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24也可以随意混合,而不编织。这样的纤维(包括丝束)可以在混合之前被单独切碎或者在混合之后一起切碎,使用例如短切枪系统(chopper gun system)。
[0032]纤维混合物18可以被沉积到模具16中。在一些示例中,分开的牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24 (包括但不限于切短纤维)可以在它们被导入模具16之后进行混合。在其它示例中,牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24可以在导入模具16或附加处理之前进行混合。例如,牺牲纤维22和多个碳纤维母体纤维24可以沉积在模具16中并且在模具中混合以形成包含纤维混合物18的预制件母体。作为另一示例,牺牲纤维22(例如低密度聚乙烯纤维)可以并入长丝束中用于制造纺织或无纺织物,用于接合处(layup)以形成预制件。这样的织物可以拥有各向异性。替代地,如所论述的,丝束可以被切碎,从而,牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24可以被随意混合和处理以形成具有总体各向同性的预制件母体或预制件。
[0033]在一些示例中,图1的技术的纤维混合物18可以包括通过针刺与碳纤维母体纤维24结合的牺牲纤维22,从而,牺牲纤维22与至少一些碳纤维母体纤维24机械地粘合在一起。在所有示例中,当执行这样的针刺时,额外的牺牲纤维22可以是或可以不是已经与碳纤维母体纤维24混合。通过针刺结合的牺牲纤维22可以应用于例如纺织、无纺或切短丝束以及至少含有碳纤维母体纤维24的织物的层。针刺处理可以包括有或用针接合牺牲纤维22,从而,通过一个或多个针应用足够的力到牺牲纤维22 (例如,以自动方式)以使牺牲纤维22与至少一些碳纤维母体纤维24机械粘合在一起。当针刺的牺牲纤维22被至少加热到约170摄氏度与400摄氏度之间的温度并且熔化或烧掉时,留在它们的位置处的多个通道26可以允许液体或气体在平行于工件厚度(例如,看图2中的示例物品的厚度"T")的方向上更多进出,例如在z方向。
[0034]在含有无纺织物的纤维混合物18中,牺牲纤维22在一些示例中可以具有约2.5英寸的平均长度。在其它形式的织物层或纤维混合物18与牺牲纤维22针刺以制造期望厚度的预制件的示例中,牺牲纤维22可以有高达三英寸的长度,取决于层和/或期望的预制件厚度。在其它示例中,包含用于随意混合的切短纤维,含有牺牲纤维22的牺牲材料的一个或多个长纤维能够围绕碳纤维母体纤维24缠绕以形成纤维混合物。这样的长牺牲纤维22可以有任何合适的长度。
[0035]现在回到图1,如上所述,示例技术包括加热纤维混合物18到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度,以大体上从纤维混合物18中清除(例如清除或几乎清除)牺牲纤维22并且在预制件母体中在多个碳纤维母体纤维24之间在牺牲纤维22 (4)的位置处形成多个通道26。通过这种方式,牺牲纤维22可以大体上从纤维混合物18清除,在它们的位置处在预制件母体中在多个碳纤维母体纤维24之间留下多个通道26。在一些示例中,牺牲纤维22可以包括任何纤维材料,其通过在约170摄氏度与约400摄氏度范围中的热处理大体上可清除(例如,可清除或几乎可清除)。在一些示例中,牺牲纤维22可以包括具有约170摄氏度与约400摄氏度之间的软化温度的聚合或热塑性材料。在一些示例中,牺牲纤维22可以包括大麻纤维、草纤维、木材纤维、棉纤维、含有有机材料的纤维等等。在一些示例中,一旦被加热到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度,牺牲纤维22可以灰化或燃烧,从而,可以忽略的灰或没有灰保留在牺牲纤维所在的地方。在其它示例中,如所注意的,加热牺牲纤维22到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度可以促使牺牲纤维22达到组成它们的一种或多种牺牲材料22的软化温度,从而,牺牲材料和/或牺牲纤维22熔化或燃烧离开预制件母体、预制件或工件。
[0036]图5示出图3中标出的多孔预制件母体8在通过加热纤维混合物18到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度清除了牺牲纤维22之后的区段A的特写概念图。如图5所示,在大体清除了牺牲纤维22之后,多孔预制件母体8包括附加孔隙度,形式为多个碳纤维母体纤维24之间的多个通道26。
[0037]图1的技术还包括碳化多个碳纤维母体24以形成多个碳纤维(6)。在一些示例中,加热牺牲纤维22和碳纤维母体纤维24的混合物18到约170摄氏度与约400摄氏度
(4)之间的温度和碳化多个碳纤维母
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