用于模制部件的具有轴向性质梯度的短切纤维的制作方法
【专利说明】用于模制部件的具有轴向性质梯度的短切纤维
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2013年3月15日申请的标题为“用于模制部件的具有轴向性质梯度的短切纤维(CHOPPED-FIBERS WITH AXIAL PROPERTY GRADIENT FOR MOLDED PARTS) ”的第13/841，444号美国非临时专利申请案的优先权且为所述非临时专利申请案的延续案，所述美国非临时专利申请案的揭示内容以全文引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本描述涉及纤维增强聚合物，且特定来说，涉及用于模制部件中的具有轴向性质梯度的短切纤维。
【背景技术】
[0004]因为模制纤维增强塑料(FRP)(例如，注射模制FRP)相对于竞争材料拥有的有利性质(例如，其低成本、低重量、强度及柔性)，所以模制纤维增强塑料(FRP)正越来越多地用于各种产品中。然而，当与大量纤维填料复合时，注射模制纤维增强塑料可为十分易碎的。易碎性导致过载(例如，跌落测试)时的较差能量吸收。此外，当针对特定用途选择材料时，注射模制纤维增强塑料的有利性质常常必须相对于彼此而折衷。举例来说，在材料中具有高纤维密度的FRP可为相对坚固的但也相对易碎，而在材料中具有低纤维密度的FRP可为相对不结实的但也可具有相对高的延展性。
[0005]因此，需要用于解决现有技术的不足并提供其它新颖及创新特征的材料及产品。
【发明内容】
[0006]在第一一般方面中，一种便携式计算装置包含:处理器、存储器及便携式计算装置壳体，所述便携式计算装置壳体围封包含至少所述处理器及所述存储器的一或多个集成电路。所述壳体包含模制纤维增强聚合物(FRP)材料，所述模制纤维增强聚合物(FRP)材料包含聚合物材料及细长纤维，所述细长纤维粘附到所述聚合物材料且具有沿着所述纤维的伸长轴随着所述纤维的长度而变化的性质，其中所述纤维与所述聚合物之间的粘附强度至少部分由所述纤维的沿着所述伸长轴随着所述纤维的长度而变化的性质确定。
[0007]实施方案可包含以下特征中的一或多者。举例来说，所述便携式计算装置可为膝上型计算机、手持式计算机、平板计算机、上网本计算机、个人数字助理、企业数字助理、智能电话或可穿戴计算机中的任一者。
[0008]所述细长纤维可包含玻璃纤维。所述细长纤维可包含碳纤维。所述纤维可为圆柱形的，且所述纤维随着所述纤维的长度而变化的性质包含所述纤维的直径。所述纤维具有小于所述纤维的中心部分的直径。所述壳体中的纤维可在所述纤维的末端处具有5 μπι到10 μ m的最小直径，且可在所述纤维的中心部分中具有10 μπι到20 μπι的最大直径。与在所述纤维的末端处相比，在所述纤维的中心部分处，所述纤维与所述聚合物之间的粘附强度可更强。所述纤维随着所述纤维的长度而变化的性质包含所述纤维的表面粗糙度。
[0009]在另一一般方面中，一种纤维增强聚合物(FRP)材料包含聚合物材料及细长纤维，所述细长纤维粘附到所述聚合物材料且具有沿着所述纤维的伸长轴随着所述纤维的长度而变化的性质。所述纤维与所述聚合物之间的粘附强度至少部分由所述纤维沿着所述伸长轴随着所述纤维的长度而变化的性质确定。
[0010]实施方案可包含以下特征中的一或多者。举例来说，所述细长纤维可包含玻璃纤维。所述细长纤维可包含碳纤维。所述纤维可为圆柱形的，且所述纤维随着所述纤维的长度而变化的所述性质可包含所述纤维的直径。所述纤维的末端可具有小于所述纤维的中心部分的直径。所述纤维可在所述纤维的末端具有5 μπι到10 μπι的最小直径，且可在所述纤维的中心部分中具有10 μπι到20 μπι的最大直径。与在所述纤维的末端处相比，在所述纤维的中心部分处，所述纤维与所述聚合物之间的粘附强度可更强。所述纤维随着所述纤维的长度而变化的所述性质可包含所述纤维的表面粗糙度。
[0011]在另一一般方面中，一种制造用于模制纤维增强聚合物材料中的玻璃纤维的方法包含:从玻璃预成型件拉拔纤维；及在拉拔纤维时使所述被拉拔纤维振动。可改变所述振动的频率及/或幅度，其中所述被拉拔纤维的直径至少部分由所述振动的幅度及/或频率确定。可将所述被拉拔纤维切割成若干子区段，其中所述子区段具有沿着子区段的伸长轴随着长度而变化的直径。
[0012]实施方案可包含以下特征中的一或多者。举例来说，所述子区段可在所述子区段的末端处具有小于所述子区段的中间处的直径的直径。在拉拔纤维时使所述被拉拔纤维振动可包含使所述纤维以第一频率振动及添加第二频率，且改变所述振动的频率可包含改变所述第一振动频率的频率及/或幅度及改变所述第二振动频率的频率及/或幅度。
[0013]所述方法可进一步包含使被拉拔纤维的表面局部凹陷及沿着所述纤维的长度改变所述凹陷的幅度及/或频率。
[0014]在附图及以下描述中陈述一或多个实施方案的细节。将从所述描述及图式及从权利要求书明白其它特征。
【附图说明】
[0015]图1为包含细长纤维及聚合物材料的实例模制材料的平面图。
[0016]图2为可用于模制材料中的实例细长纤维的横截面图。
[0017]图3为可用于模制材料中的另一实例细长纤维的横截面图。
[0018]图4为用于生产用于模制材料中的细长纤维的实例设备的示意图。
[0019]图5为用于生产用于模制材料中的细长纤维的实例设备的示意图。
[0020]图6为包含模制壳体的实例便携式计算装置的示意图。
[0021]各种图式中的相同参考符号指示相同元件。
【具体实施方式】
[0022]根据本文中描述的材料、设备及方法，纤维增强聚合物材料可归因于使用细长纤维而具有改善的强度及延展性性质，所述细长纤维沿着所述纤维的纵轴在所述纤维与周围聚合物基体之间具有粘附强度梯度，其中所述粘附在纤维长度的中心附近较高，且所述粘附在所述纤维的末端处较低。当在纤维增强聚合物部件中使用此类纤维且所述部件经受过载时，所述纤维与所述聚合物基体之间的界面从所述纤维的末端朝向所述纤维的中心逐渐损坏而非仅仅使所述纤维断裂。在过载之后，所述部件可返回到接近于其原始形状，尽管可能存在所述部件的表观模量(apparent modulus)的某种降级。以此方式，所述部件可能够吸收一些能量而不完全损坏。
[0023]在给定强度下，由此类材料制成的纤维增强聚合物部件与使用沿着纤维的纵轴在纤维与周围聚合物基体之间不具有粘附强度梯度的纤维制成的类似部件相比可具有相对高的延展性。类似地，在给定延展性下，由此类材料制成的纤维增强聚合物部件与由具有沿着纤维的纵轴在纤维与周围聚合物基体之间不具有粘附强度梯度的纤维的材料制成的类似部件相比可具有相对较高的强度。
[0024]图1为包含细长纤维102及聚合物材料的实例模制材料的平面图。所述模制材料包含与聚合物材料混合的大量细长纤维，所述细长纤维粘附到所述聚合物材料。所述细长纤维各自具有轴向方向，且不同纤维的轴向方向可随机定向或可在一或多个特定方向上偏置。模制材料可以液体状态或可流动状态存在，在所述液体状态或可流动状态中，所述模制材料可形成为所要形状。举例来说，当处于液体状态或可流动状态中时，可通过将模制材料放置到具有所要形状的模具中来将所述材料模制成所要形状。在一个实施方案中，可使用注射模制工艺来使所述材料形成为所要形状。一旦将所述材料形成为所要形状，便可使所述材料固化或定形为固态状态或不可流动状态。可在聚合物基体中使用各种不同聚合物材料，例如，乙烯醋、聚氨酯浇注弹性体、聚丙烯、环氧树脂、热固性聚氨酯、不饱和聚氨酯树月旨、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚缩醛、聚乙烯酯、聚苯乙烯及/或上述材料的组合。
[0025]在固化状态或不可流动状态中，模制材料的细长纤维粘附到围绕所述模制材料的聚合物材料，且所述纤维与所述聚合物材料之间的粘附强度可沿着所述纤维的长度不统一。举例来说，沿着所述纤维的纵轴在所述聚合物材料中的纤维之间可存在粘附强度的梯度。举例来说，所述纤维与所述聚合物材料之间的粘附可在所述纤维的末端处最弱且可在所述纤维的中心部分附近最强。
[0026]图2为可用于模制材料中的实例细长纤维200的横截面图。纤维200在第一端204与第二端206之间沿着伸长轴202伸长。纤维208的中间区段定位在所述第一端与所述第二端之间。所述纤维可具有大体上圆柱形形状，但是所述圆柱形形状无需为其中圆柱体沿着其轴具有恒定直径的直圆柱体形状。替代地，中间区段208的直径可大于末端204、206处的直径。因为沿着纤维长度的纤维直径梯度，所以聚合物材料与纤维的粘附强度也可具有沿着所述纤维长度的梯度。特定来说，在沿着纤维的长度的任何点处的每单位长度的粘附力差可根据π d.dx变化，其中d为所述纤维的局部直径，且dx为沿着所述纤维的微分长度。因此，所述聚合物材料与所述纤维的粘附可根据直径d变化。
[0027]在特定实施方案中，纤维200的直径可为约3 μπι到25 μπι。在一些实施方案中，纤维的末端202、206可具有的约5 μ m到10 μ m的直径，且纤维200在所述纤维的中心部分208中的最大直径可为约ΙΟμπι到20 μm。在特定实施方案中，纤维200可具有大约10ym到500 μπι的长度。所述纤维可由各种材料制成。举例来说，在一些实施方案中，所述纤维可为玻璃纤维，且在其它实施方案中，所述纤维可为碳纤维。
[0028]图3为可用于模制材料中的另一实例细长纤维300的横截面图。如同图2中展示的细长纤维200，纤维300具有随着所述纤维的长度变化的直径，且末端304、306具有小于中间区段308的直径的直径。此外，所述纤维的表面可具有沿着纤维的长度变化的局部微观结构。举例来说