专利名称：采用多重树脂的树脂注塑挤压预成型方法
技术领域：
本发明一般性地涉及树脂注塑挤压工艺，本发明尤其涉及采用多重树脂的树脂注塑挤压(pultrusion)预成形方法。
对矿物或玻璃纤维之类的树脂浸渍纤维所进行的挤压是一种常见工艺。通常，树脂浸渍纤维的挤压工艺包含采用适当树脂材料对大量连续纤维及/或连续纤维/织物组合所进行的浸渍以及使纤维穿过模具。传统方法是通过使连续纤维穿过液态树脂材料浴器而受到浸渍，由此使纤维在树脂材料中完全被浸润或涂敷。在此之后，涂敷过的纤维发生固结并穿过挤压或矫正模，在该模具中，纤维成形为预定形状，而经过矫正的树脂材料则使纤维定位。
然而，这些现有技术工艺中的树脂浴器具有几个重要的缺陷。按现有技术中的方法运行的浴器会导致树脂材料的过量消耗，从而增加工艺成本。另外，由于采用大容器容纳树脂材料，从某一特定树脂材料到另一种不同树脂材料的转换将需要付出大量的时间以及经费成本。
此外，树脂材料大都由有机化合物的混合物构成，其主要部分是挥发性的有机化合物或VOC3。VOC3的析出受到严格的监控，并受到多种支配性条件及规程的约束。服从这些规程需要付出相当大的代价。现有技术中的浸渍工艺所用的树脂浴器对于大气环境是开放或局部开放的，而且需要使用大量的树脂材料。在现有技术的处理工艺中，VOC3的析出量级远远高于所要求的值。
由于使用树脂浴器浸渍连续纤维的做法存在上述缺陷，因此，在挤压工艺中使用树脂注塑来浸渍连续纤维的做法在近些年里得到了应用。这项工艺的特点在于，树脂浴器以及任何可实现浸润功能的工艺装备被模具中经机加工的型腔所代替。当干纤维的进给经过模具并进入型腔时，树脂的注入会使纤维被树脂材料所涂敷。
作为传统做法，现有技术的处理工艺用单一树脂材料浸渍增强包裹部分。然而目前所需要的是有选择地用第一树脂浸渍一个或多个第一增强包裹层；将那些浸渍过的第一层与第二层结合起来；以及用第二树脂材料浸渍增强包裹部分。
本发明可以满足上述需要，其中提出的方法及设备可以实现如下目的，亦即有选择地用第一树脂材料浸渍一个或多个第一增强包裹层，将那些浸渍过的第一层与第二层结合起来，以及用第二树脂材料浸渍增强包裹部分。该方法包括用第一树脂材料浸渍增强包裹部分的第一层，将增强包裹部分的第一层与第二层结合起来，以及用不同于第一树脂材料的第二树脂材料来浸渍增强包裹部分。这样，对于某一经过成形的挤压部分来说，它所具有的第一层将会在性能表现上不同于其第二层。因此，可以根据特定的使用要求来更具体地定制挤压部分的整体性能。
作为本发明第一项内容的是一种用来实施树脂注塑挤压的方法。该方法包括以下步骤输送至少一个连续的第一层以及至少一个连续的第二层；用第一树脂材料浸渍上述第一层；将浸渍过的第一层与第二层结合起来，从而形成一个挤压增强包裹部分；使增强包裹部分进入某一注模；以及将末级树脂材料注入注模中以浸渍增强包裹部分。第一树脂材料和末级树脂材料是本质上不相同的树脂。
输送至少一个第二层的步骤可以包括输送至少两个第二层，而输送至少一个第一层的步骤也可以包括输送两个第一层。作为优选方案，同时输送第一及第二层的步骤包括输送连续的细纱、粗纱或面纱层。各个第一层可以包括内包裹层，而且各个第二层可以包括外包裹层。
作为优选方案，浸渍第一层的步骤包括使第一层进入某一注模以及将第一树脂材料注入该注模中的步骤。浸渍第一层的步骤还可包括在使增强包裹部分进入注模之前用第二树脂材料浸渍第一层的步骤。作为优选方案，所有第一、第二以及末级树脂材料本质上不相同。作为变化型，浸渍至少一个第一层的步骤包括如下步骤，亦即用第一树脂材料浸渍某第一层，同时又用第二树脂材料浸渍另一第一层。
使增强包裹部分进入注模的步骤包括如下步骤，亦即在增强包裹部分进入注模之前使其成形并受到压缩。
该方法还包括使浸渍过的挤压增强包裹部分进入矫正模以矫正树脂材料的步骤。作为优选方案，矫正模与注模之间密封连接，而且，浸渍过的增强包裹部分在进入矫正模时被维持在受压状态下。
作为本发明第二项内容的是一种用来实施树脂注塑挤压的方法。该方法包括以下步骤至少输送第一和第二连续内层，而且至少输送第一和第二连续外层；至少用一种第一树脂材料浸渍上述第一内层；至少用一种第二树脂材料浸渍上述第二内层；将浸渍过的第一和第二内层与第一和第二外层结合起来，从而形成一个挤压增强包裹部分；使增强包裹部分进入某一注模；以及将末级树脂材料注入注模中以浸渍增强包裹部分。第一和第二树脂材料中至少有一方与末级树脂材料本质上不相同。
该方法还包括使浸渍过的挤压增强包裹部分进入矫正模以矫正树脂材料的步骤。作为优选方案，矫正模与注模之间密封连接，而且，浸渍过的增强包裹部分在进入矫正模时被维持在受压状态下。
作为本发明第三项内容的是一种用来实施树脂注塑挤压的方法。该方法包括以下步骤提供第一和第二连续的增强材料；至少用一种树脂材料浸渍第一连续增强材料；用上述树脂材料将浸渍过的第一增强材料与未浸渍过的第二增强材料结合起来，从而形成一个局部浸渍的增强包裹部分。
作为优选方案，第一连续增强材料包括该增强材料的若干个第一连续层，而且第二连续增强材料也包括该增强材料的若干个第二连续层。此外，上述第一层构成了局部浸渍的增强包裹部分的内层，而上述第二层则构成了局部浸渍的增强包裹部分的外层。
因此，本发明的一个目的是提出一种实施树脂注塑挤压的方法，其中，多重树脂被施加在增强包裹部分上。本发明的另一个目的是提出一种实施树脂注塑挤压的方法，其中，至少一种树脂材料被施加在增强包裹部分的第一层上，而且，另一种不同于第一树脂材料的树脂材料被施加在整个包裹部分上。本发明的又一个目的是提出一种实施树脂注塑挤压的方法，其中，某一第一连续增强材料被某一树脂材料浸渍，其后又与未浸渍过的第二增强材料结合起来。在以下的详细说明、附图以及所附权利要求中，本发明的以上和其它目的、优点将会得到更清楚的表达。
图1是增强材料以及实施本发明方法所用装置的示意图，其中，增强材料的第一层穿过注模；
图2是增强材料以及实施本发明方法所用装置的示意图，其中，增强材料的第一层被分开，而且穿过至少两个独立的注模；图3是具有如本发明所述构造的注模的透视图；而且图4是图3所示注模的某一模块的透视图。
图1表示用于挤压制品100成形的树脂注塑挤压设备10。设备10包含缠有连续增强材料14的线轴12a和12b、浸渍模16、高压注模18以及矫正模20。连续增强材料14的构成成份可以是玻璃或聚合物纤维、粗纱纤维或纤维束、连续细纱织物、纤维或聚合物织品，或者是面纱。线轴12a输送的增强材料14被用做增强包裹部分36的内层22，而线轴12b输送的增强材料14则被用做增强包裹部分36的外层24。虽然仅有四个线轴12a和12b示于图中，但其数目可根据具体需要或多或少。
内层22独立于外层24而通过浸渍模16。内层22至少受到浸渍模16中某一第一树脂材料的浸渍。浸渍模在现有技术中是常见的。美国专利4,681,722号提出了一种适合于本发明的此类浸渍模，在此将其引为参考。
浸渍模16包含完全贯通于其自身的通道26。树脂输送设备28与浸渍模16相通，并且在本质上恒定的压力下向通道26输送至少一种第一树脂材料。图示实施例中的输送设备28包含输送装置30a和30b以及输送管线31a和31b。输送装置30a和30b可以包含任意数量的往复式活塞泵之类常规恒压泵以及恒压罐，或者包含多组元混合室，由此使多组元树脂材料中的至少一种未催化组份和至少一种已催化组份恰好在被注入浸渍模16之前发生管内混合。
输送设备28还包含常规加热器34a和34b，其作用是在树脂材料被注入浸渍模16之前通过加热降低其粘度。如1图所示，加热器34a和34b位于输送装置30a和30b与浸渍模16之间。
图3及图4表示了一种特别优选的浸渍模16。浸渍模16包括第一模块102和第二模块104，二者均可由金属或其它适当材料制成。第一模块102具有两个内部凹槽110，其位置正对着设在第二模块104中的两个内部凹槽120。内部凹槽110与120构成了填隙导轨容纳孔道112。设在容纳孔道112中的填隙导轨(未示于图中)确定了通道26的宽度及厚度。
第一模块102和第二模块104彼此互联。若干个通孔122穿过第一模块102，而且若干个通孔124也穿过第二模块104。填隙导轨上设有间距及尺寸与通孔122和124相对应的开口。螺栓126穿过第一模块102中的通孔122，并穿过填隙导轨中的开口，最后旋接在第二模块104的通孔124中。
内层22经过内部通道26的入口部分128进入浸渍模16。图示实施例中的通道26不具有锥度，其尺寸相当于内层22未被压缩时的尺寸。如果需要，可以设置锥形通道并可对内层22加压。
内层22穿过通道26并掠过溢流口132。树脂材料被注入溢流口132以浸渍内层22。在图示实施例中，溢流口132由设在第二模块104中的孔道或凹口134构成。作为变化型，溢流口132也可以设在第一模块102中，或者同时设在第一模块102和第二模块104中。孔道134的方位本质上垂直于内层22穿过通道26的行程方向。作为优选方案，孔道134的深度D约等于1/2英寸(13毫米)，宽度W约等于1/2英寸(13毫米)，长度L则可根据内层22宽度的不同而不同。
树脂材料通过与树脂输送设备28相通的注入口136而被注入溢流口132中。作为优选方案，树脂材料的注射压力在大约5(30kPa)至大约15磅/平方英寸(psi)(103kPa)的范围内。当然，本领域普通专业人士都知道，注射压力可以根据内层22宽度和密度—以及所选树脂材料的粘度一的不同而不同。
又如图1所示，一旦经过浸渍，内层22便通过与外层24的结合而形成增强包裹部分36。一个普通的成形模具38被用来使内层22与外层24结合成增强包裹部分36。除此之外，成形模具38还使层与层之间彼此正确排列，并且将层22和24压缩到适当的厚度。
仍如图1所示，增强包裹部分36在离开成形模具38后会进入注模18。注模18可包括一个如Koppernacs等人的5,073,413号美国专利或Goldworthy的3,556,888号美国专利所述的注模，在此将这些专利引做参考。不过特别优选的注模见于另一美国实用新型专利，其序号为08/476,812(摘要号为23728A)，标题为“树脂浸渍挤压的方法和设备”，归档时间是1995年6月7日，提出者是Gauchel等人，该专利被授予本发明的同一受让人，在此也将其引做参考。
注模18一般包括入口部分40、内侧通道42以及出口部分44。增强包裹部分36通过入口部分40进入注模18。矫正模20下游设有普通牵引装置(未示于图中)，其作用是牵引增强材料离开线轴12a及12b并使之通过模块16，38，18及20。在受到牵引而经过通道42时，增强包裹部分36会受到压缩并受到末级树脂材料的浸渍。
注模18包含向注模18输送末级树脂材料的树脂输送设备46。输送设备46包含输送管线48a和48b、输送装置50a和50b以及加热器52a和52b。输送装置50a和50b可以包括上述可用做输送装置30a及30b的任何装置。末级树脂材料可以是经过一个或多个注射口(未示于图中)而注入注模18中的单个树脂合成物，也可以包括经过不同注射口(未示于图中)而注入注模18中的多种不同树脂材料。
作为优选方案，注模18与矫正模20密封连接或与之结为一体。这样，当增强包裹部分36经出口部分44离开注模18时，它将直接进入矫正模20而不会暴露于周围的环境。此外，包裹部分36在从注模18进入矫正模20时会维持恒定的压力。
矫正模20包含入口54、中心通道56以及出口58。矫正模20可包括一个如标题为“树脂浸渍挤压的方法和设备”的美国实用新型专利(摘要号为23728A)所述的矫正模，该专利已在上文被引做参考。矫正模20的作用是使包裹部分36按照预定的最终形状成形，并矫正树脂材料，使之成为最终的挤压制品100。
如上所述，当末级树脂材料被注入注模18中时，至少一种第一树脂材料会被注入浸渍模16中。第一树脂材料和末级树脂材料本质上是不相同或互异的树脂材料。换言之，第一树脂材料和末级树脂材料并不是相等或相同的。事实上，采用不相同树脂材料可以赋予内层22与外层24不同的特性。
本发明的这方面内容可以被方便地应用于若干个场合。例如，专为车辆保险杠所用的挤压部分可以包含浸有增强树脂的内层，而其外层则可浸渍增柔树脂以便吸收碰撞所致的高量级能量。另外，专为化学制品混合叶片所用的挤压部分可以浸渍由抗化学反应树脂构成的末级树脂材料，同时，其内层可以浸渍增强树脂。
作为优选方案，在施加了末级树脂材料之后，第一树脂材料必须有足够的时间来实现本质上的矫正。这可以使第一与末级树脂材料在内层与外层邻接处发生结合或混合。这样，第一树脂材料的一部分就会转移到外层24的一层或多层中，同时，末级树脂材料的一部分也会转移到内层22的一层或多层中。树脂材料的这种转移会降低如下的可能性，即内层22与外层24之间的界面部分形成树脂材料很少或无树脂材料的空隙或区域。树脂材料很少或无树脂材料的空隙或区域容易降低制品的强度并削弱其整体性能。此外，先于第一树脂材料完全矫正而进行的末级树脂材料对包裹部分36的浸渍会使邻接或接界的内层22与外层24之间获得超强的粘接力。之所以有这种超强的粘接力，是因为不同的树脂材料可以在内层22与外层24之间的邻接处彼此发生混合。不过，如果在施加末级树脂材料之前已使第一树脂材料获得本质上的矫正，内层22与外层24之间邻接处的粘接就存在或多或少近乎于失效的危险。这种危险的出现源于树脂材料在这些邻接的材料层处未能实现丝毫的混合。
可以对增强包裹部分36内材料层的不同位置施加多重的树脂材料，由此赋予最终制品横截面不同的特性。参见图2，该图表示了本发明的一个附加实施例。其中设置了具有上述增强材料14的线轴12。增强材料14穿过成形模具38以形成包裹部分36，并且进入末级树脂材料得以被注入的注模18，最后穿过使树脂材料得以被矫正的矫正模20，全部过程如上文所述。
第一内层60穿过第一浸渍模64，第二内层62则穿过第二浸渍模66。浸渍模64和66本质上与上述浸渍模16相同。注入浸渍模64和66的树脂材料可以相同也可以不同。这样，第一内层60便可以被第一树脂材料浸渍，而第二内层62则可被不同于第一树脂材料的第二树脂材料浸渍。在第一和第二树脂材料中，至少有一方或所有两方在本质上不同于注入注模18中的末级树脂材料。
本领域专业人士显然知道，当内层22被划分为将分别被预浸渍的不同子层时，浸渍模也将需要具备相当的数量。这样，分别被预浸渍的三个内层就将需要三个浸渍模，以此类推。此外，还将对各个浸渍模提供如上所述组成成份或者相同或者不同的树脂材料。另外，如果有上述的要求，则可以串联式地设置多重浸渍模。例如，可以在第一浸渍模中用第一树脂材料浸渍内层，然后又在第一浸渍模下游的第二浸渍模(未示于图中)中用另一种树脂材料浸渍该内层。
尽管以上结合优选实施例对本发明做了详细介绍，但显而易见，在所附权利要求规定的本发明范围之内还存在一些可能的改进型及变化型。
权利要求
1.一种用来实施树脂注塑挤压的方法，该方法包括以下步骤输送至少一个连续的第一层(22)以及至少一个连续的第二层(24)；至少用一种第一树脂材料浸渍上述至少一个第一层；将上述浸渍过的第一层与上述至少一个第二层结合起来，从而形成一个挤压增强包裹部分(36)；使上述增强包裹部分进入某一注模(18)；以及将末级树脂材料注入上述注模中，从而用末级树脂材料浸渍上述增强包裹部分，并由此形成浸渍过的增强包裹部分，其中，上述第一树脂材料和末级树脂材料是本质上不相同的树脂材料。
2.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于输送至少一个第二层(24)的步骤包括输送至少两个第二层的步骤。
3.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于输送至少一个第一层(22)的步骤包括输送至少两个第一层(60，62)的步骤。
4.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于输送上述第一及第二层(22，24)的上述步骤包括输送连续细纱织物、粗纱及面纱所构成材料组中的选定层的步骤。
5.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于输送至少一个第一层的步骤包括输送至少一个内层(22)的步骤，而且，输送至少一个第二层的步骤包括输送至少一个外层(24)的步骤。
6.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于浸渍上述至少一个第一层(22)的上述步骤包括使上述第一层进入某一浸渍模(16)以及将上述至少一种第一树脂材料注入上述注模中的步骤。
7.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法还包括如下步骤在上述包裹部分进入上述注模(18)之前，至少用一种第二树脂材料浸渍上述已浸渍过的第一层。
8.如权利要求7所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于上述所有第一、第二以及末级树脂材料本质上不相同。
9.如权利要求3所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于上述浸渍步骤包括如下步骤用上述第一树脂材料浸渍某一个上述第一层(60，62)，同时又用第二树脂材料浸渍另一个上述第一层。
10.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于使上述增强包裹部分(36)进入上述注模(18)的步骤包括使上述增强包裹部分成形并受到压缩(38)的步骤。
11.如权利要求1所述用来实施树脂注塑挤压的方法还包括如下步骤使上述已浸责过的挤压增强包裹部分(36)进入某一矫正模(20)，以矫正上述已浸渍过的挤压增强包裹部分中的树脂材料。
12.如权利要求11所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于上述矫正模(20)与注模(18)之间密封连接，而且，上述已浸渍过的增强包裹部分(36)在进入上述矫正模时被维持在受压状态下。
13.一种用来实施树脂注塑挤压的方法，该方法包括以下步骤至少输送第一和第二连续内层(22，60，62)，而且至少输送第一和第二连续外层(24)，由此形成挤压增强包裹部分(36)；至少用一种第一树脂材料浸渍上述第一内层(60)；至少用一种第二树脂材料浸渍上述第二内层(62)；将上述已浸渍过的第一和第二内层与上述第一和第二外层结合起来；使上述增强包裹部分进入某一注模(18)；以及将末级树脂材料注入上述注模中，用上述末级树脂材料浸渍上述增强包裹部分，由此形成浸渍过的挤压增强包裹部分，其中，上述第一和第二树脂材料中的上述至少一方与上述末级树脂材料本质上不相同。
14.如权利要求13所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于输送上述内层和外层(22，60，62，24)的上述步骤包括输送连续细纱织物、粗纱及面纱所构成材料组中的选定层的步骤。
15.如权利要求13所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于上述所有第一、第二以及末级树脂材料本质上不相同。
16.如权利要求13所述用来实施树脂注塑挤压的方法还包括如下步骤使上述已浸渍过的挤压增强包裹部分(36)进入某一矫正模(20)，以矫正上述已浸渍过的挤压增强包裹部分中的树脂材料。
17.如权利要求13所述用来实施树脂注塑挤压的方法，其特征在于上述矫正模(20)与注模(18)之间密封连接，而且，上述已浸渍过的增强包裹部分(36)在进入上述矫正模时被维持在受压状态下。
18.一种针对树脂注塑挤压工艺所用局部浸渍增强包裹部分(36)的成形方法，该方法包括以下步骤提供第一和第二连续的增强材料(14)；至少用一种树脂材料浸渍上述第一连续增强材料(22)；用上述一种树脂材料将上述浸渍过的第一增强材料与未浸渍过的上述第二增强材料(24)结合起来，从而形成一个局部浸渍的增强包裹部分。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于上述第一连续增强材料包括该增强材料的若干个第一连续层(22)，而且上述第二连续增强材料也包括该增强材料的若干个第二连续层(24)。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于上述第一层构成了内层(22)，而上述第二层则构成了外层(24)。
全文摘要
本发明提出了一种采用不用树脂材料来实施树脂注塑挤压的方法。该方法包括以下内容:用第一树脂材料浸渍挤压增强包裹部分的内层(22);附加外层(24)以形成挤压包裹部分(36);以及用本质上不同于第一树脂材料的树脂材料来浸渍包裹部分。
文档编号B29C70/52GK1187157SQ96194649
公开日1998年7月8日 申请日期1996年6月6日 优先权日1995年6月7日
发明者杰伊·J·贝克曼, 詹姆斯·V·戈什尔 申请人:欧文斯科尔宁格公司