[发明专利]具有厚度梯度的成型体及其制造方法

权利要求书

1.一种成型体，包含纤维增强复合材料，所述纤维增强复合材料含有平均纤维长度为5mm至100mm的增强纤维和热塑性树脂；

其中，所述成型体具有厚度梯度；

以每100重量份的增强纤维计，所述热塑性树脂的量为10至1,000重量份；并且

所述增强纤维的单位面积纤维重量为25g/m²至3,000g/m²，并且实质上二维无序地定向。

2.根据权利要求1所述的成型体，

其中，最大厚度与最小厚度的比率为大于1并且小于等于10。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的成型体，

其中，所述纤维增强复合材料中所含有的所述增强纤维包括临界单纤维数或更大数量的增强纤维束（A），所述临界单纤维数由公式（1）定义：

临界单纤维数=600/D      （1）

其中，D为单增强纤维的平均纤维直径（μm），并且

相对于所述增强纤维的总量，所述增强纤维束（A）以20vol%至99vol%的量存在。

4.根据权利要求3所述的成型体，

其中，所述增强纤维束（A）中的纤维平均数量（N）满足公式（2）：

0.7×10⁴/D²<N<1×10⁵/D²      （2）

其中，D为单增强纤维的平均纤维直径（μm）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的成型体，

其中，具有不同厚度的每个区域中的增强纤维体积率（Vf）的较大值除以较小值所得的比率为1.0至1.2。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的成型体，

其中，所述增强纤维为选自碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维中的至少一种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的成型体，

其中，在任意方向上和垂直于所述任意方向的方向上的拉伸模量的值的较大值除以较小值所得的比率（Eδ）为1.0至1.3。

8.一种用于制造根据权利要求1所述的具有厚度梯度的成型体的方法，该方法包括：

使用包括纤维增强复合材料的无序毡的同时，执行包括A-1）至A-3）的浸渍成型，其中所述纤维增强复合材料含有平均纤维长度为5mm至100mm的增强纤维和热塑性树脂，其中，

A-1）通过在所述热塑性树脂为晶体的情况下将所述无序毡加热至熔点或更高且低于分解温度，或者在所述热塑性树脂为非晶体的情况下将所述无序毡加热至玻璃态转化温度或更高且低于所述分解温度，并且压制所述无序毡以利用所述热塑性树脂浸渍所述增强纤维，而获得预浸料坯；

A-2）将在A-1）中获得的所述预浸料坯布置在模腔厚度上具有梯度的模具中，在所述热塑性树脂为晶体的情况下将所述模具调整至低于所述熔点的温度，或者在所述热塑性树脂为非晶体的情况下将所述模具调整至低于所述玻璃态转化温度的温度；

A-3）对在A-2）中布置在所述模具中的所述预浸料坯进行加压并成型；或者

在使用包括所述纤维增强复合材料的所述无序毡的同时，执行包括B-1）至B-4）的浸渍成型，所述纤维增强复合材料含有所述平均纤维长度为5mm至100mm的所述增强纤维和所述热塑性树脂，其中：

B-1）将所述无序毡布置在模腔厚度上具有梯度的所述模具中；

B-2）在所述热塑性树脂为晶体的情况下将温度升高至所述熔点或更高且低于所述热塑性树脂的所述热分解温度的温度，或者在所述热塑性树脂为非晶体的情况下将温度升高至所述玻璃态转化温度或更高且低于所述热塑性树脂的所述热分解温度的温度的同时，对所述无序毡进行加压（第一压制步骤）；

B-3）通过至少一个加压阶段从而使最后阶段的压力为所述第一压制步骤中的压力的1.2倍至100倍，而利用所述热塑性树脂浸渍所述增强纤维束（第二压制步骤）；以及

B-4）通过在所述热塑性树脂为晶体的情况下将模具温度调整至低于所述熔点的温度或者在所述热塑性树脂为非晶体的情况下将所述模具温度调整至低于所述玻璃态转化温度的温度，完成所述成型。