[发明专利]用可模制碳纤维模制的部件及其制造方法

说明书

在各个方面，本公开提供了一种结构部件。该结构部件包括限定至少一个中空区域的主体。该主体包括碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料包括多个基本对齐的连续碳纤维。多个基本对齐的碳纤维限定主轴线和垂直于主轴线的第二轴线。多个基本对齐的连续碳纤维包括相对于第二轴线交错的多个离散终止点。还提供了通过吹塑模制和压缩模制制造这种结构部件的方法。

技术领域

本发明涉及高强度碳纤维复合材料部件及其制造方法。

背景技术

本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

碳纤维用作轻质增强相以制备高强度轻质聚合物复合材料。碳纤维可以是长度为千微米(μm)或毫米(mm)的连续长丝。一组连续碳纤维通常被分类为一束连续的碳纤维长丝。碳纤维“丝束”通常被表示为数千个长丝(在相应的丝束号之后由K表示)。或者，可以将碳纤维束切碎或研磨，从而形成通常具有50μm(大约0.002英寸)至50mm(大约1.97英寸)的平均纤维长度的短纤维碳纤维(长丝或束)。虽然掺有碳纤维的复合材料都是轻质和高强度的，但是与掺有切碎或研磨的碳纤维的复合材料相比，掺有连续碳纤维长丝的复合材料具有特别高的强度。通过非限制性示例的方式，当掺入到复合材料中时，代表性单向连续碳纤维长丝提供大约1,500至2,000MPa的超高极限抗拉强度，而具有切碎的碳纤维的复合材料具有大约200至350MPa的极限抗拉强度。

复合制品或部件可以通过使用增强材料的片材或带材形成，诸如具有连续碳纤维的碳纤维基材料。聚合物前体，诸如树脂，可以浸渍在碳纤维基基材系统中，已知为预浸渍(称为“预浸料”)，其涉及在第一步骤中将树脂浸润入碳纤维基基材中，然后任选地卷起碳纤维基基材，并将其储存以供后续使用。

虽然在某些应用中与碳纤维复合材料相关的超高强度是非常需要的，但是使用连续碳纤维复合预浸料时的一个挑战是缺乏可流动性和可成形性，因为掺有连续碳纤维的复合预浸料可能太硬、耐流动性高。这种不灵活性和刚性可以转化为差的可模制性，使得难以从具有连续碳纤维的复合材料形成三维形状。此外，预浸料中的流动性的缺乏可能导致最终复合产品的翘曲并造成不希望的表面外观。需要形成具有较高流动性的连续碳纤维预浸料，因此具有更大的可模制性，并且具有容易地形成具有超高强度的复杂且三维成形的部件的能力。

发明内容

本节提供了本公开的总体概述，并且不全面地公开其全部范围或其全部特征。

在各个方面，本公开提供了一种结构部件。结构部件包括限定至少一个中空区域的主体。主体包括碳纤维复合材料，碳纤维复合材料包括多个基本对齐的连续碳纤维。多个基本对齐的碳纤维限定主轴线和垂直于主轴线的第二轴线。多个基本对齐的连续碳纤维包括相对于第二轴线交错的多个离散终止点。

在某些变型中，多个连续碳纤维还包括具有第一不同长度的第一多个碳纤维和具有第二不同长度的第二多个碳纤维。在某些其它变型中，多个连续碳纤维包括长度大于或等于大约2英寸的一个或多个连续碳纤维。一个或多个连续碳纤维可以包括多个离散弱区域。多个弱区域的极限抗拉强度比连续碳纤维的其余部分的强度小至少50％。碳纤维复合材料具有大于或等于大约500MPa的极限抗拉强度。

在某些变型中，结构部件选自由发动机罩、支柱、面板、结构面板、门板、门部件、内部地板、底板、车顶、外表面、车底罩、车轮部件、存储区域、手套箱、控制箱、行李箱、行李箱底板、车箱、灯袋、冲击塔盖、控制臂、悬架部件、挤压罐、缓冲器、结构前轨、结构框架、汽车横梁、起落架部件、传动系部件及其组合组成的群组。