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用于模制部件的具有軸向性質梯度的短切纖維.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480008735.7

申請日:

2014.03.12

公開號:

CN104995579A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):G06F 1/16變更事項:申請人變更前:谷歌公司變更后:谷歌有限責任公司變更事項:地址變更前:美國加利福尼亞州變更后:美國加利福尼亞州|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 1/16申請日:20140312|||公開
IPC分類號: G06F1/16; C08K7/14; C08K7/06; C03B37/025; C03B37/075 主分類號: G06F1/16
申請人: 谷歌公司
發明人: 威廉·漢博根; 菲利克斯·喬斯·阿爾瓦雷斯·里維拉
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 13/841,444 2013.03.15 US
專利代理機構: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287 代理人: 林斯凱
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480008735.7

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.02.22|||2018.02.02|||2016.04.13|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種便攜式計算裝置包含處理器、存儲器及便攜式計算裝置殼體,所述便攜式計算裝置殼體圍封包含至少所述處理器及所述存儲器的一或多個集成電路。所述殼體包含模制纖維增強聚合物FRP材料,所述FRP材料包含聚合物材料及細長纖維,所述細長纖維粘附到所述聚合物材料且具有沿著所述纖維的伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質,其中所述纖維與所述聚合物之間的粘附強度至少部分由所述纖維的沿著所述伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質確定。

權利要求書

權利要求書
1.  一種便攜式計算裝置,其包括:
處理器;
存儲器;及
便攜式計算裝置殼體,其圍封包含至少所述處理器及所述存儲器的一或多個集成電路,
其中所述殼體包含模制纖維增強聚合物FRP材料,所述FRP材料包含聚合物材料及細長纖維,所述細長纖維粘附到所述聚合物材料且具有沿著所述纖維的伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質,其中所述纖維與所述聚合物之間的粘附強度至少部分由所述性質確定。

2.  根據權利要求1所述的便攜式計算裝置,其中所述便攜式裝置為膝上型計算機、手持式計算機、平板計算機、上網本計算機、個人數字助理、企業數字助理、智能電話或可穿戴計算機中的任一者。

3.  根據前述權利要求中任一權利要求所述的便攜式計算裝置,其中所述細長纖維包含玻璃纖維。

4.  根據前述權利要求中任一權利要求所述的便攜式計算裝置,其中所述細長纖維包含碳纖維。

5.  根據前述權利要求中任一權利要求所述的便攜式計算裝置,其中所述纖維是圓柱形的,且其中所述纖維隨著所述纖維的所述長度而變化的所述性質包含所述纖維的直徑。

6.  根據權利要求5所述的便攜式計算裝置,其中所述纖維的末端具有小于所述纖維的中心部分的直徑。

7.  根據權利要求6所述的便攜式計算裝置,其中所述殼體中的纖維在所述纖維的所述末端處具有5μm到10μm的最小直徑,且在所述纖維的中心部分中具有10μm到 20μm的最大直徑。

8.  根據權利要求6或7所述的便攜式計算裝置,其中與在所述纖維的所述末端處相比,在所述纖維的所述中心部分處,所述纖維與所述聚合物之間的所述粘附強度更強。

9.  根據前述權利要求中任一權利要求所述的便攜式計算裝置,其中所述纖維隨著所述纖維的所述長度而變化的所述性質包含為所述纖維的表面粗糙度。

10.  一種纖維增強聚合物FRP材料,其包括:
聚合物材料;及
細長纖維,其粘附到所述聚合物材料且具有沿著所述纖維的伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質,其中所述纖維與所述聚合物之間的粘附強度至少部分由所述纖維沿著所述伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的所述性質確定。

11.  根據權利要求10所述的FRP材料,其中所述細長纖維包含玻璃纖維。

12.  根據權利要求10到11中任一權利要求所述的FRP材料,其中所述細長纖維包含碳纖維。

13.  根據權利要求10到12中任一權利要求所述的FRP材料,其中所述纖維是圓柱形的,且其中所述纖維隨著所述纖維的所述長度而變化的所述性質包含所述纖維的直徑。

14.  根據權利要求13所述的FRP材料,其中所述纖維的末端具有小于所述纖維的中心部分的直徑。

15.  根據權利要求14所述的FRP材料,其中所述纖維在所述纖維的所述末端處具有5μm到10μm的最小直徑,且在所述纖維的中心部分中具有10μm到20μm的最大直徑。

16.  根據權利要求14或15所述的FRP材料,其中與在所述纖維的所述末端處相比,在所述纖維的所述中心部分處,所述纖維與所述聚合物之間的所述粘附強度更強。

17.  根據權利要求10到16中任一權利要求所述的FRP材料,其中所述纖維隨著所述纖維的所述長度而變化的所述性質為所述纖維的表面粗糙度。

18.  一種制造用于模制纖維增強聚合物材料中的玻璃纖維的方法,所述方法包括:
從玻璃預成型件拉拔纖維;
在拉拔所述纖維時使所述被拉拔纖維振動;
改變所述振動的頻率及/或幅度,其中所述被拉拔纖維的直徑至少部分由所述振動的所述幅度及/或頻率確定;
將所述被拉拔纖維切割成若干子區段,其中所述子區段具有沿著所述子區段的伸長軸隨著長度而變化的直徑。

19.  根據權利要求18所述的方法,其中所述子區段在所述子區段的末端處具有小于所述子區段的中間處的直徑的直徑。

20.  根據權利要求18或19所述的方法,
其中在拉拔所述纖維時使所述被拉拔纖維振動包含使所述纖維以第一頻率振動及添加第二頻率,且
其中改變所述振動的頻率包含改變所述第一振動頻率的所述頻率及/或幅度及改變所述第二振動頻率的所述頻率及/或幅度。

21.  根據權利要求18到20中任一權利要求所述的方法,其進一步包括:
使所述被拉拔纖維的表面局部凹陷,及沿著所述纖維的所述長度改變所述凹陷的幅度及/或頻率。

說明書

說明書用于模制部件的具有軸向性質梯度的短切纖維
相關申請案的交叉參考
本申請案主張2013年3月15日申請的標題為“用于模制部件的具有軸向性質梯度的短切纖維(CHOPPED-FIBERS WITH AXIAL PROPERTY GRADIENT FOR MOLDED PARTS)”的第13/841,444號美國非臨時專利申請案的優先權且為所述非臨時專利申請案的延續案,所述美國非臨時專利申請案的揭示內容以全文引用方式并入本文中。
技術領域
本描述涉及纖維增強聚合物,且特定來說,涉及用于模制部件中的具有軸向性質梯度的短切纖維。
背景技術
因為模制纖維增強塑料(FRP)(例如,注射模制FRP)相對于競爭材料擁有的有利性質(例如,其低成本、低重量、強度及柔性),所以模制纖維增強塑料(FRP)正越來越多地用于各種產品中。然而,當與大量纖維填料復合時,注射模制纖維增強塑料可為十分易碎的。易碎性導致過載(例如,跌落測試)時的較差能量吸收。此外,當針對特定用途選擇材料時,注射模制纖維增強塑料的有利性質常常必須相對于彼此而折衷。舉例來說,在材料中具有高纖維密度的FRP可為相對堅固的但也相對易碎,而在材料中具有低纖維密度的FRP可為相對不結實的但也可具有相對高的延展性。
因此,需要用于解決現有技術的不足并提供其它新穎及創新特征的材料及產品。
發明內容
在第一一般方面中,一種便攜式計算裝置包含:處理器、存儲器及便攜式計算裝置殼體,所述便攜式計算裝置殼體圍封包含至少所述處理器及所述存儲器的一或多個集成電路。所述殼體包含模制纖維增強聚合物(FRP)材料,所述模制纖維增強聚合物(FRP)材料包含聚合物材料及細長纖維,所述細長纖維粘附到所述聚合物材料且具有沿著所述纖維的伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質,其中所述纖維與所述聚合物之間的粘附 強度至少部分由所述纖維的沿著所述伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質確定。
實施方案可包含以下特征中的一或多者。舉例來說,所述便攜式計算裝置可為膝上型計算機、手持式計算機、平板計算機、上網本計算機、個人數字助理、企業數字助理、智能電話或可穿戴計算機中的任一者。
所述細長纖維可包含玻璃纖維。所述細長纖維可包含碳纖維。所述纖維可為圓柱形的,且所述纖維隨著所述纖維的長度而變化的性質包含所述纖維的直徑。所述纖維具有小于所述纖維的中心部分的直徑。所述殼體中的纖維可在所述纖維的末端處具有5μm到10μm的最小直徑,且可在所述纖維的中心部分中具有10μm到20μm的最大直徑。與在所述纖維的末端處相比,在所述纖維的中心部分處,所述纖維與所述聚合物之間的粘附強度可更強。所述纖維隨著所述纖維的長度而變化的性質包含所述纖維的表面粗糙度。
在另一一般方面中,一種纖維增強聚合物(FRP)材料包含聚合物材料及細長纖維,所述細長纖維粘附到所述聚合物材料且具有沿著所述纖維的伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質。所述纖維與所述聚合物之間的粘附強度至少部分由所述纖維沿著所述伸長軸隨著所述纖維的長度而變化的性質確定。
實施方案可包含以下特征中的一或多者。舉例來說,所述細長纖維可包含玻璃纖維。所述細長纖維可包含碳纖維。所述纖維可為圓柱形的,且所述纖維隨著所述纖維的長度而變化的所述性質可包含所述纖維的直徑。所述纖維的末端可具有小于所述纖維的中心部分的直徑。所述纖維可在所述纖維的末端具有5μm到10μm的最小直徑,且可在所述纖維的中心部分中具有10μm到20μm的最大直徑。與在所述纖維的末端處相比,在所述纖維的中心部分處,所述纖維與所述聚合物之間的粘附強度可更強。所述纖維隨著所述纖維的長度而變化的所述性質可包含所述纖維的表面粗糙度。
在另一一般方面中,一種制造用于模制纖維增強聚合物材料中的玻璃纖維的方法包含:從玻璃預成型件拉拔纖維;及在拉拔纖維時使所述被拉拔纖維振動。可改變所述振動的頻率及/或幅度,其中所述被拉拔纖維的直徑至少部分由所述振動的幅度及/或頻率確定。可將所述被拉拔纖維切割成若干子區段,其中所述子區段具有沿著子區段的伸長軸隨著長度而變化的直徑。
實施方案可包含以下特征中的一或多者。舉例來說,所述子區段可在所述子區段的末端處具有小于所述子區段的中間處的直徑的直徑。在拉拔纖維時使所述被拉拔纖維振動可包含使所述纖維以第一頻率振動及添加第二頻率,且改變所述振動的頻率可包含改變所述第一振動頻率的頻率及/或幅度及改變所述第二振動頻率的頻率及/或幅度。
所述方法可進一步包含使被拉拔纖維的表面局部凹陷及沿著所述纖維的長度改變所述凹陷的幅度及/或頻率。
在附圖及以下描述中陳述一或多個實施方案的細節。將從所述描述及圖式及從權利要求書明白其它特征。
附圖說明
圖1為包含細長纖維及聚合物材料的實例模制材料的平面圖。
圖2為可用于模制材料中的實例細長纖維的橫截面圖。
圖3為可用于模制材料中的另一實例細長纖維的橫截面圖。
圖4為用于生產用于模制材料中的細長纖維的實例設備的示意圖。
圖5為用于生產用于模制材料中的細長纖維的實例設備的示意圖。
圖6為包含模制殼體的實例便攜式計算裝置的示意圖。
各種圖式中的相同參考符號指示相同元件。
具體實施方式
根據本文中描述的材料、設備及方法,纖維增強聚合物材料可歸因于使用細長纖維而具有改善的強度及延展性性質,所述細長纖維沿著所述纖維的縱軸在所述纖維與周圍聚合物基體之間具有粘附強度梯度,其中所述粘附在纖維長度的中心附近較高,且所述粘附在所述纖維的末端處較低。當在纖維增強聚合物部件中使用此類纖維且所述部件經受過載時,所述纖維與所述聚合物基體之間的界面從所述纖維的末端朝向所述纖維的中心逐漸損壞而非僅僅使所述纖維斷裂。在過載之后,所述部件可返回到接近于其原始形狀,盡管可能存在所述部件的表觀模量(apparent modulus)的某種降級。以此方式,所述部件可能夠吸收一些能量而不完全損壞。
在給定強度下,由此類材料制成的纖維增強聚合物部件與使用沿著纖維的縱軸在纖維與周圍聚合物基體之間不具有粘附強度梯度的纖維制成的類似部件相比可具有相對高的延展性。類似地,在給定延展性下,由此類材料制成的纖維增強聚合物部件與由具有沿著纖維的縱軸在纖維與周圍聚合物基體之間不具有粘附強度梯度的纖維的材料制成的類似部件相比可具有相對較高的強度。
圖1為包含細長纖維102及聚合物材料的實例模制材料的平面圖。所述模制材料包含與聚合物材料混合的大量細長纖維,所述細長纖維粘附到所述聚合物材料。所述細長纖維各自具有軸向方向,且不同纖維的軸向方向可隨機定向或可在一或多個特定方向上 偏置。模制材料可以液體狀態或可流動狀態存在,在所述液體狀態或可流動狀態中,所述模制材料可形成為所要形狀。舉例來說,當處于液體狀態或可流動狀態中時,可通過將模制材料放置到具有所要形狀的模具中來將所述材料模制成所要形狀。在一個實施方案中,可使用注射模制工藝來使所述材料形成為所要形狀。一旦將所述材料形成為所要形狀,便可使所述材料固化或定形為固態狀態或不可流動狀態。可在聚合物基體中使用各種不同聚合物材料,例如,乙烯酯、聚氨酯澆注彈性體、聚丙烯、環氧樹脂、熱固性聚氨酯、不飽和聚氨酯樹脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚縮醛、聚乙烯酯、聚苯乙烯及/或上述材料的組合。
在固化狀態或不可流動狀態中,模制材料的細長纖維粘附到圍繞所述模制材料的聚合物材料,且所述纖維與所述聚合物材料之間的粘附強度可沿著所述纖維的長度不統一。舉例來說,沿著所述纖維的縱軸在所述聚合物材料中的纖維之間可存在粘附強度的梯度。舉例來說,所述纖維與所述聚合物材料之間的粘附可在所述纖維的末端處最弱且可在所述纖維的中心部分附近最強。
圖2為可用于模制材料中的實例細長纖維200的橫截面圖。纖維200在第一端204與第二端206之間沿著伸長軸202伸長。纖維208的中間區段定位在所述第一端與所述第二端之間。所述纖維可具有大體上圓柱形形狀,但是所述圓柱形形狀無需為其中圓柱體沿著其軸具有恒定直徑的直圓柱體形狀。替代地,中間區段208的直徑可大于末端204、206處的直徑。因為沿著纖維長度的纖維直徑梯度,所以聚合物材料與纖維的粘附強度也可具有沿著所述纖維長度的梯度。特定來說,在沿著纖維的長度的任何點處的每單位長度的粘附力差可根據πd·dx變化,其中d為所述纖維的局部直徑,且dx為沿著所述纖維的微分長度。因此,所述聚合物材料與所述纖維的粘附可根據直徑d變化。
在特定實施方案中,纖維200的直徑可為約3μm到25μm。在一些實施方案中,纖維的末端202、206可具有的約5μm到10μm的直徑,且纖維200在所述纖維的中心部分208中的最大直徑可為約10μm到20μm。在特定實施方案中,纖維200可具有大約100μm到500μm的長度。所述纖維可由各種材料制成。舉例來說,在一些實施方案中,所述纖維可為玻璃纖維,且在其它實施方案中,所述纖維可為碳纖維。
圖3為可用于模制材料中的另一實例細長纖維300的橫截面圖。如同圖2中展示的細長纖維200,纖維300具有隨著所述纖維的長度變化的直徑,且末端304、306具有小于中間區段308的直徑的直徑。此外,所述纖維的表面可具有沿著纖維的長度變化的局部微觀結構。舉例來說,所述纖維的中間區段中的纖維表面310可比所述纖維的末端處的表面312局部更粗糙或有更多凹陷。纖維300的此表面性質梯度可導致所述纖維與聚 合物材料的粘附的額外變化,使得與在所述纖維的末端304、306處相比,所述粘附在所述纖維的中心部分308中更大。
圖4為用于生產用于模制材料中的細長纖維的實例設備400的示意圖。一般來說,可通過可移動預成型件固持器404支撐玻璃預成型件402。預成型件402可在一端處通過熔爐406加熱,使得所述預成型件的末端408融化且歸因于重力而下垂。可通過牽引機系統410、412拉動所述玻璃預成型件的融化部分。在一個實施方案中,所述牽引機系統可包含拉動玻璃纖維的一或多個輥子。最終,將所述玻璃纖維卷繞到卷筒414上。
可通過調整例如以下參數來控制最終玻璃纖維的一般直徑:預成型件尖端408的溫度、將預成型件402饋送到熔爐406中的速率及牽引機系統410、412拉動所述纖維的速度。
此外,可通過各種方式控制被拉拔光纖的局部直徑。舉例來說,可通過將可控制的振動有意地引入到設備400中來控制被拉拔纖維的局部直徑。在一些實施方案中,可以與預成型件尖端408的振動共振的頻率來使預成型件固持器404振動。當然,因為預成型件402的長度變化,所以預成型件固持器404的振動頻率將隨著所述預成型件的長度變化而變化以維持與預成型件尖端408的共振條件。在一些實施方案中,可使牽引機系統410、412的機械組件振動來將振動施加到預成型件尖端408以影響被拉拔纖維的直徑。在其它實施方案中,可通過在預成型件尖端408的環境中產生聲振動的揚聲器416來將聲振動施加到預成型件尖端408。可通過控制所述振動的幅度及/或頻率來控制所述纖維的局部直徑。
圖5為具有可變直徑的被拉拔纖維500的示意圖。如圖5中展示,被拉拔纖維500可沿著其長度具有最小直徑及最大直徑的周期模式。所述被拉拔纖維的最小直徑及/或最大直徑之間的距離可為相對恒定的,使得當(例如)在被拉拔纖維的最小直徑位置處將被拉拔纖維切割成若干子區段時,多個子區段的樣本的長度可具有相對低的標準偏差。
在一些實施方案中,當拉拔所述纖維時可將一個以上振動施加到所述纖維以在被拉拔纖維中產生一個以上直徑變化。舉例來說,第一振動可沿著所述纖維施加具有第一長度尺度的第一直徑變化,且第二振動可沿著所述纖維施加具有第二長度尺度的第二直徑變化。在一些實施方案中,可使用不同的振動頻率及/或不同振動幅度來在被拉拔纖維中產生不同直徑變化。
如在本文中例如關于圖3解釋,可產生一種被拉拔纖維,所述被拉拔纖維沿著所述纖維的長度具有表面變化。舉例來說,可通過在拉拔所述纖維時將適當振動變化引入到所述纖維來在拉拔所述纖維時產生表面紋理310、312的變化。在另一實施方案中,再 次參考圖4,可使被拉拔纖維通過等離子體418,可控制等離子體418以改變所述纖維的表面粗糙度。所述等離子體可在熔爐406內或在所述熔爐外部。在另一實施方案中,激光器420可將輻射束聚焦到被拉拔纖維上,且可控制所述輻射束以改變纖維直徑及/或所述纖維的表面粗糙度。可在熔爐406內或可在所述熔爐外將所述輻射束施加到所述纖維。
在已拉拔纖維500之后,可將所述纖維切割或折斷成類似子區段,所述子區段各自具有類似長度且沿著其軸向方向具有性質變化,這影響所述子區段與模制材料中的聚合物基體的粘附。纖維500可經受機械應力,所述機械應力可致使所述纖維在沿著所述纖維的最小直徑位置處被折斷或切割。在將所述纖維折斷成子區段之后,可將所述子區段與聚合物基體材料混合,且接著可將所述混合物用作用于形成模制部件的材料。可使用各種折疊工藝將所述材料模制成部件。舉例來說,可使用球膽模制、拉擠成型、壓縮模制及注射模制來形成部件。
圖6為包含模制殼體602的實例便攜式計算裝置600的示意圖。便攜式計算裝置600可包含安裝在主板608上的多個集成電路(例如,中央處理單元606A、存儲器604等等),主板608安置在計算裝置殼體602內側。所述計算裝置殼體可由包含細長纖維的模制材料形成,所述細長纖維粘附到聚合物基體材料且具有隨著所述纖維的長度而變化的性質,其中所述纖維與所述聚合物基體材料之間的粘附強度至少部分由所述可變性質確定。舉例來說,便攜式計算裝置600可為膝上型計算機、手持式計算機、平板計算機、上網本計算機、移動電話或可穿戴計算機、個人數字助理或企業數字助理。
已描述許多實施方案。然而,將理解,可在不脫離本發明的精神及范圍的情況下做出各種修改。因此,其它實施方案在所附權利要求書的范圍內。

關 鍵 詞:
用于 部件 具有 軸向 性質 梯度 纖維
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