CN107217321A - 使纤维丝束分散的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种使纤维丝束分散的方法。公开了一种用于使纤维丝束(例如，碳丝束)分散的方法和系统。该系统可包括限定第一开口和第二开口以及位于第一开口和第二开口之间的中空内部的腔室。第一开口可被构造为接纳纤维丝束，第二开口可比第一开口宽。与腔室连通的真空源可被构造为减小中空内部中的空气压力并使纤维丝束膨胀。该方法可包括将具有初始宽度的纤维丝束拉入腔室的第一开口，穿过腔室的中空内部，并从腔室的第二开口拉出。可减小所述腔室的中空内部中的空气压力，以将存在于所述腔室的中空内部中的纤维丝束分散成具有大于初始宽度的宽度的膨胀的纤维丝束。所公开的方法可比机械方法更温和地分散丝束。

Description

使纤维丝束分散的方法

技术领域

本公开涉及一种使纤维丝束(例如，碳纤维丝束)分散的方法。

背景技术

对于车辆制造商来说，提高燃料经济性是重要目标。提高燃料经济性的期望可能是由燃料费用、排放标准(例如，对于二氧化碳)、增加行驶里程或其它原因驱使的。提高燃料经济性的一种方法是使用轻质材料以减轻车辆重量。碳纤维是具有良好机械特性的低密度材料。目前，碳纤维通常用于诸如航空航天、风能、体育用品和高端车辆的应用中。这些应用通常用量较少并且与用量大的车辆相比售价较高。在汽车工业中，将碳纤维应用到用量大的非豪华车辆提出一些挑战。

其中一个挑战是开发用于大量生产的低成本加工技术。板材成型复合(SMC，sheetmolding compound)工艺已经用于制造玻璃纤维增强部件，诸如，行李舱盖、引擎罩、保险杠等。然而，由于碳纤维与玻璃纤维的纤维类型的物理性质不同，同样的SMC工艺可能不适合于碳纤维。与玻璃纤维相比，碳纤维的直径可能更小(例如，小两倍)，这使得碳纤维丝束难以分散。此外，可涂覆在碳纤维表面上的胶料会使碳纤维趋向于聚集。

发明内容

在至少一个实施例中，提供了一种纤维丝束分散系统。该系统可包括：腔室，限定第一开口和第二开口以及位于第一开口和第二开口之间的中空内部，其中，第一开口被构造为接纳纤维丝束，第二开口比第一开口宽；真空源，与所述腔室连通，并被构造为减小所述中空内部中的空气压力并使纤维丝束膨胀。

密封构件可围绕第一开口延伸并被构造为与纤维丝束接合。密封构件可由橡胶制成。密封构件可围绕第二开口延伸并被构造为当膨胀的纤维丝束离开第二开口时与膨胀的纤维丝束接合。在一个实施例中，第二开口比第一开口宽至少50％。在另一实施例中，第二开口比第一开口宽至少200％。第一开口的宽度可以是3mm至20mm，第二开口的宽度可以是5mm至75mm。在一个实施例中，中空内部的宽度从第一开口到第二开口连续增加。一个或更多个软管可结合到腔室和真空源。在一个实施例中，真空源被构造为将中空内部中的空气压力减小到1torr或更小。

在至少一个实施例中，提供了一种使纤维丝束分散的方法。所述方法可包括：将具有初始宽度的纤维丝束拉入第一腔室开口，穿过中空的腔室内部，并且从第二室开口拉出；减小中空的腔室内部中的空气压力以将存在于所述中空的腔室内部中的纤维丝束分散成具有大于所述初始宽度的宽度的膨胀的纤维丝束。

在一个实施例中，第二腔室开口可比第一腔室开口宽，并且减小中空的腔室内部中的空气压力可将纤维丝束分散为具有基本上与第二腔室开口的宽度相同的宽度的膨胀的纤维丝束。密封构件可围绕第一腔室开口的周边延伸，并且将纤维丝束拉入第一腔室开口可在纤维丝束和密封构件之间至少形成部分密封。密封构件可围绕第二腔室开口的周边延伸，并且将纤维丝束拉出第二腔室开口可在膨胀的纤维丝束和密封构件之间至少形成部分密封。

在一个实施例中，所述减小中空的腔室内部中的空气压力的步骤可包括将中空的腔室内部中的空气压力减小到1torr或更小。所述减小中空的腔室内部中的空气压力的步骤可包括使用结合到中空的腔室内部和真空源的真空软管来减小中空的腔室内部中的空气压力。在一个实施例中，所述减小中空的腔室内部中的空气压力的步骤包括减小中空的腔室内部中的空气压力以将纤维丝束分散成具有比初始宽度大至少100％的宽度的膨胀的纤维丝束。所述方法还可包括将膨胀的纤维丝束切割成多个膨胀的纤维丝束段，并将所述多个膨胀的纤维丝束段结合到板材成型复合材料中。在一个实施例中，纤维丝束是碳纤维丝束。

在至少一个实施例中，提供了一种使碳纤维丝束分散的方法。所述方法可包括将具有初始宽度的碳丝束拉入第一腔室开口，穿过中空的腔室内部并且从第二腔室开口拉出；将所述中空的腔室内部中的空气压力减小至100torr或更小，以将存在于所述中空的腔室内部中的碳丝束分散成具有比所述初始宽度大至少50％的宽度的膨胀的碳丝束。

附图说明

图1是碳纤维丝束的示例；

图2是根据一个实施例的纤维丝束分散系统的俯视图；

图3是根据一个实施例的进入纤维丝束分散系统并由纤维丝束分散系统进行分散的纤维丝束的俯视图；

图4A是根据一个实施例的纤维丝束分散系统的成形部(form)的前端视图；

图4B是根据一个实施例的纤维丝束分散系统的成形部的后端视图；

图4C是根据一个实施例的纤维丝束分散系统的成形部的侧视图；

图5A是根据一个实施例的纤维丝束分散系统的成形部的俯视图；

图5B是根据另一实施例的纤维丝束分散系统的成形部的俯视图；

图5C是根据又一实施例的纤维丝束分散系统的成形部的俯视图；

图6是根据一个实施例的纤维丝束切碎系统的示意图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可采取各种替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式利用本发明的代表性基础。

如在背景技术中描述的，用于制造玻璃纤维增强部件的SMC工艺可能不适用于生产碳纤维增强部件。碳纤维束在SMC工艺中会导致一些问题。例如，对于树脂来说会难以浸透(例如，完全浸渍)碳纤维并且在成型期间纤维不会很好地流动。这些问题会导致碳纤维和树脂之间的相对低的表面接触。由于这些问题，碳纤维增强SMC部件尚未满足一些应用所需的机械性能。一种改善碳纤维SMC工艺中碳纤维分散的经济且有效的方法可改善最终部件的性能。

图1中示出了部分分散的碳丝束10的一个实例。碳丝束是形成较大股的一束单根碳纤维长丝或股12。碳丝束可编织在一起成为布或织物。碳丝束可通过尺寸(诸如，3k、6k、12k、24k、36k、48k或更高，其中，“k”表示一千根长丝)来限定或分类。例如，12k碳丝束可包括12,000根碳长丝。碳丝束可具有各种尺寸，并且所选择的尺寸可取决于应用。长丝的直径还可根据所期望的特性或应用而变化。长丝的直径可在(例如)1至25微米之间变化，或在其中的子范围(诸如，5至15微米或5至10微米)内变化。

碳纤维和碳纤维丝束的生产在本领域中是已知的，将不再详细描述。通常，碳纤维丝束的生产包括聚合、纺丝、氧化、碳化和表面处理的步骤。然而，存在多种方法来生产碳纤维丝束，任何方法可适合于本公开。聚合通常包括将聚合的原料(例如，前体)转化为能够形成纤维的材料。一般而言，纤维可通过由丙烯腈制成的聚丙烯腈(PAN)形成，然而，纤维还可由诸如人造丝或沥青基前体的其它前体形成。前体可以是粉末形式的并可以溶解在溶剂(例如，有机溶剂或水溶剂)中，以形成浆料。

纤维可通过纺丝(诸如，湿纺)形成。浆料可浸入凝结剂中并通过具有与期望的丝束的长丝计数匹配的多个孔的套管或喷丝头中的孔挤出。可洗涤、干燥及拉伸湿纺纤维。尽管湿纺是形成碳纤维的一种方法，但是也可使用本领域已知的其它方法。在干燥后，纤维可(例如)被缠绕到线筒上。

然后，可被缠绕或卷绕的纤维在氧化步骤过程中可被插入或送入通过一个或更多个烘炉。氧化温度的范围可从大约200℃至300℃。该过程会使聚合物链交联并增加密度。在氧化之后，氧化的纤维可含有大约50％至65％的碳分子以及诸如氢元素、氮元素和氧元素以形成平衡。

在碳化步骤中，纤维被再次但是在惰性或无氧的气氛中加热。在没有氧气的情况下，从纤维去除非碳分子。碳化步骤可包括在一个或更多个温度(例如，第一低温和第二高温)下加热。例如，温度的范围可从700℃至1500℃。在整个生产过程中，纤维可保持处于拉伸状态。在碳化过程中，发生碳分子的结晶并且成品纤维可具有90％以上的碳。

在碳化之后，纤维可接受表面处理和/或称为胶料(sizing)的涂层。表面处理可包括将纤维拉伸通过包含溶液的电化学或电解槽，以蚀刻每个长丝的表面或使每个长丝的表面变粗糙。然后，涂层(通常称为胶料)可涂覆到纤维。胶料是为了在处理和加工过程中保护碳纤维使得纤维表面不被刮擦或损坏。在涂覆胶料并且已经干燥之后，纤维丝束通常被捆扎或卷绕(例如，在线筒上)用于后续使用。

为了形成碳纤维增强SMC组件，将碳纤维丝束(例如，成品丝束)分散或分离为单个长丝会是有益的。这可改善长丝的浸透性并增加纤维与树脂之间的表面接触，从而改善SMC部件的性能(例如，载荷传递)。以前的分离丝束的方法已经包括了物理地分散纤维长丝的机械方法。这些方法在工艺期间中会损坏纤维表面，并且通常仅将大的纤维丝束分为相对较小的纤维丝束。

参照图2至图5，示出了用于使纤维丝束分散或分离的方法的实施例。此外，示出和描述了用于分离纤维丝束的系统的实施例。虽然实施例可利用碳丝束作为示例来描述，但是其它类型的纤维丝束也可用于所述方法、系统和部件，并且在此想到这种运用。例如，可使用玻璃纤维丝束、陶瓷纤维丝束、聚合物纤维丝束等。

已经发现了(例如)通过使用具有从其延伸的突起的辊或向丝束施加高压流体来机械分散丝束的长丝的替代方案。已经发现，可使用减小的或低的压力以更温和的方式分散长丝，而不会对长丝造成太多的表面损伤或破裂。参照图2，示出了用于使纤维丝束的长丝分散以增加丝束的宽度和丝束的长丝之间的间隔的系统20。因此，可增加丝束的总表面积，这可在复合材料的制备期间允许更好的树脂浸透以及碳纤维和树脂之间的改善的表面接触。

在至少一个实施例中，系统20可包括腔室(例如，真空腔室)或成形部22。成形部22可被称为丝束膨胀器或分散器。成形部22可具有主体24，主体24可限定中空内部26。主体可由刚性材料形成，该刚性材料能够承受中空内部26和成形部22的外部(例如，大气)之间的显著的压力差(例如，如下所述)。例如，主体24可由金属或刚性塑料形成。限定中空内部26的主体24的壁可以是光滑的(例如，低表面粗糙度)，以防止在纤维丝束穿过时损坏纤维丝束。例如，如果主体24是金属的，则其可被抛光。成形部22可具有第一端28和第二端30。第一端28可以是丝束接纳端或进入端，而第二端30可以是丝束离开端。第一端28可限定被构造为接纳丝束的第一开口32。丝束可由第一开口32接纳，穿过或延伸穿过主体24并从由第二端30限定的第二开口34离开。

第一端28可包括围绕第一开口32的至少一部分延伸的密封构件36。在一个实施例中，密封构件36围绕第一开口32的整个周边延伸。密封构件36可以是柔性的使得当丝束穿过第一开口32时其可以顺应丝束的形状。密封构件可由橡胶或其它弹性材料形成。在至少一个实施例中，第一开口32的尺寸可设置成具有与纤维丝束的横截面相同或相似的形状。纤维丝束通常可具有矩形或大致矩形的横截面，该横截面具有相对大的宽度和相对小的高度。因此，第一开口32也可具有矩形或大致矩形的横截面，该横截面具有相对大的宽度(W1)和相对小的高度(H1)，其尺寸与纤维丝束相同或基本上相同。例如，丝束宽度可占据宽度(W1)的95％至100％，诸如，97％至100％或99％至100％。因此，第一开口32的尺寸可根据丝束的尺寸而变化。例如，12k丝束的宽度可比48k丝束的宽度小，因此，用于12k丝束的成形部22可具有比用于48k丝束的成形部22小的第一开口32。

因此，当丝束进入并延伸通过具有与丝束相同或非常相似的尺寸的第一开口32时，密封构件36可顺应丝束以与丝束至少形成部分密封。如此处所使用的，部分密封可指的是允许一些气流和/或压力平衡但仍允许在密封处的任一侧上产生及保持显著的压力差的密封。例如，如果成形部22外部的压力处于环境压力(例如，1atm或760torr)，则部分密封可允许主体24内的内部压力显著小于环境压力(例如，小于0.5atm或380torr)。相反，如果第一开口32比丝束大相当多的量，则可能不形成密封，并且可能不会保持显著的压力差。在其它实施例中，可在丝束和第一开口32之间形成完全的密封或接近完全的密封。

第二端30还可包括围绕第二开口34的至少一部分延伸的密封构件38。密封构件38可由与密封构件36相同或相似的材料(例如，橡胶或弹性体)形成。在一个实施例中，密封构件38围绕第二开口34的整个周边延伸。密封构件38可以是柔性的，使得当丝束穿过第二开口34以及离开成形部22时其可顺应膨胀的或分散的丝束的形状。当丝束通过第二开口34离开时，密封构件38可顺应膨胀/分散的丝束以与膨胀/分散的丝束至少形成部分密封。术语部分密封可具有与上文描述的相似的含义。在其它实施例中，可在膨胀/分散的丝束和第二开口34之间形成完全的密封或接近完全的密封。

如上所述，纤维丝束通常可具有矩形或大致矩形的横截面，该横截面具有相对大的宽度和相对小的高度。第二开口34也可具有矩形或大致矩形的横截面，该横截面具有相对大的宽度和相对小的高度。然而，第二开口34的尺寸可与丝束初始尺寸(例如，在刚进入第一开口32之前)不同。如下面更详细地描述的，丝束可在成形部22内膨胀或分散，使得其通过第二开口34离开成形部22时具有更大的宽度。因此，第二开口34的尺寸可被构造为具有比初始丝束的宽度大的宽度(W2)。当膨胀的丝束离开第二开口34时，其可具有与第二开口34的宽度(W2)相同或基本相同的宽度。例如，膨胀的丝束宽度可占据宽度(W2)的95％至100％，诸如，97％至100％或99％至100％。

第二开口34的宽度可对应于期望的膨胀丝束宽度。丝束的膨胀或分散可以用膨胀百分比或分散百分比来限定。例如，分散的丝束的宽度可比初始丝束的宽度大至少25％(例如，初始宽度的1.25倍)。在一个实施例中，分散的丝束的宽度可比初始丝束的宽度大至少50％、100％、150％、200％、250％或300％(例如，初始宽度的1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、3.5倍或4倍)。甚至可能发生更大的膨胀，然而，可能不需要更大的膨胀来充分改善树脂浸透性。

第二开口34除了比初始丝束更宽之外，其还可具有小于初始丝束的高度的高度(H2)。当分散的丝束沿着宽度方向分散或膨胀时，其可在高度方向上变得更短。因此，第二开口34的高度可以小于初始丝束的高度。高度方向上的减小可以匹配宽度方向上的增加或可以不匹配宽度方向上的增加。例如，如果第二开口34的宽度变大100％(2倍)，则其高度可以是初始高度的50％(1/2倍)。然而，1：1的变化比率不是必需的。在另一实施例中，第二开口34的宽度变大100％(2倍)，而其高度可以是初始高度的75％(3/4倍)。

纤维丝束(例如，碳纤维丝束)可具有取决于丝束和/或长丝的尺寸的宽度范围。在一个实施例中，丝束的宽度可以是3mm至25mm或其中的任何子范围(诸如3mm至20mm、3mm至15mm、5mm至15mm、5mm至10mm、10mm至15mm、7mm至13mm或其它)。因此，第一开口32的宽度可与丝束宽度相同或相似(例如，与上述相同的范围)。类似地，纤维丝束可具有取决于丝束和/或长丝的尺寸的高度范围。在一个实施例中，丝束的高度或厚度可以是10μm至250μm或其中任何子范围(诸如，25μm至250μm、25μm至200μm、25μm至150μm、50μm至250μm、50μm至200μm、50μm至150μm、50μm至100μm、25μm至75μm等)。因此，第一开口32的高度可与丝束高度相同或相似(例如，与上述范围相同的范围)。

如上所述，第二开口34的宽度可大于第一开口32并且大于初始丝束宽度。例如，它可以比初始丝束大50％、100％、150％、200％、250％或300％。因此，第二开口34的宽度可以比第一开口32的宽度的上述值大50％、100％、150％、200％、250％或300％。在一个实施例中，第二开口的宽度可为5mm至100mm或其中的任何子范围(诸如，5mm至75mm、10mm至100mm、10mm至75mm、10mm至50mm、15mm至75mm、15mm至50mm、10mm至30mm、15mm至30mm或其它等)。如上所述，第二开口34的高度可与第一开口32的高度相同或比第一开口32的高度小。因此，第二开口34的高度可与第一开口的上述值相同或比第一开口的上述值小。

如上所述，所公开的系统可使用低的环境压力或在环境压力以下来使纤维丝束膨胀和/或分散。在至少一个实施例中，系统可包括连接或结合到一个或更多个真空源42(诸如，真空泵)的一个或更多个(例如，多个)真空软管或管道40。真空软管可在端口44处附连到成形部22。例如，可针对每个真空软管40设置端口44。真空软管40可以以任何合适的方式(诸如，通过螺纹连接、卡扣式连接、粘合剂、紧固件、过盈/摩擦配合或其它方法)结合或附连到端口44。该附连可以是永久的或可拆卸/可释放的。在一个实施例中，可设置有连接到成形部22的顶部和底部(例如，较大侧面或梯形侧面)中的每者的一个或更多个真空软管40。

在操作过程中，真空源42可通过经由真空软管40和端口44移除空气来降低成形部22的主体24的中空内部26内的压力。可在减小压力的同时，将纤维丝束拉入到第一开口32中、穿过主体24，并从第二开口34离开。因此，纤维丝束可在刚进入成形部22之前处于相对高的空气/大气压力(例如，标准大气压力1atm或760torr)。当丝束进入处于低压的成形部22的中空内部26时，可通过减小的压力来促使或迫使纤维丝束的长丝膨胀或分散。由于减小的压力，丝束的长丝可膨胀到主体24的横截面区域的尺寸/宽度。因此，当丝束穿过较宽的第二开口34离开时，丝束可能已经膨胀到第二开口34的宽度或者接近第二开口34的宽度。

真空的强度可以是足以使纤维丝束分散和膨胀(例如，分散和膨胀到中空内部和/或第二开口34的尺寸)的任何减小的压力。所需的压力减小的幅度可取决于诸如丝束的尺寸(长丝的宽度和/或数量)、第二开口的尺寸(例如，期望的膨胀量)、成形部22的主体24的长度、纤维丝束的速度或其它。在至少一个实施例中，主体24内的压力可减小到环境压力或外部压力的一半或更小。例如，如果成形部22的外部处于1atm或760torr的标准大气压，则主体24内的压力可减小到0.5atm(380torr)或更小。在一个实施例中，主体24内的压力可减小到100torr或更小，诸如，10torr或更小、1torr或更小、10^-1torr或更小或10^-2torr或更小。还可使用甚至更低的压力，然而，所述更低的压力对于使丝束膨胀到必需的延展量来说可能不是必须的。

参照图3，示出了由成形部52膨胀的纤维丝束50的示意图。纤维丝束50在进入成形部52之前具有初始宽度54。在成形部52内，减小的压力可使纤维丝束50膨胀和/或分散。丝束可膨胀到成形部52的尺寸。因此，成形部52的宽度可从丝束进入的一侧向丝束离开的一侧增大，这可使丝束在其延伸通过成形部52时膨胀。

在所示的实施例中，成形部52的宽度从一侧到另一侧连续地增大，这可使丝束的宽度类似地连续增大。然而，成形部的宽度不需要连续地增大，只要出口大于入口即可。例如，成形部52的宽度可逐步增大，其中，宽度在特定长度上是恒定的并随后增大，然后在特定长度上又是恒定的并且再次增大等。成形部52的宽度可线性地增大(例如，以恒定速率)，如图所示，或者其可以以变化的速率(例如抛物线形、指数形)或其它速率增大。不管成形部52的形状如何，丝束50可膨胀或分散为沿着其长度填充或基本填充成形部52的宽度。当丝束50离开成形部52时，其可具有大于初始宽度54的膨胀或分散后的宽度56。如上所述，增大的幅度可取决于入口和出口的几何形状。

为了开始图3所示的过程，丝束50最初可手动地、机械地或以其它方式扩展到分散后的宽度56。这可导致丝束填充或基本填充第二端中的开口，这可允许第二开口周围的密封构件与分散的丝束至少形成部分密封。一旦至少形成部分密封，真空源和软管可降低成形部52内的压力。然后，当丝束被拉动通过成形部52时，减小的压力可使丝束分散或膨胀，而无需进一步手动或机械分散。

参照图4A至图4C，示出了根据实施例的成形部60的示例性端视图和侧视图。图4A示出了前端视图，其示出了包括第一开口64和围绕第一开口64的密封构件66的成形部60的第一端62。图4B示出了后端视图，其示出了包括第二开口70和围绕第二开口70的密封构件72的成形部60的第二端68。如图所示，第一开口64的宽度比第二开口70的宽度小，这可以允许丝束从其进入第一开口64时到其离开第二开口70时膨胀。如图所示，第一开口64的高度可比第二开口70的高度大，然而，这不是必需的。图4C示出了第一端62位于左侧且第二端68位于右侧的侧视图。示出了两个相对的侧壁74中的一个。如果第二开口70的高度小于第一开口64的高度，则侧壁74可具有从第一端62到第二端68的减小的高度。

参照图5A至图5C，示出了根据若干实施例的成形部60的示例性顶视图和/或底视图。图5A示出了其宽度以恒定速率从第一端62增加到第二端68的成形部60。成形部60的顶部/底部可具有梯形或截顶三角形形状。图5B示出了如下的成形部60：其宽度在特定长度上增加，然后在一定长度上保持恒定，然后重复。虽然示出了两个宽度增加的区域，但是可以存在更多个宽度增加的区域。图5C示出了其宽度以变化的速率(例如，曲线或抛物线)从第一端62增加到第二端68的成形部60。图5C中的成形部的顶部/底部可被称为钟形。从第一端(入口)到第二端(出口)的成形部60的长度可根据成形部宽度的变化率和成形部的形状而变化。为了实现宽度方向上的相同的总变化，具有更缓慢的宽度增加的成形部可更长，具有更急剧的宽度增加的成形部可更短。在一个实施例中，成形部60的长度可以是0.5英寸至10英寸或其中任何子范围(诸如，1英寸至10英寸、1英寸至8英寸、1英寸至5英寸、2英寸至8英寸、2英寸至5英寸或其它)。

参照图6，示出了用于使纤维丝束102分离的系统100。系统100可接纳丝束102或多个这样的丝束102。丝束102可以是已经使用上文所公开的方法和系统进行分散的膨胀的丝束。丝束102可由系统100以任何合适的方式接纳。图6示出了经由辊104接纳的丝束102，然而，也可使用其它方法，诸如，传送机。系统100可包括切割器或切碎器106以将丝束102切割成较短的丝束或段108。较短的段108可具有适用于复合部件的任何长度。在一个实施例中，段108的长度可以是1mm至100mm或其中的任何子范围。例如，段的长度可以是1mm至75mm、5mm至75mm、1mm至50mm、10mm至75mm、20mm至60mm、25mm至55mm、1英寸至2英寸或其它子范围。切割器106可以是单独的部件，或者可以与辊104一体形成。切割器106可以是能够切割丝束102的任何装置。切割器106或切割器材料可根据丝束中的纤维的类型(诸如，碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维等)而变化。

在丝束102被切割成较短的段108之后，段108可掉落到下方的接纳表面110。接纳表面110可以是静止的或者其可以是移动的。例如，表面110可以是传送带。由于段108从切割器106掉落到接纳表面110，所以当段108落在接纳表面110上时可被随机定向。这些段可被输送到另一系统，以将这些段结合到复合部件中，例如，纤维增强的SMC部件(例如，碳纤维)。在另一实施例中，接纳表面110可形成SMC工艺的一部分。例如，接纳表面110可以是其上涂覆有树脂的承载膜(例如，聚合物膜)。因此，段108可直接落在树脂承载膜上，并且可将其上涂覆有树脂的另一承载膜应用在段的顶部上，以形成纤维增强的SMC材料(例如，碳纤维)。SMC材料可被压实(例如，通过辊)并且储存以备后用，诸如用在卷取辊上。或者，SMC材料可被输送用于即时或半即时的进一步加工，诸如成形操作。

因此，公开了用于使纤维丝束分散的系统和方法的实施例。在不对长丝进行机械分散的情况下，纤维丝束可被分散或分离为更宽且更展开的丝束。这可减少在分离过程期间对长丝的损坏量，从而产生更高质量的长丝。纤维丝束可以是碳纤维丝束，然而，可使用所公开的系统和方法分离其它类型的纤维丝束。与机械方法相比，所公开的系统和方法可使碳丝束更彻底地分散，并且可以解决碳丝束特有的一些问题，例如，碳丝束通常比玻璃纤维和可被涂覆在碳纤维表面上的胶料具有更小的直径。所公开的系统和方法可用于生产任意类型的纤维增强部件，例如，纤维增强SMC部件。在一个实施例中，所述系统和方法可用于形成车辆部件。例如，所述系统和方法可被用于形成行李舱盖、引擎罩、保险杠或其它部件。

虽然上述描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地说，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够进行各种变化。此外，各个实施的实施例的特征可组合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (12)

1.一种系统，包括：

腔室，限定第一开口和第二开口以及位于第一开口和第二开口之间的中空内部，其中，第一开口被构造为接纳纤维丝束，第二开口比第一开口宽；

真空源，与所述腔室连通，并被构造为减小所述中空内部中的空气压力以使纤维丝束膨胀。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括围绕第一开口延伸并被构造为与纤维丝束接合的密封构件。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述密封构件由橡胶制成。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括密封构件，所述密封构件围绕所述第二开口延伸并被构造为当膨胀的纤维丝束离开第二开口时与所述膨胀的纤维丝束接合。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，第二开口比第一开口宽至少50％。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，第二开口比第一开口宽至少200％。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，第一开口的宽度为3mm至20mm，第二开口的宽度为5mm至75mm。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述中空内部的宽度从第一开口到第二开口连续增加。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括结合到所述腔室和所述真空源的一个或更多个软管。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述真空源被构造为将所述中空内部中的空气压力减小至1torr或更小。

11.一种方法，包括：

将具有初始宽度的纤维丝束拉入第一腔室开口，穿过中空的腔室内部并从第二腔室开口拉出；

减小所述中空的腔室内部中的空气压力，以将存在于所述中空的腔室内部中的纤维丝束分散成具有大于初始宽度的宽度的膨胀的纤维丝束。

12.一种方法，包括：

将具有初始宽度的碳丝束拉入第一腔室开口，穿过中空的腔室内部并从第二腔室开口拉出；

将所述中空的腔室内部中的空气压力减小至100torr或更小，以将存在于所述中空的腔室内部中的碳丝束分散成具有比所述初始宽度大至少50％的宽度的膨胀的碳丝束。