[发明专利]用于通过TFP工艺生产单层或多层纤维预型件的方法以及一种衬垫层

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过具有纤维束的TFP工艺(“特制纤维布置”)生产单层或多层纤维预型件的方法，纤维束大致排列成使得其通过力流被定向，并放置在衬垫层上，并通过固定丝连接，具体地，通过至少一个上固定丝和至少一个下固定丝连接，以便形成具有实际上所需材料厚度的纤维预型件。

本发明还涉及一种用于进行该方法的衬垫层。

背景技术

在轻质结构中，具体地，在飞行器结构中，利用由纤维加强塑料制作的复合部件的应用逐渐增加，这种纤维加强塑料可以承受极大的机械载荷，同时，具有十分节约重量的潜力。这些部件形成有连续浸透或充满有可固化的聚合材料(例如聚酯树脂、环氧树脂等)以形成最终部件的加强纤维。与到目前为止用于承载结构元件而主要使用的金属材料相反，加强纤维复合材料具有很依赖方向的机械性质。

因此，在此类部件中的加强纤维的排列对其刚度和强度具有决定性的影响。为了实现最佳的机械性能，如果需要，加强纤维应该沿着加载的方向且不具有任何波纹形成，也就是说，以伸展的方式行进。此外，理想地，对于各个加强纤维都需要经受均匀的机械加载。

对于传统的半成品，例如，用于加强聚合材料的纺织或捻搓纤维织物，由于加强纤维通常设置为具有特殊的、固定的取向，所以，不是所有可以想象到的纤维取向都能实现。虽然捻搓纤维织物可以“被悬挂”，也就是说以平面而没有褶皱的方式放置，例如以形成圆环等部分，但包含在其中的加强纤维通常不会随着更复杂的力流线而沿着路径排列。

符合用于与加载方向一致的纤维排列要求的一种可能方式是公知的TFP工艺。这包括用于机械加强的纤维束(粗纱)的布置，其也可以通过彼此平行延伸的多个离散的加强纤维沿任何所需路径曲线形成，并在衬垫层上的固定丝的协助下与其连接，以形成纤维预型件(“预型件”)，因此，各个纤维束的排列可以实质上最佳地适用于作用在最终复合部件上的力流。在此通过在衬垫层下彼此互连、以与传统的缝纫方法相对应的方式形成圈的上固定丝和下固定丝实施固定。在此，例如，利用习惯上的Z字形针脚进行纤维束的连接。以此方式实现的纤维束的机械承载能量的最佳利用可以最小化其数目，接着，也相应地减少纤维预型件的重量。此外，部件的横截面可以以理想的方式适用于各个局部载荷。此外，例如可以通过设置附加的纤维束，而在经受特殊加载的区域中形成加强，例如，在力被引入的区域内，等等。例如，可以使用玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酸胺纤维等作为加强纤维。

通过TFP工艺的纤维预型件的生产在同样在例如纺织工业中使用的传统的CNC控制的自动缝纫和绣花机上进行。一旦所有需要的层都通过纤维束被搓编并连接在衬垫层上，则将通常已经具有所需最终轮廓或最终形式的最终纤维预型件放置在密闭的模型中，并注入有可固化的聚合材料，接着，被固化以形成最终的复合部件。多个TFP纤维预型件和/或加强纤维层可以在此组合。多层纤维预型件通过将多个(单个、单层)纤维预型件一个放置在另一个之上地形成，以便可以产生由于在用于TFP工艺的自动缝纫和绣花机中的有限针长度而不能产生的更大材料厚度。因此，多层纤维预型件具有在多层纤维预型件内接近彼此平行延伸的至少两个衬垫层。

例如，通过在相应设计的封闭模型中的公知的RTM工艺(“树脂传递模制法”)，可以进行具有可固化聚合材料的纤维预型件的注入。

然而，利用固定丝和衬垫层，TFP工艺引入在后面的复合部件中不再起任何作用(具体地没有衬垫作用)的纤维预型辅助部件中。衬垫层和固定丝都可能产生有关实现理想的层顺序的问题，此外，具体地，如果多个纤维预型件一个放置在另一个之上，或具有大材料厚度的单层纤维预型件通过一个放置在另一个之上的多层纤维束形成，则表现出对整个重量至关重要的比例。此外，优先在最终复合部件中的衬垫层的区域中出现分层。虽然衬垫层本身也可以通过纺织的加强纤维，例如通过玻璃织物或碳纤维织物形成，但即使在此情况下，至少一些加强纤维通常也具有不按照加载方向的排列。此外，在一些情况下，在TFP工艺期间，纺织的加强纤维也由于缝纫针穿透受到损坏，使得特征材料值被削弱。例如，由于作为缝纫的结果而沿着纤维束形成波纹，并且由于作为在上固定丝和下固定丝之间打结的结果而形成圈，导致在纤维预型件中进一步产生裂纹。如果多个纤维预型件为一个放置在另一个之上，则也形成裂纹层。

此外，通过TFP工艺，固定丝、纤维束和衬垫层通过缝纫彼此牢固地连接在一起，使得其通常不可以用于衬垫层，而与纤维预型件撕离，具体地，不会损坏纤维束中的各个加强纤维。