[发明专利]用于后续树脂灌注的干燥纤维材料

说明书

背景技术

本发明涉及结构复合材料组件的预成形和树脂灌注制备领域。

近年来，在航空航天和汽车行业在应用树脂灌注工艺制造结构组件受到的关注日益增加。

干燥、柔韧并且可预成形的纤维产品事实上可具有显著优于标准预浸材料的优点，这是由于其长储存寿命和适用于更复杂的几何形状以及环绕窄半径。

材料选择和加工阶段的相互依赖关系和关键性方面对自动化铺设/灌注工艺具有特殊意义，其中纤维铺放、预成形和树脂注入阶段所处时期不同，但材料选择和加工相关方面存在联系。

上浆剂和粘合剂事实上可同时影响复合材料结构的加工和热-机械性能。

复合材料固化动力学和热-机械性能事实上可受到纤维组分与主体基质之间的界面区域形成的影响。此外，灌注阶段期间发生的纤维/上浆剂/树脂相互作用可通过形成化学计量和组成失衡区域而影响润湿和局部流动行为。

大多数用于复合材料的纤维和纤维产品涂覆有用于多种目的的上浆剂、粘合剂和/或涂饰剂，所述目的包括有利于处理、保护纤维免受压缩和工艺导致损害、有助于相容性和纤维经树脂的润湿以及总体增强复合材料性能。

若干干燥单向带材产品利用单向碳纤维的碳纤维网，其通过热或粘合方式粘结至支承单向碳纤维的载体织物或稀松布上。若干商业型式可得自V2复合材料(V2Composites)、西克玛(Sigmatex)和其它纺织物生产商。这些现有产品的局限性在于不能在不使边缘变形和磨损的情况下通过自动化铺设工艺切割和施加这些产品。

在其它常规材料例如NCF纺织物(无褶皱织物)中，单向(UD)纤维束由跨过若干碳束的缝合线保持在一起。在一些情况下，非常细的纤维跨横幅方向铺设，以便为UD纤维束提供更多横向稳定性。在这种情况下，束不展开，并且束间存在宽达2mm的间隙。萨泰克斯(Saertex)和西克玛提供此类型的产品。

形成干燥单向带材的另一种常规方法是包含如下的技术：展开纤维网，用经粘结的细线保持展开纤维，所述经粘结的细线通常由环氧树脂涂覆的玻璃线或具有低热活化点的聚酯或聚酰胺线制成；横跨带材宽度运行并且使展开纤维保持在一起。保持线未与网状纤维编织在一起，而是沉积到网的顶面和/或底面。在此类型产品中，网状纤维通常完全展开，留下非常小的束清晰度(tow definition)和束间间隙，类似于在预浸带材机上制造的标准展开带材。

据信，现有技术的粘合剂组合物或材料方案均不能满足制造干燥纤维材料的物理、热-机械和工艺要求，所述干燥纤维材料适用于自动化带材铺设(ATL)和自动化纤维铺放(AFP)，以形成预成型件，用于后续复合材料部件制造中的树脂灌注。

发明内容

本文公开了一种用于后续树脂灌注的结构纤维的干燥自支承纤维材料。所述纤维材料含有通过粘合剂组分粘结在一起的结构纤维，所述粘合剂组分以材料的15重量％或更少的量存在。所述粘合剂组分不在纤维材料的表面形成连续膜。纤维材料的特征在于其是流体可渗透的，更具体地讲，其可渗透液体树脂，其在切割时磨损较少，并且与无粘合剂的相同纤维材料相比具有较少尺寸变化。

本文还公开了一种用于施加到结构纤维上的粘合剂组合物。所述粘合剂组合物是水性分散液，其含有：(i)一种或一种以上选自以下的聚合物：聚氨酯、聚羟基醚、其共聚物、其反应产物及其组合；(ii)交联剂；以及任选的(iii)酸强度足以催化交联反应的催化剂。

附图说明

图1图解说明单向无褶皱织物(UD NCF)。

图2图解说明具有粘合剂纱线的展开碳纤维网。

图3是展示根据一个实例的经粘合剂处理的纤维材料的面纱侧的SEM图像。

图4是展示图3中所示纤维材料的纤维网侧的SEM图像。

图5是展示根据一个实例的灌注穿过预成型件厚度的树脂的相对体积随时间变化的曲线图。

具体实施方式

与适于自动化层叠工艺(更具体地，ATL和AFP)的窄宽纤维产品的制造相关的技术挑战决定对如下粘合剂组合物的需要，所述粘合剂组合物能够在切割、处理和铺设工艺期间为纤维提供内聚力和完整性，并且防止可显著影响工艺速度和通过量的毛糙边缘的形成。