[发明专利]纤维增强复合材料的改善或有关纤维增强复合材料的改善

说明书

本发明涉及纤维增强复合材料，其包含纤维增强材料和树脂材料；特别涉及但不限于树脂浸渍或预浸渍复合材料或预浸料。

常规地，复合材料部件通过将纤维增强材料层堆积来制造，所述纤维增强材料层预浸渍有可固化树脂材料(预浸料)。随后，通过将叠层加热同时将其压缩使树脂材料固化。这使得树脂流动以使纤维叠层凝固，随后固化。这导致一体化层状复合材料结构。复合层状结构强固且质轻；它们的应用是公知的，经常用于工业应用如汽车、航空航天和海洋应用。例如，这些结构广泛用于风能应用如风力涡轮机叶片，特别是叶片外壳、内部梁和梁根部。它们也用于体育用品如滑雪板、滑板、冲浪板、帆板等。

典型地，用于生产复合材料部件的树脂材料为热固性树脂如环氧树脂或聚氨酯树脂。然而，也可以使用热塑性树脂。树脂材料的选择取决于层压板的应用和使用。此外，增强材料可选自多种多样的适宜纤维，通常这些纤维包括碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维。

在预浸料叠铺期间，空气可被捕获于预浸料层间(层间空气)，也可被捕获于预浸料层内(层内空气)。通常，在预浸料材料制造期间由于不完美浸渍可能存在层内空气，在多层叠层内的多个预浸料层成型的叠铺期间，可保持捕获层内空气。

一旦固化，层间空气和层内空气在围绕纤维的树脂基体中形成空隙。在受压组件中，由预浸料模制材料形成层压板的空隙率显著地影响性能，因为各空隙都是降低机械性质的潜在缺陷点。空隙可影响纵向和横向挠曲强度与模量，层间剪切强度，压缩强度与模量，纵向和横向拉伸强度与模量，以及耐疲劳性。此外，空隙可降低复合材料的高温耐久性和吸水性。低的空隙率使机械强度最大化和确保强度一致性。

EP1128958公开主要是未浸渍的纤维层联接至中心树脂层的多层模制材料。未浸渍的纤维层促使除去所捕获的空气，其中通过连接树脂层使第一纤维层与第二纤维层连接。纤维层定义为优选单向的织物。这些单向织物常规地为包含纤维丝束的机织物，所述纤维丝束沿着织物长度(或经向)方向延伸，所述丝束通过沿着纬向(与长度方向垂直)存在的织造纤维保持在适当位置。

机织物通常包含沿着织物长度方向的经向丝束和沿着织物横向方向的纬向纤维丝束这二者。丝束由共同形成丝束的多根纤维元件(称为长丝)组成。经向丝束和纬向丝束可以包含相同材料和具有相同重量，或它们可以包含不同的材料和/或重量。可以以彼此间为+/-10°至+/-90°的角度来配置经向丝束和纬向丝束。

一些机织物如纬向单向织物包含相对少量的经向丝束。这提供具有充分稳定性的织物以使得纬向丝束相对于长度方向而纬斜。这通过向织物一侧施加张力保持相反侧织物来实现。这例如公开于EP1880819中。典型地，该性质的织物具有70-90％的纬向纤维和30-10％的稳定化经向纤维。纬斜织物具有如下缺点：纬向纤维丝束的存在使得卷曲引入经向纤维丝束中。反过来，这影响由这些材料生产的复合材料部件的机械性能。此外，织造纤维引起在织物其它平面上的微小偏移。这些偏移作为在施用树脂形成预浸料时捕获空气的部位而起作用。然后，所捕获的空气在最终层压板中变成空隙，所述空隙进一步降低机械性质。

纤维增强复合材料通常是各向异性的，因此它们典型地显示各向异性机械性质。复合材料材料中的最佳加载方向平行于其纤维方向。因此，在经历复杂多向载荷的组件中，通常形成具有多种纤维方向的叠铺层，从而形成准各向同性的层压板。这常通过使用具有不同纤维方向的机织物，或通过在模具中沿着不同取向使织物沉积来实现。然而，机织物具有前面所述的卷曲的缺点。

无纺织物的范围从包含无规方向纤维元件的织物如短切纤维织物，到包含有规、基本平行方向丝束的织物。在本申请内，我们将后者织物称为“取向增强织物”。在取向增强织物中，通常将织物长度方向称为纬向，将与其垂直的方向称为经向–即使这些织物不是织造形式(“非织造”)也如此。

取向增强织物相对于前述机织物的重要优点在于，纤维丝束不受卷曲影响，因此所得复合结构具有改善的机械性能。

然而，取向增强织物需要多层取向单向纤维从而支持纤维取向，它们也需要垂直于多个织物层进行织物的十字刺绣，从而使生产、处理和浸渍期间的织物稳定。结果，这些织物的制造工艺复杂且不充分。