[发明专利]作为复合材料中的夹层的混合面纱

说明书

一种柔性的、自支撑的混合面纱，该混合面纱可透过液体和气体。该混合面纱包括：(a)非织造结构形式的混杂的、无规排列的纤维；(b)遍布于该非织造结构各处分散的颗粒，其中大部分这些颗粒穿透该非织造结构的厚度；以及(c)遍布于该面纱各处存在的聚合物黏合剂或树脂黏合剂。可以将这种混合面纱结合到复合层压材料、预浸料、织物和纤维预成型件中。

纤维增强聚合物复合材料的使用在主要航空航天结构中(例如，飞机机身中)以及高性能体育用品、海洋结构物和风能结构中变得越来越普遍。纤维增强的聚合物复合材料的优点包括高的强度与重量比、优异的耐疲劳性、抗腐蚀性和柔性，从而允许零部件显著减少并且减小对于紧固件和接头的需求。

用于生产纤维增强的复合材料的传统方法包括用可固化基质树脂浸渍增强纤维以形成预浸料。这种方法通常被称为“预浸”法。结构复合部件可以通过在模具表面上铺放多层预浸料然后固结和固化来制造。

最近，纤维增强聚合物复合材料零件通过液体树脂灌注工艺制造，液体树脂灌注工艺包括树脂传递模塑法(RTM)和真空辅助树脂传递模塑法(VARTM)。在典型的树脂灌注工艺中，将干燥纤维材料的被预先确定了形状的预成型件放置在模具中，然后通常在高压下将液体树脂灌注到模具中以便直接原位对预成型件进行灌注。该预成型件由多层不含树脂的增强纤维层或织造织物层构成，将这些层以类似于树脂浸渍的预浸料的铺放方式铺设。在树脂灌注后，根据固化周期固化该被灌注了树脂的预成型件，以提供成品复合制品。在树脂灌注时，将被灌注树脂的预成型件是关键要素——该预成型件本质上是等待树脂的结构零件。液体树脂灌注技术在制造复杂形状的结构时是尤其有用的，否则这些复杂形状的结构难以使用传统的预浸料叠层技术制造。

附图说明

图1是根据本披露的实施例的混合面纱(hybrid veil)的示意图。

图2是通过湿法成网工艺形成的实际混合面纱用计算机断层扫描法获得的3D重建图像。

图3A和3B示意性地说明了在层间区域中包含混合面纱的固化复合层压材料，与包含具有分散在面纱表面上的增韧颗粒的非织造面纱的类似固化复合层压材料相比。

图4A和4B示意性地说明了分别作用在凹成型表面和凸成型表面上的复合层压材料上的力。

图5A-5D示出了用于制造其中整合有混合面纱的改性预浸料的各种实施例。

图6示意性地说明了根据本披露的实施例的织造织物。

图7示出了通过扫描电子显微镜(SEM)获得的示例性混合面纱的俯视图。

图8A和8B示出了与不同的混合面纱交互放置的两个固化的复合板的截面图，示出了经受G_Ic测试之后的裂纹路径扩增。

具体实施方式

传统的纤维/树脂多层复合材料(或复合层压材料)的主要弱点是它们的低的层间断裂韧性，其允许复合层在高能量力的冲击下分层。当两个层彼此脱粘时发生分层。具有改进的抵抗分层性的固化复合材料是具有改进的冲击后压缩强度(CSAI)和断裂韧性的固化复合材料。CAI测量复合材料耐受损伤的能力。在测量CAI的试验中，复合物材料经受给定能量的冲击并且然后在压缩下加载。断裂韧性是表示材料在存在裂纹时对脆性断裂的耐受性的定量方式，并且可以被量化为应变能释放速率(G_c)，该应变能释放速率是在每单位新产生的断裂表面积的断裂期间消耗的能量。G_c包括G_Ic(模式1-张开模式)或GIIc(模式II-平面内剪切)。下标“Ic”表示在垂直于裂纹的法向拉伸应力下形成的模式I裂纹张开，并且下标“IIc”表示由平行于裂纹平面并垂直于裂纹前缘作用的剪切应力产生的模式II裂纹。分层的引发和生长通常通过检查模式I和模式II断裂韧性来确定。