[发明专利]具有降低的表面粗糙度的纤维复合材料及其制造方法

说明书

纤维增强复合材料是通过用树脂组合物(11)灌注增强纤维团而制成的。将纳米尺寸的单丝(7)的薄片(6)施加在纤维团的至少一个主表面上。随后硬化所述树脂组合物(11)以形成所述复合材料。这种方法产生具有非常光滑表面的复合材料。所述增强纤维的打印输出大大减少，而无需通过施加厚涂层或附加材料层来掩盖它。

本发明涉及制备具有降低的表面粗糙度的环氧树脂复合材料的方法和制备这些复合材料的方法。

纤维复合材料有时用于制造外部车身部件或需要接近表面平面度和光滑度的其它产品。与金属相比，这些复合材料在减轻重量和制造复杂形状部件的能力方面具有显著优势。

纤维复合材料经常不足的一个领域是它们的表面光滑度。金属容易形成具有高度光滑表面的车身板，当涂覆时这容易产生有光泽外观。

由于存在明显的纤维和粘结剂树脂相，纤维增强复合材料具有粗糙得多的表面。表面上富含纤维的区域倾向于略高于周围的富含粘结剂的相，部分是由于在制造过程期间树脂相的收缩。粘结剂树脂相具有比纤维大的热膨胀系数，因此当复合材料从高制造温度冷却时，粘结剂相从表面收缩。此外，热固性粘结剂在固化时表现出一定的体积减少，这也有助于表面粗糙度。这些效果有助于表面粗糙度。纤维图案在纤维复合材料中清晰可见，这种现象称为“透印”。

已经提出了几种方法来克服这个问题。几乎所有这些都以这种或那种方式提供了在复合材料之上的显示表面以隐藏粗糙表面。例如，可以简单地在复合材料的表面上施加厚层的凝胶涂层、底漆或油漆。US 2004-0033347描述了这类方法。可以使用例如GB专利第2,408,005A号中所述的方法施加包封聚合涂层。类似地，WO 2008/104822和US 2013-0273295描述了将表面精加工膜施加到复合材料以降低表面粗糙度的方法。在WO 2009/147633中，施加金属表面层以达到相同的效果。

WO 2008-007094描述了一种方法，其中将具有非常高纤维密度的显示表面施加到纤维复合材料。在US 2005-0095415中描述的方法中，将单独的热塑性材料层层压到复合材料的表面上以产生光滑表面。

所有上述过程都是不合需要的，因为它们增加了大量的费用和加工复杂性。添加的层可以增加部件厚度和重量。

美国专利第8,486,321号描述了将由碳纳米管构成的覆盖层施加到织造纤维复合材料的表面上以减少透印。该过程需要通过需要纳米管的特定取向的复杂工艺单独制造碳纳米管覆盖层。这增加了制造过程的可观费用和复杂性。

Palardy等人在“用于A类表面精加工的RTM加工参数优化(Optimization of RTMprocessing parameters for Class A surface finish)”，《复合材料，B部分：工程学(Composites，PartB：Engineering)》(2008)，39B(7-8)，1280-1286中描述了在树脂传递模塑工艺中与树脂混合的低轮廓添加剂，以改进所得纤维复合材料的表面光滑度。例如，通过向树脂中添加20重量％至40重量％的碳酸钙颗粒，可以获得改进的表面光滑度。碳酸钙降低树脂收缩率。然而，大量的矿物填料导致树脂粘度的大幅增加，这使树脂处理复杂化并使树脂难以完全和均匀地渗透纤维。这些高含量填料的存在还可以引起树脂相中机械和其它性质的大幅变化。此外，碳酸钙表现出高比重，因此其以Palardy等人描述的方式使用为所得到的复合材料增加了很大的质量。

在我们的PCT/US2016/067611中，我们描述了通过将细颗粒引入树脂相中来改进纤维复合材料的表面光滑度的方法。在复合材料制造期间，在树脂相渗透到纤维团中时，这些颗粒的一部分从树脂相中滤出，从而形成光滑的表面层。

本发明是一种制备纤维增强复合材料的方法，其包含：

a)形成浸渍的多层纤维预制件，所述预制件包含

i)纤维垫，其包括单根纤维直径为至少250nm的纤维团，