[发明专利]中间材料和制造此类材料的方法

说明书

公开了用于制造复合部件的中间材料(132)，其具有预浸料层(116)和交错层(120)，所述交错层由至少两个热接合的热塑性交错材料区段(120a，120b)构成。本发明涉及制造此类中间材料的方法。

本发明涉及用于复合制造件的中间材料，其包括预浸料层和交错层，所述交错层意在防止预浸料层的自粘结，特别是此类中间材料的相对长和窄的条带。本发明也涉及制造中间材料的方法。

复合材料是公知的，其经常用于制备坚固且轻质的部件。在一种制造技术中，纤维组分(例如碳纤维或玻璃纤维)用基质材料(通常为聚合物，例如热塑性聚合物)预浸渍。基质材料当用于浸渍时并未固化，由此保持一定的柔韧性。该“预浸料”材料可以在切割和成型、和甚至在固化以形成最终(硬化)产品前被处理或储存。预浸料材料通常为卷筒的形式，以易于储存和运输。

越来越流行的制造技术利用自动纤维铺放(AFP)设备将预浸料沉积到表面(例如三维模具)上。使用AFP可避免由从大片材切割预制件带来的浪费。AFP通常涉及通过可移动的自动头部沉积预浸料带材。

将预浸料的窄条带或带材(通常为3至50mm宽)进料到AFP头部，以进行沉积。这些带材可以源自主预浸料的大的宽的(通常为米的数量级，例如2米)片材。在这样的情况中，可以使用切割机器将主预浸料片材切割成带材，所述切割机器配置为同时进行多次切割(例如对2m宽的主片材进行49次切割，产生50个40mm条带)。然后可以将各带材卷绕在例如线轴上，用以运输到AFP机器。

待切割成窄条带的主预浸料可以提供为预制造的片材，通常为卷筒的形式，在这种情况中其可以包括一个或多个背衬层或交错层，在将片材裁切成窄条带之前可以移除所述背衬层或交错层。或者，主预浸料的裁切可以在形成主预浸料时进行，即，无需介入期间的卷绕和储存，使得主预浸料的生产及其裁切可以为单一连续法的一部分。

预浸料通常具有至少一定程度的表面粘性，因此为了防止在将预浸料的切割条带卷绕起来时预浸料会粘附于其自身，可以使条带设置有背衬片，也称为交错材料。背衬片可以由聚合物材料或其共混物(例如聚烯烃，更特别为聚乙烯，例如LDPE或HDPE)形成，并且可以为单层或多层聚合片。通常，交错材料为30至70微米厚。交错材料通常以卷筒或线轴的形式提供，其宽度经常比预浸料带材宽3至12mm。将交错材料与预浸料带材卷绕在线轴上。所得层状预浸料和交错材料的组合代表了制造方法中的中间步骤，因此在本申请称为“中间材料”。

对长度相对较长的预浸料条带的需求日益增长，特别是用于AFP方法中以减少对停止施加材料以用新鲜卷筒代替用完的预浸料卷筒的需求。特别地，需要窄/裁切预浸料的长度为至少3000m，且经常是比这长得多。具有这样长度的预浸料条带可以直接制备，例如如下制备：裁切预浸料的连续成型片材作为一体式制造方法中的一个步骤，或裁切作为卷筒储存的长度长的预成型的预浸料。但是，在后一种情况中，卷筒将非常大且重，因此难以制备、运输和处理。或者，窄预浸料的长条带可以如下形成：裁切短长度的宽预成型的预浸料的相对多个卷筒，将由各卷筒形成的条带接合在一起。已知用于接合预浸料的窄条带的长度的装置。

由这样长窄的预浸料条带形成卷筒产生的问题是预浸料条带的长度和交错衬料的提供长度之间的差异，该差异通常要短得多。特别地，交错材料的卷通常不长于2,500m，而预浸料条带可以为至少3,000m长，经常也为比这长得多。这意味着交错材料的多个长度必须接合在一起以覆盖预浸料带材的整个长度。目前使用的将两种或更多种交错材料长度接合的方法是使用胶带将这些长度在它们的末端处接合。这些“拼接块”可以通过对接机头或交叠的(搭接)接头产生。

同样的技术也可以用于交错材料破裂的这种不太可能出现的事件。

该技术带来的一个问题是，胶带容易吸取异物-称为异物碎片(FOD)。另外，胶带的位置错误或松散的碎片也可成为FOD。这种FOD可被转移至预浸料条带(其为本身发粘的)，这是一个重大的问题，因为它可能会干扰条带的卷绕和/或其后续使用。特别地，FOD可能干扰AFP头部的操作，此外可能会不利地影响最终复合材料的机械性质。