[发明专利]楔形填料预成型坯

说明书

本发明涉及一种楔形填料预成型坯(1)，其包含由增强纤维长丝组成的增强纤维束(2)，其中所述长丝在纤维束内互相平行走向，其中所述纤维束含有相对于纤维重量计1至10重量％的浓度的第一树脂组合物，其特征在于所述纤维束(21)具有2至20mm的长度且至少60％的纤维束(21)以弯曲形式可逆定型在楔形填料预成型坯(1)内，其中弯曲纤维束(21)的侧面(8，9)形成小于120°的开度角，且弯曲纤维束(21)的开度角与楔形填料预成型坯(1)的楔形的开度角相关。

本公开涉及楔形填料预成型坯、包含楔形填料预成型坯的纤维复合材料、生产楔形填料预成型坯的方法和生产包含楔形填料预成型坯的纤维复合材料的方法。

半径填料是现有技术中已知的。尤其在航空航天应用中，整体加强复合结构的开裂经常在位于复合结构的外皮和整体加强元件之间界面处的半径填料(即noodle)中开始。传统半径填料，也称为“noodles”具有大量树脂。

填料预成型坯是近乎具有最终产品的三维形式的三维干式结构。因此，其是预成型产品。预成型坯与最终产品的区别在于仅在最终产品的制造过程中施加到预成型坯上的树脂量。因此，预成型坯被描述为含有较少树脂的干式结构。“较少树脂”是指相对于预成型坯的总纤维重量计小于15重量％的树脂浓度。

例如在文献US 9,827,710中描述了一种半径填料。该专利的半径填料包括树脂，其中在编织步骤之前或之后加入树脂。根据上述文献的图5，编织干纤维，然后其在树脂浴中润湿，或作为用树脂预浸渍或预涂布的预浸料纤维提供纤维。但是，在US 9,827,710的所有实施方案中，半径填料中的树脂量远高于半径填料的总纤维重量的10重量％。因此，该文献没有公开预成型填料。由于高量树脂，该半径填料的重量高，且填料的寿命也至少与树脂材料的寿命相关联。

此外，现有技术的半径填料具有缺点在于它们不能顺应或较不顺应空腔(cavities)。

因此本发明的目标是创造一种楔形填料预成型坯，以克服现有技术的缺点。

通过根据权利要求1的楔形填料预成型坯实现该目标。

在本申请中，术语“楔形”是指填料预成型坯具有三角形。“楔形”形式是指包含两个侧面区、在它们之间的顶点和两个端面区的三角形。各端面的表面积小于各侧面区的表面积。术语“楔形”也包含梯形形式的楔形填料预成型坯。

本理念的楔形填料预成型坯包含增强纤维束，其中纤维束含有相对于纤维重量计1至10重量％的浓度的第一树脂组合物。至少60％，优选至少70％的增强纤维束作为弯曲增强纤维束以弯曲形式存在于楔形填料预成型坯中，由此借助第一树脂组合物将纤维束的弯曲形式可逆定型在楔形填料预成型坯中。弯曲增强纤维束(也称为弯曲纤维束)具有两个侧面，由此侧面形成开度角α’。该开度角小于120°。在楔形填料预成型坯内，弯曲纤维束以该弯曲形式的最小转折点朝向楔形填料预成型坯的顶点的方式排列。弯曲纤维束的开度角的打开方向与楔形填料预成型坯的开度角的打开方向大致相同。

由于可逆定型的弯曲形式，弯曲纤维束在楔形填料预成型坯内变得预荷载。

文献US 2013/0209724公开了由纤维束和粘合纤维组成的堆(pile)以使纤维束能够具有粘合剂材料。纤维束具有弯曲形状，这赋予它们优先取向，由此通过粘合纤维将纤维束固定在层内。但是，文献US 2013/0209724没有公开预成型坯。该文献也没有公开或教导其中纤维束以弯曲形式存在以使该弯曲形式对应于预成型坯的三维形式的预成型坯。此外，在该文献中也没有公开含有相对于纤维重量计1至10重量％树脂组合物的纤维束。

文献EP 3 446 864公开了一种包含碳纤维的间隙填料。碳纤维随机分散在间隙填料各处以使纤维朝多个方向取向[0011]。在该文献中没有公开具有朝优先方向排列的纤维束的预成型坯。在根据EP 3 446 864的间隙填料的制造方法中，例如借助挤出机混合树脂和碳纤维[0030]。因此，在该文献中也没有公开相对于纤维重量计1至10重量％的树脂浓度。