复合材料制造技术

技术编号:7133922 阅读:288 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯,所述预浸料坯包括由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层,其中至少所述树脂材料的表面在室温下具有粘度和粘着性,并且每个预浸料坯在室温下具有劲度,从而当两个所述预浸料坯在室温下通过相邻树脂材料表面排列成垂直层叠件时,所述相邻树脂材料表面不粘合并且在它们之间形成连续空气通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯。进一步地讲,本专利技术涉及这 种预浸料坯在制造纤维增强复合材料中的用途和制造纤维增强复合材料的方法。
技术介绍
多年来,在纤维增强复合材料领域,人们已经知道要提供包含浸渍有结构聚合物 树脂(structural polymer resin)的纤维增强物层的预浸料坯。结构聚合物树脂的量要 与纤维增强物的量仔细匹配。因此,预浸料坯可用于形成纤维增强复合材料的方法中,该方 法中,提供了具有所期望形状和构造(configuration)的预浸料坯的多层层叠件(stack), 然后将所述多层层叠件加热,从而使结构聚合物树脂熔融,再固化以形成单个均一的树脂 基体,其中纤维增强物按照所期望的纤维取向配置。层叠件中的树脂的量足以由具有所期 望机械性能的预浸料坯的层叠件制成纤维增强结构制品。通常,结构聚合物树脂为热固性 树脂(最常见为环氧树脂),其固化以形成固态树脂基体。所述纤维可以选自各种材料,最 常见的包括玻璃纤维或碳纤维。众所周知的是,提供结构聚合物树脂完全浸渍到纤维增强物层中的预浸料坯。这 为预浸料坯的外主表面提供了树脂表面,使得纤维在整个预浸料坯树脂内基本上均勻分 布,这样纤维均勻嵌入在树脂内,从而将初始树脂层内无意间存在的空隙最小化。其优点在 于,树脂表面可以稍微具有粘着性,这样通过粘着性树脂表面将预浸料坯粘附在相邻表面 上,结果有助于通过将预浸料坯支撑在所期望的位置处来将预浸料坯铺设(lay up)到模具 中。另外,纤维增强物的完全浸渍避免了对于结构聚合物树脂在固化阶段显著流动的需求, 并且确保了纤维在固化阶段期间均勻地浸湿。但是,完全浸渍的预浸料坯的一个突出问题在于,在形成这种预浸料坯的层叠件 时,空气会截留(trap)在相邻的预浸料坯层之间,从而导致在最终固化后的、纤维增强复 合材料的树脂基材中,会存在层间空隙(inter-ply voids)。这些空隙的存在显著降低了复 合材料的机械性能。在预浸料坯铺设阶段(lay-up process),当完全浸渍的预浸料坯层逐 渐堆积(built up)以形成其多层层叠件时,空气会截留在相邻预浸料坯层之间。相邻预浸 料坯层的树脂表面的粘着性(tackiness)增加了空气在预浸料坯界面处截留在层间的可 能性。在克服不希望形成层间空隙的尝试中,新近已经提出了提供只是部分浸渍有结构 聚合物树脂的预浸料坯,从而在预浸料坯的一个或两个主表面上存在干燥纤维增强物层。 本申请人生产出了这种已知的部分浸渍预浸料坯或半浸料坯(semipreg),并且以注册商标 SPRINT 进行销售。这种部分浸渍的预浸料坯其优点在于,在预浸料坯层叠为层叠件时,在初始真空 固结(vacuum consolidation)阶段,随着干燥纤维增强物层随结构聚合物树脂的融化而 完全浸湿,这一干燥纤维增强物层使得空气穿过干燥纤维增强物层而逐渐排出。在预浸料 坯真空固结期间,使预浸料坯层叠件经受负压(即真空),以帮助将空气从相邻的预浸料坯7和干燥纤维增强物的区域之间去除。在随后的固化作用(curing)前,在所施加的真空作用 下,干燥纤维增强物的区域逐渐被多结构聚合物树脂浸湿。因此,该部分浸渍的预浸料坯结 构的优点在于,在相邻层之间的层间空隙趋向减少甚至消除。已知利用预浸料坯可以制造各种具有不同厚度、形状和体积以及所需机械性能的 产品。复合材料的一个特殊用途在于制造细长的杆(spar)或梁(beam)形式的结构件,所 述结构件要求显示出高的机械劲度(stiffness)和压缩强度。对于这类杆或梁而言,为了 将机械劲度和压缩强度最大化,期望提供主要沿着细长的杆或梁的方向取向的纤维,尤其 是单向纤维(unidirectional fibre)。相反,为了提供具有板状构造或者具有扭转强度的复合材料,提供双轴取向 (biaxialIy oriented)的纤维是合乎需要的。但是,在制造这种包含沿杆或梁的长度延伸的单向纤维的、结构性的杆或梁时, 在采用这种具有干燥纤维增强物外表面的、部分浸渍的预浸料坯的情况下,还存在技术问 题。该技术问题在于,没有用结构聚合物树脂浸渍的外部的单向干燥纤维容易在预浸料 坯的平面内发生横向扭曲。在这些预浸料坯组装在一起成为多层层叠件时,这使得单向 取向的纤维变为非线性的,从而造成在所得复合材料的平面中出现一定程度的纤维波纹 (waviness)、扭曲或弯曲。单向纤维的这种非线性会降低结构件(例如杆)的压缩强度。另外,在预浸料坯的真空固结期间,在将这些部分浸渍的预浸料坯在多层层叠件 中组装在一起以形成结构件时,预浸料坯的多层层叠件厚度会收缩,即本领域已知的“失样 (de-lofting)”的现象。由于纤维将容易在压缩负载作用下更早变形,所以该“失样”对单 向纤维造成一些面外波纹(out-of plane waviness),所述面外波纹降低了压缩机械性能。另外,在制造这种包含沿杆或梁的长度延伸的单向纤维的、结构性的杆或梁时,在 采用完全浸渍的预浸料坯时进一步存在技术问题。很容易形成层内空隙,这会明显降低结 构件的机械性能。JP-A-08/183U9公开了隔音阻尼材料,没有涉及纤维增强复合材料的结构性能。JP-A-2003/0(^990公开了包含浸渍有热塑性树脂和两种环氧树脂的碳纤维的预 浸料坯,从而提供了高的缠绕性能、粘着性和悬垂性(drape)。US-A-2007/179461公开了用于造口术(ostomy)或伤口护理器具的热熔融硅酮压 敏粘合剂。W0-A-2005-0755M公开了包含具有特定弛豫时间的聚烯烃树脂的纤维增强复合 材料。JP-A-2007/161797公开了一种预浸料坯的性能测试方法,其中预浸料坯的半硬化 状态是数字化控制的,与树脂种类或预浸料坯的结构无关。
技术实现思路
本专利技术至少部分是为了克服已知预浸料坯的这些技术问题,所述预浸料坯用于制 造杆或梁形式的细长结构件。因此,本专利技术提供了用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯,所述预浸料坯包括 由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层,其中至少所述树脂材料的表面在室温下具有粘 度(viscosity)和粘着性(tack),并且每个预浸料坯在室温下具有劲度,从而在两个预浸料坯用相邻的树脂材料表面在室温下设置成其垂直层叠件时,所述相邻的树脂材料表面不 粘合(unadhered)并且在它们之间形成连续空气通道(air path)。如下文中更详细解释的那样,树脂材料表面可显示出低粘着性,尤其在用于复合 材料领域的常见铺设温度下。这使得所述表面暂时处于并且保持在所需位置中,所述表面 朝向模具表面或朝向具有类似或相同性能的相邻树脂材料表面。这种低粘着性使得预浸料 坯可以按照要求重新定位(!^positioning)。因此,任意相邻树脂材料表面不粘合的程度, 应使得它们不会在其间形成强粘结或永久粘结;而由于低粘着性树脂材料的表面性能,所 述表面仍然可以暂时粘着在一起,但是不会永久粘附或难以分开。下文所公开的本专利技术的 一些实施方式参照粘着性测试表进行说明,该表提供了对于树脂材料表面所显示出的粘着 性程度(尤其是低粘着性程度)的量化。通过在相邻接触面之间形成只是低粘着性或微粘 着性的连接、而本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯,所述预浸料坯包括由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层,其中至少所述树脂材料的表面在室温下具有粘度和粘着性,并且每个预浸料坯在室温下具有劲度,从而当两个所述预浸料坯在室温下通过相邻树脂材料表面排列成其垂直层叠件时,所述相邻树脂材料表面不粘合并且在它们之间形成连续空气通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:尼古拉斯·邓肯·帕廷顿
申请(专利权)人:古瑞特英国有限公司
类型:发明
国别省市:GB

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