用于自动铺放的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种片状复合材料，所述片状复合材料包含结构层和可固化热固性树脂，并且在其一个外表面上包含纤维增强背纸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自动铺放的复合材料
本专利技术涉及适于应用于自动铺带设备中的复合材料。
技术介绍
复合材料具有文件充分记载的优于传统构造材料的优点，尤其在于以极低的材料 密度提供极佳的机械性质。因此，此类材料的使用变得日益普遍，并且其应用领域从工业 和运动与休闲直至延伸到高性能航天部件。 此类复合材料包含结构元件，诸如浸渍有包含树脂诸如热固性或热塑性树脂的组 合物的纤维层。 包含浸渍有可固化热固性树脂的纤维布置物的预浸物现在被广泛用于制备此类 复合材料。这些使得可小心的控制纤维和树脂的量，并且在它们可以呈现的形状中提供柔 韧性。 典型地，可视需要将数个此类预浸物的层铺放（lay -up) ，并且典型地通过暴露 于升高的温度而使所得的层压物固化，以产生固化的复合层压物。 在历史上是由熟练操作员的手将此类预浸物或类似材料铺放。然而，现代铺放方 法包括自动铺放方法、诸如所谓的自动铺带设备（automatic tape lay-up apparatus)或 ATL的巨大贡献。 典型的ATL机器需要材料卷，所述材料卷装载到芯轴上，并且经由辊系统馈送到 ATL头。典型地，路线包括切割阶段和任选的加热阶段。切割阶段确保材料的尺寸刚好如 所需要，因为任何偏差都会导致不可接受的结局。在ATL头处，通常存在两种应用方法，即 ATL 套筒或ATL头的压紧辊。无论采用哪种方法，都要使材料与表面接触，并且向隔 离纸的最上面的背片上施加压力。最下面的粘性表面在压力下粘着，并且自动地移除背片。 在此过程期间，使材料在300mm的典型产品宽度上暴露于50与300N之间的极高张力。 为了使预浸物或类似材料通过自动化机器铺放，其需要根据准确规格来制备。为 方便起见，此类材料典型地提供在准备好将材料馈送到ATL设备的卷形物（roll)上。 由于复合材料通常是粘性的，所以复合材料必需具有可剥离的背片，以防止相邻 层粘附在卷形物上。此类背片典型地由纸制成。 背片还使得ATL设备可向复合材料施加力，以在铺放期间诱发粘附，其中设备头 不粘附到复合材料。 因此，背片典型地仅在ATL设备已经铺设复合材料之后被移除。 在此方法的改进中，可以通过形成ATL设备的一部分的刀片在复合材料中进行切 入。此类刀片非常精密，可切穿复合材料并且穿入背纸中一定的短距离（即零点几毫米）。 向背层中的部分切入优选地完全切割复合材料，同时维持连续背片，以沿胶带长度拾取张 力。操作员将旨在例如切割背层厚度的至多约10%。典型地，使用超声切割器或机械刀片 来切割材料。切割ATL胶带具有以下效果：可以引入形状和轮廓，从而给予ATL设备可以处 理的铺放设计范围以灵活性。 在典型的方法中，当穿过背片进行切入时，在压紧辊处向上提起ATL设备的套 筒，移动到适当位置，以确保切口一侧的部分复合材料不会被铺设，而是被带走，从而以废 弃物形式保持附着于其背片。 一旦铺设好含有切口的部分后，ATL提起压紧辊并同时降低套筒，以继续进行铺设 整个复合材料的正常操作。 然而，此类转移通常包括在复合材料上的张力尖峰（spike)。此类力在穿过背纸进 行切入期间也扩大。成问题的是，恰好在复合材料已被切割并且削弱时张力尖峰趋于累积， 例如在套筒与压紧辊对换时，从而会导致背层断裂。 复合物的切割导致在背片层中的部分切入，但有时这也可以是完全切入，由此背 层在胶带有卷曲趋势的边缘处被切割。部分切入具有向背片中引入弱点或应力集中的效 果。其结果是背片撕裂且破坏的趋势。背片的撕裂会阻止ATL系统连续馈送更多的ATL胶 带，其需要停止自动化过程，同时将破坏的材料移除。这会增加所述过程的成本并且降低其 效率。背层的破坏还会导致在一段长度的新胶带必须通过ATL机器以恢复进行连续馈送时 废弃物有所增加，另外在断裂之前沉积长度的胶带必须被移除和置换。 另外，背片的断裂可能会导致来自背片的污染碎片被引入到铺放中。 因此，可以解决此问题的任何方式都将是非常合乎需要的。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种片状复合材料,所述片状复合材料包含如随附权利要求中 任一项中定义的纤维增强的背层。 在第一方面，本专利技术涉及一种片状复合材料，所述片状复合材料包含结构层和可 固化热固性树脂，并且在其一个外表面上包含纤维增强的背纸。 已经发现，通过在背纸中包括纤维增强体，则爆破强度和撕裂抗性得到极大提高， 因此在铺设这种材料时，可提高效率、减少ATL过程的时间、废弃物和污染。 尽管此方法解决了一个显著问题，但已经发现向背纸中引入增强纤维会导致纤维 的图案转移到复合材料的树脂中。对于一些应用来说，这是不合要求的，需要的是无图案的 材料。 此外已经发现，此类图案转移可以通过在纤维增强背纸与复合材料的其余部分之 间引入第二背纸而显著减少或完全消除。第二背纸不含有纤维增强体，可保护复合材料的 其余部分免于纤维增强体按压到树脂中。 已经发现，如果第二背纸相对不可压缩，那么图案转移可以进一步减少或消除。举 例来说，可以使用高度研光的纸，诸如玻璃纸。另外，整个背层可以在组装期间和在施用到 复合材料之前经压缩，由此降低其在施用到复合材料后的可压缩性。 还已发现，对于一些应用来说，纤维图案向树脂表面中的转移可以给空气和挥发 物引入排放路径，这可以导致最终层压物的孔隙率有益地降低。因此，在本专利技术的替代性实 施方案中，背片层包含可压缩的第二背纸，诸如牛皮纸。可压缩的第二背纸可以围绕下层纤 维变形，由此使相邻树脂图案化。此外，下层纤维的可压缩性、编织图案和直径还可以经调 节以改变图案化排放路径的大小和数目。 然而，引入第二背纸还引入可能会带来其它问题如起皱和卷曲的风险。此类问题 由于相对膨胀而发生，尤其在储存期间和在变化的湿度环境中。两个层之间的相对膨胀可 能会导致纸的卷曲作用或起皱，这两种情况都是非常不合要求的。因此，优选的是可以包括 第三背纸以防止此类卷曲或起皱。第三背纸可以适宜地插入到背片内的任何位置，然而它 优选地夹在第二与第一背纸之间。 复合材料的结构层可以是能够浸渍有热固性树脂的任何固体材料。 结构层可以包括多孔金属片，诸如扩展箔，或它可以包括纤维的结构层。 适用作扩展箔的金属包括任何导电金属，诸如青铜、铝、铜、银、金、镍、锌和钨。铜 由于其极佳导电性而是优选的。结构纤维层中的任何纤维都可以是单向的、织物形式的、无 规的或多轴的。在一个优选实施方案中，纤维是单向的。在铺放之后，例如可通过布置使 邻近层中的纤维以显示邻近纤维层之间的角度的所谓的0/90布置而正交于彼此，其定向 典型地在复合材料如预浸物或半浸渍物的各处变化。在许多其它的布置之中，其它布置如 0/+45/ - 45/90当然也是可以的。 以上论述的第一、第二和第三纸片和增强纤维中的任一者可以按任何所需次序施 用。优选地，第二背纸与结构层相邻，增强纤维和/或第三背纸与第二背纸相邻，最终第一 背纸置于第三背纸或纤维增强体任何一个的最上面。 结构纤维可包含破裂的（即拉伸断裂的）选择性不连续或连续的纤维。 结构纤维可以由多种材料制成，诸如玻璃、碳、石墨、镀金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片状复合材料，所述片状复合材料包含结构层和可固化热固性树脂，并且在其一个外表面上包含纤维增强背纸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.08 GB 1204084.61. 一种片状复合材料，所述片状复合材料包含结构层和可固化热固性树脂，并且在其 一个外表面上包含纤维增强背纸。2. 根据权利要求1所述的片状复合材料，所述片状复合材料在所述纤维增强背纸与所 述复合材料的其余部分之间包含第二背纸。3. 根据权利要求2所述的片状复合材料，其中所述第二背纸的可压缩性小于 0? 001kg_1m_2。4. 根据以上权利要求中任一项所述的片状复合材料，其中所述结构层包含金属扩展 箔。5. 根据以上权利要求中任一项所述的片状复合材料，其中所述结构层包含纤维的结构 层。6. 根据权利要求5所述的片状复合材料，其中所述纤维是单向的。7. 根据权利要求5或权利要求6所述的片状复合材料，所述片状复合材料包含 30 - 70wt%的结构纤维。8. 根据以上权利要求中任一项所述的片状复合材料，其中背片中的纤维增强体是织造 的。9. 根据以上权利要求中任一项所述的片状复合材料，所述片状复合材料的厚度是 0. 5 - 5. 0mm，优选 0? 5 - 4. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·埃利斯，E·菲塞，
申请(专利权)人：赫克塞尔复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB