层合体的改进或与其相关的改进制造技术

本发明专利技术涉及非织造热塑性树脂与包括纤维增强材料和热固性树脂材料的可固化模塑材料的组合的用途，通过使所述热塑性树脂与所述可固化模塑材料在组装所述模塑材料过程中或之后接触。所述热塑性树脂的熔点低于所述热固性树脂材料的凝胶温度从而使由形成层合体结构的所述模塑材料制造的固化模塑材料的孔隙率减小且ILSS增加，与由形成层合体结构的其中不存在织物的模塑材料制造的固化模塑材料相比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括纤维和热固性树脂的纤维增强材料，特别涉及通过将包括增强纤维和可固化树脂的层堆叠以及然后使叠层内的树脂固化来制备的材料，以得到由固化的树脂包封的几个纤维增强层所构成的整体层状结构。这样的层状结构是牢固且轻质的且众所周知，可以用于工业应用例如汽车以及海上应用，并且也可用于风力涡轮机结构体例如涡轮叶片生产用的壳以及叶梁(spar)和叶梁的根端。它们也用于体育用品例如用于滑雪装置、冲浪板等。
技术介绍
采用的纤维材料可以是织造或非织造织物的丝束并且可以根据复合材料部件的最终用途和所需性质选择。本专利技术特别涉及下述系统，在该系统中，增强纤维由单向复丝丝束例如基本上平行的丝束组成，每个丝束包含大量各自基本上平行的单丝。可用的纤维材料的实例包括玻璃纤维，碳纤维和芳纶纤维。类似地，使用的热固性树脂可用取决于层合体的用途和所需的性质。适宜的热固性树脂的实例包括聚氨酯树脂和环氧树脂。本专利技术特别涉及采用热固性液体环氧树脂的系统。包含纤维材料和热固性树脂的混合物的模塑材料有时称为预浸料，并且可以通过用液体形式的树脂浸渍纤维材料来制备。一些热固性树脂在环境温度为液体，因此可以在环境温度进行浸渍。但是，通常优选的是加热树脂以降低其粘度，从而有助于浸渍。纤维材料的浸渍可以通过将树脂沉积到背衬层上实现，例如使背衬层穿过液体树脂浴，并借助于刮刀将树脂涂布到背衬层上。然后可以使运载树脂的背衬层的表面与纤维材料接触并将其压成纤维层，以实现用树脂浸渍纤维层。或者，可以使移动的树脂膜与移动的背衬层接触，然后在一对加热的轧辊中与纤维层接触。在很多应用中优选的是，在纤维层的每个面上使用两个树脂层以制成夹心结构，其中向该结构施加压力以使树脂流进纤维层从而完
全浸渍纤维层，形成传统预浸料，由此纤维层主要包含完全埋在树脂中的纤维，而纤维层中残余少量的空气。这些预浸料中的树脂含量为预浸料重量的25％至45％。在高度受力的部件中，由预浸料模塑材料形成的层合体的孔隙含量对于性能而言是重要的，因为每个孔隙是潜在的缺陷点，会降低机械性能。由于这个原因，预浸料的客户需要产生低的可重复的孔隙含量、但是同时又具有良好的操作性质的预浸料。在预浸料模塑材料的制造过程中以及在模具中将多个预浸料层铺叠成形成模塑材料的多层叠层的过程中可能会夹带空气。如上所述，在纤维增强材料的浸渍过程中，用液体树脂浸渍纤维材料可能会将一些空气引入到纤维层和树脂的预浸料组件中，除非该过程是非常小心地控制的。由于预浸料层的粘性表面，空气也容易夹带在其中。常规做法已经是在真空下(通常在真空袋或高压釜中)处理预浸料的铺层，以从层合体叠层中除去空气。通常，不可能从常规预浸料中完全除去夹带的层间空气和层内空气(单层预浸料内的空气)以及制造在层合体的长度和宽度上具有均一性质的层合体。一旦将预浸料铺叠以形成模塑材料并加工模塑材料由此热固性树脂开始固化，则在预浸料组件的制造过程中夹带的空气难以除去。这种空气在预浸料中的存在总是会导致在最终层合体中产生孔隙。因此重要的是，在浸渍过程中和过程之后且在树脂开始固化之前，使在树脂纤维组件内的气泡形成最少。用于风能和其它工业应用的预浸料通常不是在高压釜中固化。因此，最终固化的部件存在孔隙，会降低机械性能。此外，用于这些应用、特别是用于风能的预浸料往往是低成本预浸料。因此，具有较少添加材料或工艺步骤的预浸料有利于保持低成本。优选地，生产这样的预浸料不需要另外的设备。风力涡轮机叶片有待设计成越来越大的尺寸。这意味着需要具有改善的机械性能的复合材料。因此，由于不在高压釜中固化，需要具有适宜孔隙度和韧性的适用于风力涡轮机叶片的复合材料。改善预浸料排气的一种方法的实例是EP 1 595 689，其公开了一种预浸料组件，其包含粘附于预浸料外表面的轻质稀松织物。将稀松织物压印至预浸料，其程度使得小于稀松织物的线料圆周的一半由预浸料树脂涂布。该材料的缺点是，其不能充分减少固化的预浸料的孔隙度。PCT公开WO 00/27632涉及避免空气在模塑材料(预浸料)的层内或在邻近层之间夹带，特别是当重质玻璃纤维例如1200g/m2单向带用作纤维增强材料时。由WO 00/27632提供的技术方案是提供多层模塑材料，其可以是预浸料，包含与纤维层之上一个表面结合在一起的树脂材料层。根据一种实施方式，纤维层可部分由树脂层浸渍。该材料的缺点是其本身是不稳定的。如果在将该材料在模具中铺叠之前储存一段时间的话，液体树脂会迁移进纤维材料，由此会导致材料的空气移除性质下降，因为纤维材料的干燥区域由树脂填满饱和。而且，我们已经发现，对于大的层合体叠层(通常具有超过20个单独的预浸料铺层)，这样的材料在移除层间和层内空气方面效果较差，并且无法提供对韧性的客观改进。WO2013107829 A1公开了一种预浸料，其包含在预浸料表面上的多孔粉末涂层，从而引入排气路径。这样的方法需要另外的加工阶段和设备，增加了生产材料的成本。EP1317501 B1公开了通过添加可溶性热塑性元件来增韧的预浸料。这种材料的问题是，有多个预浸料层形成的层合体中存在高孔隙率。本专利技术的目的总地在于避免或至少减轻上述问题和/或提供改进。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了在所附权利要求任一项中限定的用途和层合体结构。本专利技术涉及模塑材料或结构，其可以模塑以制备具有减少数目的孔隙和改善的增韧性的层合体。在本专利技术的一方面，提供了模塑材料或结构，其包括纤维增强材料层、可固化液体树脂和粘附于模塑材料表面的热塑性纤维贴面层。稀松织物和类似的机织布通常用于改善预浸料的排气性。它们粘附于预浸料表面并引入沿稀松织物的纤维的排气通道。因此，具有线性排列纱线的织物是优选的，因为它们可提供从层合体中心到外边缘的较短的排空气路程。机织布也是优选的，因为机织布中的卷曲处提供用于改善排气的间隙。另外，传统上认为需要未浸渍的由在整个固化循环中保持为单独相的物质制成的稀松织物或机织布，由此排气路径保持通畅直至固化。我们已经出乎意料地发现，熔点低于热固性树脂的凝胶点的热塑性树脂
可以提供足够的排气性，以得到具有比现有模塑材料低的孔隙度的固化的层合体。此外，这样的热塑性树脂也可以在固化的层合体的韧性方面提供改进。热塑性树脂在室温(21℃)为固体。在优选的实施方式中，热塑性树脂的形式为贴面层或稀松织物。通常，无纺布缺少机织布的卷曲处，且一般来说无纺布包括无规或非线性排列的纤维。因此出乎意料的是，当这样的结构与预浸料组合时可得到具有比使用稀松织物或机织布时低的孔隙度的固化的层合体。热塑性树脂热塑性树脂可以包括苯氧基树脂。在优选的实施方式中，热塑性树脂包括纤维贴面层。贴面层可以包括非织造贴面层。优选地，热塑性贴面层的单位面积重量为3至25g/m2，优选17至24g/m2。热塑性贴面层可以包括苯氧基树脂或基于双酚-A的聚羟基醚树脂或平均分子量为25,000至40,000、优选为34,000至39,000的聚羟基醚树脂。贴面层可以包括熔点为120至140℃的树脂。在可替换的实施方式中，非织造层可以包括随机分布在预浸料表面上的分散纤维。优选地，这些是切成长度为X至X mm的短切纤维。在进一步的实施方式中，通过轻压力将贴面层粘附于纤维层，使得小于一半本文档来自技高网...

【技术保护点】
非织造热塑性树脂与包括纤维增强材料和热固性树脂材料的可固化模塑材料的组合的用途，通过使所述热塑性树脂与所述可固化模塑材料在组装所述模塑材料过程中或之后接触使由形成层合体结构的所述模塑材料制造的固化模塑材料的孔隙率减小且层间剪切强度(ILSS)和/或断裂韧性(G1c)增加，与由形成层合体结构的其中不存在织物的模塑材料制造的固化模塑材料相比，其中所述热塑性树脂的熔点低于所述热固性树脂材料的凝胶温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.24 GB 1323007.31.非织造热塑性树脂与包括纤维增强材料和热固性树脂材料的可固化模塑材料的组合的用途，通过使所述热塑性树脂与所述可固化模塑材料在组装所述模塑材料过程中或之后接触使由形成层合体结构的所述模塑材料制造的固化模塑材料的孔隙率减小且层间剪切强度(ILSS)和/或断裂韧性(G1c)增加，与由形成层合体结构的其中不存在织物的模塑材料制造的固化模塑材料相比，其中所述热塑性树脂的熔点低于所述热固性树脂材料的凝胶温度。2.权利要求1的用途，其中在组装之后，使所述热塑性树脂与所述模塑材料接触。3.权利要求1或2的用途，其中所述热塑性树脂存在于所述纤维增强材料的丝束之间间隙中。4.前述权利要求任一项的用途，其中所述热塑性树脂包括热塑性贴面层。5.权利要求4的用途，其中所述热塑性贴面层包括分散的短切纤维。6.权利要求4或5的用途，其中所述热塑性贴面层的单位面积重量为3至25g/m2，优选为17至24g/m2。7.前述权利要求任一项的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯托勒，M·罗得斯，M·怀特，
申请(专利权)人：赫克塞尔合成有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB