混合增强织物制造技术

一种混合增强织物包含玻璃纤维和碳纤维。可以以可接受的灌注速度容易地灌注所述混合增强织物，而不要求用来形成所述混合增强织物的碳纤维束被散布或预浸渍以树脂。因此。所述混合增强织物在复合部件成形期间提供有效的一步式(亦即，在模具中)灌注工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合增强织物相关申请的交叉引用本申请要求于2018年8月21日提交的美国临时专利申请第62/720,398号的优先权和任何利益，所述美国临时专利申请的全部内容被通过引用并入本文中。
本专利技术构思总体上涉及纤维增强材料，并且更特别地涉及包含玻璃纤维和碳纤维的混合织物。
技术介绍
已知的是，使用玻璃纤维来增强结构构件，比如风力涡轮机叶片。同样已知的是，使用碳纤维来增强结构构件，比如风力涡轮机叶片。这些结构构件通常通过以下方式形成：将一组纤维(例如，呈织物的形式)手工铺放至模具中，用树脂填充所述模具以及使所述树脂固化以形成所述部件。玻璃纤维增强材料表现出良好的机械性能，包含强度、应变以及压缩；相对便宜；并且容易被灌注以树脂。然而，玻璃纤维增强材料的弹性模量较低，这可能带来设计缺陷。碳纤维增强材料在低密度下表现出良好的机械性能，包含刚度和拉伸强度。然而，碳纤维增强材料的应变低，抗压强度低并且相对昂贵。此外，碳纤维增强材料可能难以灌注以树脂。期望将玻璃纤维和碳纤维组合至用于在增强结构构件中使用的混合增强材料中，以便在补偿每种纤维的各自的弱点的同时利用每种纤维的各自的强度。然而，当仅仅用碳纤维束制造织物时，捆扎在一起的非常细的碳纤维导致灌注速度较差。常规的包含碳的增强织物试图通过预浸渍用来形成织物的碳纤维束来解决该问题。换句话说，在将织物放置于模具中以形成复合结构之前将树脂施加至碳纤维。在某些情况下，碳纤维束也被散布(亦即，各个碳纤维分离)以使碳纤维束的灌注速度加速。这样的“预浸渍”织物可能带来加工、存储以及处理方面的困难。鉴于上述情况，存在对包含玻璃纤维和碳纤维的混合增强织物的未满足的需求，可以以可接受的灌注速度容易地将所述混合增强织物灌注以树脂。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及一种包含玻璃纤维和碳纤维的混合增强织物，一种生产所述混合增强织物的方法以及一种由所述混合增强织物所形成的复合部件。在一个示例性实施例中，提供一种混合增强织物。所述混合增强织物包括沿第一方向定向的多个第一纤维；沿所述第一方向定向的多个第二纤维；沿第二方向定向的多个第三纤维；以及将所述第一纤维、所述第二纤维以及所述第三纤维维持于它们各自的取向中的缝合纱。所述第一纤维为玻璃纤维和碳纤维。所述第二纤维为碳纤维。所述第三纤维为玻璃纤维、碳纤维或者玻璃纤维和碳纤维两者。所述第一方向为0度。所述第二方向不同于所述第一方向，其中所述第二方向在0度至90度的范围内。所述第一纤维和所述第二纤维构成所述织物的91％至99.5％(重量比)。所述第三纤维构成所述织物的0.5％至9％(重量比)。在所述织物中，所述玻璃纤维构成所述织物的3％至95％(重量比)，以及所述碳纤维构成所述织物的5％至97％(重量比)。在一个示例性实施例中，所述缝合纱构成所述织物的不到3％(重量比)。在一个示例性实施例中，所述缝合纱为聚酯纱。在一个示例性实施例中，所述缝合纱具有在60dTex至250dTex的范围内的线质量密度。在一个示例性实施例中，所述缝合纱具有大于85dTex的线质量密度。在一个示例性实施例中，所述缝合纱具有大于200dTex的线质量密度。在一个示例性实施例中，所述缝合纱具有大于225dTex的线质量密度。在一个示例性实施例中，所述缝合纱形成穿过所述织物的缝合图案，所述缝合图案为经编针织物缝合图案。在一个示例性实施例中，所述缝合纱形成穿过所述织物的缝合图案，所述缝合图案为对称的双经编针织物缝合图案。在一个示例性实施例中，所述缝合纱形成穿过所述织物的缝合图案，所述缝合图案为不对称的双经编针织物缝合图案。在一个示例性实施例中，所述缝合纱形成穿过所述织物的缝合图案，所述缝合图案为对称的菱形(diamant)缝合图案。在一个示例性实施例中，所述缝合纱形成穿过所述织物的缝合图案，所述缝合图案为不对称的菱形缝合图案。在一个示例性实施例中，所述缝合纱限定在3mm至6mm之间的缝合长度。在一个示例性实施例中，所述缝合纱限定5mm的缝合长度。在一个示例性实施例中，所述缝合纱限定4mm的缝合长度。在一个示例性实施例中，所述第一纤维为玻璃纤维并且所述第三纤维为玻璃纤维，其中所述第一纤维的玻璃成分不同于所述第三纤维的玻璃成分。在一个示例性实施例中，所述混合增强织物进一步包括沿第三方向定向的多个第四纤维，其中所述第三纤维为玻璃纤维并且所述第四纤维为玻璃纤维，以及其中所述第三纤维的玻璃成分与所述第四纤维的玻璃成分相同。在一个示例性实施例中，所述第二方向的绝对值等于所述第三方向的绝对值。在一个示例性实施例中，所述第一方向与所述第二方向之间的差大于或等于45度。在一个示例性实施例中，所述第一方向与所述第二方向之间的差大于或等于80度。在一个示例性实施例中，所述第一纤维的线质量密度在600Tex与4800Tex之间。在一个示例性实施例中，所述第三纤维为玻璃纤维，其中所述第三纤维的线质量密度介于68Tex与300Tex之间。在一个示例性实施例中，从具有在6K至50K范围内的尺寸的一个或多个碳纤维束进给所述第二纤维。在一个示例性实施例中，所述第二纤维的单位面积重量在80g/m2与500g/m2之间。在一个示例性实施例中，所述第二纤维构成所述织物的7％(重量比)，其中所述织物的单位面积重量为2500g/m2。在一个示例性实施例中，所述第二纤维构成所述织物的15％(重量比)，其中所述织物的单位面积重量为1300g/m2。在一个示例性实施例中，所述第二纤维构成所述织物的15％(重量比)，其中所述织物的单位面积重量为1400g/m2。在一个示例性实施例中，所述第二纤维构成所述织物的25％(重量比)，其中所述织物的单位面积重量为1300g/m2。通常，所述混合增强织物不包含树脂，亦即，形成所述织物的纤维均未被预浸渍以树脂。在一个示例性实施例中，聚酯树脂穿过所述混合增强织物的厚度(大约30mm)具有为9分钟的灌注速率。在一种情况下，其中所述织物具有为15％的碳含量，所述灌注速率为每分钟0.41cm。在一个示例性实施例中，环氧树脂穿过所述混合增强织物的厚度(大约30mm)具有为16分钟的灌注速率。在一种情况下，其中所述织物具有为15％的碳含量，所述灌注速率为每分钟0.23cm。在一个示例性实施例中，环氧树脂穿过所述混合增强织物的厚度(大约30mm)具有为8分钟的灌注速率。在一种情况下，其中所述织物具有为7％的碳含量，所述灌注速率为每分钟0.419cm。在一个示例性实施例中，环氧树脂沿第一方向穿过所述混合增强织物具有为每分钟0.238cm至每分钟0.5cm的灌注速率。在一个示例性实施例中，聚酯树脂沿第一方向穿过所述混合增强织物具有为每分钟0.73cm的灌注速率。在一个示例性实施例中，所述织物沿垂直于所述第一方向的方向穿过所述织物具有为每分钟0.3cm的灌注速率。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合增强织物，包括：/n沿第一方向定向的多个第一纤维；/n沿所述第一方向定向的多个第二纤维；/n沿第二方向定向的多个第三纤维；以及/n将所述第一纤维、所述第二纤维以及所述第三纤维维持于它们各自的取向中的缝合纱，/n其中所述第一纤维为玻璃纤维和碳纤维中的一种，/n其中所述第二纤维为碳纤维，/n其中所述第三纤维为玻璃纤维和碳纤维中的至少一种，/n其中所述第一方向为0度，/n其中所述第二方向不同于所述第一方向，/n其中所述第二方向在0度至90度的范围内，/n其中，按重量比计，所述第一纤维和所述第二纤维构成所述混合增强织物的91％至99.5％，/n其中，按重量比计，所述第三纤维构成所述混合增强织物的0.5％至9％，/n其中，按重量比计，所述玻璃纤维构成所述混合增强织物的3％至95％，以及/n其中，按重量比计，所述碳纤维构成所述混合增强织物的5％至97％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180821 US 62/720,3981.一种混合增强织物，包括：
沿第一方向定向的多个第一纤维；
沿所述第一方向定向的多个第二纤维；
沿第二方向定向的多个第三纤维；以及
将所述第一纤维、所述第二纤维以及所述第三纤维维持于它们各自的取向中的缝合纱，
其中所述第一纤维为玻璃纤维和碳纤维中的一种，
其中所述第二纤维为碳纤维，
其中所述第三纤维为玻璃纤维和碳纤维中的至少一种，
其中所述第一方向为0度，
其中所述第二方向不同于所述第一方向，
其中所述第二方向在0度至90度的范围内，
其中，按重量比计，所述第一纤维和所述第二纤维构成所述混合增强织物的91％至99.5％，
其中，按重量比计，所述第三纤维构成所述混合增强织物的0.5％至9％，
其中，按重量比计，所述玻璃纤维构成所述混合增强织物的3％至95％，以及
其中，按重量比计，所述碳纤维构成所述混合增强织物的5％至97％。


2.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，按重量比计，所述缝合纱构成所述混合增强织物的不到3％。


3.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱为聚酯纱。


4.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱具有在60dTex与250dTex之间的线质量密度。


5.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱形成穿过所述混合增强织物的缝合图案，所述缝合图案为经编针织物缝合图案。


6.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱形成穿过所述混合增强织物的缝合图案，所述缝合图案为对称的双经编针织物缝合图案。


7.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱形成穿过所述混合增强织物的缝合图案，所述缝合图案为不对称的双经编针织物缝合图案。


8.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱形成穿过所述混合增强织物的缝合图案，所述缝合图案为对称的菱形缝合图案。


9.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱形成穿过所述混合增强织物的缝合图案，所述缝合图案为不对称的菱形缝合图案。


10.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱限定在3mm至6mm之间的缝合长度。


11.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱限定5mm的缝合长度。


12.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述缝合纱限定4mm的缝合长度。


13.根据权利要求1所述的混合增强织物，其特征在于，所述第三纤维为玻璃纤维，以及
其中所述第一纤维的玻璃成分不同于所述第三纤维的玻璃成分。


14.根据权利要求1所述的混合增强织物，进一步包括沿第三方向定向的多个第四纤维，
其中所述第三纤维为玻璃纤维并且所述第四纤维为玻璃纤维，以及
其中所述第三纤维的玻璃成分与所述第四纤维的玻璃成分相同。


15.根据权利要求14所述的混合增强织物，其特征在于，所述第二方向的绝对值等于所述第三方向的绝对值...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·伯特兰德，R·维特，S·索拉斯基，
申请(专利权)人：欧文斯科宁知识产权资产有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US