复合材料组件制造技术

本发明专利技术提供一种复合材料组件，包括：ａ）表面增强层，包括至少一层纤维层，具有大于５∶１的长度与宽度的长宽比；和ｂ）构造层，包括至少一种增强纤维和至少一种聚合物基体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合材料组件本专利技术涉及复合层压板，尤其是但并非仅涉及纤维增强的复合层压板。 固化复合层压板需要大量的表面处理以获得满意质量的着色表面光洁 度，主要原因在于此类纤维增强复合层压板常常具有粗糙或波形表面。表 面的不规则性通常与纤维增强材料的位置有关，并且常常形成以纤维增强 结构为特征的表面图案。此类不规则图案经常被称为纤维透印效应(print-through )。复合层压板中的纤维透印效应通常与包括碳纤维和玻璃纤维在内的大 量纤维类型存在冲突。对于重质粗糙的编织加强布，该问题显著恶化。另 外，另 一个对表面外观有影响的因素是在层压板表面上或接近层压板表面 的区域的层压板孔隙率。夹层式层压结构也可能显示透印效应，虽然对于 这些层压板透印效应为蜂窝状芯的透印效应。人们已经开始尝试克服纤维增强复合层压板的表面不规则性。 一个方 法是使用胶衣(gel coat)底漆层以提供适合着色的可接受表面光洁度，在该情 况下，将高固含量的胶衣施涂于模具内侧，在施涂所需层数的纤维增强树 脂材料之前使胶衣部分凝胶化。然后使该凝胶涂覆的复合材料预浸渍(预浸 件)组件完全固化。然而，为了有效降低纤维透印效应，可能需要至少0.3mm 胶衣的较厚涂层。该厚涂层在重量被严格限制的大型结构中可能是不合需 要的。另外，凝胶涂层具有如下缺点它们是包括树脂和固化剂组分的双 组分体系，它们的使用需要在施涂和部分固化胶衣以及最终固化预浸件敷 层(lay-up)之间有停留时间。此外，严重不规则的表面不能仅仅通过使用 胶衣来补救。另一个方法是使用表面涂饰膜(surface finishing film )。它们是承载于 非织造垫片载体或覆面毡(veil)上的热固性树脂膜，以便于处理该膜。该非 织造垫片载体通常重量为12-18gsm,并且包括树脂的全部膜的重量通常为 150-250gsm。大多数非织造垫片载体是由直径约为lOprn的服装级聚酯或 尼龙纤维制成。12gsm的覆面毡通常厚度为80~100pm。包含了这些纤维支 持物以后，由于这些纤维弥合了表面缺陷和提供了局部增强，改善了表面 光洁度和减少了透印效应。为了确保得到不含可见针孔(pinhole)缺陷的表面4光洁度，表面涂饰膜配制物通常基于粘度比用于层压板的基体树脂高的树 脂。这两种树脂体系之间的粘度差经常是两个或更多个因素。这有助于避 免固化期间表面膜的树脂体系渗回进入预浸件树脂体系的问题。使用表面 涂饰膜得到的表面仍然经常具有显著的表面粗糙度，这源于膜自身，以及 尤其是用于承载树脂的载体。虽然改善了未润饰表面，但是如果表面需要着色，这些膜处理的表面 可能仍然需要相当多的准备，尤其当针孔明显时。着色前所需的工作量取 决于使用所选表面涂饰膜得到的表面的质量。本专利技术设法提供一种具有优异的表面光洁度的纤维增强复合层压板， 因此在着色前需要较少表面处理。根据本专利技术的第一方面，提供一种复合材料组件，包括a)表面增强 层，其包括至少一个纤维层，所述单根纤维的长度比宽度的长宽比大于5:1; 和b)构造层，其包括至少一种增强纤维和至少一种聚合物基体。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于制造复合材料组件的成套材料， 所述成套材料包括a)用于提供表面增强层的第一材料，所述第一材料包括 至少一层纤维层，所述单根纤维具有大于5:1的长度比宽度的长宽比；和 b)用于提供构造层的第二材料，所述第二材料包括至少 一种增强纤维和至少 一种聚合物基体。本专利技术特别但并非仅涉及在制造模塑复合结构中的用途。本专利技术的复合材料组件与普通复合材料相比显示改善的表面光洁度。表面增强层中的纤维层可以仅是多层分离纤维层或板中的一层.表面增 强层的单根纤维的长度比宽度的长宽比优选大于50:1,更优选大于100: 1 以及理想地大于700: 1。表面增强层的单根纤维的宽度比厚度的宽高比优选为20:1至大于1:1 和甚至为1:1。在本专利技术的一种实施方案中，该宽度比厚度的宽高比介于20:1 到2:1，在另一种实施方案中，该宽高比介于15: 1到9: 1。在一种实施方案中，这些纤维可以由分割已有的纤维(segmenting existing fibre)制成，然后形成分割纤维的膜或覆面毡。与造纸类似，其一在本专利技术的上下文中，"分割"指的是将纤维沿其长度纵向切成若干分离 层或片。每纤维可以有5 ~ 15层。例如， 一根直径l(Him的纤维可以切成l(im厚的层，并且随后用来制造覆面毡。与当单独使用或者与作为复合材料组 合物件一部分的基体树脂层结合使用时，与同重量的传统覆面毡相比，这 生产了更致密的覆面毡结构(增加的纤维密度)。该更致密的覆面毡结构无论 在外观方面还是在平滑性方面都提供了改善的表面光洁度。当在表面增强层和构造层之间提供未浸渍、部分浸渍或完全浸渍的纤 维网时可以得到进一步的改善。在这些情况下，可以提供为着色准备好的 复合材料表面光洁度，而不需要涂覆胶衣。表面增强层的纤维可以是完全、部分、或者未用聚合物树脂例如热固 性基体树脂浸渍。可选择地和/或另外，可以以与纤维接触的隔离层的形式 提供树脂组合物，但不浸渍纤维。当树脂形成表面增强纤维覆面毡的一部 分时，优选树脂位于与模接触的表面。可选择地，覆面毡可以是干的。用于覆面毡的合适纤维包括聚酯、聚酰胺(例如尼龙(商品名))、芳族聚 酰胺、丙烯酸类和它们的任何组合。优选的覆面毡材料由聚酯和聚酰胺例 如尼龙(商品名)的交替层组成的具有堆积结构的双组分纤维制成。在覆面毡 的制造过程中，将聚酯和聚酰胺纤维分割以获得丝，理想地长度比宽度的长宽比介于800到2,000之间。优选在分割覆面毡中存在55% ~ 70%、理想 地大约65%的聚酯，和30%~40%、理想地35%的聚酰胺。优选覆面毡的 面重量为5 20gsm,更4尤选7 ~ 15 gsm。覆面毡优选显示5%-9%,优选5.4%~6.4%的空隙度(degree of openness )，这可以使用Optimas图像软件测定。单根覆面毡纤维优选宽度不超过20|im。优选的纤维宽度为5^im~ 20|im， 进一步优选7拜~ 17,。表面增强层的基体树脂优选热固性材料，更优选环氧树脂。合适的基 体体系使用产品例如购自Hexcel Composites, Duxford,英格兰(England)的 HexPly M 9.1至M 9.6，购自SP Systems,怀特岛，英格兰(Isle of Wight, England)的WE90和WE91，购自Advanced Composites Group， Heanor,英 格兰的LTM和MTM材料。构造层可以是多种形式。通常该层可以包含若干增强材料层，尽管对 于一些用途单层就足够了。纤维增强材料可以基于合成或天然纤维，例如玻璃纤维、碳纤维或芳 族聚酰胺(芳族聚酰胺)纤维，但本专利技术尤其适于玻璃纤维和碳纤维增强材6料。也可以考虑混合物或混合纤维体系。使用断裂(cracked)(即拉伸-断裂)或选择性不连续纤维可以有利于促进根据本专利技术的产品的铺叠(lay-up),以及改善其成型能力。在纤维增强材料内的纤维的表面质量通常为40 4000g/m、优选150-2500g/m2，特别优选300~ 1500g/m2。碳丝的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料组件，包括：　ａ）表面增强层，包括至少一层纤维层，单根纤维的长度比宽度的长宽比大于５∶１；和　ｂ）构造层，包括至少一种增强纤维和至少一种聚合物基体。

【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：阿明OE海德里奇，马克怀特，戴维蒂尔布鲁克，
申请(专利权)人：赫克塞尔合成有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]