在复合材料夹层中的结构化热塑性材料制造技术

一个或多个结构化热塑性聚合物层(14，16，24)，例如热塑性聚合物纤维的轻质毡布(14，16，24)，位于包含纤维层和热固性树脂(12，22)的层合体的夹层区中。热塑性毡布(14，16，24)在夹层区中用作热塑性增韧粒子的替代物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含纤维和热固性树脂的预浸溃体，将所述预浸溃体堆叠以形成层合体并随后固化，以形成复合材料。更具体地，本专利技术涉及在层合体夹层中使用热塑性毡布 (veil)或其它轻质结构化热塑性材料材料。
技术介绍
与传统构造材料相比，复合材料具有充分记录的优点，特别是以非常低的材料密度提供优异的机械性质。结果，这种材料的使用变得日益广泛，它们的应用领域从〃工业 和〃体育和休闲〃至高性能航空航天组件。包含浸溃有树脂如环氧树脂的纤维层的预浸溃体在这种复合材料的制造中广泛使用。通常，将这种预浸溃体的一些层片按需要铺叠，并通常通过暴露于升高的温度来固化所得层合体，以生产固化的复合层合体。然而，尽管这种固化材料具有一些明显益处，但是很久之前就发现，它们可具有差的耐冲击性并易于离层。当使用环氧树脂系统(其已知倾向于产生具有低韧性的固化体系)时，这种情况尤其严重。改善这种布置的韧性的广泛使用的方法是使具有多个预浸溃体纤维层的层合体夹有树脂层。通常，这种树脂夹层也包含分布的热塑性增韧剂粒子。这种布置已经证实提高层合体韧性而对层合体的其它方面没有有害影响。具有用热塑性粒子增韧的夹层的层合体通常在热压罐条件下固化，其中一般需要高温和更重要的高 压，以提供满足结构应用所需要的特别严格的机械规格的固化层合体。热压罐固化的广泛使用的替代方案是所谓的真空袋或热压罐外固化。它在固化期间使用真空和依赖于压在层合体上的大气压力。尽管比热压罐固化经济得多，但是在热压罐外固化中可施用的最大压力是大气压力。用热塑性粒子增韧的具有夹层的层合体通常在热压罐外没有被固化，因为在大气压力或低于大气压力的固化倾向于产生对于许多结构应用(包括航空航天结构应用)而言具有不可接受的机械性质的固化层合体。因此，希望发展预浸溃体，其可用于生产可在热压罐内部或外部固化的层合体，以提供足够坚韧以适于结构应用(包括航空航天结构应用)的复合材料部件。
技术实现思路
根据本专利技术，提供未固化的层合体，其中组合未固化的热固性树脂和多个纤维层， 使得纤维层被位于相邻纤维层之间的夹层区分隔。作为本专利技术的特征，一个或多个结构化热塑性聚合物层如热塑性纤维的毡布或其它相似的开放式结构片材位于一个或多个夹层区中。结构化热塑性聚合物层为O. 5 - 50微米厚并且每单位面积重量为1-20克/平方米。在夹层区中使用一个或多个结构化热塑性聚合物层不仅增韧固化的层合体，而且与常规地使用热塑性粒子作为夹层增韧剂相比，提供一些优点。例如，已经发现，使用一个或多个结构化热塑性聚合物层作为夹层增韧剂使得可选择在相对低的压力固化层合体，而不像颗粒夹层增韧剂那样降低韧性。另外，两个不同结构化热塑性聚合物的层可位于单一夹层区中，以提供不同热塑性聚合物的结构化取向，这对于无规取向的不相似粒子的混合物而言是不可能的。而且，在夹层区中使用结构化热塑性聚合物消除与颗粒增韧剂相关的问题，所述颗粒增韧剂的一些粒子在固化期间可迁移至位于夹层区内部和外部的位置，在这些位置它们的效力可降低。本专利技术涵盖用于制造未固化层合体的预浸溃体，在所述未固化层合体中一个或多个结构化热塑性材料层位于层合体夹层区中。这种预浸溃体包括纤维层夹心并保持在结构化热塑性材料层之间的预浸溃体，和一个或多个结构化热塑性聚合物层位于纤维层的一个侧面上的预浸溃体。本专利技术涵盖制造预浸溃体的方法和使用预浸溃体制造层合体的方法。另外，本专利技术还涵盖由预浸溃体和层合体制造固化部件的方法，以及最终固化部件。·在一个方面，本专利技术涉及包含纤维结构层和开放式结构片材的预浸溃体，所述预浸溃体浸有包含热固性树脂的可固化树脂。这种预浸溃体在单独使用或与多个相似预浸溃体铺叠在一起并固化后形成具有优异韧性的复合层合体，甚至当使用常规热压罐外固化循环时，以及也可实现在结构应用中需要的高纤维体积。本专利技术的改进的预浸溃体可在很多种应用中使用，其中需要轻质但是结构坚韧的层合体。然而，它们在技术要求特别严格的航空航天应用中特别有用。通过参考以下具体描述并参照附图，本专利技术的上述和许多其它特征和随附优点将变得更容易理解。附图说明图1为根据本专利技术的两种示例性类型的预浸溃体的简化的横截面图。图2为由图1中所示的示例性预浸溃体中的一种制造的示例性层合体的简化的横截面图。图3为由图1中所示的示例性预浸溃体中的一种制造的示例性层合体的简化的横截面图。图4为根据本专利技术用于层合体夹层中的优选示例性热塑性毡布的顶视图(标度 =cm) ο图5为图4中所示的优选示例性热塑性毡布的放大的(80X)顶视图。具体实施方式可使用本专利技术的预浸溃体和层合体代替现有预浸溃体和层合体，在现有预浸溃体和层合体中热塑性粒子(其在树脂基质中不可溶)位于纤维层片之间的夹层中以提高固化复合材料部件的损害耐受性。使用这种预浸溃体和层合体形成夹层增韧的复合材料部件， 用于在航空航天工业中和在需要高结构强度和损害耐受性的任何其它应用中的结构应用。 本专利技术涉及将一个或多个结构化热塑性聚合物层或开放式结构片材置于层合体夹层区中代替热塑性粒子，以提供使用热塑性粒子得不到的一些优点。相应地，本专利技术可应用于任何已知的制造和固化方法，其中热塑性粒子位于层合体夹层中作为增韧剂。优选使用结构化热塑性聚合物层替代大体上全部(95重量％或更多)原本置于层合体夹层区中的热塑性粒子。然而，混合系统也是可行的，其中热塑性粒子和结构化热塑性材料层组合在夹层区中。优选地，夹层区中的大部分(50重量％或更多)不溶性热塑性材料将为一个或多个结构化热塑性聚合物层的形式。优选的示例性预浸溃体的简化的横截面图以图1中的10示出。预浸溃体10包含单向纤维12的单层，其夹在两个结构化热塑性聚合物层如聚酰胺毡布14和16之间。预浸溃体10包含热固性树脂，其可作为一个或多个层(未示出)包含在预浸溃体10中或者它可灌注或浸溃至全部或部分的预浸溃体10中。第二优选的示例性预浸溃体的简化的横截面图以图1中的20示出。预浸溃体20 包含单向纤维22的单层和结构化热塑性聚合物的单层，例如聚酰胺毡布24。预浸溃体20 包含热固性树脂，其可作为一个或多个层(未示出)包含在预浸溃体20中或者它可灌注或浸溃至全部或部分的预浸溃体20中。示例性层合体以图2中的30示出，其中已经堆叠预浸溃体10的三个层以形成3 层层合体，其中在每个纤维层12之间的夹层区32中具有两个结构化热塑性聚合物层14和 16。另一种示例性层合体以图2中的40示出，其中已经堆叠预浸溃体20的三个层以形成 3层层合体，其中在每个纤维层22之间的夹层区42中具有一个结构化热塑性聚合物层24。 出于说明的目的，在图中仅示出三个层。取决于制造的具体复合材料部件的设计参数，层合体可包含更多的层。另外，可使用两个或更多个结构化热塑性聚合物层代替以14、16和24 示出的单一结构化层。典型层合体包含4 - 200个结构纤维层，多数或全部的层被可固化热固性树脂夹层分隔。适合的夹层布置在EP0274899中披露。用于形成结构化热塑性聚合物层14、16和24的材料必须符合一些标准，以使这些层适当地用作先前在夹层区中使用的不溶性热塑性粒子的代替物。结构化聚合物层可由与用于制造热塑性增韧粒子的热塑性聚合物相同的热塑性聚合物制造。一般而言，热塑性材料必须在基质树脂(典本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.27 GB 1008884.71.用于制造未固化层合体的预浸溃体，所述未固化层合体包含多个纤维层和未固化的热固性树脂，其中所述纤维层被位于相邻纤维层之间的夹层区分隔，所述预浸溃体包含纤维层；至少一个结构化热塑性聚合物层，所述结构化热塑性聚合物在所述热固性树脂中不溶，以及厚度为O. 5-50微米，每单位面积重量为1-20克/平方米；和未固化热固性树脂。2.权利要求1的预浸溃体，其中所述结构化热塑性聚合物层位于所述纤维层的每一面上。3.权利要求1的预浸溃体，其中所述结构化热塑性聚合物为热塑性聚合物纤维的非织造租布的形式。4.权利要求1的预浸溃体，其中所述未固化热固性树脂包含至少一种环氧树脂和热塑性增韧剂。5.权利要求4的预浸溃体，其中所述热塑性增韧剂选自聚醚砜和聚醚酰亚胺。6.权利要求5的预浸溃体，其中所述结构化热塑性聚合物包含聚酰胺。7.未固化层合体，其包含多个纤维层，其中所述纤维层被位于相邻纤维层之间的夹层区分隔；至少一个位于所述夹层区中的结构化热塑性聚合物层，所述结构化热塑性聚合物在所述热固性树脂中不溶，以及厚度为O. 5-50微米，每单位面积重量为1-20克/平方米；和未固化热固性树脂。8.权利要求7的未固化层合体，其中两个结构化热塑性聚合物层位于单一夹层区中。9.复合材料部件，其已经通过固化权利要求7的未固化层合体形成。10.航空航天飞行器，其包含权利要求9的复合材料部件。11.制造层合体的方法，所述层合体包含多个纤维层和未固化热固性树脂，其中所述纤维层被位于相邻纤维层之间的夹层区分隔，所述方法包括以下步骤将至少一个结构化热塑性聚合物层置于所述夹层区中的至少一个中，所述结构化热塑性聚合物在所述热固性树脂中不溶，以及厚度为O. 5-50微米，每单位面积重量为1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：S莫蒂默，
申请(专利权)人：赫克塞尔合成有限公司，
类型：
国别省市：