[發明專利]縫合單向或多軸向增強材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201380038708.X
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN104487234B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: R.伯格斯特雷姆
• 申請（專利權）人: 阿斯特羅姆公司
• 主分類號: B29C70/54
• 分類號: B29C70/54;B29C70/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 馬蔚鈞,楊思捷

技術領域

本發明涉及縫合單向或多軸向增強材料以及制備縫合單向或多軸向增強材料的方法。本發明的縫合單向或多軸向增強材料可用于通常需要增強材料的所有此類應用，尤其是使用真空灌注技術或樹脂傳遞模塑(RTM)技術以將樹脂分布在模具中的此類應用。本發明的縫合單向或多軸向增強材料尤其適用于制造風力機葉片、輪船以及通常需要縱向形式的所有此類結構。

背景技術

當使用各種纖維例如玻璃、碳和芳綸纖維以及亞麻、大麻、黃麻、洋麻、玄武巖和其他天然纖維等制造復合材料產品和層合產品，以用于制造例如輪船、汽車和風力機部件時，例如，該制造過程從制備合適的纖維增強材料如織造結構或針織結構開始，這些纖維增強材料可具有單向或多軸向取向。然后，將所述結構放置在用于制造中間產品或最終產品的模具中。模具自然地具有最終產品的形狀，這意味著形狀有時可能非常復雜，并且當將增強材料放入模具中時需要對增強材料進行大量適形調整。通常，將若干層(最多至數十層)增強材料彼此層疊地置于模具中，并且將與硬化劑或不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯混合的熱固性樹脂(如環氧樹脂)引入模具中以形成纖維增強復合材料制品。樹脂也可以是熱塑性的，如PA(聚酰胺)或CBT(環聚對苯二甲酸丁二醇酯)等。實踐表明，當最終產品必須抵抗高機械負載時，可以通過縫合保持在一起的單向增強材料是其制造中優先選擇。此類單向增強材料由通常稱為增強纖維的粗紗或絲束制成。

單向增強材料通常由一層或多層增強粗紗形成。多軸向增強材料由兩層或更多層增強粗紗形成，其中一個層中的粗紗為單向的，而相鄰層的粗紗成一定角度，通常為45、60或90度。增強材料的構造取決于目標面積重量和粗紗的特克斯數量。例如，如果需要高單位面積重量，則在其制造 中使用厚粗紗(例如，具有無堿玻璃2400特克斯)，而如果需要具有低單位面積重量的增強材料，則使用薄粗紗(例如，采用無堿玻璃纖維，600特克斯)。

最終產品，即固化的層合結構可由多個此類單向或多軸向增強材料制成，制造方法為根據層合構造承受的負載將各增強材料層布置為使得在最終產品中每個層的粗紗是平行的或一些層以其他方向取向，或者首先制造若干層單向增強材料的織物，使得相鄰層的粗紗形成一定角度，然后將如此形成的織物用于最終產品的制備。根據其中不同纖維取向的數量，此類織物被稱為雙軸向、三軸向、四軸向等的織物。

因為紗只沿一個方向延伸，所以單向增強材料在性質上固有地不穩定。為了能夠處理單向增強材料，必須用合適的方式將其粗紗彼此錨定或結合。原則上，現有技術已知兩種用于此目的的不同機械方法。

一種方法是通過縫合(例如經編)固定粗紗。縫合紗形成針織圈，即線跡，其將實際的增強粗紗保持在增強材料中的適當位置。根據已知的經編技術，線跡由刺穿一層或多層增強纖維的各種針織元件(例如針)形成。線跡可形成若干熟知的圖案，例如鏈或經向斜紋等。縫合紗通常為但不一定為厚度為約34分特至約167分特并包含幾十條長絲(通常例如24或48條長絲)的卷曲變形的或未卷曲變形的聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯)長絲紗。

另一種機械方法是使用編織技術以將縱向經紗和輕質緯紗錨定在其相應的位置中。就緯紗而言，已使用無涂層的紗和帶熱熔涂層的紗兩者。加熱和冷卻之后，熱熔粘合劑已賦予增強材料相當大的穩定性。然而，編織替代形式不再被視為是有利的，因為增強紗在與緯紗交叉時形成扭結，從而導致應力集中以及比針織形式更低的機械性能。已發現，熱熔粘合劑紗會在基體固化中產生局部干擾，從而在業界不再受青睞。通常，緯紗為復絲紗，無論它們是不是熱熔紗，在受壓時都會變平。

通過各種熱塑性粘合劑將單向粗紗粘合在一起的化學方法也已經被推向市場。然而，主要由于樹脂滲透性、處理剛度和潤濕距離方面的問題，沒有在更大的范圍考慮使用這些增強材料和方法。

縫合增強材料是熟知的，并且它們具有一些良好的特性。首先，它們的橫向穩定性好，因為盡管縫合紗主要縱向延伸，但其形成為單向粗紗賦予增強材料所需的完整性的此類圖案(例如經向斜紋)。其次，所述增強材料 易于定位在模具中(即，使增強材料沿循模具的輪廓)，因為如果適當選擇縫合參數，如線跡長度、針間距和紗張力(僅舉幾個為例)，則縫合增強材料通常非常柔軟。