单向区域。在每个子区域内计算纤维面积比。在已分析典型横截面图 像的所有子区域之后，可计算总平均纤维面积比。均匀分布定义为其中至少85%的子区域 所具有的纤维面积比值落入总平均纤维面积比±15%所定义的范围内。更优选地，所述分 布的特征在于至少95%的子区域所具有的纤维面积比值在总平均纤维面积比±15%所定 义的范围内。最优选地，所述分布的特征在于至少98%的子区域所具有的纤维面积比值在 总平均纤维面积比±15%所定义的范围内。
[0053] 如果织物内单向纱线或粗纱或纤维束之间产生的缝隙或者织物层之间产生的缝 隙大到足以禁止满足以下标准：该标准要求至少85%的子区域所具有的纤维面积比值落 入总平均纤维面积比± 15%所定义的范围内，则包含多层常规单向织物的复合材料不能被 认为具有均匀纤维分布。
[0054] 在该定义中，具有在垂直于单向纤维的方向上编织到该单向纤维中的纱线或线的 织物将被归入均匀间隔开的定义，这是因为通常粗纱或线束之间的缝隙为纤维直径的约4 倍。如果使用典型的粗纱束，则单向纤维集合成线束，其中那些线束中的纤维被紧密地保持 在一起，并且在线束之间存在残留很少或不残留纤维的空间。优选地，没有额外的纤维或纱 线将单向纤维保持在一起。
[0055] 单向纤维桥接网络100的强度和自立（free-standing)特性可主要归因于桥200。 优选地，桥接纤维（除桥外不含额外的增强）具有足够的抗拉强度以便在生产过程中进行 处理而不需额外的增强纤维或层。在另一实施方式中，桥接纤维在垂直于单向纤维长度方 向的方向中具有至少200Pa的抗拉强度（tensile strength)。在另一实施方式中，桥接纤 维在垂直于单向纤维长度方向的方向中具有至少700Pa、更优选高于IOkPa的抗拉强度。织 物的抗拉强度通过以下方式测量：将矩形块织物的两端在抗拉强度测试机（例如Instron) 中夹紧，同时使抗拉试验方向垂直于单向纤维方向。然后将织物在恒定速度（通常约1~ IOcm/分钟）下拉伸。通过如下方式计算抗拉强度：测量织物断裂前的最大张力，除以织物 的横截面面积。在另一实施方式中，在织物与胶带的剥离强度测试中，织物在〇.251bf/英 寸（0.44N/cm)的剥离强度下不会遭受显著的结构损坏。在该测试中，将一片约6~10英 寸长的胶带于室温在纤维方向上粘贴到织物表面，并测试胶带与织物之间的剥离强度。剥 离强度测试细节可见于ASTM D5170。在本发明中，"不会遭受显著的结构损坏"是指在剥离 强度测试中大部分纤维仍保持其在织物中的相对位置，并且在剥离强度测试之后，少于20 个纤维、优选少于10个纤维、更优选少于0个纤维粘在胶带上。粘在胶带上的纤维（如果 存在任何的话）最初位于织物表面上。这意味着胶带与织物之间的界面在织物粘合失效之 前崩溃。在一个实施方式中，织物不含额外的缝合纤维、增强层或增强织物（诸如缝合纱线 或稀松布）。因此，可浸渍单向织物具有足够的强度被用作独立（stand-alone)的织物，例 如允许织物在用树脂灌注之前即被置于模型中。由于额外的缝合纤维、增强纱线或增强织 物通常会产生具有非常少量纤维的缝隙或空间，因此纤维可能没有被均匀间隔开。
[0056] 纤维110可以是任何适合用于最终用途的任何纤维。本文所用的"纤维"被定义 为细长体（elongated body)，并且包括纱线、带状元件等。纤维可具有任何合适的横截面， 诸如圆形、多叶（multi-lobal)、正方形或矩形（带）以及椭圆形。纤维可以是单丝或复 丝、短或连续的或者其混合物。优选地，纤维具有圆形横截面，其由于填充限制（packing limitation)而固有地提供容纳桥所需的空隙空间。纤维110可具有至少约3mm的平均长 度。在另一实施方式中，纤维长度为纤维直径的至少约100倍。在另一实施方式中，平均纤 维长度为至少约l〇cm。在另一实施方式中，平均纤维长度为至少约lm。优选地，纤维是连 续的。纤维长度可以从正态分布取样或者从双峰、三峰或多峰分布取样，这取决于织物如何 构造。在各种分布模式中纤维的平均长度可以选自上述实施方式中给定的任意纤维长度范 围。
[0057] 纤维110可由本领域技术人员已知的任何类型的可纤维化材料形成，包括可纤维 化无机材料、可纤维化有机材料及上述的任意混合物。无机和有机材料可以是人造的或者 自然存在的材料。本领域技术人员应理解可纤维化无机材料和有机材料还可以是聚合物材 料。如本文所用的，术语"聚合物材料"是指由大分子形成的材料，所述大分子由连接在一 起并且在溶液中或在固体状态下能缠结的长原子链组成。如本文所用的，术语"可纤维化" 是指能够形成大致连续的或短的丝、纤维、线股或纱线的材料。在一个实施方式中，纤维Iio 选自碳、玻璃、芳香族聚酰胺、硼、聚烯烃、石英、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、玄武岩、聚苯硫醚、 对亚苯基苯并二异恶挫（poly p-phenylene benzobisoaxazole)、碳化娃、酷酸数值、邻苯 二甲酸酯和萘甲酸酯（napthenoate)、聚乙烯。在另一实施方式中，纤维是金属纤维，诸如 钢、错或铜。
[0058] 优选地，纤维110由无机可纤维化玻璃材料制成。用于本发明的可纤维化玻璃材 料包括但不限于从可纤维化玻璃组分制备的那些，诸如S玻璃、S2玻璃、E玻璃、R玻璃、H 玻璃、A玻璃、AR玻璃、C玻璃、D玻璃、ECR玻璃、玻璃丝、玻璃短纤维（staple glass)、T玻 璃和氧化锆玻璃以及E-玻璃衍生物。如本文所用的，"Ε-玻璃衍生物"是指下述玻璃成分， 其包括较少氟和/或硼并且最优选不含氟和/或不严硼的。此外，如本文所用的，"较少氟 〃是指少于〇. 5wt %的氟，优选少于0.1 wt %的氟，而〃少量硼〃是指少于5wt %的硼，优选 少于2wt%的硼。玄武岩和矿棉是用于本发明中的其它可纤维化玻璃材料的实例。优选的 玻璃纤维由E-玻璃或E-玻璃衍生物形成。
[0059] 本发明的玻璃纤维可以本领域已知的任何适合用于形成玻璃纤维的方法形成。例 如，玻璃纤维可以以直接熔融纤维成型操作或以间接式或玻璃球拉丝（marble-melt)纤维 成型操作来形成。在直接熔融纤维成型操作中，将原料在玻璃熔炉中组合、熔融并均化。将 熔融玻璃从炉中移至前炉并移入纤维成型装置中，在那里熔融玻璃被拉长成为连续的玻璃 纤维。在玻璃球拉丝玻璃成型操作中，预先形成具有最终所需玻璃组成的玻璃块或球并将 其进料至套管（bushing)中，在那里它们被熔融并拉长成连续的玻璃纤维。如果使用预熔 融器，首先将玻璃球进料至预熔器中，熔融，然后将熔融玻璃进料至纤维成型装置中，在那 里玻璃被拉长形成连续纤维。在本发明中，玻璃纤维优选通过直接熔融纤维成型操作形成。
[0060] 在一个实施方式中，当纤维110是玻璃纤维时，所述纤维含有上浆剂（sizing)。这 种上浆剂可有助于将玻璃纤维加工成纺织品层并增强纤维-聚合物基体相互作用。在另一 实施方式中，作为玻璃纤维的纤维110不含上浆剂。不含上浆剂的表面可有助于简化涂布 工艺并给出较好的聚合物-纤维相互作用控制。玻璃纤维的直径通常在约10~35微米范 围内，更通常在17~19微米范围内。碳纤维的直径通常在约5~10微米范围内，通常为 7微米，所述纤维（玻璃纤维和碳）不限于这些范围。
[0061] 合适的非玻璃可纤维化无机材料的非限制性实例包括陶瓷材料，诸如碳化硅、碳、 石墨、多铝红柱石、玄武岩、氧化铝和压电陶瓷材料。合适的可纤维化有机材料的非限制性 实例包括棉、纤维束、天然橡胶、亚麻、苎麻、大麻、剑麻和羊毛。合适的可纤维化有机高分子 材料的非限制性实例包括由下述形成的那些：聚酰胺（诸如尼龙和芳香族聚酰胺）、热塑性 聚酯（诸如聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯）、丙烯酸树脂（诸如聚丙烯腈）、 聚烯烃、聚氨酯和乙烯基聚合物（诸如聚乙烯醇）。
[0062] 在一个实施方式中，纤维110优选具有高强度重量比。优选地，纤维110具有至少 0. 7GPa/g/cm3的强度重量比（通过标准纤维性质于23°C测量）和至少69GPa的模量。
[0063] 可浸渍单向织物10的纺织品或其它组件可被进一步加工以产生复合材料预制 件。一个实例是将织物10缠绕在泡沫条或其它形状周围以产生三维结构。通过将树脂添 加至织物10中的至少部分空隙空间120中，随后可将这些中间结构形成复合结构400。
[0064] 通过将树脂添加至织物10中的至少部分空隙空间120中，优选充满织物10内的 几乎全部空隙空间，可浸渍单向织物10可被进一步加工成可浸渍单向复合材料400,如图2 所图解。
[0065] 可浸渍单向织物10被浸渍或灌注以树脂300,后者优选在压差下流动通过织物10 以至少部分填充空隙空间，产生灌注单向复合材料400。灌注单向复合材料400还可以通过 其它湿法或复合材料层压法产生，所述方法包括但不限于手工涂布、纤维缠绕和挤压成型。 单向织物10 (以及所有其它增强材料，诸如增强片材、皮层、任选的稳定层以及条带）固化 形成刚性复合材料400。
[0066] 用任何类型的可硬化树脂灌注或浸渍芯和皮的多孔纤维增强物在本发明的范围 内。诸如不饱和聚酯、乙烯酯、环氧、聚氨酯、丙烯酸树脂和酚醛树脂的热固性树脂是通过在 模塑过程中发生的化学固化或交联过程硬化的液态树脂。诸如聚乙烯、聚丙烯、PET和PEEK 的热塑性树脂通过在关注增强物之前施加热来液化并且当其在板材中冷却时重新硬化。在 一个实施方式中，树脂300是不饱和聚酯、乙烯酯、环氧树脂、聚氨酯树脂、双马来酰亚胺树 月旨、酚树脂、三聚氰胺树脂、硅树脂或者热塑性PBT或尼龙或其混合物。由于其适中的成本、 良好的机械性能、良好的工作时间及固化特性，不饱和聚酯和环氧是优选的。
[0067] 在一些商业使用中，环氧基树脂与聚酯基树脂相比具有较高的性能（疲劳、抗拉 强度和破坏应变），但也具有较高的成本。在织物10中均匀间隔开的纤维可将使用不饱和 聚酯树脂的复合材料400的性能提高到类似于环氧树脂复合材料性能水平的水平，但与环 氧树脂体系相比具有较低成本。
[0068] 使树脂300在压差下流动遍及可浸渍单向织物10可通过诸如下述的方法完成：真 空袋模塑、树脂传递模塑或真空辅助树脂传递模塑（VARTM)。在VARTM模塑中，将复合材料 的组分密封在通常具有一个柔性模具表面的气密性模具中，并将空气从模具中排空，这通 过所述柔性表面施加大气压从而使复合材料400符合模具。通过真空将催化树脂抽至模具 中（通常通过树脂分配介质或设置在面板上的通道网络），并使其固化。还可将额外的纤维 或层（诸如表面流动介质）添加到复合材料中以帮助促进树脂的灌注。一系列厚纱线诸如 重粗纱或单丝可在增强物的一个或多个轴中等距地间隔开，以便调整复合材料的树脂灌注 速度。
[0069] 作为用液体树脂灌注可浸渍单向织物10的另一种方案，织物可进一步用部分固 化的热固性树脂、热塑性树脂预浸渍（预浸），或与热塑性纤维混合，所述热塑性纤维随后 通过施加热而固化（或熔融并固化）。
[0070] 灌注单向复合材料400可用作结构，或者复合材料400具有对其实施的额外的工 艺或者具有增加的额外元件以使其形成结构。其还可粘合至其它材料以产生结构，包括加 入夹心板中。在一个实施方式中，表层片材（skin sheet materials)(诸如钢、错、胶合板 或玻璃纤维增强的聚合物）可被添加到复合材料400的表面。这可通过增加额外的增强层 同时树脂固化或者通过粘合剂来实现。复合材料结构的实例可以是（或部分是）包括但不 限于下述：风力涡轮机叶片、船壳与甲板、轨道车、桥面、管、罐、增强型卡车地板、粧材、挡泥 板、码头、加固梁、翻新混凝土结构、航空器结构、增强型挤出或注射模塑或其它类似结构部 件。在很多上述结构中，疲劳寿命是重要的考虑因素。灌注单向复合材料400可改进这些 结构部件的疲劳性能。
[0071] 相比用常规增强物制备的那些，引入单向纤维桥接网络100的复合材料能够实现 更高的纤维体积分数。更高的纤维体积分数增加了复合材料的模量和强度，特别是在纤维 轴方向。纤