复合材料的制作方法

专利名称：复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯。进一步地讲，本发明涉及这 种预浸料坯在制造纤维增强复合材料中的用途和制造纤维增强复合材料的方法。
背景技术：
多年来，在纤维增强复合材料领域，人们已经知道要提供包含浸渍有结构聚合物 树脂(structural polymer resin)的纤维增强物层的预浸料坯。结构聚合物树脂的量要 与纤维增强物的量仔细匹配。因此，预浸料坯可用于形成纤维增强复合材料的方法中，该方 法中，提供了具有所期望形状和构造(configuration)的预浸料坯的多层层叠件(stack)， 然后将所述多层层叠件加热，从而使结构聚合物树脂熔融，再固化以形成单个均一的树脂 基体，其中纤维增强物按照所期望的纤维取向配置。层叠件中的树脂的量足以由具有所期 望机械性能的预浸料坯的层叠件制成纤维增强结构制品。通常，结构聚合物树脂为热固性 树脂(最常见为环氧树脂)，其固化以形成固态树脂基体。所述纤维可以选自各种材料，最 常见的包括玻璃纤维或碳纤维。众所周知的是，提供结构聚合物树脂完全浸渍到纤维增强物层中的预浸料坯。这 为预浸料坯的外主表面提供了树脂表面，使得纤维在整个预浸料坯树脂内基本上均勻分 布，这样纤维均勻嵌入在树脂内，从而将初始树脂层内无意间存在的空隙最小化。其优点在 于，树脂表面可以稍微具有粘着性，这样通过粘着性树脂表面将预浸料坯粘附在相邻表面 上，结果有助于通过将预浸料坯支撑在所期望的位置处来将预浸料坯铺设(lay up)到模具 中。另外，纤维增强物的完全浸渍避免了对于结构聚合物树脂在固化阶段显著流动的需求， 并且确保了纤维在固化阶段期间均勻地浸湿。但是，完全浸渍的预浸料坯的一个突出问题在于，在形成这种预浸料坯的层叠件 时，空气会截留(trap)在相邻的预浸料坯层之间，从而导致在最终固化后的、纤维增强复 合材料的树脂基材中，会存在层间空隙(inter-ply voids)。这些空隙的存在显著降低了复 合材料的机械性能。在预浸料坯铺设阶段(lay-up process)，当完全浸渍的预浸料坯层逐 渐堆积(built up)以形成其多层层叠件时，空气会截留在相邻预浸料坯层之间。相邻预浸 料坯层的树脂表面的粘着性(tackiness)增加了空气在预浸料坯界面处截留在层间的可 能性。在克服不希望形成层间空隙的尝试中，新近已经提出了提供只是部分浸渍有结构 聚合物树脂的预浸料坯，从而在预浸料坯的一个或两个主表面上存在干燥纤维增强物层。 本申请人生产出了这种已知的部分浸渍预浸料坯或半浸料坯(semipreg)，并且以注册商标 SPRINT 进行销售。这种部分浸渍的预浸料坯其优点在于，在预浸料坯层叠为层叠件时，在初始真空 固结(vacuum consolidation)阶段，随着干燥纤维增强物层随结构聚合物树脂的融化而 完全浸湿，这一干燥纤维增强物层使得空气穿过干燥纤维增强物层而逐渐排出。在预浸料 坯真空固结期间，使预浸料坯层叠件经受负压(即真空)，以帮助将空气从相邻的预浸料坯
7和干燥纤维增强物的区域之间去除。在随后的固化作用(curing)前，在所施加的真空作用 下，干燥纤维增强物的区域逐渐被多结构聚合物树脂浸湿。因此，该部分浸渍的预浸料坯结 构的优点在于，在相邻层之间的层间空隙趋向减少甚至消除。已知利用预浸料坯可以制造各种具有不同厚度、形状和体积以及所需机械性能的 产品。复合材料的一个特殊用途在于制造细长的杆(spar)或梁(beam)形式的结构件，所 述结构件要求显示出高的机械劲度(stiffness)和压缩强度。对于这类杆或梁而言，为了 将机械劲度和压缩强度最大化，期望提供主要沿着细长的杆或梁的方向取向的纤维，尤其 是单向纤维(unidirectional fibre)。相反，为了提供具有板状构造或者具有扭转强度的复合材料，提供双轴取向 (biaxialIy oriented)的纤维是合乎需要的。但是，在制造这种包含沿杆或梁的长度延伸的单向纤维的、结构性的杆或梁时， 在采用这种具有干燥纤维增强物外表面的、部分浸渍的预浸料坯的情况下，还存在技术问 题。该技术问题在于，没有用结构聚合物树脂浸渍的外部的单向干燥纤维容易在预浸料 坯的平面内发生横向扭曲。在这些预浸料坯组装在一起成为多层层叠件时，这使得单向 取向的纤维变为非线性的，从而造成在所得复合材料的平面中出现一定程度的纤维波纹 (waviness)、扭曲或弯曲。单向纤维的这种非线性会降低结构件(例如杆)的压缩强度。另外，在预浸料坯的真空固结期间，在将这些部分浸渍的预浸料坯在多层层叠件 中组装在一起以形成结构件时，预浸料坯的多层层叠件厚度会收缩，即本领域已知的“失样 (de-lofting)”的现象。由于纤维将容易在压缩负载作用下更早变形，所以该“失样”对单 向纤维造成一些面外波纹(out-of plane waviness)，所述面外波纹降低了压缩机械性能。另外，在制造这种包含沿杆或梁的长度延伸的单向纤维的、结构性的杆或梁时，在 采用完全浸渍的预浸料坯时进一步存在技术问题。很容易形成层内空隙，这会明显降低结 构件的机械性能。JP-A-08/183U9公开了隔音阻尼材料，没有涉及纤维增强复合材料的结构性能。JP-A-2003/0(^990公开了包含浸渍有热塑性树脂和两种环氧树脂的碳纤维的预 浸料坯，从而提供了高的缠绕性能、粘着性和悬垂性(drape)。US-A-2007/179461公开了用于造口术(ostomy)或伤口护理器具的热熔融硅酮压 敏粘合剂。W0-A-2005-0755M公开了包含具有特定弛豫时间的聚烯烃树脂的纤维增强复合 材料。JP-A-2007/161797公开了一种预浸料坯的性能测试方法，其中预浸料坯的半硬化 状态是数字化控制的，与树脂种类或预浸料坯的结构无关。

发明内容
本发明至少部分是为了克服已知预浸料坯的这些技术问题，所述预浸料坯用于制 造杆或梁形式的细长结构件。因此，本发明提供了用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，所述预浸料坯包括 由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层，其中至少所述树脂材料的表面在室温下具有粘 度(viscosity)和粘着性(tack)，并且每个预浸料坯在室温下具有劲度，从而在两个预浸料坯用相邻的树脂材料表面在室温下设置成其垂直层叠件时，所述相邻的树脂材料表面不 粘合(unadhered)并且在它们之间形成连续空气通道(air path)。如下文中更详细解释的那样，树脂材料表面可显示出低粘着性，尤其在用于复合 材料领域的常见铺设温度下。这使得所述表面暂时处于并且保持在所需位置中，所述表面 朝向模具表面或朝向具有类似或相同性能的相邻树脂材料表面。这种低粘着性使得预浸料 坯可以按照要求重新定位(!^positioning)。因此，任意相邻树脂材料表面不粘合的程度， 应使得它们不会在其间形成强粘结或永久粘结；而由于低粘着性树脂材料的表面性能，所 述表面仍然可以暂时粘着在一起，但是不会永久粘附或难以分开。下文所公开的本发明的 一些实施方式参照粘着性测试表进行说明，该表提供了对于树脂材料表面所显示出的粘着 性程度(尤其是低粘着性程度)的量化。通过在相邻接触面之间形成只是低粘着性或微粘 着性的连接、而非永久粘结或者需要高分离力的粘结，相邻表面不会密封在一起，由于在它 们之间形成连续空气通道，因而不会抑制它们之间的气流。优选的是，该预浸料坯相对的主表面具有由其中的多条沟槽(channel)提供的表 面粗糙度。优选的是，这些沟槽压印(emboss)到树脂表面中。本发明进一步提供了用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，该预浸料坯包含 由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层，其中至少树脂材料的表面具有3X 105 至 1 X IO8Pa的储能模量G，和2 X IO6Pa至1 X IO8Pa的损耗模量G”。优选的是，该树脂材料具有1 X IO6Pa至1 X 107Pa、更优选2X 106 至4X IO6Pa的 储能模量G’。优选的是，该树脂材料具有5 X IO6Pa至1 X 107Pa、更优选7 X IO6Pa至9 X IO6Pa的 损耗模量G”。优选的是，该树脂材料具有5 X IO5Pa · s至1 X IO7Pa · S、更优选7. 5 X IO5Pa · s至 5X106Pa· s的复数粘度。优选的是，该树脂材料具有1 X IO6Pa至2X IO6Pa的复数粘度，更优选在80°C时 5-30Pa · s的复数粘度。优选的是，该树脂材料在80°C下具有10_25Pa · s的复数粘度。优选的是，该树脂材料为环氧树脂。优选的是，该预浸料坯在其纵向上是细长的，并且所述纤维增强物沿着所述预浸 料坯的纵向为单向的。优选的是，在该预浸料坯两个相对的主表面中压印有沟槽阵列(an array of channels)0该预浸料坯进一步包括对所述预浸料坯的每个相对的主表面进行覆盖的衬板 (liner sheet)，其中与相邻树脂表面接触的衬板表面向外具有压纹，并且所述具有压纹的 表面被压到所述树脂表面中以形成沟槽阵列。优选的是，该预浸料坯是细长的，并且用来形成纤维增强复合材料的细长结构件。本发明进一步提供了用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，该预浸料坯包含由 基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层，其中至少所述树脂材料的表面在复数模量G*和 储能模量G’之间具有相位角δ，并且所述相位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加至少邪°。任选的是，在10_25°C的温度范围中，复数模量G*和储能模量G’之间的相位角δ 的值增加25-70°的值。任选的是，在10_25°C的温度范围中，复数模量G*和储能模量G’之间的相位角δ 的值增加35-65°的值。任选的是，在12. 5_25°C范围内的至少一个温度值处，复数模量G*和储能模量G’ 之间的相位角S的值不超过70°和/或至少为50°。任选的是，该树脂材料具有2 X IO5Pa至1 X IO7Pa的储能模量G’和7. 5 X IO5Pa至 1 X IO7Pa的损耗模量G”，和/或1 X IO5Pa · s至1 X IO7Pa · s的复数粘度。如下文中更详细解释的那样，在相位角δ高(即接近90° )时，树脂趋向于表现 为粘性液体，因此它可以在预浸料坯铺设期间变形进入到设定位置，但是它会显示出一些 (或高)粘着性(或表面粘附作用)；而在相位角S低(即接近0° )时，树脂趋向于表现 为弹性固体，因此它不能在预浸料坯铺设期间变形进入设定位置，并且它显出低(或无)粘 着性。本发明人发现，选择下述预浸料坯树脂存在技术优势在涵盖预浸料坯通常的储 藏温度和铺设温度的温度范围中，所述树脂的相位角δ随着温度而变化。一般来说，对于 一些预浸料坯树脂而言，在较低温度下相位角δ低，在较高温度下相位角δ高，并且在特 定温度范围内低相位角δ和高相位角δ之间发生转变。具体而言，本发明人已经发现通过在通常储藏温度下具有相对低的相位角 δ (例如在低于10°C的通常储藏温度下，不超过50° )、通常的铺设温度下具有相对高的相 位角S (例如在20-25°C的通常铺设温度范围内，高达约70° )、并且在10-25°C的温度范 围中，在低相位角δ值和高相位角δ值之间存在至少25°的急剧转变，则可以在工厂或车 间的环境条件下进行铺设并真空固结，从而在良好的悬垂性/可变形性、以及相邻预浸料 坯层间良好的层间空气逸出性之间实现平衡。在从10-25°C的温度范围内，用于本发明另一方面的优选树脂在低相位角δ和高 相位角δ之间转变，这意味着在所述转变作用中存在有用的温度范围，该温度范围通常存 在于用以制造纤维增强复合材料的车间或工厂中，在该温度范围中，相位角δ的值处于中 间值(例如50-70° )。这意味着在某温度范围内，预浸料坯可显示出所期望的低粘着性和 可变形性的组合，而在车间或工厂中通常遇到的环境温度条件下可以很容易地实现或控制 所述温度范围。在该相位角值处，树脂能够可靠地显示出所期望的低粘着性和可变形性的 组合。本发明进一步提供了制造纤维增强复合材料细长结构件的方法，该方法包括以下 步骤(a)提供多个本发明的预浸料坯；(b)将所述多个预浸料坯组装成细长层叠件；(c)对所述层叠件施以真空以使所述层叠件固结，并且从所述层叠件的相邻预浸 料坯之间去除空气；以及(d)使得所述基体树脂材料固化以形成所述细长结构件。优选的是，在步骤(b)中，将所述层叠件组装在由部分浸渍的预浸料坯构成的主体内，并且所述层叠件由所述部分浸渍的预浸料坯的纤维增强物包围。优选的是，所述细长结构件为在风力涡轮机叶片内的杆。本发明进一步提供了本发明的预浸料坯在制造纤维增强复合材料细长结构件、尤 其是杆或梁中的用途。本发明人基于以下发现推断出本发明用于制造细长结构件(例如杆或梁)的预 浸料坯可具有高树脂粘度、高预浸料坯劲度和低粘着性的性能的组合；目前在复合材料领 域的技术人员看来，上述性能的组合在预浸料坯中是不符合要求的。本发明人的这一发现 实现了满足下述事实的预浸料坯结构只需要相对较短的空气通道(通常直至约500_)， 即可进行预浸料坯多层层叠件的真空固结，以形成细长结构件。这是因为，细长结构件通 常其最大宽度为1米，空气能够沿着从细长结构件的纵向中心延伸出的相对方向上横向排 出ο 在制造细长结构件整体形成在产品的其他复合层叠部分内的产品时(例如风力 涡轮机叶片，其中每个单向杆由双轴向复合材料包围)，预浸料坯层叠件帮助空气排出，从 而在真空固结阶段形成由干燥纤维增强物包围的细长结构件。这些干燥纤维具有高的透气 性，允许将截留的气体输送回大型复合模具中的真空源。这些干燥纤维增强物可以存在于 半浸料坯或存在于例如申请人的SPRINT 材料的产品中，这包括具有干燥纤维外表面的不 连续(discrete)中心树脂层。另外，形成细长结构件的预浸料坯的多层层叠件可以基本上为扁平的，从而每 个预浸料坯在放下以形成层叠件时可以基本上为平面。因此，形成层叠件的每个预浸 料坯不需要为了悬垂到具有任意小半径弯曲的弯曲表面或波动表面上而具有机械柔性 (mechanical flexibility)。相反，预浸料坯可显示出高的劲度和刚度(rigidity)，并且该 层叠件的单个预浸料坯的劲度积极地帮助空气从预浸料坯之间排出，并帮助减少了层内空 隙。在纤维为纵向取向的单向(UD)纤维时，劲度和刚度在纵向上趋向于更高，纤维取向限 制了预浸料坯沿着横向线的挠曲(flexing)。另外，通过为预浸料坯选择高粘基体树脂，这不仅有助于制备出高劲度的预浸料 坯，而且还确保在预浸料坯铺设期间和铺设之后，保持了形成预浸料坯之间间隙(gap)的 任意间隔(spacing)，从而有助于真空固结期间空气的排出。树脂还具有低的粘着性，并 且因此降低了相邻预浸料坯表面的相互粘附，这样通过减少层内空气的封闭空穴(closed pockets)的形成从而帮助空气排出，所述封闭空穴在真空固结期间将会阻止或限制空气逸 出ο这种高粘基体树脂可以是完全浸渍的预浸料坯中唯一的树脂。或者，完全浸渍的 预浸料坯可以包括两个或多个树脂层的夹层结构(sandwich structure)，该夹层结构包 括至少一个(优选两个相对的)的高粘基体树脂(作为第一树脂)的最外层；以及相邻 的(优选中心的)第二树脂的层，所述第二树脂具有低于第一树脂层的粘度。该第二树脂 提供了更可悬垂的树脂(more drapable resin)，从而预浸料坯可显示出以下性能的组合 (a)前述有助于真空固结期间空气排出的表面性能(在一个或多个、优选两个主表面上)； 以及(b)高悬垂水平的整体性能(bulk property)。因此，在本发明的预浸料坯的一些实施方式中，基体树脂材料为完全浸渍的预浸 料坯中唯一的树脂。或者，在本发明的预浸料坯的其他实施方式中，完全浸渍的预浸料坯包括两个或多个树脂层的夹层结构，该夹层结构包括至少一个第一树脂的最外层，提供树脂 材料的表面；以及相邻的第二树脂的层，所述第二树脂具有低于第一树脂的粘度。优选的是，这种夹层结构包括两个相对的所述第一树脂的最外层；以及所述第 二树脂中心层，所述第二树脂具有低于第一树脂的粘度。任选的是，所述第二树脂具有IX 103 至小于3X 105 的储能模量G’和/或 1 X IO4Pa至小于2 X IO6Pa的损耗模量G”。任选的是，所述第二树脂具有1 X IO3Pa · s至小 于5X 105 · s的复数粘度。任选的是，所述第二树脂在复数模量G*和储能模量G’之间 具有相位角S，所述相位角S在10-25°C的温度范围内高于70°每个完全浸渍的预浸料坯层在预浸料坯内具有低的初始空气含量，所述含量低于 部分浸渍的预浸料坯，这反过来又减少了固化后的复合材料内空隙的存在。完全浸渍的预浸料坯结构以正确的纵向排列的方式保持着单向纤维，并且在横向 上几乎没有或没有任何纤维扭曲。这不仅提高了结构件的机械性能(尤其是与其中存在排 列不齐(misalignment)问题的半浸料坯的使用相比)，而且与半浸料坯相比还减少了铺设 时间，这是因为半预浸料坯在形成预浸料坯的层叠件时需要小心定位，以便将暴露的外部 干燥纤维无意扭曲最小化。完全浸渍的预浸料坯结构还避免了采用半浸料坯相关的失样和 面内波纹的问题。


下面参照附图，将仅以举例的方式对本发明的实施方案进行说明，其中图1为根据本发明第一实施方式形成纤维增强复合材料的预浸料坯的示意性透 视图；图2为在固化以形成纤维增强复合材料之前，图1的预浸料坯多层层叠件部分放 大的示意性透视图；图3为在树脂固化之后，用图2的预浸料坯多层层叠件制备的纤维增强复合材料 的示意图；图4为包含结构杆的风力涡轮机叶片的剖面示意图，所述结构杆采用图1的预浸 料坯制造；图5为包含结构杆的风力涡轮机叶片的一部分的示意图，所述结构杆由图1的预 浸料坯制造；图6为根据本发明进一步实施方式生产出的纤维增强复合材料的照片；图7为采用未根据本发明的完全浸渍的预浸料坯，生产出的纤维增强复合材料的 照片；图8显示了粘弹性材料的复数粘度、储能模量和损耗模量之间的关系；图9-12为说明根据本发明的实施例和比较例的树脂其储能模量、损耗模量、复数 粘度和升温速率粘度(ramp rate viscosity)与温度之间的关系的图；图13为显示出根据本发明的实施例和比较例的树脂其相位角δ和温度之间的关 系的图；并且图14为根据本发明第二实施方式形成纤维增强复合材料的预浸料坯的示意性透 视图。
具体实施例方式参照图1，该图显示出根据本发明第一实施方式的预浸料坯2。为了说明清楚，在 这些附图中的一些尺寸放大，并且只显示出部分纤维。预浸料坯2包括由基体树脂6完全浸渍的纤维增强物4的层。完全浸渍使得预 浸料坯2相对的主表面8、10包含树脂表面。本领域中已知，树脂6通常为包含潜固化剂 (latent curing agent)的环氧功能树脂。纤维增强物4包括由玻璃、碳、芳纶或类似材料 制成的纤维12。纤维12为单向的(UD)，沿着共同的纵向L取向。通常，预浸料坯2在纤维 12取向的纵向L上具有不确定或未指定的长度，并且成卷供应。该预浸料坯2在用于制造 下文所述细长结构件时，具有相对窄的宽度W，从而能够制造出细长杆或梁。但是，可以通过 形成具有未指定长度的初始较宽片材，并且随后将该片材纵向切割成多个更窄的条带，每 个条带限定了各自的预浸料坯2，从而制造出预浸料坯。在图1中，为了简化起见，将该杆显示为单个平面体。但是，还可采用其他形状和 构造；尤其是为了改变沿着杆长度的挠曲模量，已知的是改变型材宽度(section width) 的方法。在这种情况下，也可从更宽的片材切割出梯形型材或三角形型材以及平行条带，从 而避免浪费任何预浸料坯材料。参照图2，预浸料坯2的树脂6具有特定的性能，从而在形成预浸料坯2的多层层 叠件14、并且在固结步骤中对多层层叠件14施加真空时，预浸料坯2的表面15附近存在 的空气以及预浸料坯2的各层之间(其间的界面17处)的空气很容易被排出。具体地说， 将树脂6选择为具有相对高的粘度和相对低的粘着性。选择树脂6和单向纤维12 (为说明 清楚，在图2中没有显示出这些纤维)的组合是为了在以下两个方向上提供相对高的劲度 (a)作为单向纤维12的取向方向的纵向长度方向；和(b)与之垂直的横向。技术特征的这种结合使得层叠件14的每个预浸料坯2的层与已知的预浸料坯 相比，相对更为刚性。宏观来看，预浸料坯的层显示出局部区域的表面平面性(surface planarity)。这会造成相邻预浸料坯2相面对的主表面8、10存在非接触区域。因此，在将两个相邻的预浸料坯2层层叠在一起时，两个相对刚性的相邻表面8、 10并未沿着单一平面界面重合，而是趋向于在相对较大的区域上，被相邻表面8、10的接触 部分16相互分离，由此在预浸料坯2层相面对的表面8、10之间限定了间隙或间隔18。相 邻表面8、10通过接触部分16的无规排列(random array)而相互连接，接触部分16则通 过由间隙或间隔18形成的非接触区域间隔开。相反，如果预浸料坯2层相对柔韧(例如与一些通常已知的预浸料坯一样柔韧) 时，两个预浸料坯2层将会挠曲并流动，从而相邻表面8、10将会互补，上层将在重力作用或 在压力作用下悬垂，所述压力用于将随后的层施放在预浸料坯的层叠件的顶部，从而使得 预浸料坯2具有与下层所邻近的上表面准确匹配的下表面。通过根据本发明提供包含粘度相对较高树脂的相对刚性的预浸料坯2，从而将这 种悬垂作用最小化，并且预浸料坯的相邻表面8、10不互补，由此在预浸料坯界面17处保持 相对较大的间隔或间隙18。通过为预浸料坯的主表面8、10提供初始粗糙表面，从而可以增加这种相对较大 的间隔或间隙18。另外，由于树脂表面的性质，每个预浸料坯2相对的主表面8、10具有几
13何学上非平面的微观结构，这点将在下文中进行讨论。这种表面粗糙度促进了在相对刚性的相邻预浸料坯2层的表面8、10之间间隔的 形成和保持。可以通过将沟槽M的阵列压印(impressing)到树脂表面22来提供所述表 面粗糙度。例如，如图1中的树脂下表面10上所示一样(已经将之前位于树脂表面8上的 上衬板去除)，可以通过设置具有压纹的衬板沈来形成所述沟槽M阵列，所述具有压纹的 衬板26由于树脂6的固有粘着性而暂时粘附在树脂外表面8、10上。沟槽M可以设置在 一个或两个最外层树脂表面8、10上。在预浸料坯领域公知的是，设置这种衬板沈是为了 保护树脂表面，并且防止将预浸料坯卷绕成卷时，树脂无意间粘附到相邻树脂表面上。在即 将形成层叠件14之前，将衬板沈去除。但是，可通过下述方式增强在真空固结阶段期间相邻预浸料坯2界面处的气流 为具有压纹表面的衬板26配置向外伸出的脊，所述脊将沟槽M压印入下面的树脂表面22， 从而有意地在树脂表面22上引入沟槽M阵列。例如，沟槽M阵列可以包括两组相互倾 斜的平行线，所述两组平行线在树脂表面22中限定出菱形沟槽M。这些沟槽M通常沿着 相对于预浸料坯的纵向倾斜，并且相对于在预浸料坯中任意单向纤维的纵向倾斜的方向延 伸。例如，沟槽M可以下述方式取向相对于预浸料坯的纵向和/或相对于在预浸料坯中 的任意这种单向纤维的纵向成+45/-45度或+60/-60度。沟槽M可具有高达250微米、例 如50-150微米的通常深度，并且可具有高达100微米、例如20-80微米的通常宽度。在相 邻平行沟槽之间的间距(Pitch)可以变化，但例如可以高达250微米(如约50微米)。通常所采用的铺设温度下，热固性预制预浸料坯材料表现出高的粘弹性。弹性固 体部分将变形能量存储为可复原的弹性势能，而粘性液体(viscous liquid)在外力作用下 不可逆地流动。该复数粘度是采用流变仪进行振动试验而获得的。在粘弹性材料中，应力和应变 使相位偏离角度S。构成复数粘度的各个因素定义如下G，(储能模量)=G^cos δG，，(损耗模量)=G*sin δ在图8中显示出这一关系。G’涉及该材料的弹性如何，并限定了其劲度。G”涉及材料的粘度如何，并限定了材料的阻尼和液体不可逆流动响应。对于纯弹性固体(玻璃状或橡胶状)，G” = 0并且相位角δ为0° ；而对于纯粘 性液体，G，=0并且相位角δ为90°。为了防止在铺设组装过程和施加初始真空期间空气通道阻塞，优选采用高的流动 阻力。储能模量成为初始操作和预浸料坯的刚度的特征，具有高储能模量的材料将不会压 缩成紧密接触，并在开始施加真空压力时仍保持空气通道。损耗模量G”表示不可逆流动性 能，希望具有高损耗模量G”的材料来防止出现早期蠕变流(creep-like flow)，并更长时间 地保持开放的空气通道。因此，在与通常铺设温度相应的温度、例如室温(20°C )下，在本发明的预浸料坯 中所采用的树脂具有高储能模量和高损耗模量，并且相应地具有高复数模量。在本申请文件中，通过采用具有直径25mm的一次性(disposable)铝板的TA Instruments AR2000流变仪，在应用温度(即20°C的铺设温度)下，可以测量出本发明的预浸料坯中所采用的树脂的粘弹性性能(即储能模量、损耗模量和复数粘度)。采用以下设 定进行测量以2°C /分钟的速度将温度从40°C降低至-10°C，以IHz的频率和1000 μ m的 间隙、受控位移(controlled displacement)为1 X 10_4rad的情况下进行振动测试。通常，粘弹性预浸料坯的劲度通过显示出高弹性流变响应的树脂进行表征。树脂 流变性则由树脂的储能模量G’进行表征，在20°C下优选为3 X 10 至1 X IO8Pa,更优选为 IX IO6Pa至IX IO7Pa,进一步优选为2X 106 至4X 106Pa。室温下的储能模量越高，预浸 料坯的层叠件的空气输送性能越高。但是，储能模量的上限受到限制，这是因为储能模量过 高，使预制预浸料坯将会变得过于刚性，而且预浸料坯即使被层压在风力涡轮机杆中常见 的平缓曲面上时也易于突然折断(snap)。在采用本发明的预浸料坯制造杆或梁形式的结构件时，树脂6具有高损耗模量 G”，在20°C下优选为2 X IO6Pa至IX IO8Pa,更优选为5 X IO6Pa至1 X IO7Pa,进一步优选为 7X106Pa 至 9X106Pa。树脂材料优选在20°C下具有高的复数粘度，优选为5 X IO5Pa · s至IX IO7Pa · s, 更优选为 7. 5X IO5Pa · s 至 5X IO6Pa · s，进一步优选为 IXlO6Pa · s 至 2X IO6Pa · S。另外，如上所述，在预浸料坯2中树脂6的粘度相对高。固化阶段通常在较高温度 (例如高于75°C的温度，典型的固化温度为80°C以上)下进行，这就造成在固化阶段之前， 树脂呈现低的流动性能或甚至可忽略不计的流动性能。树脂材料的粘度优选在80°C下为 5-30Pa · s，更优选在 80°C下为 10_25Pa · s。在本申请文件中，使用具有直径25mm的一次性铝板的TA Instruments AR2000 流变仪，测定固化周期(cure cycle)期间的树脂流动粘度。该测量采用以下设定进行以 2V /分钟的速度将温度从30°C升至130°C，剪切应力3. 259Pa,间隙1000 μ m。这实现了下述技术效果在相邻预浸料坯2层形成多层层叠件14时，在重力作用 下或在任何由于真空固结而施加的常压(该压力通常大约为lMpa(即大约1个大气压)) 作用下，在树脂的相邻表面8、10处不会实质上发生树脂6的流动。在固化阶段可能施加 的任何压力下，作为提供高粘度树脂的结果，这种对树脂流动的阻力在固化阶段期间树脂6 熔融之前，使得层间间隔得以保持。如果采用低粘度树脂来代替在本发明的优选实施方式中用来提供高劲度预浸料 坯层的高粘度树脂，则由层压过程施加在预制预浸料坯上的任何局部压力还会将气穴(air pocket)截留在层间，这是因为粘度较低的树脂将长期流动，并围绕层叠件中的截留空气的 岛形成气密密封。另外，高粘度树脂6具有低的表面粘着性。通过降低表面粘着性，则相邻的预浸料 坯2层叠在一起，预浸料坯的相邻表面8、10之间的粘附趋势降低，这反过来又提高了真空 固结阶段期间空气在界面间流动的能力。通过降低层间表面粘着性，在相邻表面8、10之间 的任何间距或间隔倾向于在相邻表面的平面内方向上具有更大的尺寸，这提高了真空固结 阶段期间表面8、10之间空气逸出的可能性。而且，孤立的气穴在预浸料坯层之间的界面处 截留的可能性也得以降低。在本申请文件中，根据下面的测试方案测量出树脂的表面粘着性表面粘着性测试方案1)将预浸料坯样品在实验室温度(22°C +/"2°C )下放置约10分钟。
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2)去除一侧的背板(backer)。3)将预浸料坯试样自身折叠，并且将侧边粘接在一起。4)施加轻微的压力。5)小心将该预浸料坯剥离，并且根据下面的粘着性测试表测量出粘着性水平等级 说明ZT-零粘着性QC-O 根本没有粘附。表面摸起来干燥LT-低粘着性-带手套的手指在触摸表面之后容易移开QC-I 只是在坚实的压力下才能粘附。分开非常容易。表面摸起来相当干燥QC-2 在中等压力下粘附。分开非常容易。表面具有一些粘性QC-3 在轻微压力下粘附。分开容易。表面具有一些粘性MT-中等粘着性-带手套的手指在触摸表面之后不容易移开QC-4 几乎无压力即粘附。分开容易。分开时没有任何纤维移动QC-5 几乎无压力即粘附。用一些力分开。分开时几乎没有纤维移动QC-6 几乎无压力/无任何压力即粘附。用一些力分开。分开时有一些纤维移动HT-高粘着性-带手套的手指在触摸表面之后有树脂留在上面QC-7 不用任何压力即粘附。用力分开。在分开时纤维扭曲QC-8 不用任何压力即粘附。用很大力分开。在分开时纤维扭曲并且树脂“成串”QC-9 不用任何压力即粘附。用很大力分开。分开时出现纤维高度扭曲并且树脂“成串”XT-极高粘着性-手套在试图从表面移开时拉伸或撕裂QC-10 不用任何压力即粘附。在不破坏织物/纤维排列的情况下不能剥开根据本发明的优选实施方式，在根据该测试步骤进行测试时，表面粘着性的范围 优选为QC-O至QC-2等级。在预浸料坯2形成多层层叠件14用于形成结构细长件(例如杆)时，通常要层 叠2-30个单向预浸料坯层以提供单向材料的厚度。根据杆的设计，然后添加多轴材料54， 之后重复多层单向预浸料坯层，然后再层叠通常为2-30个单向预浸料坯层，从而提供杆帽 (spar cap)中单向材料进一步的厚度。可以重复这一过程，得到最终杆帽的最终厚度为约 25-75mm。其目的在于使得在杆帽中单向材料的量最大化，但是在关键点处增加多轴纤维是 为了防止杆帽受到低的横向屈曲阻力(transverse buckling resistance)，将足够的剪切 传递至幅材(web)并提供扭转刚度(torsional rigidity)，并且限制单向材料的厚度以防 止在单向(UD)层叠件中出现剪切破裂(shear cracking)。一般来说，如果采用玻璃纤维单向预浸料坯，则单向元件的厚度大于采用碳单向预浸料坯的情况，这是因为需要增加双轴 材料的量来防止在UD层叠件中出现剪切破裂。在制造风力涡轮机叶片中的杆的特别优选的实施方式中，该杆包含由通常大约 10-25个预浸料坯层层叠在一起形成的玻璃单向部分，从而提供了 10-25mm的单向厚度和 20-70mm的最终杆帽厚度。在制造风力涡轮机叶片中的杆的另一个优选实施方式中，该杆包 含由通常大约6-30个预浸料坯层层叠在一起形成的碳单向部分，从而提供了 3-16mm的单 向厚度和20-60mm的最终厚度。在图3中显示出由预浸料坯2的层叠件制成的杆48。在图4中显示出风力涡轮机叶片51的结构部分50的典型结构。可以看到贯穿结 构部分50的剖面。该结构部分50具有由细长杆52a、52b、52c、52d构成的箱形梁构造，每 个都由单向纤维增强复合材料形成，这些细长杆设置成两组横向分开的杆对，即内部杆对 和外部杆对。这些杆52a、52b、52c、52d沿着风力涡轮机叶片51(用假想线显示)的长度延 伸，并且设置在中心细长腔体M的相对侧。单向杆52a、52b、52c、52d是箱型梁构造的负载 元件(load carrying element)，并且提供了剪切强度和压缩强度。双轴取向纤维复合材料 56支撑着杆52a、52b、52c、52d，同时为箱形梁构造提供了扭转强度。具体而言，内部单向杆52a、52b设置在双轴复合材料60的内部环形体58内，所述 内部环形体58包围着中央腔体M。在制造期间，设置细长芯棒(mandrel)(未显示)，在从中将结构部分50去除之后， 该芯棒形成中央腔体M。双轴预浸料坯带通常为部分浸渍的预浸料坯(例如申请人的上 述SPRINT产品)，其具有干燥纤维外表面，将其螺旋缠绕在芯棒上，从而形成环形双轴预浸 料坯区域62的一部分。然后，将本发明的单向预浸料坯2铺设到位于芯棒对侧的双轴预浸 料坯带上，以形成细长预浸料坯层叠件64，这些层叠件在固化之后形成杆52a、52b。通过在 单向预浸料坯铺设体上进一步螺旋缠绕双轴预浸料坯带，使得两个相对的细长层叠件64a、 64b保持不动，从而形成环形双轴预浸料坯区域62的剩余部分，由此形成双轴预浸料坯的 内部环形体58，所述内部环形体58包封着两个相对的细长层叠件64a、64b。然后，通常将泡沫芯68a、68b设置在内部环形体58的对侧，从而泡沫芯68a、68b 位于与包括两个相对的细长层叠件64a、64b的侧面垂直的侧面上。之后，将另外的双轴取 向的、部分浸渍的预浸料坯材料70包捆在泡沫芯68a、68b以及内部环形体58上。铺设两 个另外的纵向取向的、细长单向预浸料坯多层层叠件64c、64d，用以在芯棒的相对侧面上形 成两个另外的外杆52c、52d，然后将这些用另外的双轴预浸料坯带包捆，以形成双轴预浸料 坯的外部环形体76，所述外部环形体76包封着两个相对的外部细长预浸料坯层叠件64c、 64d。然后将整个预浸料坯铺设体78从芯棒中移走，并进行真空固结和固化以形成箱 形梁结构。在这种构造中，每个杆的宽度沿着其长度逐渐变小，并且通常为50-1000mm。这意 味着为了实现在层叠件中将相邻单向预浸料坯2之间的层间空气排出，最大的空气行进距 离通常只达到约500mm，这对于空气从预浸料坯2之间逸出而言是相对短的路径。包围着 每个杆形成层叠件(spar-forming stack)的、部分浸渍的预浸料坯的干燥纤维有助于层内 (intra-laminar)空气的排出。在单向预浸料坯2的真空固结和树脂固化之后，由于层间空气高度排出，并且在
17每个完全浸渍的预浸料坯层内的初始空气含量低，所以所得到的整体包含到箱形梁结构中 的杆具有非常低的空隙含量。每个杆还具有非常好的机械性能，这是因为由原始预浸料坯 2对单向纤维进行的完全浸渍，使得所述纤维保持了均一的线性单向取向，而没有发生不希 望的纤维横向扭曲，这样增强了杆的负载性能。由于杆具有基本上平的横截面，所以在铺设单向预浸料坯时，不必为了与下面的 曲面匹配而让预浸料坯(尤其在预浸料坯的横向上)出现任何明显的悬垂。因此，高劲度预浸料坯仍然可位于芯棒上的预浸料坯铺设体中的正确位置处或者 位于模具内；并且不存在由预浸料坯劲度增大而导致的悬垂，令人惊奇地提供了界面处排 气增加的技术优点。这降低了在杆中形成层间空隙的潜力。完全浸渍的劲性(stiff)预浸料坯提供了更好的排气，尤其对这类预浸料坯层叠 件中的层内空气提供了更好的排气，这一现象与现行实践相反，现行实践提倡部分浸渍以 提供悬垂增加的柔性预浸料坯以增强排气来降低空隙含量。图5为另一个风力涡轮机叶片的一部分的示意图，所生产的风力涡轮机叶片包含 有由图1的预浸料坯制造出的杆。在该实施方式中，箱形梁结构的一个结构半部100由预 浸料坯形成。将双轴半浸料坯的层状层叠件102铺设到细长箱形模具104中，以形成双轴 铺设体110的侧面106和底部108以及最顶部的凸缘109。本发明的预浸料坯的细长层状 层叠件112(例如如图1所示)被设置在半浸料坯铺设体110的底部108上面，尤其是设置 在其干燥纤维外层上。对该层叠件112进行配置以形成细长杆。然后，使用双轴半浸料坯 另外的层状层叠件114，对层叠件112进行覆盖。然后，对整个预浸料坯铺设体结构进行真 空固结和树脂固化。所得到的纤维增强复合材料包括风力涡轮机叶片的箱形梁结构的一个 结构半部100。通过沿着结构的长度将相邻凸缘109连接在一起，把两个相同的半部100结 合起来从而形成完整的箱形梁结构。在另一种替代的结构中，将两个半部作为单个的整合体(integral body)制造，以 形成与在图5中所示类似的整体箱形梁结构。在图1的预浸料坯的实施方式中，高粘度树脂6为完全浸渍的预浸料坯2中唯一 的树脂。作为对如图1所示实施方式的改进，在如图14所示的另一种实施方式中，完全浸渍 的预浸料坯202包括具有两个或多个树脂层的夹层结构204。该夹层结构204包括两个相 对放置的、高粘基体树脂(作为第一树脂)的最外层206、208 ；以及相邻的第二树脂中心层 210，所述第二树脂具有低于第一树脂层的粘度。或者，该夹层结构204还可以只包括一层 高粘基体树脂的最外层和相邻的低粘度第二树脂层，所述第二树脂层也可以为最外层。上 述参照图1的实施方式所述的沟槽M可以设在一个或两个最外部树脂表面中。这种第二 树脂提供了更可悬垂的树脂，从而预浸料坯可以表现出以下性能的组合(a)上述有助于 在真空固结期间排气的表面性能(在一个或多个、优选两个主表面上)；以及(b)高悬垂水 平的整体性能。在图1的预浸料坯的实施方案中，高粘度基体树脂6为完全浸渍的预浸料坯2中 唯一的树脂。作为对图1中所示的实施方案的改进，在如图14所示的另一种替代的实施 方案中，完全浸渍的预浸料坯202包括两个或多个树脂层的夹层结构204。夹层结构204 包括两个相对放置的、高粘度基体树脂最外层206、208作为第一树脂；以及相邻的第二树 脂中心层210，所述中心层210具有低于第一树脂层的粘度。或者，该夹层结构204可只包括一个高粘度基体树脂最外层以及相邻的低粘度第二树脂层，所述第二树脂层也可为最外 层。参照图1的实施方式的上述沟槽M可设在一个或全部两个最外层的树脂表面中。这种 第二树脂提供了更可悬垂的树脂，从而预浸料坯可以表现出以下性能的组合(a)上述有 助于在真空固结期间排气的表面性能(在一个或多个、优选全部两个主表面上)；以及(b) 高悬垂水平的整体性能。第二树脂材料可具有IX IO3Pa至小于3X 105Pa、更优选1 X IO4Pa至2. 5X IO6Pa 的储能模量G’和/或1 X IO4Pa至小于2X 106Pa、更优选1 X IO5Pa至1. 25 X IO6Pa的损耗 模量G”。第二树脂材料可以具有IXlO3Pa* s至小于5X IO5Pa · S、更优选IX IO4Pa · s 至2X IO5Pa · s的复数粘度。另外，第二树脂可以在复数模量G*和储能模量G’之间具有 相位角、所述相位角S在涵盖预浸料坯通常的铺设温度和存放温度的温度范围(例如 10-250C )内相对高并保持稳定，从而使得该预浸料坯在宽的工作温度范围内具有良好的 悬垂性。在10-25°C的温度范围内，相位角δ的值通常高于70°，通常更高于75°。所有 这些模量和粘度的值通过上述用于第一树脂材料的方法进行测量。第二树脂材料可为热固性树脂，例如环氧树脂。本发明进一步由下面非限定性的实施例举例说明。实施例1在本实施例中，形成本发明的细长预浸料坯的十六层多层层叠件，用以制造细长 杆。每个预浸料坯由浸渍有32wt%环氧树脂的1600g/m2的4800tex单向E-玻璃纤维构 成，这些环氧树脂被称为“树脂实例1 ”，并具有下面总结的性能，从而得到20mm的最终固化
层叠厚度。树脂“树脂实例1”包含具有以下性能的环氧树脂采用差示扫描量热仪(Mettler Toledo DSC821E)测量出热反应活性(thermal reactivity)作为特征。所采用的程序为以10°C /分钟的速度将温度从25 °C升高至 250°C，然后冷却至25°C，并再升高至150°C。AH(J/g)242T 初始(°C)133.4T峰顶(°C)150T终止(°C)181.27令 Tg2(°C)9.7UTg2(°C )104.5通过使用具有直径25mm的一次性铝板的TA Instruments AR2000流变仪，可以在 应用温度下对粘弹性进行测量。采用以下设定进行实验以2°C/分钟的速度将温度从40°C 下降至-10°C，并且在IHz的频率和1000 μ m的间隙下、受控位移为1 X 10_4rad的情况下进 行振动实验。在20°C的铺设温度下，复数粘度[η*]为1. 5X IO5Pa · s在20°C的铺设温度下，储能模量G，为3. OX IO6Pa在20°C的铺设温度下，损耗模量G”为8. OX IO6Pa使用具有直径25mm的一次性铝板的TA Instruments AR2000流变仪，对固化周期 (cure cycle)期间的树脂流动粘度进行测量。该实验以下面的设定进行以2°C /分钟的速度将温度从30°C升高至130°C，剪切应力3. 259Pa,间隙1000 μ m。109°C时达到最小粘度3. 15Pa · S。在选择的停留温度(dwell temperature)下，80°C时的粘度为201 · s，从而产生 层间流动并控制放热曲线。每层具有aiiXO. 5m的尺寸。将十六层每种材料彼此层叠铺设到玻璃纤维复合材 料模具上。沿着面板的周边，用防水胶带将两个an边缘和一个0. 5m边缘密封，从而使得其 只从一个边缘“呼吸”。用剥离层条带在未密封边缘处将其与真空源连接。将未打孔的隔离 膜(release film)施用于层叠件的顶部以防止贯穿厚度的空气连通。采用透气织物和真 空袋以在整个材料上实现均勻的真空固结。一旦密封，在下述固化周期之前在室温下施加 30分钟的完全真空状态以0. 5°C /分钟的速度上升至80°C;然后在80°C下保持4个小时；然后以1°C /分 钟的速度上升至110°C ；然后在110°C下保持2个小时。从中间部分获取所得预浸料坯的横截面，并以2. 5X的物镜放大倍数用Olympus BX51光学显微镜拍摄图像，并且在最高空隙区域处用JVCKY-F70B数码相机拍摄图像。在图 6中显示出所得到的杆的最差质量。可以看出，不存在层间空隙，只存在少量在制造期间由预浸料坯的不完全浸渍引 起的层间空隙。为得到空隙含量，可利用Mruers Scentis图像分析软件通过采用对比度 阈值和手动验证的方式突出显示空隙，并用本领域内已知的面积法计算空隙面积，以此来 确定空隙水平。拍摄出三张图像。所得到的空隙含量值为1.7%，2. 和2.8%，从而得 出平均空隙水平为2.2%。但是，通过采用更慢的固化周期以增加浸渍时间段从而实现更完全的浸渍，可以 容易得到更低的空隙含量。主要结果在于消除了层间空隙。比较例1在本比较例1中，采用完全浸渍的预浸料坯制造出具有相同尺寸的类似的杆，所 述预浸料坯具有相同纤维和树脂含量，但具有劲度和粘度较低的Gurit WE91-1环氧树脂 (可从申请人处商购得到)。Gurit WE91-1环氧树脂具有损耗模量和储能模量以及复数粘 度等性能，上述性能总结于下面的表2中(见比较例6)。具体而言，Gurit WE91-1树脂包含具有以下性能的环氧树脂使用差示扫描量热仪(Mettler Toledo DSC821E)，测量热反应活性作为特征。所 采用的程序为以10°c /分钟的速度从25°C升高至250°C，然后冷却至25°C，并再升高至 150°C。表1树脂的热性质
权利要求
1.一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，所述预浸料坯包括由基体树脂材料完 全浸渍的纤维增强物层，其中至少所述树脂材料的表面在室温下具有粘度和粘着性，并且 每个预浸料坯在室温下具有劲度，从而当两个所述预浸料坯在室温下通过相邻树脂材料表 面排列成其垂直层叠件时，所述相邻树脂材料表面不粘合并且在它们之间形成连续空气通道。
2.如权利要求1所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯的相对的主表面具有由其中的多 条沟槽提供的表面粗糙度。
3.如权利要求2所述的预浸料坯，其中所述沟槽被压印到所述树脂表面中。
4.如权利要求1-3中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有3X IO5Pa至1 X IO8Pa的储能模量G，禾口 2 X IO6Pa至1 X IO8Pa的损耗模量G”。
5.如权利要求4所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有IXlO6Pa至 IX IO7Pa的储能模量G，。
6.如权利要求5所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有2X106 至4X IO6Pa的储能模量G，。
7.如权利要求4-6中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有5X IO6Pa至1 X IO7Pa的损耗模量G”。
8.如权利要求7所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有7X106 至 9 X IO6Pa的损耗模量G”
9.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有 5 X IO5Pa · s 至 IXlO7Pa · s 的复数粘度。
10.如权利要求9所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有7.5 X IO5Pa · s 至5X IO6Pa · s的复数粘度。
11.如权利要求10所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有IXlO6Pa· s 至2X IO6Pa · s的复数粘度。
12.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在80°C 下具有5-30Pa · s的粘度。
13.如权利要求12所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在80°C下具有 10-25Pa · s 的粘度。
14.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在复数 模量G*和储能模量G’之间具有相位角δ，并且所述相位角δ的值在10-25°C的温度范围 中增加至少25°。
15.如权利要求14所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相 位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加25-70°的值。
16.如权利要求15所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相 位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加35-65°的值。
17.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在复数 模量G*和储能模量G’之间具有相位角δ，在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相位 角δ的值在12. 5-25°C的范围内的至少一个温度值处不超过70°
18.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中所述基体树脂材料为完全浸渍的预浸料坯中唯一的树脂。
19.如权利要求1-17中任一项所述的预浸料坯，其中所述完全浸渍的预浸料坯包括两 个或多个树脂层的夹层结构，所述夹层结构包括至少一个第一树脂的最外层，其提供所述 树脂材料的表面；以及相邻的第二树脂的层，所述第二树脂具有低于所述第一树脂的粘度。
20.如权利要求19所述的预浸料坯，其中所述夹层结构包括至少两个相对的所述第 一树脂的最外层；以及所述第二树脂中心层，所述第二树脂具有低于所述第一树脂的粘度。
21.如权利要求19或20所述的预浸料坯，其中所述第二树脂具有1X IO3Pa至小于3X IO5Pa的储能模量G’和/或1 X IO4Pa至小于2 X 106 的损耗模量G”。
22.如权利要求19-21中任一项所述的预浸料坯，其中所述第二树脂具有IXlO3Pa· s 至小于5 X 105 · s的复数粘度。
23.如权利要求19-22中任一项所述的预浸料坯，其中所述第二树脂在复数模量G*和 储能模量G’之间具有相位角δ，所述相位角δ在10-25°C的温度范围中高于70°。
24.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中所述树脂材料为环氧树脂。
25.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯在其纵向上是细长 的，并且所述纤维增强物沿着所述预浸料坯的纵向为单向的。
26.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中在所述预浸料坯的相对的主表面 内压印有沟槽阵列。
27.如权利要求17所述的预浸料坯，所述预浸料坯进一步包括对所述预浸料坯的每个 相对的主表面进行覆盖的衬板，其中与相邻树脂表面接触的衬板表面向外具有压纹，并且 所述具有压纹的表面被压到所述树脂表面中以形成所述沟槽阵列。
28.如前面权利要求中任一项所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯是细长的，并且用来 形成纤维增强复合材料的细长结构件。
29.一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，所述预浸料坯包括由基体树脂材料 完全浸渍的纤维增强物层，其中至少所述树脂材料的表面具有3 X IO5Pa至1 X IO8Pa的储能 模量G，禾口 2 X IO6Pa至1 X IO8Pa的损耗模量G”。
30.如权利要求四所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有IX106! 至 IX IO7Pa的储能模量G，。
31.如权利要求30所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有2XIO6Pa至4X IO6Pa的储能模量G，。
32.如权利要求四-31中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有5X IO6Pa至1 X IO7Pa的损耗模量G”。
33.如权利要求32所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有7X IO6Pa至 9 X IO6Pa的损耗模量G”。
34.如权利要求四-33中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有 5 X IO5Pa · s 至 IXlO7Pa · s 的复数粘度。
35.如权利要求34所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有7.5X IO5Pa-s 至5X IO6Pa · s的复数粘度。
36.如权利要求35所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有IXIO6Pa · s 至2X IO6Pa · s的复数粘度。
37.如权利要求四-36中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在 80°C下具有5-30 · s的粘度。
38.如权利要求37所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在80°C下具有 10-25Pa · s 的粘度。
39.如权利要求四-38中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在复 数模量G*和储能模量G’之间具有相位角δ，并且所述相位角δ的值在10-25°C的温度范 围中增加至少25°。
40.如权利要求39所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相 位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加25-70°的值。
41.如权利要求40所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相 位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加35-65°的值。
42.如权利要求四-41中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在复 数模量G*和储能模量G’之间具有相位角δ，并且在复数模量G*和储能模量G’之间的所 述相位角δ的值在12. 5_25°C的范围内的至少一个温度值处不超过70°。
43.如权利要求四-42中任一项所述的预浸料坯，其中所述基体树脂材料为完全浸渍 的预浸料坯中唯一的树脂。
44.如权利要求四-42中任一项所述的预浸料坯，其中所述完全浸渍的预浸料坯包括 两个或多个树脂层的夹层结构，所述夹层结构包括至少一个第一树脂的最外层，其提供所 述树脂材料的表面；以及相邻的第二树脂的层，所述第二树脂具有低于所述第一树脂的粘 度。
45.如权利要求44所述的预浸料坯，其中所述夹层结构包括至少两个相对的所述第 一树脂的最外层；以及所述第二树脂中心层，所述第二树脂具有低于所述第一树脂的粘度。
46.如权利要求44或45所述的预浸料坯，其中所述第二树脂具有1X IO3Pa至小于 3 X IO5Pa的储能模量G’和/或1 X IO4Pa至小于2 X 106 的损耗模量G”。
47.如权利要求44-46中任一项所述的预浸料坯，其中所述第二树脂具有IXlO3Pa· s 至小于5 X 105 · s的复数粘度。
48.如权利要求44-47中任一项所述的预浸料坯，其中所述第二树脂在复数模量G*和 储能模量G’之间具有相位角δ，所述相位角δ在10-25°C的温度范围中高于70°。
49.如权利要求四-48中任一项所述的预浸料坯，其中所述树脂材料为环氧树脂。
50.如权利要求四-49中任一项所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯在其纵向上是细 长的，并且所述纤维增强物沿着所述预浸料坯的纵向为单向的。
51.如权利要求四-49中任一项所述的预浸料坯，其中在所述预浸料坯的相对的主表 面内压印有沟槽阵列。
52.如权利要求51所述的预浸料坯，所述预浸料坯进一步包括对预浸料坯的每个相对 的主表面进行覆盖的衬板，其中与相邻树脂表面接触的衬板表面向外具有压纹，并且所述 具有压纹的表面被压到所述树脂表面中以形成所述沟槽阵列。
53.如权利要求四-52中任一项所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯是细长的，并且用 来形成纤维增强复合材料的细长结构件。
54.一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，所述预浸料坯包括由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层，其中至少所述树脂材料的表面在复数模量G*和储能模量G’之 间具有相位角I并且所述相位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加至少25°。
55.如权利要求M所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相 位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加25-70°的值。
56.如权利要求55所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之间的所述相 位角δ的值在10-25°C的温度范围中增加35-65°的值。
57.如权利要求M-56中任一项所述的预浸料坯，其中在复数模量G*和储能模量G’之 间的所述相位角S的值在12. 5-25°C范围内的至少一个温度值处不超过70°。
58.如权利要求M-57中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有2X IO5Pa至1 X IO7Pa的储能模量G，和7. 5 X IO5Pa至1 X IO7Pa损耗模量G”。
59.如权利要求M-58中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面具有 1 X IO5Pa · s 至 1 X IO7Pa · s 的复数粘度。
60.如权利要求M-59中任一项所述的预浸料坯，其中至少所述树脂材料的表面在 80°C下具有5-30 · s的粘度。
61.如权利要求M-60中任一项所述的预浸料坯，其中所述基体树脂材料为完全浸渍 的预浸料坯中唯一的树脂。
62.如权利要求M-60中任一项所述的预浸料坯，其中所述完全浸渍的预浸料坯包括 两个或多个树脂层的夹层结构，所述夹层结构包括至少一个第一树脂的最外层，其提供所 述树脂材料的表面；以及相邻的第二树脂的层，所述第二树脂具有低于所述第一树脂的粘 度。
63.如权利要求62所述的预浸料坯，其中所述夹层结构包括至少两个相对的所述第 一树脂的最外层；以及所述第二树脂中心层，所述第二树脂具有低于所述第一树脂的粘度。
64.如权利要求62或63所述的预浸料坯，其中所述第二树脂具有1X IO3Pa至小于3X IO5Pa的储能模量G’和/或1 X IO4Pa至小于2 X 106 的损耗模量G”。
65.如权利要求62-64中任一项所述的预浸料坯，其中所述第二树脂具有IXIO3Pa · s 至小于5 X 105 · s的复数粘度。
66.如权利要求62-65中任一项所述的预浸料坯，其中所述第二树脂在复数模量G*和 储能模量G’之间具有相位角δ，所述相位角δ在10-25°C的温度范围中高于70°。
67.如权利要求M-66中任一项所述的预浸料坯，其中所述树脂材料为环氧树脂。
68.如权利要求M-67中任一项所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯在其纵向上是细 长的，并且所述纤维增强物沿着所述预浸料坯的纵向为单向的。
69.如权利要求M-68中任一项所述的预浸料坯，其中在所述预浸料坯的相对的主表 面内压印有沟槽阵列。
70.如权利要求69所述的预浸料坯，所述预浸料坯进一步包括对预浸料坯每个相对的 主表面进行覆盖的衬板，其中与相邻树脂表面接触的衬板表面向外具有压纹，并且所述具 有压纹的表面被压到所述树脂表面中以形成所述沟槽阵列。
71.如权利要求M-70中任一项所述的预浸料坯，其中所述预浸料坯是细长的，并且用 来形成纤维增强复合材料的细长结构件。
72.—种制造纤维增强复合材料细长结构件的方法，该方法包括以下步骤(a)提供多个权利要求1-71中任一项所述的预浸料坯；(b)将所述多个预浸料坯组装成细长层叠件；(c)对所述层叠件施以真空以使得所述层叠件固结，并且从所述层叠件的相邻预浸料 坯之间去除空气；以及(d)使得所述基体树脂材料固化以形成所述细长结构件。
73.如权利要求1-71中任一项所述的预浸料坯在制造纤维增强复合材料细长结构件、 尤其是杆或梁方面的用途。
全文摘要
一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，所述预浸料坯包括由基体树脂材料完全浸渍的纤维增强物层，其中至少所述树脂材料的表面在室温下具有粘度和粘着性，并且每个预浸料坯在室温下具有劲度，从而当两个所述预浸料坯在室温下通过相邻树脂材料表面排列成垂直层叠件时，所述相邻树脂材料表面不粘合并且在它们之间形成连续空气通道。
文档编号C08J5/24GK102066469SQ200980119823
公开日2011年5月18日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者丹尼尔·托马斯·琼斯, 保罗·约翰·斯潘塞, 尼古拉斯·邓肯·帕廷顿 申请人:古瑞特(英国)有限公司