模制材料的改善或有关模制材料的改善的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纤维增强材料和包含这种纤维增强材料的模制材料。
【背景技术】
[0002] 常规地，复合材料中所用的纤维材料可以为丝束或机织物或非织造布，将根据复 合材料结构的最终用途和所需性质进行选择。本发明特别涉及系统，其中增强纤维由多轴 纤维增强层组成，多轴纤维增强层含有多层复丝丝束，复丝丝束配置基本平行的丝束，每根 丝束包含多种多样的单独的基本平行单丝。可以使用的纤维材料实例包括玻璃纤维、碳纤 维和芳族聚酰胺。
[0003] 包含纤维材料和热固性树脂的混合物的模制材料有时称为预浸料，其可通过用液 体形式的树脂浸渍纤维材料来制备。一些树脂在环境温度为液体，因此可在环境温度实现 浸渍。但是，通常优选加热树脂降低其粘度来协助浸渍。其它树脂在环境温度为半固体或固 体，将其熔融使得能够用液体树脂浸渍纤维材料。
[0004] 浸渍纤维材料可以通过以下实现:例如，借助于支持层穿过液体树脂浴使树脂沉 积于支持层上，并且将树脂借助于刮刀涂布在支持层上。然后可以使载有树脂的支持层表 面与纤维材料接触，并且将其压入纤维层中，实现用树脂浸渍纤维层。或者，可以使树脂移 动膜与移动支持层接触，然后使其与纤维层在成对加热的乳辊中接触。在大多数的前述施 用时，优选在纤维层的每一侧上使用两层树脂，制成夹层结构，向夹层结构施加压力，以使 树脂流入纤维层中充分浸渍纤维层以形成常规预浸料，使得纤维层主要包含充分包埋在树 脂中的纤维，纤维层中不保留空气。这些预浸料具有在预浸料中的树脂含量为预浸料的25 至45wt%。在高度受压组件中，由预浸料模制材料形成层合体的空隙率显著地影响性能，因 为各空隙都是降低机械性质的潜在缺陷点。因为该原因，预浸料的客户需要预浸料，其产生 可再生的空隙率低，但同时具有良好的加工性质。
[0005] 在制备预浸料模制材料期间，和在成型模塑的多层叠层内多个预浸料层成型的铺 叠期间，可捕获空气。
[0006] 也倾向于在预浸料层之间捕获空气，这是由于预浸料层的粘性表面。已经习惯于 在真空下(通常在真空袋或高压釜内）进行预浸料铺叠，从层合体叠层中除去空气。通常，已 经不可能从常规预浸料中完全除去所捕获的层间空气和层内空气(单层预浸料内的空气）， 以制备在层合体的长度和宽度上的性质都均匀的层合体。
【发明内容】
[0007] 本发明旨在克服或至少减轻上述问题和/或通常提供改善之处。
[0008] 根据本发明，其提供本发明定义的增强材料和模制材料。
[0009] 在本发明的第一实施方式中，提供多轴纤维增强材料，其包含至少一个第一层，所 述至少一个第一层包含沿着基本为0度的方向的单向纤维束，和至少一个另外层，所述至少 一个另外层包含沿着基本偏离〇度直至+/-90度的方向的单向纤维束，其中所述材料进一步 包含用于将所述层彼此固定的机构，所述固定机构形成在横穿各层的方向提供排气的排气 结构。
[0010] 一方面，纤维增强材料可以用于树脂传递模塑(RTM)工艺。在本发明的另一方面， 可以将纤维增强材料用树脂浸渍到所需要的程度，并且可以形成模制材料或预浸料。
[0011] 施用固定机构之前，可以将第一层和另外层用树脂浸渍。
[0012] 另外层中的丝束可以配置的角度为5至170度、10至160度、20至170度、30至150度、 45至135度、80至100度、90度和/或上述值和范围的组合。
[0013] 在另一个实施方式中，提供模制材料，其包含至少一个纤维增强层，所述至少一个 纤维增强层包含多轴增强材料，其中模制材料包含树脂基体，所述树脂基体的重量占所述 模制材料重量的32至48%。
[0014] 在一个进一步的实施方式中，提供由多轴增强材料制备复合材料制品的方法，和 多轴增强材料在通过使固化复合材料部件的空隙率降低至小于4%、优选小于3%、更优选 小于2%来改善固化复合材料部件的树脂含量的用途。
[0015] 针迹(stitching)类型和密度对织物的性能和加工至关重要。针迹花样(经纱、经 平组织、改良的经平组织，等等）、周数（frequency)(辊向或0°轴的每英寸横列数）和隔距 (辊宽度上的针迹行数)都影响增强材料的性能。针迹确保丝束取向，也相互固定各层。针迹 也可以使丝束相互间隔开和/或提供排气路径。
[0016] 在一个优选的实施方式中，提供多轴纤维增强材料，其包含一个第一层，所述第一 层包含沿着基本为〇度的方向的单向纤维束，和两个层，所述两个层分别沿着+45和-45度方 向各自具有单向纤维束，每一层内的丝束重量为200至800g/m 2,优选为300至610g/m2,其中 所述材料进一步包含PES或聚酯线形式的固定机构，所述PES或聚酯线的重量为50至 80dtex，优选为70至80dtex或160至170dtex，固定机构以经平组织针迹（tricot stitching)的方式施用，所述经平组织针迹的密度为至少2针迹/cm 2,优选3或4或5或6或7 或8针迹/cm2。通过选择所述密度，我们发现，丝束通过针迹相互间隔开。当所述材料用树脂 浸渍时，针迹和/或间隔的丝束允许在固化期间排放所捕获的空气和其它气体。这导致固化 的预浸料铺叠层的空隙率降低（当用相同树脂浸渍和在相同条件下固化时，与由没有针迹 的单独单向层制备固化的预浸料铺叠层(其空隙率值为4至6%)相对比，其空隙率值降至为 0.1 至 3%)〇
[0017] 本发明涉及模制材料或结构体，其可成型制备空隙数减少的层合体。另外，本发明 涉及工艺，其中液体可固化树脂施用至纤维材料层，从而以减少由模制材料制备的最终模 制品内的空隙存在的方式提供模制材料。本发明特别用于这样的应用，在该应用中最终层 合体由多个包含纤维和热固性树脂的层的叠层(例如含有至少20个这样的层的叠层)得到。 本发明旨在使由于预浸料内所捕获的空气以及层叠的预浸料之间所捕获的空气产生的空 隙的存在最小化。
[0018] 在一个实施方式中，提供包含纤维增强层和可固化液体树脂的模制材料或结构 体，其中纤维增强材料包含多根丝束，每根丝束包含多根单丝，其中在纤维增强丝束之间的 间隙之间至少部分提供树脂，在丝束的至少内部提供排气路径。丝束内部至少部分不含树 月旨，提供在模制材料或结构体加工期间允许除去空气的排气路径。
[0019] 在本发明的另一方面，模制材料或结构体包含提供排气路径的纤维增强材料丝 束。丝束为增强纤维结构，因此实际上将其用作多种目的:一方面，丝束提供排气路径，另一 方面，丝束提供结构增强。这具有重大优势，没有在模制材料中增加或包括任何材料，单独 提供排气功能。
[0020]未固化模制材料或结构体的树脂和纤维含量根据模制材料或结构体的ISO 11667 (方法A)确定，所述模制材料或结构体含有纤维材料，所述纤维材料不包含单向碳。含有单 向碳纤维材料的未固化模制材料或结构体的树脂和纤维含量根据DIN EN 2559A(编码A)确 定。含有碳纤维材料的固化的模制材料或结构体的树脂和纤维含量根据DIN EN 2564A确 定。
[0021]预浸料模制材料或结构体的纤维和树脂体积％可由纤维和树脂的重量％除以树 脂和碳纤维的各自密度确定。
[0022] 用树脂浸渍的丝束或纤维材料的浸渍％借助于吸水试验测量。
[0023] 水吸收测试如下进行:将六条预浸料切割成尺寸100(+/-2)_ x 100(+/-2)_。除 去所有的衬背片材料。对样品称重，精确到〇. 〇〇lg(Wl)。使各条位于PTFE背衬铝板之间，使 15mm的预浸料条从PTFE背衬片材的组合件的一端突出并由此预浸料的纤维定向沿着突出 部分延伸。将夹具置于相反端，5mm的突出部分浸没在温度为23°C的水中，50 %+/-35 %的相 对空气湿度，环境温度为23°(：。5分钟的浸润后，从水中移出样品，并通过吸水纸除去所有外 部的水。然后再次称重样品W2。然后通过平均六个样品的测量重量如下计算水吸收的百分 比WPU( % ) :WPU( % ) = [ (〈W2>-〈Wl>)/〈Wl>)xlO(LWPU( % )表示树脂浸渍度(DRI)。
[0024]通常，本发明未固化预浸料的树脂重量含量值为以下范围：预浸料的15至70wt%、 预浸料的18至68wt%、预浸料的20至65wt%、预浸料的25至60wt%、预浸料的25至55wt%、 预浸料的25至50wt%、预浸料的25至45wt%、预浸料的25至40wt%、预浸料的25至35wt%、 预浸料的25至30wt%、预浸料的30至55wt%、预浸料的35至50wt%和/或上述范围的组合。 [0025] 本发明未固化预浸料模制材料和丝束的吸水值可以为1至90%、5至85%、10至 80%、15至75%、15至70%、15至60%、15至50%、15至40%、15至35%、15至30%、20至30%、 25至30%和/或上述范围的组合。在一个进一步的实施方式中，本发明提供如下工艺，其中 将完全用液体树脂浸渍的单向纤维丝束层叠置在干的未浸渍的单向纤维丝束层上，加固该 结构，使得树脂渗透进未浸渍的丝束之间的空间，但保留丝束内的单丝之间的空间至少部 分未浸渍。可以将支持平幅或稀纱布设置在结构体的一侧或两侧上，优选在加固之前。
[0026] 术语预浸料或半预浸料在本申请中用于描述其中纤