专利名称：由一批间隔的纱线/幅片构成的新型中间增强材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于构造复合部件的增强材料的技术领域。更确切地，本发明涉及由一批单向纤维条带构成的新型中间材料，用于随后通过注射或灌注热固性树脂、热塑性树脂或两者的混合物来制造复合部件；这种中间材料的制造方法；由这种中间材料制造复合部件的方法以及所得到的复合部件。
背景技术：
可例如通过所谓的“直接法”或者“液体复合材料模制法LCM”来制造复合部件或制品，所述复合部件或制品一方面包括一个或多个增强件或者纤维带，另一方面包括主要由热固性(树脂)材料构成的并且可包括热塑性材料的基质。直接法由以下事实定义，使用一种或多种处于“干”状态(即，没有最终基质)的纤维增强件；单独地使用树脂或基质，例如通过注射到包含纤维增强件的模具中(树脂传递成型法RTM)，通过将树脂或基质灌注穿过纤维增强件的厚度(液体树脂灌注法LRI，或树脂膜灌注法RFI)，或通过辊或刷手动地将树脂或基质涂覆/浸溃于纤维增强件的单元层的每一层上，连续应用上述步骤以形成复合部件或制品。对于RTM、LRI或RFI方法，通常应当首先制造计划完成的制品的形状的纤维坯体，然后应当用树脂浸溃该坯体。在一定温度下通过压差注射或灌注树脂，当坯体中包含全部必须量的树脂之后，将整个坯体加热至较高温度，以完成聚合/成网循环，并导致固化。用于机动车、航空或航海工业中的复合部件尤其受到非常严格的要求，特别是在机械性能方面。部件的机械性能主要与纤维体积率(TVF)参数有关。在这些部分中，大量的坯体基于强化材料制成，所述强化材料主要是碳纤维，特别是单向类型的碳纤维。理论上，有可能通过假设六边形或正方形两种类型的布置来计算包含在单向带中的最大纤维体积率。分别假设六边形类型的布置和正方形类型的布置，获得的最大TVF分别为 90.7%和 78.5% (An Introduction to Composite Materials,D.Hull,T.W.Clyne,第二版，Cambridge Solid State Science Series, 1996)。但事实上，复合部件似乎难以获得大于70%的纤维体积率。实际上，专家通常承认，约60%的纤维体积率(TVF)对于制造符合要求的复合部件，尤其是具有良好的再现性的复合部件而言是标准的。(S.T.Peters, " Introduction, composite basics and road map" , in Handbook ofComposites, Chapman&Hall, 1998,第 1-20 页 and in particular 第 8 页)。随后在该部件生产期间，特别是通过注射或灌注而与单向增强带结合的树脂可以是热固性树脂，例如环氧类型的热固性树脂。为了完全流过包括不同碳纤维层层叠的坯体，所述树脂通常是高度流动性的，例如在注射/灌注温度下具有约50至200mPa.s.的粘度。这种类型的树脂的主要缺点是其在聚合/成网之后的脆性，这会导致生产的复合部件的耐冲击性较低。为了解决所述问题，现有技术的文件中提出了单向碳纤维层与热塑性纤维无纺布(veil)的结合。专利申请或专利 EP1125728、US628016、W02007/015706，W02006/121961 和US6503856中特别描述了这些解决方案。添加这种无纺布改善了冲击后压缩(CAI)试验中的机械性能，该试验普遍用于表征该结构的抗冲击性。在现有专利申请W02010/046609和W02010/061114中，申请人还提出了包括单向纤维带(尤其是碳带)的特殊的中间材料及其制备工艺，所述单向纤维带在其表面的每一个上通过粘合与热塑性纤维无纺布(veil)(也称为非织物(non-woven))结合。对于一些应用，尤其对于制造显著厚度的部件，单向带确保总覆盖率，该类型中间材料的局限之一是其对树脂的较低的横向渗透率，所述树脂将被注射或灌注来构成最终部件。在此背景下，专利申请W02010/046609提出了解决方案，包括制造延伸到材料中的孔以及允许所述材料具有给定的开孔因子(opening factor)。该方案在实际中可用于宽度大于约20mm,优选大于50mm的带上,但是难以在宽度较小的线/带的情况下实施。3.17mm或6.35mm的宽度用于例如自动放置在现有机器上，并且由此特别令人感兴趣。
发明内容
本发明之目的是消除和/或限制上述问题，和/或大体上做出改进。此外，本发明目的之一是提出一种新型的中间产品，该新型产品适合于生产基于热固性或热塑性树脂的复合部件，特别是通过注射或灌注树脂来生产具有合格的渗透率的，并允许树脂的最小扩散时间的复合部件，即使在设计例如超过20_的显著厚度的部件的情况下。本发明的另一个目的是在满足上述要求的同时，提出一种易于制造并适合于自动化加工的中间产品。本发明的另一个目的是还提出一种中间产品，该产品可在适合于优选的最终复合部件的模具上直接制造成形，并且是以坯体的形式。在这一背景下，本发明涉及如在权利要求中限定的中间材料、方法和复合部件。特别地，根据本发明的中间材料包括一批独立的条带，或甚至仅由一批独立的条带构成，每个条带由闭合的单向增强纤维带组成，所述闭合的单向增强纤维带在其每个表面上与热塑性纤维无纺布结合，所述单向纤维带和所述热塑性纤维无纺布之间的联结通过粘合、尤其通过至少部分灌注热塑性纤维得以确保，其特征在于，所述条带并排布置于相继的层中，尤其布置于至少四个层中，使得两个相继的层的条带在没有交织的情况下交叉或不交叉地叠置，条带和与其叠置的条带之间的联结通过粘合，尤其通过至少部分灌注热塑性纤维得以确保；在每一层中，所述条带布置成至少在其长度的主要部分上彼此大体平行，同时彼此独立且间隔；至少两个所述层中的条带沿两个不同方向延伸。根据本发明的材料的各种其它特征在权利要求中详述。设计本发明的材料是为了通过直接法制造复合部件。此外，在每个搭并条带(veiled ribbon)中，非织物的质量占每个条带总质量的0.1 %至10%,优选占3%至10%。本发明的另一个目的是提出一种根据本发明的中间增强材料或坯体的制造方法，包括以下步骤:a)具有至少一个独立条带，所述独立条带由闭合的单项增强纤维带组成，所述闭合的单项增强纤维带在其每个表面上与热塑性纤维无纺布结合，所述单向纤维带与所述无纺布之间的联结通过至少部分灌注热塑性纤维得以确保；b)将这样的条带并排地布置在相继的层中，尤其布置在至少四个层中，使得两个相继的层的条带在没有交织的情况下交叉或不交叉地叠置，并且使得在每个层中，所述条带布置成至少在它们长度的主要部分上彼此大体平行，同时彼此独立且间隔，并且至少两个层的条带在两个不同方向上延伸；c)通过至少部分灌注热塑性纤维确保所述条带和与其叠置的条带之间的联结。本发明的另一个目的是复合部件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:a)具有根据本发明的至少一个中间增强材料或坯体；b)可选地如前述权利要求中任一项所述的不同的材料层叠，并可选地以坯体的形式结合所述材料；c)通过灌注或注射来添加热固性和/或热塑性树脂；d)在一定温度和压力下使所述热固性和/或热塑性树脂循环，然后经由聚合/成网使所述坯体部件硬化，然后使所述坯体冷却。根据本发明的方法的特定实施例，在低于大气压的压力下，尤其在低于I巴的压力下，例如在0.1至I巴之间的压力下通过灌注来添加热固性树脂。根据本发明的另一方面，本发明涉及可根据所述方法而获得的复合部件，所述复合部件其尤其具有50 %至63%，优选53 %至60 %的纤维体积率(TVF)。根据另一个实施例，本发明提供一种模制材料，包括多个叠层，每个所述叠层包括取向和间隔开的增强材料的条带，所述条带在一叠层中的取向不同于条带在相邻叠层中的取向，每个所述条带都包括纤维增强材料。模制材料还可包括用于维持所述条带的取向的联结材料。所述联结材料可包括纤维热塑性材料。
参考附图，各种其它特征从下面的说明中显现。图1、2A和2B示意性地示出本发明的中间材料可呈现的不同构造。图2A是位于突出区域的条带层的部分透视图；图2B是相应的部分俯视图。图3A和3B是示意性截面图，示出了根据本发明中间材料中的以相同方向取向的相继的层中的条带的安置。图4和5分别是在本发明范围内使用的条带的示意性部分分解透视图和截面透视图，其中，单向带与两个非织物结合。图6是可用于制造复合部件的装置的示意图。图7示出当在真空下通过灌注方法使用图3A和3B所示出的构造时，树脂填充率的变化。图8示出本发明的材料和比较材料的作为TVF函数的横向渗透率的变化。
具体实施例方式本发明提出通过安置条带而制成的材料，至少这些条带的一些或优选全部是所谓的搭并条带(veiled ribbon)。在本发明范围内，在构成条带的单向丝线或细丝用于构成本发明的中间材料之前，它们在每个表面上与非织物(也称无纺布)结合。此外，在本发明的材料中，每个搭并条带由在其整个长度上与两个非织物结合的单向增强纤维的带构成。如图1所示，在本发明范围内，不同的条带100,101...200,201...300,301...并排平坦地安置在相继层10、20、30...中，同时在每一层中以距离el、e2、e3...彼此间隔开。如图1所示，第一系列条带10 (也称层或叠层)安置于平面上，或者以图2A和2B所示的形式安置。然后，并排且间隔开的条带的第二系列20在例如与第一系列10不同的方位上平坦地放置或成形。下一步骤是，类比常规的单向材料，根据厚度和优选的方位而层叠在每一系列中彼此平行的条带的不同系列，优选地为至少四个系列。条带的所有层可具有不同的方向，或者仅它们中的一些可具有不同的方向，而其它可具有相同的方向。优选的方位最通常在与待制造部件的主轴成0°、+45°或-45° (也对应于+135° )和+90°角度的方向上取向。部件的主轴通常是部件的最大轴，0°与该轴一致。例如，可通过选择叠层的方位而制造半-各向同性或对称的层叠体，或者取向的层叠体。以半-各向同性层叠体为例，存在根据45° /0° /135° /90°或90° /135° /O° /45°角度的层叠体。以对称的层叠体为例，存在根据0° /90° /O°或45° /135° /45°角度的层叠体。在每个系列中，除了例如位于突出区域II中的条带,条带彼此大体平行地延伸,在该突出区域,额外的小块条带ml、m2...可定位在带子100、101...之间，产生非平行区域，如图2A和2B所示。这些小块条带相对于丝线的优选方向引入，而补偿由于突出引起的长度差别。仅在极端情况下才进行条带节段的插入。当这可能时，位于弯曲区域中的两个带子或带系列之间会产生这样的间隙，该间隙与同一部件的平面区域上呈现的带间间隙稍微不同。结果，在每一层或叠层中，除了在弯曲或突出区域，条带在它们整个长度范围内彼此平行定位，在弯曲或突出区域，特别地，由于两个相邻条带所行进的距离的差别而引起非平行性。相对于其中单向带确保总覆盖率的材料，同一系列的两个相邻条带之间间隙的存在增加了根据本发明中间材料的平面渗透(即，平行于纤维带)和垂向渗透(即，横穿丝带)。特别地，在本发明范围内，可以获得处于饱和状态的10_14m2和2.1O-1V的横向渗透率。然而，为了获得这样的渗透率，两个相继层的条带必须安置成使得一个层的条带完全覆盖另一个层的条带之间的间隙。在以下情况中尤为如此:-当不存在其中条带沿相同方向延伸的相继层时；-或者当存在其中条带沿相同方向取向的相继层40和50，但是其中沿相同方向取向的条带的层的条带完全或近似完全叠置，如图3A所示。实际上，层40的条带400和401与层50的条带500、501叠置。两个相继层中相同取向的条带决不能相对于其它条带偏移，因为所述偏移会导致下层或上层的条带完全覆盖条带间的间隙。实际上，在图3B所示的情况下，两个相继层的带子偏移半带宽，使得一个或另一个层的间隙与另一个层的带子一致，没有提高渗透率。照此，这样的材料易于设计，尤其对于制成模具形状的坯体，沉积最小宽度的带子比沉积较大宽度的片材料容易。作为优点，条带的每一层具有处于0.5%至9%范围内、优选地处于3%至6%范围内的开孔因子。该开孔因子是通过从其它层中抽出而单独取得的每一层的开孔因子。该开孔因子例如根据专利申请W02010/046609所述方法确定，可以参考该专利申请以获得更多细节。为了在单个叠层上确定开孔因子，可在透明真空材料(transparent vacuumtarpaulin)上进行安置，以与由相同材料的带子构成先前叠层的方式相同的方式进行粘合。这样的开孔因子产生有利程度的渗透率，其与使用传统缝合的多轴织物获得的渗透率相当或更优。例如，在平行条带的每一系列(也称层)中，两个相邻条带之间的条带宽度/间隙比在7至150范围内，优选在15至40范围内。最通常，在每一层中，或甚至在条带的所有层中，所有条带具有基本相同的宽度，两个相邻条带之间的间隙(如图1、3A和3B所示的el、e2、e3、e4、e5...)也是基本相同的。此外，优选地，一层内位于平行区域中的两个相邻条带之间的间隙最大为0.4mm,以避免在设计最终部件期间产生树脂堆(resin piles),树脂堆尤其是在温热循环(hygrothermal cycle)之后产生微裂纹的源头。该间隙值对应于平行区域上的平均值。该间隙在例如0.1至0.4mm范围内，优选在0.2mm至0.4mm范围内。照此，在条带局部非平行的弯曲或突出区域(称为非平行区域)中，条带间隙有可能稍微较大。特别是与通过一个且同一个无纺布连接起来的单向纤维条带相比，同一系列或层的条带是单独且彼此独立的。同一系列的条带仅通过其它层的条带得以连接，所述层的条带交叉并确保批次(array)的联结。批次的联结通过一条带和与该条带叠置的一个或多个条带之间的联结得以确保，该联结通过粘合实现。为了确保批次的内聚力，至少两层条带具有不同的取向。该联结最通常通过至少部分熔化的包括无纺布的热塑性纤维来实现，并且随后冷却。根据本申请人的另一专利申请EP1469113中所述的方法类推，在平面或更复杂形状的支撑件上，可确保该熔化贯穿于每个搭并条带的安置过程，或者确保在一个或多个完整的叠层上(或仅在其表面部分上方)的热压缩步骤中的融化，例如在所要制造的部件的外部上，例如它们的外围。也可在要制成的形状的一部分上确保所述熔化是平的，特别地，叠层之间的熔化在热压缩期间在不需要在叠层之间移动的区域上进行，所述叠层的其余部分保持任意自由移动，通过仍未与下部叠层连接的叠层丝线的移动来使所有叠层成形。并不排除的是，无纺布由另外的聚合物粘结剂覆盖，尤其是诸如环氧类型的热固性粉末，该聚合物粘结剂将确保或有助于所述联结。优选地，条带的不同层之间不存在通过缝合和/或针织的联结。本发明的由单独和独立带制成的材料的其它优点，尤其在可塑性和易于在复杂形状的模具上设计坯体方面而得到，单独和独立带子由在每个表面上与非织造的热塑性纤维结合的单向增强纤维构成。实际上，直接使用带有非织物的条带提供了许多设计可能，非织物有助于最终部件的优选的机械性能。例如，通过将搭并条带安置于平的支撑件上或根据部件的优选形式成形的支撑件上，可直接获得本发明的材料。在设计最终部件期间，本发明的材料可直接制造成形，或者在一平面薄片中制造成形，该平面薄片在轻微加热之后接着在复杂形状的模具中被定位和被遮盖，由于热塑性纤维的熔化/冷却，该形状得以维持。在本发明的范围内，条带或带子指的是长度远大于其宽度的片材料。这样的条带可尤其具有3至25mm的宽度。搭并条带可由一个或多个丝线制成，丝线由一批细丝构成。具有较小宽度的薄纱条带甚至可在使用IK或3K根十分纤细的丝线的情况下获得。如图4所示，在本发明范围内使用的搭并条带I具有长度I和宽度L。这些搭并条带包括平行于条带的宽度延伸的一批细丝f (单个丝线I的情况)或一批丝线I (每个由一批细丝构成)。搭并条带具有大致矩形形状，并在其宽大表面Ia和Ib上与非织物(分别为2a和2b)结合，如图5所示。非织物，还可称为“无纺布”，一般指的是一簇随意安置的连续或短纤维。这些非织物或无纺布可例如通过技术人员熟知的“Meltblow”、“Spunlaid”或“Electrospinning”方法生产。特别地，构成非织物的纤维可具有处于0.5至70 μ m范围内、优选处于0.5至30 μ m范围内的平均直径。非织物可包括短纤维或优选地连续纤维。在短纤维的非织物的情况下，纤维可具有例如介于I和IOOmm之间的长度。使用具有随机和同向性覆盖率的非织物赋予每个搭并条带在所有方向上均匀的内聚力，这与例如使用间隔联结的丝线相反。对于每个搭并条带，非织物和单向带之间的联结已通过使用热塑性非织物的热粘合特性来加热，接着冷却而预先确保。通过示例，构成非织造材料的纤维有利地由热塑性材料构成，热塑性材料尤其选自:聚酰胺(PA，例如PA6，PA 12，PA 11，PA6，6，PA6，IO，PA6，12，...)、共聚酰胺(CoPA)、聚酰胺-嵌段醚或酯(例如，PEBAX, PEBA)、聚邻苯二甲酰亚胺(PPA)、聚脂(例如，聚对苯二甲酸乙醇酯-PET-、聚对苯二甲酸丁二醇酯-PBT-...)、共聚酯(CoPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚甲醛(POM)、C2-C8的聚烯烃(例如，聚丙烯-PP、高密度聚乙烯-HDPE、低密度聚乙烯-LDPE、低密度线性聚乙烯-LLDPE...)和/或低密度线性聚乙烯的共聚物、聚醚砜(PES)、聚砜(PSU)、聚苯砜(PPSU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚(苯硫醚)(PPS)或聚醚酰亚胺(PEI)、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物(LCP)、苯氧基材料(phenoxys)、诸如苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(SBM)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(MAM)之类的嵌段共聚物以及它们的混合物。非织造材料可包括相同类型的纤维，但是还可包括由这些热塑性材料构成的纤维的混合物。该物质当然适合于在接下来的复合部件制造期间用于构成该基质的不同类型的热固性或热塑性系统。用于构成本发明中间材料的每个搭并条带在其宽大表面上具有确保其内聚力的非织造热塑性纤维。特别地，作为非织造热塑性纤维，可以使用例如Protechnic(66，ruedes Fabriques,68702-CERNAY Cedex-France)或 Spunfab Ltd./Keuchel Associates,Inc.(175Muffin Lane Cuyahoga Falls, 0H44223, USA)公司出售的非织物。在本发明的范围内，“增强纤维的单向带”指的是这样的带，其唯一或准唯一地包括彼此平行放置的增强纤维。特别地，根据本发明的特定实施例，单向带不包括与增强纤维交织的纬线，以避免任何起伏。特别地，根据本发明的中间材料不包括机织部分、缝合部分和针织部分。在该单向带中，碳线优选地不与聚合物粘结剂结合，并因此描述为“干的”，即它们在与该热塑性无纺布给合之前，既不是浸溃的，也不是涂覆的，也不与任何聚合物粘结剂结合。然而，碳纤维最通常由标准质量纱线率(standard mass yarning rate)表征,该标准质量纱线率能够占它们重量的至多2%。单向带可包括一个或多个增强丝线。通过示例，增强丝线可由选自以下材料的材料制成:碳、玻璃、芳纶、硅石、玄武岩、陶瓷以及它们的混合物，或者用在复合材料领域的任何其它材料，其中，纤维可以是天然或合成的。然而，优选地是碳纤维。在每个条带内，细丝或增强纤维安置成确保在条带的整个表面上的准-完全覆盖，优选地确保完全覆盖。特别地，当搭并条带由几根丝线的单向带构成时，这些丝线以最小化或避免材料中的任何空隙(gap)或叠置(overlap)而边靠边地布置。该单向带和由此使用的搭并条带可描述为闭合的。丝线通常由一批细丝构成，在碳线的情况下，包括大致1000至80000根细丝，有利地包括大致12000至24000根细丝。在本发明范围内的特定优选方式中，使用IK至24K根碳线，例如3K、6K、12K或24Κ，优选为12和24Κ。构成的纤维优选地是连续的。搭并条带内存在的丝线具有大致平行六面体或椭圆截面，并描述为扁平丝线。这些丝线具有一定宽度和厚度。通过例子，3Κ和200teX纱线密度的扁平碳线通常具有I至3mm厚度，12K和446tex纱线密度的扁平碳线通常具有2至5mm的宽度，12K和800tex纱线密度的扁平丝线通常具有3至7mm的宽度，24K和1600tex纱线密度的扁平碳线通常具有5至12mm的宽度，24K和1046tex纱线密度的扁平碳线通常具有5至IOmm的宽度。具有3000至24000根细丝的扁平碳线因此最通常具有I至12_的宽度。对于一些实施例，搭并条带内存在的碳线具有介于60和3800tex之间的密度，优选地介于400和900tex之间。在丝线与无纺布结合以制成条带之前，可展开或不展开常规使用的和商用丝线。通过例子，条带内的碳单向带的厚度可从约90至270 μ m。碳线的例子是:高阻力(HR)丝线，其拉伸模量介于220和241GPa之间，其抗张强度介于3450和4830MPa之间；中间模量(頂)丝线，其拉伸模量介于290和297GPa之间，其抗张强度介于3450和6200MPa之间；以及高模量(HM)丝线，其拉伸模量介于345和448GPa之间，其抗张强度介于3450和5520MPa之间(根据“ASMHandbook”，ISBN0-87170-703-9, ASM International2001)。在说明书和示例中，比如上述搭并条带及将要提供的搭并条带的一些更特定示例在本发明的范围内使用，以制造中间材料，其意在与树脂基质结合用于随后生产尤其用于航空的复合部件。树脂基质本质上可以是热塑性或优选地是热固性，或者包括热固性和热塑性树脂的混合物。在本发明的中间材料中，这些搭并条带并排地布置，以在两个相邻条带之间留出间隙。彼此大体平行布置的每批条带称为一层。为了构造中间材料，不同层，最通常至少四层没有交织地叠置和可选地纵横交错(criss-crossed)。本发明的中间材料优选地并专有地包括由一系列增强丝线或细丝组成的搭并条带，增强丝线或细丝在与条带的长度平行的方向上延伸以形成单向带，单向带在其每个表面上与非织造热塑性纤维结合，由于这两个非织物的热塑性特征，它们确保所述搭并条带的内聚力。特别地，本发明的中间材料专有地由一批搭并条带构成，比如在本专利申请中更确切描述的条带。然而，并不排除的是，在本发明的中间材料中，这些搭并条带与其它条带结合，比如单个丝线或其它。实际上，这些搭并条带可例如仅用在多轴材料的一些方位中，其它方位的丝线是标准的，并不被遮盖，或者甚至专有地或不专有地由其它类型的干增强物构成，比如编织物、织物或缝合多轴物。专利申请W02010/046609和W02010/061114描述了特定类型的碳纤维搭并条带，可参考这两个专利申请以获得详细信息，这些搭并条带生产本发明的中间材料，中间材料随后尤其制造同时结合良好的机械性能和高纤维体积率、尤其结合航空领域的优选性能的复合部件。根据优选的实施例，制成本发明的中间材料的每个搭并条带由具有100至280g/m2表面质量的碳纤维单向带构成，该单向带在其每个表面上与热塑性纤维的非织物结合，所述非织物每个具有0.5至50微米的厚度，优选地具有3至35微米的厚度。根据特定实施例，每个搭并条带具有80至380微米的厚度，优选地具有90至320微米的厚度，更优选地具有93至305微米的厚度。在本发明的范围内，厚度和克重例如根据专利申请W02010/046609所述的技术确定。有利地，本发明中间产品内存在的每个搭并条带的厚度具有低可变性，尤其厚度的变化不会超过20 μ m的标准偏差，优选地不会超过10 μ m的标准偏差。该特征改善了可获得的复合部件的规律性。此外，有利的是，每个搭并条带内存在的无纺布的表面质量在0.2至20g/m2范围内。
在每个条带中，单向带和无纺布之间的结合可以以不连续的方式获得，例如仅在某些点或区域进行结合，但是优选地根据描述为连续的联结进行，所述联结在该带的整个表面上延伸。该单向带和两个无纺布的结合可通过粘合剂层来获得，所述粘合剂层选自例如环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、热固性胶水、基于可聚合单体的粘合剂、丙烯酸类结构的或改性的丙烯酸类结构的粘合剂以及热熔粘合剂。但是最通常的是，通过该热无纺布的粘性使得该结合能够进行，例如在它们设计时的热压缩步骤期间，该粘性确保了单向带和无纺布之间的联结。因此，通过至少部分地熔化无纺布的热塑性纤维，而后进行冷却可最通常或至少部分地确保该联结。优选地，在没有缝合、机织或针织的情况下可确保每个搭并条带的内聚力。有利地，单向带和无纺布之间的联结通过热塑性非织物唯一地确保。根据特定实施例，每个搭并条带在其整个长度上具有基本不变的给定宽度，S卩，搭并条带在其整个长度上的宽度中具有十分低的可变性。在该情况下，因为使用的搭并条带的宽度基本不变，根据本发明的搭并条带的表面质量也具有十分低的可变性。特别地，每个搭并条带的宽度在所述条带的整个宽度上具有尤其小于0.25mm类型的偏差，优选地小于0.22mm,更优选地小于或等于0.20_。宽度的低可变性随后尤其产生具有显著规律性和可控机械性能的部件。搭并条带的宽度和偏差类型可根据专利申请W02010/061114所提供的方法确定。这样的具有基本不变宽度的搭并条带可根据专利申请W02010/061114所述的方法获得，可参考该专利申请以获得详细信息。根据可与前述实施例结合的特定实施例，每个搭并条带在其纵向边缘上不具有切割纤维。这使得在自动放置方法中更易使用搭并条带。实际上，在条带边缘切割纤维或细丝的缺点是，在引用的方法中沿条带迹线的某些点上产生纤维或细丝的堆积区域T，并由于产生的增强物的丝线断开或低质量而导致机器停止。这些具有切割细丝的边缘即使在展开包含条带的轴(spool)期间仍使丝线在它们身上缠绕，其后果也是丝细断开或质量缺陷(比如在条带轴上产生的“环”)。特别地通过专利申请W02010/061114所述的方法可实现这样的特征。此外，根据可与前述实施例结合的特定实施例，每个搭并条带仅在其纵向边缘的某些点或其两个纵向边缘的整个长度上具有两个非织物之间的直接联结，该联结通过非织物的热塑性特征而获得。本发明的中间材料可用于制造需要高水平机械性能的航空物品，尤其用于制造主要结构的部件，还用于机动车、风力涡轮发电机、高压贮存器或其它工业应用领域中的部件的设计，在其它工业应用中，机械性能不具有同等重要性，但是本发明的中间材料在随后所注射或灌注的树脂的扩散速度方面是恰当的。这样的部件可通过任何已知的直接方法制成，例如通过注射或灌注热固性或甚至热塑性树脂的方法。使用的基质优选地是热固性类型。注射的树脂选自例如以下热固性聚合物:环氧树脂、不饱和聚脂、乙烯基酯、酚树脂、聚酰亚胺和双马来酰亚胺树脂。在热处理步骤之后获得复合部件。特别地，复合部件通常通过所用的聚合物的常规硬化循环，进行聚合物供应商推荐和本领域技术人员已知热处理而获得。优选部件的这种硬化步骤通过根据限定的温度和压力循环的聚合/成网，接着通过冷却而完成。在处理循环过程中施加的压力在真空灌注的情况下是低的，而在注射到RTM模具中的情况下是较高的。在一些情况下，本发明的中间材料和方法生产具有约60% TVF的复合部件，该TVF对应于航空工业中主要结构(即，设备的重要部件)的标准额定值，并且确定地产生得到的复合部件的抗低速冲击性:例如，在复合结构的制造期间工厂中工具的掉落，在作为地面操作使用时与外来物体的碰撞。在注射过程期间施加的压力高于在灌注过程中使用的压力。此外，注射过程通常使用闭合模具，结果，使用注射方法比使用灌注方法更易制造具有恰当TVF的部件。根据本发明的材料使得可以达到期望的纤维体积率，特别是为53至60%的级别，即使当使用灌注树脂而不是注射树脂的步骤c)制造该复合部件时也是这样。这样的实施例还特别在制造复合部件的总成本方面构成有利的变型例。根据本发明的方法可获得的复合部件也是本发明的整体部件(integralpart),尤其是纤维体积率为50至63%，特别是53至60%的部件。以下实施例说明本发明，但并不限制本发明。典型实施例原材料的说明:用于这些分析的材料如下:Hexcel公司的3碳线IMA12K、446Tex的片材，在每一侧上与Protechnic公司的热塑性无纺布128D06结合。根据专利申请FR0858096所述的方法，使用以下设定将带的宽度校准至5.97mm(偏差类型:0.16mm):
权利要求
1.一种中间材料，包括或甚至仅由一批单独的条带构成，每个条带由单向增强纤维带组成，所述单向增强纤维带通过其表面中的每一个上的粘合与热塑性纤维无纺布结合，其特征在于，所述条带安置于相继的层中，使得两个相继的层的条带交叉或不交叉地叠置，而不交织，所述粘合确保一条带和与其叠置的一个或多个条带之间的联结；在每一层中，所述条带布置成至少在其长度的主要部分上彼此大体平行，同时彼此独立且间隔；至少两个所述层中的条带沿两个不同方向延伸。
2.如权利要求1所述的中间材料，其特征在于，两个相继的层的条带安置成使得其中一层的条带之间的间隙没有被另一层的条带完全覆盖。
3.如权利要求1或2所述的中间材料，其特征在于，每一层所述条带具有在0.5%至9%的范围中、优选在3%至6%的范围中的开孔因子。
4.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，在平行区域，层中的两个相邻条带之间的间隙至多为0.4mm。
5.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，在每一层中，两个相邻条带之间的条带宽度与间隙的比在 至150的范围中，优选在15至40的范围中。
6.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，所述中间材料是坯体的形式。
7.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，所述中间材料包括其中条带沿相同方向定向的相继的层；其中所述条带沿相同方向定向的层的条带完全或近似完全叠置。
8.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，每个条带具有近似恒定的宽度，其整个长度的标准偏差小于0.`25mm，优选小于0.22mm，更优选小于0.20mm。
9.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，聚合物粘结剂的总质量占所述材料总质量的0.1至10%，优选占3至10%。
10.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，所述增强纤维由选自以下材料的材料制成:碳、玻璃、芳纶、硅石、陶瓷以及它们的混合物。
11.如以上权利要求任一项所述的中间材料，其特征在于，每个独立条带的内聚力在没有缝合、编织或针织的情况下得以确保。
12.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，每个条带中的无纺布都具有0.2至20g/m2的表面质量。
13.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，所述热塑性纤维由选自以下材料的材料制成:聚酰胺(PA，例如PA6，PA12，PAlI, PA6，6，PA6，10，PA6，12，…)、共聚酰胺(CoPA)、聚酰胺-嵌段醚或酯(PEBAX，PEBA)、聚邻苯二甲酰亚胺(PPA)、聚脂(例如，聚对苯二甲酸乙醇酯-PET-、聚对苯二甲酸丁二醇酯-PBT-...)、共聚酯(CoPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚甲醛(POM)、C2-C8的聚烯烃(例如，聚丙烯-PP、高密度聚乙烯-HDPE、低密度聚乙烯-LDPE、低密度线性聚乙烯-LLDPE...)和/或低密度线性聚乙烯的共聚物、聚醚砜(PES)、聚砜(PSU...)、聚苯砜(PPSU...)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚(苯硫醚)(PPS)或聚醚酰亚胺(PEI)、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物(LCP)、苯氧基材料、诸如苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(SBM)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(MAM)之类的嵌段共聚物以及它们的混合物。
14.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，每个条带由单向碳纤维带构成，所述单向碳纤维带具有100至280g/m2的表面质量，并在其表面的每一个上与一热塑性纤维无纺布结合，所述无纺布均具有0.5至50微米、优选3至35微米的厚度。
15.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，每个所述条带具有80至380微米、优选90至320微米、更优选93至305微米的厚度。
16.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，每个所述条带的厚度具有低可变性，特别具有不超过20 μ m、优选不超过10 μ m的厚度变化标准偏差。
17.如前述权利要求中任一项所述的中间材料，其特征在于，每个条带中的所述单向带仅由碳纤维构成。
18.—种如权利要求1至17中任一项所述的中间增强材料或坯体的制造方法，包括以下步骤: a)具有至少一个独立条带，所述条带由闭合的单向增强纤维带组成，所述闭合带在其表面的每一个上与热塑性纤维无纺布结合，所述单向纤维带和所述无纺布之间的联结通过至少部分灌注所述热塑性纤维得以确保； b)以这样的方式在相继的层中布置所述条带，使得两个相继的层的条带在没有交织的情况下交叉或不交叉地叠置，使得在每一层中，所述条带布置成至少在其长度的主要部分上彼此大体平行，同时彼此独立且间隔，并且至少两个所述层中的条带沿两个不同方向延伸； c)通过至少部分灌注热塑性纤维确 保一条带和与其叠置的一个或多个条带之间的联结。
19.一种复合部件的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: a)具有如权利要求1至17中任一项所述的至少一种材料； b)可选地使如前述权利要求中任一项所述的不同材料层叠，并可选地以坯体的形式加固这些层叠体； c)通过灌注或注射来添加热固性和/或热塑性树脂； d)在一定温度和压力下使所述热固性和/或热塑性树脂循环，然后通过聚合/成网步骤使所述优选的部件硬化，然后使所述坯体冷却。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述热固性或热塑性树脂或它们的混合物通过在减少的压力下，特别在低于大气压力的压力下，特别在低于I巴的压力并且优选在0.1和I巴之间的压力下灌注而添加于所述材料。
21.一种根据权利要求19或20的方法获得的复合部件。
22.如权利要求21所述的复合部件，其特征在于，所述复合部件具有50至63%、优选53至60 %的纤维体积率。
全文摘要
本发明尤其涉及一种中间材料，包括或仅由一批独立条带构成，每个条带由一簇单向增强纤维组成，并在其每个表面上通过粘合联结与热塑性纤维的幅片结合，其特征在于，所述条带布置于相继的层中，使得两个相继的层的条带在未交织的情况下交叉或不交叉地叠置，一个条带和与其叠置的条带之间的联结通过粘合剂联结而提供；每一层中的条带布置成至少在它们长度的主要部分上彼此大体平行，同时彼此独立且间隔，至少两层的条带沿两个不同方向延伸。
文档编号B32B5/28GK103118860SQ201180035868
公开日2013年5月22日 申请日期2011年7月21日 优先权日2010年7月22日
发明者J.贝劳德, J.杜卡里, J-B.蒂尔 申请人:赫克赛尔加固材料公司