具有非织造增韧的多层复合材料的制作方法

本公开的实施方案总体上涉及多层复合材料，并且更具体地涉及具有非织造层的热固性多层复合材料结构。

背景技术：

1、热固性复合材料通常表现出高强度、低密度和高刚度。因此，这些热固性复合材料广泛地用于飞机、航空航天、汽车、高速火车、风力叶片、运动装备、高压气罐和许多其他需要高强度和低重量的应用中。然而，这些热固性复合材料通常过脆。因此，在许多复合材料中，特别是对于层压织物，在厚度方向上的抗冲击性通常是不足的。

2、热固性复合材料最常见的失效模式被认为是织物层之间的分层。这些层通常仅通过树脂保持在一起，复合材料在厚度方向上的增强不足。在没有增强的情况下，冲击后裂纹会迅速通过交联树脂蔓延，导致分层。

3、各种方法已经用于增韧热固性复合材料。例如，已经尝试了三维编织、z钉扎(z-pining)、纬编针织物、三维纺织品。然而，这些技术增加了复合材料制造过程的复杂性和成本。

4、因此，仍需要可提供跨所有轴线的足够冲击强度而不增加制造复杂性的复合材料结构。

技术实现思路

1、本公开的实施方案通过提供多层热固性复合材料解决了这种需要，这些多层热固性复合材料包括非织造织物增韧层、多个织物增强层和至少部分地渗透通过这些层的热固性树脂。实施方案还涉及制备本公开的多层热固性复合材料的方法。相对于常规复合材料，这些热固性复合材料提供改善的机械性质，特别是跨过横向轴线的冲击强度。

2、在一个实施方案中，多层热固性复合材料可包含第一织物增强层、非织造织物和第二织物增强层。该非织造织物可位于该第一织物增强层与该第二织物增强层之间。热固性树脂可至少部分地渗透该第一织物增强层、该非织造织物和该第二织物增强层。该热固性树脂可以是环氧树脂、不饱和聚酯或聚氨酯。该第一织物增强层可包含玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一者或多者。该第二织物增强层可包含玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一者或多者。该非织造织物可由具有皮/芯构型的双组分纤维形成。该皮可由乙烯-羧酸共聚物或乙烯-羧酸共聚物的离聚物形成。

3、在另一个实施方案中，一种用于形成热固性复合材料的方法包括用热固性树脂至少部分地渗透干燥的多层复合材料以形成湿的、未固化的复合材料；以及使该湿的、未固化的复合材料固化以形成热固性复合材料。干燥的多层复合材料可包含第一织物增强层、非织造织物和第二织物增强层。该第一织物增强层可包含玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一者或多者。该第二织物增强层可包含玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一者或多者。该非织造织物可由具有皮/芯构型的双组分纤维形成，其中该皮由乙烯-羧酸共聚物或乙烯-羧酸共聚物的离聚物形成。

4、实施方案的额外特征和优点将在下文的具体实施方式中进行阐述，并且将部分地由本领域的技术人员从所述描述而容易地清楚或通过实践本文所述的实施方案来辨识，包括下文的具体实施方式、权利要求书以及附图。

5、应当理解，以上描述和以下描述两者描述了各种实施方案，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。附图被包括在内以提供对各种实施方案的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。

技术特征：

1.多层热固性复合材料，所述多层热固性复合材料包括：

2.根据权利要求1所述的多层热固性复合材料，其中所述非织造织物是纺粘非织造织物。

3.根据权利要求1或2所述的多层热固性复合材料，其中所述皮包含具有以下阳离子中和水平的乙烯-羧酸共聚物的离聚物：0.1mol.％至60mol.％。

4.根据任一前述权利要求所述的多层热固性复合材料，其中所述皮用zn阳离子、na阳离子或两者中和。

5.根据任一前述权利要求所述的多层热固性复合材料，其中所述乙烯-羧酸共聚物或乙烯-羧酸共聚物的离聚物具有1wt.％至20wt.％的羧酸含量。

6.根据任一前述权利要求所述的多层热固性复合材料，其中所述乙烯-羧酸共聚物或乙烯-羧酸共聚物的离聚物具有12g/10min至60g/10min的熔体流动速率(mfr)，如根据astmd1238在190℃下利用2160g负载所测量的。

7.根据任一前述权利要求所述的多层热固性复合材料，其中所述双组分纤维具有1μm至100μm的平均纤维直径。

8.根据任一前述权利要求所述的多层热固性复合材料，其中所述双组分纤维是连续纤维。

9.根据任一前述权利要求所述的多层热固性复合材料，其中所述芯包含聚酰胺。

10.一种用于形成热固性复合材料的方法，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述非织造织物是纺粘非织造织物。

12.根据权利要求10或11所述的方法，所述方法还包括压制所述干燥的多层复合材料以形成干燥的多层复合材料。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中用热固性树脂至少部分地渗透所述干燥的多层复合材料包括：

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中使所述湿的、未固化的复合材料固化包括将所述湿的、未固化的复合材料加热到至少50℃，持续3小时。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，所述方法还包括使所述湿的多层复合材料经受真空。

技术总结
本公开的实施方案涉及多层热固性复合材料，这些多层热固性复合材料包括第一织物增强层、非织造织物和第二织物增强层。该非织造织物可位于该第一织物增强层与该第二织物增强层之间。热固性树脂可至少部分地渗透该第一织物增强层、该非织造织物和该第二织物增强层。该热固性树脂可以是环氧树脂、不饱和聚酯或聚氨酯。该第一织物增强层和该第二织物增强层可各自包含玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一者或多者。该非织造织物可由具有皮/芯构型的双组分纤维形成。该皮可由乙烯‑羧酸共聚物或乙烯‑羧酸共聚物的离聚物形成。另外的实施方案包括制备该多层热固性复合材料的方法。

技术研发人员：张政,郭昆朋,任世杰,韩红杰
受保护的技术使用者：陶氏环球技术有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11