纤维增强复合材料的改善或有关纤维增强复合材料的改善的利记博彩app_4

文档序号:8491009阅读:来源:国知局
重量可以基本为300gsm。单独织物层可以包括IOgsm单位面积重 量的支持层。该织物可以与树脂组合,树脂实例可以为由Hexcel提供的M9. 6。树脂可以与 纤维增强材料组合从而例如占模制材料的35重量%。
[0091] 模制材料可以设置有一张或多张衬片以便于材料处理和/或材料卷起。衬片可以 包含聚烯烃类材料如聚乙烯、聚丙烯和/或它们的共聚物。衬片可以包含压花。这具有如 下优点:提供具有排气表面结构的模制材料。排气表面结构包含压花通道,使得在加工期间 空气逸出。这是特别有用的,因为这防止层间捕获,因为层间空气经由排气表面通道被有效 移除。
[0092] -旦制备好,模制材料可以卷起,从而可贮存一段时间。然后可展开,根据需要切 害J,任选地与其它模制材料叠放在一起,从而在模具中或在真空袋中形成叠层,随后将叠层 放入模具中并且固化。
[0093] 本发明的模制材料意在与其它复合材料(例如,也可以为根据本发明的其它模制 材料,或它们可以为其它模制材料)叠放在一起,从而生产可固化层压板或叠层。模制材料 典型地生产为卷,鉴于该材料的发粘性质,通常设置衬片以使得卷在使用时能够展开。因 此,模制材料的外面上可以包含衬片。
[0094] 用于制备固化层压板的预浸料叠层可以包含大于40层的预浸料层,典型地大于 60层,有时大于80层,其中的一些或全部可以为根据本发明的预浸料。叠层中的一个或多 个预浸料层可以固化或预固化,从而部分处理预浸料层中的树脂。然而,优选所有预浸料为 根据本发明的预浸料。典型地,叠层将具有厚度为Icm至10cm,优选2cm至8cm,更优选3 至 6cm〇
[0095] -旦制备好,预浸料或预浸料叠层通过暴露至升高的温度和任选地升高的压力而 固化,从而生产固化层压板。如上所述,本发明的预浸料可提供优异的机械性质,而不需要 高压釜工艺中经受的高压。
[0096] 因此,在进一步方面,本发明涉及使本文所述的预浸料或预浸料叠层内的热固性 树脂固化的方法,所述方法涉及使预浸料或预浸料叠层暴露至足以诱发热固性树脂组合物 固化的温度,优选在绝对压力小于3. 0巴进行。
[0097] 固化方法可以在绝对压力小于2. 0巴,优选绝对压力小于1巴进行。在一个特别 优选的实施方式中,压力小于大气压。固化方法可以在80°C至200°C的一个或多个温度进 行足以使热固性树脂组合物固化至所需程度的时间。
[0098] 在接近大气压的压力时的固化可通过所谓真空袋技术实现。这包括将预浸料或预 浸料叠层放入气密袋中,在袋内部上产生真空。这具有如下效果:预浸料叠层经历达至大气 压的固结压力,这取决于所施加的真空度。
[0099] -旦固化,预浸料或预浸料叠层变成复合材料层压板,其适用于结构应用,例如航 空航天结构或风力涡轮机叶片。
[0100] 本发明具有生产各种材料的适用性。一个特别应用是生产风力涡轮机叶片和梁。 典型的风力涡轮机叶片包含两个长壳,所述两个长壳共同形成叶片的外表面和叶片内的撑 梁,所述两个长壳至少部分沿着叶片长度延伸。壳和梁可以通过使本发明的预浸料或预浸 料叠层固化生产。
[0101] 壳的长度和形状变化,但是趋于使用较长叶片(需要较长壳),这进而可需要较厚 的壳和待固化叠层内特定次序的预浸料。这对于由它们制备所用的材料提出特殊需求。对 于长度为30米或更长的叶片,特别是长度为40米或更长如45至65米的那些叶片,优选基 于单向复丝碳纤维丝束的预浸料。壳的长度和形状也可以导致在由其生产壳的叠层内使用 不同预浸料,也可以导致沿着壳的长度使用不同预浸料。鉴于它们的大小和复杂性,用于制 造风能组件如壳和梁的优选方法在于在真空袋内提供适当预浸料,将真空袋放入模具中并 且加热至固化温度。在袋放入模具中之前或之后,可以将袋抽空。
[0102] 在提供用于机械性质均匀的风力涡轮机叶片的壳和/或梁和/或梁帽中,层压板 中的空隙数减少和纤维定位改善是特别有用的。特别是梁和梁的部件经受高载荷。任何空 隙率降低或纤维定位提高都大大改善这些部件的机械性能。与空隙率会较高的类似部件相 比,这进而使得构成轻重量的部件(例如通过减少预浸料层数)。此外,为了耐受在使用期 间风力涡轮机结构经历的条件,需要由其制得壳和梁的固化预浸料的Tg高,优选Tg大于 90。。。
[0103] 如通过层压板固化样品的截面测量为30X40mm的20个间隔截面(间隔5cm)的 显微镜分析测量的,由本发明预浸料生产的层压板可包含小于3体积%的空隙,或小于1体 积%的空隙,典型地小于0. 5体积%,特别小于0. 1体积%,基于层压板的总体积。将截面 抛光并且在视角范围为4. 5至3. 5mm的显微镜下分析,以确定相对于样品各截面的总表面 积的空隙表面积,将这些测量值用截面数进行平均。用于确定空隙分数的该方法用于本申 请的上下文中,尽管可用可供选择的标准化方法如DIN EN 2564。然而,这些方法预期提供 关于本文所述显微镜分析的比较结果。此外,在各视角部分中评估空隙的最大尺寸,将该数 经20个样品进行平均。将空隙的平均表面积取作体积空隙率的值。我们已发现,已实现低 至不大于0. 01体积%的空隙分数或水平。
[0104] 水吸收试验确定本发明未固化模制材料中的增强层的防水度或浸渍度。在该试验 中,将模制材料样品起始称重并且以突出5_宽的条的方式夹持在两个板之间。将该配置 沿着纤维方向悬浮在室温(21°C )水浴中5分钟。然后将样品从板移除,重新称重,干燥样 品与暴露至水时的样品之间的重量差提供在样品内浸渍度的值。水吸收量越小,防水度或 浸渍度越高。水吸收试验的结果("水吸收值")表示为相对于模制材料干重的重量增加百 分数(相对于干重的重量差%)。
[0105] 本发明的优选模制材料包含低水平的丝束之间的空隙。因此,优选各模制材料和 模制材料叠层的水吸收值小于15%或小于9%,更优选小于6%,最优选小于3%。
[0106] 纤维定位可使用 Creighton 等,A Multiple Field Image Analysis Procedure for Characterisation of Fibre Alignment in Composites ;Composites:Part A 32(2001)221-229中所述的方案量化。首先,将样品切断并且用1200目SiC粗砂纸研磨。 然后,将研磨表面用丙酮浸没并且用粗硬毛轻微磨损。然后拍摄所制得表面的显微照片,然 后用自动图像分析算法分析。所述算法自动检测结构特征例如纤维和基体。所述算法创建 代表纤维的像素数组,然后沿着相邻像素之间的数组计算倾角,所述倾角用于推断纤维错 配的程度。
[0107] 现仅将通过举例方式并且参考以下附图阐明本发明,其中:
[0108] 图1为根据本发明一个实施方式的模制材料层的示意图;
[0109] 图2为根据本发明另一实施方式的纤维增强层的示意图;
[0110] 图3为根据本发明另一实施方式的纤维增强层的示意图;
[0111] 图4为根据本发明另一实施方式的模制材料的示意图;
[0112] 图5为生产根据本发明实施方式的模制材料的方法示意图;
[0113] 图6为生产根据本发明一个实施方式的织物的方法示意图;和
[0114] 图7为叠铺根据本发明一个实施方式的模制材料的示意图;和
[0115] 图8为根据本发明另一实施方式的模制材料的示意图。
[0116] 图1示出模制材料(100),其包含纤维增强层(102, 106)和可固化树脂基体 (104),其中纤维增强层包含无纺织物,织物包含单向纤维丝束和支持结构,所述单向纤维 丝束以相对于织物长度方向为大于0°的角度配置,所述支持结构用于维持丝束配置。丝束 的重量范围可以为200至800g/m 2。
[0117] 增强层(102, 106)连接在树脂层基体(104)的任一侧上,将它们通过树脂(104) 的粘着性保持在适当位置。因此增强层大部分未浸渍有树脂基体(104)。树脂基体(104) 由热固性环氧类树脂基体组成,所述热固性环氧类树脂基体包含树脂组件和固化剂两者。
[0118] 在使用中,可以将模制材料(100)通过在彼此顶部上堆积一层或多层模制材料 (100)从而形成如图7中所示的叠层(702)而叠放在模具(708)中。将所形成的叠层(702) 覆盖在真空袋(706)封闭物中,随后将真空袋(706)封闭物抽空以除去所有空气。使叠层 升温,使得树脂流动和浸渍单独层的纤维增强层。随后使树脂固化,固化之后,可将成型叠 层(702)从模具(708)移除。
[0119] 用于图1模制材料的纤维增强层的实例出现在图2中。纤维增强层(200)包含纤 维丝束(204),所述纤维丝束(204)以相对于织物长度方向为大于0°的角度配置。纤维丝 束(204)借助于支持结构(202)彼此相对保持在适当位置。支持结构(202)为纱的形式, 将所述纱以丝束(204)不被纱刺穿的方式围绕纤维丝束(204)针织。相反,将纱捆扎或挂 结有丝束(204)以使丝束保持在适当位置。如图2中所示,将纱沿着材料(200)长度方向 以线性方向走纱。纱具有以下益处:提供将空气从模制材料铺叠层(lay up)或叠层移除的 另外通道。在一个可选的实施方式中,将纱针织通过纤维丝束(204)。
[0120] 如图3中所示,丝束(304)也会借助于可以作为离散树脂元件施用的树脂保持在 适当位置,树脂可以固化或未固化并且施用至织物两侧。
[0121] 在图4的实施方式中,存在纤维增强层(400),所述纤维增强层(400)包含纤维丝 束(404)和支持结构(408),所述纤维丝束(404)以相对于织物长度方向为大于0°的角度 配置,所述支持结构(408)作为连续层施用至纤维增强层表面。支持结构可以包含稀纱布、 纤维材料层、纤维支持层或热塑性面纱。材料(400)可以作为图1模制材料(100)中的纤 维增强层施用。
[0122] 图5示出生产模制材料(514)的方法(500),所述模制材料(514)具有图1的模制 材料的构造。首先,纤维增强层(502)由辊提供。所述层(502)包含通过单向丝束和支持 结构形成的无纺织物,所述单向丝束以相对于长度方向为大于0°的角度配置,所述支持结 构为维持纤维丝束取向的针织纱形式(未示出)。该层(502)与可固化树脂基体(504)组 合,所述可固化树脂基体(504)设置在纸质衬片(508)上。树脂基体(504)和纤维层(502) 通过压辊(506)以使纤维层(502)粘着在树脂基体(504)上。这导致至少部分未被树脂浸 渍的纤维层。将衬层(508)借助于卷取辊(508)从树脂移除。
[0123] 将轻重量织物面纱形式的另外的织物层(512)通过另一套压辊(510)加入至材 料,所述轻重量织物面纱的重量为1至l〇〇g/m 2,优选3至50g/m2,更优选5至15g/m2。辊
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