[发明专利]复合材料组件

说明书

本发明涉及复合层压板，尤其是但并非仅涉及纤维增强的复合层压板。

固化复合层压板需要大量的表面处理以获得满意质量的油漆的表面光 洁度。主要原因在于此类纤维增强复合层压板常常具有粗糙或波形表面。 表面的不规则性通常与纤维增强材料的位置有关，并且常常形成以纤维增 强结构为特征的表面图案。此类不规则图案经常被称为纤维透印效应 (print-through)。

复合层压板中的纤维透印效应通常与包括碳纤维和玻璃纤维在内的大 量纤维类型存在冲突。对于重质粗糙的编织加强布，该问题显著恶化。另 外，另一个对表面外观有影响的因素是在层压板表面上或接近层压板表面 的区域的层压板孔隙率。夹层式层压结构也可能显示透印效应，虽然对于 这些层压板透印效应为蜂窝状芯的透印效应。

人们已经开始尝试克服纤维增强复合层压板的表面不规则性。一个方 法是使用胶衣(gel coat)底漆层以提供适合上油漆的可接受表面光洁度。在该 情况下，将高固含量的胶衣施涂于模具内侧，在施涂所需层数的纤维增强 树脂材料之前使胶衣部分凝胶化。然后使该凝胶涂覆的复合材料预浸渍(预 浸件)组件完全固化。然而，为了有效降低纤维透印效应，可能需要至少 0.3mm胶衣的较厚涂层。该厚涂层在重量被严格限制的大型结构中可能是 不合需要的。另外，凝胶涂层具有如下缺点：它们是包括树脂和固化剂组 分的双组分体系，它们的使用需要在胶衣的施涂和部分固化以及进行至预 浸件叠层(lay-up)的最终固化之间有停留时间。此外，严重不规则的表面 不能仅仅通过使用胶衣来补救。

另一个方法是使用表面涂饰膜(surface finishing film)。它们是承载于 非织造垫片载体或覆面毡(veil)上的热固性树脂膜，以便于处理该膜。该非 织造垫片载体通常重量为12-18gsm，并且包括树脂的全部膜的重量通常为 150～250gsm。大多数非织造垫片载体是由直径约为10μm的服装级聚酯或 尼龙纤维制成。12gsm的覆面毡通常厚度为80～100μm。包含了这些纤维支 持物以后，由于这些纤维弥合了表面缺陷和提供了局部增强，改善了表面 光洁度和减少了透印效应。为了确保得到不含可见针孔(pinhole)缺陷的表面 光洁度，表面涂饰膜配制物通常基于粘度比用于层压板的基体树脂高的树 脂。这两种树脂体系之间的粘度差经常是2或者更大的因子。这有助于避 免固化期间表面膜的树脂体系渗回预浸件树脂体系中的问题。使用表面涂 饰膜得到的表面仍然经常具有显著的表面粗糙度，这对于膜自身来说是固 有的，以及尤其是对于用于承载树脂的载体来说是固有的。

虽然改善了未润饰表面，但是如果表面需要上油漆，尤其当针孔明显 时，这些膜处理的表面可能仍然需要相当多的处理(preparation)。油漆前所 需的工作量取决于使用所选表面涂饰膜得到的表面的质量。

本发明设法提供一种具有优异的表面光洁度的纤维增强复合层压板， 因此在着色前需要较少表面处理。

根据本发明的第一方面，提供一种复合材料组件，包括：a)表面增强 层，其包括至少一个纤维层，所述单根纤维的长度比宽度的长宽比大于5∶1； 和b)构造层，其包括至少一种增强纤维和至少一种聚合物基体。

根据本发明的第二方面，提供一种用于制造复合材料组件的成套材料， 所述成套材料包括：a)用于提供表面增强层的第一材料，所述第一材料包括 至少一层纤维层，所述单根纤维具有大于5∶1的长度比宽度的长宽比；和 b)用于提供构造层的第二材料，所述第二材料包括至少一种增强纤维和至少 一种聚合物基体。

本发明特别但并非仅涉及在制造模塑复合结构中的用途。

本发明的复合材料组件与普通复合材料相比显示改善的表面光洁度。

表面增强层中的纤维层可以仅是多层离散的纤维层或板中的一层。表 面增强层的单根纤维的长度比宽度的长宽比优选大于50∶1，更优选大于 100∶1，以及理想地大于700∶1。

表面增强层的单根纤维的宽度比厚度的宽高比优选为20∶1至大于1∶1 和甚至为1∶1。在本发明的一种实施方案中，该宽度比厚度的宽高比介于20∶1 到2∶1。在另一种实施方案中，该宽高比介于15∶1到9∶1。