[发明专利]复合材料

说明书

本发明涉及复合材料，并且特别地，然而并不唯一地涉及基于与塑性基体材料相关的连续纤维增强体(continuous fibre reinforcement)或半连续纤维增强体的复合材料，所述复合材料可包括热塑性树脂或热固性树脂。优选的实施方案利用包括诸如聚醚醚酮的聚芳醚酮聚合物的基体材料。

在航空航天工业中使用，例如，包括诸如Victrex PEEK(从Victrex Plc，UK获得的聚醚醚酮聚合物)的高性能聚合物的复合材料被视为减少航空器的重量、提高效率并由此减少该工业的环境影响的一个主要途径。

增加复合材料的使用的关键之一是通过改善制造技术，所述制造技术旨在降低制造成本、加工(tooling)成本、使复杂的组件能够更容易地制造并且在有限的资本投资下促进制造规模的快速扩张。

通常，复合材料的处理包括第一阶段，在该第一阶段中，纤维增强体与基体材料混合以形成预浸料或用基体材料浸渍织物以形成预浸料。在第二阶段中，通常通过施加热和压力来固结一层或多层预浸料以定义复合材料。

一种固结方法使用袋系统(bag system)来对预浸料施加压力，如附图的图1所说明，图1是具有置于其中的预浸料的模具的横截面。参考该图，示出了模具2，在该模具2上设置了复合材料4的包括一层或多层预浸料的前体。泄放层(bleeder layer)6设置在前体4上并且释放板层(release ply)8设置在所述层6上。压板10与泄放层6接触并将透气层12设置在压板10上。装袋膜或片14被设置在透气层12上以定义真空袋，所述真空袋通过密封件16被密封至模具2，例如使用硅氧烷密封剂，以便在真空袋与预浸料之间定义封闭的空间。

在模制过程的开始，经真空端口18从密封的空间抽出气体，从而对其内的预浸料施加约1巴的均匀压力。所述模具例如通过被置于烘箱中或高压釜中而被加热至包括在预浸料的层中的基体材料的模制温度，因此，预浸料通过施加经真空袋施加的热和压力一段时间而被固结。

固结后，允许模具冷却并随后从模具中移除所述袋，且然后移除固结的复合材料4。在某些情况下，所述袋可再利用；或在其他情况下被弃去。

通常，袋由硅橡胶制成。当预浸料包括热固性树脂时，考虑到固结过程中涉及相对低的温度，这样的袋通常可被再利用。然而，如果硅橡胶袋在包括诸如Victrex PEEK的高性能热塑性塑料的预浸料的固结中使用，当可能使用400℃数量级的操作温度时，该袋的寿命将相对较短并可能限制为单次使用。这可能使所述的装袋技术在经济上不可接受多次应用。

一种目前的进展是制造使用针织工艺生产的复合结构。为了改善机械性能并降低原料成本，制造中空的制品通常是有益的。例如，使用浸渍了针织树脂(knitted resin)的预浸料可制成复合材料管。沿复合铺层(composite lay-up)的中心向下对囊状物充气以推动铺层向外紧贴柱面以定义复合材料管的形状。不利地，必须设置进入开口以便放入和取出囊状物。在没有进入途径的情况下，必须在随后连接在一起的至少两个段中完成制造。然而，接合点处代表结构中可能的弱点。

本发明的一个目的是解决前述问题中的至少一些问题。

根据本发明的一个方面，提供了固结预浸料的方法，所述方法包括：

(i)将膜设置成邻近待固结的预浸料；和

(ii)施加力以固结所述预浸料，其中所述膜成为连接至所述预浸料。

因此，可制造固结的预浸料，其包括至少部分由所述膜的材料定义的外(或内)表面。所述方法因此可提供这样的方式，在下文描述的其他优势以外，由此通过固结预浸料的一层或多层而制成的复合材料的外(或内)表面可制得更光滑和/或流线型；具有改善的抗破坏性(damage resistance)；和/或具有改善的耐化学性。

所述方法适当地包括选择相容的膜和预浸料以便所述膜能够在所述方法中成为连接(和保持连接)至所述预浸料。更具体地，优选地，膜和预浸料是使得当所述膜和/或预浸料被加热时和/或被施加力以促使所述膜与所述预浸料在一起时，所述膜能够成为连接至所述预浸料。

膜连接至预浸料的强度可通过其剥离强度定义，例如基于90°剥离，使用ASTM D3330。如前述合适测量的，来自固结的预浸料的膜的剥离强度可以是至少1N/cm，优选至少1.5N/cm，更优选至少2N/cm，特别是至少2.5N/cm。