[发明专利]在复合材料夹层中的结构化热塑性材料

说明书

技术领域

本发明涉及包含纤维和热固性树脂的预浸渍体，将所述预浸渍体堆叠以形成层合体并随后固化，以形成复合材料。更具体地，本发明涉及在层合体夹层中使用热塑性毡布(veil)或其它轻质结构化热塑性材料材料。

背景技术

与传统构造材料相比，复合材料具有充分记录的优点，特别是以非常低的材料密度提供优异的机械性质。结果，这种材料的使用变得日益广泛，它们的应用领域从工业和体育和休闲至高性能航空航天组件。

包含浸渍有树脂如环氧树脂的纤维层的预浸渍体在这种复合材料的制造中广泛使用。通常，将这种预浸渍体的一些层片按需要铺叠，并通常通过暴露于升高的温度来固化所得层合体，以生产固化的复合层合体。

然而，尽管这种固化材料具有一些明显益处，但是很久之前就发现，它们可具有差的耐冲击性并易于离层。当使用环氧树脂系统(其已知倾向于产生具有低韧性的固化体系)时，这种情况尤其严重。

改善这种布置的韧性的广泛使用的方法是使具有多个预浸渍体纤维层的层合体夹有树脂层。通常，这种树脂夹层也包含分布的热塑性增韧剂粒子。这种布置已经证实提高层合体韧性而对层合体的其它方面没有有害影响。

具有用热塑性粒子增韧的夹层的层合体通常在热压罐条件下固化，其中一般需要高温和更重要的高压，以提供满足结构应用所需要的特别严格的机械规格的固化层合体。

热压罐固化的广泛使用的替代方案是所谓的真空袋或热压罐外固化。它在固化期间使用真空和依赖于压在层合体上的大气压力。尽管比热压罐固化经济得多，但是在热压罐外固化中可施用的最大压力是大气压力。用热塑性粒子增韧的具有夹层的层合体通常在热压罐外没有被固化，因为在大气压力或低于大气压力的固化倾向于产生对于许多结构应用(包括航空航天结构应用)而言具有不可接受的机械性质的固化层合体。

因此，希望发展预浸渍体，其可用于生产可在热压罐内部或外部固化的层合体，以提供足够坚韧以适于结构应用(包括航空航天结构应用)的复合材料部件。

发明内容

根据本发明，提供未固化的层合体，其中组合未固化的热固性树脂和多个纤维层，使得纤维层被位于相邻纤维层之间的夹层区分隔。作为本发明的特征，一个或多个结构化热塑性聚合物层如热塑性纤维的毡布或其它相似的开放式结构片材位于一个或多个夹层区中。结构化热塑性聚合物层为0.5–50微米厚并且每单位面积重量为1-20克/平方米。

在夹层区中使用一个或多个结构化热塑性聚合物层不仅增韧固化的层合体，而且与常规地使用热塑性粒子作为夹层增韧剂相比，提供一些优点。例如，已经发现，使用一个或多个结构化热塑性聚合物层作为夹层增韧剂使得可选择在相对低的压力固化层合体，而不像颗粒夹层增韧剂那样降低韧性。另外，两个不同结构化热塑性聚合物的层可位于单一夹层区中，以提供不同热塑性聚合物的结构化取向，这对于无规取向的不相似粒子的混合物而言是不可能的。而且，在夹层区中使用结构化热塑性聚合物消除与颗粒增韧剂相关的问题，所述颗粒增韧剂的一些粒子在固化期间可迁移至位于夹层区内部和外部的位置，在这些位置它们的效力可降低。

本发明涵盖用于制造未固化层合体的预浸渍体，在所述未固化层合体中一个或多个结构化热塑性材料层位于层合体夹层区中。这种预浸渍体包括纤维层夹心并保持在结构化热塑性材料层之间的预浸渍体，和一个或多个结构化热塑性聚合物层位于纤维层的一个侧面上的预浸渍体。

本发明涵盖制造预浸渍体的方法和使用预浸渍体制造层合体的方法。另外，本发明还涵盖由预浸渍体和层合体制造固化部件的方法，以及最终固化部件。

在一个方面，本发明涉及包含纤维结构层和开放式结构片材的预浸渍体，所述预浸渍体浸有包含热固性树脂的可固化树脂。

这种预浸渍体在单独使用或与多个相似预浸渍体铺叠在一起并固化后形成具有优异韧性的复合层合体，甚至当使用常规热压罐外固化循环时，以及也可实现在结构应用中需要的高纤维体积。

本发明的改进的预浸渍体可在很多种应用中使用，其中需要轻质但是结构坚韧的层合体。然而，它们在技术要求特别严格的航空航天应用中特别有用。

通过参考以下具体描述并参照附图，本发明的上述和许多其它特征和随附优点将变得更容易理解。

附图说明

图1为根据本发明的两种示例性类型的预浸渍体的简化的横截面图。

图2为由图1中所示的示例性预浸渍体中的一种制造的示例性层合体的简化的横截面图。

图3为由图1中所示的示例性预浸渍体中的一种制造的示例性层合体的简化的横截面图。