[发明专利]纤维增强复合材料模制品

说明书

技术领域

本发明涉及具有外部结构和内部结构的纤维增强复合材料模制品，其中所述外部结构由至少一层纤维增强材料和固化的第一树脂材料形成，以及内部结构由多层纤维增强材料和第二固化树脂材料形成。本发明也涉及生产这种纤维增强复合材料模制品的方法。

背景技术

纤维增强塑料(FRP)是由纤维增强的聚合物基质制成的复合材料。所述纤维例如可由玻璃、碳、kevlar、芳族聚酰胺、玄武岩(矿物)制成，或者为源于有机来源如棉、大麻或亚麻，而基质的聚合物通常为环氧、乙烯基酯、热塑性或聚酯热固性塑料。FRP常用于航空航天、机动车、船舶和建筑工业中。

在与基质粘合之前，将纤维制成纤维料坯(fibre preforms)，作为预浸渍体或作为干纤维增强材料。

预浸渍体是用于预浸渍的复合纤维的术语。在预浸渍体中，纤维增强材料完全或部分地浸渍有增强树脂材料。在本申请的上下文中，预浸渍体还包含纤维增强材料，其与树脂层结合在一起，由此纤维层的外表面摸起来干燥，不含树脂浸渍或含低水平的树脂浸渍，或者基本没有粘性。预浸渍体通常采取织造或单向形式，以及已经含有一定量的基质材料或树脂材料，用于在制造过程中将它们粘合在一起并将它们与其它组件粘合。预浸渍体主要贮存在冷却区域中，因为活化最经常通过加热进行。因此，由预浸渍体制造的复合材料结构通常将需要烘箱或压热器以固化。

对于喷射应用，干纤维增强材料经常以片材、连续毡片或连续长丝的形式制造，主要通过织造、针织、编织和缝合的纺织品加工技术制造。

可以认为，缝合是四种主要纺织品制造技术中最简单的。基本上，缝合过程由插入携带缝合线的针通过堆叠的织物层以形成3D结构组成。对于预浸渍体材料，缝合通常不是必需的，因为它已经含有一定量的基质材料，用于在制造中将它们粘合在一起和与其它组件粘合在一起。多轴预浸渍体是缝合的，然而，单向预浸渍体材料通常是不缝合的。

然后将这种纤维增强材料和聚合物材料(或预浸渍体，分别地)通过模制形成最终形状。存在两种不同的使用FRP塑料的模制方法的主要类别，即，复合模制和湿模制。复合模制使用预浸渍体，即，将预浸渍体的片材或堆叠物以不同的方式加热或压缩，以形成几何形状。湿模制在模制过程中将纤维增强物和聚合物基质组合。

当然，存在更多的模制方法类别。

对于气囊模制(bladder moulding)，将单个预浸渍体材料片材铺叠并与气球状气囊一起置于阴型模具(female-style mould)中。将模具关闭，置于加热的压机中并对气囊加压，从而依靠模具壁挤压材料层。然后将材料固化并从热模具移出。气囊模制是密闭模制法，具有15–60分钟的相对短的固化周期。

压缩模制包括：将SMC、BMC或有时是预浸渍体织物的料坯或进料置于模具腔中。封闭模具，将材料压实并通过压力和热固化。

压热器/真空袋模制是指将单个预浸渍体材料片材铺叠并置于敞开模具中。用剥离膜、排气/呼吸材料(bleeder/breather material)和真空袋覆盖材料。一方面抽真空，并可将整个模具另外置于压热器中。使用连续真空固化材料，从层合物中抽取残存气体。这在航空航天工业中是非常常用的方法，因为由于长的缓慢的固化周期，它对模制过程提供精确控制。这种精确控制得到需要的精确的层合物几何形式以确保强度和安全。

芯棒缠绕是另一种可行方式，其中将预浸渍体材料片材围绕钢或铝芯棒缠绕。将预浸渍体材料通过尼龙或聚丙烯透明胶布(cellotape)压紧，通常通过悬挂在烘箱中分批固化(batch cured)部件。在固化后，除去透明胶布和芯棒，留下由FRP材料制成的中空管。

通过湿铺叠，将纤维增强织物置于敞开式模具中，然后通过将聚合物基质材料倾倒在织物上并使聚合物基质材料浸入织物和模具中，用聚合物基质材料浸透。然后留下模具，由此树脂将固化，通常在室温，但是有时使用热以确保适合的固化过程。玻璃纤维最常用于这种方法，结果广泛地被称为玻璃丝，并用于制造普通产品如滑雪板(skis)、划艇(canoes)、皮船(kayaks)和冲浪板(surf boards)。

具有更有限用途的其它方法是短切枪(chopper guns)、长丝卷绕(filament winding)和拉挤成型(pultrusion)。