[发明专利]用于复合物品制造的树脂可溶性膜纱和其制造方法

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请案主张2010年12月1日提交的美国临时专利申请案第61/418,473号的权益，所述文献的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明是关于制造用于复合物品制造的树脂可溶性膜纱的方法。

背景技术

液体树脂浸渍(liquid resin infusion；LRI)是一种用以制造用于一系列不同行业的纤维增强型复合物品和组件的工艺，所述行业包括航天、运输、电子、建筑和休闲行业。LRI技术的一般概念涉及通过将纤维增强物、织物或预成型纤维增强物(“预成型坯”)放入模具(双组件模具或单面模具)中，接着在高压(或环境压力)下将树脂注入模腔或真空袋密封单面模具中来将树脂浸渍于该材料或预成型坯中。树脂浸渍于该材料或预成型坯中，产生纤维增强型复合物品。LRI技术尤其适用于制造复杂形状的结构，要不然，这些结构难以使用常规技术来制造。液体树脂浸渍工艺的变体包括(但不限于)柔性模具树脂浸渍(Resin Infusion with Flexible Tooling;RIFT)、恒定压力浸渍(Constant Pressure Infusion；CPI)、整体树脂浸渍(Bulk Resin Infusion；BRI)、受控大气压树脂浸渍(Controlled Atmospheric Pressure Resin Infusion；CAPRI)、树脂传递模塑(Resin Transfer Molding；RTM)、西曼复合物树脂浸渍模制工艺(Seemann Composites Resin Infusion Molding Process；SCRIMP)、真空辅助树脂浸渍(Vacuum-assisted Resin Infusion；VARI)和真空辅助树脂传递模塑(Vacuum-assisted Resin Transfer Molding；VARTM)。

因为大部分树脂浸渍系统本来易碎，所以实现注射工艺所必需的粘度水平阻碍了增韧剂的使用。换句话说，韧性和低粘度的性质在常规树脂浸渍系统中互相排斥。将所述增强剂添加到LRI系统中一般会导致树脂粘度有不可接受的增加和/或导致固化材料对溶剂的抗性降低。这些局限性使得按照常规添加到预浸渍体中的增韧剂的添加在LRI应用中一般不合适。

一种增加通过液体树脂浸渍工艺制造的复合物品的韧性的方法涉及使用插入到干结构性增强纤维层片之间的树脂可溶性热塑性材料的非编织膜纱。所述膜纱可包含连续或短切聚合物纤维的无序毡。这些纤维可以是纺成丝束的纱线或单丝。当彼此交织时，层片和膜纱的层形成预成型坯。当将预成型坯安置于模具中并且注入可固化树脂时，树脂可溶性热塑性膜纱至少部分地溶解于整个树脂中，产生经过增韧的复合物品。

已知现有技术的树脂可溶性热塑性膜纱会具有多种缺点，包括松厚性、低强度、不均匀织物面积重量(fabric areal weight；FAW)和过早溶解。包含膜纱的纤维的FAW和某些特征(例如细度)的可变均一性直接影响了纤维的溶解速率以及增韧剂在复合物中的分布均匀性。松厚性会影响复合物制造以及复合物固化层片厚度(composite cure ply thickness；CPT)。

发明内容

本文揭示一种非编织工程膜纱，其包含多股直径介于10微米与16微米之间的纤维，其中少于20%的所述纤维的直径小于8微米；所述膜纱在纺织品的整个宽度上的织物面积重量变化小于10%，所述膜纱具有通过压延工艺来获得的厚度。膜纱的织物面积重量可以介于5克/平方米与80克/平方米之间并且厚度介于20μm与90μm之间。

包含所述多股纤维的材料可以是具有天然固相并且适合于在与可固化组合物的组分接触后经历至少部分的相转变而成为流体相的聚合物，其中所述聚合物在小于所述可固化组合物实质上开始固化的温度并且小于所述非编织工程纺织品的固有熔融温度的温度下可溶。聚合物的熔融流动指数可以介于18与38之间。在一个实施例中，非编织工程膜纱在整个膜纱中还包含多个孔眼。

膜纱可以通过例如熔喷或纺粘的熔体挤出工艺来制造。当所述工艺是熔喷工艺时，工艺的至少一个加工参数可以设定为在预定范围内、高于预定阈值或低于预定阈值，其中至少一个加工参数包括熔体泵速度、收集器速率速度、气流速率和气流温度中的一者。