[发明专利]经浸渍的增强纤维纱及其在生产复合材料中的用途

说明书

本发明涉及由具有束内部和束外部的一束增强纤维丝组成的预浸渍纱，其中将增强纤维丝用渗入预浸渍纱中的第一树脂组合物浸渍，可将所述组合物多次熔融并通过冷却至环境温度而转化成固态。本发明进一步涉及包含这类纱的织品结构。

由纤维复合材料制成的组件日益用于尤其是宇航工业中，以及例如机械建筑、风力或汽车工业中。纤维复合材料通常提供与金属相比较低重量和/或较高强度的优点。因此一个重要方面是这类同时具有弹性且又轻重量复合材料组件的便宜生产。鉴于抗性，即刚度和强度，增强纤维的体积％以及尤其是增强纤维的方向对复合材料组件具有至关重要的影响。

常用的生产方法目前基于所谓的预浸渍技术。在这种情况下，增强纤维，例如玻璃纤维或碳纤维例如彼此平行地排列，嵌入基体树脂中并加工成片状半成品。对于组件生产，将这些片根据组件轮廓切割并通过机器或手动地逐层层压到工具中，同时根据组件负荷的需要考虑增强纤维的取向。随后，使基体在高压釜中在压力和温度下固化。预浸料(预浸渍纤维的简称)通常已经具有最终混合比的两种组分(纤维和基体树脂)，因此已经作为半成品是抗弯的。为防止早期老化、不想要的反应，还必须将该材料储存在冷条件下，同时仅具有有限的储存期。由于抗弯刚度和作为宽辊压货物生产，预浸料的应用限于大表面且基本扁平的组件。已存在的基体树脂不容许织物加工或者不折叠地铺设预浸料，例如沿着窄半径或在强廓线几何上。

用浸渍纱产品实现改进的织物加工的实例描述于例如US-A-5 275 883和S-A-4 614 678中，其公开了具有涂层的增强纤维纱。根据这些文件，首先使增强纤维纱载有聚合物粉末的混合物，随后用外壳(优选由热塑性聚合物制成)涂覆以使内部的聚合物粉末稳定。这些纱材料实际上具有特定挠性；然而，由于连续的热塑性外壳，它们仍是相对刚性的，因此仅有限地适用于例如其它织物加工方法。

类似的产品公开于EP-A 0 554 950 A1中，其涉及一种方法，其中首先将增强纤维的开放纱束用热塑性聚合物粉末浸渍，随后向经浸渍的纤维束提供由热塑性聚合物制成的连续外壳。将所得有壳的束在热塑性塑料的软化温度以上的温度下压延，其后最后将束切割成颗粒形式。该颗粒用于借助方法如挤出或注射模塑生产复合组件。

在EP-A-0 814 916 B1中描述了适用于织物预成型方法中的所谓纱预浸料(“丝束预浸料(towpregs)”)，其中尤其是机织、编织或针织方法或者绕制方法(“长丝缠绕方法”)属于这类织物预成型方法，或者可将纱预浸料加工成短切材料。来自EP-A-0 814 916 B1的纱预浸料包含多个纤维以及由基体树脂构成的涂层，其中纤维以基本不含基体树脂的内部纤维，和外部纤维的排列构成，其中外部纤维至少部分地嵌入由基体树脂制成的非连续外壳中。纱预浸料的生产通过将基体树脂的粉末颗粒应用于外部纤维上，随后将基体树脂颗粒部分熔融而进行。所用基体树脂可以为热固性塑料或热塑性材料。

US-A-6 228 474还涉及由用环氧树脂组合物浸渍的增强纤维束制成的纱预浸料的生产，其中纱预浸料中的树脂含量为20-50重量％。在一个实施方案中，环氧树脂组合物可包含两种或更多种环氧树脂，并且可以为单官能或二官能环氧树脂与三官能或多官能环氧树脂的混合物。该环氧树脂组合物进一步包含不溶于环氧树脂中的橡胶材料的细粒以及用于环氧树脂的固化剂组分。

纱预浸料必须具有足够高的基体树脂含量，通常为多于15体积％，以容许固化成基本不含空穴或孔的组件结构而不需要加入其它基体树脂。这类纱预浸料实际上具有比片状预浸料更高的挠性。然而，它们在纺织方法中仅能够以有限的方式进一步加工，这主要是由于高基体树脂含量。另外，基体树脂的存在常常导致纱预浸料提高的粘性，这在这些纱预浸料的处理期间产生增加的复杂性。另外，通常，需要将纱预浸料连续冷却直至加工时，以防止基体树脂的不可控固化。最后，纱预浸料在三维结构的生产中具有缺点，并且例如不能重复地再成型。