[发明专利]柔性复合材料体系和方法

说明书

在各种实施方式中，描述了一种改进的柔性复合材料，其包含至少一个网布和与所述网布结合的至少一个纺织织物、无纺织物或隔膜，所述网布由结合在一起的至少两个单方向的带层构成。在各种实施方式中，所述单方向的带层包含多个平行的纤维束，所述纤维束包含在粘合树脂内的单丝。在各种实施方式中，所述纤维束是由间隙分隔的，所述间隙能够被粘合剂或非粘合树脂填充。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月13日提交的美国临时专利申请No.61/780,821的优先权，该专利申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明广泛涉及改善的柔性复合材料，并且更具体地涉及包含单方向的纤维增强的层和网布增强材料的改善的柔性复合材料；以及涉及制造其的方法。

发明背景

柔性复合材料广泛用于要求机械柔韧性和高的强度与重量比的应用中。尽管柔性复合材料可以被看作是较大的主体复合材料的一个专门的子集，但它们在许多特定技术领域的重要性是非常显著的。

顾名思义，复合材料组合了两个或多个构成材料，以形成联合的材料组合物。柔性复合材料的一个实例将是嵌入一排柔性纤维中的聚合物基质。

可设想运用柔性复合材料于许多技术领域，从简单的消费产品到先进的航空航天应用。因此，用于快速且经济地生产高质量柔性复合材料的体系将是非常有利的。

发明概述

本公开的各种实施方式通常包含柔性复合材料，该柔性复合材料包含网布增强材料。复合材料包含一个或多个单方向的纤维增强的层，每个层均具有涂布有粘合剂的薄薄地展开的平行纤维(这些层被称为“单向带”(unitape))。根据本发明的一个方面，可以使用纤维束制造薄单向带层，该纤维束由多个单丝组成，所述单丝与聚合物树脂组合并通过旋转模头来被拉挤，使得单丝被展开并彼此平行地取向。根据另一个方面，复合材料包含纺织或无纺的增强辅置网布(laid scrim)。辅置网布是由连续的长丝纱线以开放的网孔构造制成的成本更低的增强织物。辅置网布的制造方法使无纺纱线化学地结合在一起，采用独特的特性使网布增强。辅置网布是向复合材料添加纤维增强材料的一种有成本效益的方式，尤其是在偏斜的取向上(例如约+/-30°，+/-45°，+/-60°)，因为添加单向带斜交层的添加处理步骤被略过并且用插入预制的网布替代。辅置网布可以被预先涂布粘合剂、预先层压成支撑薄膜，或者必要时可以将其夹在单向带层之间并在适当位置用胶粘。

本公开的另一个实施方式通常包含带间隙的柔性复合材料，其由两个或多个层的单向带制成，该单向带具有无粘合剂和无纤维的间隔，以形成网布。使用纤维束制造薄单向带层，该纤维束由多个单丝组成，所述单丝与聚合物树脂组合并通过旋转模头来被拉挤，使得单丝被展开并彼此平行地取向。该实施方式的关键特征是构成单向带的纤维被展开，并且要么，纤维之间的距离是带间隙的，使得在每组单丝之间形成无粘合剂和无纤维的间隔，要么，在单丝已经被展开后去除纤维丝束，得到类似带间隙的单向带。通过将这些单向带层的两个或多个结合在一起来形成网布。额外的薄膜、隔膜、织物、随机取向的无纺物、取向的无纺物、网布或涂层可以被应用于外表面，或者在该复合材料内形成层。

各种实施方式包括由工程纤维构成的随机取向的无纺物、或取向的无纺物的增强类型，工程纤维例如但不限于UHMWPE(例如)、芳纶(例如)、液晶聚合物(例如)、各种等级的碳纤维、PBO(例如)、尼龙、聚酯(Rayon)、PEN、Nomex和其他防火材料、高温纤维、钢或其他金属纤维，以及它们的组合。这些增强层可以被粘合、熔融、浸渍、挤出或涂布，以使增强材料与单片薄膜(PET、尼龙、ECTFE、氨基甲酸酯等)、透气隔膜(特氟龙、氨基甲酸酯、微孔等)、溶剂或水基分散体、纺织或无纺织物、皮革、单方向的带或其他层组合。