[发明专利]用于制造复合材料的预浸料坯

说明书

一种用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，所述预浸料坯包含主体和树脂材料粉末涂料层，所述主体包含浸渍有基体树脂材料的纤维增强物层，所述树脂材料粉末涂料层位于所述主体的至少一个主表面上，并至少部分地融合至所述基体树脂材料。

技术领域

本发明涉及用于制造纤维增强复合材料的预浸料坯，以及制造该预浸料坯的方法。本发明还涉及该预浸料坯在制造纤维增强复合材料中的用途。

背景技术

多年来，在纤维增强复合材料领域，人们已经知道要提供包含浸渍有结构聚合物树脂(structural polymer resin)的纤维增强物层的预浸料坯。结构聚合物树脂的量要与纤维增强物的量仔细匹配。因此，预浸料坯可用于形成纤维增强复合材料的方法中，该方法中，提供了具有所期望形状和构造(configuration)的预浸料坯的多层层叠件(stack)，然后将所述多层层叠件加热，从而使结构聚合物树脂熔融，再固化以形成单个均一的树脂基体，其中纤维增强物按照所期望的纤维取向配置。层叠件中的树脂的量足以由具有所期望机械性能的预浸料坯的层叠件制成纤维增强结构制品。通常，结构聚合物树脂为热固性树脂(最常见为环氧树脂)，其固化以形成固态树脂基体。所述纤维可以选自各种材料，最常见的包括玻璃纤维或碳纤维。

众所周知的是，提供结构聚合物树脂完全浸渍到纤维增强物层中的预浸料坯。这为预浸料坯的外主表面提供了树脂表面，使得纤维在整个预浸料坯树脂内实质上均匀分布，这样纤维均匀嵌入在树脂内，从而将初始树脂层内无意间存在的空隙最小化。其优点在于，树脂表面可以稍微具有粘着性，这样通过粘着性树脂表面将预浸料坯粘附在相邻表面上，结果有助于通过将预浸料坯支撑在所期望的位置处来将预浸料坯铺设(lay up)到模具中。另外，纤维增强物的完全浸渍避免了对于结构聚合物树脂在固化阶段显著流动的需求，并且确保了纤维在固化阶段期间均匀地浸湿。

但是，完全浸渍的预浸料坯的一个突出问题在于，在形成这种预浸料坯的层叠件时，空气会截留(trap)在相邻的预浸料坯层之间，从而导致在最终固化后的、纤维增强复合材料的树脂基材中，会存在层间空隙(inter-ply voids)。这些空隙的存在显著降低了复合材料的机械性能。在预浸料坯铺设阶段(lay-up process)，当完全浸渍的预浸料坯层逐渐堆积(built up)以形成其多层层叠件时，空气会截留在相邻预浸料坯层之间。相邻预浸料坯层的树脂表面的粘着性(tackiness)增加了空气在预浸料坯界面处截留在层间的可能性。

此外，为了提供具有低粘着性的此类完全浸渍的预浸料坯，基体树脂的粘度影响了预浸料坯的铺覆性，即，预浸料坯适应模具表面三维形状的能力。通常，铺覆性更高的树脂具有更高的表面粘着性。在本领域中对具有低粘着性和高铺覆性的组合的预浸料坯存在需求。

有不同厚度、形状和体积、以及所需机械性能的产品。复合材料的一个特殊用途在于制造细长的翼梁(spar)或横梁(beam)形式的结构元件，所述结构元件要求展现出高的机械劲度(stiffness)和压缩强度。本领域已知，“翼梁盖(sparcap)”为包含在特定铺设件(layup)中的、细长的翼梁层压物，用于制造风力涡轮机叶片。翼梁盖是细长的外部覆盖层压物层，位于中央结构元件相对的两面上，从而形成类似于“I”形横梁构造的、具有增强的机械强度的细长横梁。对于这类翼梁或横梁而言，为了将机械劲度和压缩强度最大化，期望提供主要沿着细长的翼梁或横梁的方向取向的纤维，尤其是单向纤维(unidirectionalfibre)。

相反，为了提供具有板状构造或者具有扭转强度的复合材料，提供双轴取向(biaxially oriented)的纤维是合乎需要的。