[发明专利]用于具有降低的孔洞含量的模制品的预浸料

说明书

本发明涉及包括纤维和热固性树脂的纤维增强材料，特别是涉及如下制 备的材料：堆叠包含纤维和可固化树脂的层，接着固化叠层内的树脂，提供 固化树脂包封几个纤维增强层的整体层状结构体。这种层状结构体强度大， 重量轻，是公知的，且广泛用于工业应用例如汽车、航空航天和海事应用以 及风轮机结构体例如用于风轮机叶片制造的壳、叶梁(spar)和叶梁的根部。 它们也用于运动制品例如用于滑雪、滑板、冲浪板和帆板等。本发明关注降 低最终固化制品中待形成的孔洞的趋势。

所采用的纤维材料可以是丝束或者织造或非织造织物，可以根据最终用 途以及层合体的所需性质选择。本发明特别地关注这样的体系，其中增强纤 维由单向复丝丝束例如多根基本上平行丝束组成，各丝束包括多根各自基本 上平行的单丝。可以使用的纤维材料的实例包括玻璃纤维、碳纤维和芳族聚 酰胺纤维。类似地，使用的热固性树脂可以取决于层合体所涉及用途以及所 要求性质。合适热固性树脂的实例包括聚氨酯树脂和环氧树脂。本发明特别 地关注于采用液体热固性环氧树脂的体系。

包含纤维材料和热固性树脂的混合物的模制材料有时称之为预浸料，可 以通过用处于液体形式的树脂浸渍纤维材料来制备。一些树脂在环境温度是 液体，因此浸渍可以在环境温度实现。但是，通常，优选加热树脂以降低其 粘度来辅助浸渍。其它树脂在环境温度是半固体或固体，经熔融，使得能够 用液体树脂浸渍纤维材料。

术语“预浸料”或者“半浸料”本申请用于描述模制材料或结构体，其中纤 维材料已经使用液体树脂浸渍至所需程度，液体树脂是基本上未固化的。

本申请使用术语“间隙(interstices)”来描述存在于相邻丝束之间的空间或 体积。该空间或体积可以包括一个或多个相邻丝束的单丝。当纤维材料浸渍 时该空间或体积可以部分或者完全填充。

纤维材料的浸渍可以通过首先在背衬层上沉积树脂来实现。然后，使背 衬层带有树脂的表面与纤维材料接触，可以按压进纤维材料中。可以通过使 背衬层通过液体树脂浴以及例如通过刮刀将树脂涂覆至背衬层上来将树脂 施用至背衬层上。备选地，树脂的移动膜可以与移动背衬层接触，然后在一 对加热的压辊中与纤维层接触。在最先前的应用中，优选采用两个树脂层， 在纤维层的每一面上有一个树脂层，制造夹心结构体，向该夹心结构体施加 压力，使树脂流入纤维层，完全浸渍该层，形成常规的预浸料，使得该层主 要地含有完全嵌设于树脂中的纤维，没有空气保留在层中。这些预浸料具有 预浸料中的树脂含量为预浸料的25至45wt％。在高度受应力的组件中，由 该预浸料模制材料形成的层合体的孔洞含量对于性能是显著的，因为各孔洞 是降低模制品的机械性能的潜在缺陷点。为此，预浸料的消费者要求这样的 预浸料，其在最终固化的模制品中产生低的可重复的孔洞含量，但是同时具 有好的处理性能。

在制造预浸料模制材料的过程中以及在模具中铺叠形成模制品的多层 叠层中的多个预浸料层的过程中，可能捕获空气。叠层可以制造、固化和模 制。它们可以在模具中在压力下在高压釜中或者不使用高压釜例如在真空袋 中进行模制，真空袋是用于大型模制品例如风轮机叶片的技术。在不使用高 压釜的模制中，在固化层合体中产生孔洞更为普遍，本发明特别地可用于通 过该模制方法制造制品。

如前所述，在纤维增强材料的浸渍过程中，使用液体树脂浸渍纤维材料 可能引入一些空气到纤维层和树脂的预浸料组合件中，除非非常小心地控制 该方法。一旦铺叠预浸料形成模制品，加工该模制品，由此热固性树脂开始 固化，在制造预浸料组合件的过程中所捕获的空气难于除去。当纤维材料包 括单向复丝丝束，空气可以位于丝束自身内或者在丝束间的间隙中。在预浸 料中存在这些空气总是在最终层合体中产生孔洞。因此，重要的是在浸渍过 程之中和之后以及开始固化树脂之前，使树脂纤维组合件内的空气泡的形成 最小化。

空气也倾向于在预浸料的层之间俘获，这是由于预浸料的粘性表面。已 经习惯在真空(通常在真空袋或者高压釜中)加工预浸料的铺叠体，以从层合 体叠层中除去空气。通常，不能从常规预浸料中完全除去捕获的层间空气和 层内空气(在预浸料的单个层内的空气)，不能制造在层合体的长度和宽度上 具有均一性能的层合体。

PCT公布WO2013/110111关注于降低由固化预浸料制成的制品中的孔 洞，使孔洞的产生与预浸料中树脂的浸渍度相关。