[发明专利]将负载的悬浮液注入纤维织构体的方法和制造由复合材料制成的部件的方法

说明书

一种将负载的悬浮液注入具有三维或多层编织的纤维织构体(10)中的方法，该方法包括将包含固体颗粒粉末的悬浮液(150)注入到该纤维织构体的体积中。负载的悬浮液(150)的注入是利用与负载的悬浮液供应装置(100)连通的至少一个空心针(120)来进行的，每个针都能够在至少一个方向(D_v)上移动，所述至少一个方向(D_v)在纤维织构体(10)的第一面(10b)和相反的第二面(10a)之间延伸，以在纤维织构体中的一个或多个确定深度处注入负载的悬浮液。

发明背景

本发明涉及一种将负载的悬浮液注入纤维织构体中以通过液体工艺制造由复合材料制成的部件的方法。

在通过液体工艺制备复合材料的领域中，已经开发了许多替代方法，其共同目标是用足够负载的悬浮液填充纤维预制件中的全部可用体积，以得到尽可能低的最终孔隙率。

在采用液体工艺的解决方案中，其中一种解决方案包括使用预先浸渍有负载的悬浮液的纤维层，然后将其覆盖在成型工具上。但是，此技术与具有三维(3D)或多层(2.5D)编织的织构体不兼容。由于织构体的“过滤”效应，其阻止了负载的悬浮液在织构体的整个厚度上的均匀渗透，确实难以通过常规手段来浸渍这些织构体。这类制备方法仅允许生产由具有较小厚度和二维(2D)纤维增强材料的复合材料制成的部件。这些类型的复合材料的机械特性在某些方向上仍然受到限制。特别地，这些材料具有低的抗分层性并且无法承受剪切力。

还有一些注入、灌注或沉降类型的方法，这些方法是基于将经过稀释的负载的悬浮液(具有适合于均匀渗透到织构体中的粘度)引入并原位过滤，以将其浓缩，从而在最终阶段获得所需的孔隙率水平。在文献WO 2016/102839中特别描述了这种方法。

但是，在3D或2.5D编织织构体的情况中，由于织构体复杂的形状和较高的厚度，纤维织构体的浸渍时间长并且需要精细的操作。因此，将负载的悬浮液注入或填充到纤维织构体中的阶段得不到控制，这导致在最终部件中存在孔隙。因此，这些方法需要根据以下内容进行大量的开发工作：

-开发合适的悬浮液

-预制件内液流的建模，

-针对给定几何结构(特别是注入点和过滤点的位置)和相关方法参数(压力，温度，持续时间，流量等)的特定工具的开发。

这些实施约束对开发和实施成本有重大影响。此外，难以设计一种适合于要制造的部件的不同几何结构的注入工具。

发明目的和概述

本发明的目的是克服上述缺点，并提出一种解决方案，该解决方案允许更好地控制用负载的悬浮液注入或填充3D或2.5D纤维织构体的阶段，从而获得大孔隙率非常低的材料或部件，同时能够轻松适应预期部件的不同几何结构。

为此，本发明提出了一种将负载的悬浮液注入到具有三维或多层编织的纤维织构体中的方法，该方法包括将包含固体颗粒粉末的悬浮液注入到该纤维织构体的体积中，该方法的特征在于，利用与负载的悬浮液供应装置相连通的至少一个空心针来进行负载的悬浮液的注入，每个针都可以在至少一个方向上移动，该至少一个方向在纤维织构体的第一面和相反的第二面之间延伸，以在纤维织构体中的一个或多个确定深度处注入负载的悬浮液。

通过使用一个或多个针，可以将负载的悬浮液直接注入纤维织构体的芯中。与传统的液体工艺方法相比，在3D或2.5D织构体中的注入持续时间及其控制得到了明显改善，因为其足以局部跨越织构体的厚度并且在织构体中移动针。

另外，使用本发明的方法，由于负载的悬浮液在每个针处局部注入且量有限，因此压力损失(和织构体的“过滤”效应)非常小。因此，有可能注入高度负载颗粒的悬浮液，从而抑制排出液相的步骤，而该步骤是现有方法通常所必需的，在现有方法中，必须以液相为主，以使其从这些面中的一个面渗透整个织构体。