[发明专利]经浸渍的纤维材料的幅材、其生产方法及其用于生产三维复合材料部件的用途

说明书

本发明涉及一种经浸渍的纤维材料的幅材，其包括：相对于彼此堆叠和/或连接的纤维材料的N个单独的带，其中所述N个带彼此粘附并且可至少部分重叠。根据本发明，纤维材料的带包括用至少一种热塑性聚合物和任选地扩链剂浸渍的连续纤维。幅材的特征在于其具有在垂直于纤维的轴的横截面中的表面S，该表面基本上等于每个初始的单独的带的在垂直于纤维的轴的横截面中的表面的总和，表示为S_th，S_th等于N x l x Ep，其中l代表带的平均宽度，而Ep代表带的平均厚度，N在2和2000之间，并且每个单独的带的平均厚度小于或等于150μm，优选小于或等于100μm，特别地在10和100μm之间。

本发明涉及一种经浸渍的纤维材料的幅材，其包括：呈连续纤维形式的纤维材料(一种或多种)的N个单独的带，所述单独的带相对于彼此堆叠和/或连接，其中所述N个带可至少部分重叠；以及至少一种热塑性聚合物。

本发明还涉及一种以降低的制造成本和高的制造速度制造呈幅材形式的经浸渍的纤维材料的方法。

本发明还涉及呈幅材形式的经浸渍的纤维材料用于制造三维复合材料部件的用途。

用热塑性聚合物或热塑性聚合物混合物(也称为热塑性树脂)浸渍的纤维材料的制造可通过以下方式进行：使纤维连续通过含有有机溶剂(例如二苯甲酮)的热塑性聚合物的熔浴(molten bath)，或如在申请EP0324680中所公开在水性分散体中，通过使纤维连续通过流化床，或通过连续地喷涂纤维，特别是静电喷涂，或者通过熔融途径，特别地通过拉挤成型，如在申请US2014/0005331A1中所公开。这使得可将这些经浸渍的纤维材料成形为经校正(calibrated)的条带(带，strip)或带的形式，其可用于制造复合材料。经浸渍的纤维材料用于制造结构部件，以减轻它们的重量，同时保持与金属结构部件所获得的机械强度相当的机械强度和/或确保消除静电电荷和/或确保热和/或化学保护。

这样的经浸渍的纤维材料特别地旨在用于生产轻质复合材料，所述轻质复合材料用于制造具有三维结构并且具有良好的机械和热强度性质并且能够消除静电荷的机械部件，即具有与部件的制造相容的性质，特别是在机械、航空和航海、汽车、能源、建筑(建筑物)、健康和医疗、运动和休闲、家具和城市家具以及电子领域。因此，复合材料用于生产三维(3D)部件，这些复合材料可通过已知的自动操作装置辅助的条带铺放方法(例如自动纤维铺放(AFP)方法)来生产。

在本发明中，“纤维材料”是指单独的增强纤维的集合(组装体)。在用树脂浸渍之后，其以单独的带的形式存在。

术语“单独的带”是指条带，其为小厚度的半成品，宽度和厚度未经校正，并且由单根纤维纱束(roving，粗纱)制成，或为由一根或多根纤维纱束制成的薄带，厚度和宽度经校正。

在所有情况下，带的厚度都小于或等于150μm，优选小于或等于100μm。

然后将所述带以幅材的形式相对于彼此堆叠和/或连接，所述幅材的厚度经校正，但是宽度不一定经校正。

当厚度和宽度经校正时，则称为校正幅材。

当三维复合材料部件的几何形状不太复杂时，由幅材制造复合材料部件是有利的，以便能够提高半成品的自动操作装置铺放(用于成形)的生产率。

可在纤维材料的组成中使用的纤维可具有不同的线性克重或码数或纱线支数或“tex”和/或在纱束中有不同的数目。此外，最常用的纱束对于玻璃纤维由600至4,800tex组成，并且对于碳纤维由3,000(3K)、6,000(6K)、12,000(12K)、24,000(24K)、48,000(48K)、50,000(50K)或400,000(400K)根纤维组成。碳纤维的直径通常接近于7-8μm，而玻璃纤维的直径例如为约13、15、17或20μm。

由于预先确定了纤维的线性克重，因此也确定了所获得的带的平均宽度，因此不可能直接获得具有任何平均厚度的幅材，因为这将需要具有许多纤维的纱束，其在市场上不存在。