[发明专利]混合增强织物

说明书

混合增强织物包括玻璃纤维和碳纤维。所述混合增强织物可以容易地以可接受的浸入速度浸入，而不需要用树脂铺展或预浸渍用于形成混合增强织物的碳纤维束。因此，所述织物在复合部件形成过程中提供有效的一步(即，在模具中)浸入方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月21日提交的美国临时专利申请号62/720,427的优先权和任何利益，该文献的全部内容通过参考引入本文。

技术领域

本发明构思总体上涉及纤维增强材料，并且更具体地涉及包括玻璃纤维和碳纤维的混合织物。

背景技术

使用玻璃纤维增强结构组件，例如风力涡轮机叶片是已知的。使用碳纤维增强结构组件，例如风力涡轮机叶片也是已知的。这些结构组件通常如下形成：将纤维聚集体(例如，呈织物形式)手工放置到模具中，用树脂填充模具并固化所述树脂以形成部件。

玻璃纤维增强材料显示良好的机械性能，包括强度、应变和压缩率；相对便宜；并容易用树脂浸入。然而，玻璃纤维增强材料的弹性模量低，这可能带来设计限制。

碳纤维增强材料在低密度下显示良好的机械性能，包括刚度和拉伸强度。然而，碳纤维增强材料的应变低，压缩强度低并且相对昂贵。此外，碳纤维增强材料可能难以用树脂浸入。

理想的是将玻璃纤维和碳纤维结合到混合增强材料中以便用于增强结构组件，以致在补偿每种纤维各自的弱点的同时，利用每种纤维各自的强项。但是，当仅用碳纤维束(carbon tow)制成织物时，捆扎在一起的非常细的碳纤维会导致差的浸入速度(infusionspeed)。

常规的含碳增强织物已经尝试通过预浸渍用于形成织物的碳纤维束来解决这一问题。换言之，在将织物放置在模具中以形成复合结构之前，将树脂施加到碳纤维上。在某些情况下，还铺展碳纤维束(即，分离的单个碳纤维)以加速碳纤维束的浸入速率。此种“预浸料(prepreg)”织物会带来加工、存储和处理方面的困难。

鉴于上述情况，对包括玻璃纤维和碳纤维的可以容易地以可接受的浸入速度用树脂浸入的混合增强织物(hybrid reinforcing fabric)的需求未得到满足。

发明内容

本发明总体上涉及包括玻璃纤维和碳纤维的混合增强织物、所述混合增强织物的制备方法和由所述混合增强织物形成的复合部件。

在一个示例性实施方案中，提供了混合增强织物。所述混合增强织物包含沿第一方向取向的多根第一纤维；沿所述第一方向取向的多根第二纤维；沿第二方向取向的多根第三纤维；和沿所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维各自的取向将它们保持的缝合纱(astitching yarn)。第一纤维是玻璃纤维。第二纤维是碳纤维。第三纤维是玻璃纤维、碳纤维或玻璃纤维和碳纤维这两者。第一方向是0度。第二方向不同于第一方向，其中第二方向在0度至90度的范围内。第一纤维和第二纤维占织物的91wt％-99.5wt％。第三纤维占织物的0.5wt％-9wt％。在织物中，玻璃纤维占所述织物的65wt％-95wt％，和碳纤维占所述织物的5wt％-35wt％。

在一个示例性实施方案中，缝合纱占织物的小于3wt％。

在一个示例性实施方案中，缝合纱是聚酯纱。

在一个示例性实施方案中，缝合纱具有60dTex-250dTex的线性质量密度。在一个示例性实施方案中，缝合纱具有大于85dTex的线性质量密度。在一个示例性实施方案中，缝合纱具有大于200dTex的线性质量密度。在一个示例性实施方案中，缝合纱具有大于225dTex的线性质量密度。

在一个示例性实施方案中，缝合纱形成穿过所述织物的缝合图案，所述缝合图案是经编缝合图案。

在一个示例性实施方案中，缝合纱形成穿过织物的缝合图案，所述缝合图案是对称双面经编缝合图案。