[发明专利]由混纺纱线增强的薄壁复合材料产品以及用于制造这种产品的方法

说明书

本发明涉及一种由纱线增强的薄壁有机基体复合材料产品（30），所述纱线包括混纺纱线（20），所述混纺纱线（20）具有芯（21）和覆盖所述芯（21）的覆盖物（22），所述芯（21）由密度小于1500 kg/m³的第一材料制成，所述覆盖物（22）由第二材料制成，所述第二材料不同于第一材料并且具有大于25 GPa的纵向杨氏模量，并且所述复合材料产品（30）具有至少一个具肋面，所述肋（33）至少部分地由所述混纺纱线（20）产生。

技术领域

本发明涉及一种纱线增强的薄壁复合材料产品以及用于制造这种复合材料产品的方法。

背景技术

这种复合材料产品尤其形成制品的一部分，所述制品非限制性地诸如为：汽车车身部件，特别是门、顶部、发动机罩、挡泥板、扰流器、前后保险杠、空气动力装置；或汽车内部部件，特别是门盖、仪表板、中央控制台、立柱饰件、行李箱饰件、车顶；或运动制品，例如独木舟、皮艇或轻型船的船体、座杆、自行车车座、自行车车架、自行车车把、棒球棍、桨、滑雪杖或手杖；或者家具元件；或者飞行器内部部件，特别是侧板、顶板、行李舱；或者轻型飞行器的空气动力学部件，特别是发动机罩、车轮盖，或者任何可移动机器的空气动力学整流罩。

这种复合材料产品可具有多种几何形状，包括：平面片材，非平面片材，且特别是具有凸面和凹面的片材，或者波纹片材、三维中空形状，且特别是具有圆形横截面、多边形横截面或其他形状的中空管，且特别是任何薄壁的三维壳体。

存在薄壁增强复合材料产品的各种各样的布置，在这种情况下，复合材料产品具有基体和增强件，基体由来自聚合物或树脂当中的塑料材料制成，增强件尤其可以是具有纱线的预成型件的形式。该产品具有薄壁，这意味着它通常最初是片材或板的形式，其尺寸中的一者比另外两者小得多（至少小10倍）。

复合材料已经被使用了超过40年，特别是用在航空和航天应用中，主要是由于复合材料具有高的特定机械性能。从那时起，复合材料研究领域已经从最初由航空航天应用决定的对非常高的特定性能的探索发展到需要在保持高性能的同时减少制造时间和生产成本（由于汽车应用和其他大规模应用），发展到近来纳入如下需要：在复合材料部件中并入附加功能。近年来，由于环保意识的提高，基于天然纤维的复合材料受到越来越多的关注。由于其低成本、低环境影响以及相对高的特定机械性能，天然纤维正作为玻璃纤维或碳纤维的新替代品作为增强件出现在复合材料中。

文件US6805939提供了一种薄壁复合材料，其包含浸渍有塑料的纤维，呈至少两个平行纤维帘线阵列的形式，所述平行纤维帘线在不同方向上延伸并形成带、网格（mesh）或格栅（grid）。纤维束可捆在一起，或者在带中组合在一起。第一阵列的纤维比第二阵列的纤维浸渍有更多的塑料。复合材料在第一阵列的纤维的方向上是刚性的，而横向于该方向是柔性的。开口有利地存在于纤维束之间。

如在WO2017099585中所述，如果寻求在弯曲方面以及也在压缩方面对薄壁产品进行增强，已知可提供呈格栅或具肋阵列（ribbed array）形式的突出增强件，其中这些肋通过模制形成在基板上方和/或下方。

从文献EP2648890中已知某些类型的薄壁复合材料产品，特别是具有第一厚度的纱线和具有大于第一厚度的第二厚度的纱线，且其用作增强件，这些具有第二厚度的纱线由加捻的植物纤维组成，这种加捻尤其有助于这些具有第二厚度的纱线具有更好的抗压强度。

存在这样的情况，其中，这种类型的复合材料产品表现出的机械性能与单位重量的比率和/或就相同的机械性能而言的成本与单位重量的比率不满足期望的应用。

FR3073167A1提供了复合材料产品的生产，该复合材料产品包括预浸渍件，该预浸渍件由网格的不对称浸渍（通过在网格的面中的一者上撒上聚合物颗粒）产生，该网格具有基于植物纤维的纱线。所获得的是具有聚合物覆盖物的纱线网格，该聚合物覆盖物在网格的上表面上是较厚的，这些纱线本身在它们的基于植物纤维的中心部分中浸渍有该聚合物。