專利名稱：熱固性樹脂纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱固性樹脂纖維，尤其但不僅僅涉及用于制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和復(fù)
合材料制品的熱固性樹脂纖維。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通常包括可固化樹脂基質(zhì)中的增強(qiáng)纖維。增強(qiáng)纖維在樹脂基質(zhì)
內(nèi)是不溶的，通常用于使樹脂基質(zhì)變硬并強(qiáng)化，從而使其增強(qiáng)，尤其是一旦被固化時(shí)。適當(dāng)
的此類增強(qiáng)纖維包括碳、玻璃、芳綸、陶瓷以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其他纖維。
復(fù)合材料中基質(zhì)樹脂和增強(qiáng)纖維的綜合物理化學(xué)特性通常為當(dāng)該組合被固化
時(shí)，得到的復(fù)合材料制品具有相當(dāng)大的強(qiáng)度，以及相對輕的重量特性，使得此類成分能夠在
許多工業(yè)中獲得許多應(yīng)用，包括航空航天、汽車、船舶和土木工程工業(yè)。仔細(xì)選擇樹脂和纖
維以產(chǎn)生具有所需特性的復(fù)合材料和復(fù)合材料制品，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。 有許多已知的形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的制品的方法。 有許多涉及在置于器具上或模具中以固化形成復(fù)合材料制品之前將基質(zhì)樹脂和增強(qiáng)纖維 組合的方法。預(yù)先選擇通常表現(xiàn)為板形或帶形的增強(qiáng)纖維和基質(zhì)樹脂的組合作為預(yù)浸料。 已知的預(yù)浸料構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。 制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的其他方法包括將干燥的增強(qiáng)纖維置入器具或模具中，然 后使用諸如樹脂傳遞成型和液體樹脂灌注成型的技術(shù)來將樹脂灌注成為纖維。此類樹脂灌 注成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。 通常，基質(zhì)樹脂包括熱固性樹脂，諸如環(huán)氧樹脂、氰酸酯、BMI或其組合。在制造預(yù)
浸料時(shí)，熱固性樹脂通常根據(jù)已知技術(shù)被導(dǎo)入至增強(qiáng)纖維層上以完全地浸漬或部分地浸漬
該層?；|(zhì)樹脂可以液體形式導(dǎo)入至增強(qiáng)纖維層上從而在纖維上形成樹脂層以部分地浸漬
或完全地浸漬纖維層，或可作為置于纖維層的表面上的預(yù)制層而導(dǎo)入。在此預(yù)浸料中，基質(zhì)
樹脂通常包括熱固性樹脂和促進(jìn)熱固性樹脂固化的固化劑。因此，此類預(yù)浸料的保存期限
是有限的，經(jīng)常需要使用冷凍或冷藏儲存來將保存期限延長至實(shí)用水平。 在樹脂灌注成型技術(shù)中，基質(zhì)樹脂通常以液體形式導(dǎo)入以在固化期間完全地浸漬
干燥的纖維層。熱固性樹脂通常也與固化劑一起被導(dǎo)入，經(jīng)常結(jié)合以高溫和/或高壓的條
件，使增強(qiáng)纖維構(gòu)造內(nèi)的熱固性樹脂固化，由此形成具有纖維增強(qiáng)樹脂基質(zhì)的復(fù)合材料成
分或制品。 采用此已知的產(chǎn)生纖維復(fù)合材料制品的技術(shù)，其目標(biāo)是防止或盡量減少固化的纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料制品內(nèi)不需要的氣穴或空穴的形成，因?yàn)檫@些會在成品中引起缺陷。當(dāng)未 固化的預(yù)浸料置于模具或器具中以形成制品時(shí)，會需要一定數(shù)量的預(yù)浸料以堆疊在另一些 預(yù)浸料的頂部?？諝饨?jīng)常存留在各層之間，且有多種技術(shù)用于輔助在固化工藝期間去除這 些氣穴。然而，這些技術(shù)涉及復(fù)雜和昂貴的工藝和裝置，諸如產(chǎn)生必要條件以將空氣從樹脂 層之間驅(qū)除的高壓釜。
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其他形式的復(fù)合材料不含有增強(qiáng)纖維。例如，樹脂膠粘劑經(jīng)常包括液體熱固性樹 脂與其他組分諸如固化劑、催化劑、硬化劑等的組合。為了避免此類材料的早期固化，在加 入膠粘劑前，熱固性樹脂和固化劑經(jīng)常是分開放置的。然而，這樣會不方便，這對于要以準(zhǔn) 確的預(yù)定量一起提供的熱固性樹脂和固化劑可能是有利的，但通常會使保存期限相對短。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制造復(fù)合材料的可固化熱固性樹脂纖維成分。
熱固性樹脂纖維成分可包括多根熱固性樹脂纖維。熱固性樹脂纖維成分內(nèi)的纖維
可以是連續(xù)的和/或不連續(xù)的，單向的、加捻的和/或纏結(jié)的。 熱固性樹脂纖維成分優(yōu)選地包括環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、BMI (雙馬來酰亞胺)、聚 苯并噁嗪、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚酯中的一種或多種。纖維成分中的纖維可包括一些熱固 性樹脂的摻和物和/或成分可包括多根包括不同熱固性樹脂和/或其摻和物的不同纖維。
熱固性樹脂纖維成分可包括添加劑，諸如能使熱固性纖維成分尤其在固化時(shí)變堅(jiān) 韌的一種或多種熱塑性物質(zhì)。該添加劑可溶解在熱固性樹脂纖維成分內(nèi)。優(yōu)選地，熱固性 樹脂纖維成分包括少量固化劑或不包括固化劑。這將賦予熱固性樹脂纖維成分以相對長的 保存期限?？蛇x地，熱固性纖維成分可包括固化劑，但固化劑優(yōu)選地被限制促進(jìn)儲存條件下 的固化，例如，固化劑可在相對低溫下被抑制，并且由此當(dāng)成分保存在冷藏或冷凍條件下時(shí) 固化劑被抑制。 優(yōu)選地，熱固性樹脂纖維通常是非粘性的，并且很容易手工處置。優(yōu)選地，熱固性 樹脂在23t:溫度下的粘度大于5X 10乍as，更優(yōu)選地大于2X 105Pas。優(yōu)選地，在固化期間 粘度下降至2Xl(fPas以下。 優(yōu)選地，纖維成分具有3 50微米的直徑，并最優(yōu)選地具有5 10微米的直徑。
優(yōu)選地，當(dāng)被冰凍保存時(shí)成分具有12個(gè)月以上的保存期限，并且如果在室溫 (18°C _23°C )下保存優(yōu)選地具有3-12個(gè)月的保存期限。 優(yōu)選地，可固化熱固性纖維成分包括N，N，N，N-四縮水甘油基-4' 4_ 二氨基二苯 基甲烷和聚醚砜。優(yōu)選地，聚醚砜溶解在N，N，N，N-四縮水甘油基-4' 4-二氨基二苯基甲 烷中。 優(yōu)選地，熱固性樹脂纖維成分包括部分的根據(jù)本發(fā)明的另一方面的樹脂系統(tǒng)，該 系統(tǒng)進(jìn)一步包括能促進(jìn)熱固性樹脂纖維成分固化的固化劑。 固化劑可在發(fā)生固化時(shí)或之前不久被導(dǎo)入至熱固性樹脂纖維成分上，有可能使用 類似于樹脂灌注的技術(shù)。以此方式復(fù)合材料是穩(wěn)定的，因?yàn)樵谌鄙俦夭豢缮俚墓袒瘎r(shí)不 會明顯地固化，由此擁有相對長的保存期限。 可選地或另外地，固化劑可以與熱固性樹脂纖維成分相結(jié)合，但采取不促進(jìn)熱固 性樹脂固化的形式。例如，固化劑可以是固體，諸如顆粒或纖維形式，或其他高粘性形式，以 減少與熱固性樹脂纖維的接觸和相互作用，使得在適當(dāng)?shù)膬Υ鏃l件諸如冷藏和冷凍下它們 之間的固化作用相對地緩慢或基本上被避免。 固化劑可包括一種或多種催化劑、硬化劑。適當(dāng)?shù)墓袒瘎┑睦影ǘ鑱啺贰?， 4' -二氨基二苯基砜、3，3' _二氨基二苯基砜、4，4' _亞甲基雙(2，6' -二乙基苯胺)、 4，4'亞甲基雙(2-異丙基-6-甲基苯胺)、3，5' -二乙基甲苯-2，4/2，6-二胺、&^ -(甲基-l，3-苯)雙[N，N' -二甲基脲]、1_(2-氰乙基)-2-乙基-4_甲基咪唑。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合材料，其包括可固化熱固性樹脂纖維
成分和增強(qiáng)纖維成分。 熱固性樹脂纖維成分可包括多根熱固性樹脂纖維，并且可以如前面13個(gè)段落中任意一個(gè)段落所述。優(yōu)選地各纖維成分的外徑基本上相同，對于碳增強(qiáng)纖維成分優(yōu)選為5-7微米，對于玻璃增強(qiáng)纖維成分為15-20微米。 增強(qiáng)纖維成分可包括碳、玻璃、芳綸、陶瓷中的一種或多種。熱固性樹脂纖維成分與增強(qiáng)樹脂纖維成分的比例為50 : 50-10 : 90v/v。 熱固性樹脂纖維成分可包括部分樹脂系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的該系統(tǒng)包括如前面3個(gè)
段落中所述的復(fù)合材料和固化劑。優(yōu)選地，熱固性樹脂纖維成分設(shè)置在不與固化劑接觸的
位置處直至需要固化可固化熱固性樹脂纖維。固化劑優(yōu)選地在加工溫度下為液體。 可選地或另外地，固化劑可以是固體，諸如纖維或顆粒物，在此情況下，可以在一
些或所有熱固性樹脂纖維和固化劑之間發(fā)生接觸，但它們的物理性質(zhì)和/或儲存條件要使
得它們之間的固化作用相對緩慢或基本上被避免。 樹脂系統(tǒng)可進(jìn)一步包括其他添加劑，諸如熱塑性材料。 纖維或增強(qiáng)纖維成分中的一些或全部增強(qiáng)纖維可以被編織、縫合、連續(xù)地或不連續(xù)地、單向地或隨機(jī)取向地短切、加捻、纏結(jié)或?qū)嶋H上采取用于生產(chǎn)復(fù)合材料制品的任意適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。 熱固性樹脂纖維成分和增強(qiáng)纖維成分可通過諸如編織、縫合、加捻和/或纏結(jié)而混合在一起。 一根或多根熱固性樹脂纖維可圍繞并沿著一根或多根增強(qiáng)纖維的長度加捻在一起，和/或反之亦然?？蛇x地或另外地，熱固性樹脂纖維成分和增強(qiáng)纖維成分可以基本上并聯(lián)的構(gòu)造相互并排地延伸。 可選地或另外地，復(fù)合材料可包括在至少各自一個(gè)表面上接觸的熱固性樹脂纖維層和增強(qiáng)纖維層。各纖維層可被編織、縫合、連續(xù)地或不連續(xù)地、單向地或隨機(jī)地配置，并且可采取板、織物或氈的形式。 熱固性樹脂成分可被編織、縫合，或另外穿入增強(qiáng)纖維成分中，從而基本上均勻地分布在其中，并可能貫穿該增強(qiáng)成分，或在該增強(qiáng)纖維成分的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定和選擇的區(qū)域處。 可選地或另外地，增強(qiáng)纖維成分可被編織、縫合或另外穿入熱固性樹脂纖維成分中，從而基本上均勻地分布于并優(yōu)選地貫穿該熱固性樹脂纖維成分，或分布于該熱固性樹脂纖維成分內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定和選擇的區(qū)域中。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合材料，其包括可固化熱固性樹脂纖維
成分和另外的非增強(qiáng)纖維成分。 熱固性樹脂纖維成分優(yōu)選地如上所述。 非增強(qiáng)纖維成分可包括熱塑性纖維成分，轉(zhuǎn)而該成分可包括多根熱塑性纖維。 熱塑性纖維成分可包括一種或多種熱塑性聚合物諸如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚
醚醚酮、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚芳砜、聚苯硫、聚酰亞胺、聚硅氧烷和
各類橡膠。熱塑性纖維或至少一些熱塑性纖維可以是半結(jié)晶的。 優(yōu)選地，熱塑性纖維成分的作用是使復(fù)合材料尤其在固化時(shí)變堅(jiān)韌。
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優(yōu)選地，熱固性樹脂纖維與非增強(qiáng)纖維成分的比例為90/10-70/30，且最優(yōu)選80/20v/v。 可選地或另外地，非增強(qiáng)纖維成分可包括固化劑，諸如本文所述的固化劑的一種或多種。 熱固性樹脂纖維成分和非增強(qiáng)纖維成分可混合在一起從而形成如上面任一段落中所述的復(fù)合材料。 優(yōu)選地，復(fù)合材料包括可進(jìn)一步包括固化劑的部分樹脂系統(tǒng)，或進(jìn)一步包括能促進(jìn)熱固性樹脂成分固化的固化劑。該固化劑可以是如上所述的固化劑。
因此，本發(fā)明進(jìn)一步提供了如前面段落中所述的樹脂系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合材料，其包括熱固性樹脂纖維成分，另外的非增強(qiáng)纖維成分和增強(qiáng)纖維成分。 優(yōu)選地，熱固性樹脂纖維成分是如上所述的成分。
優(yōu)選地，非增強(qiáng)纖維成分是如上所述的成分。
優(yōu)選地，增強(qiáng)纖維成分是如上所述的成分。 優(yōu)選地，纖維成分通過諸如編織、加捻、縫合、纏結(jié)、穿線或任意其他適當(dāng)?shù)姆绞蕉?br> 混合在一起，并且可一起形成板、帶或其他預(yù)制坯。材料中的各種纖維成分可以基本上均勻
地分布在復(fù)合材料中，并且根據(jù)需要貫穿該復(fù)合材料。可選地或另外地，可選擇和預(yù)先確定
各纖維成分的位置和用量以提供由它們制成的具有所需特性的材料和固化制品，所需特性
為諸如具有相對高的樹脂韌性的區(qū)域，具有相對高和/或低的Vf的區(qū)域。 三種類型纖維中的兩種可以某種方式混合在一起，例如加捻在一起，然后這兩種
纖維與第三種類型的纖維以相同的方式或可選的諸如編織、穿線、縫合的不同方式而混合
在一起。 復(fù)合材料可包括在固化期間需要充分地浸濕增強(qiáng)纖維成分的所有樹脂。然而，在
某些實(shí)施方式中，熱固性樹脂，包括非纖維熱固性樹脂，可包含在或添加至復(fù)合材料中和/
或樹脂可進(jìn)一步在固化期間導(dǎo)入至材料上，諸如通過樹脂灌注技術(shù)，或可作為材料的另一
個(gè)成分提供，諸如作為樹脂層或在材料表面上的間隔區(qū)處離散量的樹脂。 非增強(qiáng)纖維成分可與熱固性樹脂纖維成分由增強(qiáng)樹脂纖維成分隔開，由此防止非
增強(qiáng)纖維成分和熱固性樹脂纖維成分之間發(fā)生接觸。在非增強(qiáng)成分包括固化劑時(shí)這樣會是
特別有用的。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造復(fù)合材料制品的方法，該方法包括使可固化熱固性樹脂纖維成分經(jīng)受固化條件以完全或部分地固化該成分。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造復(fù)合材料制品的方法，包括使如上面所述的復(fù)合材料經(jīng)受固化條件。 熱固性樹脂纖維成分或復(fù)合材料可與固化劑在開始固化工藝時(shí)或之前不久進(jìn)行混合，在此情況下，固化劑優(yōu)選地作為液體被導(dǎo)入至樹脂纖維成分中，并且優(yōu)選地直接導(dǎo)入至其上已經(jīng)放置了用于模制成型和固化的纖維成分或復(fù)合材料的模具或器具中。纖維成分或復(fù)合材料可采取預(yù)制坯的形式。 可選地，或另外地，固化劑可作為固體，諸如顆粒物或纖維，導(dǎo)入至樹脂纖維成分或復(fù)合材料中。
可選地，或另外地，固化劑可包括在復(fù)合材料內(nèi)，并且通過施加固化條件來促進(jìn)其固化作用。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用可固化熱固性樹脂纖維成分并使該成分經(jīng)受使該熱固性樹脂纖維固化的條件而制造的復(fù)合材料制品。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種通過將如上所述的復(fù)合材料經(jīng)受使該復(fù)合材料固化的條件而制造的復(fù)合材料制品。 這些條件可包括將固化劑導(dǎo)入至熱固性樹脂纖維成分和/或復(fù)合材料中，并且可包括用固化劑浸漬復(fù)合材料。


現(xiàn)在將僅借助于實(shí)施例，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式，其中 圖la是根據(jù)本發(fā)明的熱固性樹脂纖維成分的示意圖； 圖lb是圖la的熱固性樹脂纖維成分的橫截面示意圖； 圖lc是適用于生產(chǎn)本發(fā)明的熱固性樹脂纖維的裝置的示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的包括熱固性樹脂纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料的縱
向橫截面示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施方式的包括熱固性樹脂纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料的縱向橫截面示意圖； 圖4a是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的包括可固化熱固性樹脂纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料的縱向橫截面示意圖； 圖4b是根據(jù)本發(fā)明的另一復(fù)合材料的縱向橫截面示意圖； 圖4c是圖4b的復(fù)合材料的一個(gè)實(shí)施方式的橫向橫截面示意圖； 圖4d是圖4b的復(fù)合材料的另一個(gè)實(shí)施方式的橫向橫截面示意圖； 圖5a是包括可固化熱固性樹脂纖維成分和另外的纖維成分的復(fù)合材料的示意
圖； 圖5b是包括熱固性樹脂纖維成分和另外的纖維成分的另一復(fù)合材料的示意 圖6是根據(jù)本發(fā)明的包括可固化熱固性樹脂纖維成分和熱塑性纖維成分的復(fù)合材料的另一實(shí)施方式； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的包括熱固性樹脂纖維成分、熱塑性纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料的示意圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的包括熱固性樹脂纖維成分、熱塑性纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料的縱向橫截面示意圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的包括熱固性樹脂纖維成分、熱塑性纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料的橫截面示意圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的復(fù)合材料的縱向橫截面示意 圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的復(fù)合材料的縱向橫截面示意 圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的復(fù)合材料的縱向橫截面示意 圖13是制造本發(fā)明的復(fù)合材料的方法的說明示意 圖14是制造根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的可選方法的說明示意9
圖15是位于用于固化的模具裝置中的根據(jù)本發(fā)明的多層復(fù)合材料或預(yù)制坯的示意圖，以及； 圖16是本發(fā)明用于鋪絲束中的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及熱固性樹脂纖維成分，包括熱固性樹脂纖維的復(fù)合材料和使用該復(fù)合材料制造的復(fù)合材料制品及其制造方法。
圖1是用于制造復(fù)合材料的可固化熱固性纖維樹脂成分10的一部分的示意圖。
熱固性纖維成分10是伸長的。纖維成分10的尺寸可被設(shè)計(jì)以適合用于制造所需的復(fù)合材料，但通常它們具有1-50微米的直徑。熱固性樹脂纖維成分10可包括單根熱固
性樹脂纖維?？蛇x地，纖維成分io可包括混合在一起以形成線或紗的多根纖維。 圖lb圖示了方向Ib上此纖維成分的橫截面。纖維可通過例如加捻在一起，或通過任意其他適當(dāng)?shù)姆椒ɑ旌显谝黄鹨孕纬衫w維線或紗。使用的熱固性樹脂的特性和特征根據(jù)要產(chǎn)生其的材料來選擇。熱固性纖維成分內(nèi)的纖維或一根或多根纖維可以是熱固性樹脂的摻和物?？蛇x地，或另外地，熱固性樹脂纖維成分內(nèi)的不同纖維可包括不同的樹脂，使得例如，成分可包括兩種不同類型的纖維，每種纖維由一種樹脂或樹脂的摻和物制成，從而具有不同于組成摻和物的其它樹脂的組合。因此，例如，一種類型的纖維可包括環(huán)氧樹脂，而另一種可包括氰酸酯樹脂。在另一種替代方式中，熱固性纖維成分可包括兩種或多種類型的各自組成不同的纖維，因?yàn)樗鼈兏髯园ㄏ嗤瑯渲膿胶臀?，但摻和物?nèi)的樹脂以不同的量存在。例如，一種類型的纖維可包括環(huán)氧樹脂的摻和物，成分內(nèi)的另一種纖維可包括相同環(huán)氧樹脂的不同摻和物。成分中的任意添加劑的性質(zhì)可以相同或根據(jù)成分中不同類型的纖維而變化。 本發(fā)明使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠配制樹脂組合物并將它們以纖維的形式加入至熱固性樹脂纖維成分中以生成具有所需物理化學(xué)特性的可固化復(fù)合材料和由其制成的制品。
適當(dāng)?shù)臒峁绦詷渲ōh(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、BMI (雙馬來酰亞胺)、聚苯并噁嗪、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚酯和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他樹脂。 樹脂纖維成分10可包括添加劑，諸如可被用于增加熱固性樹脂固化時(shí)的韌性的熱塑性聚合物。熱塑性物質(zhì)的類型和用量可根據(jù)成分內(nèi)不同類型的纖維而變化。
在某些實(shí)施方式中，熱固性樹脂纖維成分10不包括固化劑。這確保纖維成分10是穩(wěn)定的，從而賦予纖維10以相對長的儲存期或保存期限。 然而，下面的實(shí)施方式也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)一些固化劑可包含在纖維成分10內(nèi)，但優(yōu)選地采取經(jīng)受特殊條件以啟動(dòng)或加速固化之前不促進(jìn)熱固性樹脂固化的形式。
圖lc顯示了產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的熱固性樹脂纖維成分10的簡單方法。液體熱固性樹脂(熔化的)通過由儲槽T的基部B中的開口H組成的機(jī)頭或噴絲頭排出?？墒┘訅毫σ则?qū)使樹脂通過機(jī)頭。當(dāng)樹脂纖維F從儲槽的基部噴出時(shí)，它們逐漸被冷卻，從而使其在被收集至巻取輪T之前固化。 如果儲槽T是靜止的，則熱固性樹脂纖維F將包括單根熱固性樹脂纖維或單股熱固性樹脂，并且每根或每股對應(yīng)于本發(fā)明的熱固性樹脂纖維成分10。 如果儲槽T圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，則當(dāng)纖維F從機(jī)頭中噴出時(shí)，它們相互加捻在一起。
10然后此加捻紗或熱固性樹脂纖維成分10被收集在用于向前加工的巻取輪上。 圖lc的裝置僅顯示了從其中噴出了 4股或4根熱固性樹脂纖維F。然而要理解的
是開口 H的數(shù)目可為單個(gè)開口至幾千個(gè)開口 。 當(dāng)儲槽T加入單一類型的熱固性樹脂配方時(shí)，該制造方法可產(chǎn)生單一配方的熱固 性纖維成分。 然而，儲槽T可被細(xì)分為多個(gè)分立室，每個(gè)室可加入不同的樹脂配方。這樣使得能 夠產(chǎn)生包括具有不同樹脂組成和/或配方的多根纖維的根據(jù)本發(fā)明的熱固性樹脂纖維成 分10。 已經(jīng)使用N， N， N， N-四縮水甘油基_4' 4_ 二氨基二苯基甲烷和溶解在其中的聚 醚砜而制造適當(dāng)?shù)目晒袒療峁绦詷渲w維成分。 熱固性樹脂纖維成分通常觸摸上去無粘性，因此很容易手工處置。熱固性樹脂成 分10通常具有在約23t:溫度下大于5X 10乍as，更優(yōu)選地大于2X 105Pas的粘度。如所討 論的那樣，在固化期間，粘度下降至2X103Pas以下以促進(jìn)浸漬。 熱固性樹脂纖維成分通常具有3 50微米，最優(yōu)選5 10微米的直徑。纖維的 尺寸可根據(jù)產(chǎn)生的各纖維的直徑和成分10內(nèi)的纖維數(shù)目來設(shè)計(jì)。 根據(jù)此配方的熱固性樹脂，當(dāng)被冰凍保存時(shí)具有12個(gè)月以上的保存期限，并且如 果在室溫(18°C _23°C )下保存則具有3-12個(gè)月的保存期限。 根據(jù)本發(fā)明的熱固性樹脂纖維IO將能夠應(yīng)用于許多技術(shù)和工業(yè)中，特別關(guān)注的
是使用此纖維10用于制造可固化復(fù)合材料和由其制成的復(fù)合材料制品。 圖2是包括被編織入增強(qiáng)纖維成分14中的如上所述的可固化熱固性樹脂纖維成
分10的可固化復(fù)合材料的橫截面示意圖。在所有附圖中，熱固性樹脂成分以放大的直徑顯
示。這樣是為了圖示清楚。通常優(yōu)選的是，熱固性樹脂成分的直徑與復(fù)合材料內(nèi)的其他纖
維成分相同或接近，從而便于纖維包裝。 增強(qiáng)纖維成分14可由任意已知類型的材料，諸如碳、玻璃、芳綸、陶瓷或本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的其他材料制成。 增強(qiáng)纖維成分14可以是編織的、縫合的、連續(xù)的、不連續(xù)的、單向的、短切的、無序 氈或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的此類材料的任意其他構(gòu)造。圖2的增強(qiáng)纖維成分是層的形式。
此類復(fù)合材料12具有許多優(yōu)點(diǎn)。 首先，熱固性樹脂纖維成分10是穩(wěn)定的，通常由于限制固化劑的存在或抑制固化
劑而避免早期固化，這賦予復(fù)合材料以良好的儲存性和相對長的保存期限。 纖維成分10通過纖維層14的厚度(T)并沿其長度(L所指示的方向)的穿入確
保熱固性樹脂成分10在整個(gè)纖維層14內(nèi)良好地并通常均勻地分布。這樣使熱固性樹脂在
固化期間均一地和迅速地浸漬在纖維層14內(nèi)。 纖維成分10的這種均勻分布的能力使得樹脂以相對小的用量加入至纖維層14
中，同時(shí)在固化期間仍能實(shí)現(xiàn)充分地浸漬和"浸濕"，由此能夠產(chǎn)生固化前增強(qiáng)纖維與熱固
性樹脂的比例高達(dá)90 : 10 (90% vf)，固化后Vf下降至55-65% Vf的復(fù)合材料。 成分10的纖維形式也提供了優(yōu)異的排氣特性，因?yàn)樵诠袒陂g纖維10不顯著地
阻礙空氣的移動(dòng)和由此空氣的排除。 另一優(yōu)點(diǎn)是通常非粘性的熱固性纖維10能提供具有良好的操作性的材料12。
根據(jù)常規(guī)的預(yù)浸料和預(yù)制坯成型工藝，復(fù)合材料12可考慮預(yù)浸料或預(yù)制坯的形 式，并可被切割成形和成型用于放置在模具中或器具上。 通常為了使用圖2的復(fù)合材料12產(chǎn)生固化的復(fù)合材料制品，根據(jù)普遍公知的技術(shù) 固化材料12。在成分本身中固化劑不足或沒有固化劑的情況下，固化過程需要將固化劑導(dǎo) 入至熱固性樹脂纖維成分10中。固化劑一般包括硬化劑和催化劑，并一般為在加工溫度下 具有非常低粘度的高度流動(dòng)的液體。這使得固化劑迅速地浸漬纖維層14，并使材料12"浸 濕"。如將要解釋的那樣，纖維層14內(nèi)的空氣在固化劑的浸漬期間被驅(qū)除，并且在固化期間 也被驅(qū)除。 圖15是可用來從根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料制造復(fù)合材料制品的簡單模具裝置15的 示意圖。裝置15包括具有器具表面18的模具或器具16，在該表面上放置了包括三層復(fù)合材 料12a、12b、12c的疊層17。上層和下層12a、12c包括圖2中所示的復(fù)合材料12，中層12b 顯示關(guān)于圖4a所述的復(fù)合材料。然而，要理解的堆疊的復(fù)合材料的性質(zhì)、數(shù)目和方向可發(fā) 生變化，并可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)成型制品的所需特性并通常根據(jù)公知技術(shù)來選擇。實(shí) 際上，疊層可包括由樹脂、干纖維、面紗、膠粘劑、型心、復(fù)合泡沫以及在制造固化的復(fù)合材 料制品中常規(guī)采用的任意其他合適的此類材料和結(jié)構(gòu)所形成的層。 該裝置包括簡單的真空包配置，其包括以常規(guī)方式通過封孔22封裝在疊層17外 部周圍的不透水聚合物袋20。 —旦所需的復(fù)合疊層17形成并通常被封裝在膜20之下，導(dǎo)入固化劑。可使用類 似于樹脂灌注技術(shù)(諸如樹脂傳遞成型、液體樹脂灌注成型和本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其 他技術(shù))的技術(shù)來完成此步驟。 如上所述，固化劑作為粘度非常低的液體被導(dǎo)入，并且迅速地將疊層17浸濕。固 化劑通常在導(dǎo)入至復(fù)合材料之前被加熱以降低粘度。浸濕的疊層17然后被置于適當(dāng)?shù)墓?化條件下，該條件可涉及高溫和/或真空條件。在圖15中，顯示了出口 24，空氣從膜20下 通過該出口被抽出以促進(jìn)空氣的去除并且防止空穴形成。 發(fā)現(xiàn)使用本發(fā)明的復(fù)合材料形成的復(fù)合材料制品的空隙度很小或沒有空隙。熱固
性纖維成分的纖維性質(zhì)有利于排氣。結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣可在纖維被熔化之前經(jīng)過纖維而被抽
出。當(dāng)溫度增加時(shí)，樹脂成分熔化從而使增強(qiáng)纖維浸濕。徹底地和均勻地將熱固性纖維成分
分布在整個(gè)層狀或其他形式的纖維增強(qiáng)物質(zhì)中的能力，有助于確保整個(gè)結(jié)構(gòu)均勻地固化，
這通常能夠防止復(fù)合材料的特殊區(qū)域中的早期固化，并且由此避免在已知配置中會發(fā)生的
空氣滯留，在空氣滯留的情況中，樹脂沒有均勻地分布在整個(gè)纖維增強(qiáng)層中。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的復(fù)合材料26的橫截面示意圖。在此實(shí)施方
式中，熱固性纖維成分10a、b與增強(qiáng)纖維成分14以兩種方式混合在一起。如在關(guān)于圖2所
述的實(shí)施方式中，纖維成分10a被編織或縫合貫穿成分14的厚度。 纖維成分10b沿著增強(qiáng)纖維成分14的長度被穿入或編織入其中，但不跨越厚度T。
此配置能夠使更多的熱固性樹脂分布在增強(qiáng)纖維成分14中以促進(jìn)熱固性纖維在 固化期間和固化之后的均勻浸漬。此外，將一個(gè)以上的纖維成分io編織或穿入至增強(qiáng)纖維 14中能夠在需要時(shí)使不同的熱固性樹脂和各個(gè)熱固性樹脂纖維成分10a、 b內(nèi)的其他添加 劑摻入至材料26中。 要理解的是熱固性樹脂纖維成分的許多組合可與增強(qiáng)纖維成分14(以及相反的情況)混合在一起以產(chǎn)生具有所需特性的復(fù)合材料以及由其制成的制品。 圖4a顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的復(fù)合材料28，其中熱固性纖維成分10b都
沿著增強(qiáng)纖維層14的長度穿入其中。在配方中熱固性纖維成分10b可以是相同的或它們
的一些或全部可以是不同的。 要理解的是可使用任意適當(dāng)?shù)募夹g(shù)包括穿線、編織、縫合等將熱固性樹脂纖維成 分和增強(qiáng)纖維成分混合在一起。 下面的構(gòu)造也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)樹脂纖維10位于纖維層14的一個(gè)或多個(gè) 表面，置于其上或淺淺地編織在表面中。然而，此構(gòu)造基本上不能獲得上述的所有優(yōu)點(diǎn)，尤 其是貫穿纖維層14的厚度混合的那些構(gòu)造，因此沒有進(jìn)行圖示。 圖4b顯示了包括單向增強(qiáng)纖維成分31的復(fù)合材料29，通過該成分31單向熱固 性樹脂成分10d基本上縱向地延伸。圖4c是材料29的橫截面，顯示熱固性樹脂纖維成分 10d基本上均勻地分布在整個(gè)材料29內(nèi)。圖4d顯示了一種可替代構(gòu)造，其中材料29基本 上為層的形式，成分31的熱固性纖維10d和增強(qiáng)纖維基本上均勻地分布在其中。
圖5a是復(fù)合材料34的示意圖，該復(fù)合材料34包括可固化熱固性樹脂纖維成分 30，非增強(qiáng)纖維成分32以基本上螺旋的構(gòu)造纏繞在其周圍，在一個(gè)實(shí)施方式中該成分32包 括熱塑性材料。熱塑性聚合物已知能改善熱固性樹脂的韌度，并且提供包括熱固性和熱塑 性混合纖維的復(fù)合材料34能提供穩(wěn)定的材料，該材料接著可用來產(chǎn)生增韌的纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料制品或產(chǎn)生非纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和制品，諸如膠粘劑。 具有大體上纖維或線狀結(jié)構(gòu)的材料34，也可被編織、穿線、縫合或其它方式與纖維
增強(qiáng)材料，特別是纖維材料層，以與上面實(shí)施方式中所述相似的方式混合在一起。 熱塑性纖維成分32纏繞在熱固性纖維成分30周圍的優(yōu)點(diǎn)在于其提供了熱塑性纖
維相對于熱固性纖維的均勻分布，并且因此提供了均勻的韌性。 熱塑性纖維成分32可包括本領(lǐng)域公知的任意一種或一些熱塑性聚合物，并且可 成型為纖維構(gòu)造。此類聚合物的例子包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚對苯二甲酸 乙二酯、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚芳砜、聚苯硫、聚酰亞胺、聚硅氧烷和各類其他橡膠。通常優(yōu) 選熱塑性纖維是半結(jié)晶的。 本發(fā)明的熱塑性纖維成分可包括一根或多根熱塑性纖維。 熱固性樹脂纖維成分與熱塑性纖維成分的比例可根據(jù)復(fù)合材料和最終由它們制 造的復(fù)合材料制品的所需特性來變化和確定。 對于大多數(shù)應(yīng)用，熱固性樹脂纖維與熱塑性纖維的比例將為90/10-70/30，且最優(yōu) 選約80/20， v/v。 如圖5b中所示，熱塑性成分32可被灑在熱固性樹脂纖維成分30上。 下面的構(gòu)造也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)大體上如圖6中所示，熱固性纖維成分纏
繞熱塑性成分，以及熱固性成分和熱塑性成分相互交織在一起。 盡管沒有圖示，下面的構(gòu)造也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)熱固性或熱塑性纖維成分 纏繞增強(qiáng)纖維成分，其示意圖類似于圖5a和圖6，數(shù)字標(biāo)記30代表增強(qiáng)纖維成分，32代表 熱塑性或熱固性樹脂成分。 熱固性樹脂纖維纏繞增強(qiáng)纖維線或紗能夠特別地應(yīng)用于牽切增強(qiáng)纖維，該纖維基 本上包括碳纖維，被特意地沿其長度拉伸至破裂的點(diǎn)。這樣提供了特別的懸垂性和一致性優(yōu)點(diǎn)，但本質(zhì)上不削弱碳纖維材料的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將本發(fā)明的熱固性樹脂纖維纏繞在牽 切增強(qiáng)纖維的周圍能穩(wěn)定和強(qiáng)化牽切紗線。 在可選的實(shí)施方式中，非增強(qiáng)纖維成分32包括固化劑。 當(dāng)材料經(jīng)受固化條件時(shí)固化劑可以足以完全地使熱固性樹脂成分30固化的量提 供，或可包括一部分所需要的固化劑。 然而，優(yōu)選固化劑與熱固性樹脂沒有或僅有有限的固化作用。這可通過兩種通常 為固體的纖維成分和/或?qū)囟让舾星以谔囟囟?材料通常保存在該溫度下)以下不顯 示任何可感知的固化特性的固化劑之間的有限物理接觸來達(dá)到。 下面的構(gòu)造也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)非增強(qiáng)成分32可以是(多種)固化劑、(多 種)熱塑性材料和其他添加劑的混料。 本發(fā)明還提供了包括熱固性樹脂纖維成分、非增強(qiáng)纖維成分和增強(qiáng)纖維成分的復(fù) 合材料。 圖7是包括中央纖維成分38的復(fù)合材料36，熱固性纖維成分40和另一種非增強(qiáng) 纖維成分42與其相間隔地纏繞在成分38周圍以形成雙螺旋型配置。此構(gòu)造提供了穩(wěn)定的 復(fù)合材料，該材料然后可用于形成復(fù)合材料制品和組件。材料36使熱固性樹脂成分和非增 強(qiáng)纖維成分兩者圍繞并沿著增強(qiáng)纖維成分38的長度大體上均勻的分布。
在可選的構(gòu)造中，中央成分38可以是熱固性纖維成分或非增強(qiáng)纖維成分，它們中 的另一成分和增強(qiáng)纖維成分以大體上雙螺旋的構(gòu)造纏繞其上。非增強(qiáng)纖維成分可如上所 述，或可包括第二熱固性纖維成分，該第二熱固性纖維成分可與材料36中包括的其他熱固 性纖維成分相同或不同。 雙螺旋構(gòu)造可以為大體上等間距的構(gòu)造或其纖維成分可以采取更緊密和更拉伸 的構(gòu)造或任意其他合適的構(gòu)造，在這些構(gòu)造中各成分優(yōu)選地彼此相對地圍繞另一個(gè)加捻或
纏繞在一起。 圖13是產(chǎn)生如關(guān)于圖7所述的復(fù)合材料的裝置和方法的示意圖。
將液體樹脂加料至兩個(gè)分開的容器VI、 V2或單個(gè)容器內(nèi)的兩個(gè)分開的室VI、 V2。 例如，VI可加入熱固性樹脂配方，容器V2可加入另一種熱固性樹脂(可以是相同或不同的 組成)或可能加入熱塑性材料、固化劑或這些的組合。容器V1和V2可被加熱。通常以箭 頭P的方向施加壓力。在容器V1和V2的基部中或朝向該基部設(shè)置有孔隙，孔隙可以是孔 洞或狹縫(未顯示)，液體材料被強(qiáng)制通過該孔隙。增強(qiáng)纖維Y的纖維或紗線在容器VI和 V2之間的中央延伸，從該材料的來源(未顯示)延伸至巻取輪或線軸B。容器VI和V2圍 繞增強(qiáng)纖維Y旋轉(zhuǎn)，形成從各容器VI和V2中發(fā)出的纏繞紗線Y的樹脂線。容器VI和V2 的相對旋轉(zhuǎn)速度和線軸B上巻取纖維Y的速度相協(xié)調(diào)使得中央紗線上的樹脂線的構(gòu)造符合 要求。 圖8圖示了包括熱固性、熱塑性和增強(qiáng)纖維成分的復(fù)合材料43的另一實(shí)施方式。 復(fù)合材料43包括大體上如上所述的纖維材料層114。熱固性成分44制成的線沿纖維層114 的長度編織或縫合貫穿厚度T(以箭頭L的方向)，并且熱塑性纖維成分46穿入該層中，要 理解的是熱固性纖維44和熱塑性纖維46可互換。 圖9顯示了另一復(fù)合材料48，其中熱固性纖維50和熱塑性纖維52兩者都編織或 穿入或縫合貫穿纖維層114的厚度，期望地是以大體上均勻間隔的構(gòu)造。
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在所有這些構(gòu)造中，排氣性都很好，并且顯示在固化期間，熱固性和熱塑性纖維在 纖維層114內(nèi)均勻混合并分布在整個(gè)纖維層114內(nèi)，從而提供基本上無孔隙、均質(zhì)的并且均 勻增韌的固化復(fù)合材料制品。 圖10是復(fù)合材料54的橫截面示意圖，該材料54包括增強(qiáng)纖維成分214，熱固性樹 脂成分210貫穿入其中，并且在材料54的一側(cè)上是其他材料制成的層56，該層可包括附加 在增強(qiáng)纖維成分214的表面上或部分地浸漬在其中的樹脂層。 層56可以是由任意材料制成，并且例如可以包括需要在固化期間完全地"浸濕" 增強(qiáng)纖維成分214的另一樹脂。此附加樹脂通常僅在熱固性樹脂纖維成分210所提供的熱 固性樹脂的量不足以完全地浸濕增強(qiáng)纖維成分54的時(shí)候才需要。 圖11是顯示材料58的可選實(shí)施方式，該材料包括增強(qiáng)纖維成分314，熱固性樹脂 纖維成分310以大體上堞形構(gòu)造縫合在成分314中。在材料58的一側(cè)上設(shè)置有另一層纖 維增強(qiáng)材料60，其可包括干纖維或可包括部分或完全浸漬的纖維增強(qiáng)預(yù)浸料。
圖12顯示了包括復(fù)合材料62的另一實(shí)施方式，該材料62具有增強(qiáng)纖維成分414， 多根熱固性樹脂纖維成分410大體上以與圖4a的實(shí)施方式類似的方式貫穿入成分414中。
在增強(qiáng)纖維成分414的一個(gè)表面上有多滴或其他更一致的模型的樹脂64。這些樹 脂可補(bǔ)充熱固性樹脂纖維成分410，從而確保在固化期間熱固性樹脂在整個(gè)增強(qiáng)纖維成分 414內(nèi)的適當(dāng)浸漬和浸濕。樹脂滴或模型64(以類似于圖10的實(shí)施方式的層56的方式) 也提供了與相對的大體上干燥的復(fù)合材料粘合的表面，從而有助于放置復(fù)合材料進(jìn)行固化 或在固化期間復(fù)合材料的放置。 上面討論的所有復(fù)合材料可被制造為不含任何固化劑或沒有足夠的固化劑，在此 情況下，需要促進(jìn)熱固性樹脂纖維成分固化的固化劑遠(yuǎn)離材料直至當(dāng)固化發(fā)生的時(shí)候。如 上所述，固化劑一般包括催化劑和硬化劑，并通過類似于樹脂灌注的技術(shù)和本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知的其他技術(shù)在"鋪層(lay up)"后或在鋪層工藝期間導(dǎo)入至模具中或器具表面上的 輕液體形式的復(fù)合材料上。 由于固化劑的粘度非常低，它們也可通過諸如噴涂，或涂覆的其他技術(shù)等來應(yīng)用， 但特別是關(guān)于后者不能施加真空條件，其優(yōu)選在疊層的交替復(fù)合材料之間實(shí)施固化。
以下的構(gòu)造也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)如上所述，一些或所有固化劑被設(shè)置為復(fù) 合材料的一部分。對于這些實(shí)施方式，固化劑可以是固體或另外具有高粘度以避免或阻止 其在保存條件下在材料內(nèi)的移動(dòng)，和/或它們可以是對溫度敏感的或另外以相對失活的狀 態(tài)存在于復(fù)合材料中。 在一個(gè)實(shí)施方式中，固化劑可以是纖維成分或顆粒物的形式，并且存在于上述的
復(fù)合材料內(nèi)，但與熱固性纖維成分隔開以避免不需要的早期相互作用和固化。例如，如果固 化劑為纖維的形式，其可包括圖7中的實(shí)施方式的纖維成分40、42中之一，另一成分為與其 相間隔的熱固性樹脂成分。在應(yīng)用非儲存、固化或預(yù)固化條件后，熱固性和固化劑纖維成分 將熔化并融合從而發(fā)生固化。增強(qiáng)纖維成分的作用是將材料中的熱固性樹脂纖維成分與固 化劑相隔開。 圖14是適于形成根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的另一裝置的示意圖。該裝置非常類似 于在形成常規(guī)預(yù)浸料中所公知的裝置。改進(jìn)在于被導(dǎo)入至復(fù)合材料中的纖維包括以前并沒 有提到的熱固性樹脂纖維。
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在圖14中，顯示了纖維的三種來源1、2、3，從各來源提供用于形成根據(jù)本發(fā)明的 復(fù)合材料的纖維材料。 例如，來源1可包括根據(jù)本發(fā)明的熱固性樹脂纖維成分的來源。來源2和3還可 包括增強(qiáng)纖維成分、其他非增強(qiáng)纖維成分，另外的熱固性樹脂纖維成分或其他各種組合。
基本上來自各來源1、2、3的纖維成分圍繞轉(zhuǎn)鼓D1、D2并通過輥R1、R2加料從而被 包裝在一起以形成復(fù)合材料，然后復(fù)合材料根據(jù)常規(guī)技術(shù)，諸如應(yīng)用另一些樹脂層、支撐基 板等進(jìn)一步進(jìn)行加工。 圖14的裝置適于，例如形成關(guān)于圖4a、4b、4c、4d，圖12所述的復(fù)合材料。此外，通 過裝置14產(chǎn)生的復(fù)合材料的進(jìn)一步的加工可包括縫合以產(chǎn)生如例如圖3和圖8中所示的 復(fù)合材料。 本發(fā)明的材料也可用于鋪絲束方法。圖16是本發(fā)明的熱固性纖維成分用于鋪絲 束中的應(yīng)用示意圖。 該裝置通常為用于鋪絲束的常規(guī)裝置。然而，熱固性纖維沿增強(qiáng)纖維和固化劑纖 維(或更多的熱固性纖維或任意的其他纖維)加料至鋪放頭H。然后加料至鋪放頭H的三 種纖維成分定位并纏繞至芯軸M上，M圍繞其軸旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行纏繞。鋪放頭H沿芯軸M的長 度上下移動(dòng)以確保纖維的均勻纏繞。 要理解的是加料至鋪放頭的纖維的數(shù)目和性質(zhì)可根據(jù)要在芯軸M上纏繞的纖維 的性質(zhì)和數(shù)目而變化。例如，一根以上的熱固性纖維成分可加料至鋪放頭H。此多根熱固性 纖維成分可以相互是相同的或不同的。增強(qiáng)纖維的數(shù)目和性質(zhì)可以發(fā)生變化。固化劑可不 以纖維形式提供，并且可以其他方式應(yīng)用，例如，如上所述，固化劑可設(shè)置在增強(qiáng)纖維成分 和/或熱固性纖維成分內(nèi)。此外可使用非增強(qiáng)纖維成分。 根據(jù)本發(fā)明，對于使用鋪絲束技術(shù)可采用大量的選擇方式和變型，以及以此技術(shù)
使用熱固性樹脂纖維成分的優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。 在不背離本發(fā)明的精神或范圍的前提下可做出許多改動(dòng)。 要理解的是，在上面提到的實(shí)施方式中，圖示的熱固性和非增強(qiáng)纖維成分的數(shù)目
特別小。雖然使用的包括單根纖維的成分和單個(gè)纖維成分包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但本發(fā)
明通常更多地涉及本發(fā)明的復(fù)合材料包括許多，可能幾百個(gè)甚至幾千個(gè)纖維成分。 要進(jìn)一步理解的是可使用本發(fā)明的熱固性樹脂纖維成分產(chǎn)生許多種構(gòu)造的復(fù)合
材料，上述的實(shí)施方式僅是選擇用于說明可根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的材料的顯著優(yōu)點(diǎn)、寬范圍的
應(yīng)用和構(gòu)造的一種選擇方式。 對于本發(fā)明的許多應(yīng)用，一般優(yōu)選提供下列的復(fù)合材料所有熱固性纖維成分均 勻地分布在整個(gè)或基本上整個(gè)復(fù)合材料內(nèi)，從而用于制造在整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)顯示性質(zhì)一致的復(fù) 合材料制品。 然而，對于特定的應(yīng)用，不同纖維成分的分布可以有意地是不均勻的，并可選擇形 成成分在其中不均勻分布的材料，由此能夠產(chǎn)生其一些范圍或區(qū)域具有不同于其他范圍或 區(qū)域的專門設(shè)計(jì)的特性的制品。本發(fā)明的成分且尤其是熱固性樹脂成分的纖維特性有助于 產(chǎn)生此類材料和制品。 例如，在上面已經(jīng)說明并參照附示了熱固性和/或非增強(qiáng)成分，由于通過厚 度T并沿長度L延伸，它們可被設(shè)置為僅沿一部分長度、長度的一些區(qū)段延伸，僅中途通過
16該厚度等等。當(dāng)然，此類材料通常還具有一定的寬度，經(jīng)常大體上采取層或板的形式，并且 成分可僅設(shè)置在預(yù)定的位置或沿該寬度方向上的區(qū)域。 成分的纖維形式使成分很容易以這種選擇方式提供。例如，它們可在預(yù)定的位置
處被縫入增強(qiáng)纖維中，和/或編織或另外穿入至增強(qiáng)纖維的基質(zhì)中。此外，具體參照圖5和
圖7圖示的成分可設(shè)置在沿中央成分的長度上的預(yù)定的和間隔的區(qū)域。 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料也能用作膠粘劑和其他非纖維增強(qiáng)材料。本文前面所述的
實(shí)施方式，具體是那些缺少任何增強(qiáng)纖維成分的實(shí)施方式可用于此應(yīng)用。 盡管在前面的說明書中努力地突出被認(rèn)為特別重要的本發(fā)明的那些特征，但應(yīng)注
意申請人要求保護(hù)前面提到的和/或在附圖中顯示的任何可專利的特征或這些特征的組
合，不管強(qiáng)調(diào)與否。
權(quán)利要求
一種用于制造復(fù)合材料的可固化熱固性樹脂纖維成分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性樹脂纖維成分 包括多根熱固性樹脂纖維。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性樹脂纖維成分 內(nèi)的纖維或多根纖維是連續(xù)的。
4. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性樹 脂成分內(nèi)的纖維或多根纖維是不連續(xù)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任意一項(xiàng)所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述纖維是 單向的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5中任意一項(xiàng)所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述纖維是 交織的。
7. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性樹 脂纖維成分包括環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、BMI (雙馬來酰亞胺)、聚苯并噁嗪、聚酰亞胺、酚醛 樹脂、聚酯中的一種或多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2-7中任意一項(xiàng)所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述纖維成 分中的纖維或多根纖維包括一些熱固性樹脂的摻和物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2-8中任意一項(xiàng)所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述成分包 括多根包括不同熱固性樹脂和/或其摻和物的不同纖維。
10. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性 樹脂纖維成分包括能使所述熱固性纖維成分尤其在固化時(shí)變堅(jiān)韌的一種或多種熱塑性物 質(zhì)。
11. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性 樹脂纖維成分包括少量固化劑或不包括固化劑。
12. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性 纖維成分包括在相對低溫下被抑制的固化劑，因此當(dāng)所述成分保存在冷藏或冷凍條件下時(shí) 被抑制。
13. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固性 成分在23t:溫度下的粘度大于5X 104Pas。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任意一項(xiàng)所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述熱固 性成分在23t:溫度下的粘度大于2X 105Pas。
15. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述纖維成 分具有3 50微米的直徑。
16. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述纖維成 分具有5 10微米的直徑。
17. 根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可固化熱固性樹脂纖維成分，其中所述可固化 熱固性樹脂纖維成分包括N， N， N， N-四縮水甘油基-4' 4- 二氨基二苯基甲烷和聚醚砜。
18. —種復(fù)合材料，包括熱固性樹脂纖維成分和促進(jìn)所述熱固性樹脂纖維成分固化的 固化劑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述固化劑是固體，諸如顆?；蚶w維形式，或其他高粘性形式，以減少與所述熱固性樹脂纖維的接觸和相互作用，使得在適當(dāng)?shù)膬Υ?條件諸如冷藏和冷凍下它們之間的固化作用相對地緩慢或基本上被避免。
20. —種復(fù)合材料，包括可固化熱固性樹脂纖維成分和增強(qiáng)纖維成分。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂纖維成分為權(quán)利要求1-17 任意一項(xiàng)所限定的成分。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的復(fù)合材料，其中各纖維成分的外徑基本上相同。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20-22中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述增強(qiáng)纖維成分包括碳、 玻璃、芳綸、陶瓷中的一種或多種。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20-23中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中熱固性樹脂纖維成分與增 強(qiáng)樹脂纖維成分的比例為50 : 50-10 : 90v/v。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中固化劑設(shè)置在不與所述熱 固性樹脂纖維成分接觸的位置處直至需要固化所述可固化熱固性樹脂纖維。
26. 根據(jù)權(quán)利要求20-25中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述纖維或所述增強(qiáng)纖維 成分中的一些或所有增強(qiáng)纖維被編織、縫合、連續(xù)地或不連續(xù)地、單向地或隨機(jī)取向地短 切、加捻、纏結(jié)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20-26中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂纖維成分 和所述增強(qiáng)纖維成分通過諸如編織、縫合、加捻和/或纏結(jié)而混合在一起。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20-27中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述一根或多根熱固性樹 脂纖維圍繞并沿著一根或多根增強(qiáng)纖維的長度加捻在一起。
29. 根據(jù)權(quán)利要求20-27中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中一根或多根增強(qiáng)纖維圍繞 并沿著一根或多根增強(qiáng)纖維的長度加捻在一起。
30. 根據(jù)權(quán)利要求20-27中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂纖維成分 和所述增強(qiáng)纖維成分以基本上并聯(lián)的構(gòu)造相互并排地延伸。
31. 根據(jù)權(quán)利要求20-30中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括在各自至少一個(gè)表面上接觸的熱固性樹脂纖維層和增強(qiáng)纖維層。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的復(fù)合材料，其中各纖維層被編織、縫合、連續(xù)地或不連續(xù) 地、單向地或隨機(jī)地配置。
33. 根據(jù)權(quán)利要求20-32中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂成分被編 織、縫合，或另外被穿入所述增強(qiáng)纖維成分中從而基本上均勻地分布。
34. 根據(jù)權(quán)利要求20-32中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂成分被編 織、縫合或另外穿入所述增強(qiáng)纖維成分的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的和選擇的區(qū)域中。
35. 根據(jù)權(quán)利要求20-32中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述增強(qiáng)纖維成分被編織、 縫合或另外穿入所述熱固性樹脂纖維成分中，從而在所述熱固性樹脂纖維成分內(nèi)基本上均 勻地分布。
36. 根據(jù)權(quán)利要求20-32中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述纖維增強(qiáng)成分被編織、 縫合或另外穿入到在所述熱固性樹脂纖維成分內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定和選擇的區(qū)域中的所 述熱固性樹脂成分中。
37. —種復(fù)合材料，包括可固化熱固性樹脂纖維成分和另外的非增強(qiáng)纖維成分。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的復(fù)合材料，其中所述可固化熱固性樹脂纖維成分為權(quán)利要求1-17中任意一項(xiàng)中所限定的成分。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37或權(quán)利要求38所述的復(fù)合材料，其中所述非增強(qiáng)纖維成分包括熱 塑性纖維成分。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的復(fù)合材料，其中所述熱塑性纖維成分包括多根熱塑性纖維。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的復(fù)合材料，其中所述熱塑性纖維成分包括一種或多種 熱塑性聚合物諸如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醚砜、聚醚 酰亞胺、聚芳砜、聚苯硫、聚酰亞胺、聚硅氧烷和各類橡膠。
42. 根據(jù)權(quán)利要求37-41中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂纖維與非 增強(qiáng)纖維成分的比例為90/10-70/30，且最優(yōu)選80/20v/v。
43. 根據(jù)權(quán)利要求37-42中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述非增強(qiáng)纖維成分可包 括固化劑。
44. 根據(jù)權(quán)利要求37-43中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中所述熱固性樹脂纖維成分 和所述非增強(qiáng)纖維成分可混合在一起從而形成所述復(fù)合材料。
45. —種復(fù)合材料，包括熱固性樹脂纖維成分，另外的非增強(qiáng)纖維成分和增強(qiáng)纖維成分。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的復(fù)合材料，其中所述三種類型的纖維成分中的兩種以一種 方式混合在一起，然后這兩種成分與第三種類型的纖維成分以相同的方式或可選的不同方 式混合在一起。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的復(fù)合材料，其中所述非增強(qiáng)纖維成分與所述熱固性樹 脂纖維成分通過所述增強(qiáng)樹脂纖維成分隔開。
48. —種制造復(fù)合材料制品的方法，該方法包括使可固化熱固性樹脂纖維成分經(jīng)受固 化條件以完全或部分地固化所述成分。
49. 一種制造復(fù)合材料制品的方法，包括使如上面權(quán)利要求1-17中所述的復(fù)合材料經(jīng) 受固化條件。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述熱固性樹脂纖維成分或復(fù)合材料與固化劑 在開始固化工藝時(shí)或之前不久進(jìn)行混合。
51. 根據(jù)權(quán)利要求49或50所述的方法，其中固化劑可包括在所述復(fù)合材料內(nèi)，并且通 過施加固化條件來促進(jìn)其固化作用。
52. —種使用可固化熱固性樹脂纖維成分并使該成分經(jīng)受使所述熱固性樹脂纖維固化 的條件而制造的復(fù)合材料制品。
53. —種通過使根據(jù)權(quán)利要求37-47中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料經(jīng)受使所述復(fù)合材料 固化的條件而制造的復(fù)合材料制品。
54. —種基本上參照附圖如前所述的可固化熱固性樹脂纖維成分。
55. —種基本上參照附圖如前所述的復(fù)合材料。
56. —種參照附圖如前所述的復(fù)合材料。
57. —種制造參照附圖如前所述的復(fù)合材料制品的方法。
58. 包括本文公開的新主題的任意新主題或組合，不管其是否包括在如前面權(quán)利要求 中任意一項(xiàng)所述的發(fā)明的范圍內(nèi)或是否與如前面權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的發(fā)明相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱固性樹脂纖維成分(10，30，40，44，50，210，310，410)、包括熱固性樹脂纖維成分的復(fù)合材料(12，26，28，29，34，36，43，48，54，58，62)，使用此復(fù)合材料制造的復(fù)合材料制品及其制造方法。熱固性樹脂纖維成分可包括單根熱固性樹脂纖維或混合在一起的多根纖維。使用的熱固性樹脂的特性和特點(diǎn)根據(jù)產(chǎn)生其的材料來選擇。熱固性纖維成分可編織成增強(qiáng)纖維(14，31，38，114，214，314，60，414)以形成預(yù)浸料。熱塑性纖維(32，46，52)可與熱固性纖維成分混合并共紡。
文檔編號D01F6/74GK101784703SQ200880104340
公開日2010年7月21日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者安德魯·吉布斯, 艾米·格雷斯·阿特金森, 馬克·雷蒙德·斯蒂爾 申請人:高級復(fù)合材料集團(tuán)有限公司