專利名稱：縫合的多軸無屈曲織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由至少兩個重疊布置的層組成的多軸無屈曲織物(Gelege)，所述層由在層內(nèi)彼此平行地布置、且并排地緊鄰的復(fù)絲增強(qiáng)紗組成，其中一個層以及相鄰的層內(nèi)的增強(qiáng)紗通過彼此平行延伸且彼此以針跡寬度/橫針距w隔開的縫紉線彼此連接并相對彼此固定，其中縫紉線形成具有線跡長度s的線圈，無屈曲織物的零度方向通過縫紉線限定，所述層的增強(qiáng)紗相對于無屈曲織物的零度方向?qū)ΨQ地布置、且增強(qiáng)紗的延展方向與零度方向形成角度α。
背景技術(shù)：
長久以來多軸的無屈曲織物或多軸無屈曲織物在市場上是已知的。多軸無屈曲織物理解為由多個彼此重疊布置的紗線層組成的結(jié)構(gòu)，其中紗線層由彼此平行布置的增強(qiáng)紗的經(jīng)紗組成。重疊布置的紗線層可以通過多個彼此并排布置且彼此平行延伸形成線圈的縫紉線或針織線彼此連接和相對彼此固定，因此通過這種方式增強(qiáng)多軸無屈曲織物。在此，縫 紉線或針織線形成多軸無屈曲織物的零度方向。紗線層如此重疊地鋪設(shè)，即所述層的增強(qiáng)纖維彼此平行地定向或彼此交叉地定向。角度幾乎可以任意地調(diào)節(jié)。然而，多軸無屈曲織物的角度通常設(shè)定為0°、90°、正負(fù)25°、正負(fù)30°、正負(fù)45°或正負(fù)60°，并如此選擇結(jié)構(gòu)，即相對于零度方向得到對稱的結(jié)構(gòu)。這種多軸無屈曲織物例如可借助于普通的經(jīng)編機(jī)或縫編機(jī)制造。利用多軸無屈曲織物制成的纖維復(fù)合材料構(gòu)件特別適于直接平衡/反作用于由構(gòu)件的受力方向/荷載方向引入的力，并因此保證高的強(qiáng)度。在此，多軸無屈曲織物中纖維密度和纖維角度與構(gòu)件中的負(fù)荷方向的匹配實現(xiàn)了低的單位重量。多軸無屈曲織物由于其構(gòu)造可以專門用于制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在此，無屈曲織物在沒有基體材料的情形下鋪設(shè)在一模具中，并例如在升高的溫度下變形而適應(yīng)該模具的輪廓。在冷卻后得到穩(wěn)定的所謂的預(yù)制件，接著制造復(fù)合材料構(gòu)件所需的基體材料通過浸潰或注射、同時在使用真空的情況下被引入該預(yù)制件中。在此，已知的方法有所謂的液體模塑成型(LM法)或與之類似的方法像樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)^脂膜熔滲(RFI)、液體樹脂灌注成型(LRI)或柔性模具樹脂滲透成型(RIFT )。對預(yù)制件來說重要的是，一方面層內(nèi)的纖維以及各個纖維層相對彼此充分固定。另一方面，鑒于所需的三維成型，需要多軸無屈曲織物的良好的懸垂性。最后同樣重要的是，成型為預(yù)制件的多軸無屈曲織物能很好地被通過上述方法引入的基體樹脂穿透。例如在DE10252671C1、DE19913647B4、DE202004007601U1、ΕΡ0361796Α1 或US6890476B3中描述了多軸無屈曲織物及其制造。根據(jù)DE102005033107B3，首先制造由單向布置的纖維或纖維束形成的單個的墊子，其中所述單向布置的纖維或纖維束通過成圈線/綁扎線形成線圈、且所有成圈線包圍和固定僅僅一根纖維或僅一個纖維束。在第二步驟中，如此制成的多個墊子的層相對彼此以不同的角度重疊放置并彼此連接。ΕΡ1352118Α1公開了一種多軸無屈曲織物，其中增強(qiáng)纖維的層借助于可熔的縫紉紗固定。根據(jù)EP1352118A1的實施方案，當(dāng)多軸無屈曲織物在高于縫紉紗熔點(diǎn)的溫度下成型時，使用這種可熔的紗允許所述層之間相對彼此移動，并且，當(dāng)隨后在熔點(diǎn)之下冷卻時允許形狀的穩(wěn)定，從而縫紉線起到了現(xiàn)場粘合劑的作用。根據(jù)EP1352118A1的說明，縫紉紗中的張力首先導(dǎo)致在無屈曲織物中形成槽區(qū)域，從而導(dǎo)致基體樹脂更好的滲透。然后，把無屈曲織物結(jié)構(gòu)加熱至縫紉紗的熔點(diǎn)之上，其導(dǎo)致縫紉紗中的張力降低，由此導(dǎo)致增強(qiáng)纖維的波紋度的減小。根據(jù)EP1352118A1，縫紉線在無屈曲織物中的份額優(yōu)選應(yīng)該在O. 5至10%(重量百分比)的范圍內(nèi)。通常使用由熱塑性聚合物、例如像聚酰胺或聚酯形成的縫紉線，例如像在EP1057605B1中公開的那樣。根據(jù)US6890476B1的說明，其中使用的紗線具有約70dtex的細(xì)度/纖度/線密度。W098/10128公開了一種由多個重疊地成角度鋪設(shè)的增強(qiáng)纖維層組成的多軸無屈曲織物，所述增強(qiáng)纖維層通過縫紉線彼此縫合或針織/編織在一起。W098/10128公開了一種多軸無屈曲織物，其中縫紉線的鏈狀線跡具有例如每25. 4mm (=1英寸)寬度5列的針距和通常在約3. 2至約6. 4mm (1/8-1/4英寸)范圍內(nèi)的針跡寬度。在此使用的縫紉線具有至少約80dtex的細(xì)度。在US4857379B1中也使用例如由聚酯形成的紗通過例如編織或織造工藝來連接增強(qiáng)紗，其中使用的紗具有50至3300dteX的細(xì)度。 DE19802135涉及一種用于例如防彈/沖擊應(yīng)用的多軸無屈曲織物，其中分別相對于彼此平行布置的經(jīng)紗和緯紗的層通過成圈線/綁扎線彼此連接。在DE19802135描述的多軸無屈曲織物中，相對彼此平行的紗線互相之間具有一距離，且通過成圈線形成的線圈分別環(huán)繞經(jīng)紗和緯紗。對使用的成圈線來說，規(guī)定的細(xì)度在140到930dtex之間的范圍內(nèi)。在TO2005/028724公開的多軸無屈曲織物中，相對彼此單向地或平行地布置的、具有高的細(xì)度的增強(qiáng)紗的多個層通過成圈線連接，所述成圈線交織在這些增強(qiáng)紗之間且圍繞各個增強(qiáng)紗。在所述層的內(nèi)部，增強(qiáng)紗彼此間隔開。例如，由細(xì)度為75denier的聚乙烯醇形成的紗或基于聚氨酯的具有1120denier細(xì)度的彈性紗被用作成圈線。無定向/隨機(jī)鋪設(shè)的纖維墊或無紡織物、或短(切)纖維織物或墊也部分地放置在由增強(qiáng)纖維形成的紗線層之間，以便例如改進(jìn)無屈曲織物的可浸潤性或者改進(jìn)沖擊強(qiáng)度。例如在DE3535272C2、EP0323571A1或US2008/0289743A1中描述了具有這種墊狀中間層的多軸無屈曲織物。結(jié)果表明，目前的多軸無屈曲織物完全能夠具有良好的懸垂性且其基體樹脂的浸潤性是令人滿意的。即使對利用多軸無屈曲織物制成的構(gòu)件來說，也可以達(dá)到抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度方面良好的特征值水平。然而，這些構(gòu)件通常在壓應(yīng)力和沖擊應(yīng)力下表現(xiàn)出不令人滿意的特征值水平。目前為止，在壓力負(fù)荷和沖擊負(fù)荷下不令人滿意的機(jī)械強(qiáng)度的缺陷仍如此嚴(yán)重，即盡管存在提到的專門用于復(fù)雜構(gòu)件的更適合的材料，仍要使用長期形成的所謂的預(yù)浸潰技術(shù)，進(jìn)而要忍受更高的時間花費(fèi)和制造費(fèi)用。因此，存在對一種多軸無屈曲織物的需求，這種多軸無屈曲織物尤其在壓力負(fù)荷和沖擊負(fù)荷下導(dǎo)致構(gòu)件中或材料中改進(jìn)的特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種多軸無屈曲織物，借助于該多軸無屈曲織物能制造在壓力負(fù)荷或沖擊負(fù)荷下具有改進(jìn)的特性的纖維復(fù)合材料構(gòu)件。該目的通過由至少兩個重疊布置的層組成的多軸無屈曲織物實現(xiàn)，所述層由在層內(nèi)相對彼此平行并排緊鄰布置的復(fù)絲增強(qiáng)紗組成，其中一個層以及相鄰的層內(nèi)的增強(qiáng)紗通過彼此平行延伸、彼此以針跡寬度/橫針距w隔開、且形成線圈的縫紉線彼此連接并相對彼此固定，其中縫紉線形成具有線跡長度s的線圈，無屈曲織物的零度方向通過縫紉線定義，所述層的增強(qiáng)紗相對于無屈曲織物的零度方向?qū)ΨQ地布置，且增強(qiáng)紗的延展方向與零度方向形成不等于90°和0°的角度α，且其中所述多軸無屈曲織物的特征在于，縫紉線的細(xì)度/纖度在10至35dtex范圍內(nèi)。已經(jīng)知道，當(dāng)多軸無屈曲織物中的縫紉線的細(xì)度處于根據(jù)本發(fā)明要求的范圍內(nèi)時，特別顯著地改善了壓力負(fù)荷下的穩(wěn)定性。到目前為止，未在多軸無屈曲織物中使用這種細(xì)的縫紉線。令人驚異的表現(xiàn)在于，通過在多軸無屈曲織物中使用具有根據(jù)本發(fā)明要求的細(xì)度的縫紉線獲得了對由此制造的復(fù)合材料的穩(wěn)定性的顯著改善。這是因為，單個的紗線層的紗線形成/紗線結(jié)構(gòu)相對于已知的多軸無屈曲織物明顯更均勻。尤其是觀察到，增強(qiáng)紗的單絲表現(xiàn)出比在現(xiàn)有技術(shù)的無屈曲織物中更筆直的走向。縫紉線的細(xì)度優(yōu)選地落在10 至30dtex的范圍內(nèi)，并尤其優(yōu)選地落在15至25dtex的范圍內(nèi)。在制造例如用于紡織用途的紡織物時，例如在制造用于像粗呢夾克的外衣的雙向彈性的固定襯里時，最好使用低細(xì)度的紗作為針織紗線是已知的。例如在DE9306255U1中描述了這種固定襯里，其中針織紗線圍繞基礎(chǔ)無屈曲織物的經(jīng)紗和緯紗。這也可應(yīng)用于W02006/055785的用于機(jī)動車乘員保護(hù)系統(tǒng)(安全氣囊)的無屈曲織物，其中由沿經(jīng)向的紗線形成的層和由沿緯向的紗線形成的層借助于低細(xì)度的針織紗線彼此連接。由根據(jù)本發(fā)明無屈曲織物的復(fù)絲增強(qiáng)紗構(gòu)造的單個層可以借助于普通的方法和設(shè)備制造，并相對于零度方向以限定的角度重疊地放置。該技術(shù)領(lǐng)域的已知的機(jī)器是LIBA機(jī)器或Karl Mayer機(jī)器。因此，增強(qiáng)紗相對于彼此可如此地在層內(nèi)部定位，即它們彼此緊貼，也就是說基本上無間隙地并排布置。然而，根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的層也可以包括由復(fù)絲增強(qiáng)紗組成的預(yù)制單向織物。在該單向織物中，構(gòu)成各個層且平行彼此布置的增強(qiáng)紗通過由松散的成圈線形成的鏈彼此連接，該成圈線的鏈大致橫向于增強(qiáng)紗地延伸。例如，在EP0193479B1或EP0672776中描述了這種單向織物，明確參考其中與此相關(guān)的公開內(nèi)容。通常用于纖維復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域中的纖維或紗被考慮用作增強(qiáng)纖維或增強(qiáng)紗。在根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物中使用的復(fù)絲增強(qiáng)紗優(yōu)選地是碳纖維、玻璃纖維或芳族聚酰胺紗，或者是高延展的UHMW聚乙烯紗。尤其優(yōu)選是碳纖維紗。根據(jù)本發(fā)明的無屈曲織物的層結(jié)構(gòu)是對稱的。這意味著，在根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物中，其中增強(qiáng)紗與零度方向形成正角度α的層的數(shù)量和其中增強(qiáng)紗與零度方向形成為上述正角度的負(fù)余角α的層的數(shù)量是相同的。因此，根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物可以例如具有這樣的構(gòu)造一個+45°的層、一個-45°的層、一個+45°的層和一個-45°的層。通常，在這種多軸無屈曲織物中，角度α應(yīng)該位于±20°至約±80°的范圍內(nèi)。典型的角度α為±25°、土30°、土45°和±60°。在根據(jù)本發(fā)明的無屈曲織物的一個優(yōu)選的實施方案中，相對于零度方向的角度α的絕對值落在15°至75°的范圍內(nèi)。為了考慮例如在隨后構(gòu)件中的其它受力方向，根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物優(yōu)選還包括這樣的復(fù)絲增強(qiáng)紗的層，其中增強(qiáng)紗相對于零度方向形成0°角，和/或包括這樣的層，其中增強(qiáng)紗相對于零度方向形成90°角。這些0°或90°層優(yōu)選位于以角度α定向的層之間。然而，例如也可以形成具有如下方向的結(jié)構(gòu)90°、+30°、-30°、0°、-30°、+30°、90°，也就是說結(jié)構(gòu)的外層由90°的層形成。至于由根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物制成的復(fù)合材料構(gòu)件在壓力負(fù)荷和/或沖擊負(fù)荷下的強(qiáng)度，令人異地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)縫紉線的線跡長度S與針跡寬度W以及根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物中增強(qiáng)紗的角度α之間滿足如下關(guān)系式(I)和(II)時，得到特別好的強(qiáng)度水平。2mm ^ s ^ 4mm(I)
r IH7^Itana1I/ ττ、s = n*B·~^(II)
2.3其中乘數(shù)B的值可以落在0.9彡B彡1.1的范圍內(nèi)，而η值可以取O. 5、I、I. 5、2、3或4，由此對w · I tan α | /2. 3取一個小的值的情形而言，線跡長度s也落在根據(jù)等式(I)要求的范圍內(nèi)。針跡寬度W，即縫紉線之間的距離可以在此以_ (毫米)給出。角度\理解為相對于零度方向的角度，在多軸無屈曲織物的俯視圖中，第一層的增強(qiáng)紗以該角度布置，其增強(qiáng)紗相對于零度方向具有與90°和0°不同的角度。在多軸無屈曲織物的最上一層或最上數(shù)層的增強(qiáng)紗相對于零度方向具有90°角或0°角的情況下，考慮布置在該層或這些層下方的第一層，該第一層的增強(qiáng)紗具有與90°或0°不同的角度。在檢查纖維結(jié)構(gòu)時，也就是說在檢查復(fù)絲增強(qiáng)紗的纖維或單絲在多軸無屈曲織物的層中的走向時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)遵守關(guān)系式(I)和(II)時，得到纖維的非常均勻的走向，伴隨著紗線波紋度的明顯減小和明顯減少的在紗線束之間產(chǎn)生的間隙。為此，顯然重要的是，沿紗線束或纖維條的走向，縫紉線在纖維條的寬度上于盡可能不同的位置處刺穿纖維條。對于落在由條件(I)和(II)限定的區(qū)域之外的針對線跡長度和針跡寬度的通常設(shè)定的值來說，已經(jīng)觀察到，沿著增強(qiáng)紗的延伸方向，縫紉線的刺入基本上發(fā)生在相同的纖維或單絲之間、或發(fā)生在纖維條或增強(qiáng)紗的相同區(qū)域之間。由此出現(xiàn)紗走向中明顯的波紋度，并形成單絲之間的間隙?？傊汛_定，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的低細(xì)度的縫紉線和當(dāng)遵守上述條件(I)和(II)時，在增強(qiáng)紗的層的俯視圖中，由于縫紉線在無屈曲織物中的刺入位置而導(dǎo)致的纖維偏轉(zhuǎn)——也稱為起伏角——可以減少多達(dá)約25%。同時，所產(chǎn)生的起伏區(qū)——也就是說其中單絲或紗線顯示出偏轉(zhuǎn)的面積或區(qū)域可以縮小約40%，因此明顯減小了纖維之間的自由空間，該自由空間導(dǎo)致樹脂份額增大的區(qū)域以及構(gòu)件強(qiáng)度的減小。同時，根據(jù)復(fù)合層壓制品的顯微照片(所述復(fù)合層壓制品基于根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物)可以確定，通過使用根據(jù)本發(fā)明的低細(xì)度的縫紉線，在沿著垂直于增強(qiáng)紗層延展方向、并平行于增強(qiáng)紗的觀察方向上令人驚異地獲得了增強(qiáng)紗特別均勻的走向。因此，當(dāng)使用細(xì)度為23dtex的縫紉線時，獲得了增強(qiáng)紗單絲的基本上直線/線性的走向。當(dāng)使用的縫紉線的細(xì)度落在根據(jù)本發(fā)明要求的范圍之外時，在細(xì)度為48dtex時，當(dāng)觀察復(fù)合材料層壓制品的所述橫截面時，所有單絲表現(xiàn)出極不規(guī)律、波紋形的走向，波動幅度的數(shù)量級為增強(qiáng)紗線的一個層的厚度。
線跡長度可以落在2mm到4mm的范圍內(nèi)。當(dāng)線跡長度大于4mm時,不再能夠保證根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的足夠的穩(wěn)定性。相反，當(dāng)小于2mm時，導(dǎo)致無屈曲織物中過多的缺陷位置。此外，還導(dǎo)致了多軸無屈曲織物的制造經(jīng)濟(jì)性的大幅度降低。通常用于制造紗線無屈曲織物的紗被考慮用作縫紉線，只要其具有根據(jù)本發(fā)明要求的細(xì)度/線密度?？p紉線優(yōu)選是復(fù)絲紗?？p紉線優(yōu)選由聚酰胺、芳族聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸、聚羥基醚或這些聚合物的共聚物組成?？p紉線尤其優(yōu)選是由聚酯、聚酰胺或聚羥基醚或這些聚合物的共聚物組成的復(fù)絲紗?？梢栽诩庸r使用這種縫紉紗，其在隨后的樹脂注射中例如在樹脂注射溫度之上但在使用的樹脂的固化溫度之下熔化。該紗也可以在固化溫度時是本身可熔化的?？p紉紗也可以是這樣的，其例如在注射期間或在基體樹脂的固化期間可溶解在基體樹脂中。例如在DE19925588、EP1057605或US6890476中描述了這種縫紉線，在此明確地通過參引的方式將其內(nèi)容結(jié)合到本文中。有利地，在室溫時，縫紉線具有> 50%的斷裂伸長率。通過高的斷裂伸長率可以實 現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的改進(jìn)的懸垂性，由此還可以實現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。在本發(fā)明的框架內(nèi)，縫紉線也理解為這樣的紗線其不通過縫制被引入根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物中，而是通過其它形成線圈的紡織過程、例如尤其通過針織過程被引入?？p紉線通過線圈把多軸無屈曲織物的層彼此連接，該線圈可以具有在多軸無屈曲織物中常見的組織類型，例如像經(jīng)編針織或編鏈組織。優(yōu)選是編鏈組織。在根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的優(yōu)選的實施方式中，在復(fù)絲增強(qiáng)紗的至少兩個層(即增強(qiáng)紗線層)之上和/或之間布置有無紡織物，該無紡織物與增強(qiáng)紗的層通過縫紉線連接。無紡織物可以是紡織的由無定向的切段短纖維或短纖維組成的平面構(gòu)型物，或者是由連續(xù)長絲組成的無定向鋪設(shè)的無紡織物，該無定向鋪設(shè)的無紡織物必須例如通過施加溫度和壓力結(jié)合，其中單絲在接觸點(diǎn)處熔化并因此形成無紡織物。此外，在增強(qiáng)層之間使用無紡織物的優(yōu)點(diǎn)在于改進(jìn)的懸垂性和/或多軸無屈曲織物可由基體樹脂更好地滲透。例如，無紡織物在此可以是玻璃(纖維)無紡織物或由碳纖維組成的無紡織物。無紡織物優(yōu)選由熱塑性聚合物材料組成。像已經(jīng)描述的那樣，這種無紡織物例如在 DE3535272C2、EP0323571A1、US2007/0202762A1 或 US2008/0289743A1 中公開。熱塑性聚合物材料如此合適地選擇無紡織物起到用于提高沖擊強(qiáng)度的作用，并且不再需要給基體材料本身添加其它增大沖擊強(qiáng)度的介質(zhì)/材料。在用基體材料滲透多軸無屈曲織物期間，無紡織物還應(yīng)該具有足夠的穩(wěn)定性，然而無紡織物應(yīng)當(dāng)在隨后的壓制和/或固化溫度下熔化。因此，構(gòu)成無紡織物的熱塑性聚合物材料優(yōu)選具有在80至250°C的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。當(dāng)使用環(huán)氧樹脂作為基體材料時，由聚酰胺形成無紡織物是合適的。有利的是，無紡織物包括兩個具有不同熔點(diǎn)的熱塑性聚合物組分，即具有較高熔點(diǎn)的第一聚合物組分和具有較低熔點(diǎn)的第二聚合物組分。在此，無紡織物可以由具有不同熔點(diǎn)的單組分纖維的混合物形成，即混合無紡織物。然而，該無紡織物也可以由雙組分纖維組成，例如由芯皮纖維組成，其中纖維的芯由較高熔點(diǎn)的聚合物組成，而皮由較低熔點(diǎn)的聚合物組成。在把根據(jù)本發(fā)明的、具有這種混合無紡織物或雙組分無紡織物的多軸無屈曲織物加工成預(yù)制件時，也就是說，當(dāng)多軸無屈曲織物成型時，通過在成型期間于高于低熔點(diǎn)無紡織物組分的熔點(diǎn)的溫度下、但低于高熔點(diǎn)無紡織物組分熔點(diǎn)的溫度下施加熱量，可獲得良好的可成型性以及在所成型的無屈曲織物在冷卻后的良好的穩(wěn)定性和固定。與由雙組分纖維組成的無紡織物類似，無紡織物例如也可以通過由第二聚合物組分形成的纖維無定向?qū)訕?gòu)成，其中例如第一聚合物組分通過噴射或通過涂層涂覆在第二聚合物組分的纖維上。例如，該涂層可以通過浸潰在第一聚合物組分的懸浮液/分散物或溶液中獲得，其中在浸潰后去除溶劑或懸浮液的液體部分。由第二聚合物組分的纖維構(gòu)成的無紡織物同樣還可以包含形式為細(xì)小的、位于第二聚合物組分的纖維之間的顆粒的第一聚合物組分。在根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的優(yōu)選的實施方案中，具有較高熔點(diǎn)的構(gòu)成無紡織物的第一聚合物組分具有落在140到250°C之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。同樣優(yōu)選的是，具有較低熔點(diǎn)的第二聚合物組分具有落在80到135°C之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。在另一個優(yōu)選的實施方案中，無紡織物由這樣的聚合物材料構(gòu)成該聚合物材料可至少部分地溶解在基體材料中。聚合物材料尤其優(yōu)選地可溶解在環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂或苯并噁嗪樹脂中。例如，在US2006/0252334和EP1705269中描述了這種無紡織物。更尤其優(yōu)選的是由聚羥基醚組成的無紡織物，因為其溶解在基體樹脂中且在基體樹脂固化時與基體樹脂交聯(lián)形成均質(zhì)的基體。
在同樣優(yōu)選的實施方案中，無紡織物由具有較高熔點(diǎn)的第一熱塑性聚合物組分和具有較低熔點(diǎn)的熱塑性第二聚合物組分構(gòu)成，第二聚合物組分可至少部分地溶解在基體材料中。低熔點(diǎn)的第二聚合物組分尤其優(yōu)選可溶解在環(huán)氧樹脂中。該無紡織物優(yōu)選是混合無紡織物，也就是說是由具有不同熔點(diǎn)的單組分纖維的混合物組成的無紡織物。具有較高熔點(diǎn)的第一聚合物組分優(yōu)選具有落在140到250°C之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。在這種溫度下，無紡織物的由第一聚合物組分組成的部分只有在高于通常存在于注射基體樹脂時的溫度下才熔化。因為第一聚合物組分因此在樹脂注射溫度下仍未熔化，所以保證了多軸無屈曲織物在該階段中良好的形狀穩(wěn)定性。第一聚合物組分尤其優(yōu)選地是聚酰胺均聚物或聚酰胺共聚物或聚酰胺均聚物和/或聚酰胺共聚物的混合物。聚酰胺均聚物或聚酰胺共聚物尤其是聚酰胺6、聚酰胺6. 6、聚酰胺6. 12、聚酰胺4. 6、聚酰胺11、聚酰胺12或者基于聚酰胺6/12的共聚物。同樣優(yōu)選的是，該無紡織物中第二聚合物組分具有落在80到135°C之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。然而，像描述過的那樣，其同時應(yīng)該可溶解在基體材料中。因此，第二聚合物組分尤其優(yōu)選是聚羥基醚，在利用基體樹脂滲透根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物期間，也就是說例如在樹脂灌注工藝期間，該聚羥基醚完全溶解在樹脂系統(tǒng)中——尤其是完全溶解在環(huán)氧樹月旨、氰酸酯樹脂或苯并噁嗪樹脂中，而且之后和基體樹脂一起形成基體樹脂系統(tǒng)。相反地，第一聚合物組分不溶解在基體系統(tǒng)中，而是無論在樹脂灌注工藝期間和之后以及在基體系統(tǒng)固化之后都作為自身的(單獨(dú)/獨(dú)立的)相保持存在。當(dāng)無紡織物具有重量百分比份額在20至40的第一聚合物組分和重量百分比份額在60至80的第二聚合物組分時，在利用根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物制造的復(fù)合材料構(gòu)件的特性方面，尤其在其沖擊強(qiáng)度和基體含量方面是有利的?？傊畠?yōu)選的是，存在于根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物中的無紡織物具有落在5到25g/m2的范圍內(nèi)的單位面積重量，尤其優(yōu)選地落在6到20g/m2的范圍內(nèi)的單位面積重量。根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的特點(diǎn)是良好的懸垂能力和良好的樹脂滲透性。此夕卜，其實現(xiàn)了具有相對于壓力負(fù)荷的高穩(wěn)定性和相對于沖擊負(fù)荷的高容忍性的構(gòu)件。因此，其尤其適合用于制造所謂的預(yù)制件，由該預(yù)制件制造更復(fù)雜的纖維復(fù)合材料構(gòu)件。因此，本發(fā)明尤其還涉及用于制造包含根據(jù)本發(fā)明的多軸無屈曲織物的纖維復(fù)合材料構(gòu)件的預(yù)制件。


根據(jù)下面的附圖和示 例進(jìn)一步說明本發(fā)明，其中所述示例不限制本發(fā)明的范圍。附圖不出 圖I在放大的俯視圖中示出縫合的多軸無屈曲織物的區(qū)段的照片；圖2以俯視圖(負(fù)片)示意性地示出圖I中縫合的多軸無屈曲織物的區(qū)段。
具體實施例方式圖I和圖2以俯視圖示出多軸無屈曲織物的一個區(qū)段的照片，其中可看到多軸無屈曲織物的最上層。同時，為了更好的展示，圖2把圖I中示出的區(qū)段作為負(fù)片示出，也就是說，圖I中顯示為白色的區(qū)域在圖2中顯示為黑色、而圖I中黑色的區(qū)域在圖2中顯示為白色。由最上層可以識別出在附圖中從左向右延伸、彼此并排平行布置且彼此緊貼的碳纖維復(fù)絲紗1，所述碳纖維復(fù)絲紗I通過縫紉線2彼此連接且與附圖中不能看到的位于其下方的層連接。在圖I和2中示出的多軸無屈曲織物的區(qū)段被平面旋轉(zhuǎn)45°，因此，縫紉線不是沿O。方向而是以45°角延伸。因此，相對于縫紉線以45°的角度a i布置的碳纖維紗在圖I和2中從左向右延伸。縫紉線2通過形成線圈(編鏈組織)以限定的距離刺穿碳纖維復(fù)絲紗I，該距離對應(yīng)于線跡長度S，其中縫紉線2相對彼此具有稱為針跡寬度的距離W。由于縫紉線2穿過多軸無屈曲織物的各個層，所以在碳纖維紗I的單絲之間形成間隙3，這導(dǎo)致纖維偏轉(zhuǎn)，由此可確定張開角δ。通過碳纖維紗的單絲之間的纖維偏轉(zhuǎn)，在單絲之間產(chǎn)生自由空間，在本發(fā)明的框架內(nèi)，該自由空間在觀察平面內(nèi)的二維延展稱為起伏區(qū)Α。在該自由空間中，在隨后的構(gòu)件中導(dǎo)致構(gòu)件的增大的樹脂份額和減小的強(qiáng)度。示例I和2在多軸系統(tǒng)(類型“Cut&Lay ” Carbon,公司Karl MayerTextilmaschinenfabrik)上制造基于碳纖維的多軸無屈曲織物。為此，首先由彼此平行并排鋪放且接觸的碳纖維紗(Tenax -E IMS65E2324k830tex ；Toho Tenax Europe有限公司)制造單位面積重量為134g/m2的單層。兩個這樣的單層如此重疊鋪放，即下層相對于多軸無屈曲織物的生產(chǎn)方向具有+45°的角度α，而上層具有-45°的角度α。如此重疊布置的各個層借助于縫紉線以編鏈組織的方式彼此編織。在示例I中使用的縫紉線由共聚酰胺形成，且具有23dtex的細(xì)度。在示例2中使用由聚酯形成且具有35dtex細(xì)度的縫紉線。線跡長度s為2. 6mm,針跡寬度w為5mm。為了評價如此制造的無屈曲織物的質(zhì)量，借助于720dpi分辨率的校準(zhǔn)的反射掃描儀來獲得無屈曲織物的表面照片，并在使用Software Analysis Auto5 (Olympus公司)的情況下借助于光學(xué)圖像分析進(jìn)行分析。針對由縫紉線穿刺所導(dǎo)致的、以張開角S為特征的纖維偏轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，以及針對由此導(dǎo)致的起伏區(qū)A (對應(yīng)于圖2示出的示意性圖示)進(jìn)行分析。在表I中描述得到的結(jié)果。比較例I和2 重復(fù)在示例I中的做法。然而，在比較例I中，使用細(xì)度為48dtex的聚酯縫紉紗，而在比較例2中，使用細(xì)度為75dtex的聚酯縫紉紗。在表I中也描述了由縫紉線穿刺所導(dǎo)致的、以張開角δ為特征的纖維偏轉(zhuǎn)，以及由此導(dǎo)致的起伏區(qū)A。表I
權(quán)利要求
1.由重疊布置的至少兩個層組成的多軸無屈曲織物，所述層由在層內(nèi)彼此平行地布置、且并排地緊鄰的復(fù)絲增強(qiáng)紗組成，其中一個層以及相鄰的層內(nèi)的增強(qiáng)紗通過彼此平行延伸且彼此以針跡寬度W隔開的縫紉線彼此連接并相對彼此固定，其中縫紉線形成具有線跡長度s的線圈，無屈曲織物的零度方向通過縫紉線限定，所述層的增強(qiáng)紗相對于無屈曲織物的零度方向?qū)ΨQ地布置、且增強(qiáng)紗的延展方向與零度方向形成不等于90°和0°的角度α，其特征在于，所述縫紉線具有落在10至35dtex范圍內(nèi)的細(xì)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，相對于零度方向的所述角度α的絕對值落在15°至75°的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述無屈曲織物還包括由復(fù)絲增強(qiáng)紗組成的這樣的層其中所述增強(qiáng)紗與零度方向形成0°角，并且/或者還包括這樣的層其中所述增強(qiáng)紗與零度方向形成90°角。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述縫紉線的線跡長度s取決于針跡寬度以及所述增強(qiáng)紗的角度Ci1，并且滿足關(guān)系式(I)和(II) 2mm ≤ s ≤ 4mm(I) 和 weltanaJ/ ττ、s = n B·~^(II)2.3 其中 W=針跡寬度[mm], O.9≤B≤I. I以及n=0. 5、I、I. 5、2、3 或 4, 其中，角度α !理解為在俯視圖中多軸無屈曲織物的第一層的增強(qiáng)紗相對于零度方向的角度α，其增強(qiáng)紗相對于零度方向具有不同于90°和0°的角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，在室溫下所述縫紉線具有> 50%的斷裂伸長率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述縫紉線具有落在10至30dtex范圍內(nèi)的細(xì)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述縫紉線是由聚酯、聚酰胺或聚羥基醚或這些聚合物的共聚物組成的復(fù)絲紗。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述復(fù)絲增強(qiáng)紗是碳纖維、玻璃纖維、或芳族聚酰胺紗或者是高延展的UHMW聚乙烯紗。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，在所述至少兩個層之上和/或之間布置有無紡織物。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述無紡織物具有落在5至25g/m2的范圍內(nèi)的單位面積重量。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，所述無紡織物由具有不同熔點(diǎn)的熱塑性聚合物組分組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，具有較低熔點(diǎn)的聚合物組分具有落在80至135°C之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的多軸無屈曲織物，其特征在于，具有較高熔點(diǎn)的聚合物組分具有落在140至250°C之間的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。
14.用于制造復(fù)合材料構(gòu)件的預(yù)制件，其特征在于，所述預(yù)制件包括根據(jù)權(quán)利要求I至13中的一項或多項所述的多軸無屈曲織物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由至少兩個重疊布置的層組成的多軸無屈曲織物，所述層由在層內(nèi)彼此平行地布置、且并排地緊鄰的復(fù)絲增強(qiáng)紗組成。一個層以及相鄰的層內(nèi)的增強(qiáng)紗通過彼此平行延伸且彼此以針跡寬度(w)隔開的縫紉線彼此連接并相對彼此固定，縫紉線形成具有線跡長度(s)的線圈，無屈曲織物的零度方向通過縫紉線限定。所述層的增強(qiáng)紗相對于無屈曲織物的零度方向?qū)ΨQ地布置、且增強(qiáng)紗的延展方向與零度方向形成不等于90°和0°的角度(α)。本發(fā)明的特征在于，縫紉線具有落在10至35dtex范圍內(nèi)的細(xì)度。本發(fā)明還涉及一種由這種多軸無屈曲織物組成的預(yù)制件。
文檔編號D04B21/16GK102803592SQ201180014441
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
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