包括通過靜電連接組合有支持層的增強材料的多層構(gòu)件的制作方法
【專利說明】
[0001]本發(fā)明涉及適于形成復合材料部件的增強材料的技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及通過靜電結(jié)合而使增強材料與支持層聯(lián)接。
[0002]復合材料部件或制品(即，一方面，含有一個或幾個纖維增強材料片材或?qū)?，另一方面，含有基質(zhì)(其通常主要是熱固性類型，也可以包含熱塑性材料)可例如通過稱為"直接法〃，也稱之為或〃液體復合材料成型(Liquid Composite Moulding) (LCM) 〃來制造。直接法通過以下事實定義:一個或多個纖維增強材料片以"干"狀態(tài)制備(即，不含最終基質(zhì))，樹脂或基質(zhì)隨后提供，例如通過注射到含有纖維增強材料的模具中(稱之為樹脂傳遞成型(Resin Transfer Moulding) (RTM)的方法)，通過遍及纖維增強材料的厚度灌注(液體樹脂灌注(Liquid Resin Infus1n) (LRI)法，或樹脂膜灌注(Resin Film Infus1n)(RFI)法)，或者可選擇地，通過用輥或刷在纖維增強材料的每一單個層上手工涂覆/浸漬，將這些層連續(xù)施用在成型器(shaper)上。
[0003]間接法使用預浸漬類型的增強材料，所述預浸漬類型的增強材料包括制造最終部件所需的樹脂量。
[0004]各種增強材料可用于這些方法。這些材料可以是織造物、非織造物或單向類型，它們可以包括一個或多個層，它們可以任選地包括大量熱塑性或熱固性粘結(jié)劑。申請人已經(jīng)特別地提出這樣的中間材料，其包括單向纖維(特別是，碳纖維)片材，在該片材的每一面通過粘合劑聯(lián)接有熱塑性纖維的非織造織物，以下稱之為網(wǎng)狀(webbed)UD。這些增強材料描述于在先專利申請W0 2010/046609和W0 2010/061114。
[0005]可能時，這些增強材料以卷筒或卷的形式在其自身上輸送，沒有聯(lián)接可能使其更易于處理的支持層。這使得可以降低廢料和簡化所用的鋪疊裝置，因為它們不需要分離支持層和卷繞支持層的裝置。
[0006]然而，在某些特定應用中，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，仍然需要具有支持層。這特別是應用于用于切割的寬增強材料條帶。鋪疊寬片材的目前的機器通常管理通過使用超聲刀的切害J。這些機器使用支持膜作為切割平臺。這些機器可以在無支持膜的情況下產(chǎn)生直切口(如果纖維是單向的，與纖維呈90° )，但是不能得到任意形狀的(鋸齒形)切口。這對于用于工業(yè)規(guī)模的包含寬無支持單向片材的增強材料是不可接受的，因為廢料管理具有重要經(jīng)濟性，直接與管理切割有關(guān)。
[0007]然而，完全設計用于管理預浸漬單向片材的某些機器適應稱之為”干”的單向片材(即，具有不超過10被％的粘結(jié)劑)，條件是它們具有支持膜來運輸。
[0008]因此，申請人開始嘗試通過施加熱量使網(wǎng)狀UD材料與各種類型的支持膜層合，從而當熱時利用熱塑性網(wǎng)狀物的粘合性質(zhì)。然后，申請人碰到了在層合期間調(diào)節(jié)加熱溫度相關(guān)的困難。如果所用溫度太高，則不能使所述增強材料與支持膜分離。相反，如果所用溫度太低，則不產(chǎn)生結(jié)合。
[0009]此外，申請人已經(jīng)觀察到通過加熱的層合具有某些主要缺點:
[0010].初始增強材料被改性。層合期間使用的條件(加熱溫度、壓力、冷卻)并不必然對應于制造初始材料的要求。例如，在其冷卻的同時，所述增強材料與支持膜的表面接觸，這因而使其印制在所述增強材料的表面上，使得其結(jié)束時的結(jié)構(gòu)區(qū)別于其初始結(jié)構(gòu)。
[0011]?用于層合的粘結(jié)劑相應的加熱溫度可能非常高，因而與許多支持膜不相容。則所述增強材料被來自支持物的組分污染的風險相當大，由此極大地縮小適合的膜的范圍。
[0012]這些困難清楚地顯示需要尋找通過加熱進行層合的替代方案，當使用包含粘結(jié)劑的增強材料時，或者更一般地，提出將增強材料與支持層聯(lián)接的新穎方法的優(yōu)點:易于進行，不產(chǎn)生任何初始增強材料的降解，同時用于促進處理和切割增強材料。
[0013]因此，本發(fā)明提出多層構(gòu)件，其包含適合制造復合材料部件的增強材料以及支持層。在本發(fā)明上下文中，所述增強材料在其至少一個表面(特別地在其僅一個表面)與支持層聯(lián)接，這種聯(lián)接可以通過靜電力來提供。
[0014]以這種方式在所述增強材料和所述支持層之間的結(jié)合使得可以保持初始增強材料的整體性，不會使得其初始性質(zhì)減低。在本發(fā)明上下文中，在靜電電荷的作用下，在所述增強材料和支持層之間產(chǎn)生吸引結(jié)合，導致靜電結(jié)合。這種結(jié)合足夠強，足以將所述支持層保持在增強材料的適當位置上，特別是在控制和切割操作期間，同時隨后使其容易地將兩個組件剝開，從而當隨后制造復合材料部件時能夠定位所述增強材料。以這種方式不利用任何加熱的結(jié)合使得能夠拓寬可以使用的支持層的范圍，消除了溫度穩(wěn)定性方面的限制和污染增強材料的風險。
[0015]本發(fā)明特別有利的是，所述增強材料在18_25°C的溫度不具有粘合性，由此使其不能通過利用殘留粘性在環(huán)境溫度，使增強材料與支持層通過粘合聯(lián)接。同樣地，在優(yōu)選方式中，所述增強材料不包括熱固性材料，或者其包括的熱固性材料不超過增強材料總重量的10%。具體地，所述增強材料僅由增強纖維構(gòu)成，或者由增強纖維和熱塑性材料構(gòu)成，其中所述熱塑性材料的重量不超過所述增強材料總重量的10%，優(yōu)選地，為增強材料總重量的0.5%至10%，更優(yōu)選為增強材料總重量的2%至6%。然而，對于本發(fā)明可以應用至預浸漬類型的增強材料，其具有大量熱塑性材料或熱固性材料。通過避免通過加熱的粘合，本發(fā)明可以保留初始材料的整體性，而不會導致可能存在的任何熱塑性粘結(jié)劑的再熔融。
[0016]具體地，在本發(fā)明上下文中，所述增強材料可以包括一種或多種織造物、非織造物或單向材料織物。具體地，所述增強材料可以包括一種或多種由增強纖維特別是碳纖維制成的織造物、非織造物或單向材料織物。本發(fā)明的構(gòu)件認為是“多層”，因為其包含增強材料層和支持層。對于所述增強材料本身，其也可以包括通過任何合適方式結(jié)合在一起的一個或多個層。
[0017]本發(fā)明可用于任何類型的適合制造復合材料部件的增強材料。這些材料具體地基于由玻璃、碳、芳族聚酰胺或陶瓷制成的纖維。
[0018]本發(fā)明特別是適合于由單向碳纖維片材構(gòu)成的增強材料，所述單向碳纖維片材在其兩個面上結(jié)合有熱塑性粘結(jié)劑，特別是由熱塑性纖維制成的非織造織物類型。這些增強材料具體地描述于以下文獻:EP 1 125 728 ；US 6 828 016 ；W0 00/58083 ；W02007/015706 ;W0 2006/121961 ;和US 6 503 856 ;以及以本申請申請人名義的以下專利申請中:W0 2010/046609和W0 2010/061114，進一步細節(jié)可以參照這些文獻。
[0019]在本發(fā)明上下文中，所述支持層優(yōu)選由電絕緣材料制成。具體地，所述支持層具有的電阻率為10s歐姆米(Ω.πι)至1017Ω.πι，優(yōu)選為Κ^Ω.πι至1017Ω.πι。該測量具體地在20°C使用0%相對濕度進行，優(yōu)選符合IEC標準60093:1980。電阻率越大，所述支持層和增強材料之間的粘合性越強，越耐久。具體地，所述支持層可以是聚合物，優(yōu)選選自熱塑性聚合物例如聚酰胺、例如聚對苯二甲酸乙二醇酯，共聚酰胺、聚酯、共聚酯，或者纖維素、棉、天然絲或者人造纖維。
[0020]例如，所述支持層可以是膜、紙或織品，或者起支撐作用即促進處理和切割的任何類型層。有利地，所述支持層的厚度為10微米(μπι)至500 μm。
[0021]所述支持層和所述增強材料之間的粘合必須足以保持這兩個元件在適當位置。在本發(fā)明上下文中，用于使所述增強材料與所述支持層聯(lián)接的靜電力優(yōu)選對應于50毫牛頓(mN)-lOOOmN的剝離力。具體地，用于使所述增強材料與所述支持層聯(lián)接的靜電力對應于0.1千伏(kV)-3kV的殘留電荷電壓。靜電力也隨時間良好保持。即使在所述增強材料和支持層之間的界面處已經(jīng)產(chǎn)生電荷之后立即觀察到靜電力降低，其中該力降低至具體地0.lkv至3kV的值，此后，不再存在粘合力的任何顯著降低。具體地，當多層構(gòu)件以卷或卷筒形式保存一個月時，觀察到優(yōu)異的穩(wěn)定性。相反地，通過剝離作用非常容易地使兩個部分分開。也觀察到，在剝離后它們具有明顯的重新聯(lián)接的趨勢，但是在每次重新聯(lián)接和/或剝離循環(huán)，吸引降低。
[0022]有利地，多層構(gòu)件呈寬度大于或等于50毫米(mm)的條帶形式。本發(fā)明特別有利的是，該寬的條帶需要切割，因為支撐則是必要的。該具有幾米長的條帶可以具體地以卷的形式儲存。本發(fā)明多層構(gòu)件完全適合用于具有能夠進行復雜切割的機構(gòu)的鋪疊機。
[0023]本發(fā)明還涉及制造本發(fā)明多層構(gòu)件的方法，其中通過使多層構(gòu)件經(jīng)受靜電發(fā)生器，將所述增強材料和所述支持層聯(lián)接在一起。
[0024]為此，將彼此接觸的所述支持層和所述增強材料的疊層置于電場，例如通過施加10kV至50kV (優(yōu)選15kV至30kV)的電壓產(chǎn)生的電場。在本發(fā)明上下文中，所述支持層和所述增強材料由此不施加熱量或壓力而聯(lián)接。
[0025]在常規(guī)方式，在與正電壓發(fā)生器連接的導電棒和接地的導電棒之間產(chǎn)生電場。所述疊層可以同等良好地定位，其中所述增強材料朝向與正電壓發(fā)生器連接的導電棒或者接地的導電棒。
[0026]最后，本發(fā)明還提供制造復合材料部件的方法，所述復合材料部件由至少一種增強材料制成，所述增強材料由本發(fā)明多層構(gòu)件在除去支持層之后獲得。通常，在對所述多層構(gòu)件進行切割操作，特別是在不與其寬度平行的方向進行切割操作之后，除