技術領域

本發明涉及單向增強材料和制備單向增強材料的方法。本發明的單向增強材料可用于通常需要增強材料的所有此類應用，尤其是其中使用真空灌注技術或樹脂傳遞模塑(RTM)技術以將樹脂分布在模具中以及尤其是最終產品需要高質量和強度的此類應用。本發明的單向增強材料尤其適用于制造用于風力機葉片的翼梁帽層合物、汽車部件、船、各種強度構件等，即，需要縱向形式的所有此類結構。

背景技術

當使用各種纖維例如玻璃、碳和芳綸纖維以及亞麻、大麻、黃麻、洋麻、玄武巖和其他天然纖維等制造復合材料產品和層合產品以用于制造例如船、汽車和風力機部件時，例如，該制造過程從制備合適的纖維增強材料如織造結構或針織結構開始，這些纖維增強材料可具有單向或多軸向取向。然后，將所述結構放置在用于制造中間產品或最終產品的模具中。模具自然地具有最終產品的形狀，這意味著形狀有時可能非常復雜，并且當將增強材料放入模具中時需要對增強材料進行大量適形調整。通常，將若干層(最多至數十層)增強材料彼此層疊地堆疊于模具中，并且將與硬化劑或不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯混合的熱固性樹脂(如環氧樹脂)引入模具中以形成纖維增強復合材料制品。樹脂也可以是熱塑性的，如PA(聚酰胺)或CBT(環聚對苯二甲酸丁二醇酯)等。實踐表明，當最終產品必須抵抗高機械負載時，可通過縫合而在橫向方向上保持在一起的單向增強材料是最終產品制造中的優先選擇，因為它們可以根據負載而有效地取向。此類單向增強材料由通常稱為增強纖維的粗紗或絲束制成。

單向增強材料通常由單層增強粗紗形成。增強材料的構造取決于目標面積重量和粗紗的特克斯數。例如，如果需要高面積重量，則在其制造中使用厚粗紗(例如，采用無堿玻璃纖維，2400特克斯)，而如果需要具有低面積重量的增強材料，則使用薄粗紗(例如，采用無堿玻璃纖維，600特克斯)。

最終產品，即固化的層合結構可由多個此類單向增強材料制成，制造方法為根據層合構造承受的負載將各增強材料層布置為使得在最終產品中每層粗紗是平行的或一些層以其他方向取向，或者首先制造若干層單向增強材料的織物，使得相鄰層的粗紗形成一定角度，然后將如此形成的織物用于最終產品的制備。根據其中不同纖維取向的數量，此類織物被稱為雙軸向、三軸向、四軸向等的織物。

因為紗只沿一個方向延伸，所以單向增強材料在性質上固有地不穩定。為了能夠處理單向增強材料，必須用合適的方式將其粗紗彼此錨定或結合。一般而言，現有技術已知兩種用于此目的的不同機械方法。

一種方法是通過縫合(例如經編)固定粗紗。縫合紗形成針織圈，即線跡，其將實際的增強粗紗在增強材料中固定到位。根據已知的經編技術，線跡通過刺穿一層或多層增強纖維的各種針織元件(例如針)形成。縫合紗在增強材料中縱向延伸，并且線跡可形成若干熟知的圖案，例如鏈或經向斜紋等。縫合紗通常但并不一定為厚度為約34分特至約167分特并包含幾十條長絲(通常為例如24條或48條長絲)的卷曲變形的或未卷曲變形的聚酯(聚對苯二甲酸乙二醇酯)長絲紗。

縫合增強材料是熟知的，并且它們具有一些良好的特性。首先，如果在縱向延伸的縫合紗將與相鄰的紗連接的情況下使用此類圖案，則它們的橫向穩定性良好，因為盡管縫合紗主要縱向延伸，但其形成為單向粗紗賦予增強材料所需的完整性的此類圖案(例如經向斜紋)。其次，所述增強材料易于定位在模具中(即，使增強材料沿循模具的輪廓)，因為如果適當選擇縫合參數，如線跡長度、針間距和紗張力(僅舉幾個為例)，則縫合增強材料通常非常柔軟。

然而，線跡的使用也會導致一些問題。例如，線跡會導致粗紗規則的彎曲/扭結，該彎曲/扭結使承受負載的纖維偏離其初始直線取向。線跡還會局部壓縮粗紗，從而造成不規則的樹脂分布和內部應力集中的風險。

另一種機械方法是使用編織技術以將縱向經紗采用輕質緯紗錨定在其相應位置。就緯紗而言，已使用無涂層的紗和帶熱熔涂層的紗兩者。加熱和冷卻之后，熱熔粘合劑已賦予增強材料相當大的穩定性。然而，編織替代形式不再被視為是有利的，因為增強紗在與緯紗交叉時形成扭結，從而導致應力集中以及比針織形式低的機械性能。已發現，熱熔粘合劑紗在使用時會在基體固化中產生局部干擾，從而在業界不再受青睞。通常，緯紗為復絲紗，無論它們是不是熱熔紗，在受壓時都會變平。