CN102575401B - 通过插入热塑性网施加的焊点牢固连接的多向层叠体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括至少两个碳纤维单向层的纤维材料的层叠体及其制造方法，每个单向层沿不同的方向延伸，其中单向层中的每一个通过其表面中的至少一个连接至相邻的热塑性纤维的网，至少一个网插入两个连续的单向层之间，其特征在于，每个单向层与每个相邻的网之间的连结通过网、生成间断的整体焊接的焊点提供，并且所述焊点还保证层叠体的内聚力。

Description

通过插入热塑性网施加的焊点牢固连接的多向层叠体
技术领域
本发明涉及适于生成复合部件的强化材料的技术领域。更具体地，本发明涉及用于通过随后注入或者导入热固性树脂制造复合部件的一种新的多向层叠体(stack)及其制造工艺。
背景技术
一方面包含一个或数个强化或者纤维层，而另一方面包含可以包括热塑性塑料的主要得热固性基体(“树脂”)的复合的部件或器件的制造，可以例如通过所谓的“直接(direct)”或“LCM”(Liquid Composite Molding)的工艺实施。直接工艺由以下事实限定，即一个或数个纤维强化件在“干燥”状态下被处理(即，没有最终基体)，树脂或者基体被分开地处理，例如通过向包含有纤维强化件的模具中注入(“RTM”工艺，“Resin Transfer Molding”)，通过穿过纤维强化件的厚度导入(“LRI”工艺，“Liquid Resin Infusion”)，或者“RFI”工艺，“Resin Film Infusion”)，或者在模具上连续地施加的纤维强化件的每个单元层上用辊子或刷子手动涂覆/浸渍。
对于RTM、LRI或RFI工艺，通常，首先必须制作所期望最终产品的模具的纤维坯体(perform)，然后用树脂浸渍该坯体。树脂在适当的温度通过压力差注入或者导入，然后在所有的量的必须的树脂被包含在坯体中后，组件被带至更高的温度以完成聚合/成网循环，从而开始硬化。
在这些部分中，大量的坯体由强化材料制成，该强化材料主要是碳纤维，特别是单向类型的。随后在部件的生成期间特别通过注入或导入与单向强化层相联接的树脂，例如可以是环氧类型的热固性树脂。为了允许正确的流动穿过由不同碳纤维层的层叠体构成的坯体，该树脂的流动性经常是非常好的。这种类型的树脂的主要麻烦在于其聚合/成网后的脆性，这导致制成的复合部件具有较差的抗冲击性。
为了解决该问题，现有技术的文献建议碳纤维的单向层与热塑性纤维的网相联接。这类解决方案特别描述专利申请文件中或者专利EP 1125728、US 628016、WO 2007/015706、WO 2006/121961以及US 6,503,856中。增加这个网使得可以改善通常用于表征结构冲击抗力的冲击后压缩(CAI)测试中的机械性能。
此外，包括沿不同方向延伸的单向层的多向(multiaxial)层叠体经使用于制造复合部件。这些单向层经常通过缝合或者编织附接至彼此。
专利申请EP 1473132依次描述了与网联接的多向单向层的层叠体，该层叠体的单向层之间的连接是通过提供连续焊接的受热辊子来实现。
文献EP 1348791描述了单向碳层的组合，其中丝束彼此平行地定向，层间的连接通过热塑性结合细丝实现，所述热塑性结合细丝彼此对齐并间隔开。
发明内容
在本文中，本发明的目的之一是提供一种新型的多向层叠体，其可以得到组合了良好的机械性能的最终复合部件，并在缝合或者编织织层叠体的情况下没有观察到的微裂纹。
本发明的另一目的是提供能够以有吸引力的成本生成的多向层叠体。
本发明的再一目的是提供具有良好悬垂性和可操作性的多向层叠体。
在本文中，本发明提供了一种新型的纤维材料的层叠体，包括至少两个碳纤维的单向层，每个单向层沿不同方向延伸，其中单向层中的每个在其至少一个表面上附接至相邻的热塑性纤维网，并且其中在两个连续的单向层之间存在至少一个网，其特征在于，每个单向层和与之相邻的每个网之间的结合是通过所述网来实现的，并具有形成不连续的整体焊接的焊点，并且这些焊点还确保所述层叠体的内聚力。
本发明还涉及用于上述权利要求中任一项所述的层叠体的制造工艺，其特征在于，它包括以下步骤：
a)生成包括至少两个碳纤维单向层的纤维材料的层叠体，每个碳纤维单向层沿不同方向延伸，其中热塑性纤维网被放置在每个单向层的至少一个表面上，在两个连续的单向层之间存在至少一个网；
b)通过加热所述网以在每个单向层和与之相邻的每个网之间获得结合并且确保所述层叠体的内聚力，以生成形成了整体的不连续焊接的焊点。
根据用于实施该工艺的方法，单向层并行(in-line)生成，在它们联结至网前未被给予任何自身的内聚力。
根据用于实施该工艺的另一方法，其可以与前一个方法组合，构成所述层叠体的所有层与网的横向结合同时生成在每个焊点处。
根据用于实施该工艺的另一方法，其可以与前述方法中的任一者或者两者组合，焊点是通过热压缩获得的。
根据用于实施该工艺的另一方法，其可以与前述方法中的任一者和/或任意组合，焊点通过对层叠体的整个厚度冲孔来获得，每个焊点特别围绕冲孔形成。
附图说明
参考附图的以下描述使得可以更好地理解本发明。
图1是示例1中描述的层叠体的部分剖视图。
图2是本发明中描述的层叠体的俯视图，其中层叠体的平面中的焊点是不连续的线条。
图3是本发明中描述的层叠体的顶部的照片，其中层叠体的平面中的焊点是连续的线条。
图4A是本发明中描述的层叠体的俯视图，其中层叠体的平面中的焊点为圆盘形式出现的点。
图4B是本发明中描述的层叠体的俯视图，其中层叠体的平面中的焊点是以圆环形式出现的点。
图5是本发明中描述的层叠体的另一俯视图，其中层叠体的平面中的焊点是不连续的线条。
图6A和6B各自是冲孔方法的一个示例的透视图。
图7是结合了用于并行打孔的方法的变型的装置的局部视图。
图8和9与相应的缝合层叠体(比较示例)相比较，示出了从示例1的层叠体获得的机械数据。
具体实施方式
作为本发明的部分，借助于网的热塑性特性确保了构成层叠体的不同的单向层之间的结合。热焊接的执行借助于不同的网：定位在两个连续的单向层之间的称为内部网的插入的网，和定位在周边上以形成层叠体的外表面的称为外部网的一个或多个网。
作为本发明的部分，我们提供了通过借助于插入的网和一个或多个外部网的热塑性的特性获得的焊点牢固地连接在一起的多向层叠体。具体地，不同的单向层(UD)与网之间的结合既不是通过缝合也不是通过编织来确保的，这提供了上述优点。
在根据本发明的层叠体内，至关重要的是，至少一个网位于两个连续的单向层之间，以确保整体的内聚力。有利地，根据本发明的层叠体完全由碳纤维的单向层和热塑性的纤维网构成。可以在两个连续的单向层之间设置两个或者更多网。然而根据图1所示的本发明的一个优选实施例，单个的网1定位在层叠体I内的连续的单向碳纤维的两个层2之间。根据实施对应于图1的发明的方法，层叠体对应于序列(网/UD)n，UD代表单向层，n代表整数，并且位于层叠体中的所有的网均具有相同的克重(grammage)。根据未示出的用于实施本发明的方法，层叠体对应于序列(网/UD)n/网，UD代表单向层，n代表整数，外部网具有的克重等于各内部网的克重的一半。两种构造均使得可以叠置形成不同的层叠体，同时在每个层间(interplay)处具有相同的克重。在所有情况中，整数n是层叠体中的层数的函数，并且将在例如2-32的范围内。
作为本发明的部分，“碳纤维的单向层”意指完全由或者几乎完全由彼此平行铺设的碳纤维构成。根据本发明的工艺，单向碳纤维的层能够并行生成。在该情况中，形成层所需的丝束从卷轴展开，并定位成彼此平行地延伸，并在传送带上接合在一起，所述传送带可能承载有网，网本身可能与一个或者数个序列的网/单向层叠置。因此，根据本发明的一个实施例，单向碳纤维的每个层在被联结至热塑性的纤维网前自身没有内聚力。在该情况中，单向层直接地形成而没有中间内聚力，并沿不同方向叠置，在两个单向层之间插入必要的网，特别地是单个网。可以使用常规的多向生产机。可以用作参考的文献US 4484459、US 4677831、US 5241842和US 6276174特别地描述了用于形成多向的这种机器。例如，在文献US 4484459中，每个单向层借助于使丝束围绕安装在两个平行的环形链上的销子经过而形成，使得在销子之间自由地伸展的丝束的部分彼此平行。单向层通过沿不同方向引导相应的丝束而形成，并且通过缝合联结在一起。文献US 4677831中描述的技术涉及平行于主单向层的部件的方向纵向地移动主单向层，并以横向单向层覆盖该主单向层，所述横向单向层的方向与主层(0°)形成预定的角度，例如，+45°和-45°和/或+60°和-60°。横向层通过铺设(lay-up)工艺沉积在两个传送器链之间，并且销子定位在主层的每个表面上。当然，不管用于沿不同方向沉积单向层的是哪种技术，通常用于组装层叠体的缝合或者编织方法将被作为本发明的部分的能够生成期望的结合的焊接方法所替代。
也可以将单向碳纤维的每个层指定为在联结至热塑性纤维网前具有其自身的内聚力。在存在与单向层的纤维相交但不交织以确保粘结的热塑性结合纤维的情况下，或者存在形成单向织物的纬向丝束的情况下，该内聚力可以例如通过针刺(needlepunching)获得。可以例如使用工业上的单向层，其内聚力和可操作性将例如通过按照机械编织结合或者按照使用结合丝束的聚合特性的化学结合的结合丝束而确保。在所有的情况(具有自身的内聚力的层或制造线)中，单向层将优选地在牢固地连接至网前提供敞开系数为0％的全部覆盖。这种层例如英国的Runcom Cheshire WA71TE的SIGMATEX UK有限公司销售的参考号PW-BUD(例如产品号为PC2780600200GSM/PW-BUD/T700SC 12K50C/0600mm)的产品，或者瑞典的OXEONAB公司作为TEXERO销售的产品。
因此，在层与热塑性纤维网联接前为了促进(如果有必要的话)层的操作，可以规定热塑性的结合纤维的存在，特别是聚酰胺、共聚酰胺、聚酯、共聚酯、酯/醚嵌段共聚酰胺、聚缩醛、聚烯烃、热塑性聚氨酯、苯氧基(phenoxies)。这些结合丝束将经常横向于碳纤维延伸。术语“单向层”还包括单向织物，其中分隔开的纬丝与彼此平行延伸的碳纤维交织地相交，并且构成单向织物的经丝。即使在存在有这种结合、缝合或纬丝的这些不同的情况中，彼此平行的碳纤维占层的重量的至少95％，因此其被描述为“单向”。然而，根据本发明的一个具体实施例，单向层不包含与碳纤维交织的纬向纤维，以避免任何起皱。具体说，根据本发明所使用的单向层既不是编织的，也不是缝合的，也不是编织的。在每个单向层中，碳丝束优选地不通过聚合联结剂相联接，因此被称为干燥的，也就是说，在它们与热塑性网联接前，它们既没有被浸渍，也没有被涂覆，也没有与任何联结聚合物相联接。然而，碳纤维经常表征为可以最多为它们的重量的2％的标准大小的重量比。
专利EP 0972102中所描述的制造单向层的工艺也可以被实施。该专利描述了一种用于生成多向纤维层的工艺，包括由以下组成的步骤：沿不同方向将数个单向层叠置，并使叠置的层彼此联结，其中，为了生成单向层中的至少一个单向层，将至少一根丝束进行扩展以获得具有实质上厚度一致的层，并且宽度至少为5cm，而表面密度不超过300g/m2，并且单向层设置有允许它在与至少一个其它的单向层叠置前进行操作的内聚力。
在一个具体的制造模式中，碳纤维的每个单向层具有100-280g/m2的表面密度。该克重范围使得设计工程师通过改变作为不同机械应力模式的复合结构的函数的不同层的层叠顺序，可以容易准确地设计复合结构的尺寸。较低碳克重的基本层将在选择不同的可能恒定厚度的层叠体时提供更强的通用性。
在每个单向层中，碳纤维经常呈现为至少1000根细丝束的形式，特别地为3000-50,000根细丝，例如3K、6K、12K或24K。碳纤维具有60-3800特克斯之间的计数，优选为400-900特克斯之间。碳单向层的厚度在90-270μm之间变化。
“网”表示连续的或短纤维的非编织材料。具体说，构成非编织材料的纤维将具有0.5到70μm范围内的平均直径。例如，在短纤维非编织材料的情况中，纤维将具有1-100mm的长度。
根据本发明，构成网的纤维有利地由热塑性材料构成，特别选自以下材料：聚酰胺(PA：PA6，PA12，PA11，PA6，6，PA 6，10，PA 6，12，...)，共聚酰胺(CoPA)，聚酰胺嵌段醚或酯(PEBAX，PEBA)，聚酞酰胺(PPA)，聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯-PET-，聚对苯二甲酸丁二酯-PBT-...)，共聚酯(CoPE)，热塑性聚氨酯(TPU)，聚缩醛(POM...)，聚烯烃(PP，HDPE，LDPE，LLDPE....)，聚醚砜(PES)，聚砜(PSU...)，聚亚苯基砜(PPSU...)，聚醚醚酮(PEEK)，聚醚酮酮(PEKK)，聚苯硫醚(PPS)，或者聚醚酰亚胺(PEI)，热塑性聚酰亚胺，液晶聚合物(LCP)，聚酚氧，例如苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(SBM)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(MAM)等嵌段共聚物或者由这些热塑性材料构成的纤维的混合物。
网与单向层联接前的厚度非常接近它们在固结的层叠体内的厚度。不同网在联接前的厚度可以通过标准NF EN ISO 9073-2来确定，该标准使用的方法A具有2827mm2(60mm直径的圆盘)的测试面积和0.5kPa的施加压力。在层叠体内，例如，每个网具有0.5-50微米的厚度，优选为3-35微米。当层叠体通过真空注入技术用于形成尤其具有较厚厚度的复合部件时，该厚度对高体积纤维比贡献特别大。此外，作为一个示例，每个网具有0.2-20g/m2范围内的表面密度。为了简单起见，有利的是，存在于层叠体中的所有网均是完全相同的，但在(网/UD)n/网层叠体的情况中两个外部网除外，其克重将等于每个内部网的克重的一半。
在层叠体中，现有单向层中的至少两个单向层将定位成沿两个不同的方向定向。因此层叠体可以被称为多向的。所有的单向层可以具有完不同的方向，或者仅其中的一些可以具有不同的方向，而其它的可以具有完全相同的方向。在数个层具有完全相同的方向的情况中，它们将不是两个连续的层。否则，单向层将优选具有完全相同的特征。经常优选的定向为与生成的部件的主轴成0°、+45°或-45°(对应地等同于+135°)和+90°角的方向。0°方位对应于制造层叠体的机器的轴线，即，对应于层叠体在其制造期间的行进方向的轴线。部件的主轴线，其通常是部件的最大轴线，通常与0°重合。例如，可以生成准各向同性的、对称的或者通过选择各层的取向而定向的层叠体。准各向同性层叠的示例包括的层叠角度为45°/0°/135°/90°或者90°/135°/0°/45°。对称层叠的示例包括的层叠角度为0°/90°/0°或者45°/135°/45°。具体说，可以考虑组装2-32个层片，特别是16-24个层片。当前最常使用的层片的数量为8、16、24、32层片，其可以例如是上述4层准各向同性层叠体的倍数。
根据本发明，层叠体，即网和UD的组，既不是通过缝合也不是通过编织牢固地连接在一起的，而是通过存在于层叠体中的网的热塑性特性生成的焊接部牢固地连接在一起的。为此，加热/冷却操作只在层叠体的表面上的某些区域上进行。该加热可以通过常规的电阻加热或者通过超声波方法实现。加热导致不同的网熔化或者至少软化。使用网的热塑性特性的这种结合是有利的，因为它避免了由缝合或者编织丝束的存在表现带来的所有缺点，特别是以下问题，例如起皱、微裂纹、随后得到复合部件的机械性能的降低等。所实施的结合对应于不连续的焊接，这与通过在层叠体的整个表面上进行热压缩所获得的连续的焊接相反。根据本发明，对于每个单向层，所有焊点的表面为单向层的表面的例如0.1-40％，优选为0.5-15％。不连续的焊接就能量而言是有利的，同样在制造随后的复合部件时对于层叠体的悬垂性也是有利的。引起整体不连续的焊点处于适当的位置。术语“点”用作描述的一部分来代表属于一组焊接部的单个焊接部，因此包括不同形式的焊接部。在层叠体的平面中，即平行于各不同的网和单向层的平面，焊点可以特别呈现为如图2所示的不连续的线条10的形式，或者如图3所示的连续的线条，即，在单向层的全部宽度上延伸为各种形状的点，特别是如图4A所示的标记为20的圆形，或者如图4B所示的标记为30的棱形、环形等。这些焊点分布在层叠体的表面上以确保其内聚力，并使得贯穿层叠体的整个厚度可以确保单向层与网之间的结合。这种结合特别地可以是横向的。可以使用适配的热或者超声波加热方法，特别是在结合线条的情况中可以使用一个或数个加热棒的形式，或者在点结合的情况中可以使用加热冲孔的形式，其在与层叠体的接触点处的几何结构将被适配成期望形状的点结合。这种加热方法可以产生190-220℃的温度，并以10-50kPa的压力压在层叠体上，持续例如0.1-2s，优选地为0.5-1s。当然，这些值仅是示例性的，并且其特别取决于层片的数量和网的热塑性成分。例如，焊点可以有规则地生成，并且优选定位在沿一个或者两个方向延伸的直线上，特别是隔着4-50mm的间隔，并且两条平行线之间的距离在10-100mm的范围内。从一条平行线到另一平行线的焊接部将如图4A所示地对齐，或者偏移，特别是如图4B所示地偏移半个步长，图4B示出了焊接部为环形的情况。这种焊点例如可以具有较大的尺寸，平行于层叠体的表面测量时在2-100mm的范围内。在单向层与网联接前具有自身的内聚力的情况中将优选地实施焊点。如果单向层在与网联接前发生粘结，则对于每个单向层，所有焊点的表面为单向层的表面的例如0.1-30％，优选为0.5-5％。
如果层在与网联接前没有自身的内聚力，则对于每个单向层，焊点部分为单向层的总面积的1-40％，优选为5-15％。在该情况中，优选地使用线条形式的焊点，因为它们将更容易地确保单向层的所有丝束的结合，并提供了层叠体的内聚力和可操作性。在一个实施例中，焊点对应于彼此平行的连续焊接线条。连续的焊接线条例如可以彼此分隔开10-50mm。在另一实施例中，焊点对应于不连续的焊接线条。不连续的焊接线条例如可以具有10-100mm的长度。不连续的焊接线条可以沿着平行线分布，一条线与另一条线相对于彼此偏移，如图2所示。也可以生成如图5所示的沿不同方向延伸的线条状的不连续的焊接部40、50，其中冲孔之间的距离仅是示例性的，可以具有不同的变型，提及后者是因为示例2中使用了它们。在该情况中，单行内的偏移的存在并非总是必要的。在沿相同方向延伸的不连续的焊接线条的相同行内，不连续的焊接线条例如可以彼此分隔开5-50mm。不管焊接线条的类型如何，连续或者不连续，它们例如可以具有20-200mm的宽度。以上所指出的所有尺寸当然涉及的是层叠体的平面，即每个单向层的平面。
如前所述，为了在所有的纤维的自身没有在先的内聚力时确保单向层的所有的纤维的结合，焊接部可以在中间材料的整个宽度上沿连续的线条延伸，如图3所示。于是将选择线条的方向以沿不平行于单向层的任一取向的方向延伸。也可以实施为如图2和5所示的不连续的线条，其每个均是根据本发明的层叠体I的俯视图，在其上生成有不连续的焊接线条，在图2中标记为10并且在图5中标记为40、50，使得存在于层叠体中的每个单向层的每个丝束有规则地遭遇焊接部，例如每隔100mm至少一个焊接部，优选地每隔10mm至少一个焊接部。可以通过分开的加热条或者诸如带凹槽的条的焊接方法来生成焊接部40、50，使得可以在一个焊接操作中生成两个焊接线条40、50或者更多。这里再次提及，优选地，当存在数行不连续的焊接线条时，不连续的焊接线条的取向不平行于单向层的纤维的所有取向，或者仅是不平行于一些取向。当然，当单向层自身具有在先的内聚力时，这些使用连续或者不连续线条的不同焊接方法也都以使用，在这种情况中，焊接线条的取向较不重要，并且它们可以分开更远。
可以通过逐个地增加每个层片并在每次增加层片后确保结合的方法生成层叠体。然而，优选的是结合在单个步骤中升成，这会带来明显的工业效益。为此，尽管上述加热方法是完全适用的，但是也可以使用以下的加热方法：其将穿透到层叠体内，并完全地穿透通过层叠体，以在穿透区域中在所有的网上产生直接加热，特别是对位于层叠体中心的网。在该情况下，伴随各层片的彼此结合，在层叠体中产生了冲孔以生成用于树脂的扩散通道，该通道延伸至层叠体的厚度中，并经常横向于层叠体的层片是。当然可以进行如上所述的层叠体的第一结合，并然后产生冲孔以增强所制造的层叠体的渗透性，但是由于成本这一明显原因，优选的是同时生成期望的焊接部和冲孔。在所有的情况中，实现0.05-3％的敞开系数是值得的，敞开系数优选为0.1-0.6％，通过穿过层叠体的厚度的冲孔而得到。这种敞开系数使得可以获得与通过常规的多向缝合获得的渗透性相当或者更优的有益的渗透性。存在于层叠体上的冲孔例如较大，平行于层片的表面测得的范围为1-10mm。根据这种实施例变型，由此可以获得用于层叠体的横向渗透性，对于57-63％的VFR特别是60％的VFR，特别是10-11m2到10-14m2，优选为10-12m2到10-13m2。冲孔可以通过任意合适的打孔装置生成，一般地例如针、销子或其它。围绕打孔装置施加热量，以获得期望的层片之间的结合，这还可以硬化冲孔。这样产生了冲孔装置周围的网的熔化，在冷却后，形成了围绕冲孔的一种孔眼。当打孔装置被移除后，立即冷却，由此使所得到的冲孔可以硬化。优选地，加热装置直接集成在打孔装置中，以使冲孔装置本身被加热。有利的是打孔装置100具有如图6A所示的肩部110，冲孔期间层叠体抵靠在所述肩部上，从而使得层片在结合期间靠着彼此压紧。压在组件上的同时该肩部本身被加热并加热网以在围绕冲孔的较大区域上焊接。在该情况下，焊点可以类似于环30，如图4B所示，其围绕每个冲孔31。与层叠体接触的肩部110的表面实际上对应于所得的焊接部。图5B示出了另一加热/冲孔装置200，其用于焊接部为不连续的线条的形式的情况中。在所示示例中，生成不连续的焊接线条的条加热器200配备有两个针210，以使得在每个不连续的线条上形成两个孔。打孔期间施加的压力类似于用于单独加热的所描述的压力，并且例如可以位20-40kPa的范围内，并且特别地施加持续1.1-2s的持续时间，特别地持续0.5-1s。选择该压力以在层叠体的所有点处维持基本恒定的厚度。
对于图5A所示打孔装置100，如图6所示，可以通过沿冲孔线和间隔台阶对齐的冲孔装置手动地或者优选自动地进行打孔。
对于复合部件的制造，热固性树脂或者基体将随后被添加至层叠体，例如通过注入包含它的模具中(“RTM”工艺，英语为“Resin Transfer Molding”)，或者通过导入(穿过层片的厚度：“LRI”工艺，英语为“Liquid Resin Infusion”，或者“RFI”工艺，英语为“Resin Film Infusion”)。所使用的基体经常是热固性的。注入的树脂例如选自以下热固性聚合物：环氧树脂、不饱和聚酯、乙烯基酯、酚醛塑料、聚酰亚胺、双马来酰亚胺。
复合部件然后在热处理后获得。具体说，复合部件通常通过实行由所述聚合物的供应商推荐的以及本领域技术人员已知的热处理，经由所使用聚合物的常规硬化循环获得。期望部件的该硬化阶段通过根据限定的温度和压力循环的聚合/成网以及随后的冷却来获得。在真空下导入的情况中，处理循环期间所施加的压力较低，而在向RTM模具中进行注入的情况中压力较高。根据本发明的有利特征，获得的复合部件具有的纤维体积比为57-63％，优选为59-61％，即使在它们具有富裕的厚度时，特别是大于10mm时，和/或当在低于大气压的压力下，特别是小于1巴，优选在0.1到1巴之间，通过注入的方法制造时。这些体积纤维比适于用于主要部件的结构，即，航空中承受机械应力(机身、机翼...)的关键部件。
复合部件的体积纤维比(VFR)根据测得的复合部件的厚度、已知的单向碳层的表面密度和碳纤维的性能计算，使用以下方程式：
其中，e板是板的厚度，单位为毫米，
ρ碳纤维是碳纤维的密度，单位为g/cm3，
表面密度UD碳的单位为g/m2。
获得的复合部件还具有最佳的机械性能，特别是抗冲击性(CAI，Compression After Impact，冲击后压缩)，显示对孔敏感的机械性能，例如开孔压缩(OHC，Open Hole Compression)、开孔牵引(OHT，Open Hole Traction)，支承(Bearing)、面内剪切(IPS，In-Plane Shear)。具体说，可以获得的复合部件在冲击后压缩(CAI)中具有的断裂应力，根据ASD-STAN(AeroSpace andDefence Standard，Avenue de Tervuren 270，1150Woluwe-Saint-Pierre，比利时)公开的之前的欧洲标准prEN 6038测量，在25J的冲击下大于200MPa。还应注意，尤其当树脂基体是环氧树脂时，时效后环氧树脂Tg的小幅下降，数量级与对于标准的预先浸渍获得的数量级相同，对于本领域技术人员是已知的。
以下示例可以说明本发明，但是本质上不是限制性的。
作为本发明的一部分，获得横向渗透值的测量装置和方面描述在RomainNunez于2009年10月16日在Ecole Nationale Supérieure des Mines de SaintEtienne中发表的题为“Problems of measuring the permeability of transversalfiber preforms for the fabrication of composite structures”[Problématique de lamesure de la perméabilitétransverse de préformes fibreuses pour lafabrication de structures composites]的文献中。VFR的变化通过样本厚度的连续变化获得。使用的流体是水，压力为1巴+/-0.01巴。
敞开系数可以使用以下方法测得。装置包括SONY相机(型号SSC-DC58AP)，配备有10x物镜，和Waldmann灯台，型号WLP3NR，101381230V 50HZ 2x15W。将待测样本载置到灯台[sic]上，将相机安装在一框体上，并将之定位成与样本相距29cm，并调节焦点。
宽度测量确定为待分析的纤维材料的函数，使用(变焦)环和标尺：对于敞开的纤维材料(OF＞2％)为10cm，对于敞开较少的纤维材料(OF＜2％)为1.17cm。
使用光圈和控制底片，亮度得到调节，以获得与控制底片的OF值相对应的OF值。
然后使用对比度测量软件Videomet，Scion Image(Scion Corporation，USA)。记录后，按如下方式处理图像：使用工具，限定出与选择的标度相对应的最大区域，例如，对于10cm-70孔，并且包括整数个模式。然后选择基本面积，在该术语的织物意义中，即通过重复，描绘出纤维材料的几何结构的面积。
通过将来自灯台的光穿过纤维材料的开口，OF百分比由以下方式限定出：即一百减去黑面积除以基本面积的值，即，100-(黑面积/基本面积)。
应该注意的是，亮度控制较重要，因为扩散现象能够改变孔的表观大小，从而改变OF。中间亮度将被选择，使得过度饱和或者扩散现象是不可见的。
示例1：准各向同性的多向线条焊接
以下层叠体在多向制造机上并行生成：定向为45°的碳纤维的单向层、网、定向为135°的碳纤维的单向层、网。
碳纤维的单向层并行制成，并且它们的碳纤维克重估计为268g/m2±3％，使用Hexcel HR纤维，其性能在表1中给出。
表1：碳纤维的特征性能
 Hexcel HR
  断裂应力(MPa)   4830
  拉伸模量(GPa)   241
  延伸率(％)   1.8
  重量/单位长度(g/m)   0.785
  体积密度(g/cm3)   1.79
  纤维直径(μm)   8
使用的是基于聚酰胺的短纤维的网。
表2中给出所使用的网的特征。表2中示出的熔点通过根据ISO 11357-3标准的差示扫描量热法(DSC)确定。表面密度根据ISO 3801标准测量。表2中示出的细孔系数由下式计算：
其中，网的表面密度表示为kg/m2，
ρmatière du voile表示为kg/m3，
evoile表示为m。
表2：所使用的网的特征(±后示出的值代表标准偏差)
  网特征
  网的熔点(℃)   178
  表面密度(g/m2)   3.7+0.1
  细丝直径(μm)*   13±3
  网厚度(μm)   69±12
 以公式(2)算出的细孔百分比(％)   97
*通过图像分析测得
相对于机器的轴线以90°取向生成分开50mm的焊接线条。通过V形加热条生成焊接部，在支承处具有4mm的曲率半径。加热条被加热至200℃，施加30kPa的压力持续0.8s。
操作该加热条，以使接触表面均匀地压缩各层片，以形成如图3所示的焊接线条。
将本发明的层叠体的机械性能与以只在结合方法上不同的完全相同的层叠体获得的机械性能进行比较：焊接部已被以76dTex(聚酰胺)丝束生成的链缝线5*5mmm取代。结果在下表3和4以及图8和9中示出。
表3：比较用缝合示例
表4：示例1
示例2.准各向同性的多向点焊冲孔(4层片)
图1所示层叠体在多向生产机器上并行制成：45°定向的碳纤维的单向层、网、0°定向的碳纤维的单向层、网、以135°定向的碳纤维的单向层、网、以90°定向的碳纤维的单向层和网。
碳纤维的单向层并行生成，并且碳纤维克重估计为194g/m2±3％，使用Hexcel IM纤维，其性能在表5中给出。
表5：碳纤维的特征性能
 Hexcel IM
  断裂应力(MPa)   5610
  拉伸模量(GPa)   297
  延伸率(％)   1.9
  重量/单位长度(g/m)   0.443
  体积密度(g/cm3)   1.80
  纤维直径(μm)   5
这些网与示例1中使用的网完全相同。
两组不连续焊接线条被生成，一组与机器的轴线起定向为90°，另一组与机器的轴线起定向为135°，定向为90°的每个焊接线条与定向未135°的焊接线条交替，如图5所示。为此，使用的带槽的加热条，能够在一个操作中实行成组的焊接部40和50。应该注意的是，相同线条的不连续线条50之间以及两个连续线条40之间形成形成轻微的重叠，以确保以上述四个取向沉积的所有丝束的结合。
该焊接可以通过使用图6B所示的加热/冲孔方法与冲孔理想地组合。
所有这些示例生成了易于操作的层叠体。

Claims (23)

1.纤维材料的层叠体，包括至少两个碳纤维的单向层，每个单向层沿不同的方向延伸，其中单向层中的每个在该单向层的至少一个表面上联结至相邻的热塑性纤维的网，至少一个网存在于两个连续的单向层之间，其特征在于，每个单向层和与该单向层相邻的每个网之间的结合借助于所述网确保，并且具有生成了不连续的整体焊接的焊点，并且这些焊点还确保了所述层叠体的内聚力。
2.如权利要求1所述的层叠体，其特征在于，单个的网位于两个连续的碳纤维单向层之间。
3.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，所述层叠体是序列(网/UD)n，UD代表单向层，n代表整数，并且所述层叠体中的所有网具有完全相同的克重。
4.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，所述层叠体是序列(网/UD)n/网，UD代表单向层，n代表整数，并且外部网的克重等于每个内部网的克重的一半。
5.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，不同的单向层与网之间的结合不是通过缝合或者编织来确保的。
6.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，焊点对应于彼此平行的连续的焊接线条。
7.如权利要求6所述的层叠体，其特征在于，焊接线条具有与任一个单向层不平行的不同的方向。
8.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，焊点对应于不连续的焊接线条。
9.如权利要求8所述的层叠体，其特征在于，不连续的线条相对于彼此偏移，使得每根丝束规则地遇到焊接部。
10.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，每个碳纤维单向层在联结至热塑性纤维网前自身没有内聚力。
11.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，每个碳纤维单向层在联结至热塑性纤维网前自身具有内聚力，在存在有与单向层的纤维相交但不交织的热塑性结合纤维并通过粘结确保结合，或者存在形成单向织物的纬向丝束的情况下，该内聚力通过针刺获得。
12.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，每个碳纤维单向层具有100-280g/m2的表面密度。
13.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，它具有的网空率为0％。
14.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，它具有的敞开系数在0.05-3％范围内，通过在层叠体的厚度中形成的冲孔而获得。
15.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，对于60％的体积纤维比，它具有的渗透性为10-11到10-14m2。
16.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，所述网的热塑性纤维选自：聚酰胺、共聚酰胺、嵌段醚或酯聚酰胺、聚酞酰胺、聚酯、共聚酯、热塑性聚氨酯、聚缩醛、聚烯烃、聚醚砜、聚砜、聚苯砜、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、或者聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物、聚酚氧、苯乙烯-丁二烯甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物嵌段共聚物或者这些热塑性材料纤维的混合物。
17.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，每个网具有的表面密度在0.2-20g/m2的范围内。
18.如权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，所述网中的每一个网具有的厚度为0.5-50微米。
19.上述权利要求中任一项所述的层叠体的制造方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a)生成包括至少两个碳纤维单向层的纤维材料的层叠体，每个碳纤维单向层沿不同的方向延伸，其中热塑性纤维的网被放置在每个单向层的至少一个表面上，至少一个网存在于两个连续的单向层之间；
b)通过加热所述网以在每个单向层和与该单向层相邻的每个网之间实现结合并且确保所述层叠体的内聚力，以生成形成整体不连续焊接的焊点。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，单向片并行获得，在联结至网之前没有给予任何的自身的内聚力。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，构成所述层叠体的所有层与网之间的每个焊点处，同时生成了横向结合。
22.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述焊点通过热压缩形成。
23.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述焊点通过穿过所述层叠体的厚度进行打孔而形成，并且每个焊点围绕冲孔形成。
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