CN105984152B - 预浸丝束复合材料 - Google Patents

Abstract

预浸丝束复合材料，其包含以丝线形式彼此连接的结构纤维，所述结构纤维用树脂浸渍。所述预浸丝束复合材料还包括包围丝线周围的边界层。所述边界层粘附或连接至丝线周围以用于增强。

Description

预浸丝束复合材料

技术领域

本申请涉及预浸纤维所成的复合材料。本申请还涉及制备、改性、融溶、整合和使用预浸复合材料的成型方法。所述预浸复合材料包括预浸丝束复合材料、预浸丝束模塑材料或预浸复合纤维束。

背景技术

在复合材料产业链中，丝束是指未扭绞的多条长丝，连续所集成的束状形(单向的自适应形，圆形或扁绳状。)，其特别是指人造纤维，例如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等。丝束粗幼结构称号，是以纤维的数目而命名。例如，12K丝束包含约12,000根纤维丝，亦可并列多股而组合成大丝束。纤维适用于不同工序和器材将液态树脂渗润浸透，才能固化成型。不均质的浸渍纤维，严重影响产品成型和结构标准，特别是大型产品的时间掌控。因含树脂的纤维，常因胶黏状而发生缠绕断裂，难以进行后续制造工序，如编织、裁剪，层迭组合，固化定型等工序。因此，本申请目的是提供适配于后续加工程序，优化其强度、重量和可挠性的预浸丝束复合材料，更易掌控成型时间，解决废品和测试程序，包括成型后不能预见的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种或多种新型的预浸丝束复合材料和制备预浸丝束复合材料的方法。根据本发明的一个方面，本申请提供包括的预浸复合材料(即浸渍复合材料或简单地说复合材料)。结构纤维以丝线的形式彼此相互黏贴着且所述结构纤维用树脂或其它类型的粘合剂或粘结材料浸渍或涂覆。预浸复合材料还包括包围丝线周边的边界层（boundary layer）。纤维接口和介质自适应地粘附和连接至丝线周围，以达到合一结构增强为目的。结构纤维可纵向对齐（平行）的，即单向的或未扭绞的。或者，结构纤维可为纵向横贯的，即交叉的或扭绞配合编织的。这些结构性组合，配合功能纤维和介质，可以连续地捆扎在一起，达到直接或更密切地紧贴，有更良好的附着和后加工工序。

本发明的实施方案提供了包括结构纤维的预浸复合材料或复合预浸丝束，以聚合物（例如树脂）浸渍(或预浸，pre-preg or pre-impregnated)一个或多个由结构纤维制成的丝束或丝线。用边界层（含介质）进一步包绕（enclose）、涂覆或喷涂所述预浸复合材料，由此提供均质丝束制备的纤维组件。边界层可以用不同结构的连续复合纤维层形成，此接口层（含介质）是直接与结构纤维接触的、且沿着该结构纤维整合成一体。

预浸复合材料可进一步包括由功能纤维形成的功能接口层，围绕包覆着结构纤维，在边界层的下面。功能纤维和结构纤维的两个层，具有基本相同的方向（即，单向平行的）并且基本沿着它们的长度方向彼此紧密地依附着，有效解决两层之间的空隙，可挠性的组合层结构，能自适应地伸延并充填，有效增强成型结构。边界层有效地提供了一个整洁、均匀和加固的外层作为表层或圆筒形壳，此内湿外干性结构，有利后继加工工序，包绕后使结构纤维、功能纤维或二者整合在一起。边界层能使环境中的光、空气、水和灰尘不能入侵结构纤维和功能纤维，有效地解决衰退和氧化。预浸丝束(即预浸复合材料)能被制成多股扭绞的丝束，其能取代绳缆，或可编织成布状片材(织物)，或进一步彼此整合成立体骨架，通过灌注脂类、醚类、水凝混合物等（可泡沫态的）进行固化而成一体。

预浸丝束复合材料具有能减少热量耗散(作为热的不良导体)和破裂的固化层(例如，边界层)。预浸丝束复合材料提供了良好的绝热性、增强的结构、防震的特性、抗渗透能力和耐腐蚀性能。预浸丝束复合材料能防御孔隙开裂和吸收振动，从而既具有优异的强度又具有良好的弹性，可适度调节这两种性能的结合。

预浸复合材料能代替各类材料：如金属、塑料、木、石等成型部件，例如金属铸造/模塑部件，纤维强化钉、加强肋等。热固性树脂或环氧树脂配入介质（如纳米材料），能进一步提高材料刚性和抗腐蚀性。

预浸复合材料配用界面层，经灌注/充填/渗透/浸润热塑性/热固性 (如脂类、醚类、水凝混合物) 等混合物，经适度的加热、加压，可生产一体成型产品。

预浸丝束复合材料提供质轻、坚固和耐用的材料，适用于节能产品和交通工具；优化后可成为电缆的加强筋、功能钢索和建材（如纤维筋）；可挠性能提高结构支持和强度。同时，边界层对结构纤维提供了保护，从而在很大程度上避免或延缓了腐蚀、老化或降解。

本发明的丝束可由纤维集合而形成。根据具体应用，所述丝束可由3000条纤维(3k)或更多的纤维组成的大丝束(例如，合并、编织、集束或扭绞)在一起而形成。所述丝束(即，预浸复合材料)的厚度或直径、用于制备丝束的纤维的类型、或纤维的直径，都可根据具体应用要求而确定。在形成丝束前，可用树脂均匀地涂覆所述纤维的表面，以使得纤维彼此间紧密地粘贴，配合接口层约束，避免纤维之间开裂而成的间隙，从而实现更优异的性能。

此外，本发明的实施方案还提供新型复合材料，称为混合固化材料(hybridcomposite materials)，透过灌注填充、渗透或浸渍脂类、醚类、水凝混合物等（可泡沫态的）与结构纤维、功能纤维或二者，经适度的加热、加压，混和反应所产生的热能，能加速预浸丝束固化/热塑化成型，此混合固化技术，能减低生产时间和成本，亦可解决大型部件的收缩变形；优化灌注成型，可生产一体成型大型部件，如器材外壳、风能发电机、和车身工程等。由于浸渍材料和接口层与填充物，在粘合固化方面能与树脂相互融溶，因此该新型复合材料提供了良好的拉伸强度、抗压强度、更好的质量一致性和更优异的机械性能。因此，本发明的预浸复合材料，设计成立体骨架，可适用于汽车制造工程及大型部件的整体铸造。

本发明的预浸丝束复合材料具有重量轻、成本低、刚性好、不易变形，能广用不同成型技术配合器材，适用于试模至批量生产。该预浸丝束复合材料具有优异的弹性模量、抗压强度和抗冲击强度以及可要求的性能，经稳定的数据测试配合计算器建模设计，可应用于各种产品需求。

预浸丝束复合材料可进一步包括多种编织方式的片材或立体骨架。可见，本发明的预浸丝束复合材料能提供单支纤维束，二维结构片材及粗幼互配的立体骨架，可挠性或同时兼具二者性能，适配不同材料的组合，能广泛用于不用行业需求；例如，本发明的预浸丝束复合材料纤维筋，可代替现有的钢筋，抗腐蚀功能，特别适用于恶劣环境的建筑物，由于本发明的预浸复合材料能隔热、隔音、减震，适用于环保建筑的热岛效应和防地震的建筑物。

边界层可包含彼此相邻的功能纤维。可在结构纤维上使用不同类型的纤维提供附加层。两种不同类型的纤维可具有不同的机械性能优点。例如，结构纤维具有良好的拉伸强度，而功能纤维具有优异的弹性。当被整合进相同的预浸复合材料时，该材料就会既坚固又有弹性。此外，结构纤维和功能纤维可具有不同的材料性能和/或提供不同的技术功能。例如，功能纤维为光导纤维或导电铜丝，而结构纤维为钢丝。由此，该预浸复合材料可获得不同的(有时是互相矛盾的)物理性能。光导纤维通常是柔软和脆弱的，但预浸复合材料由于包括了钢丝从而为光导纤维提供了刚性同时又提供了弹性。

当功能纤维位于复合材料两层之间时，它可形成接口层。事实上，位于两个材料之间的层通常可以称为接口层。所述接口层或功能纤维影响预浸丝束复合材料的机械性能。所述功能纤维可与复合材料一起涂覆，从而使得预浸丝束复合材料在处理、加工、贮存和运输时不会受到损害。防止了在功能纤维或结构纤维之间出现孔隙或裂纹。界面层的约束还可防止或减少预浸丝束复合材料上的褶曲，使得预浸丝束复合材料在经受拉伸或弯曲时保持良好的一致性和机械强度。预浸丝束复合材料能替代金属用于制造人造骨，因为该预浸丝束复合材料能适应周边的身体组织，减少离层或移位风险。本发明的预浸丝束材料制成的人造骨骼可与周边的肌肉或其它组织能更好的共存和兼容，且不受磁力共振影响，功能接口层还能进一步提供减震和强化以减少脱位变形风险。

结构纤维、功能纤维或两者，配合接口层和介质，可形成一种以上的双稳态或多稳态复合结构，接口层配合介质能更紧凑结合成整体(一个或多个交互层而成的层压物)。如碳纤维和纳米碳介质配合导电的金属丝所成的导电体，含纳米介质的凝液，浸渍碳纤维，结合接口层，可成为新型钢缆，配合光纤可成为功能光纤电缆，碳纤维亦是发热材料，应用于外层发热溶雪，能减低电缆倒塌。

功能接口层优选包括以下材料：非织造的结构物、针织结构物、纤维、丝、线、与功能介质组成物(乳液、脂、醚类与结构物的合成) 。与边界层相比，功能接口层(或简单地说接口层)为薄膜、片材或层压结构提供了其中的一个材料层。例如，当所述接口层位于最外层时，它就是边界层。在另一个实施方案中，接口层是在结构纤维和功能纤维之间的一个或多个酯类、醚类、水溶/油融所产生的溶融结构介质层。

在另一个实施方案中，功能接口层在其表面上具有突起，以增强表面积接触，减低位移及离层的风险。这样的构筑能力，适用于土木工程中的水凝固化物(例如，以纤维筋应用于混凝土固化) 。

在另一个实施方案中，功能接口层具有中间层。所述中间层可位于功能接口层的内或外表面，其在与功能接口层结合方面也是兼容的。中间层的材料可选自酯类、醚类、凝胶及其混合物，以粉末或液体形态(例如，树脂、乳液、聚氨脂)。中间层还可包含功能材料，例如纳米材料。中间层可通过喷涂或涂覆在功能接口层上。中间层也能与接口层整合，从而两层之间不存在清晰的接口。也就是说，至少部分中间层可以成为接口层的一部分。中间层有助于接口层与预浸丝束复合材料的整合。

接口层还可包围功能纤维、结构纤维或二者。接口层提供了片材包裹、甚者以膜或介质形式覆盖，其包裹在功能纤维、结构纤维或二者周围。尽管可用树脂、粘合剂或其它材料浸渍纤维，但这些浸渍材料可随着时间和环境影响衰退和老化。密封的接口层能使所述预浸丝束复合材料不受外界渗入所影响，包括光线、空气中的氧和悬浮粒子的影响，有助延长预浸丝束复合材料贮存寿命和稳定的性能与质量。浸渍材料包括脂类、醚类、乳液、树脂、聚氨脂等交联或未交联的聚合物(含反应性树脂或反应性聚合物)。

本申请提供作为复合材料的预浸丝束。所述复合预浸丝束材料包含一种或多种经树脂渗透、喷涂或浸渍的纤维。所述经浸渍、渗透或喷涂的纤维集束在一起成为股，被功能接口层(或边界层)覆盖。具有包覆的界面层的浸渍纤维形成绳、缆、筋、索等。换言之，所述预浸丝束复合材料具有一种或多种树脂浸渍的纤维和涂层以形成丝束，一种或多种这样的丝束与边界层整合为一体。

结构纤维、功能纤维或者二者，可用热固性聚合物、热塑性聚合物或二者进行预浸。一旦成型，热固性聚合物不能再改变形状或再循环。相反，热塑性聚合物能在定型后再使用。此外，热固性材料（例如树脂）通常是湿和粘的，不适于机器加工或再加工。本申请中，结构纤维、功能纤维或两者利用热固性聚合物进行预浸，并且使用热塑性聚合物以提供外层和用以增强的热塑性材料，此内黏外干结构，具有更好的后加工工序。事实上，热塑性和热固性聚合物的不同加工程序，很难容于相结合；此独特结构复合材料，能使塑化定型与反应固化同步进行，互补两者的不足；如定型固化时间和产品的收缩变形，大型模具和机器的组合。预浸纤维束组合接口层，能使热塑性塑料和热固性材料可先后施加到纤维上，便于后加工一体成型。

此外，结构纤维、功能纤维或两者可使用水溶混合物(如乳液、水性聚氨脂)或水凝固化的复合材料进行预浸。水基复合材料可组合水泥、石膏或砂浆等混合物，提供了既轻质又坚固的优异建筑材料。

结构纤维、功能纤维或二者可包括纸纤维（含植物纤维、毛、棉、矿物纤维、聚合物纤维、），纸纤维可为复合材料的其中一个组分。所述纸纤维可为平片纸卷起的形式。亦可用废弃的纸张溶解成为环境友好的天然/再用纤维，纸纤维能提供分散性或分布纤维优异性能，兼容具弹性模量纤维能防止产品爆裂，预浸丝束与介质组合可成为补偿包覆，良好的结构一体性，从而适于提供保护，耐久性能和可延长贮存期，密度高从而适于隔绝气体和液体，低导热性从而适于绝热节能。

纸纤维包括纸绳(由平张纸卷制而成)，或纸纤维/木桨的组成物，可进一步用聚氨脂、树脂或粘合剂浸透混合。纸纤维为纤维素纤维，来自植物纤维、毛、布、合成纤维或回收的废纸，这些是世界上最丰富的原料来源。特别是，纸纤维能产生高强度和耐用性的包装纸或牛皮纸。牛皮纸的长纤维为牛皮纸绳提供强度和湿强度，而化学物质（例如树脂或粘合剂）则进一步提高了牛皮纸绳的强度。特别是，牛皮纸绳以低成本提供了高拉伸强度、高弹性和高抗撕裂。牛皮纸绳还具有与浸渍材料的良好的粘附，该浸渍材料如树脂、聚氨脂、水凝和泡沫态混合物。

结构纤维、功能纤维或二者可包含纤维增强芯。所述增强芯包含一种或多种植物纤维、碳纤维、金属纤维或玻璃纤维或它们的任何组合。所述增强芯可具有不同的结构，例如管/条状、扭绞的金属丝线、单向的丝线、编织后的纤维或它们的任何组合。例如，纤维增强芯经纸纤维或功能纸包覆，其为预浸复合材料提供可挠性和良好的拉伸强度。

另外的一种方式是，预浸丝束属连续纤维复合材料，经编织在一起以形成编织成型材料。预浸丝束复合材料能以多角度连续编织，不同厚度的强化层，可避免过大/粗的、不平的表面引起的屈曲折皱、变形或破裂问题。

预浸复合材料还进一步包括包围边界层的表层以覆盖边界层。换言之，所述表层可为边界层的外部部分或与边界层整合为一体，以对预浸复合材料提供另外的功能，以色调、纹理、质感表达不同的材质。例如，表层可为非织造织物、织物、复合材料、装饰性织造织物、植绒、PU装饰层、自结皮聚氨酯、纤维、丝线、纱线或其任何组合。

边界层可包括暴露在其外表面上的结构和纹理起伏(例如，粗糙、突起或凹凸图案) ，以改善与其它材料功能或结构的粘附，边界层的不平整(与平滑相比)使得预浸复合材料能兼容其它材料或结构，例如混凝土结构与泡沫聚氨脂或涂层相结合。

起伏可包括突起、外露纤维丝线、絮片、膜、涂层、纤维层、浸渍层、粗糙区域、凹陷、缝隙或其任何组合。例如，起伏包括钩曲和/或圈，与尼龙搭扣(Velcro)的结构或外观类似。如纤维筋应用于水泥构件，人造骨骼接口层改善周边组织的融入。

边界层、表面层或两者具有外露的纤维或突起，以改善结合或粘附。外露的纤维或扩张出来的纤维，是从边界层或表面层的底面延伸出来的丫枝、刺棘或草丛状。当与外部组件连接时（例如粘附），所述暴露的纤维可以形成很强的结合或连接，从而使得复合材料与外部组件彼此结合得很好、很牢固。外露的纤维应用于纤维筋界面层，能有效与混凝土相结合，较深入的植入防止松脱爆裂。能改善整体结构强度。

树脂可包括热固性树脂、热塑性树脂、反应性树脂(例如，感光树脂或光敏固化树脂)、反应性环氧化物、环氧树脂、聚氨脂等。热塑性树脂、塑料、凝胶(明胶、水凝胶)、固化脂族或这些物质的任何组合。这些树脂类型提供了适合各种应用的多种物理和化学性能。所述反应性树脂包括酯、醚、塑料、泡沫态(聚氨脂)或水固化混合物(例如，混凝土)。所述结构或功能纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、生物质纤维、金属纤维/丝/绳和这些的任何组合。

树脂可在预浸复合材料的制造过程期间保持为半固态。该半固态材料可简单地被称为凝胶。所述凝胶为所述预浸复合材料提供挠性、弹性、可塑性和良好的拉伸强度。例如，不饱和(非饱和)树脂、脂类、醚类和水凝胶粘合剂(例如生物提取物)、聚氨酯、硅胶及其混合物都能适配。

结构纤维、功能纤维或二者都可包括天然纤维、人造纤维或二者的组合。例如，天然纤维包括植物纤维、矿石纤维、动物纤维、金属纤维或这些的任何组合。例如，人造纤维包括半合成纤维、再生纤维素纤维、合成纤维或这些的任何组合。结构纤维、功能纤维或二者可以进一步包括金属纤维、碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、矿物纤维、聚合物纤维、纳米纤维、玄武岩纤维或这些的任何组合。这些纤维的组合或整合可提供用于特定用途的独特的机械或化学性质。

预浸复合材料可为针织材料、铺设材料、编织材料，其具有包括经线或纬线的多角连结，使这些丝线形成单丝束复合材料，该单丝束复合材料包括多个单独的长丝和未交联的树脂。所有丝线的单独的长丝可进一步对齐至相同方向(即，为单向的)。

预浸复合材料可为夹心材料，包括一层或多层针织材料、铺设材料、纺织材料和羊毛。所述的一层或多层可包括丝线，该丝线具有多个单独的长丝和未交联的树脂。这些层可通过介质连接起来形成预浸复合材料，所述介质包括相邻丝线之间的树脂或相邻层的纤维之间的树脂。由此，预浸复合材料成为多层的绳线形式或夹心板形式。

预浸复合材料的形态包括片材、膜状、多层结构、纤维分层、粉末分层、涂覆层、浸渍层或这些层的任何组合。所述预浸复合材料的内部、中间(接口)或外部层包含选自以下的材料：非织造织物、针织物、阻燃材料、(热、电或液态)绝缘材料、强化/增强功能复合材料及其混合物。所述纤维包括生物质纤维、有机纤维长丝或丝线。所述边界层可还包括中间层。

结构纤维、功能纤维或二者可为扭绞的、编织的或集束的(结合在一起但未扭绞的)。本申请的实施方案可提供具有绳状结构(即，纤维或丝线互相扭绞形成绳索，含外层编织包裹)，经过编织工艺或没有经过编织工艺的预浸复合材料(即，预浸丝束复合材料)。绳状结构能防止湿气或灰尘渗透，减缓氧化过程和减少紫外线辐射对预浸复合材料的影响，从而延长所述材料的寿命。

本申请的一个实施方案中，提供预浸复合材料可为光导纤维的绳索、线缆或集束形式。预浸复合材料能提供多种功能，将绳索、线缆和光导纤维的功能整合在一起。

本申请的一个实施方案中，提供还具有纤维强化结构的预浸复合材料。在后固化，所述预浸复合材料能像铆钉一样结合不同材质(例如金属、钢缆、塑料、复合材料)。例如纤维单车架的接嫁，纤维筋架的连接和混凝土的结合，所述预浸复合材料能用作人造骨骼，与功能物/耐磨层很好地吻合。

预浸复合材料能显著减轻重量，以最少树脂均质涂布，以达到最大效率，同时又能提供与金属相当的强度，特别是可复位的拉伸模量，能减低缆索的单向伸延，也可将传电或导光的纤维加入预浸丝束复合材料，成为特种电缆或光缆。

预浸复合材料可另外包括纳米微粒、纳米纤维或两者，它们与预浸复合材料的一层或多层整合。当纳米微粒或纳米纤维和介质加添到预浸复合材料中时，它们对复合材料的机械性能（例如刚性和弹性）能产生协同效应。例如，预浸复合材料可使用碳纳米管增强，得到的新材料可作为金属的轻质替代物。这样的复合材料可减轻重量，同时增加稳定性并具有改善的功能。实践中，纳米颗粒、纳米纤维或两者包括石墨烯或碳纳米管。

本发明的实施方案中，聚合物、边界层、接口层或其任意组合，可包括热塑性树脂和热固性树脂的混合物。热塑性树脂包括PE、PP、PVC、ABS、PMMA、PA、PC、POM、PET和PBR。热固性树脂包括PF、PU、UF、MF、EP和UP。包含热塑性树脂和热固性树脂的混合物的固化复合材料提供增强的结构，同时还很容易成形和机械加工。

根据本发明的另一个方面，本申请提供制备预浸复合材料的方法，所述预浸复合材料包括纤维和连接纤维的树脂。所述方法包括以下步骤：

- 使用多根丝线，每根丝线分别包括单丝复合物，该单丝复合物包括多根单独的长丝，所述多根单独的长丝通过树脂保持在一起，所述树脂在至少一种物理变量或化学物质的影响下是可交联的，其中一根丝线中的单独的长丝分别对齐至同一方向(为单向的)；和

- 通过下述过程形成预浸复合材料：因相邻的丝线之间相贴，形成介质在它们的接触表面彼此相连接，所述连接通过所述丝线外周围表面存在的未交联的树脂而实现，所述树脂为所述连接提供了桥，所述树脂是前述形成的丝线的一部分；和

- 用边界层包围所述多根丝线的外周围表面。

本发明的方法提供了制备预浸复合材料的便捷和可靠的技术。此外，本发明的方法还包括处理边界层或用表层包围边界层的额外步骤。该处理或包围步骤可通过涂覆、喷涂、加热、机械切割、研磨、涂色、打磨、冷冻或相关表面处理技术而实现。

本申请的一个实施方案中，还提供用于制备预浸复合材料(预浸丝束功能复合材料)的方法，有效协调生产条件和要求，其包括以下步骤：

a. 提供一种或多种纤维；

b. 将一种或多种纤维浸润在液体树脂材料中或通过用树脂材料涂覆所述一种或多种纤维，使得所述一种或多种纤维被树脂浸渍；

c. 由所述浸渍的纤维形成至少一个丝束；和

d. 用边界层包围所述至少一个丝束以形成预浸丝束复合材料。

所述的树脂或涂料可为固化的或预固化的，亦可以是热塑性的。

用树脂材料浸渍纤维也称为预浸过程（因为尚未固化定型）。所述预浸过程可通过直接将纤维浸没在液体树脂中进行。所述纤维可为经树脂液态或粉末浸泡、喷涂或渗透的。每个纤维都应经充分涂覆或浸渍，以使得纤维的表面均匀覆盖树脂，从而使得纤维间能彼此充分粘合。

本申请的一个实施方案中，还提供制备混合杂化复合物(复合材料)的方法。该方法包括将功能纤维、结构纤维或二者编织为一个或多个片材。然后将这些片材复合物结合在一起以形成三维(3D)结构，随后用一种或不同的树脂、醚、水凝胶形式和/或水可固化材料(例如，混凝土)将其浸渍并进一步固化一体成型。由此，所述3D结构能抗撕裂和振动，增强稳定的承重、重量轻兼备高强度结构耐腐蚀性能，将建造概念引用于大型结构物，如船和车身的一体成型工程。

用边界层包围丝束外表面的步骤可包括下列步骤：提供成形模具或固化预浸复合材料。由于模具提供了预定精确尺寸的成型形状，因此预浸复合材料可以提供多种不同种类的型材和结构，复杂、精确且具有弹性组合。

本发明方法还包括下列步骤：使预浸复合材料与热塑性树脂、热固性树脂或两者的混合物按顺序固化的步骤。材料可以依次提供混合凝固。热塑性树脂提供结构一体性和优异的可机械加工性，提供良好的可调适性，适用于再成形、注塑、灌注、压塑、压延和挤出。例如，结构纤维可以用热塑性/热固性树脂浸渍和固化，然后用热固性/热塑性树脂包裹和凝固。这样得到的预浸复合材料具有很强的外壳以提供保护，而热固性树脂浸渍的结构纤维作为芯。

所附的附图示出了本发明的具体技术方案并用于解释本发明技术方案的原理。然而，应理解的是，这些附图仅仅旨在说明的目的，而非用于对本发明的限制。

附图说明

附图1示出了预浸纤维的第一丝束；

附图2示出了预浸纤维的第一丝束的表面结构；

附图3示出了预浸纤维的第二丝束；

附图4示出了显现结构的织造预浸纤维复合材料；

附图5示出了织造复合材料的横截面；和

附图6示出了织造复合材料的另一横截面。

下面参考上述附图来描述本发明示例性的、非限制性的实施方案。

具体实施方式

附图1和2涉及本申请的第一实施方案。具体地说，图1示出了预浸纤维的第一丝束20。仅描绘了第一丝束20的横截面，从而使得第一丝束20的结构可见。第一丝束20包括边界层22和纤维24的集束。边界层22包含环氧树脂(也被称为环氧聚合物)26，作为套筒形式包裹在多个纤维24的周围。因此，这些纤维24没有一个暴露在外部，从而这些纤维24被边界层22所包封，衍生隔绝了环境光源、空气中的氧和悬浮粒子效益。纤维24的集束包括多个玻璃纤维24，其含有很多极细的玻璃纤维(例如，半径为20-60纳米的纤维)。这些玻璃纤维24是在将基于二氧化硅的玻璃的细股挤压成许多适合于纺织品工艺的小直径纤维时形成的。将玻璃纤维24的集束用热固性树脂28 浸渍，以填充纤维24之间的空隙空间，并将这些纤维24结合成单股。热固性树脂28包括聚酯。

关于附图2，边界层22包括功能/粗糙的外表面30。具体地说，粗糙的外表面30覆盖有大量团块、短纤维、刺棘状纤维和环状纤维。这些短纤维的钩和环形，类似于尼龙搭扣的钩和尼龙搭扣的环。

当制备预浸纤维的第一丝束20 时，首先提供玻璃纤维24的集束，它们松散地放在一起。用热固性树脂28浸渍处理后玻璃纤维24的集束。在完成固化前，用环氧树脂26进一步包围纤维24的集束，施加适度的温度和压力达致定型固化。所述团块、短纤维、短纤维钩和短纤维环通过织机产生，所述织机能自动地编织和随后修饰所述功能结构。在固化过程期间，边界层22与热固性塑料28整合，使得第一丝束20成为一个整体。

图3示出了预浸纤维的第二丝束40，其也是第二丝束40截面图。第二实施方案包括与第一实施方案类似或相同的部分或方法步骤，因此这些部分或方法步骤使用类似或相同的标记。因此，在适当的时候，将上述相关类同的部分或步骤的说明引入在此作为参考。

具体而言，第二丝束40包括玻璃纤维24的集束，功能纤维42的层和边界层22，它们从第二丝束40的中心到边界径向结合到一起。具体地说，玻璃纤维24的集束形成第二丝束40的核心，同时这些纤维24用热固性树脂28进行浸渍。玻璃纤维24的集束也被称为结构纤维24，因为其提供第二丝束40的结构基础。与结构纤维24相邻的功能纤维42形成包围结构纤维24的套筒。功能纤维42包括通过热塑性/热固性树脂44（例如醚）结合在一起的纤维丝42。与第一丝束20类似，第二丝束40也具有包裹在功能纤维42的套筒周围的边界层22。

当制备预浸纤维的第二丝束40时，首先将己处理的纤维24按需求整集或编织于一起。用热固性树脂28浸渍玻璃纤维24的集束。在完全固化前，用功能纤维/介质层42进一步包围纤维24的集束。另外在功能纤维42上提供能相互溶融的热塑性/热固性树脂44。在固化热固性树脂28和热塑性/热固性树脂44前，用环氧树脂26加压进一步溶入功能纤维42的套筒，半固化/溶融状态下的预浸丝束层和界面层，经加热和加压(加热能使预浸丝束固化，对热塑性界质则保持半固化溶入状态)，可控的催化过程，能稳定边界层22、功能纤维42和结构纤维24彼此间的成型整合，使得第二丝束40成为一个股/整体。

图4示出了具有预浸纤维的暴露的织造复合材料50，其为本申请的第三实施方案。所述第三实施方案包括与第一实施方案类似或相同的部分或方法步骤，因此这些部分或方法步骤使用类似或相同的标记。因此，在适当的时候，将上述对于类似或相同的部分或步骤的说明引入在此作为参考。

暴露的织造复合材料50包括纸基绳的纵向数组52和纸基绳的横向数组54。纸基绳的纵向数组52与纸基绳的横向数组54缠绕或编织，使得纸基绳的纵向数组52与纸基绳的横向数组54彼此基本上垂直。由此，纸基绳的纵向数组52与纸基绳的横向数组54形成纸基绳56的编织网，使其成为可挠/塑性片材材料，经催化成固态，而成为定型产品。

图5示出了织造复合材料50 的横截面图。此外，图5描绘了纸基绳56的编织网的相对的面(即顶部和底部)被介质(聚氨酯)58覆盖，使得纸基绳56的网/布状能适合组配制作条件/环境，而且，连续布状的边界层(没有黏性/易施工的) 60和第二(底部)边界层62能自适应地准备定型，与预浸丝束网状56和介质聚氨酯58相互结合构造，提供了整合材料64。网/布状的组合64是可相互掺透整合的、能将热塑性和热固性不同的材质彼此整合成一体。

图6示出了织造复合材料50的另一横截面图。此横截面图暴露了具有圆柱外形的一段纸基绳56。这些纸基绳56被聚氨酯58围绕，聚氨酯58进一步被两边界层60、62包围。

当制备织造复合材料50时，提供纸基绳的纵向数组52和纸基绳的横向数组54并将其编织为片材形式。将片材进一步切割成预定形状。聚氨酯58随片材一起模塑成型，同时将两个边界层60、62通过/注入介质聚氨酯58熟化成型。

在本申请中，除非明确限定，否则术语“包括”、“包含”及其类似用语表示的是“开放的”，“包括的”之意，即，包括记载的元素但允许加入其它的未明确记载的元素。

如本文中所记载，用语“约”在配方的组分浓度的上下文中，通常指标称值的+/-5%，更通常指标称值的+/- 4%，更通常指标称值的+/- 3%，更通常指标称值的+/- 2%，更通常指标称值的+/- 1%，甚至更通常指标称值的+/- 0.5%。

在本公开全文中，特定的实施方案可以范围形式公开。范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对所公开的范围的硬性限制。因此，范围的描述应当被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及在该范围内的单个数值。例如，一个例如1到6的范围的描述应当被认为具有特定公开的子范围如1-3、1-4、1-5、2-4、2-6、3-6等，并且各个数在该范围内，例如，1、2、3、4、5和6。这是不论范围的宽度如何都适用的。

很明显，本申请的各种其它修饰和调整对于读过上述内容的本领域技术人员来说是很显然的，都没有脱离本申请的精神和范围，且所有这样的修饰和调整都落入所附的权利要求书的范围内

本发明涉及以下实施方案。根据一个方面，本申请提供了预浸丝束复合材料，其包含以丝线形式彼此连接的结构纤维。所述结构纤维用树脂浸渍。所述预浸丝束复合材料还包括包围丝线周围的边界层。所述边界层粘附至丝线周围以用于增强。

本发明的预浸丝束复合材料还包含多个纵向丝线和多个横向丝线，两者编织形成网状的片材，亦包括立体结构造型。

边界层可包含彼此相邻的功能纤维。所述边界层可进一步包括接口层，该接口层包围功能纤维、结构纤维或二者。所述结构纤维、功能纤维或二者可包含纸纤维。纸纤维可包含可造成纸态成份的材料。

结构纤维、功能纤维或二者可包含纤维增强芯。预浸丝束复合材料可进一步包括表面层，该表面层包围边界层以用于覆盖。所述边界层可在其外表面上包含起伏以改善粘附。所述起伏可包含突起、纤维膨出、絮片、膜、涂层、纤维层、浸渍层、粗糙区域、凹陷、缝隙或其任何组合。

所述树脂可包括热固性树脂、环氧树脂、聚氨脂、热塑性树脂、凝胶或塑料质的任何组合。结构纤维、功能纤维或二者可包含天然纤维、人造纤维或二者的结合。天然纤维可包括植物纤维、木纤维、动物纤维、金属纤维或它们的任何组合。人造纤维可包括半合成纤维、纤维素再生纤维、合成纤维或它们的任何组合。结构纤维、功能纤维或二者可包括玄武岩纤维。

预浸丝束复合材料可为针织材料、铺设材料、绒布材料或织造材料，其具亚麻结合，包括经线或纬线，这些线形成包括多个单独的长丝和未交联树脂的单丝复合物。所有丝线的单独的长丝对齐至相同方向。

所述预浸复合材料可为夹心材料，包括至少一层包含针织材料、铺设材料和不织布的层(如不织布)。所述针织材料、铺设材料或非织造材料包括丝线，其包括多个单独的长/短丝和未交联树脂，而不织布与未交联树脂一起提供。这些层通过介质以桥形式连接以形成预浸丝束复合材料，所述介质包括相邻丝线之间的树脂或相邻层的纤维之间的脂类/醚类。在实施方案中，结构纤维、功能纤维或二者可为扭绞和编织的。

所述边界层可包括选自以下的材料：非织造织物、针织物、复合材料、纤维、长/短丝、丝线或其混合物。所述边界层可在其内部层中进一步包括中间层。

所述边界层包括彼此毗邻的功能纤维，该功能纤维形成套筒形式包围/围绕结构纤维并与结构纤维能一起固化成型的。

而根据另一方面，本发明提供制备预浸丝束复合材料的方法，其包括以下步骤。

- 第一步，使用多根丝线，每根丝线分别包括单丝所成的复合物，该单丝复合物具有多根单独的长丝，所述多根单独的长丝通过树脂保持在一起，所述树脂在至少一种物理变量或化学物质的影响下是可交联的，其中一根丝线中的单独的长丝分别对齐至同一方向；

- 第二步，通过下述过程形成预浸复合材料：相邻的丝线之间在它们的接触表面相互贴接，所述贴接通过所述丝线外周围表面存在的未交联的树脂而实现，所述树脂为所述连接提供了介质所成的桥态，所述树脂是前述形成的丝线的一部分；和

- 第三步，用边界层包围所述多根丝线的外周围表面。

这些步骤和工序是能调整配合的，亦可同步或顺序进行。

Claims (13)

1.预浸丝束复合材料，所述预浸丝束复合材料包括：

-以丝线形式彼此连接的结构纤维，所述结构纤维用聚合物浸渍；和

-包围丝线周围的边界层，

其中所述边界层直接粘附至丝线周围以用于增强，且所述边界层进一步包括界面层，该界面层包围功能纤维、结构纤维或二者，并且经灌注、充填、渗透、浸润热塑性/热固性混合物，经加热、加压，能生产一体成型产品，并且所述结构纤维、所述功能纤维或二者包括纸纤维。

2.根据权利要求1所述的预浸丝束复合材料，其还包括

多个纵向丝线，和

多个横向丝线，其与所述多个纵向丝线编织以形成片材。

3.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述边界层包括与其彼此毗邻的、以及沿结构纤维纵向且连续地排列的功能纤维。

4.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述结构纤维、功能纤维或二者包括多稳态复合层，以提供至少一个交叉层组合而成的层压物。

5.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中用热固性聚合物、热塑性聚合物或二者浸渍所述结构纤维、功能纤维或二者。

6.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中用水基复合材料浸渍所述结构纤维、功能纤维或二者。

7.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述结构纤维、所述功能纤维或二者包含纤维增强芯。

8.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述边界层、表面层或二者在它们的外层表面上包含起伏状，用以优化粘附。

9.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述边界层、表面层或两者包括外露的纤维以改善粘附。

10.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述预浸丝束复合材料为针织材料、铺设材料、羊毛材料或织造材料，其具有生物材料的配合，包括经线或纬线，这些线形成包括多根单独的长丝和未交联树脂的单丝复合物，并且其中所有所述丝线的单独的长丝对齐至相同方向。

11.根据权利要求1或2 所述的预浸丝束复合材料，其中所述预浸复合材料为夹心材料，该夹心材料包括至少一个含有针织材料、铺设材料的层和至少一个含有非织造织物的层，

其中所述针织材料、铺设材料或非织造织物包括丝线，所述丝线包括多个单独的长丝和未交联树脂，且所述非织造织物与未交联树脂一起提供，并且

其中所述的这些层通过桥连接以形成预浸丝束复合材料，所述桥包括相邻丝线之间的树脂或相邻层的纤维之间的树脂。

12.制备前述任一项权利要求的预浸丝束复合材料的方法，该方法包括：

- 使用多根丝线，每根丝线分别包括单丝复合物，该单丝复合物包括多根单独的长丝，所述多根单独的长丝通过树脂保持在一起，所述树脂在至少一种物理变量或化学物质的影响下是可交联的，其中一根丝线中的单独的长丝分别对齐至同一方向；和

- 通过下述过程形成预浸复合材料：相邻的丝线之间在它们的接触表面彼此连接，所述连接通过所述丝线外周围表面存在的未交联的树脂而实现，所述树脂为所述连接提供了桥，所述树脂是前述形成的丝线的一部分；和

- 用边界层包覆所述多根丝线的外周围表面，且所述边界层进一步包括界面层，该界面层包围功能纤维、结构纤维或二者，并且经灌注、充填、渗透、浸润热塑性/热固性混合物，经加热、加压，能生产一体成型产品，并且所述结构纤维、所述功能纤维或二者包括纸纤维。

13.根据权利要求12所述的方法，其中用边界层包覆所述多根丝线的外周围表面的步骤，包括配合模塑，以成形或固化所述预浸丝束复合材料。