CN106460259A - 用于复合材料的纺织物增强结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于复合材料的纺织物增强复合物，所述复合物包括旨在被聚合物树脂浸渍的纺织物层的叠堆，所述复合物包括：纬纱(2)的集合；以及成对相联的经纱(3,4)的集合，每对包括不同类型的两根纱，至少其中一根纱(3)是基于高韧度纱的，同一对中的所述两根纱与所述纬纱以“纱罗”编织法编织。

Description

用于复合材料的纺织物增强结构

技术领域

本发明涉及纺织工业，更具体地讲涉及用作复合材料增强物的纺织物。更具体地讲，本发明涉及由要被聚合物树脂(尤其是热固性树脂)浸渍的增强层的叠堆而形成的复合物。

更具体地讲，本发明涉及这类复合物的构造，所述构造使得其多个层中的一层能够同时具有机械增强功能以及闭式模具中浸渍树脂的引流功能。

背景技术

一般来讲，可采用浸渗技术进行基于纤维增强物的复合材料的制造，在该技术中，树脂从特定点处注入模具，在纤维层内部或周围朝向抽吸点移动。

浸渗法以三大基本物理原理为基础：压差、树脂粘度和渗透性。实际上，如果渗透性不够强或者如果模具中的压力是恒定的话，树脂就不能迁移通过纺织物结构(浸渍)。

增强物的渗透性是指其能被液体(在所论述情况下为树脂)穿过的能力。在微观尺度上来讲，渗透性与线料(纤维集合体)的微孔性相关。在介观尺度上来讲，渗透性与将形成增强编织物的线料分隔开的间隔相关。在宏观尺度上来讲，渗透性取决于增强编织物。渗透性用m²表示。

对于玻璃，浸渗法中所使用的传统粗纱类织物(斜纹织物、帆布、标准纱布等)或无屈曲织物(NCF)的渗透性在10^-10至10^-11m²范围内。这种渗透性通常不足以保证正确填充通常具有大尺寸的部件。对于整体式结构，可采用两种类型的浸渗来提高渗透性。

因此可以进行一种利用外部引流的浸渍。在这种情况下，树脂借助置于预成形纤维的叠堆之上的强渗透性的引流织物而流动。位于引流高度的树脂入口与位于预成形件底部的出口之间的压差引起了树脂的浸渗，首先浸入引流织物，然后穿过干燥的预成形件的整个厚度。然后，使用剥离层片将外部的引流织物从部件上取下。这种方法的主要缺点是会产生大量废材(剥离层片、外部引流网)，以及需要大量时间来安置消耗品。

已知的还有一种利用内部引流的浸渗方法。为了限制浪费，引流织物被布置在纺织物结构内。该引流织物是允许树脂很好地流动通过预成形件的非常多孔的层。其通常是留在空间里的连续长丝垫或合成网。这种产物的主要缺点是：最终的层合物中树脂率增大，因而影响了机械性能。

因此，本申请人已在文献EP 0 395 548中描述了由两个增强层的叠堆形成的纺织物结构，所述两个增强层几乎完全由(例如，由玻璃制成的)高韧度纱形成，两个增强层之间限制有由相对较薄的波状合成纱形成的充气层。如此，构成叠堆的芯的中间层是相对镂空的，并且在对树脂的渗透性小得多的两个增强层之间为树脂提供通道。

这种解决方案虽然具有明显的优点，但也有一个缺点：会产生树脂积聚区域，这些区域的机械性能比外层差得多，而这更多地是由于形成芯的纤维材料并非由高韧度纱构成。

本申请人已在文献FR 2870861中提供了专致于浸渗的可替代的解决方案。该解决方案借鉴前述解决方案，使用聚酯针织物作为芯。

本申请人还在文献EP 0 672 776中提供了另一种解决方案。

在该解决方案中，纤维层片由包括高支纱和高韧度纱的单向结构构成。每个纤维层片经过变形，使得纬纱具有不垂直于经向的倾斜度。通过结合不同倾斜度的增强纱，使多个此类层片相联。

在未插入芯层以方便流动的情况下形成集合体。叠堆的层片中纱的不同倾斜度使得树脂能够流动。尽管本解决方案具有不包含除增强层的纤维材料之外的纤维材料的优点，但其仍具有在经向上对树脂的渗透性相对较低这一缺点。

因此应该理解的是，不得不在所得到的复合物的机械性能和树脂流速之间作出折衷。

发明内容

因此，本发明旨在提供这样一种解决方案，其既对树脂具有良好的纵向渗透性，以便在浸渗过程中轻松实现浸渍，同时所获得的复合材料又具有高机械性能。

为此，本发明涉及一种用于复合材料的纺织物增强结构，其旨在形成要结合在纺织物复合物中的中间层，所述纺织物复合物由旨在被聚合物树脂浸渍的纺织物层的叠堆形成。

该中间层的特征在于其包括：

·纬纱的集合；

·以及成对相联的经纱的集合，每对包括不同类型的两根纱，至少其中一根纱是基于高韧度纱的，同一对中的两根纱与纬纱以纱罗编织法编织。

换句话讲，本发明包括形成中间层，该中间层因为是由高韧度纱制成的这个事实而具有良好的机械性能，并且该中间层沿经纱和/或纬纱方向对树脂具有良好的渗透性。该层因此可用作“结构内部引流物”，因此结合了以下两方面的优势：合成内部引流物的渗透性和接近标准增强物的机械特性。

实际上，具有两种不同性质的纱的纱罗构造使得这些纱中的一些(即高韧度纱)具有有限的屈曲甚至无屈曲，并一起限定树脂能够在其中轻松流动的通道。

更好的是，这些通道被限定为经纱的一部分(即高韧度纱)，它们都在纬纱层片的同一侧。只有第二种类型的经纱将主纱保持在一起。

由于这两种类型的经纱之间的张力差很明显，因此高韧度经纱的低屈曲更加明显。其在较低的程度上还取决于这两种类型的纱之间的支数差异。这实际上使得能够利用两种类型的经纱的张力差异，使得具有最低支数的纱承受最大的屈曲。

在实施过程中，现在可通过使用在纬向上的也具有高韧度的纱来调节引流层的增强特性，由此在经向和纬向上提供双向增强。但是，在某些应用中，可能有用的是只在经向上使用高韧度的纱。

对于经纱而言，第二种类型的纱(即具有最低支数的那些纱)可具有不同的性质，也就是说，或者为有机合成纱，或者为与主纱类似的高韧度纱。在最后这种情况下，整个特征层可因此由高韧度纱形成，这可能对于某些相容性或耐热特性来说是有利，虽然第二种类型的纱不赋予产品机械阻力。

由于这种层的构造，经向和纬向的机械增强特性可因此通过选择纬纱和经纱的每单位面积质量来进行精细调节。

在纬纱的每单位面积质量基本上等于经纱的每单位面积质量的情况下，这种增强基本上是均衡的。这使得通道不仅能够在经向上产生，也能够在纬向上产生，从而在两个方向上均提供了显著的渗透性。但是，在只需要在单个方向(即，经向)上增加渗透性的情况下，可使用低支纬纱。

由于第一种类型的经纱的每单位面积质量比第二种类型的经纱的每单位面积质量大八倍多或至少三倍至四倍，接结纱(即，第二种类型的经纱)的影响可能更小。

树脂流量可根据限定在主纱之间的通道宽度进行调节。因此，在第一种情况下，纱之间的通道的宽度可设置成纱的宽度的数量级。因此，经纱(以及纬纱)之间的间隙可以是介于这些纱中的一种的宽度的两倍和三倍之间。

还可以通过在纱之间提供例如大于纱宽度四倍的间隙来提供宽度更大的通道。

在实施过程中，支数最高的经纱之间的通道的大小可有利地在0.5至3mm范围内，以在经向上得到良好的渗透性。实际上，低于0.5mm的间距不足以为树脂提供通道，而当间距大于3mm时，可观察到在形成真空时增强层互锁的现象。因此可观察到，当施加真空时，置于引流织物任一侧的纺织物结构可堵塞通道，导致产品的渗透性降低。

中间层可与一个或多个能够提高流量的附加层相联。优选的是，这些附加层由高韧度纱形成，该高韧度纱具有与该复合物的增强层相同的组成。其可为例如薄纱或玻璃纤维垫，在不添加合成材料的情况下，其松散构造使得模制过程中树脂的流动容易，并改善特征中间层的引流效果。玻璃垫的使用通过减小了结构引流层的增强纱的方向所引起的各向异性，还提高了复合物的各向同性。可在中间层的其中一个表面上添加附加层，或者两个附加层，中间层的每个表面上一个，且一个附加层与另一附加层的组成彼此相同或不同。当然，如果需要的话，这种附加层自身可由基本层的叠堆形成。

这种中间层至少在一个方向上具有显著的渗透特性，同时具有高机械性能。因此，其可通过层合所需数量的增强层来相联。在大量增强层的叠堆中，该中间层可代替一增强层，由此达到引流效果，同时保持高机械性能水平。层合通常可通过缝合、胶粘或针刺来进行，可通过与一个或多个覆盖层组装来完成。

附图说明

实施本发明的方式以及所产生的优势将结合附图从以下实施例的详细描述中更好地体现。

图1为形成根据本发明的复合物的中间引流层的纺织物结构的俯视图。

图2和图3为分别沿图1的II-II’面和III-III’面的横截面视图。

图4为包括图1所示中间层的根据本发明的复合物的横截面视图。

具体实施方式

一般来讲，诸如图1中所示的引流和结构中间层包括纬纱2和经纱3、4。纬纱2以平行于彼此的方式排布，并且几乎没有屈曲。经纱3、4成对相联。

通过使用在一方面是两种经纱4和3与另一方面是纬纱2之间的纱罗编织法来进行编织。两种经纱3、4在框架周围互锁。

由于两种经纱之间的张力差异和它们的支数差异，得到了第一种类型的经纱3置于纬纱2的层片上的构造。因此，每根第二种类型的经纱4交替地在与之相联的主经纱3的一侧和另一侧上从纬纱2下面和经纱3上面通过。

因此，如图2所示，主经纱3全都布置在纬纱2的层片的同一侧，并且第二种类型的(即，具有最低支数的)经纱4从结构的一个表面穿到另一表面并发生显著的屈曲。

当然，在附图中示出的不同纱的比例仅作为示例给出，在实际情况中各种纱可能与此示例有所不同。

另外，可改变经向和纬向上的每长度单位的纱的数目，以调整未来增强层的机械性能以及调整树脂流量。

由此已经形成了不同的实际实施例。

实例1

·纬纱2：1,200特(tex)的玻璃纱，每单位面积质量为468g/m²；

·第一种类型的经纱3：1,200特的玻璃纱，每单位面积质量为438g/m²；

·第二种类型的经纱4：28特的聚酯纱，每单位面积质量为16g/m²；

·纬纱之间具有1mm间隙

·经纱之间的间隙：以间隔4mm的两根纱构成重复图案，然后4根纱间隔0.5至0.7mm。

实例2

·纬纱2：600特的玻璃纱，每单位面积质量为240g/m²；

·第一种类型的经纱3：600特的玻璃纱，每单位面积质量为240g/m²；

·第二种类型的经纱4：28特的聚酯纱，每单位面积质量为20g/m²；

·纬纱之间的间隙：1.5mm(大约)

·经纱之间的间隙：1.5mm(大约)

实例3

·纬纱2：600特的玻璃纱，每单位面积质量为276g/m²；

·第一种类型的经纱3：1,200特的玻璃纱，每单位面积质量为280g/m²；

·第二种类型的经纱4：28特的聚酯纱，每单位面积质量为8g/m²；

在本实例中，玻璃纬纱2更细，但因此以更小的节距布置，以形成与纬纱宽度相对应的大约一毫米的间隙。

实例4

·纬纱2：600特的玻璃纱，每单位面积质量为276g/m²；

·第一种类型的经纱3：600特的玻璃纱，每单位面积质量为240g/m²；

·第二种类型的纬纱4：28特的聚酯纱，每单位面积质量为18g/m²。

·纬纱之间的间隙：1mm

·经纱之间的间隙：1.5mm

这些不同实例的特性已与参照复合物相进行了比较测量，所述参照复合物根据专利FR 2870861的教导内容构建，包括两个由500g/m²的玻璃织物形成的参照强化层、以及由基于110分特(dtex)的聚酯纱的经纱针织形成的参照引流芯，总重量为110g/m²。

这四个实例的性能可汇总于下表中：

渗透性是一种物理特征，表示材料允许液体转移通过连接网的能力。基于被穿过的介质的特征参数(即，渗透性k)，达西定律能够将流速与施加于液体的压力梯度联系起来。

达西定律可表示为：

其中：

-k为渗透性(单位m²)，

-Q为通过试件的流速(单位m³/s)，

-S为试件的横截面(单位m²)，

-η为流体的动态粘度(单位Pa·s)，

-ΔP为在试件的端部之间测得的压降(单位Pa)，以及

-ΔL为试件的长度

可沿3个轴线测量渗透性。上表中示出的渗透性对应于在增强层的平面内沿经纱方向测量得到的渗透性。

这种特征层的引流特性可在用于制造复合部件的复合物中表现出来。这类复合物包括为其机械性能而选择出的多个增强层。因此，如图4中示意性地示出的，引流层1可结合到通过编织经纱20和纬纱21而形成的多个增强层11-16的叠堆内，并且其数目和取向根据最终的复合部件所需的总体机械性能而定。

由上文可知，根据本发明的增强结构能够将结构增强特性和良好的渗透性结合起来，从而提供了一种引流结构增强。

Claims (11)

1.一种用于复合材料的纺织物增强复合物，包括旨在被聚合物树脂浸渍的纺织物层的叠堆，其特征在于，所述复合物包括中间层(1)，所述中间层包括：

·纬纱(2)的集合；

·成对相联的经纱(3,4)的集合，每对包括不同类型的两根纱，至少其中一根纱(3)是基于高韧度纱的，同一对中的所述两根纱与所述纬纱以纱罗编织法编织；

从而使得所述中间层(1)在所述复合物中具有引流作用。

2.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述中间层(1)的所述纬纱(2)是基于高韧度纱的。

3.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于第一种类型的所述经纱(3)比第二种类型的所述经纱(4)的支数更高。

4.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述第二种类型的所述经纱(4)是基于有机合成纱的。

5.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述第二种类型的所述经纱(4)是基于高韧度纱的。

6.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述中间层的所述纬纱(2)的每单位面积质量基本上等于所述经纱的每单位面积质量。

7.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述第一种类型的所述经纱(3)的每单位面积质量比所述第二中类型的所述经纱(4)的每单位面积质量大三倍，优选是四倍。

8.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述纬纱和/或所述经纱之间的间隙介于纬纱宽度的两倍和三倍之间。

9.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述纬纱和/或所述经纱之间的间隙大于纬纱宽度的四倍。

10.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于所述复合物包括至少一个由纤维垫形成的层，所述由纤维垫形成的层与所述中间层接触。

11.根据权利要求10所述的复合物，其特征在于所述由纤维垫形成的层由与所述增强层的材料相同的材料制成。