CN115003870B - 包括针织增强结构和树脂的复合材料以及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是一种复合材料制品，所述复合材料制品可包括：针织增强结构(300)，所述针织增强结构具有通过链节(330)连接的至少两个外皮(310，320)；链节密度介于每40平方线迹1个链节和每10,000平方线迹1个链节之间，复合材料制品可包括按体积计介于55％和85％之间的聚合物材料；以及按体积计介于15％和45％之间的增强纤维。本发明还涉及生产复合材料制品的方法。
Description
技术领域
本发明涉及由复合材料制成的制品领域。术语复合材料应理解为表示包括由聚合物材料，特别是热塑性或热固性材料构成的基体的制品，该基体由熔点高于聚合物材料熔点的材料来进行增强。FRP通常是指“纤维增强塑料”。
背景技术
增强件可以不同方式制得：通过添加分散在基体中的矿物纤维，通过使用钢或合成材料制成的增强件，通过使用增强纤维的织物，通过使用无纺布或垫子，或通过纺织工艺制得的其他制品。
织物增强件具有扁平结构并且由垂直布置的纬纱和经纱组成。织物增强件的制造需要针对每根经纱使用单独的线轴。
最近，出现了针织增强件(针织结构)的使用。术语针织增强件应理解为表示通常由连续纱线制得的制品，其中纱线形成交织的网。纱线可以是单丝或复丝类型。复丝可以是粗纱(即一组没有加捻组装的平行连续细丝)、短纤纱(即一组通过加捻组装的不连续短纤维)。纱线还可为若干不同材料的纱线或细丝的组件。该组件可用于加捻、编织等。因此可生产包含聚合物材料和增强材料的纱线。例如，可将芳纶、碳、玻璃类型等的增强纱线和热塑性纱线(聚丙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺(PEI)等)进行组装。然后，该类型的纱线称为混纺纱。
与织造增强件相比，针织增强件具有许多优点。
用聚合物材料(例如凝胶状)预浸渍的织造增强件通常被称为“预浸料”，必须轻柔地处理。当移除保护膜时，织造增强件很粘。它们仅能在室温下保持有限的时间。
在模具上悬垂织造增强件为一项漫长且需要小心处理的操作。它需要使用若干层“预浸料”，该预浸料必须根据模具的形状审慎地进行切割和布置，以确保足够的厚度，同时避免过多的重叠。
切割预浸料织物涉及占材料30％的制品废料。此外，制作织物需要数百个线轴。
生产传统针织物仅需要一个纱线线轴以用于形成纱网。不同的针织技术可使得获得以3D形式形成单件而无需缝纫的针织物成为可能。已知的针织技术允许执行圆针织或直针织。
纬编方法与经编方法之间有区别。
在纬编(也称为挑针)中，纱线优选地遵循行的方向(类似于织物的纬向)。同一行的每个环均一个接一个地进行针织。每一行均一个接一个地进行针织。单根纱线可用于生产整个针织物。每根针均单独进行控制，并可在针织过程中实现复杂的3D形状。
在经编(也称为平针)中，纱线优选地遵循列的方向(类似于织物的经向)。同一行中的所有环同时进行针织。每一行均一个接一个地进行针织。每个网列需要一根纱线。针连接在不同的组中。可单独控制组，但不能单独控制构成它们的针。所生产的针织物为扁平的。尽管如此，仍可能存在厚度，但没有复杂的3D形状)。
在纬编技术中，织针在其中滑动的支撑称为针床。在使用2个针床的机器的情况下，按照惯例，离用户最近的针床执行正针。另一个形成回针。允许单独选择针的现代机器能够一次在一个针床上针织(单针床针织)或同时在两个针床上针织(双针床针织)。可以交替使用两个针床，特别是可以根据它们之间的连接来生产管或单独的面板/外皮。然后我们将谈论简单的针床针织。
申请WO2013/025115描述了一种复合材料制品，该复合材料制品包括三维针织增强件，由通过连接纤维(“交叉线”)连接的两个独立片材组成。增强结构中的连接纤维(“连接线”)的密度可以在10/cm2到500/cm2之间变化。
增强结构的密度可以在1到1000分特之间变化。这种增强件提供了极大的抗压缩性。
需要提供用于生产复杂形状的复合材料制品的增强结构。特别是，需要提供高度可压缩的增强件。
附图说明
实施例以举例的方式示出，并且不受附图的限制。在下图中，表示不一定按比例绘制。
图1表示对比针织增强结构100的示意性截面图。
图2是这种对比结构100的照片。
图3表示根据本发明特定实施例的针织增强结构300的示意性截面图。
图4表示根据本发明的这种针织结构300的照片。
图5是第一示例性实施例的线迹图500。
图6是第二示例性实施例的线迹图600。
本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可相对于其他元件进行放大，以帮助增进对本发明实施例的理解。另外，不同附图中使用的相同参考符号指示相似或相同的项目。
具体实施方式
根据特定实施例，可以使用特定针织技术来产生用于复合材料制品的增强件，该复合材料制品可以具有非常高的可压缩性。
根据又一些实施例，本发明涉及可包括树脂基体和针织增强结构的复合材料制品，该复合材料制品可具有至少两个外皮，正面外皮和背面外皮，该至少两个外皮通过间歇性的链节连接；链节密度介于每40平方线迹1个链节和每10,000平方线迹1个链节之间。
为了本文所述的实施例的目的，链节密度可以通过以下来定义，对于针织结构的表面，考虑行数(X)乘以列数(Y)并计算在此表面上产生的链节数(Z)。每平方线迹制得许多链节。
根据再一些实施例，针织结构可以例如，由增强材料的纱线制成，该增强材料选自玻璃、碳、玄武岩、石英、对位芳纶、间位芳纶、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、亚麻、大麻，以及热塑性材料(诸如聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS))；种类将根据其熔点进行选择，该熔点必须大于构成最终复合材料制品基体的树脂的熔点。
根据特定实施例，针织结构还可以包括中间外皮。
有利地，结构的链节密度可以介于每100平方线迹1个链节和每5,000平方线迹1个链节之间，优选地介于每200平方线迹1个链节和每1,000平方线迹1个链节之间。
根据特定实施例，结构可以通过纬编技术制得。根据某些实施例，它可以是直线或圆纬编方法，优选地可以使用直线纬编技术。与圆针织技术相比，这种技术可能具有更容易制得复杂3D形状的优点。
根据特定实施例，结构可以具有汗布排列。然而，本发明可用任何编织方式生产(平绒、小潜、小环、镂空、打结等)。可压缩性可以由链节密度提供，而不是由编织方式类型提供。
有利地，结构可以具有适于最终复合材料制品的形状的三维结构。
根据其他实施例，针织结构的基重可以优选地介于200到4,000g/m2之间，更优选地介于800和2,000g/m2之间。
根据再一些实施例，针织增强结构的厚度可以优选地介于1和6mm之间，更优选地介于2和4mm之间，而不假定其在压缩之后的最终厚度。
根据又一些实施例，用针织结构增强的复合材料制品可包括特别是按体积计介于50和85％之间的聚合物材料，优选地介于55和80％之间，且更优选地介于60和75％之间，以及包括按体积计介于15和50％之间的增强纤维，优选地介于20和45％之间，更优选地介于25和40％之间。根据特定实施例，聚合物材料可以选自热塑性材料(诸如聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK))和热固性材料(诸如聚酯和环氧树脂)。
本发明还可以涉及一种制造复合材料制品的方法，该方法可包括以下步骤：
根据上述特征制造针织结构，
-在室温下使用灌注方法浸渍针织结构，聚合物材料的熔点可能具有低于针织增强件的熔点；
通过熔化热塑性材料或通过热固性材料的聚合来固结复合材料制品。
在特定实施例中，针织结构可以具有复杂的3D形状，类似于或适于复合材料制品的最终形状。
根据其他实施例，可以通过同时针织多个层来生产多壁针织物。
根据另一实施例，结构可通过经编方法制得。根据再一些实施例，结构可通过“多经轴”针织物制得。
根据再一些实施例，经轴承载将形成外皮的一组经纱。因此，每个外皮可能需要一个经轴。
纬编可涉及带有点链节的双针床针织：～每100平方线迹1个(即，比实例1的标准解决方案少近200倍)。
根据第二实施例，可通过针织增强纱线进行来生产预成型件，聚合物材料以液体形式引入模具中。根据第一实施例，可通过针织包括聚合物材料和增强材料的混纺纱来生产预成型件。
以下实例以非限制性方式示出本发明的特定实施例。
许多不同的方面和实施例都是可能的。本文描述了这些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。实施例可以根据下面列出的任何一个或多个实施例。
实施例1.一种复合材料制品，该复合材料制品包括树脂和针织增强结构，针织结构具有通过链节(3)连接的至少两个外皮(1、2)；链节(3)密度介于每40平方线迹1个链节和每10,000平方线迹1个链节之间。
实施例2.根据实施例1所述的制品，其特征在于，针织结构由增强材料制成的纤维生产出，该增强材料选自玻璃、碳、玄武岩、石英、对位芳纶、间位芳纶、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、亚麻、大麻、热塑性塑料，该热塑性塑料诸如聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS)。
实施例3.根据前述实施例中任一项所述的制品，其特征在于，链节(3)密度介于每100平方线迹1个链节和每5,000平方线迹1个链节之间，优选地介于每200平方线迹1个链节和每1,000平方线迹1个链节之间。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的制品，其特征在于，针织结构通过纬编技术制得。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的制品，其特征在于，针织结构通过直线纬编技术制得。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的制品，其特征在于，针织结构具有适于复合材料制品的形状的三维形状。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的制品，该制品包括：按体积计介于55％和85％之间的树脂，特别是聚合物材料；以及按体积计介于15％和45％之间的增强纤维。
实施例8.根据前述实施例中任一项所述的制品，其特征在于，聚合物材料选自：热塑性材料，诸如聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)；和热固性材料，诸如聚酯和环氧树脂。
实施例9.一种用于制造复合材料制品的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
制造根据实施例1至6中任一项所述的针织结构，
根据浸渍方法用聚合物材料浸渍针织结构，
固结复合材料制品。
实施例10.根据前述实施例中任一项所述的制造方法，其特征在于，聚合物材料为热塑性材料，固结步骤通过熔化热塑性材料来进行。
实施例11.根据实施例9所述的制造方法，其特征在于，聚合物材料为热固性材料，固结步骤通过热固性材料的聚合来进行。
实例
本文描述的概念将在以下实例中进一步描述，这些实例不限制权利要求所述的本发明的范围。
实例1(对比)：双针床针织，在两个针床之间具有规则的链节。
根据此方法的针织增强结构在图1和图2中示出。如图1所示，使用双针床机器生产的针织增强结构100具有正面外皮110和背面外皮120。使用的纱线是玻璃纤维。链节纤维(即，链节)130规则地布置且每线迹约2个链节。
基重为2897g/m2。
行数/cm为4.6483；列数/cm为3.7692。
根据现有技术的这种增强件的优点在于它是稳定的，因为它在正面外皮和背面外皮之间是平衡的。
这种增强件的缺点是链节如同限制材料的可压缩性的经轴。如果注入塑性材料时真空/压力条件不充分，则所得复合材料会更厚。所得的体积特性较低。复合材料要么更重要么多孔，这进一步降低了其机械特性。
通过在室温下使用灌注方法用聚酯树脂浸渍针织增强件来生产复合材料制品。
纤维的量为按体积计每76％的树脂按体积计24％。
进行拉伸试验。
获得的特性是：杨氏模量为3.7-4.8GPa且撕裂强度为46-57MPa。
实例2(对比)：单针床针织。
用玻璃纱线生产针织增强结构。仅使用一个针床。根据这种方法，由于自身为致密的，增强件很细且具有良好的体积特性。
缺点是增强件不稳定，因为前后不平衡。它会自行翻滚。复合材料制品的生产更复杂，因为在悬垂到模具中期间增强件需要时间来稳定/固定。
实例3(根据本发明的实施例)：双针床针织，在两个针床之间具有间隔链节。
使用双针床机器生产针织增强结构300以制得正面外皮310和背面外皮320。使用的纱线是玻璃纤维。
两个外皮之间的链节340由已知的负载链节技术制成。此技术包括对每个链节执行两个针床之一的针的半起，这导致纤维在不形成线迹的情况下夹住。链节密度约为每45平方线迹1个。
图5示出了制得的针织物。
除了在链节点处之外，这两个外皮是独立的。在此示例性实施例中，外皮由汗布制成。通过将纤维从外皮1加载到外皮2来制成链节。
基重为2868g/m2。
在静止时厚度为3mm。
行数/cm为4.4079；列数/cm为3.8569。
通过在室温下使用灌注方法用聚酯树脂浸渍针织增强结构来生产复合材料制品。
纤维的量为按体积计每66％的树脂按体积计34％。
进行拉伸试验。
制得的特性是：杨氏模量为7至8GPa且撕裂强度为80至90MPa。
实例4(根据本发明的实施例)：双针床针织，在两个针床之间具有间隔链节。
每1线迹1个链节。
图6示出了包括两个外皮和链节的针织增强结构的生产。链节密度约为每45平方线迹1个。
使用的纱线是玻璃类型的。
除了在链节点处之外，这两个外皮是独立的。这里的外皮由汗布制成。链节是将外皮1的纤维缝合到对面针床上而制成。此时，为了保持两个外皮之间的针数相等，在外皮2中没有编织(浮动)线迹。
基重为2868g/m2。
在静止时厚度为3mm。
行数/cm为4.4079；列数/cm为3.8569。
通过在室温下使用灌注方法用聚酯树脂浸渍针织增强结构来生产复合材料制品。
纤维的量为按体积计每66％的树脂按体积计34％。
进行拉伸试验。
制得的特性是：杨氏模量为7至8GPa且撕裂强度为80至90MPa。
根据本发明的复合材料制品的针织增强结构具有许多优点：
增固结构是稳定的，因为它在正面外皮和背面外皮之间是平衡的。它可以轻松快速地设置。
因为增强结构是致密的，所以它极其可压缩，具有良好的体积特性。
一个增强结构可以包括两个外皮，使最终制品的特性相当于两个单针床增强结构；因此减少了悬垂时间。
Claims (13)
1.一种复合材料制品，所述复合材料制品包括树脂和针织结构，所述针织结构具有通过链节(3)连接的至少两个外皮(1、2)；链节(3)密度介于每40平方线迹1个链节和每10,000平方线迹1个链节之间。
2.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，所述针织结构由增强材料制成的纤维生产出，所述增强材料选自玻璃、碳、玄武岩、石英、对位芳纶、间位芳纶、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、亚麻、大麻、热塑性塑料，所述热塑性塑料诸如聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS)。
3.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述链节(3)密度介于每100平方线迹1个链节和每5,000平方线迹1个链节之间。
4.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述链节(3)密度介于每200平方线迹1个链节和每1,000平方线迹1个链节之间。
5.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述针织结构通过纬编技术制得。
6.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述针织结构通过直线纬编技术制得。
7.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述针织结构具有适于所述复合材料制品的形状的三维形状。
8.根据权利要求1或2所述的制品，所述制品包括：按体积计介于55％和85％之间的树脂；以及按体积计介于15％和45％之间的增强纤维。
9.根据权利要求1或2所述的制品，所述制品包括：按体积计介于55％和85％之间的聚合物材料；以及按体积计介于15％和45％之间的增强纤维。
10.根据权利要求9所述的制品，其特征在于，所述聚合物材料选自：热塑性材料，诸如聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、PMMA、低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)；和热固性材料，诸如聚酯和环氧树脂。
11.一种用于制造复合材料制品的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-制造根据权利要求1至7中任一项所述的针织结构，
-根据浸渍方法用聚合物材料浸渍所述针织结构，
-固结所述复合材料制品。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料为热塑性材料，所述固结步骤通过熔化所述热塑性材料来进行。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料为热固性材料，所述固结步骤通过所述热固性材料的聚合来进行。
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