CN1906233B - 复合材料的可稳定预成形前体和稳定的预成形制品及其稳定和压实的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了复合材料的可稳定的预成形前体。所述预成形前体具有至少一层由增强纤维构成的结构织物，其中至少一层结构织物内整合有一种或多种在溶解温度溶解于注入结构织物以制备复合材料的树脂中的稳定纤维。当可稳定的预成形前体经受高温时，稳定纤维稳定可稳定的预成形前体。

Description

复合材料的可稳定预成形前体和稳定的预成形制品及其稳定和压实的方法
技术领域
本发明涉及用于制备复合材料的预成形制品及其制备方法，更具体地说，涉及可稳定的预成形前体、稳定的预成形制品和稳定及压实预成形制品的方法。
背景技术
传统上，复合材料使用由浸渍了基质树脂的增强材料纤维增强材料或结构织物制成的预浸渍体制造。片状预浸渍体可切割成在预定复合材料制品的结构内进行叠铺、模塑和层压的尺寸。可控制预浸渍体性能和形成的零件(part)的质量来操纵得到的零件特性，例如韧性、强度和弹性。
近年来，人们利用各种涉及树脂浸渍技术的液体模塑方法制造复合材料，这些方法的例子包括树脂转移模塑(RTM)、液体树脂浸渍(LRI)、真空辅助的树脂转移模塑(VARTM)、使用柔韧加工的树脂浸渍(RIFT)(Resin Infusion WithFlexible Tooling)、真空辅助的树脂浸渍(VARI)、树脂膜浸渍(RFI)、受控的大气压树脂浸渍(CAPRI)、VAP(真空辅助方法)和单线注入(SLI)，其中干燥的纤维先排布入模具模具中作为预成形制品，然后用基质树脂直接原位注入或浸渍。当由排布成叠层物的一层或多层或多叠层的定向纤维材料构成的预成形制品置于模具中时，通常通过缝合、钉合(stapling)或使用粘合剂粘合将多层或多叠材料固定就位(“稳定的”)并压紧(“压实的”)以维持组装物并稳定织物，从而防止干燥的定向纤维材料在储存、运输和加工过程中以及置于模具中时发生磨损或撕裂。
然后将该堆材料缝合或钉合的外部裁掉以获得所需形状，再将预成形制品置于模具中并注入树脂以浸渍织物，接着通过常规且可接受的方法固化得到完成的复合材料制品。
然而由于不能使预成形制品的成形符合复合材料零件的轮廓而不破坏缝合或钉合，用于稳定预成形制品的缝合与钉合方法受到限制。缝合线通常是聚合物，它维持于原位直至温度高达230℃并且不溶于树脂，故而即使固化后缝合也是完整的。这些方法也很费力，增加了生产成形零件的成本。此外，缝合线或卡钉易于在零件中形成袋或孔从而阻止了树脂渗入，降低了零件特性，特别是强度。另外，缝合通常需要用针刺穿纤维，其结果会降低零件特性，特别是面内强度。当纤维缝合线吸收水分时也会降低零件的高温(Elevated temperature)特性。缝合丝线与树脂之间CTE的差异和不可溶丝线不佳的潮湿性也能导致细微裂缝。
如Flonc等的美国专利号5,217,766所示，稳定预成形制品的另一方法包括在各层上应用热熔粘合剂将它们固定在一起。在该类方法中，通常在干织物的有限区域涂布一薄层液化的热塑聚合物，或者在各层之间放上含纤维的热塑聚合物并加高温熔化粘合剂，因为它不溶解。然后通过选择性地使用和撤除热铁(hot iron)使聚合物熔化并再凝固，从而使预成形制品的轮廓符合复合材料的形状。这当然是很费力的方法，因此成本很高。此外，用作粘合剂的热塑聚合物通常不能充分润湿纤维以使邻近层结合到一起从而在成形后维持形状。因此，如果处理预成形制品，例如在放入模具过程中，各层可能移位。因为粘合剂不与通过树脂注入方法生产零件所通常使用的树脂体系相容，热塑粘合剂也与使用缝合线和卡钉一样会在零件中形成阻止树脂渗入的袋，从而降低零件质量特性。
也已知热固或热塑粘合剂树脂可有效地辅助预成形制品的生产。在基质树脂注入或浸渍过程中粘合剂将纤维固定在原位，所述基质树脂可能具有较高的粘度故需要加压注入故可能导致局部位移或不稳定的预成形制品。
可购得的粘合剂体系可只包含基于热固环氧树脂的体系或可与聚酯热塑树脂组分组合。近年来，可购得的体系是基于含有聚醚砜热塑树脂组分的环氧树脂热固(粘合剂)或基于含有聚醚酰亚胺热塑树脂组分的双马来酰胺热固(粘合剂)。
可购得的粘合剂通过喷雾技术作为膜或作为粉末粘合剂体系涂布。它们可在装配纤维形式之前或期间涂布到纤维或片状织物上，或涂布到纤维形式上。粘合剂通常是含有固化剂或催化剂的相应树脂基质体系，为形成固体粉末所述树脂基质体系被预先处理(advanced)(即部分固化)，并能部分浸渍且渗透纤维束。包含一定量的固化催化剂或高度反应性树脂的体系具有许多内在的问题。高级粘合剂树脂带来许多储存问题，从而使部分固化的组合物不易维持弹性，并在储存过程中常造成导致预成形制品分离的应力。因此，这些产品通常只能在生产后相当短的时间内使用。可购得的体系还需要加热预成形制品以熔化粘合剂树脂粉末从而获得用于产生预成形制品的粘性。
美国专利号4,992,228和5,080,857分别公开了基于不存在交联剂的热塑树脂和基于不存在催化剂的热塑树脂的其它体系。在各种体系中，为避免形成抑制基质树脂渗透并降低所完成制品的强度、玻璃转换温度和其它特性的粘合剂袋，采用加热来粘住并产生纤维预成形制品。然而这些体系具有不佳的流动特性和变形、不佳的流动控制和耐变形、与基质树脂相容性不佳、韧性低等(缺点)。
也有几种已知使用非结构纤维，例如尼龙或聚酯的流动促进纤维的例子。然而，所有这些技术是以固化后处于复合材料中的不可溶纤维为基础，对复合材料的机械和热特性有害。
此外，市场上现有用于稳定预成形制品的市售粘合剂体系只能作为加工助剂。即，在最坏情况下它们起负作用，在最好情况下它们不影响所复合材料成品的特性。使用这些已知的粘合剂通常观察到的负作用包括预成形制品中的多孔性和干斑，这导致机械特性降低，特别是预成形制品在加工温度下的湿热特性和热的不稳定性。Ko等的美国专利号5,432,010公开了这样一种粘合剂体系，据称通过使用期望与预成形制品的基质树脂体系相容的粉末化粘合剂树脂避免了机械特性降低。然而，由于该粘合剂树脂是粉末，它具有极难处理和极难保证粘合剂树脂在织物层之间均匀分布的缺点。
因此，需要可稳定的预成形前体、稳定的预成形制品和稳定并压实预成形制品以提高加工特性和得到的复合材料特性，藉此增加冲击后压缩强度(CSAI)值的方法，所述加工特性例如是预浸渍体对树脂的渗透性、稳定性、耐磨损、分离等；所述复合材料特性例如是韧性与火烟和毒性(FST)。
迄今为止，上述各需求已能通过单独的技术单个得以实现，但未能综合在一种技术或一种产品中得到总体实现。
发明内容
本发明通过提供包含稳定纤维例如热塑性纤维的可稳定的预成形前体和热塑性纤维稳定的预成形制品来解决上述和其它问题，所述稳定纤维可连同结构纤维整合入例如织入纤维基材增强物增强材料，藉此稳定任何得到的预成形制品并额外提高增强材料对注入树脂的渗透性。由于本发明的稳定纤维适合于完全溶解在液体基质树脂中，就避免了降低机械性能，反而提高了，特别是机械特性，例如韧性、火烟和毒性与耐冲击性。
纤维因不会被注入的树脂冲走而不同于颗粒。
本发明也提供在固化前可形成所需形状的预成形制品和预成形前体，同时改善预成形制品的边缘质量、加工性能和维持纤维增强的排布和定向。
此外，在制备复合材料零件的加压和加热步骤中使用本发明，基本上可将各层压实从而部分加固了各层。压实指为部分加固各层而将各层充分压缩至所需厚度，从而易于装入模具内。例如，当许多纤维层叠压时，它们的体积可以为最终固化零件厚度的约150-200％。因此，难于将如此“庞大”的预成形制品放入网状模具，并关闭该模具而不扰乱纤维定向。压实后，达到的值是最终固化零件厚度的100-150％。在模塑前使用本发明的压缩和加固预成形制品的方法，可以起到压实预成形制品的作用。
本发明其它优点是，由于稳定纤维起到树脂的通道的作用，本发明的可稳定预成形前体和稳定的预成形制品的结构纤维或增强纤维显示对基质树脂的渗透性提高。
附图说明
图1是碳纤维加强基质的机织物的示意图，所述基质具有以经向和纬向共同织造的可溶解纤维。
图2是其中具有本发明稳定纤维的织物结构的照片。
图3a-d是显示Zwick张力测试器上所测试织物的拉伸强度的照片。
图4a和4b显示了使用本发明方法生产的“L”形预成形制品。
图5是可稳定的预成形前体的展平的“书状物(book)”图。
图6显示了从本发明可稳定的预成形前体的平坦叠层上切下的3个“书状物”。
图7a和b显示了当使用成形模具构建图6所示书状物时得到的预成形制品。
具体实施方式
在一个实施方案中，本发明涉及用于制备复合材料的可稳定的预成形前体。本发明的预成形前体包含至少一层或一叠增强纤维构成的结构织物，其中多层或多叠层的结构织物中的至少一层内整合了一种或多种稳定纤维。稳定纤维在溶解温度溶解于注入结构纤维以制造复合材料的树脂中。当可稳定的预成形前体经受高温时，稳定纤维稳定可稳定的预成形前体。可稳定的预成形前体可包含多于一层的或多叠层的结构织物，并可使一种或多种稳定纤维整合于其中。
对于本发明的目的而言，术语“稳定的”有两种含意：1)稳定单片、单层或单叠层或多片、多层或多叠层的结构或增强织物，从而使之可以被移动、切割、运输、注入树脂或以典型的方式加工，而不使结构或增强织物磨损、解开、撕裂、弯曲、起皱或者以其它方式使外形变形，2)通过放入模具或其它方式切割、模塑或成形来稳定增强或结构织物的多层，并将它们粘合起来，以便使得到的预成形制品不会因为以任何方式移动、运输或操作而变形，并使构成增强或结构织物的纤维在树脂注入过程中保持完整，和3)将预成形制品固定为所需形状。
出于本发明的目的，术语“注入”和“输入”和“注入的”和“输入的”在本文可互换使用并具有相同意义一树脂由该方法引入制备复合材料零件的纤维基材或结构织物。
在一优选的实施方案中，可稳定的预成形前体具有至少每隔一层的结构织物，该结构织物内整合有一种或多种稳定纤维。每层结构织物中，稳定纤维与增强纤维之比优选为约1∶99-70∶30，更优选约10∶90-30∶70。
在本发明的可稳定的预成形前体中，结构织物可以是本领域已知用于生产复合材料的任何类型的织物或织物结构，所述复合材料由增强结构织物和注入的液体树脂制成。合适的织物类型或结构的例子包括，但不限于：所有的机织物，其例子包括、但不限于；极向织物(polar weave)、螺旋织物(spiral weave)和单织物(uniweave)；所有的多轴织物，其例子包括、但不限于多经向针织物、无皱织物(NCF)和多方向织物；针织物；编织物；放入特制纤维的织物(tailored fibre placementfabric)，例如只放入纤维和刺绣的织物；所有非织造织物，其例子包括，但不限于垫织物(mat fabric)、毡、纱与由短切纤维的组合构成的垫和织物。构成加强性结构织物的纤维可以是复合物领域中已知任何类型的纤维，其例子包括、但不限于纺成的纤维股、挤出的纤维股、流延的纤维股、连续纤维、无规纤维、不连续纤维、短切纤维、纤维状晶须、长丝、丝带、条带、纱、羊毛、中空纤维和它们的组合。可制造纤维的合适材料包括，但不限于：碳、芳族聚酰胺、石英、硼、玻璃、聚乙烯、聚吲哚、(对-亚苯基-2，6-苯并二
Figure 048408602_0
唑)、聚苯并噻唑氧化铝、氧化锆、碳化硅和它们的组合。
类似于增强纤维，在本发明的可稳定的预成形制品中，稳定纤维可以是任何类型的纤维材料，其例子包括，但不限于纺成的纤维股、挤出的纤维股、流延的纤维股、连续纤维、无规纤维、不连续纤维、短切纤维、晶须纤维、长丝、丝带、条带、中空纤维、纱、羊毛和它们的组合的纱线或单丝。对于本发明的目的而言，稳定纤维指两种纱线：由多根单丝构成的纱线，和由单根或多根单丝构成的纱线。稳定纤维(或纱线)优选含有这样的纤维：各纤维直径小于或等于100微米。稳定纤维通过任何本领域已知的技术整合或插入结构织物，所述技术的优选例子包括，但不限于缝合、针织、簇绒、经编卷边、冲压、织造、单织造(uniweaving)、编织、卷紧(overwinding)、经纬交织(intermeshing)、多根并合(commingling)、校直、加捻、卷绕、打结、穿纱、织垫(matting)、共织造、纺粘、喷涂、层压、纱热粘合与纱缝合和它们的组合。特别是就织造织物而言，纤维优选是如图1所示沿着碳纤维在经向和纬向共织造。
稳定纤维可包含任何这样的聚合物：能够至少部分溶解、最好能完全溶解于(与熔融相反)注入预成形制品以制备复合材料的树脂中。这种溶解作用应优选在低于树脂的固化温度的溶解温度下发生。本发明的稳定纤维宜选自：橡胶、弹性聚合物、热塑聚合物和它们的组合。所述聚合物优选热塑聚合物，更优选无定形热塑聚合物或熔点较低的结晶聚合物。
稳定纤维更优选含有这样的热塑聚合物，所述聚合物优选具有约1000-60,000、更优选约2,000-20,000的数均分子量。合适的热塑聚合物的例子包括，但不限于纤维素衍生物、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚芳族化合物、聚酯酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳基化合物、聚丙烯酸酯、聚(酯)碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯)、聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜、聚醚砜-醚酮与它们的共聚物和组合物。
用作本发明预成形制品的稳定纤维的特别优选的聚芳族化合物是包含醚连接重复单元或硫醚连接重复单元的聚芳族砜，所述单元选自
-(PhAPh)n-
和
-(Ph)a-，
其中A＝CO或SO2，Ph是亚苯基、n＝1-2并且可以是分数，a＝1-4并且可以是分数，前提是当a超过1时，亚苯基通过单化学键或除-CO-或-SO2-以外的二价基团线性连接，或者直接稠合在一起或通过选自以下的环部分稠合：酸烷基、(杂)芳基、环酮、环酰胺、酰亚胺、环亚胺和它们的组合。聚芳族砜优选包括聚醚砜(PES)，更优选聚醚砜-醚酮的组合和聚醚醚砜连接的重复单元(PES：PEES)的组合，其中亚苯基是间位或对位；其中所述亚苯基通过单化学键或砜以外的二价基团线形连接，或稠合在一起。在PES：PEES中，聚芳砜的重复单元的优选相对比例表达为SO2含量的重量百分比，其定义为100乘以(SO2的重量)/(重复单元的平均重量)。优选的SO2含量是至少约35、更优选至少约30、最优选至少约22％。当a＝1时，该比例对应于PES/PEES之比至少为20∶80、优选为25∶75-75∶25、最优选35∶65-65∶35。
或者，当用作稳定纤维的热塑聚合物是聚氨酯时，更优选热塑聚氨酯橡胶。当稳定纤维是聚丙烯酸酯时，所述聚丙烯酸酯是至少85重量％的丙烯腈。当热塑聚合物是聚酰胺时，优选尼龙材料，更优选无定形尼龙。
在本发明的可稳定预成形前体中，用于注入得到的预成形制品以制备复合材料零件的树脂可以是任何已知用于本领域的合适树脂，所述树脂优选在室温下为液体或糊剂，并且其选择优选结合用作稳定纤维的材料的选择，从而使得温度升至低于或等于树脂的固化温度时可完全溶解稳定纤维。特别优选热固性树脂。适合于本发明的热固性树脂的例子包括，但不限于环氧树脂、加成聚合树脂、双-马来酰亚胺树脂、甲醛缩合树脂、甲醛-苯酚树脂、氰酸酯树脂、异氰酸酯树脂、酚醛树脂和它们的组合。
树脂优选是环氧树脂，并可选自任何已知适于注入增强结构织物来制备复合材料的环氧树脂。生产这种树脂的方法和步骤为本领域所熟知。合适的环氧树脂包括，但不限于选自以下的环氧树脂：N，N，N′，N′-四缩水甘油基二氨基二苯甲烷、N，N，N′，N-四缩水甘油基-双(4-氨基苯基)-1，4-二异-丙基苯；N，N，N′，N′-四缩水甘油基-双(4-氨基-3，5-二甲基苯基)-1，4-二异丙基苯、对-氨基苯酚的三缩水甘油醚、2，2-双(4，4′-二羟基苯基)丙烷；线形酚醛清漆树脂；苯酚线形酚醛清漆树脂的缩水甘油醚；1，2-邻苯二甲酸二环氧甘油酯；二羟基二苯甲烷的二环氧甘油衍生物、双酚A的二环氧甘油醚、双酚F的二环氧甘油醚、和它们的组合。
在一优选实施方案中，本发明可稳定的预成形前体含有稳定纤维和树脂，所述稳定纤维是聚芳族热塑性聚合物，所述树脂是环氧树脂。
在另一实施方案中，本发明包括稳定的预成形制品。本发明稳定的预成形制品包含本发明可稳定的预成形前体，包含其所有特征和性质，并在稳定温度(处理)约5-100分钟，所述稳定温度优选适合于软化稳定纤维，最优选约100℃-250℃。
本发明稳定的预成形制品通常包含多于一层的结构织物。叠压、切割多层或多叠层的结构织物，并使之成形，然后用约100℃-250℃的稳定温度处理约5-100分钟。
本发明也包括稳定包含用于制备复合材料的增强纤维的预成形前体的方法。就其最广义的方面而言，所述方法包括以下步骤：提供至少一层由增强纤维构成的结构织物；将至少一种稳定纤维整合入至少一层结构织物，该稳定纤维溶解于注入结构织物以制备复合材料的树脂中；加热其中整合有稳定纤维的结构织物约5-100分钟。
在本发明方法中，加热可以采用任何方式与任何来源，优选的例子包括，但不限于选自以下的热源：红外线、微波、对流、感应、超声波、辐射和它们的组合。所应用的热量应优选足以软化稳定纤维，最优选约80℃-250℃的温度。更优选在约100℃-210℃加热约5-200分钟，最优选在约125℃-185℃加热约10-100分钟。加热步骤可在约500mbar-999mbar的真空下或使用压缩机、轧辊等在施压条件下进行。
在稳定预成形制品的本发明方法中，任选可以提供多于一层的结构织物。则在稳定纤维整合入结构织物的步骤后、与加热步骤前，所述方法还包括叠压和切割多层的或多叠层的结构织物的步骤。在各层被叠压并切割后、和加热步骤前，本发明的方法还任选包括使结构织物层成形的步骤。
在本发明方法中，将稳定纤维整合入结构织物的步骤可用将纤维整合或结合入结构织物的任何已知方法进行，其优选例子包括选自以下的方法：缝合、针织、卷边、簇绒、冲压、单织造、编织、卷紧、经纬交织、多根并合、校直、加捻、卷绕、打结、穿纱、织垫、共织造、纺粘、喷涂、层压、纱热粘合、纱缝合与它们的组合。
本发明也包括压实预成形前体的方法，该前体包含用于制备复合材料的增强纤维。所述方法包括提供多于一层的包含增强纤维的结构织物；将至少一种溶解于注入结构织物以制备复合材料的树脂中的可溶性纤维整合入至少一层结构织物；将整合有至少一种可溶性纤维的多层结构织物叠成厚度为a的叠层物；加热结构织物的叠层约1-100分钟，以将该叠层物的厚度值降至小于a。可使用任何已知的热源来加热，优选红外线、微波、对流、感应、超声波、辐射和它们的组合。加热优选在约60℃-250℃的温度、更优选在约100℃-250℃进行约1-200分钟、最优选在约120℃-180℃进行约10-100分钟。加热步骤可在约50-999毫巴(mbar)的真空下或使用压缩机、轧辊等产生的压力条件下进行。
在加热步骤前，本发明的压实方法还可包括切割其中整合有可溶性纤维的结构织物叠压物的步骤。在切割步骤后和加热步骤前，该方法还可以包括使结构织物叠压物成形的步骤。将可溶性纤维整合或插入结构织物的步骤可通过任何已知的方法进行，其优选方法包括，但不限于：缝合、针织、簇绒、卷边、冲压、单织造、编织、卷紧、经纬交织、多根并合、校直、加捻、卷绕、打结、穿纱、织垫、共织造、纺粘、喷涂、层压、纱热粘合与纱缝合。
以下非限制性实施例是对本发明的说明，不应理解为要以任何方式限制其范围。
实施例1
基于HTA 6K碳纤维(日本Mishima的Tenax公司)和ST54热塑性纤维(亚利桑那州Tempe的Cytec Engineered Materials)的混合织物HTA6K/ST545HS 370克/米2克/米2(5HS织造模式，370克/米2面积重量和1270mm宽)，使用Dornier剑杆式投纬织机，由德克萨斯州Greenville的Cytec EngineeredMaterials生产。该织物在经向和纬向含有HTA 6k纤维(400特)和热塑性纤维ST54(54特)。在每根碳纤维末端插入热塑性纤维的一端，插入量是碳纤维的15％(重量)，形成图2所示混合织物。
实施例2
从实施例1制造的混合织物和基于HTA 6K碳纤维(日本Mishima的Tenax公司)的标准碳(纤维)织物HTA 6k 5HS 370克/米2(5HS织造模式，370克/米2面积重量和1270mm宽)上切下两个400×400mm的正方形。
织物     样品描述 细节
    1  HTA 6k 5HS 370克/米<sup>2</sup> 标准碳织物
    2  HTA6K/ST54 5HS 370克/米<sup>2</sup> 54特热塑性纤维纱线∶400特碳(纤维)以1∶1分布在经向和纬向的混合织物
样品置于加热炉中并经历以下条件：
样品 织物 真空 温度(℃) 处于该温度的时间(分钟)
  A     1     无     180     10
  B     1     有     180     10
  C     2     无     180     10
  D     2     有     180     10
真空度约980mbar。
如图3a-3d所示，该步骤后，用Zwick张力测试器检测织物在+/-45方向的强度，结果见下表。
  样品 负荷(N)
    A     ＜0.1
    B     ＜0.1
    C     1.8
    D     2.5
实施例3
使用从实施例1所得的HTA 6K/ST54 5HS 370克/米2织物上切下的400×400mm样品，制成两块预成形板(panel)。一块板于160℃加热10分钟，另一块于180℃加热10分钟，二者均处于900mbar真空度的真空袋中。
利用已建立的粘性测试体系对取自两个预成形板的5个25mm宽、4层的预成形样品进行模式I型剥离测试。结果见下表。
平均粘力(N)
              预成形条件
160℃，10分钟 180℃，10分钟
测试1测试2测试3测试4测试5     1.451.391.581.421.56     3.483.853.643.223.25
实施例4
将实施例1的混合织物HTA 6K/ST54 5HS 370克/米2切割为12个210×150mm矩形多层物。各层叠压成准-各向同性的层叠物[-45，0，45，90]3。
为构建预成形制品，将12层的叠压物放置于L形模具上，装入真空袋，于180℃加热并在该温度下保持20分钟。
从袋中取出后，叠压物维持L形，未观察到明显的回弹(spring-back)。
图4a和4b显示了用所述方法生产的L预成形制品。
实施例5
如图5所示，复合预成形制品从展平的“书状物”图开始制备。
如图6所示，从HTA 6K/ST54 5HS 370克/米2织物的平展叠压物切下4层的准各向同性层叠物，构成3个“书状物”。
用成形模具构造这些书状物。该模具于180℃加热，并置于该温度20分钟。如图7a和7b所示，观察得到的预成形制品具有优良的刚性、稳定性和实质上无回弹。
实施例6
使用标准织物和只在纬向含有稳定纤维的织物，制造两种预成形制品。这些预成形制品由6层构成，经检测，碳纤维体积部分达到约59％。用渗透计检测增强材料的渗透性，所述渗透计由压力罐和其中嵌有传感器的模具组成。
有传感器的上半模以6bar的夹力夹到下半模上。注射压力升至0.4Mpa并在测试过程中保持恒定。渗透性值见下表：
 体系   K1<sup>*</sup>10-12(m<sup>2</sup>) K2<sup>*</sup>10-12(m<sup>2</sup>) K2/K1<sup>*</sup>10-12(m<sup>2</sup>)
 HTA 6K 5H 370   7.3 4.8 0.61
 HTA 6K/ST54 5HS 370   16.2 10.4 0.65
这些结果显示含有稳定纤维的织物的渗透性高于标准织物的渗透性。
实施例7
通过于170℃在真空下加热在实施例1获得的6层HTA 6K/ST54 5HS 370来制备预成形制品。使用具有Plastech高温玻璃截头(topped)模具的Plastech TT注射设备进行注入试验。注射参数如非预成形的混合织物，来进行直接比较。就注入速率而言，处理的简易程度与非预成形的混合织物的相似。所有注入参数图示于图8。
光学显微镜检查层压材料显示基质均匀，未见内部孔或表面空穴的迹象。力学性能数据详见下表，这些数据显示：与使用非预成形的层压材料所观察到的相比，没有性能下降。
  性能(单位) 测试方法     方向   条件 非预成形的 预成形的
  ILSS(Mpa) EN 2563     纬向   干燥/室温     65.2   64.5
  ILSS(Mpa) EN 2563     纬向   煮沸/120C     37.6   40.3
  压缩强度(Mpa) EN 2850B     纬向   干燥/室温     680   759
  压缩强度(Mpa) EN 2850B     纬向   煮沸/120C     507   471
  Tg(C) DMA     经向   干燥     199   213
  Tg(C) DMA     经向   煮沸     146   167
  水分摄取(％) 内部     n/a   煮沸48小时     0.8   0.8
注意：压缩强度归一化为纤维体积部分为0.55。
这些数据显示稳定方法未导致力学性能有任何明显的降低。
实施例8
使用得自实施例1的HTA 6K/ST54 5HS 370生产CSAI板。在25J冲击后，检测压缩强度。将这些数据与使用相当织物的树脂体系RTM6(英国Duxford的Hexcel Composites)进行比较。
  体系   规格   冲击(J) 条件   CAI(Mpa)
  可溶性纤维   AITM1.0010   25 干燥   273
  RTM6   AITM1.0010   25 干燥   219
数据显示稳定体系在冲击后压缩强度提高很大。
实施例9
为亚利桑那州的Cytec Engineered Materials生产基于G40-800 24K碳纤维(日本Mishima的Tenax公司)和ST54热塑性纤维(亚利桑那州Tempe的Cytec Engineered Materials)的混合机织无皱织物G40-800 24k/ST54 550克/米2(双轴取向(0/90)，每轴向层(axis layer)275克/米2面积重量，，550克/米2总面积重量，1270mm宽)。该织物在经向和纬向含有G40-800 24k纤维(820特)和热塑性纤维ST54(54特)。在每根碳纤维末端插入两个热塑性纤维的端头，插入量为碳纤维的15％(重量计)，以形成混合织物。
热塑性纤维的插入在经向上通过织机筘控制，在纬向上通过纬纱插入率控制。热塑性纱线形成将碳(纤维)层固定在一起的5综缎机织样式(5 Harness Satinweaving style)。
实施例10
将实施例1所示的混合机织无皱织物G40-800 24k/ST54 550克/米2切割为400mm×300mm的矩形，并铺在显示双曲率的橡胶模具上。该织物在800mbar的真空袋反应压力下于160℃加热30分钟。
从袋中取出后，得到的稳定的织物层显示边缘和几何的稳定性，而且无褶皱或纤维位移。
实施例11
将实施例1所示的混合机织无皱织物G40-800 24k/ST54 550克/米2切割为200mm×150mm的矩形，并使之互相重叠40mm的宽度。将重叠的层在800mbar的真空袋反应压力下于160℃加热30分钟。
从袋中取出后，得到的层被稳定，压紧的重叠(部分)在两层之间形成具有最优加工强度的结合。
实施例12
将实施例1所示的混合织物HTA 6K/ST54 5HS 370克/米2于160℃稳定15分钟。然后用振动刀切割织物边缘，得到的边缘未磨损，附近的纤维也未丧失整齐性。
以同样方式处理标准织物HTA 6k 5H，边缘的质量却极差。

Claims (2)

1.一种稳定预成形前体的方法，该前体包含用于制备复合材料的增强纤维，所述用途包括以下步骤：
提供至少一层包含增强纤维的结构织物；
将至少一种稳定纤维整合入所述至少一层结构织物，该稳定纤维溶解于注入结构织物以制备复合材料的树脂中；
至少一个加热其中整合有所述至少一种稳定纤维的结构织物的步骤，加热进行1-200分钟。
2.一种压实包含增强纤维的用于制备复合材料的预成形前体的方法，所述方法包括以下步骤：
提供一层以上的包含增强纤维的结构织物；
将至少一种可溶性纤维整合入至少一层结构织物，该可溶性纤维溶解于注入所述结构织物以制备复合材料的树脂中；
将其中整合有至少一种可溶性纤维的所述结构织物的层叠堆成厚度为a的叠层物；
在加压或不加压条件下，加热其中整合有至少一种可溶性纤维的所述结构织物的叠层物，加热进行1-200分钟，以将该叠层物的厚度降至小于a。
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