CN109715873A - 适用于热塑性树脂浸渍方法的织物增强件 - Google Patents

Abstract

适用于热塑性树脂浸渍方法的织物增强件，以生产复合部件为目的，其包括至少一套基本平行的高韧度纱线，以及缝纫穿过该套或多套高韧度纱线的缝纫纱线，其特征在于，缝纫纱线包括熔化温度高于所述的热塑性浸渍树脂的熔化温度的长丝，以及由热塑性材料制成的、可与浸渍树脂混溶的、并且熔化温度低于所述的热塑性浸渍树脂的应用温度的长丝。

Description

适用于热塑性树脂浸渍方法的织物增强件

技术领域

本发明涉及纺织工业领域，更具体地涉及用于生产复合部件的技术纺织品的领域。这些部件通过将一个或多个织物层与浸渍织物层的一般聚合物基质组合来制造。取决于相对于力学和温度的所需性质，可以使用不同类型的树脂，并且典型地是热固性树脂或热塑性树脂。

更具体地，本发明涉及旨在用热塑性树脂浸渍的织物增强件。更特别地，它涉及用于连接不同增强件的合股纱的特定缝纫纱线的使用。

背景技术

通常，复合部件的制造包括将纤维增强件与聚合物基质接触的步骤和模塑步骤，通过该模塑步骤，该组件被成形为采用复合部件的最终所需形状。浸渍树脂与织物增强件的接触可以在模具闭合之后进行，例如在所谓的RTM(树脂传递模塑)方法中，或者在闭合模具之前，浸渍树脂与织物增强件的接触通过将浸渍树脂喷涂或直接沉积到织物层上来进行。因此，闭合模具导致压力增加，这使得不同的增强件合股纱能够在垂直于增强件的主平面的方向上浸渍。

在实践中，根据应用的类型，使用的织物增强件可以具有不同的性质。因此，它可以涉及纺织增强件，其中经纱和纬纱确保在其优选方向上的增强作用。它还可以涉及通过将多个合股纱或多套纱线组合而形成的增强件，这些合股纱或纱线套完全平行，并且不同层彼此之间的方向不同。通过将缝纫纱线穿过待连接的一组层，在叠加之后，将这些层连接在一起。与纺织织物不同，这些层具有尽可能直的纱线，因此是未卷曲的，通常称为NCF或无卷曲织物。

在导致复合部件的生产的步骤顺序中可能出现不同的技术困难。首先，将织物切割成最终部件的所需形状。在那时，切割的区域经受磨损的风险，特别是当它们相对于切割纱线的角度较小时。实际上，特别是当所采用的纱线是平行长丝的股线或粗纱时，切割的长丝仅被微弱地保持，并且仅通过与缝纫纱线的摩擦可以容易地与其所保持的织物的其余部分分离。

其次，然后将切割的织物放入模具中，该模具通常具有三维形状。保持覆盖在模具中的织物的三维形状，或者在中间模板上保持相同的预成形织物的形状，带来的问题在于织物相对柔性并且没有固定就位。文献EP 1781445中描述的解决方案不是完全令人满意的，该解决方案包括使用具有可重新定位的粘合剂层的织物。实际上，添加的粘合剂构成附加材料，该附加材料不一定与随后用于浸渍的树脂相容。此外，这种粘合剂的存在干扰或者甚至防止浸渍树脂在其存在的面处的循环。

当浸渍树脂置于与织物接触时，遇到的另一个困难在模塑过程中发生。实际上，为了确保令人满意的循环，浸渍树脂必须升温到高温，对于SMC型热压缩方法为大约120℃至180℃，对于使用聚酰胺(PA)型热塑性基质的方法为大约250℃，更常常接近300℃，并且对于高性能聚合物为甚至400℃。在该温度下，用于将不同织物层缝纫在一起的纱线被软化或甚至熔化。在这些条件下，浸渍树脂在织物增强件周围和内部的流动引起其变形，以及一些纱线相对于其它纱线的位移。这导致复合部件内的织物增强件缺乏均匀性。当试图获得具有高纤维含量的复合部件时，该问题就更为显著。实际上，在这种情况下，施加在增强件上的压力非常高，这会强力挤出增强件，在螺纹上具有高应力并增加增强件的变形的风险。使用耐高温的缝纫纱线，特别是玻璃的缝纫纱线，不是真正令人满意，因为这种类型的纱线是相对易碎的，并且在缝纫操作过程中，除了它会过度磨损缝纫头的事实之外，它还可能断裂。使用较少磨损的纱线，例如基于聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)的那些纱线，将使得可能限制这些磨损现象，但是对于磨损和预成型的问题没有提供解决方案。而且，这种纱线的耐热性受到限制。

文献WO 02/04725描述了一种织物增强件，其包括由可熔纱线生产的缝纫纱线，因此该缝纫纱线在熔化之后不再为增强件提供机械强度。文献FR 2594858描述了一种织物增强件，其包括由覆盖有聚酰胺层的玻璃长丝芯形成的缝纫纱线。不幸的是，这种解决方案在缝纫操作的可加工性方面仍然受限。实际上，围绕芯的护套形式的涂层导致纱线的刚性太大而不能作为缝纫纱线的最佳利用。太硬的纱线不能跟随缝纫方法中所涉及的偏差角度(特别是穿过针)。在这种情况下，缝纫机的速度必须降低。而且，涂层中任何缺陷将会在缝纫过程中产生纱线的弱点和断裂。

发明内容

因此，本发明试图提供一种增强件，其减轻了上述各种缺点，并且相对于磨损具有良好的性能，这使得能够简单地生产预成型件，并且最重要的是，其在高温下的模塑操作过程中具有良好的机械内聚力。

因此，本发明涉及一种适用于热塑性浸渍树脂的浸渍方法的织物增强件，其目的是在远高于浸渍树脂的熔化温度的实施该方法的温度下，通过将增强件暴露于所述的树脂来生产复合部件。所述的织物增强件包括至少一套基本平行的高韧度纱线，典型地由玻璃、碳或类似材料制成。所述的织物增强件还包括缝纫穿过所述的一套或多套纱线以确保其内聚力的纱线。

根据本发明，所述的缝纫纱线包括熔化温度高于所述的热塑性浸渍树脂的应用温度的一组长丝，以及由热塑性材料制成的可混溶于或甚至可溶于浸渍树脂的一组长丝，其熔化温度低于所述的热塑性浸渍树脂的应用温度。这两组不同性质的长丝通过配对、加捻或包缠组装而成。

换句话说，本发明包括用纱线实现增强件的缝纫，该纱线包括对模塑操作过程中观察到的温度耐受的部分。因此，在模塑过程中，以及当树脂横向地流经增强件时，增强件的机械强度被保持。互补地，缝纫纱线的互补部分是热熔的并且与浸渍树脂相容，使得它不会在复合部件中产生脆性区域，因为缝纫纱线的该部分被嵌入到增强件的浸渍树脂中。而且，由于缝纫纱线的该部分在模塑操作过程中熔化，所以它保持在由缝纫纱线形成的孔中的位置减小，并且它允许增强件的长丝以更直线的构型重新排布。

所述的热塑性部分便于缝纫操作，因为它允许缝纫纱线和缝纫头之间的有限的摩擦。

所述的可热熔部分具有其他有利效果，因为即使在模塑之前它也可以容易地软化或熔化，因此确保与其接触的纱线和长丝的粘合。特别地，这使得可以固定所述的长丝并限制在切割区域处磨损的风险。增强件在缝纫纱线处的所述的部分粘合也可以有利于确保当增强件设置在模具中，放置在预成型件上时保持增强件的形状。

在实践中，可以以不同的方式生产所述的缝纫纱线。配对是指当在进行抛掷操作之前组装两种不同类型的长丝以获得牢固地组合两种类型的长丝的纱线或股线。加捻是指当长丝组各自经过抛掷以获得均匀的股线时，然后通过加捻将其组装以形成缠绕的螺旋。包缠是指当不同性质的两股线被组装时，其中一股股线围绕另一股线(称为芯纱，通常基本上是直的)卷绕，包缠纱线围绕该芯纱形成螺旋。

所述的长丝的组件的最终纱线支数应该与所述的组件作为缝纫纱线的使用相适应。最终纱线支数可以有利地为20dtex至300dtex。

在实践中，所述的缝纫纱线可以用于不同类型的增强件。因此，这种增强件可以是具有单层的NCF类型，其中纱线没有卷曲。这种单向增强件可以与由纤维材料形成的支撑层相关联，纤维材料的纤维不与增强层的纤维平行。所述的支撑层可以是无纺的，例如轻质网，或平行设置且彼此间隔开的一套平行纱线，以形成也是轻的织纹，使得能够保持缝纫纱线。还可以仅通过缝纫纱线与成圈线圈产生的缝纫来实现增强件纱线层的内聚力。当然，增强件可以包括多个层，每个层由基本上平行的一套高韧度纱线形成，并且其中两个相邻层的纱线的取向不同以便形成多轴增强件。然后，特征缝纫纱线提供不同层彼此的连接，这对于处理是必需的，且更通常地对于增强件的机械强度是必需的。

所述的缝纫纱线也可以用于其中纱线组纺织在一起的织物。在这种情况下，在纺织本质上确保增强件的一定的机械内聚力的同时，特征缝纫纱线的使用在树脂流动过程中增强了所述的内聚力，但是特别地使得可以从减少磨损的风险中受益，尤其是在放置在预制件上之后保持形状的可能性。

在本发明的一个具体实施例中，缝纫纱线包括由热塑性材料制成的至少两组不同的长丝，其可与浸渍树脂混溶，并且熔化温度低于所述的热塑性浸渍树脂的熔化温度。每组长丝包缠在熔化温度大于所述的热塑性浸渍树脂的熔化温度的长丝组周围，并且所述的长丝组的两个以相反的方向包缠。

换句话说，缝纫纱线包括芯纱，该芯纱具有对浸渍过程中观察到的温度条件的耐受性，其被两条(或多条)以相反的方向包缠的纱线覆盖，使得外包缠纱线稍微锁定内包缠纱线，这限制了当缝纫纱线在缝纫穿过增强件的操作过程中受到机械应力时，所述的内纱线的散乱风险。

有利地，在实践中，由热塑性材料制成的可与浸渍树脂混溶的不同的长丝组具有不同的熔化温度。换句话说，第一次暴露于热量使得能够软化较低玻璃化转变温度的包缠纱线，以便固定其它包缠纱线，并且因此使组件在缝纫过程中对散乱更有耐受性。

热活化也可以在缝纫之后发生，以便固定增强件的纱线并确保对增强件的磨损的耐受性。在这种情况下，较低熔化温度的纱线将优选地位于外侧。

互补地，其它包缠纱线的热活化可以使得增强件在其为三维形式时能够被固定。

根据应用，可以在通过传统缝纫在增强件的平面中制造增强件的过程中进行缝纫，或者在通过三维缝纫在预制件上形成增强件之后进行缝纫。特征缝纫纱线可以单独使用，并且本身可以确保增强件的保持性的改进。所述的保持性也可以通过使用其它传统的缝纫纱线来补充。

通常，耐温缝纫纱线的长丝由可选自优选地玻璃，但也可选自芳族聚酰胺、碳、玄武岩、石英、液晶聚合物和棉的材料制成。根据应用来选择纱线的纱线支数。对于所述纱线在最终复合材料中的影响的限制可能非常低，或者如果对机械强度有更大的需求则限制较高。

有利地，构成可混溶长丝的材料可以选自与浸渍树脂相同的化学族的材料。因此，特别地，它可以包含聚酰胺树脂，用于与用于浸渍增强件的聚酰胺6(PA6)或6.6(PA66)树脂相容。它还可以包含丙烯酸树脂，用于与甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)的浸渍树脂相容。对于使用聚苯硫醚(PPS)型树脂的浸渍应用，优选地将选择PPS树脂的纱线材料。对于使用聚芳醚酮(PAEK)的浸渍应用，优选地将选择PAEK树脂的纱线材料，例如聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酮酮(PEKK)，并且例如更特别是选择熔点低于PEEK浸渍树脂的熔点的PEKK树脂。

形成缝纫纱线的可热熔部分的涂层树脂有利地具有足够低的软化点，典型地比注入的聚合物的熔化温度低至少20℃，以使增强件能够在低温下固定并在注射过程中熔化。对于本身不具有熔化温度的无定形材料，为了本专利的目的，熔化温度将类似于玻璃化转变温度，超过该温度，材料的机械性能将大大降低。

具体实施方式

根据本发明的增强件的第一示例性实施例如下。

该增强件由碳纤维构成的织物制成，具有纱线支数为12K，对应于大约300g/m²的表面质量，如申请人以参考文献“C-WEAVE 300T 12K HS”销售的产品。所述的织物接收缝纫纱线，以4mm的间距用链状线圈或成圈线圈缝纫。该缝纫纱线具有芯纱，其是具有5.5tex的纱线支数的玻璃纱。所述的芯纱的熔化温度大于800℃。它覆盖有聚酰胺66的第一包缠纱线，纱线支数为44dtex，在Z(或S)方向上为200转/米，其熔点大约为260℃，并且经过纹理化处理。纱线接收第二相同的包缠纱线，以相等的量包缠，但是在S(或Z)方向包缠。这种增强件特别适用于生产浸渍有PA6或PA66树脂的复合部件。通过在300℃下用PA66树脂浸渍所述的织物来生产板显示出这种缝纫在高温压力下放置时保持纤维的取向方面的益处。

根据本发明的增强件的第二示例性实施例如下：该增强件由NCF生产，并由以在+45°和-45°取向的两层碳纤维层构成，对应于大约150g/m²的表面质量，由申请人以参考“C-PLY BX150”销售。使用的缝纫纱线类似于前述示例中的缝纫纱线，具有由55dtex的玻璃纱形成的芯。它覆盖有聚酰胺66的第一包缠纱线，44dtex，在Z(或S)方向上为200转/米，其熔点大约为260℃，并且经过纹理化处理。纱线接收聚酰胺11的第二包缠纱线，其纱线支数为44dtex，在Z(或S)方向上为200转/米，其熔点大约为190℃，并且经过纹理化处理。第二纱线以与第一纱线相同的圈数包缠，但是在S(或Z)方向上包缠，以产生大约150dtex的缝纫纱线的总纱线支数。这种增强件特别适用于生产浸渍有PA6或PA66树脂的复合部件。

在210℃缝纫产品的再活化使得纤维能够被锁定并且为缝纫的增强件提供抗磨损性能，使得在切割增强件的过程中，纤维保持在一起。通过堆叠3层并在210℃下再活化来对所述的增强件进行预成型试验表明，特征缝纫纱线允许层结合在一起。

根据本发明的增强件的第三示例性实施例如下：该增强件由NCF生产，并由在+45°和-45°的两层碳纤维层构成，对应于大约150g/m²的表面质量，由申请人以参考“C-PLYBX150”销售。使用的缝纫纱线具有与前述示例中的缝纫纱线类似的结构，具有由28dtex的复丝玻璃纱形成的芯。它覆盖有单丝聚醚醚酮(PEEK)的第一包缠纱线，其纱线支数为50dtex，在Z(或S)方向上为200转/米，其熔点为大约340℃。纱线接收具有50dtex纱线支数的单丝PEEK的第二包缠纱线，其熔点为大约340℃。所述的第二纱线以与第一纱线相同的圈数包缠，但是在S(或Z)方向上包缠，以产生大约130dtex的缝纫纱线的总纱线支数。这种增强件特别适用于生产浸渍有PEEK树脂的复合部件。

根据本发明的增强件的第四示例性实施例如下：该增强件由NCF生产，并由在+45°和-45°的玻璃纤维构成，对应于大约600g/m²的表面质量，由申请人以参考“G-PLY BX600”销售。使用的缝纫纱线由55dtex的复丝玻璃纱线形成的芯形成。它用78dtex的纹理化复丝PPS纱线加捻，在Z或S方向上以200转/米的速度加捻。PPS纱线的熔点为大约280℃。缝纫纱线的总纱线支数为大约130dtex。这种增强件特别适用于生产浸渍有PPS树脂的复合部件。

从前述内容可以清楚地看出，根据本发明的增强件可以以不同的特定方式使用，例如：

-通过堆叠多层相同的增强件，多层热塑性薄膜形成的用于制造有机薄片的半成品；

-用于制造热塑性预浸料中的半成品。然后通过粉末或浸渍程序将浸渍树脂沉积在增强件上或增强件中；

-用于制造旨在用于SMC型模塑的预浸料中的半成品；

-通过拉挤成型获得的、用于预浸料或成型成品制造中的半成品。除了通常通过拉挤方法提供的0°的纱线之外，所述的缝纫增强件还用于横向增强件。在含有高粘度树脂的拉挤模具中产生的压力需要将纱线保持在横向增强件中，以便保持所述的纱线的取向，并因此保持型材或预浸料的横向增强件的取向，

-树脂注射或灌注方法中的主要增强纺织。

由于在加热过程中用具有足够强度的纱线缝纫，这种增强件在高温下具有良好的机械强度，以及由于形成缝纫纱线的热塑性纱线能够确保包括增强件的纱线的某种锁定，因此改善了预制件的磨损和保持性。

Claims (12)

1.一种适用于热塑性树脂浸渍方法的织物增强件，以生产复合部件为目的，包括至少一套高韧度纱线，每套高韧度纱线包括基本平行的纱线，以及缝纫穿过所述至少一套高韧度纱线以确保其内聚力的缝纫纱线，其特征在于，所述缝纫纱线包括一组长丝，所述长丝的熔化温度高于所述热塑性浸渍树脂的应用温度，以及由热塑性材料制成的一组长丝，所述长丝可与所述浸渍树脂混溶，并且所述长丝的熔化温度低于所述热塑性浸渍树脂的应用温度，所述两组长丝通过加捻或包缠而组装。

2.根据权利要求1所述的增强件，其特征在于，所述纱线套是没有卷曲的合股纱。

3.根据权利要求1所述的增强件，其特征在于，所述增强件包括两套纺织在一起的纱线。

4.根据权利要求1所述的增强件，其特征在于，所述增强件包括由一套基本平行的高韧度纱线形成的单层，和由纤维材料形成的支撑层，所述支撑层的纤维不平行于所述高韧度纱线层。

5.根据权利要求4所述的增强件，其特征在于，所述支撑层由非织造布形成。

6.根据权利要求4所述的增强件，其特征在于，所述支撑层由一套彼此间隔开的平行纱线形成。

7.根据权利要求1所述的增强件，其特征在于，所述增强件包括由热塑性材料制成的至少两组不同的长丝，所述长丝能够与所述浸渍树脂混溶，并且所述长丝的熔化温度低于所述热塑性浸渍树脂的应用温度，每组长丝包缠在第一组长丝周围，所述第一组长丝的熔化温度大于所述热塑性浸渍树脂的应用温度，并且所述两组长丝沿相反方向包缠。

8.根据权利要求7所述的增强件，其特征在于，由热塑性材料制成的能够与所述浸渍树脂混溶的所述两组不同的长丝具有不同的熔化温度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的增强件，其特征在于，熔化温度高于所述热塑性浸渍树脂的熔化温度的所述长丝由可优选地选自玻璃、棉、芳族聚酰胺、液晶聚合物、碳、石英、玄武岩的材料制成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的增强件，其特征在于，由热塑性材料制成的能够与所述浸渍树脂混溶的，并且熔化温度低于所述热塑性浸渍树脂的应用温度的所述长丝由选自聚酰胺、聚苯硫醚、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚酯、聚芳醚酮的材料制成。

11.根据权利要求1所述的增强件，其特征在于，熔化温度高于所述热塑性浸渍树脂的熔化温度的所述长丝的熔化温度或玻璃化转变温度大于250℃。

12.根据前述权利要求中任一项所述的增强件，其特征在于，所述缝纫纱线的纱线支数为20dtex至300dtex。