Гибридный тканый текстильный материал для армирования композита

Гибридный тканый текстильный материал, который можно использовать для изготовления армированных волокном композитных материалов. Гибридный текстильный материал является тканым материалом, состоящим из однонаправленных волокон, переплетенных с полосами из нетканого материала с образованием тканого рисунка. В варианте осуществления гибридный текстильный материал является пористым или проницаемым для жидких смол, используемых в процессах формования с переносом смолы (ФПС), и предварительная заготовка, сформированная из этого текстильного материала, может быть залита жидкими смолами во время таких процессов ФПС. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Предпосылки к созданию материала

Трехмерные полимерные, композитные части могут быть изготовлены посредством использования различных способов, один из которых представляет собой формование в автоклаве. Согласно способу формования материал в автоклаве, обычно состоящий из углеродных волокон, предварительно пропитывают матрицей из смолы. Препреги обычно укладывают в пресс-форму и затем нагревают под вакуумом для термофиксации смолы, которой он пропитан, и получают готовую композитную часть. Препреги, подлежащие формованию с образованием композита, обладают преимуществом, заключающемся в легкости использования и высокой прочности. Однако они также обладают недостатком, заключающемся в том, что обладают ограниченной драпируемостью (т.е. способностью к драпированию).

Другой способ изготовления композита заключается в формовании с использованием жидкости. Формование с переносом смолы (ФПС) и формование с переносом смолы в вакууме (ФПСПВ) являются некоторыми конкретными примерами. В процессах формования с использованием жидкости слои сухих армирующих волокон (без матрицы из смолы) формируют и уплотняют, образуя сцепленную, сформированную структуру, называемую «предварительной заготовкой». Эту предварительную заготовку затем заливают неотвержденной жидкой смолой, часто в закрытой пресс-форме или в закрытом мешке для вакуумного формования. После завершения стадии смачивания смолой, смолу термофиксируют, получая в результате твердую композитную часть. Технология формования с использованием жидкости особенно пригодна для изготовления структур сложной формы, которые сложно изготовить каким-либо другим способом, используя обычные технологии с применением препрега. Кроме того, сухие, гибкие, волокнистые материалы, используемые для формирования предварительных заготовок, могут обладать существенными преимуществами в сравнении со стандартными материалами в виде препрегов, пропитанных смолой, благодаря их более продолжительному сроку годности при хранении и применимости для создания изделий с более сложной геометрией.

Краткое описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание гибридного, тканого, текстильного материала, который можно использовать в изготовлении композитных материалов, армированных волокном. Гибридный текстильный материал - это тканый материал, состоящий из однонаправленных волокон, переплетенных с полосами из нетканого материала, с образованием тканого рисунка. В варианте осуществления гибридный, тканый, текстильный материал является пористым и проницаемым для жидких смол, используемых в процессах ФПС, и предварительная заготовка, сформированная из этого тканого текстильного материала, может быть пропитана жидкими смолами во время осуществления процессов ФПС.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображен вид сверху структуры материала, основанной на тканой однонаправленной конфигурации, также называемой «Унивив» (Uni-Weave);

на фиг. 2 - поперечное сечение тканого материала, показанного на фиг. 1, на фиг. 2 показаны извитые нити;

на фиг. 3 - схематически структура материала, основанная на прошитой однонаправленной конфигурации, также называемой «Унистич» (Uni-stitch);

на фиг. 4 - механизм скрепления прошивкой структуры материала, показанного на фиг. 3;

на фиг. 5 - схематически гибридный, тканый материал согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 - поперечное сечение тканого материала, показанного на фиг. 5;

на фиг. 7 - фотография тканого материала полотняного переплетения, изготовленного согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8 - диаграмма, на которой представлено сравнение проницаемости в плоскости трех различных конфигураций материалов, используемых в изготовлении предварительных заготовок, заливаемых смолой.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые доступные технологии изготовления текстильных материалов, основанные на использовании однонаправленных волокон, включают: ткачество, прошивку или проклеивание.

Тканая однонаправленная конфигурация, также называемая «Унивив», является структурой, получаемой способом, близким к ткачеству. Здесь вспомогательные нити могут быть вплетены вдоль вторичной оси для скрепления структурных волокон, расположенных вдоль главной оси. Эти вспомогательные нити обычно являются тонкими волокнами, используемыми для минимизации извитости волокон. Пример «Унивив» конфигурации и модели извитости показаны на фиг. 1 и 2, соответственно. Обычно в качестве вспомогательных волокон, используемых в такой конфигурации, являются стеклянные, полиэфирные волокна и волокна из сополиамидов. Этот тип конфигурации более пригоден для армирующего материала, ориентированного под углом 0°, но может быть также использован для создания материалов с ориентацией под углом 90° и полярно ориентированных материалов. «Унивив» материалы обычно содержат до 95% волокнистой массы, ориентированной в главном направлении, и 5% волокнистой массы, ориентированной во вторичном направлении. Характерные особенности, обнаруживаемые в этом типе материалов, заключаются в хорошей проницаемости и драпируемости (т.е. способности к драпированию) за счет недостаточной текстильной связанности и низких механических свойств в плоскости материала. Обычно у материала, ориентированного под углом 0°, наблюдается, что прочность на растяжение и сжимаемость страдают от извитости, вызываемой уточными вспомогательными волокнами. Посредством регулирования рисунка переплетения материала можно способствовать уменьшению частоты влияния извитости, хотя это обычно сопровождается дополнительным уменьшением стабильности текстильных свойств. Решение проблемы, связанной с низкой стабильностью, может быть достигнуто иногда посредством термической обработки, в случае использования вспомогательных нитей на полимерной основе, или посредством добавления стабилизирующей среды, например, связующих в виде порошка или ламинирующих волокнистых холстов, но эти решения часто впоследствии ведут к уменьшению проницаемости готового материала и возникновению дополнительных проблем, относящихся к стойкости к воздействию окружающей среды и растворителей.

Прошитая однонаправленная конфигурация, также называемая «Унистич», основана на использовании основовязальных машин для скрепления структурных волокон в направлении главной оси посредством использования прошивания сквозь всю толщину, с помощью которого соединяют структуру с плавающей, уточной, вспомогательной нитью и, таким образом, связывают главные волокна между прошивной нитью и вспомогательной нитью. Пример «Унистич» конфигурации и механизма скрепления прошивкой проиллюстрирован на фиг. 3 и 4, соответственно. Прошивные нити, используемые согласно этому способу, обычно являются либо полиэфирными, либо сополиамидными, тогда как вспомогательные нити являются либо такими же, либо стеклянными нитями; масса прошивной нити и вспомогательной нити в этих конфигурациях обычно составляет от 2% до 6% от общей массы материала. Этот тип однонаправленного текстильного материала пригоден в качестве армирующего материала, ориентированного под углом 0°, однако, можно использовать армирующий материал, ориентированный под углом 90°. При использовании «Унистич» конфигураций обычно наблюдается улучшение механических свойств в сравнении с ткаными структурами, благодаря относительно меньшему уровню извитости, выступающей из плоскости, но все же обладают недостатками при сравнении с препрегом из лент из-за зазоров внутри жгута и остаточной извитости от прошивки. Следовательно, проницаемость этих материалов обычно является более высокой, чем проницаемость их тканых эквивалентов, тогда как стабильность при обращении с ними также улучшается благодаря локализованной эффективности скрепления прошивными нитями.

Другой конфигурацией материала является такая, которая изготовлена посредством склеивания или ламинирования однонаправленных волокон на месте с использованием полимерного материала. Некоторые способы скрепления проклеиванием включают использование эпоксидных связующих веществ, термопластичных паутинок и полимерных нитей. Этот способ изготовления сухой однонаправленной структуры несомненно позволяет придавать наибольшую механическую компактность этой предварительно пропитанной ленте благодаря высоким уровням распрямленности волокон и близким к нулю зазорам внутри жгута, которые могут быть достигнуты. Этот очень высокий уровень размещения волокон, хотя обладает существенным недостатком, заключающимся в снижении проницаемости этих конфигураций материала, где проницаемость в направлении толщины на несколько порядков ниже, чем проницаемость альтернативных видов. Это делает использование такой текстильной конфигурации более пригодной для узких однонаправленных лент, где подгонка проницаемости может быть достигнута при создании предварительной заготовки. Дополнительная проблема, иногда наблюдающаяся при использовании этих текстильных материалов, заключается в низком уровне стабильности, где это явление известно, как «вымывание волокна». Этот эффект наблюдается после процесса заливания смолы, когда наблюдается отклонение пучков жгутов в плоскости из-за разности давлений во фронте потока во время процесса пропитки, вызывающее локализованный изгиб волокон. Этот тип конфигурации, скрепленный посредством проклеивания, пригоден в качестве армирующего материала, ориентированного под углом 0°.

Обычно наблюдается, что при повышении механических свойств посредством уменьшения извитости волокон и зазоров между ними, проницаемость, и особенно проницаемость по толщине, существенно уменьшается. В свете проблем, наблюдаемых при использовании сухих, однонаправленных, волокнистых продуктов, где имеет место компромисс между механическими свойствами, проницаемостью и текстильной связанностью, для решения этих проблем был создан уникальный, гибридный, тканый, текстильный материал.

На фиг. 5 изображен, приведенный в качестве примера, гибридный, тканый материал, содержащий однонаправленные волокна в виде непрерывных жгутов 10 волокон, переплетенных с полосами 11 нетканого материала. На фиг. 6 изображено поперечное сечение тканого материала, показанного на фиг. 5. Однонаправленные жгуты 10 волокон (см. Фиг. 6) расположены параллельно друг другу в виде полотна и проходят в первом направлении, например, в направлении основы, а полосы 11 нетканого материала проходят во втором направлении, например, в уточном направлении, поперечном первому направлению. Каждая полоса нетканого материала плавает поверх множества жгутов, а затем проходит под множеством жгутов с образованием тканого рисунка. Каждый жгут 10 волокна представляет собой пучок из множества элементарных нитей. Полосы 11 нетканого материала сформированы из легкой, нетканой паутинки, состоящей из хаотически расположенных и/или хаотически ориентированных волокон. Нетканая волокнистая паутинка предпочтительно представляет собой легкий материал с поверхностной плотностью от 1 г/м2 до 40 г/м2, более предпочтительно - от 3 г/м2 до 10 г/м2. Каждая полоса нетканого материала является гибкой и имеет малую ширину относительно ее длины. В одном варианте осуществления ширина полосы нетканого материала составляет от 5 мм до 40 мм, предпочтительно - от 10 мм до 30 мм, а толщина составляет от 10 мкм до 60 мкм (0,01-0,05 мм). Тканый рисунок может представлять собой любую обычную тканую структуру, например, полотняное переплетение (показанное на фиг. 5), атласное переплетение или саржевое переплетение.

Как показано выше, однонаправленные волокна представлены в виде непрерывных жгутов волокон. Каждый жгут волокон состоит из сотен более тонких непрерывных элементарных нитей. Жгуты волокон могут содержать от 1000 до 100000 элементарных нитей в жгуте, а в некоторых вариантах осуществления - от 3000 до 24000 элементарных нитей в жгуте. Элементарные нити могут иметь диаметр поперечного сечения в диапазоне от 3 мкм до 15 мкм, предпочтительно - от 4 мкм до 7 мкм. Пригодными волокнами являются волокна, используемые в качестве структурных армирующих элементов в высокопрочных композитах, например, в композитных частях, предназначенных для применения в авиакосмических и автомобилестроительных отраслях. Структурные волокна могут быть изготовлены из высокопрочных материалов, например, из: углерода (включая графит), стекла [включая волокна из E-стекла (алюмо-боро-силикатного стекла) или из S-стекла (термостойкого магний-алюмо-силикатного стекла)], кварца, оксида алюминия, диоксида циркония, карбида кремния (карборунда) и других керамических веществ, и прочных полимеров, например, арамидов (включая Kevlar), полиэтилена с высоким модулем упругости (ПЭ), сложного полиэфира, поли-p-фениленбензобисоксазола (ПБО) и их гибридных сочетаний. Для изготовления высокопрочных композитных структур, например, главных частей самолета, однонаправленные волокна предпочтительно должны обладать прочностью на растяжение, составляющей более 500 тысяч фунт./кв. дюйм. В предпочтительном варианте осуществления однонаправленные волокна являются углеродными волокнами.

Однонаправленные волокна могут быть покрыты клеящими и/или отделочными составами, которые служат множеству целей, включающих: облегчение обращения с волокнами; защиту волокон от уплотнения; защиту от процесса, вызывающего повреждение; способствование совместимости; смачивание волокон смолой; общее улучшение свойств композитов.

Полосы нетканого материала, описанные выше, могут быть сформированы посредством продольного разрезания большего по размеру нетканого материала-паутинки, где продольно разрезанный нетканый материал затем используют в ткацком процессе. Нетканая паутинка состоит из смешанных, хаотически расположенных волокон и небольшого количества полимерного связующего для удерживания волокон вместе. Требуется, чтобы нетканая паутинка содержала достаточное количество связующего для удерживания волокон вместе, но количество связующего должно быть достаточно небольшим, чтобы полученная в результате паутинка оставалась пористой и проницаемой для жидкости и воздуха, особенно - для жидкой смолы. Пригодные полимерные связующие включают: поливиниловый спирт (ПВС), сложный полиэфир, сополиэфир, поперечно сшитый полиэфир, акриловый стирол, фенокси и полиуретановые сочетания и их coполимеры. Количество связующего предпочтительно составляет от 5 масс.% до 25 масс.% от общей массы паутинки. Нетканая паутинка является гибкой и самонесущей, что означает, что для нее не требуется поддерживающий носитель. Кроме того, нетканая паутинка представляет собой однослойный материал, не прикрепленный к другому слою волокон. Волокна нетканой паутинки могут быть рубленными или непрерывными элементарными нитями, или их сочетанием. Волокна для нетканой паутинки могут быть выбраны из: углеродных, стеклянных, металлических, кварцевых волокон, волокон из полимеров и coполимеров, гибридов из них (например, гибридов из углеродных и стеклянных волокон) и их сочетаний. Полимерные материалы для изготовления волокон могут быть выбраны из: арамида; сложного полиэфира; полиамидов, включая алифатические полиамиды, циклоалифатические полиамиды и ароматические полиамиды; полифталамиды; полиамидимид; полиарилсульфоны, включая полиэфирсульфон и полиэфирэфирсульфоны; полисульфоны; полифениленсульфон; полиарилэфиркетоны, включая полиэфирэфиркетон и полиэфиркетонкетон; полифениленсульфид; эластомерные полиамиды; полифениленэфир; полиуретан; жидкокристаллические полимеры (ЖКП); фенокси; полиакрилнитрил, акрилатные полимеры и их coполимеры. Волока паутинки могут быть также покрыты металлом. В предпочтительном варианте осуществления полосы нетканого материала состоят из углеродных волокон.

Большая часть волокон, из которых формируют нетканый материал, имеют диаметр поперечного сечения в диапазоне от около 1 мкм до 40 мкм, где большая часть волокон более предпочтительно имеет диаметр в диапазоне от около 4 мкм до 2‎0 мкм.

В одном варианте осуществления тканый материал (основанный на сочетании однонаправленных жгутов волокон и нетканых полос) обладает поверхностной плотностью от 50 г/м2 до 400 г/м2, предпочтительно - от 100 г/м2 до 200 г/м2.

К преимуществам гибридного текстильного материала, описанного здесь, относятся: очень низкая степень извитости волокон, составляющих структуру материала, благодаря малой толщине нетканой паутинки; повышенная проницаемость благодаря пористой структуре полос нетканого материала; улучшенный механизм разрушения благодаря использованию полос нетканого материала, которыми армирована межслойная зона предварительной заготовки или готового композитного ламината; повышенная эффективность выкладки во время приготовления предварительной заготовки благодаря наличию волокон, смещенных относительно оси в непрерывном текстильном формате; потенциально улучшенное поведение при обращении, если нетканый материал содержал стабилизирующее связующее и текстильный материал был ламинирован. Кроме того, тканый материал, описанный здесь, мог бы быть изготовлен с приданием различных конфигураций, например, обеспечением ориентации волокон под углом 0°, 90°, +θ° или -θ°.

Способ изготовления нетканой паутинки

Нетканая паутинка, описанная выше, может быть изготовлена, например, посредством использования обычного мокрого способа формирования. Согласно мокрому способу формирования мокрое рубленое волокно диспергируют в водяной суспензии, содержащей связующее (связующие), поверхностно-активное вещество (поверхностно-активные вещества), модификатор вязкости (модификаторы вязкости), пеногаситель (пеногасители) и/или другие химические вещества. После введения рубленого волокна в суспензию, ее интенсивно перемешивают таким образом, чтобы волокна были рассеяны. Суспензию, содержащую волокна, напускают на перемещаемое сеточное транспортерное полотно, где существенную часть воды удаляют для получения волокнистого полотна. Полученный в результате мат сушат для удаления какого-либо остаточного количества воды и для термофиксации связующего (связующих). Сформированный нетканый материал (мат/паутинка) представляет собой скопление диспергированных, отдельных элементарных нитей, расположенных хаотически. Мокрые способы формирования обычно используют, когда требуется обеспечить равномерное распределение волокон и/или массы.

Готовая нетканая паутинка содержит по меньшей мере около 90 масс.% волокна (за исключением клеящих/связующих химических веществ), в расчете на сухое вещество, например, от около 93 масс.% до около 99 масс.% волока, в расчете на сухое вещество, за исключением клеящих/связующих химических веществ.

В нетканую паутинку может быть введено дополнительное связующее после ее изготовления, но до осуществления процесса ткачества, для повышения стабильности паутинки и для способствования уплотнению предварительной заготовки во время изготовления композитных частей. Пригодные связующие для стабилизации нетканой паутинки включают: эпоксидные смолы, термопластичные полимеры или их сочетание. Особенно пригодным связующим для стабилизации нетканой паутинки является полиарилэфирное термопластичное эпоксидное связующее, раскрытое в патенте США US 8,927,662, содержание которого включено в его полном объеме в настоящую заявку путем ссылки. Это связующее может быть введено в паутинку в виде порошка посредством использования обычной технологии нанесения покрытия, например, нанесения покрытия с использованием сухой балки, согласно которому сухой порошок наносят на переносную бумагу, используя устройство для нанесения покрытия, состоящее из вала, расположенного поверх другого вала или ракли, расположенной поверх вала, и порошок затем переносят на паутинку. Другим пригодным связующим для стабилизации является жидкий связующий состав, описанный в публикации США № 2014/0179187, содержание которой в ее полном объеме включено в настоящую заявку путем ссылки. Жидкие связующие, описанные в заявке на патент США № 14/750,327, зарегистрированной 25 июня 2015 г., также пригодны. Жидкие связующие могут быть введены в паутинку, например, посредством нанесения покрытия окункой.

Если используют дополнительное связующее, то общее количество связующих в готовой паутинке не должно превышать 25 масс.%.

Способ изготовления гибридного тканого материала

Гибридный тканый материал, описанный в настоящей заявке, может быть изготовлен на стандартном рапирном ткацком станке. Однонаправленные (например, углеродные) волокна расширяют отдельно для корректирования ширины согласно требованиям FAW. Нетканый материал изготавливают в виде широкого полотна в процессе, подробно описанном выше, и разрезают в продольном направлении требуемой ширины. Расширенные волокна и нетканой полосы наматывают на отдельные катушки и устанавливают в виде навоя на ткацком станке. Для достижения целевой ширины текстильного материала требуется множество катушек с волокном в основном направлении, тогда как в качестве утка требуется одна катушка с полосой нетканого материала, которую устанавливают отдельно во время выполнения процесса ткачества. При подаче основных волокон на ткацком станке расположенные рядом волокна оттягивают в противоположных направлениях (т.е. вверх или вниз), а уточную полосу нетканого материала протягивают через зев для образования рисунка переплетения. После прокладки уточной полосы из нетканого материала основные волокна высвобождают и натягивают для уплотнения ткани.

Применения

Гибридный тканый текстильный материал, описанный в настоящей заявке, особенно пригоден для формирования предварительных заготовок, предназначенных для использования в процессах ФПС, так как он является пористым и проницаемым по отношению к жидким смолам, используемым в таком процессе ФПС. Для формирования предварительной заготовки множество слоев текстильного материала укладывают один поверх другого до достижения требуемой толщины.

Требуется, чтобы содержание связующего в волокнистой предварительной заготовке было достаточным для удерживания волокон с сохранением требуемых формы и положения, но, количество связующего должно быть достаточно небольшим, чтобы полученная в результате предварительная заготовка оставалась пористой, и ее можно было пропитывать матрицей из смолы во время последующих процессов формования. Кроме того, требуется, чтобы предварительная заготовка, содержащая однонаправленное волокно, обладала повышенной проницаемостью по отношению к смоле для ФПС, для уменьшения времени впрыскивания и улучшения процесса смачивания волокон. Для этого количество связующего в предварительной заготовке должно предпочтительно составлять менее 15 масс.% от общей массы предварительной заготовки.

Предварительную заготовку укладывают в закрытую пресс-форму. Пресс-форму нагревают до предварительно определенной температуры, и смолу низкой вязкости впрыскивают в пресс-форму для заливки предварительной заготовки смолой. Смолу затем термофиксируют для образования композитной части.

Альтернативно гибридный, тканый, текстильный материал можно использовать для формования препрегов, применяя обычные технологии пропитки смолами.

ПРИМЕР

На фиг. 7 показан гибридный тканый материал с паутинкой, изготовленный согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Однонаправленные жгуты из углеродных волокон (марки IMS65 компании Toho Tenax) ткали, используя полосы из нетканых углеродных волокон, вырабатывая структуру полотняного переплетения, используя обычный процесс ткачества. Жгут из углеродных волокон имел ширину 8 мм, а полоса из нетканого материала из углеродных волокон имела ширину 16 мм. Полоса из нетканого материала из углеродных волокон обладала поверхностной плотностью 8 г/м2 и была покрыта связующим марки Cycom® 7720 (компании Cytec Engineered Materials) в порошкообразном виде с поверхностной плотностью 5 г/м2. Тканый материал обладал поверхностной плотностью 110 г/м2.

Десять (10) слоев гибридного тканого материала с паутинкой, описанного выше, укладывали один поверх другого для образования предварительной заготовки. Предварительную заготовку нагревали до 130⁰C в вакуумном мешке в конвекционной печи в течение 15 минут и охлаждали до 25⁰C под вакуумом для уплотнения слоев.

Для сравнения две дополнительные предварительные заготовки изготавливали таким же образом, используя обычную ткань равномерного переплетения (поставляемую компанией Sigmatex Ltd) и сухую однонаправленную ленту (поставляемую компанией Sigamtex Ltd).

Половину предварительной заготовки заливали смолой марки PRISM® EP2400 (компании Cytec Engineered Materials) и термофиксировали. Полученные в результате композитные ламинаты затем разрезали на образцы для испытаний, используя охлаждаемую пилу с алмазной режущей кромкой, и испытывали согласно стандартам Европейского комитета по стандартизации на разрывной машине Zwick. Результаты этих испытаний представлены в Таблице 1. В Таблице 1 обозначения ламинатов DT, UW и VW относятся к термофиксированным композитным ламинатам, которые были сформированы с использованием сухих лент(DT), ткани с равномерным переплетением (UW) и тканого материала с паутинкой (VW), соответственно.

Другую часть предварительной заготовки использовали для измерения проницаемости в плоскости. Предварительную заготовку упаковывали, не способствуя какому-либо образованию потока, для обеспечения гарантированного чистого поведения потока в плоскости. Наблюдали за фронтом потока и объемом заливаемой смолы во времени. Также, зная вязкость смолы при температуре заливки и достигнутый объем волокна, можно вычислить проницаемость предварительной заготовки, используя закон Дарси:

,

где:

K - Проницаемость (10-xм2)

X - Длина заливки (м)

η - Вязкость смолы (м.Па с)

FVF - Объемная доля волокна (%)

Δρ - Перепад давления (мбар)

t - Время (час)

Результаты проиллюстрированы на фиг. 8. Из фиг. 8, понятно, что UD (однонаправленная) лента обладала очень небольшой проницаемостью в плоскости из-за очень высокой распрямленности и параллельности волокон, что ограничивало протекание потока смолы через предварительную заготовку. В противоположность этому UD (однонаправленная) ткань обладала большей извитостью <волокон>, в результате чего наблюдалась очень высокая проницаемость. Новый тканый материал с паутинкой обладал наибольшей проницаемостью благодаря включению полос из нетканого материала, усиливающих характеристики потока в текстильном материале, при этом поддерживая высокую степень распрямленности углеродных волокон.

Согласно способу ФПС смолу впрыскивают в направлении плоскости с одной концевой стороны сухой, волокнистой, предварительной заготовки к другой концевой стороне. Было установлено, что введение нетканого материала из углеродных волокон в базовую структуру материала из однонаправленных волокон способствует улучшению проницаемости и свойств в плоскости материала (механических свойств материала, ориентированного под углом 0°). Существенное увеличение проницаемости было обнаружено у предварительной заготовки, сформированной из гибридного тканого материала с паутинкой (VW) в сравнении с предварительными заготовками, сформированными из сухих лент (DT) и тканью с равномерным переплетением (UW):

+56% в сравнении с тканью с равномерным переплетением (UW);

+782% в сравнении с сухими лентами (DT).

ТАБЛИЦА 1

1. Тканый материал для армирования композита, содержащий:

- однонаправленные жгуты волокон, расположенные параллельно друг другу в виде листообразной структуры; и

- полосы из нетканых волокон, переплетенные с однонаправленными жгутами волокон с образованием тканого рисунка, причем каждый однонаправленный жгут волокон состоит из множества непрерывных элементарных нитей, и

причем каждая полоса из нетканых волокон является самонесущей, представляет собой однойслойный материал, не прикрепленный к другому слою волокон, и состоит из хаотически расположенных и/или хаотически ориентированных волокон.

2. Тканый материал по п. 1, обладающий поверхностной плотностью от 50 до 380 г/м2.

3. Тканый материал по п. 1 или 2, в котором каждая полоса из нетканых волокон обладает поверхностной плотностью то 2 до 34 г/м2.

4. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором каждая полоса из нетканых волокон имеет ширину, составляющую приблизительно от 5 до 40 мм.

5. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором каждая полоса из нетканых волокон имеет толщину в диапазоне от 10 до 50 мкм.

6. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором большая часть нетканых волокон в полосах имеет диаметр поперечного сечения в диапазоне от около 3 до 40 мкм, предпочтительно в диапазоне от около 5 до 10 мкм.

7. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором каждый однонаправленный жгут волокон состоит из от 1000 до 100 000 элементарных нитей.

8. Тканый материал по п. 7, в котором элементарные нити в каждом жгуте волокон имеют диаметр поперечного сечения в диапазоне от 3 до 15 мкм, предпочтительно от 4 до 7 мкм.

9. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором однонаправленные жгуты волокон сформированы из высокопрочного материала, выбранного из группы, состоящей из углерода, графита, стекла, кварца, оксида алюминия, диоксида циркония, карбида кремния, арамида, полиэтилена с высоким модулем упругости(ПЭ), полиэфира, поли-p-фениленбензобисоксазола (ПБО) и их сочетаний.

10. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором полосы из нетканых волокон материала содержат волокна, изготовленные из материала, выбранного из группы, состоящей из углерода, стекла, металлов, кварца, полимеров и их coполимеров и сочетаний.

11. Тканый материал по п. 10, в котором упомянутые полимеры выбраны из арамида, полиэфира, полиамида, полифталамида, полиамидимида, полиарилсульфона, полисульфонов, полифениленсульфона, полиарилэфиркетона, полифениленсульфида, эластомерного полиамида, полифениленэфира, полиуретана, жидкокристаллических полимеров (ЖКП), фенокси, полиакрилнитрила, и акрилатных полимеров.

12. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором однонаправленные жгуты волокон состоят из углеродных волокон, а каждая полоса из нетканых волокон содержит хаотически расположенные и/или хаотически ориентированные углеродные волокна.

13. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором полосы из нетканых волокон содержат достаточное количество связующего для удерживания волокон вместе, но при этом обеспечивается возможность того, чтобы полосы были проницаемыми для жидкости и газа.

14. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором рисунок ткани выбран из: полотняного переплетения, атласного переплетения и саржевого переплетения.

15. Тканый материал по любому одному из предыдущих пунктов, в котором тканый материал является проницаемым для жидкой смолы.

16. Предварительная заготовка для приема жидкой смолы в процессе пропитки жидким связующим, содержащая слои армирующих волокон, уложенных один поверх другого с образованием настила, причем по меньшей мере один из слоев армирующих волокон является тканым материалом по любому одному из пп. 1-14.

17. Композитный материал, содержащий тканый материал по любому одному из пп. 1-14, пропитанный или залитый матрицей из смолы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к электронагревательным тканям промышленного и бытового назначения, имеющим в своей структуре пьезоэлементы и электронагревательные нити.

Предложены ткани, содержащие гидрофильные волокна из экспандированного политетрафторэтилена (еPTFE) и по меньшей мере одно волокно не из еPTFE. Эти ткани обеспечивают комбинацию высокой воздухопроницаемости и средств контроля влаги.

Волокнистая структура (200) включает множество уточных слоев (t1-t34) и множество основных слоев (C1-C12), соединенных друг с другом посредством трехмерного или многослойного тканья, причем волокнистая структура (200) включает, по меньшей мере, первую и вторую части (203, 204), которые прилегают друг к другу в основном направлении, первая часть (203) имеет толщину в направлении, перпендикулярном основному и уточному направлениям, которая превышает толщину второй части (204).

Предложена диафрагменная ткань для электроэкстракции никеля и способ ее изготовления. Ткань выполнена полотняным переплетением из полиэфирных комплексных нитей основы и утка.

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к способам производства тканей, обладающих комплексом защитных свойств: масло-, водоотталкивающим эффектом и способностью отражать УФ-излучение, что позволяет их использовать при изготовлении специальной одежды для военнослужащих, сотрудников силовых структур и МЧС.

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности, к электронагревательным тканям промышленного и бытового назначения, имеющим в своей структуре пьезоэлементы и электронагревательные нити.

Группа изобретений относится к текстильной промышленности, в частности к тканям с особым расположением нитей, способу их изготовления, и может использоваться при производстве композиционных материалов и баллистических защитных панелей для средств индивидуальной бронезащиты (СИБ).

Изобретение относится к материалам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.

Изобретение относится к материалам и устройствам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано для изготовления одно- и многопрокладочных конвейерных лент с эластомерным покрытием, преимущественно многопрокладочных резинотканевых конвейерных лент, используемых при транспортировке горной массы.

Гибридный тканый текстильный материал, который можно использовать для изготовления армированных волокном композитных материалов. Гибридный текстильный материал является тканым материалом, состоящим из однонаправленных волокон, переплетенных с полосами из нетканого материала с образованием тканого рисунка. В варианте осуществления гибридный текстильный материал является пористым или проницаемым для жидких смол, используемых в процессах формования с переносом смолы, и предварительная заготовка, сформированная из этого текстильного материала, может быть залита жидкими смолами во время таких процессов ФПС. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх