纤维补强的塑性材料.pdf

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1、10申请公布号CN102079843A43申请公布日20110601CN102079843ACN102079843A21申请号201010567859222申请日2010120109014906320091201EPC08L63/00200601C08L67/00200601C08L75/04200601C08L101/00200601C08L77/10200601C08K9/00200601C08K7/14200601C08K7/06200601C08K7/10200601F03D11/0020060171申请人西门子公司地址德国慕尼黑72发明人E格罗夫尼尔森M温瑟詹森74专利代理机构中国专。

2、利代理香港有限公司72001代理人周铁林森54发明名称纤维补强的塑性材料57摘要本发明涉及纤维补强的塑性材料，其包括基质材料3和第一纤维1。第一纤维1包埋于基质材料3中。根据本发明，填充件2、6包埋于基质材料3中。填充件2、6设置于第一纤维1之间，以防止纤维补强的塑性材料中的裂纹扩展。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页CN102079846A1/1页21纤维补强的塑性材料，其包含基质材料3；包埋于基质材料3中的第一纤维1；和同样包埋于基质材料3中的填充件2、6；其中填充件2、6设置于第一纤维1之间，以防止纤维补强的塑性材。

3、料中的裂纹扩展。2根据权利要求1的塑性材料，其中填充件包括第二纤维2，该第二纤维2具有比第一纤维1的直径小的直径。3根据权利要求2的塑性材料，其中第二纤维2的直径在第一纤维1的直径的八分之一至六分之一之间。4根据权利要求23之一的塑性材料，其中第二纤维2的直径不同。5根据权利要求24之一的塑性材料，其中第一纤维1和第二纤维2的直径不同。6根据权利要求5的塑性材料，其中第二纤维2由具有与第一纤维1材料的挠性不同的挠性的材料制成。7根据权利要求1的塑性材料，其中填充件包括颗粒6。8根据权利要求6的塑性材料，其中颗粒6具有最高达第一纤维1直径十分之一的长度或直径。9根据权利要求6或7的塑性材料，其中。

4、颗粒6包括纳米颗粒。10根据权利要求69之一的塑性材料，其中颗粒6能被搅拌并分散于用于制造纤维补强的塑性材料的液化基质材料3中。11根据权利要求1的塑性材料，其中基质材料3包括环氧树脂、聚酯、聚氨酯或植物类树脂。12根据权利要求1的塑性材料，其中第一纤维1的材料和/或第二纤维2的材料包括玻璃、碳、芳族聚酰胺或玄武岩。13风轮机叶片，其由根据前述权利要求中任一项的纤维补强的塑性材料制成。权利要求书CN102079843ACN102079846A1/4页3纤维补强的塑性材料技术领域0001本发明涉及复合材料，特别涉及纤维补强的塑料以及纤维补强的塑性材料的制造。背景技术0002纤维补强的塑料可被描述。

5、为多成分材料，其包含包埋于刚性基质中的补强纤维。大多数用于工程应用的复合材料含有由玻璃、碳或芳族聚酰胺制成的纤维。纤维还能由玄武岩或其它天然材料制成。0003不同范围的聚合物能用作纤维补强的塑性复合材料的基质，这些一般被分类为热固性树脂如环氧树脂、聚酯或热塑性树脂如聚酰胺。0004由纤维补强的塑料制成的产品用于轻型结构。该产品的实例是风轮机叶片。0005纤维材料的比刚度和比强度比基质材料的比刚度和比强度高得多。因此，要求最高可能的补强纤维百分数，以获得所得复合材料的最高可能的比刚度和最高可能的比强度。0006目前，能生产具有超过70体积纤维材料的纤维补强的塑料。然而，应考虑到复合材料的疲劳性能。

6、可能会由于纤维含量增加而变化。0007在玻璃纤维补强的塑料的情况下，实践表明超过约56体积其相应于75重量的纤维百分数导致层压体的疲劳性能降低。对于真空加固的树脂注射情况尤其如此。0008因此，需要用于制造具有高的比刚度和高的比强度同时保持或甚至提高材料疲劳性能的纤维补强的塑性材料的技术。0009本领域已知在复合材料制造过程期间添加另外的层压材料以达到更好的耐疲劳性。不利地，这增加产品重量。0010如上所述，纤维补强的复合材料的耐疲劳性能会在更高的纤维百分数情况下劣化。在纤维间缺乏基质材料导致未被基质材料负载的相邻纤维在它们全部表面上的移动和磨损。结果，局部裂纹可能穿过复合材料而扩展。0011。

7、因此，基质材料必须完全包封纤维并附着于所有纤维上，从而在基质与纤维材料间传递力并将力分配在纤维间。0012然而，在纤维补强的塑性材料中，特别是在纤维彼此相切的情况下，经常存在基质未附着于纤维的区域。力的传递在这些区域中受到阻碍。这可能导致复合材料的局部应力梯度和更低的耐疲劳性。发明内容0013因此，本发明的目的在于改进纤维补强的材料的耐疲劳性。0014本发明的目的通过权利要求1的特征得以实现。本发明的其它方面是从属权利要求的主题。0015本发明涉及纤维补强的塑性材料，其包含基质材料和第一纤维FIRSTFIBRES。说明书CN102079843ACN102079846A2/4页4第一纤维包埋于基。

8、质材料中。0016根据本发明，填充件包埋于基质材料3中。填充件设置于第一纤维之间，以防止纤维补强的塑性材料中的裂纹扩展。0017此外，填充件使纤维间的流路成为可能，并使得纤维补强的塑性材料制造过程期间的树脂传递增强。0018此外，减小了纤维对纤维的直接接触的接触面。结果，总体复合材料的耐疲劳性得以提高。0019以下将通过实施例结合附图更详细地描述本发明。0020附图显示优选的构造，且并不限制本发明的范围。附图说明0021图1示出根据本发明实施方案的纤维补强的塑性材料的一部分的横截面图，图2示出根据本发明另一实施方案的纤维补强的塑性材料的一部分的横截面图，图3示出根据本发明再一实施方案的纤维补强。

9、的塑性材料的一部分的横截面图，图4示出根据本发明再一实施方案的纤维补强的塑性材料的一部分的横截面图，和图5示出根据本发明再一实施方案的纤维补强的塑性材料的一部分的横截面图。具体实施方式0022根据图1所示的本发明实施方案，纤维补强的塑性材料包含根据第一种纤维的第一纤维1、根据第二种纤维的第二纤维2和基质材料3。纤维1、2包埋于基质材料3中。0023第一纤维1是主要的补强纤维。第二纤维2是具有比第一纤维1小的直径的附加纤维。0024第一和第二纤维1、2是圆柱状的伸长纤维，优选玻璃纤维。基质材料3优选为热固性树脂如环氧树脂、聚酯、聚氨酯或甚至植物类树脂。0025如图1所示，在第一纤维1之间在纤维1。

10、彼此相切的区域中具有小的空隙。0026根据本发明的该实施方案，所述空隙填充有第二纤维2。引入具有不同直径的补强纤维的混合物。0027优选地，第二纤维2具有约等于第一纤维1的直径的八分之一至六分之一的直径。例如，具有3M4M直径的第二纤维2能填充具有约24M直径的第一纤维1之间的空隙。此外，第二纤维2能包括直径不同的纤维。0028在本发明的再一实施方案中，第二纤维由与第一纤维1不同的材料制成。第二纤维2能例如由具有与第一纤维的挠性不同的挠性的材料制成。0029如图1所示，第一纤维1和第二纤维2以允许最高可能装填密度同时避免纤维磨损的方式设置。0030通过用第二纤维2填充第一纤维1之间的空隙，裂纹。

11、扩展的趋势降低。0031此外，第二纤维2起到第一纤维1的纤维隔离物的作用。由此，纤维对纤维接触的接触表面减小。结果，最终复合材料的耐疲劳性增加。0032根据图2所示的本发明另一实施方案，纤维补强的塑性材料包括纤维1和基质材料3。纤维1包埋于基质材料3中。此外，颗粒6包埋于基质材料3中。说明书CN102079843ACN102079846A3/4页50033纤维1是圆柱状的伸长纤维，优选玻璃纤维。基质材料3优选为热固性树脂如环氧树脂、聚酯、聚氨酯或甚至植物类树脂。0034与纤维直径相比为小颗粒的颗粒6起到纤维1的纤维隔离物的作用。0035颗粒6能为圆的、伸长的或其它形状。优选地，该颗粒具有最高达。

12、纤维直径十分之一的长度或直径。颗粒6还可包括具有一个或多个100NM级或更低的尺寸的纳米颗粒。0036根据本发明的该实施方案，颗粒6能被搅拌并分散于然后用于制造补强的塑性材料的液化基质材料3中。0037颗粒6填充纤维1之间的空隙。因此，所得复合材料的裂纹扩展的趋势降低。0038此外，颗粒6使纤维1之间的流路成为可能，并使得纤维补强的塑性材料制造过程期间的树脂传递增强。此外，纤维对纤维直接接触的接触表面减小。结果，整体复合材料的耐疲劳性提高。0039在图3所示的本发明的再一实施方案中，纤维补强的塑性材料包括纤维1和基质材料3。纤维1包埋于该基质材料3中，此外，它们装备有保护套4。0040纤维1是。

13、圆柱状的伸长纤维，优选玻璃纤维。基质材料3优选是热固性树脂如环氧树脂、聚酯、聚氨酯或甚至是植物类树脂。0041保护套4包封各纤维1并起到纤维隔离物的作用。保护套4的厚度优选在纤维直径的1至10范围内。0042套4由高孔隙材料制成，以便对于基质材料3是可渗透的。这使得基质材料3可透过套4并浸渍纤维表面。因此，确保了套4内部基质材料3至纤维1的完全附着。粘合基质的层间剪切强度要求保持不受损。0043一般而言，纤维制造方法，例如玻璃纤维制造方法，包括挤出液体材料和之后用化学溶液将细丝上浆。0044上浆工艺期间，一种涂料或底漆被施涂至细丝，用于保护细丝并确保与基质材料的适当结合。0045在该初始上浆工。

14、艺之后，套4优选被施用于纤维1。因此，套4可例如作为溶液或作为分散体施涂。0046或者，套4能在纤维1的拉丝工艺期间被共挤出并适配。因此，所用套材料确保了基质材料3的适当结合。0047通过提供具有保护套4的纤维，更大量的纤维1能被填充至所得复合材料的容积中，同时确保所有纤维1都在其全部表面上被基质材料3负载。0048纤维对纤维的接触得以避免。结果，复合材料的耐疲劳性提高。0049在图4所示的本发明再一实施方案中，纤维补强的塑性材料包括纤维1和基质材料3。因此，颗粒7附着至纤维1的表面。具有与其附着的颗粒的纤维1包埋于基质材料3中。0050纤维1是圆柱状的伸长纤维，优选玻璃纤维。基质材料3优选是。

15、热固性树脂如环氧树脂、聚酯、聚氨酯或甚至植物类树脂。0051颗粒7起到纤维隔离物的作用。它们可为圆的、伸长的或其它形状。优选地，该颗粒具有最高达至纤维直径十分之一的长度或直径。颗粒7还可包括具有一个或多个L00NM级或更低的尺寸的纳米颗粒或纳米纤维。说明书CN102079843ACN102079846A4/4页60052根据本发明的该实施方案，颗粒7能附着至纤维1的表面。它们能例如粘结于其上。优选地，这在前述纤维1的上浆工艺期间进行。因此，该颗粒包含于被施涂于纤维表面的上浆溶液中。0053或者，颗粒7能以气溶胶的形式施用于纤维表面1上。0054附着于纤维表面的颗粒7使得基质材料3完全包围并负载。

16、纤维1。纤维对纤维的直接接触得以避免。结果，复合材料的耐疲劳性提高。0055在图5所示的本发明再一实施方案中，纤维补强的塑性材料包括纤维LA和基质材料3。纤维LA设计有纵向凹槽5，并包埋于基质材料3中。0056纤维LA是圆柱状的伸长纤维，优选玻璃纤维。基质材料3优选为热固性树脂如环氧树脂、聚酯、聚氨酯或甚至植物类树脂。0057根据本发明的该实施方案，纵向凹槽5设置于纤维LA的表面上。0058优选地，该凹槽设置于纤维LA周围。它们能具有例如至多为纤维直径十分之一的深度和宽度。0059作为益处，开凹槽的纤维LA使得基质材料3附着于扩展表面上。纤维对纤维接触的接触表面减小，复合材料的耐疲劳性提高。0。

17、060在本发明另一实施方案中，使用具有提高的渗透和/或毛细特性的树脂材料来确保树脂材料容易地围绕所有纤维流动并完全覆盖所有纤维。0061当然能组合图1至5所示的前述实施方案。0062作为该组合的实例，纤维1可包含保护套4，此外，第二纤维2能被引入至第一纤维1之间。此外，所有第一和第二纤维都能具有保护套，以避免纤维对纤维的接触。0063实施方案组合的另一实例是具有纤维1、2混合物的纤维补强的塑性材料，其中所述纤维1、2具有不同的直径，其中隔离物颗粒7附着于纤维表面。0064作为实施方案可能组合的再一实例，开凹槽的纤维LA能与包含颗粒6的基质材料3组合使用。开凹槽的纤维LA也能具有不同直径。0065由这些实施例变得显而易见的是，前述实施方案的其它组合是可行的。说明书CN102079843ACN102079846A1/1页7图1图2图3图4图5说明书附图CN102079843A。