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TWI529273B - 縫合的多軸防皺布 - Google Patents

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TWI529273B
TWI529273B TW100109329A TW100109329A TWI529273B TW I529273 B TWI529273 B TW I529273B TW 100109329 A TW100109329 A TW 100109329A TW 100109329 A TW100109329 A TW 100109329A TW I529273 B TWI529273 B TW I529273B
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knitting
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Inventor
羅尼 渥卡茲
Original Assignee
東邦特耐克絲歐洲股份有限公司
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Description

縫合的多軸防皺布
本發明係關於一種多軸防皺布，其係由至少兩層複絲強化紗疊置層所構成，該等紗在層內係彼此平行配置並且一起平行鄰接，其中在一個層以及鄰近層內的強化紗係藉由縫線彼此相連接及彼此相對固定，該縫線彼此平行延伸且以針織線圈寬度w彼此分離，其中縫線形成具有針織線圈長度為s之針織線圈，並且其中防皺布的零度方向是由縫線來界定，並且其中這些層的強化紗係相對於防皺布的零度方向為對稱配置，相對於它們的延伸方向，與零度方向形成夾角α。
多軸防皺布在市場上早為已知。多軸防皺布被認為是由數個疊置纖維層所製得之結構，其中纖維層係由彼此平行配置之強化紗薄片所製得。這些疊置的纖維層可以經由數個彼此平行配置之縫線或針織線彼此相連及縛牢，並且彼此平行導紗以形成針織紗圈，使得該多軸防皺布得以依這種方式穩定化。這些縫線或針織線因而形成了多軸防皺布的零度方向。
這些纖維層的疊置方式係使得強化纖維層彼此平行定向或交互交叉。這些夾角幾乎都可以調整。然而，通常對於多軸防皺布而言，其角度設定為0°,90°，加或減25°，加或減30°，加或減45°，或者是加或減60°，並且所 選擇的結構可使其相對於零度方向上能形成對稱之結構。這種類型的多軸防皺布可以藉由，例如，標準經編織布機或是縫編機來製造。
使用多軸防皺布所製得的纖維複合組件非常適合直接抵消經由組件之應力方向所引入的力量，因而可以確保高的韌度。有關於纖維密度及纖維角度方面，在多軸防皺布中調適組件中所出現的負載方向可以得到低的比重。
可以使用多軸防皺布係因為其結構特別適合用於複雜構造之製造。因此防皺布沒有將基質材料置於模中，並且(例如)為了塑形，而利用升溫的方式調整成輪廓。在冷卻之後，可獲得一種穩定所謂的預型體，可以在後續將用於製造複合組件所需的基質材料經由灌注或注射的方式引入該預型體中，或者是也透過施加真空的方式。在這種情況下的已知方法為所謂的液體塑模(LM)方法，或是相關之方法，如樹脂轉移塑模(RTM)、真空輔助樹脂轉移塑模(VARTM)、樹脂薄膜灌注(RFI)、液體樹脂灌注(LRI)或是樹脂灌注可撓性工具(RIFT)等方法。
對於預型體的某一方面而言，重要的是層內的纖維以及各個纖維層能夠彼此牢牢固定，並且達到充分的程度。另一方面，在所需的三維塑形方面，希望該多軸防皺布能有良好的懸垂性。最後，還有一點很重要的是，被塑形成預型體的多軸防皺布可以很容易的被基質樹脂穿透，其係經由上述所列的方法來引入。
多軸防皺布及其製造方法曾描述於例如DE 102 52 671 C1、DE 199 13 647 B4、DE 20 2004 007 601 U1、EP 0 361 796 A1或US 6 890 476 B3中。依照DE 10 2005 033 107 B3，係生產由單向排列纖維或纖維束製成之初始個別蓆墊，其中該纖維或纖維束係藉由綁紮線來固定針跡，並且所有的綁紮線包覆及固定唯一的纖維或唯一的纖維束。在第二個步驟中，以這種方式生產的多個蓆墊層彼此之間以不同的角度來疊置並且彼此相連接。
EP 1 352 118 A1揭露了多軸防皺布，其中的強化纖維層係藉由可熔的縫紉紗固定在一起，依照EP 1 352 118 A1中的一個實施實例，使用可熔紗可使得層在多軸防皺布的塑形期間(在縫線熔點以上的溫度之下)能夠相對於另一層偏移，以及在熔點以下進行的後續冷卻期間使形狀穩定化。如此一來，縫紉針織紗圈如原位結合工具般行使功能。依照EP 1 352 118 A1中所述，縫線中的張力可導致複合物中開始形成通道區，而使得基質樹脂的滲入情形更佳。將複合結構加熱至縫紉紗的熔點之上，可使得縫紉紗的張力降低，其結果可造成強化纖維波紋的降低。依照EP 1 352 118 A1中所述，防皺布中之縫線部分較佳必需在0.5-10重量%的範圍內。
通常，係使用熱塑性聚合物來製成縫線，如聚醯胺或聚酯，例如在EP 1 057 605 B1中所揭露。依照來自US 6 890 476 B1的資訊，所使用的線具有的線密度大約為70 分特克絲。WO 98/10128揭露了由數個疊置的強化纖維層所製得之多軸防皺布，其係以一個角度置放，該層係經由縫線使得彼此縫合或編織在一起。WO 98/10128揭露了多軸防皺布，其中縫線的針織紗圈鏈具有每25.4毫米(=1英吋)寬5列的針織機規格，並且針織線圈寬度一般是在大約3.2至大約6.4毫米(1/8-1/4英吋)的範圍內。此處所使用縫線的線密度至少約為80分特克絲。還有在US 4 857 379 B1中，係藉由針織或編織的方法，以(例如)聚酯製成的紗來連接強化紗，其中所使用的紗的線密度為50至3300分特克絲。
DE 198 02 135係關於防彈用之多軸防皺布，其中各別彼此平行排列的經線和緯線之疊置層係藉由綁紮線彼此連接。對於DE 198 02 135號中所示的多軸防皺布而言，互相平行的線之間彼此有一段距離，並且藉由綁紮線分別纏繞經線或緯線的方式來形成環圈。對於所使用的綁紮線而言，其線密度是在140至930分特克絲的範圍內。對於WO 2005/028724所揭露之多軸防皺布而言，數層具有高線密度且單方向或彼此平行排列之強化線彼此之間係藉由綁紮線相連接，該綁紮線係交織在該強化紗之間，並且環繞個別的強化紗。在這些層之內，強化紗係彼此分離。作為綁紮線(binding threads)，使用例如由具有線密度為75丹尼的聚乙烯醇所製成的紗、或者是具有線密度為1120丹尼的基於聚胺基甲酸酯的彈性紗。
為了改善，例如，織物的浸漬能力或者是改善，例如耐衝擊強度，隨機置放的纖維墊或非織物、或定長纖維織物或墊也可一定程度上放置在由強化纖維所製得的層之間。這種具有像墊子一樣之中間層的多軸防皺布曾在，例如，DE 35 35 272 C2、EP 0 323 571 A1或US 2008/0289743中描述。
結果顯示，目前的多軸防皺布絕對可以具有良好的懸垂性，並且它們對基質樹脂的浸漬能力可以令人滿意。對於使用多軸防皺布所製造的組件而言，在撓曲強度或抗張強度方面，可以達成良好的特性數值水準。然而，這些組件通常在壓縮應力和衝擊應力方面卻呈現出不佳的特性數值水準。
到目前為止，在壓縮負載和衝擊負載的情況下，機械韌度不佳的缺點已變的相當嚴重，就算是如前面所述，利用稍微較早已建立的所謂預浸體技術可得到材料(特別是複雜成分)的較佳適合性，但因而要花更多的時間以及較高的生產成本。
因此，對於能改善成分或材料之特性的多軸防皺布有所需求，特別是在壓縮和衝擊負載的條件之下。
本發明的目的之一即是提供一種多軸防皺布，其可以製造出在壓縮或衝擊負載條件之下具有改良特性的纖維複合組件。
本目的係藉由一種多軸防皺布來達成，該多軸防皺布係由至少兩層複絲強化紗疊置層所構成，該等紗在層內係彼此平行配置並且一起平行鄰接，其中在一個層以及鄰近層內的強化紗係藉由形成針織紗圈之縫線彼此相連接及彼此相對固定，該針織紗圈彼此平行延伸且以針織線圈寬度w彼此分離，其中縫線形成具有針織線圈長度為s之針織線圈，並且該防皺布的零度方向是由縫線來界定，其中這些層的強化紗係相對於防皺布的零度方向為對稱配置，相對於它們的延伸方向，與零度方向形成夾角α，該夾角不等於90°或0°，並且其中該多軸防皺布之技術特徵在於縫線具有的線密度是在10至35分特克絲的範圍內。
如果多軸防皺布中的縫線之線密度是在本發明所要求的範圍內時，在壓縮負載的穩定性方面特別會呈現出明顯的改善。截至目前為止，這種類型的細縫線尚未使用於多軸防皺布中。令人驚訝的發現，藉由在多軸防皺布中使用具有本發明所要求線密度之縫線，可以使得所製成之複材的穩定性明顯增加。此係歸因於，相較於已知的多軸防皺布，各別纖維層的纖維結構很明顯的被均質化了。特別是，已觀察到強化紗的絲線與舊有技術之防皺布的情況相比其將呈現出更直的緯圈(course)。縫線具有的線密度較佳是在10至30分特克絲的範圍內，線密度特佳是在15至25分特克絲的範圍內。已知可使用具有低線密度的紗做為生產紡織編織料之針織線，例如外衣(如運動夾克)用的 雙彈可熔性裡襯。這種類型的可熔性裡襯在(例如)DE 93 06 255 U1中有所描述，然而，其中的針織線纏繞著織物底料的經線和緯線。這也適用於WO 2006/055785之汽車防制系統(安全氣囊)用織物，其中有一層經向置放之紗與一層緯向置放之紗藉由具有低線密度之針織線使彼此連接。
由複絲強化紗所構建之本發明防皺布的各個單獨層可以藉由標準的方法及設備來生產，並且相對於零度方向以固定的角度來疊置。在本領域已知的機器為LIBA機或Karl Mayer機。藉由這種方式，強化紗也可以彼此鄰接的方式定位於層內，亦即它們可以無間隙的方式相鄰。
然而，本發明之多軸防皺布也可能包含由複絲強化紗預先製造的單向編織織物所製成。對於這些單向織物而言，彼此平行排列並且形成層之強化紗係藉由鬆散綁紮線製成之鏈來彼此連接，其主要係橫向延伸至強化紗。這種類型的單向織物在(例如)EP 0 193 479 B1或EP 0 672 776號中有所描述，有關其揭露內容將完整詳細參照。
在強化纖維或強化紗方面，可考慮纖維複合技術領域中通常使用的纖維或紗。在本發明之多軸防皺布中所使用的絲線強化紗較佳為碳纖維、玻璃纖維、或芳醯胺紗，或者是高級UHMW聚乙烯紗，並且特佳為碳纖維紗。
本發明之防皺布在其層結構方面為對稱的。這代表在本發明之多軸防皺布中，層中之強化紗相對於零度方向形 成正α夾角的層數目與層中之強化紗相對於零度方向形成負α夾角的層數目是相同的。因此，本發明之多軸防皺布可以(例如)具有一種具有+45°、-45°、+45°及-45°層之結構。通常，用於多軸防皺布的夾角α是在±20°至大約±80°的範圍內。典型的夾角α為±25°、±30°、±45°及±60°。在本發明之防皺布的一個較佳實施實例中，相對於零度方向之夾角α的絕對數值是在15°至75°的範圍內。
同時為了在後續組件中能容納(例如)進一步的應力方向，本發明之多軸防皺布較佳是也包括複絲強化紗的層，其中該強化紗相對於零度方向形成0°的夾角和/或包括相對於零度方向形成90°夾角的強化紗層。這些0°和/或90°之層較佳係位於以α夾角定向的層之間。然而，也可能是具有以下方向之結構：90°、+30°、-30°、0°、-30°、+30°、90°，亦即外層為90°層形成之結構。
在使用本發明之多軸防皺布所生產複合組件的壓縮負載和/或衝擊負載的韌度方面，我們驚訝的發現，如果縫線的針織線圈長度s係由針織線圈寬度w以及本發明之多軸防皺布中之強化紗的夾角α1來決定而滿足下述關係式(I)和(II)時，可以達到特別良好等級的韌度： 且 其中乘數B可以假設在0.9B1.1的範圍內，並且n可以假 設為0.5、1、1.5、2、3、或4之數值，由此也對於w．|tan α1|/2.3之小的值而言，針織線圈長度s係介於方程式(I)所要求的範圍內。針織線圈寬度w，亦即縫線之間的距離藉此以毫米來表示。
夾角α1被認為是：當由上方俯視時，配置多軸防皺布的第一層的強化紗之相對於零度方向的夾角，其強化紗相對於零度方向具有不同於90°及0°的夾角。如果多軸防皺布的最頂層或最頂數層的強化紗對於零度方向具有90°或0°的夾角，則考慮在該層或這些層下方所配置的第一層，其強化紗具有不同於90°及0°的夾角。
在檢視纖維結構時，亦即多軸防皺布層中的複絲強化紗之纖維或絲的緯圈，結果發現，藉由遵守(I)和(II)之關係式可得到非常平整的纖維緯圈，其具有明顯降低波紋的紗及明顯降低紗束之間外觀的間隙。基於此，重要的是沿著紗束或纖維股之緯圈，縫線在纖維股寬度方向上的不同位置上刺穿纖維股。如設定之針織線圈長度和針織線圈寬度的數值落在(I)和(II)之關係式所界定的範圍之外時，通常會觀察到沿著強化紗延伸部分之縫線的貫穿基本上會發生在該線或纖維絲之間或者是纖維股或強化紗的區域之間。因此，這將導致紗緯圈中明顯的波紋或起伏，並且導致在纖維絲之間形成間隙。
整體而言，經研究發現，當依照本發明使用具有低線密度之縫線且當符合上述關係式(I)和(II)時，由強化紗層 的上方俯視，縫線在防皺布中的刺穿點所造成之纖維撓曲，亦稱為起伏角，可以降低高達約25%。在此同時，所造成的起伏區域，亦即纖維絲或線呈現出撓曲的區域或範圍，可以降低約40%，並且纖維之間的自由空間(其將導致區域具有較高樹脂比例及降低組件的韌度)因而被明顯地降低。
在此同時，參考以本發明多軸防皺布為基的複合積層之顯微圖片，可以發現，使用具有低線密度之較佳縫線，令人驚訝的，在平行於強化紗層延伸部分及垂直於強化紗延伸部分的觀察方向上，可以使強化線的緯圈明顯的均質化。因此，藉由使用線密度為23分特克斯之縫線，可以使得強化紗之纖維絲實質上為直線緯圈。如果使用之縫線具有的線密度是在本發明所要求的範圍之外時，例如48分特克斯，當觀看所述複合積層的橫截面時，所有的纖維絲呈現出非常不規則、具有變動振幅之波浪狀緯圈，該振幅的等級為一層強化線之厚度的大小。
針織線圈長度可在2毫米至4毫米的範圍內。當針織線圈長度大於4毫米時，將無法確保本發明之防皺布具有足夠之穩定性。相反的，低於2毫米時，在防皺布中將出現相當高數目的瑕疵。此外，多軸防皺布的生產經濟價值也會大幅降低。
通常用來製造防皺布的紗可被視為做為縫線的用途，只要它們具有本發明所需的線密度即可。縫線較佳為複絲 紗。縫線較佳係由聚醯胺、聚芳醯胺、聚酯、聚丙烯酸酯、聚羥基醚或是這些聚合物之共聚物所構成。這些縫線特佳係由聚酯、聚醯胺或聚羥基醚或這些聚合物之共聚物製得的複絲紗所構成。在後面的樹脂注入程序期間，所使用的縫紉紗可以(例如)在高於樹脂注入溫度但低於所使用樹脂之硬化溫度的溫度下熔解。這些紗也可以在硬化溫度下熔解。縫紉紗也可以是能在(例如)注入期間或者是在樹脂硬化期間溶解於基質樹脂中的類型。這種類型的縫線在(例如)DE 199 25 588、EP 1 057 605或US 6 890 476中有所描述，有關其揭露內容將完整詳細參照。
如果縫線在室溫下具有≧50%的斷裂伸長度是較為有利的。這是因為高的斷裂伸長度可以使得本發明之多軸防皺布的懸垂性改善，這意味著可以實現更複雜的結構或組件。在本發明的背景說明中，縫線也被認為並非經由縫紉而是經由其它形成針織紗圈或環圈的紡織方法(特別是經由針織方法)併入本發明多軸防皺布中的一種線。經由針織紗圈可使得縫線將多軸防皺布的層彼此連接，而針織紗圈可具有常用於多軸防皺布的梭織類型，如稜紋針織(tricot knit)或花邊梭織(fringe weave)。其中以花邊梭織為較佳。
在本發明之多軸防皺布的一個較佳實施實例中，非織物係置放在至少兩層強化紗層(亦即強化紗層)的頂端和/或之間，並且該非織物係藉由縫線與強化紗的層相連接。由 非方向性、短切纖維或定長纖維製成之紡織物可以用於非織物，或者是由連續絲線所製成的隨機堆疊層，該層必須經過施加(例如)溫度和經由加壓的方式來結合，使得絲線在接觸點熔解，因而形成非織物。在強化層之間使用非織物的優點最主要是在於較佳的懸垂性和/或多軸防皺布被基質樹脂滲入的能力更佳。為此目的，該種非織物可以是(例如)玻璃非織物或由碳纖維製成的非織物。
該非織物較佳係由熱塑性聚合物材料製造。如同先前已經解釋過的，這種類型的非織物在(例如)DE 35 35 272 C2、EP 0 323 571 A1、US 2007/0202762 A1或US 2008/0289743 A1中有所描述。藉由適當選擇熱塑性聚合物材料，非織物可以扮演用來提高耐衝擊強度的功能，並且不再需要以額外的方式添加至.基質材料以提高耐衝擊強度。在以基質材料滲入多軸防皺布的期間，該非織物必須具有充分的穩定性，但是它必須在後續的加壓和/或硬化溫度之下熔解。因此，該種形成非織物的熱塑性聚合物材料的熔點較佳是在80至250℃的範圍內。在以環氧樹脂做為基質材料的應用上，已證明較佳的選擇是由聚醯胺來製造非織物。
因此較佳的情況是，非織物包含具有不同熔點的兩種熱塑性聚合物成分，亦即，第一聚合物成分具有較低的熔點並且第二聚合物成分具有較高的熔點。因此，非織物可由具有不同熔點的單成分纖維之混合物所構成。然而，非 織物也可以由雙成分纖維，例如核/鞘纖維，構成，其中纖維的核心是由較高熔點的聚合物所製得，並且鞘是由較低熔點的聚合物所製得。
在以這種類型的混合非織物或雙成分非織物將本發明之多軸防皺布加工成預型體的期間，亦即多軸防皺布的塑形期間，藉由在成型期間適當的加熱，其溫度係高於較低熔點之非織物成分的熔點，但低於較高熔點之非織物成分的熔點，可以達到良好的可成形性，並且在冷卻之後，得到具有良好穩定性及固定的成型防皺布。類似於由雙成分纖維來製造非織物，非織物也可以由(例如)第二聚合物成分製得之纖維的隨機配置層來製造，其中第一聚合物成分係藉由(例如)噴霧或塗布的方式施加於第二聚合物成分之纖維上。塗布可以藉由浸漬第一聚合物成分之分散液或溶液的方式來進行，其中在浸漬之後，將分散液的液體部分或是溶劑予以去除。也可能是由第二聚合物成分製得之纖維所建構的非織物中含有微細顆粒狀的第一聚合物成分，其係嵌在第二聚合物成分的纖維之間。
在本發明之多軸防皺布的一個較佳實施實例中，形成非織物之第一聚合物，具有較高熔點，其熔點是在140至250℃的範圍內。同樣較佳的是，如果具有較低熔點的第二聚合物成分之熔點是在80至135℃的範圍內。
在另一個較佳實施實例中，非織物係以至少部分溶解於基質材料中的聚合物材料來製造。特佳的是，該聚合物 材料可溶於環氧樹脂、聚氰酸酯樹脂或苯并樹脂中。這些類型的非織物可參考(例如)US 2006/0252334或EP 1 705 269中所述。特佳的是由聚羥基醚製成的非織物，因為它會溶解於基質樹脂中，並且在硬化方法期間與基質樹脂交聯，以形成均勻的基質。
在一個同樣較佳的實施實例中，非織物係由具有較高熔點之第一聚合物成分及具有較低熔點的第二聚合物成分所構成，並且第二聚合物成分至少可部分溶解於基質材料中。特佳的是，熔點較低的第二聚合物成分可溶於環氧樹脂中。這種非織物較佳為混合非織物，亦即由具有不同熔點之單成分纖維之混合物製成的非織物。因此，具有較高熔點之第一聚合物成分的熔點是在140℃和250℃之間的範圍內。在此溫度之下，於基質樹脂注入的期間，含有第一聚合物成分的部分非織物通常只會在該溫度以上才會熔解。因為第一聚合物成分在樹脂注入溫度之下還不會熔解，因此在此階段可以確保多軸防皺布良好的尺寸一致性。
第一聚合物成分特佳是由聚醯胺均聚物或聚醯胺共聚物或者是聚醯胺均聚物和/或聚醯胺共聚物之混合物所製得。特別是，聚醯胺均聚物或聚醯胺共聚物為聚醯胺6、聚醯胺6,6、聚醯胺6,12、聚醯胺4,6、聚醯胺11、聚醯胺12，或是以聚醯胺6/12為基質之共聚物。
同樣較佳的是，如果非織物中的第二聚合物成分具有的熔點是在80至135℃的範圍內。在此同時，然而，如 同所解釋過的，它必須可溶於基質材料中。因此，第二聚合物成分特佳為聚羥基醚，其可在以這些基質樹脂滲入本發明之多軸防皺布的期間(亦即，例如在樹脂灌注方法的期間)，完全溶解於樹脂系統中，特別是溶解於環氧樹脂、氰酸酯樹脂或苯并樹脂中，並且接著與基質樹脂一起形成基質樹脂系統。相反地，第一聚合物成分不溶於基質系統中，並且在樹脂灌注方法的期間和之後以及在基質系統硬化之後仍維持原樣，包含它自己的相。
因此，在使用本發明之多軸防皺布所製造之複合組件的特性方面，特別是在其耐衝擊強度及其基質含量方面，較為有利的狀況是如果非織物含有第一聚合物成分的比例為20至40重量%且第二聚合物成分的比例為60至80重量%。整體而言，本發明之多軸防皺布中所含非織物的單位面積質量以在5至25克/平方公尺的範圍內為較佳，特佳的是單位面積質量在6至20克/平方公尺的範圍內。
本發明之多軸防皺布因為具有良好的懸垂性及良好的樹脂滲透性而顯得相當獨特。此外，它們生產出的成分能夠具有抵擋壓縮負載的高穩定性以及對衝擊負載具有高容忍性。因此，它們特別適合生產所謂的預型體，由該預型體可以製造出更複雜的纖維複合組件。因此，本發明特別是尚與用於製造纖維複合組件之預型體有關，其含有本發明之多軸防皺布。
本發明將以下列之附圖及實施例為基礎做更詳細的解 釋，其中本發明之範疇不會受到這些實施例的侷限。
第1圖和第2圖所顯示的是由上檢視縫合多軸防皺布之片段的照片，其中防皺布的最上層是可見的。藉此，第2圖呈現出的是第1圖所示的片段，但是為了更佳的表現而以負片的方式呈現，亦即在第1圖中的白色區域將在第2圖中呈現為黑色，並且在第1圖中的黑色區域將在第2圖中呈現為白色。由最上一層開始，碳纖維絲紗1在圖中可視為是由左到右運行，其中紗1係藉由縫線2彼此連接，以及與其下方的層連接，其由圖中並無法看出。在第1和第2圖中所示的多軸防皺布的片段是在平面旋轉45°，使得縫線不是在0°方向運行，而是以45°。藉由這種方式，碳纖維紗以相對於縫線為45°的夾角α1排列，在第1和2圖中的方向係由左至右。由於針織紗圈形成(花邊梭織)，縫線2以既定的距離(相當於針織線圈長度s)貫穿碳纖維絲紗1，其中縫線2彼此之間的距離為w，也就是針織線圈寬度。
縫線2貫穿多軸防皺布之各別層的結果會造成碳纖維紗1絲線之間的間隙3，並且發生纖維撓曲，由此可測定張角δ。由於碳纖維紗的絲線之間的纖維撓曲，造成了絲線之間的開放空間，其在本發明背景內容中觀察之平面的二維延伸被指定為起伏面積A。在這些開放空間中，後續組件中的樹脂比例會增加並且降低組件的韌度。
實施例1和2：
在多軸系統(“Cut&Lay”Carbon型，Karl Mayer紡織機械公司)上製造以碳纖維為基的多軸防皺布。為此，先由彼此相鄰平行置放並且彼此接觸的碳纖維紗(Tenax®-E IMS65 E23 24k 830分特克絲；Toho Tenax歐洲公司)製造初始個別獨立的層，其每單位面積的質量為134克/平方公尺。將兩個個別層疊置在一起，使得下層相對於多軸防皺布之製造方向的夾角α為+45°，並且上層的夾角α為-45°。這些疊置的個別層藉由縫線以花邊梭織的方式將彼此織在一起。用於實施例1中的縫線是由共聚醯胺所構成，並且其線密度為23分特克絲。在實施例2中，所使用的縫線是由聚酯所製成，線密度為35分特克絲。針步長度s為2.6毫米，並且針步寬度w為5毫米。
為評估依這種方式所製造之防皺布的品質，藉由解析度為720dpi之校準式反射光掃描器來產生防皺布表面之相片，並且使用自動分析軟體Auto5(Olympus)來進行光學影像評估。評估係針對縫線穿刺所造成的纖維撓曲，其特徵在於張角δ，以及針對由其所造成的起伏面積A，其對應於第2圖中所示之示意圖。所得之結果列於表1。
比較實施例1及2：
重覆實施例1之程序。然而，在比較實施例1中，使用的是線密度為48分特克絲的聚酯縫紉紗，並且在比較實施例2中，使用的是線密度為75分特克絲的聚酯縫紉 紗。因縫線穿刺所造成的纖維撓曲之結果，其特徵在於張角δ，以及由其所造成起伏面積A的結果亦皆列於表1。
實施例3和4：
為了測定不同線密度之縫紉紗對積層之機械特性的影響，以實施例1的方式來製造防皺布(類型1)，其係由彼此相鄰平行置放並且彼此鄰接的碳纖維紗(Tenax®-E IMS65 E23 24k 830分特克絲；Toho Tenax歐洲公司)所製得的兩個個別層(配向在+45°和-45°)來製造，這些層每單位面積的質量為134克/平方公尺。依照相同的方式，以配向為-45°和+45°之個別層來製造防皺布(類型2)。將類型1和類型2之防皺布的個別層藉由線密度為23分特克絲(實施例3)或35分特克絲(實施例4)的縫線使彼此縫合(針織)在一起，如實施例1中所述。
將具有+45°/-45°配向(類型1)之防皺布層和與其對稱具有-45°/+45°配向(類型2)之防皺布層藉由疊置的方式結合在一起，形成四層個別的層堆，而產生積層片。重覆進行此方法，並且利用這種方式建構出總共八個這種四個疊置個別層的堆疊，使得整個堆疊包含總共32層。藉由這種程序，產生一種藉由23分特克絲的縫線(實施例3)使彼此織在一起的堆疊，以及藉由35分特克絲的縫線(實施例4)使彼此織在一起的堆疊。
將所產生的堆疊進一步經由樹脂灌注至積層片的方式來加工處理。使用的樹脂系統為來自Hexcel的HexFlow RTM6環氧樹脂系統，其係在180℃硬化。在灌注並且硬化之後，所產生積層片的總厚度為4.0毫米，並且纖維體積含量為60體積%。
將積層片旋轉45°，使得碳纖維配向在0°及90°。測試樣品係由所製得的積層片依照DIN EN 6036-II來製造，該測試樣品的邊緣係向積層片中之碳纖維的方向延伸，亦即在測試樣品中的纖維配向為90°/0°。所製得之測試樣品的壓縮強度係使用測試機Zwick Z250來測定，其係依照DIN EN 6036。其結果彙總於表2。
除此之外，針對積層片攝取在垂直於個別層之表面延伸方向及平行於碳纖維的0°配向方向上之橫截面顯微圖片。這些顯微圖片彙總於表3。當使用23分特克絲和35分特克絲之縫線時，碳纖維在0°配向方向(在顯微圖中為淡色 的線條)上呈現出良好的筆直性，亦即碳纖維不會或只有一點點偏離直線。
比較實施例3：
重覆實施例3之程序。然而，為製造具有+45°/-45°配向(類型1)之防皺布及與其對稱具有-45°/+45°配向(類型2)之防皺布，在比較實施例3中使用線密度為48分特克絲之縫線。
對於比較實施例3而言，也一樣針對垂直於個別層之表面延伸方向及平行於碳纖維的0°配向方向上之橫截面來攝取顯微圖片。比較實施例3的顯微圖片也是彙總於表3。將48分特克絲的縫線用於比較實施例3的積層片，會造成相當紊亂的影像：碳纖維在0°配向方向(在顯微圖中為淡色的線條)上呈現出明顯波浪狀的緯圈，亦即，有部分明顯偏離直線緯圈。由於縫線較厚，碳纖維垂直於個別層的延伸方向會有波浪起伏。這種偏離碳纖維直線緯圈的型態可能是因為壓縮強度降低所造成。
實施例5至7：
重覆實施例1和實施例3之程序，其中使用的縫線之線密度為23分特克絲。在維持針織線圈寬度w為5毫米的同時，改變針織線圈長度，並且針織線圈長度被設定為3.1毫米(實施例5)、2.5毫米(實施例6)及2.2毫米(實施例7)。
結果發現，所獲得壓縮強度的數值整體係維持在高的水準，這是因為使用線密度為23分特克絲之低線密度縫線的緣故。然而，來自實施例6的積層，其用於製造防皺布的針織線圈寬度被設定為2.5毫米，具有最低的壓縮強度。值得注意的是，5毫米針織線圈寬度剛好為2.5毫米針織線圈長度的兩倍，因此其針織線圈寬度為針織線圈長度的整數倍。此將導致，在夾角為+45°或-45°之碳纖維的 配向上，縫線有高度危險會沿著它的長度方向在其寬度方向之上的相同位置上貫穿至碳纖維紗中。結果將使得碳纖維紗沿著其整個長度方向上分紗，其將導致在纖維配向的方向上，於壓縮應力之下的力分佈縮減。
1‧‧‧碳纖維紗
2‧‧‧縫線
3‧‧‧間隙
s‧‧‧針織線圈長度
w‧‧‧針織線圈寬度
A‧‧‧起伏面積
δ‧‧‧張角
第1圖呈現的是由上方檢視縫合多軸防皺布之片段的放大照片。
第2圖呈現的是由上方檢視第1圖所示之縫合多軸防皺布之片段的圖示(負片圖)。

Claims (14)

  1. 一種多軸防皺布(multiaxial non-crimp fabric)，其係由至少兩層複絲強化紗疊置層所構成，該等紗在層內係彼此平行配置並且一起平行鄰接，其中在一個層以及鄰近層內的強化紗係藉由形成針織紗圈(stitches)之縫線彼此相連接及彼此相對固定，該針織紗圈彼此平行延伸且以針織紗圈寬度w彼此分離，其中縫線形成具有針織紗圈長度為s之針織線圈，並且該防皺布的零度方向是由縫線來界定，並且其中這些層的強化紗係相對於防皺布的零度方向為對稱配置，相對於它們的延伸方向，與零度方向形成夾角α，該夾角不等於90°或0°，其特徵在於縫線具有的線密度是在10至35分特克絲(dtex)的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之多軸防皺布，其中相對於零度方向之夾角α的絕對值是在15°至75°的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中該防皺布還包含：複絲強化紗之層，其中強化紗相對於零度方向形成0°的夾角；和/或層，其中強化紗相對於零度方向形成90°的夾角。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中縫線的針織紗圈長度s係由針織紗圈寬度以及強化紗的角度α 1 來決定，並且滿足關係式(I)和(II)： 其中w=針織紗圈寬度[毫米]，0.9B1.1並且n=0.5、1、1.5、2、3、或4，並且其中夾角α1被認為是：當由上方俯視時，配置多軸防皺布的第一層的強化紗之相對於零度方向的夾角α，其強化紗相對於零度方向具有不同於90°及0°的夾角。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中縫線在室溫下具有≧50%的斷裂伸長度。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中縫線具有的線密度在10至30分特克絲的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中縫線為聚酯、聚醯胺或聚羥基醚或者是這些聚合物之共聚物所製得之複絲紗。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中複絲強化紗為碳纖維、玻璃纖維、或芳醯胺紗，或者是高級UHMW聚乙烯紗。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之多軸防皺布，其中非織物係配置在至少兩個層之上和/或之間。
  10. 如申請專利範圍第9項之多軸防皺布，其中非織物具有的單位面積質量是在5至25克/平方公尺的範圍內。
  11. 如申請專利範圍第9項之多軸防皺布，其中非織物包括具有不同熔點之熱塑性聚合物成分。
  12. 如申請專利範圍第11項之多軸防皺布，其中具有較低熔點之聚合物成分的熔點是在80℃和135℃之間的範圍內。
  13. 如申請專利範圍第11項之多軸防皺布，其中具有較高熔點之聚合物成分的熔點是在140℃和250℃之間的範圍內。
  14. 一種用於製造複合組件之預型體(preform)，其特徵在於其包含如申請專利範圍第1至13項中任一項之多軸防皺布。
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