Однонаправленный армирующий наполнитель, способ получения однонаправленного армирующего наполнителя и способ его применения - RU2016123846A

1. Однонаправленный армирующий наполнитель для производства армированных волокном композитных материалов способом закрытой формы, например литьевым прессованием полимера (RTM) или вакуумной инфузией, причем однонаправленный армирующий наполнитель (2, 4, 34, 120) содержит непрерывные однонаправленные ровинги (102), размещенные в продольном направлении армирующего наполнителя (120) и скрепленные друг с другом термопластичным и/или термореактивным связующим веществом, причем армирующий наполнитель (2, 4, 34, 120), имеющий два продольных края, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, отличается обособленными элементами (128, 138) для облегчения распределения смолы как в поперечном направлении, так и в направлении оси Z, при этом обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы проходят в поперечном направлении назад и вперед между продольными краями армирующего наполнителя, проходят между верхней и нижней поверхностями армирующего наполнителя (2, 4, 34, 120) и формируют каналы (100) распределения для смолы по своим сторонам.

2. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 1, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z представляет собой одно волокно или связанный пучок из нескольких волокон.

3. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 2, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z имеет диаметр или толщину под действием вакуумной инфузии или обжатия RTM от 100 до 300 мкм.

4. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z выполнен из полиамида (PA), сополимера полиамида или сополимера сложного полиэфира (co-PET) или представляет собой двухкомпонентное волокно, акриловое волокно или полиолефиновое волокно.

5. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z представляет собой двухкомпонентное моноволокно, имеющее плавкую наружную основу.

6. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся дополнительными элементами для облегчения, при смачивании пакета армирующих наполнителей (2, 4, 34, 120), пропитывания армирующего наполнителя (2, 4, 34, 120) смолой в направлении, поперечном направлению однонаправленных ровингов (102), причем элементы для облегчения пропитывания представляют собой тонкие обособленные элементы (6, 40) для формирования каналов распределения, расположенные поперек однонаправленных ровингов (102), при этом тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, формируют по своим сторонам поперечные каналы (10) распределения смолы, проходящие от одного продольного края однонаправленного армирующего наполнителя (2, 4, 34, 120) к его противоположному продольному краю.

7. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 6, отличающийся дополнительными нитями (42, 46) для закрепления тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, на однонаправленных ровингах, причем дополнительные нити (42, 46) проходят поперек тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и по ним, при этом каждая дополнительная нить (42, 46) проходит либо по верхней, либо по нижней поверхности армирующего наполнителя и за счет адгезии связывается с по меньшей мере однонаправленными ровингами.

8. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 7, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) связывают с однонаправленными ровингами за счет термопластичного и/или термореактивного связующего вещества.

9. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 6, отличающийся тем, что тонкий обособленный элемент (6, 40), формирующий каналы распределения, имеет диаметр или толщину под действием вакуумной инфузии или обжатия RTM от 100 до 300 мкм.

10. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 6, отличающийся тем, что тонкий обособленный элемент (6, 40), формирующий каналы распределения, выполнен из полиамида (PA), сложного полиэфира (PET), фенокси, сополимера полиамида или сополимера сложного полиэфира (co-PET) или из двухкомпонентного волокна, акрилового волокна или полиолефинового волокна.

11. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 6, отличающийся тем, что тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, представляют собой двухкомпонентные моноволокна, имеющие плавкую наружную основу.

12. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 7 или 8, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) имеют термопластичное и/или термореактивное связующее вещество для закрепления нитей (42, 46) на однонаправленных ровингах.

13. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 7, 8 или 12, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) размещены на расстоянии 5-50 мм друг от друга по горизонтали.

14. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 7, 8, 12 или 13, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) выполнены из стекловолокна, сложнополиэфирных, полиамидных, полиэфирных, арамидных, металлических или углеродных волокон, или натуральных волокон, или модифицированных натуральных волокон, или любой комбинации вышеуказанных волокон.

15. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 7, 8, 12 или 13, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) выполнены из того же материала, что и однонаправленные ровинги.

16. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 6-15, отличающийся тем, что тонкие обособленные элементы (6), формирующие каналы распределения, параллельны на поверхности (верхней поверхности или нижней поверхности), на которой они лежат, и расположены на однонаправленном армирующем наполнителе (2, 4, 34) с шагом 2-50 мм.

17. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что однонаправленные ровинги выполнены либо из искусственных, либо из натуральных волокон, т. е. из таких волокон как стекло, углерод, арамид, базальт, кенаф, сизаль, лен, пенька, джут и льняная пряжа или любая их комбинация.

18. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что термопластичное и/или термореактивное связующее вещество представлено в форме полотна, ткани, сухого порошка, дисперсии или раствора, и/или его нагревают для снижения вязкости.

19. Однонаправленный армирующий наполнитель для изготовления армированных волокном композитных материалов с применением способа закрытой формы, например способа литьевого прессования полимера (RTM) или вакуумной инфузии, причем однонаправленный армирующий наполнитель (2, 4, 34) содержит непрерывные однонаправленные ровинги, размещенные в продольном направлении армирующего наполнителя и связанные между собой термопластичным и/или термореактивным связующим веществом, причем армирующий наполнитель (34) имеет два продольных края, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность и снабжен элементами, которые при пропитке пакета армирующих наполнителей (2, 4, 34) облегчают проникновение смолы в армирующий наполнитель (2, 4, 34) в направлении, поперечном направлению однонаправленных ровингов, причем облегчающие пропитку элементы представляют собой обособленные тонкие элементы (6, 40) для формирования каналов распределения смолы в поперечном направлении относительно ориентации однонаправленных ровингов на по меньшей мере одной из верхней и нижней поверхности армирующего наполнителя (2, 4, 34), при этом тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, образуют по обе стороны от себя поперечные каналы (10) распределения смолы, проходящие от одного продольного края однонаправленного армирующего наполнителя (2, 4, 34) до его противоположного продольного края, и тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, закреплены на однонаправленных ровингах при помощи дополнительных нитей (42, 46), проходящих поперек тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и по ним, при этом каждая дополнительная нить (42, 46) проходит по одной такой поверхности армирующего наполнителя, которая имеет уложенные на ней тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, и дополнительные нити (42, 46) за счет адгезии связываются с по меньшей мере однонаправленными ровингами.

20. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 19, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) связывают с однонаправленными ровингами за счет термопластичного и/или термореактивного связующего вещества.

21. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 19, отличающийся тем, что тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, представляют собой моноволокна.

22. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 19, 20 или 21, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) имеют термопластичное и/или термореактивное связующее вещество для закрепления нитей (42, 46) на однонаправленных ровингах.

23. Однонаправленный армирующий наполнитель по пп. 19, 20, 21 или 22, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) размещены на расстоянии 5-70 мм друг от друга по горизонтали.

24. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 19-23, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) выполнены из стекловолокна, сложнополиэфирных, полиамидных, полиэфирных, натуральных, модифицированных натуральных, металлических, арамидных или углеродных волокон или из того же материала, что и однонаправленные волокна, или из любой их комбинации.

25. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 19-24, отличающийся тем, что тонкие обособленные элементы (6), формирующие каналы распределения, параллельны на одной поверхности, на которой они лежат, и расположены на однонаправленном армирующем наполнителе (2, 4, 34) с шагом 2-50 мм.

26. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 10-25, отличающийся тем, что однонаправленные ровинги выполнены либо из искусственных, либо из натуральных волокон, т. е. из таких волокон, как стекло, углерод, арамид, базальт, кенаф, сизаль, лен, пенька, джут и льняная пряжа или любая их комбинация.

27. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 19-26, отличающийся тем, что термопластичное и/или термореактивное связующее вещество представлено в форме сухого порошка, дисперсии или раствора, или его нагревают для снижения вязкости.

28. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 19-27, отличающийся элементами (128; 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z в однонаправленном армирующем наполнителе.

29. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 28, отличающийся тем, что обособленные элементы (128; 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z размещены с возможностью прохождения в поперечном направлении вперед и назад между двумя продольными краями армирующего наполнителя и перемещения между верхней и нижней поверхностями однонаправленного армирующего наполнителя в направлении, поперечном однонаправленным ровингам (102).

30. Однонаправленный армирующий наполнитель по п. 28 или 29, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z представляет собой одно волокно или связанный пучок из нескольких волокон.

31. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 28-30, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z имеет диаметр или толщину под действием вакуумной инфузии или обжатия RTM от 100 до 300 мкм.

32. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 28-31, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z выполнен из полиамида (PA), сложного полиэфира (PET), фенокси, сополимера полиамида или сополимера сложного полиэфира (co-PET) или из двухкомпонентного волокна, акрилового волокна или полиолефинового волокна.

33. Однонаправленный армирующий наполнитель по любому из предшествующих пп. 28-31, отличающийся тем, что обособленный элемент (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z представляет собой двухкомпонентное моноволокно, имеющее плавкую наружную основу.

34. Способ получения однонаправленного армирующего наполнителя для производства армированных волокном композитных материалов с помощью способа закрытой формы, например способа литьевого прессования полимера или вакуумной инфузии, отличающийсяэтапами, на которых:

a) непрерывные ровинги укладывают однонаправленно, бок о бок в по меньшей мере два листа (122', 122'');

b) листы (122', 122'') удерживают раздельно в вертикальном направлении при помощи вертикального зазора между листами (122', 122'');

c) однонаправленные ровинги каждого листа (122', 122'') организуют в группы ровингов, между которыми имеются пустые промежутки, причем каждая группа имеет по меньшей мере один ровинг;

d) в вертикальный зазор между листами (122', 122'') вводят обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z;

e) обеспечивают прохождение обособленных элементов (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z в поперечном направлении назад и вперед между продольными краями листов (122', 122'');

f) листы (122', 122'') и расположенные между ними обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z подают между элементами для формирования листов в единое полотно (120), которое имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z перемещаются между группами ровингов и между верхней и нижней поверхностями единого полотна (120);

g) после этапа a) на листы (122', 122'') наносят термопластичное и/или термореактивное связующее вещество (блок 124); и

h) обеспечивают активацию связующего вещества для связывания ровингов и формирования однонаправленного армирующего наполнителя (34).

35. Способ по п. 34, отличающийся тем, что зазор удерживается постоянно открытым.

36. Способ по п. 34, отличающийся тем, что на этапе g) листы (122', 122'') и находящиеся между ними обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z подают между двумя валками (132, 134).

37. Способ по п. 34, отличающийся тем, что на этапе d) имеется два листа - верхний лист (122'') и нижний лист (122'), и организация групп образующих листы ровингов (122', 122'') в гребне (126) происходит таким образом, что каждая группа ровингов верхнего листа (122'') находится над каждым пустым промежутком нижнего листа (122'), и наоборот.

38. Способ по п. 34, отличающийся тем, что после этапа g):

1. тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, укладывают (блок 26) в направлении, поперечном направлению однонаправленных ровингов, на непрерывные однонаправленные ровинги;

2. на этапе h) связывают (блок 28) тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, на непрерывных однонаправленных ровингах.

39. Способ по п. 38, отличающийся тем, что тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, имеют внешний слой, содержащий связующее вещество, или тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, представляют собой двухкомпонентные формирующие элементы.

40. Способ по п. 38, отличающийся тем, что после этапа 1):

• дополнительные нити (42, 46) укладывают поперек тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и на них, на ровинги и на по меньшей мере одну из верхней поверхности и нижней поверхности армирующего наполнителя; и

• дополнительные нити (42, 46) связывают с тонкими обособленными элементами (6, 40), формирующими каналы распределения, на ровингах на этапе 1) либо на ровингах и на тонких обособленных элементах (6, 40), формирующих каналы распределения, на отдельном этапе после этапа 1).

41. Способ по пп. 39 и 40, отличающийся тем, что дополнительные нити (42, 46) связывают на непрерывных ровингах за счет активации связующего вещества.

42. Способ по п. 40, отличающийся укладыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и связыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и дополнительных нитей (42, 46) с ровингами за счет повторной активации связующего вещества.

43. Способ по п. 40, отличающийся укладыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и связыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и дополнительных нитей (42, 46) с ровингами за счет использования и активации дополнительного связующего вещества.

44. Способ по любому из предшествующих пп. 40-43, отличающийся нанесением дополнительного связующего вещества на дополнительные нити (42, 46) перед укладкой дополнительных нитей (42, 46) на тонких обособленных элементах (6, 40), формирующих каналы распределения, и однонаправленных ровингах.

45. Способ по любому из предшествующих пп. 40-44, отличающийся тем, что после связывания ровингов с образованием однонаправленного армирующего наполнителя следуют этапы наматывания однонаправленного армирующего наполнителя, разматывания однонаправленного армирующего наполнителя и последующей укладки тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и дополнительных нитей (42, 46) на армирующем наполнителе и их связывания.

46. Способ по любому из предшествующих пп. 40-44, отличающийся тем, что после связывания ровингов с образованием однонаправленного армирующего наполнителя и связывания тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, на однонаправленных ровингах следуют этапы наматывания однонаправленного армирующего наполнителя, разматывания однонаправленного армирующего наполнителя и последующей укладки дополнительных нитей (42, 46) на армирующем наполнителе и их связывания.

47. Способ по п. 40, отличающийся тем, что активация связующего вещества содержит по меньшей мере одно из плавления связующего вещества, распыления растворителя и выпаривания растворителя из связующего вещества.

48. Способ получения однонаправленного армирующего наполнителя для производства армированных волокном композитных материалов с помощью способа закрытой формы, например способа литьевого прессования полимера или вакуумной инфузии, отличающийсяэтапами, на которых:

a) непрерывные ровинги укладывают однонаправленно, бок о бок в по меньшей мере один лист (20, 122', 122ʺ), имеющий два продольных края, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность;

b) тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, укладывают (блок 26) в направлении, поперечном направлению однонаправленных ровингов, на непрерывных ровингах на по меньшей мере одной из верхней поверхности и нижней поверхности по меньшей мере одного листа (20, 122', 122ʺ);

с) дополнительные нити (42, 46) укладывают поперек тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и на них, а также на ровинги, причем каждая дополнительная нить проходит по одной такой поверхности по меньшей мере одного листа (20, 122', 122ʺ), на которой уложены тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения;

d) после этапа a) на по меньшей мере один лист (20, 122', 122ʺ) наносят термопластичное и/или термореактивное связующее вещество (блок 24);

e) активируют связующее вещество для связывания ровингов с образованием однонаправленного армирующего наполнителя (34), имеющего два продольных края, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность;

f) тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, связывают (блок 28) на непрерывных однонаправленных ровингах либо на этапе e) либо на отдельном этапе после этапа e);

g) дополнительные нити (42, 46) связывают с тонкими обособленными элементами (6, 40), формирующими каналы распределения, на ровингах на этапе f) либо на ровингах и на тонких обособленных элементах (6, 40), формирующих каналы распределения, на отдельном этапе после этапа f).

49. Способ по п. 48, отличающийся тем, что на этапе a):

1. непрерывные ровинги укладывают однонаправленно в по меньшей мере два листа (122', 122'');

2. листы (122', 122'') удерживают раздельно в вертикальном направлении при помощи вертикального зазора между листами (122', 122'').

50. Способ по пп. 48 и 49, отличающийся тем, что после этапа a):

1. однонаправленные ровинги каждого листа (122', 122'') организуют в группы ровингов, между которыми имеются пустые промежутки, причем каждая группа имеет по меньшей мере один ровинг;

2. в вертикальный зазор между листами (122', 122'') вводят обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z;

3. обеспечивают прохождение обособленных элементов (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z в поперечном направлении назад и вперед между продольными краями листов (122', 122''); и

4. листы (122', 122'') и расположенные между ними обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z подают между элементами для формирования листов в единое полотно (120), которое имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем обособленные элементы (128, 138) для облегчения распределения смолы в направлении оси Z перемещаются между группами ровингов и между верхней и нижней поверхностями единого полотна (120).

51. Способ по п. 48, отличающийся тем, что тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, имеют внешний слой, содержащий связующее вещество, или тонкие обособленные элементы (6, 40), формирующие каналы распределения, представляют собой двухкомпонентные формирующие элементы, при этом как формирующие элементы (6, 40), так и дополнительные нити (42, 46) связаны на непрерывных ровингах за счет активации связующего вещества на стадии e).

52. Способ по п. 48, отличающийся укладыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, после этапа e) и связыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и дополнительных нитей (42, 46) с ровингами за счет повторной активации связующего вещества.

53. Способ по п. 48, отличающийся укладыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, после этапа e) и связыванием тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и дополнительных нитей (42, 46) с ровингами за счет использования и активации дополнительного связующего вещества.

54. Способ по любому из предшествующих пп. 48-51, отличающийся нанесением дополнительного связующего вещества на дополнительные нити (42, 46) перед укладкой дополнительных нитей (42, 46) на тонких обособленных элементах (6, 40), формирующих каналы распределения, и однонаправленных ровингах.

55. Способ по любому из предшествующих пп. 48-52, отличающийся тем, что после связывания ровингов на этапе e) с образованием однонаправленного армирующего наполнителя следуют этапы наматывания однонаправленного армирующего наполнителя, разматывания однонаправленного армирующего наполнителя и последующей укладки тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, и дополнительных нитей (42, 46) на армирующем наполнителе и их связывания.

56. Способ по любому из предшествующих пп. 48-52, отличающийся тем, что после связывания ровингов с образованием однонаправленного армирующего наполнителя на этапе e) и после связывания тонких обособленных элементов (6, 40), формирующих каналы распределения, на однонаправленных ровингах на этапе f) следуют этапы наматывания однонаправленного армирующего наполнителя, разматывания однонаправленного армирующего наполнителя и последующей укладки дополнительных нитей (42, 46) на армирующем наполнителе и их связывания.

57. Способ по п. 48, отличающийся тем, что активация связующего вещества содержит по меньшей мере одно из плавления связующего вещества, распыления растворителя и выпаривания растворителя из связующего вещества.

58. Применение однонаправленного армирующего наполнителя по любому из пп. 1-18 или 19-33 при производстве полок лонжеронов для лопастей ветроэнергетических установок.

59. Применение однонаправленного армирующего наполнителя по любому из пп. 1-18 или 19-33 при производстве одноосевых или многоосевых заготовок или армирующих изделий.