Способ укладывания промежуточного материала, позволяющий обеспечить когезию последнего, способ получения многослойной системы, предназначенной для изготовления композиционных изделий из промежуточного материала

Способ укладывания промежуточного материала, позволяющий обеспечить когезию последнего, способ получения многослойной системы, предназначенной для изготовления композиционных изделий из промежуточного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к технической области усиливающих материалов, подходящих для создания композиционных изделий. Более точно, способы и применения позволяют улучшить сопротивление расслаиванию материалов при их укладывании.

Изготовление композиционных деталей или изделий, то есть содержащих, с одной стороны, один или несколько армирующих элементов или слоев волокон, а с другой стороны, матрицу (которая чаще всего является в основном матрицей термоотверждаемого типа и может включать один или несколько термопластиков), может быть реализовано, например, способом, называемым прямым, или "LCM" (от английского Liquid Composite Moulding - литьевое формование композитов). Прямой способ определяется тем, что один или несколько волокнистых армирующих элементов используются в сухом состоянии (то есть без конечной матрицы), а смола или матрица используется отдельно, например, путем инжекции в форму, содержащую волокнистые армирующие элементы (способ "RTM", от английского Resin Transfer Mouldlng - трансферное формование смолы), инфузией по толщине волокнистых усиливающих элементов (способ LRI, от английского Liquid Resin Infusion - инжекция жидкой смолы, или способ RFT, от английского Resin Film Infusion - вакуумная инфузия смолы), или же путем промазывания/пропитки вручную валиком или кистью, каждого единичного слоя волокнистого армирующего элемента, наносимого последовательно на форму.

Для способов RTH, LRI или RFI обычно сначала требуется изготовить волокнистую заготовку или многослойную систему в форме желаемого конечного изделия, а затем пропитать эту заготовку или систему смолой, предназначенной для создания матрицы. Смолу нагнетают или заливают под действием градиента давления и нагревания, затем, после того, как все необходимое количество смолы будет содержаться в заготовке, всю систему доводят до более высокой температуры, чтобы осуществить цикл полимеризации/сшивки и привести в результате к ее отверждению.

Композиционные изделия, применяющиеся в автомобильной, авиационной или судостроительной отраслях промышленности, должны, в частности, отвечать очень строгим требованиям, в частности, в отношении механических свойств. Для экономии горючего авиационная промышленность заменила многие металлические материалы более легкими композиционными материалами.

Смола, которую позднее соединяют, в частности, путем инжекции или инфузии, с однонаправленными армирующими слоями во время изготовления изделия, может быть термоотверждаемой смолой, например, эпоксидного типа. Чтобы позволить надлежащее течение через заготовку, состоящую из укладки различных слоев углеродных волокон, эта смола чаще всего является очень текучей, например имеет вязкость порядка 50-200 мПа⋅с при температуре инфузии/инжекции. Главным недостатком этого типа смолы является ее хрупкость после полимеризации/сшивки, что приводит к низкой ударопрочности полученных композиционных изделий.

Для разрешения этой проблемы в документах прежнего уровня предлагалось соединять однонаправленные слои углеродных волокон с промежуточными полимерными слоями, в частности с нетканым материалом из термопластичных волокон. Такие решения описаны, в частности, в патентных заявках или патентах EP 1125728, US 6828016, WO 00/58083, WO 2007/015706, WO 2006/12.1961 и US 6503856. Добавление этого промежуточного полимерного слоя, такого как нетканый материал, позволяет улучшить механические свойства в испытании на сжатие после удара (CAI), часто применяющемся для характеризации ударной стойкости конструкции.

Авторы настоящей заявки предлагали также в своих предыдущих патентных заявках WO 2010/046609 и WO 2010/061114 особые промежуточные материалы, содержащие слой однонаправленных волокон, в частности углеродных, соединенных склеиванием на каждой из своих сторон с нетканым материалом из термопластичных волокон (называемым также просто нетканым материалом), а также предлагали способ их получения.

При применении таких промежуточных материалов, в частности, в виде тонких нетканых полос, авторы заявки установили, что при автоматизированной укладке тонкой нетканой полосы она приклеивается к предыдущему слою в результате комбинированного действия давления и нагревания, а затем охлаждения, причем охлаждение можно проводить без особых мер по отведению тепла, естественным путем. В таком случае полоса оказывается связанной с предыдущим слоем своей нижней поверхностью, и это механическое соединение испытывает напряжение сдвига на протяжении всего укладывания полосы. Интенсивность нагрузки пропорциональна отношению (натяжение при укладке)/(приклеенная длина). Так как натяжение при укладке обычно считается постоянным, из этого следует, что напряжение сдвига будет больше на первых сантиметрах укладывания и что оно снижается с длиной уложенной полосы. Сдвиговое усилие распределяется по всей толщине полосы и, если натяжение при укладке слишком высокое, в некоторых случаях авторами заявки было обнаружено при первых сантиметрах укладывания расслаивание полосы на уровне центральной зоны, которая состоит из сухих армирующих волокон. Действительно, заявители установили, что в таких материалах, содержащих полосу однонаправленных волокон, соединенных на по меньшей мере одной из своих сторон со слоем термопластичного и/или термоотверждаемого материала, предпочтительная механическая связь устанавливается между филаментами, находящимися на главных поверхностях полосы, и термопластичным и/или термоотверждаемым материалом, тогда как центральная зона полосы, состоящая только из филаментов, соответствует зоне с самым низким сопротивлением сдвигу.

Это явление может быть также усилено в случае материала, соединенного на каждой из его главных сторон со слоем термопластичного и/или термоотверждаемого материала, когда для укладки материала применятся укладывающее устройство, типа колесика или валика, в зависимости от ширины укладываемого материала. В этом случае при первых миллиметрах или даже сантиметрах прилипания материала поверхность контакта с валиком или колесиком имеет тенденцию прилипать к нему, что может еще больше способствовать расслаиванию материала, когда его другая поверхность приклеивается затем к поверхности, на которую он накладывается и которая может быть опорной поверхностью или предыдущим слоем.

В этом контексте целью изобретения является устранить проблемы расслаивания, которые можно обнаружить в некоторых случаях при укладывании промежуточных материалов, состоящих из слоя армирующих волокон, соединенных на по меньшей мере одной из его сторон со слоем термопластичного или термоотверждаемого материала или смеси термопластичного и термоотверждаемого материалов, например, с неткаными тонкими полосами, описанными в патентных заявках WO 2010/046609 и WO 2010/061114, применяемыми, в частности, при создании многослойных укладок. С этой целью настоящее изобретение предлагает новый способ укладывания, применяющий предварительную стадию, позволяющую сохранить целостность используемых промежуточных материалов при их укладывании.

Настоящее изобретение относится к способу непрерывного укладывания на поверхность укладывания промежуточного материала, состоящего из однонаправленного слоя армирующих волокон, соединенного на по меньшей мере одной из его сторон со слоем термопластичного и/или термоотверждаемого материала, причем слой или слои термопластичного и/или термоотверждаемого материала, из которых образован промежуточный материал, составляют не более 10% от полной массы промежуточного материала, предпочтительно составляют от 0,5 до 10%, предпочтительно от 2 до 6% от полной массы промежуточного материала, причем в соответствии с указанным способом:

- промежуточный материал до его укладывания был подвергнут операции точечного приложения поперечных усилий, реализуемой так, чтобы проходить через всю толщину промежуточного материала, и сопровождающейся нагревом, приводящим к по меньшей мере частичному плавлению термопластичного материала или частичной или полной полимеризации термоотверждаемого материала на уровне точек приложения поперечных усилий и влекущим проникание термопластичного и/или термоотверждаемого материала вглубь и создания связующих мостиков по толщине однонаправленного слоя армирующих волокон, распространяющихся предпочтительно от одной главной стороны однонаправленного слоя армирующих волокон к другой;

- промежуточный материал укладывают в непрерывном режиме, по заданной траектории перемещения, с одновременным приложением к промежуточному материалу натяжения и давления, чтобы наложить его на поверхность укладывания, причем укладывание осуществляют, накладывая сторону промежуточного материала, соответствующую в ходе укладки слою термопластичного и/или термоотверждаемого материала, на поверхность укладывания, и/или накладывая промежуточный материал в ходе укладывания на поверхность укладывания, несущую термопластичный и/или термоотверждаемый материал, и активируя термопластичный и/или термоотверждаемый материал, который находится на границе раздела между промежуточным материалом и поверхностью укладывания, чтобы обеспечить связь между уложенным промежуточным материалом и поверхностью укладывания.

В рамках изобретения промежуточный материал подвергают, до операции укладывания, операции точечного приложения поперечных усилий, чтобы увеличить когезию по толщине промежуточного материала. Затем, при его укладывании, целостность промежуточного материала лучше сохраняется, несмотря на сдвиговые напряжения, которые он испытывает.

Изобретение относится также к способу получения многослойной системы путем последовательного укладывания промежуточных материалов, состоящих из однонаправленного слоя армирующих волокон, соединенного на по меньшей мере одной из своих сторон со слоем термопластичного и/или термоотверждаемого материала, причем промежуточные материалы укладывают непрерывным способом согласно изобретению. Полученная многослойная система содержит несколько однонаправленных слоев армирующих волокон, причем по меньшей мере два однонаправленных слоя армирующих волокон проходят в разных направлениях.

Объектом изобретения является также применение в предлагаемом изобретением способе непрерывного укладывания промежуточного материала, подвергшегося предварительно операции точечного приложения поперечных усилий, чтобы сохранить когезию материала в процессе его укладывания, в частности при укладывании первых сантиметров.

Объектом изобретения является также способ получения композиционного изделия, включающий стадию образования многослойной системы способом согласно изобретению, путем последовательного укладывания промежуточных материалов, причем каждый из указанных промежуточных материалов состоит из слоя армирующих волокон, соединенного на по меньшей мере одной из своих сторон со слоем термопластичного или термоотверждаемого материала или смеси термопластичного и термоотверждаемого материала, затем стадию распространения, путем инфузии или инжекции, термоотверждаемой смолы, термопластичной смолы или смеси таких смол внутрь системы, затем стадию отверждения желаемого изделия посредством этапа полимеризации/сшивки в соответствии с определенным циклом по температуре и под давлением и стадию охлаждения.

Настоящее изобретение относится также к промежуточным материалам, состоящим из однонаправленного слоя армирующих волокон, соединенного на меньшей мере одной из его сторон со слоем термопластичного и/или термоотверждаемого материала, причем слой или слои термопластичного и/или термоотверждаемого материала, из которых образован промежуточный материал, составляют не более 10% от полной массы промежуточного материала, предпочтительно составляют от 0,5 до 1,0%, предпочтительно от 2 до 6% от полной массы промежуточного материала, были подвергнуты операции точечного приложения поперечных усилий, реализуемой так, чтобы проходить через всю толщину промежуточного материала, и сопровождающейся нагревом, приводящим к по меньшей мере частичному плавлению термопластичного материала или частичной или полной полимеризации термоотверждаемого материала на уровне точек приложения поперечных усилий, и влекущей проникание термопластичного и/или термоотверждаемого материала внутрь и создание связующих мостиков по толщине однонаправленного слоя армирующих волокон, распространяющихся предпочтительно от одной главной стороны однонаправленного слоя армирующих волокон к другой. Операцию точечного приложения поперечных усилий предпочтительно реализуют с густотой точек приложения усилий от 40000 до 250000 на м², предпочтительно от 90000 до 110000 на м², и полученный промежуточный материал имеет коэффициент раскрытия от 0 до 2%, предпочтительно от 0 до 1%, предпочтительно 0%. В частности, такой промежуточный материал может иметь коэффициент раскрытия от 0 до 2%, предпочтительно 0%, и быть получен при густоте точек приложения усилий от 90000 до 110000 на м².

Следующее описание, проводимое с обращением к приложенным фигурам, позволяет лучше понять изобретение и детализирует различные применимые варианты осуществления способов и применения, являющихся объектами изобретения.

Фиг. 1А и 1В являются схемами, иллюстрирующими два варианта укладывания промежуточных материалов, которые могут применяться в рамках изобретения.

Фиг. 2 схематически показывает силы, приложенные к промежуточному материалу в начале его укладывания.

Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей другой вариант укладывания промежуточных материалов, который может применяться в рамках изобретения.

Фиг. 4А–4С являются схемами, иллюстрирующими последовательное осуществление укладывания промежуточных материалов, имеющих вид полосы.

Фиг. 5 является схематическим изображением ряда точек, на уровне которых прикладываются поперечные усилия, выполняются пробивки или перфорации.

Фиг. 6А является общим снимком перфорированного промежуточного материала, который может использоваться в рамках изобретения.

Фиг. 6В является микроснимком, детально показывающим эффект перфорации материала, показанного на Фиг. 6A.

Фиг. 6С является фотографией другого перфорированного промежуточного материала, который может использоваться в рамках изобретения, имеющего другие характеристики (OF).

Фиг. 6D является микроснимком, детально показывающим эффект перфорации материала, показанного на Фиг. 6C.

Фиг. 6E является микроснимком сечения по толщине многослойного материала, полученного, исходя из промежуточного материала, показанного на Фиг. 6C, путем инфузии смолы RTM 6 (от фирмы Hexcel Corporation) с объемной долей волокон 60%.

Фиг. 7 схематически показывает устройство точечного приложения поперечных усилий.

Фиг. 8 анализирует сопротивление расслаиванию промежуточного материала, используемого в рамках изобретения, в зависимости от натяжения, приложенного к указанному промежуточному материалу во время операции перфорации.

Фиг. 9 анализирует сопротивление расслаиванию, полученное в зависимости от густоты микроперфораций, осуществленных на промежуточном материале, для разных поверхностных плотностей однонаправленных слоев углеродных волокон.

Фиг. 10 показывает результаты по сопротивлению расслаиванию, полученные для разных промежуточных материалов, в зависимости от нетканого материала и поверхностной плотности используемого однонаправленного слоя углеродных волокон.

Фиг. 11 показывает результаты по сопротивлению расслаиванию, полученные в зависимости от массовой доли нетканого материала.

Согласно изобретению применяется непрерывное укладывание промежуточного материала по заданной траектории перемещения с одновременным приложением к промежуточному материалу натяжения и давления, чтобы наложить его на поверхность укладывания, причем укладывание осуществляют, накладывая сторону промежуточного материала, в ходе укладки соответствующую слою термопластичного и/или термоотверждаемого материала, на поверхность укладывания, и/или накладывая промежуточный материал в ходе его укладывания на поверхность укладывания, несущую термопластичный и/или термоотверждаемый материал, и активируя, на уровне зоны укладывания, поверхность раздела между промежуточным материалом и поверхностью укладывания, чтобы обеспечить связь между уложенным промежуточным материалом и поверхностью укладывания.

Фиг. 1А показывает укладывание промежуточного материала 1, состоящего из слоя 2 однонаправленных волокон, соединенного только на одной из его сторон, обозначенной позицией 1₁, со слоем 3 термопластичного и/или термоотверждаемого материала. Промежуточный материал укладывают так, чтобы его сторона 1₂, которая соответствует слою однонаправленных волокон 2, накладывалась на поверхность укладывания 4. В этом случае поверхность укладывания 4 сама состоит из слоя 5 термопластичного и/или термоотверждаемого материала, который активирован и который обеспечивает связь с промежуточным материалом. Активация обеспечивается подходящими средствами (не показаны) по мере укладки промежуточного материала.

Чаще всего промежуточный материал укладывают в непрерывном режиме по заданной траектории перемещения, с одновременным приложением к промежуточному материалу натяжения и давления, чтобы уложить на поверхность укладывания одну сторону промежуточного материала, соответствующую в ходе укладывания слою термопластичного и/или термоотверждаемого материала, и активируя в ходе укладывания указанный слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала, чтобы обеспечить связь между уложенным промежуточным материалом и поверхностью укладывания. Один возможный вариант, при котором промежуточный материал укладывают так, чтобы наложить на поверхность укладывания 4 слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала 3, показан на Фиг. 1B.

В любом варианте активация проводится на уровне или вблизи зоны укладывания, чтобы сделать клейким слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала, который должен обеспечить связывание, прежде чем будет осуществлен контакт между промежуточным материалом и поверхностью укладывания.

В рамках изобретения создание композиционных изделий классически проходит через получение многослойной системы или заготовки из промежуточных материалов. Каждый промежуточный материал содержит слой армирующих волокон, соединенный на по меньшей мере одной из его сторон со слоем термопластичного и/или термоотверждаемого материала или смеси термопластичного и термоотверждаемого материалов. Для образования желаемой многослойной системы каждый промежуточный материал укладывают на поверхность, которая может быть или поддерживающим элементом, в случае укладывания первого слоя промежуточного материала или промежуточных материалов, необходимых для образования системы, или промежуточным материалом, уложенным ранее. Укладывание каждого промежуточного материала предпочтительно осуществляют так, чтобы по меньшей мере один слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала или смеси термопластичного и термоотверждаемого материалов накладывался на поверхность укладывания и был активирован во время его укладывания, чтобы обеспечить связь с поверхностью, на которую накладывается промежуточный материал. Такое укладывание облегчает нанесение первого слоя, который может быть уложен на поверхность любого типа, совместимую со слипанием с выбранным полимерным материалом. Кроме того, имеется также по меньшей мере один слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала или смеси термопластичного и термоотверждаемого материалов, который находится на поверхности раздела между двумя промежуточными материалами, наложенными друг на друга, и обеспечивает их связь друг с другом.

В рамках изобретения укладывание промежуточного материала осуществляется в непрерывном режиме с приложением к промежуточному материалу давления, чтобы наложить его на поверхность укладывания. Результирующая сила этого давления может составлять, например, от 0,3 до 8 Н на 1 см ширины промежуточного материала. Чтобы обеспечить надлежащее укладывание, промежуточный материал натягивают в ходе его укладывания. Для этого его тянут параллельно направлению однонаправленных волокон. В частности, к промежуточному материалу можно приложить натяжение от 2 до 50 г на 1 см ширины промежуточного материала. Из этого следует, что при первых сантиметрах укладывания промежуточный материал подвергается напряжению сдвига из-за того, что он тянется в одном направлении из-за его связи с поверхностью укладывания 4 и в противоположном направлении из-за приложенного к нему натяжения, как схематически показано на Фиг. 2.

Укладывающее устройство предпочтительно является вращающимся устройством типа валика, ролика или колесика, в зависимости от ширины наносимого промежуточного материала. Это укладывающее устройство объединено с устройством смещения и продвижения материала в ходе его укладывания. Укладывание промежуточного материала можно также осуществить автоматизированно с помощью блока управления.

Фиг. 3 показывает другой вариант осуществления, в котором перемещение промежуточного материала 1 обеспечивается по мере его укладывания, путем приложения давления, предпочтительно по существу перпендикулярно поверхности 4, на которую он укладывается. Укладывающее устройство состоит из валика 6, который давит на материал 1, чтобы наложить его поверхность укладывания 4. В примере, показанном на Фиг. 3, промежуточный материал состоит из однонаправленного слоя 10, соединенного на каждой из его сторон со слоем 20 из термопластичного и/или термоотверждаемого материала. Обращаться с такими симметричными промежуточными материалами легче, учитывая, что на граничной поверхности во всех случаях имеется два слоя термопластичного и/или термоотверждаемого материала, и материал можно уложить на ту или иную его сторону. Слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала, находящийся на поверхности раздела между промежуточным материалом в ходе его укладывания и поверхностью, на которую он накладывается, активируется по мере укладывания любым подходящим средством, например нагревательным устройством, в частности инфракрасной лампой, насадкой с горячим газом или лазером, показанным позицией 7 на Фиг. 3, ориентированным к зоне укладывания промежуточного материала. Было показано, в частности, что использование диодного лазера мощностью 500 Вт и длиной волны от 965 до 980 нм дает возможность укладывать промежуточный материал со скоростью 1 м/сек на ширину 50 мм. Более высокая мощность позволяет еще больше увеличить скорость или уложить большую ширину. Активация позволяет размягчить активируемый полимерный слой, осуществляя по меньшей мере частичное расплавление в случае термопластичного материала и начало полимеризации в случае термоотверждаемого материала.

Таким образом, после охлаждения, которое может протекать естественным образом, без дополнительного теплоотводящего средства, обеспечивается связь материала с поверхностью укладывания. Траектория укладывания промежуточного материала может быть прямоугольной или криволинейной. Однонаправленные волокна следуют траектории укладывания.

Фиг. 4А-4C иллюстрируют вариант осуществления, в котором разные полосы 100 промежуточных материалов укладывают рядом друг с другом параллельными траекториями укладывания, чтобы образовать слои 200₁–200_n. Как показано на Фиг. 4A, устройство 300, позволяющее активировать термопластичный или термоотверждаемый материал, является цельным с укладывающим устройством 400, чтобы их можно было перемешать вместе. Укладывающее устройство 400 перемещается для укладывания различных полос 100, которые отрезаются в конце пути перемещения не показанным устройством резки. Когда слой уложен полностью, ориентацию укладывающего устройства изменяют, как показано на Фиг. 4B для случая первого слоя 200₁, чтобы уложить другие последовательные полосы промежуточных материалов, которые должны образовать следующий слой согласно траектории укладывания, отличной от предыдущего слоя. Фиг. 4C показывает укладывание второго слоя 200₂. Полосы 100 промежуточного материала, состоящие из такого же слоя, укладывают рядом, без промежутка между полосами и со слипанием на 100% их поверхности. Можно также создать материал, называемый многоосным. Способ укладывания, показанный на Фиг. 4A-4C, особенно хорошо подходит к укладыванию промежуточных материалов шириной от 3 до 300 мм и с низким колебанием ширины, обычно имеющих стандартное отклонение ширины менее 0,25 мм.

В рамках изобретения промежуточный материал, перед его укладыванием в непрерывном режиме, при котором он подвергается определенному давлению и определенному натяжению, приводящим к возникновению сдвиговых усилий, подготавливают таким образом, чтобы гарантировать лучшую когезию промежуточному материалу, несмотря на испытываемые им сдвиговые усилия при операции укладывания. Эта подготовка состоит в осуществлении на промежуточном материале операции точечного приложения поперечных усилий, проходящих через всю толщину промежуточного материала. Это приложение точечных поперечных усилий сопровождается нагревом, приводящим к по меньшей мере частичному плавлению термопластичного материала или к частичной или полной полимеризации термоотверждаемого материала на уровне точек приложения поперечных усилий, что влечет проникание термопластичного и/или термоотверждаемого материала внутрь и создание связующих мостиков по толщине однонаправленного слоя армирующих волокон. Предпочтительно, эти связующие мостики возникают между двумя главными сторонами однонаправленного слоя армирующих волокон.

Изобретение подходит для укладывания промежуточных материалов, в которых по меньшей мере в части толщины однонаправленного слоя однонаправленные армирующие волокна являются сухими, то есть они не пропитаны термопластичным и/или термоотверждаемым материалом, и следовательно, более чувствительны к расслаиванию. Термопластичный и/или термоотверждаемый слой или слои, соединенные с однонаправленным слоем, могут, тем не менее, немного проникать в последний во время соединения, осуществляемого обычно термокомпрессией, но центральная часть в случае материала, содержащего два слоя термопластичного и/или термоотверждаемого материала, или часть, противоположная слою термопластичного и/или термоотверждаемого материала, в случае материала, содержащего всего один слой термопластичного и/или термоотверждаемого материала, часть, которая обычно соответствует по меньшей мере 50% толщины слоя однонаправленных волокон, остается непропитанной и поэтому называется сухой. Операция пробивания состоит в прохождении через всю толщину промежуточного материала, одновременно нагревая термопластичный и/или термоотверждаемый материал, чтобы он размягчился и мог быть утянут в слой однонаправленных волокон на уровне точек приложения поперечных усилий. После охлаждения термопластичный и/или термоотверждаемый материал создает по толщине слоя однонаправленных волокон связующие мостики, что позволяет усилить когезию слоя. После такой операции, за исключение зон, окаймляющих точки приложения поперечных усилий, на по меньшей мере 50% его толщины слой однонаправленных волокон всегда является сухим, то есть он не пропитан термопластичным и/или термоотверждаемым материалом.

В рамках изобретения операция точечного приложения поперечных усилий соответствует операции пробивания в разных точках приложения или пробивки. Далее в описании будет упоминаться без различия операция точечного приложения поперечных усилий или операция пробивания в разных точках пробивки, такая стадия состоит в прохождении через по меньшей мере часть толщины промежуточного материала. Операцию точечного приложения поперечных усилий осуществляют предпочтительно путем пробивания иглой или рядом игл, что позволяет хорошо контролировать ориентацию поперечных усилий. Операция точечного приложения поперечных усилий, реализуемая на промежуточном материале, должна сопровождаться нагревом, вызывающим по меньшей мере частичное плавление термопластичного материала и/или размягчение термоотверждаемого материала на уровне точек приложения поперечных усилий. Для этого используют, например, нагреваемое устройство пробивания. Однако можно, конечно, предусмотреть осуществление такой операции струей горячего газа. Хотя это не является предпочтительным, можно было бы также предусмотреть нагревание слоя термопластичного и/или термоотверждаемого материала перед операцией пробивания.

Предпочтительно, операцию точечного приложения поперечных усилий реализуют, прикладывая растягивающее усилие к промежуточному материалу. Прежде всего, к промежуточному материалу прикладывают достаточное натяжение, в частности, от 15 до 3000 г на 1 см ширины, чаще всего при перемещении во время операции пробивания, чтобы можно было ввести выбранное устройство или средство пробивки. Предпочтительно, растягивающее усилие на промежуточный материал должно выбираться так, чтобы привести к по меньшей мере частичному стягиванию однонаправленных волокон после операции точечного приложения поперечных усилий. В частности, стремятся получить как можно более низкий коэффициент раскрытия, чтобы не ухудшить механические свойства изделия, получаемого позднее, исходя из такой укладки промежуточного материала. Чтобы получить как можно меньший коэффициент раскрытия, операцию пробивания осуществляют, прикладывая к промежуточному материалу такое натяжение, чтобы отверстие, созданное устройством или средством пробивания, могло закрыться после удаления последнего. В частности, к промежуточному материалу следует прикладывать натяжение от 300 до 2000 г на 1 см ширины материала, чтобы получить такое стягивание.

Разумеется, устройство или средство, применяемое для операции пробивания, извлекают после прохождения через рассматриваемый промежуточный материал, осуществляя простое поступательное движение или осуществляя возвратно-поступательное движение. Таким образом, это извлечение предпочтительно будет осуществляться перед охлаждением термопластичного и/или термоотверждаемого материала, чтобы позволить стягивание волокон. Таким образом, время охлаждения термопластичного и/или термоотверждаемого материала до его точки затвердевания будет больше, чем время, необходимое волокнам для стягивания и даже для полного выравнивания, при приложенном к ним высоком натяжении.

Результатом или целью этой операции пробивки является минимизировать риск расслаивания, которое могло бы возникнуть при укладывании промежуточного материала в соответствии с описанной выше стадией укладывания, в частности, при первых сантиметрах укладывания, когда материал испытывает основные сдвиговые усилия.

Предпочтительно, операцию пробивки осуществляют в направлении поперек поверхности пересекаемого промежуточного материала.

Было установлено, что густота точек пробивки от 40000 до 250000 на м², предпочтительно от 90000 до 110000 на м², позволяет получить особенно удовлетворительные результаты в отношении сопротивления расслаиванию. Операция пробивки может оставлять или не оставлять перфораций в пробитом промежуточном материале. Отверстия, созданные при операции перфорации, будут чаще всего иметь в плоскости пробитого промежуточного материала круговое или более или менее вытянутое сечение, в виде глаза или щели. Результирующие перфорации имеют, например, больший размер, измеренный параллельно пройденной поверхности, который может доходить до 10 мм, и ширину, которая может составлять до 300 мкм.

Предпочтительно, операция точечного приложения поперечных усилий приводит к коэффициенту раскрытия больше или равному 0 и меньше или равному 5%, предпочтительно составляющему от 0 до 2% и еще более предпочтительно от 0 до 1%, чтобы как можно меньше повлиять на механические свойства получаемых позднее композиционных изделий. Коэффициент раскрытия можно определить как отношение поверхности, не занятой веществом, к полной обследуемой поверхности, причем обследование может проводиться сверху материала при освещении материала снизу. Его можно, например, измерить методом, описанным в заявке WO 2011/086266. Коэффициент раскрытия может быть нулевым, тогда он соответствует материалу со значительно сниженным расслаиванием.

Нагрев должен осуществляться на уровне пробивания или вблизи него, чтобы позволить размягчение термопластичного и/или термоотверждаемого материала, изначально присутствующего только на поверхности промежуточного материала, и его проникновение в слой однонаправленных волокон. Нагревательный резистор может быть, например, встроен прямо в средство пробивания типа иглы. В результате получают плавление термопластичного материала или частичную или полную полимеризацию в случае термоотверждаемого материала, вокруг средства пробивания, что после охлаждения ведет к созданию связующих мостиков между волокнами однонаправленного слоя. Предпочтительно, нагревательное средство встроено прямо в средство пробивки, чтобы нагревать само средство пробивки.

При пробивке промежуточный материал может упираться в поверхность, которая в таком случае может локально нагреваться вокруг средства пробивания, осуществляя локальный нагрев вблизи него, или же, напротив, промежуточный материал может быть полностью изолирован, чтобы предотвратить размягчение слоя термопластичного и/или термоотверждаемого материала или смеси этих двух материалов, с которым он будет находиться в контакте. Фиг. 7 показывает устройство 600 нагревания/пробивания, оснащенное системой игл 700, выровненных вдоль линии пробивания с выбранным шагом.

Точки пробивания предпочтительно будут располагаться так, чтобы образовать, например, систему параллельных линий, и предпочтительно располагаться в двух рядах S1 и S2, так чтобы

- в каждом ряду S1 и S2 линии были параллельны друг другу,

- линии ряда S1 были перпендикулярны направлению A однонаправленных волокон слоя,

- линии двух рядов S1 и S2 были пересекающимися и образовывали друг с другом угол, отличный от 90°, в частности, порядка 50-85°, причем в примере, показанном на Фиг. 5, он составляет около 60°.

Такая конфигурация показана на Фиг. 5. Учитывая, что на уровне точек пробивания 500 пробивание таким средством, как игла, может привести к образованию не дыры, но скорее щели, как показано на Фиг. 6A и 6C, из-за того, что однонаправленные волокна расходятся друг от друга на уровне точек пробивания, таким образом, получают смещение щелей относительно друг друга. Это позволяет избежать получения очень большого отверстия из-за объединения двух щелей, расположенных слишком близко друг к другу.

Фиг. 6A показывает промежуточный материал, состоящий из однонаправленного слоя плотностью 140 г/м² из углеродных волокон IMA 12K от фирмы Hexcel Corporation с вуалью 1RSD03 от фирмы Protechnic (Cernay, Франция), скрепленных термокомпрессией на каждой стороне. Этот промежуточный материал имеет ширину 6,35 мм и коэффициент раскрытия 1,6% (стандартная ошибка 0,5%). Он был получен путем пробивания рядом горячих игл с натяжением 315 г/см.

Фиг. 6B показывает в увеличенном масштабе перфорированную зону в материале, показанном на Фиг. 6A.

Фиг. 6C показывает промежуточный материал плотностью 210 г/м² из волокон IMA 12K от фирмы Hexcel Corporation с вуалью 1R8D06 от фирмы Protecnic (Cernay, Франция), скрепленный термокомпрессией с каждой стороны, шириной 6,35 мм, имеющий коэффициент раскрытия 0,5% (стандартная ошибка 0,3%). Он был получен пробиванием рядом горячих игл при натяжении 315 г/см.

Фиг. 6D показывает в увеличенном масштабе перфорированную зону в материале, показанном на Фиг. 6C.

Фиг. 6E показывает микроснимок сечения по толщине многослойного материала, полученного, исходя из промежуточного материала, показанного на Фиг. 6C, путем инфузии смолы RTM 6 (от фирмы Hexcel Corporation) с объемной долей волокон 60%. Этот микроснимок подтверждает, что операция пробивания горячей иглой промежуточ