[发明专利]混杂复合材料

说明书

一种混杂复合材料，所述混杂复合材料包括热塑性或热固性基体，其中存在脆性纤维和延性纤维(1)，其特征在于所述纤维被构造成使得所述混杂复合材料的延性纤维(1)在冲击或过载时通过所述延性纤维(1)的塑性变形耗散能量，并且在冲击或过载后显示残余性质。

技术领域

本发明涉及混杂复合材料，其中获得与延性纤维(例如不锈钢纤维)的混杂化。更特别地，本发明涉及混杂延性纤维复合材料，例如，基于不锈钢纤维的复合材料，所述复合材料在冲击或过载后保留其完整性。

发明背景

在按重量计的强度和刚度方面，碳纤维在特征上优于钢和铝。对于相等的重量和相同的外径，碳复合材料管在理论上将是钢管的刚性和强度的四倍。然而，碳复合材料具有许多缺点，这意味着不能实现这些高值。

单独碳纤维只能在张力下负载。因此，纤维必须包埋在树脂(如环氧树脂)中，并且此外，在多个方向上铺设以便在所有方向上获得坚固的构造。环氧树脂也具有质量，但对强度和刚度没有贡献。碳纤维不能塑性变形，但在过载时突然地且爆炸性地断裂。由于这种脆弱的破裂比塑性变形危险得多，所以更高安全裕度构建到碳复合材料产品中。

因此，需要针对上述和其他缺点中的至少一个的解决方案。

发明内容

本发明实施方案的一个目的是提供用于生产例如用于自行车中的部件的混杂复合材料，优选混杂层压材料，所述混杂复合材料包含延性纤维与脆性纤维的组合，两种纤维均具有高刚度。

本发明实施方案的一个优点是提供具有与延性纤维(例如，不锈钢纤维)的混杂化的混杂复合材料。更特别地，本发明涉及混杂延性纤维复合材料，例如不锈钢纤维，所述复合材料在冲击或过载后保留其完整性。

上述目的通过根据本发明实施方案的混杂复合材料而实现。

在第一方面，本发明涉及一种混杂复合材料，所述混杂复合材料包括：热塑性或热固性基体，其中存在脆性纤维和延性纤维，其特征在于，所述延性纤维单独存在或包含于具有小于5°的加捻角度或未加捻的纱线中，所述脆性纤维和延性纤维的刚度大于150GPa，所述延性纤维具有大于5％的断裂伸长率，所述纤维被构造成使得所述混杂复合材料的延性纤维在冲击或过载时通过所述延性纤维的塑性变形耗散能量，并且所述混杂复合材料在冲击或过载后保留其完整性。

所述复合材料可包括存在优选275根或更少延性纤维、例如优选120根或更少延性纤维、例如像优选少于90根延性纤维的纱线，优选无捻纱线。

在每毫米厚度至少4J的冲击或过载之后，所述混杂复合材料可维持其完整性。根据一些实施方案，所述混杂复合材料在3点弯曲测试中在每毫米厚度至少4J的冲击或过载之后可维持其完整性，由此夹紧所述混杂复合材料的两侧并且由此使用材料的40mm跨度。

经典冲击测试中的碳层压材料(完全圆形夹紧的正方形测试样品)在冲击至穿透(例如完整性丧失)期间每mm厚度的层压材料可耗散5至10J。在根据本发明的混杂复合材料的测试中，已经测试了较小(30mm宽)的样品以加速完整性丧失。因此，冲击设置是3点弯曲测试，其中两侧以40mm跨度夹紧。在这种类型的测试中，裂纹朝向侧面更快地生长，从而导致完全断裂(例如，在较低能量下，碳纤维复合材料将因此已经更快地丧失其完整性)。每mm厚度16J或4J因此取决于测试设置，并且是与经典穿透测试相比时，而不是取决于低侧。

所述混杂复合材料可在冲击或过载后维持结构残余机械性质，并且因此可耐受第二次冲击或过载。

根据本发明实施方案的新型混杂层压材料可由延性纤维和脆性纤维的组合组成，两种纤维均包含高刚度。延性纤维的纤维体积分数可以是小于纤维总量的50％，优选小于20％，例如3％与10％之间。

所述脆性纤维和延性纤维的刚度优选大于150GPa，并且更具体地优选大于200GPa。