由混纺纱线增强的薄壁复合材料产品以及用于制造这种产品的方法与流程

1.本发明涉及一种纱线增强的薄壁复合材料产品以及用于制造这种复合材料产品的方法。


背景技术：

2.这种复合材料产品尤其形成制品的一部分，所述制品非限制性地诸如为：汽车车身部件，特别是门、顶部、发动机罩、挡泥板、扰流器、前后保险杠、空气动力装置；或汽车内部部件，特别是门盖、仪表板、中央控制台、立柱饰件、行李箱饰件、车顶；或运动制品，例如独木舟、皮艇或轻型船的船体、座杆、自行车车座、自行车车架、自行车车把、棒球棍、桨、滑雪杖或手杖；或者家具元件；或者飞行器内部部件，特别是侧板、顶板、行李舱；或者轻型飞行器的空气动力学部件，特别是发动机罩、车轮盖，或者任何可移动机器的空气动力学整流罩。
3.这种复合材料产品可具有多种几何形状，包括：平面片材，非平面片材，且特别是具有凸面和凹面的片材，或者波纹片材、三维中空形状，且特别是具有圆形横截面、多边形横截面或其他形状的中空管，且特别是任何薄壁的三维壳体。
4.存在薄壁增强复合材料产品的各种各样的布置，在这种情况下，复合材料产品具有基体和增强件，基体由来自聚合物或树脂当中的塑料材料制成，增强件尤其可以是具有纱线的预成型件的形式。该产品具有薄壁，这意味着它通常最初是片材或板的形式，其尺寸中的一者比另外两者小得多（至少小10倍）。
5.复合材料已经被使用了超过40年，特别是用在航空和航天应用中，主要是由于复合材料具有高的特定机械性能。从那时起，复合材料研究领域已经从最初由航空航天应用决定的对非常高的特定性能的探索发展到需要在保持高性能的同时减少制造时间和生产成本（由于汽车应用和其他大规模应用），发展到近来纳入如下需要：在复合材料部件中并入附加功能。近年来，由于环保意识的提高，基于天然纤维的复合材料受到越来越多的关注。由于其低成本、低环境影响以及相对高的特定机械性能，天然纤维正作为玻璃纤维或碳纤维的新替代品作为增强件出现在复合材料中。
6.文件us6805939提供了一种薄壁复合材料，其包含浸渍有塑料的纤维，呈至少两个平行纤维帘线阵列的形式，所述平行纤维帘线在不同方向上延伸并形成带、网格（mesh）或格栅（grid）。纤维束可捆在一起，或者在带中组合在一起。第一阵列的纤维比第二阵列的纤维浸渍有更多的塑料。复合材料在第一阵列的纤维的方向上是刚性的，而横向于该方向是柔性的。开口有利地存在于纤维束之间。
7.如在wo2017099585中所述，如果寻求在弯曲方面以及也在压缩方面对薄壁产品进行增强，已知可提供呈格栅或具肋阵列（ribbed array）形式的突出增强件，其中这些肋通过模制形成在基板上方和/或下方。
8.从文献ep2648890中已知某些类型的薄壁复合材料产品，特别是具有第一厚度的
纱线和具有大于第一厚度的第二厚度的纱线，且其用作增强件，这些具有第二厚度的纱线由加捻的植物纤维组成，这种加捻尤其有助于这些具有第二厚度的纱线具有更好的抗压强度。
9.存在这样的情况，其中，这种类型的复合材料产品表现出的机械性能与单位重量的比率和/或就相同的机械性能而言的成本与单位重量的比率不满足期望的应用。
10.fr3073167a1提供了复合材料产品的生产，该复合材料产品包括预浸渍件，该预浸渍件由网格的不对称浸渍（通过在网格的面中的一者上撒上聚合物颗粒）产生，该网格具有基于植物纤维的纱线。所获得的是具有聚合物覆盖物的纱线网格，该聚合物覆盖物在网格的上表面上是较厚的，这些纱线本身在它们的基于植物纤维的中心部分中浸渍有该聚合物。
11.gb1331431a还公开了一种复合材料产品，其能够使用带有覆盖有聚合物基体的纤维芯的纱线。


技术实现要素：

12.本发明的一个目的是提供一种纱线增强的薄壁复合材料产品，其形成与现有技术相比有所改进的薄壁复合材料产品另一个目的是提供一种纱线增强的薄壁复合材料产品，其表现出改善的机械性能与单位重量的比率。
13.另一个目的是提供一种纱线增强的薄壁复合材料产品，其表现出就反之至少相同的机械性能而言的改善的单位重量的成本。
14.根据本发明的复合材料产品使得可以实现这些目标。根据本发明的复合材料产品是带有有机基体的薄壁复合材料产品，其增强纱线具体地包括混纺纱线，该混纺纱线具有芯和覆盖该芯的覆盖物，该芯由密度小于1500 kg/m3的第一材料制成，该覆盖物由第二材料制成，所述第二材料不同于第一材料并且具有大于25 gpa的纵向杨氏模量（沿着混纺纱线的轴线），并且所述复合材料产品具有至少一个具肋面，所述肋至少部分由混纺纱线产生。
15.将理解的是，根据本发明，混纺纱线的使用可使这些混纺纱线具有比混纺纱线的覆盖物更轻和/或更便宜的芯（中心），覆盖物具有足够的机械性能，以允许混纺纱线为复合材料产品提供令人满意的机械增强，复合材料产品在其至少一个面上形成的所有肋或一些肋的位置处包含有混纺纱线。这些混纺纱线的使用还使得可以优化纱线的径向抗压强度和纵向抗弯强度以及硬度，所述径向抗压强度是在实施期间承受压力和产生肋所必需的，该强度主要由纱线的芯提供，所述纵向抗弯强度以及硬度主要由覆盖物提供。因此获得了具有有机基体并由包括混纺纱线的纱线加强的复合材料产品。
16.根据本发明的第一类型的可能布置，所述复合材料产品至少具有第一层，所述第一层包括具有第一厚度的第一类型的纱线（a）和具有大于第一厚度的第二厚度的第二类型的纱线（b），所述第二类型的纱线（b）由所述混纺纱线组成。因此，肋是由混纺纱线相对于第一层中的第一类型的纱线（a）产生的过厚造成的，所述混纺纱线由所述第二类型的纱线（b）组成。
17.根据本发明的第二类型的可能布置，所述复合材料产品至少具有第一层，所述第
一层具有第一厚度，所述第一层覆盖有第二层的纱线，第二层的所述纱线包括所述混纺纱线，混纺纱线间隔开以产生具肋表面。根据一种可能性，在该第二层中，仅使用混纺纱线：在第二层的纱线的面向与第一层相反方向的面上，混纺纱线之间的间距在混纺纱线的位置处产生呈肋的形式的过厚。
18.根据另一种可能性，在该第二层中，混纺纱线和另一种类型的纱线或者除了混纺纱线之外的其他类型的纱线都被使用。在这种情况下，对于在第二层的面向与第一层相反方向的面上的肋的形成，可以存在各种构型，至少一些肋是由于混纺纱线相对于第二层的其它纱线中的全部纱线或一些纱线的过厚而产生的和/或由于混纺纱线之间的间距而产生的。可选地，可以存在其它肋，并且所述其它肋是由于一些其它纱线（而不是混纺纱线）相对于第二层的一些其它纱线的过厚而产生的和/或由于一些其它纱线之间的间距而产生的。
19.根据本发明的一种可能性，所述混纺纱线具有大于第一层的第一厚度的第二厚度。
20.根据一个实施例，混纺纱线的芯由来自以下植物的纤维当中的植物纤维形成：亚麻、大麻、西沙尔麻、黄麻、马尼拉麻、洋麻、椰子、棉花、荨麻、苎麻、木棉、马尼拉麻、剑麻（henequen）、菠萝、香蕉植物、棕榈、木材，这些纤维浸渍有呈聚合物形式的有机基体。
21.根据一个实施例，混纺纱线的覆盖物由浸渍有呈聚合物形式的有机基体的碳纤维形成。
22.根据本发明的一个实施例，复合材料产品的有机基体是来自聚合物或树脂当中、且尤其是来自热固性聚合物（尤其是树脂）和热塑性聚合物当中的塑料材料的基体。
23.根据本发明的一个实施例，浸渍有有机基体的混纺纱线的重量在500至15000特(tex)（g/km）之间，优选在1000至10000特之间，优选在2000至8000特之间。
24.根据本发明的一个实施例，尚未浸渍有有机基体的混纺纱线（芯和覆盖物）的重量在200至10000特（g/km）之间，优选在400至6000特之间，优选在800至5000特之间。
25.根据本发明的一个实施例，在由有机基体浸渍之前考虑，混纺纱线的覆盖物的重量占混纺纱线重量的10-70%，优选占混纺纱线重量的20-60%，优选占混纺纱线重量的25-50%。因此，根据这种情况，在由有机基体浸渍之前考虑，芯的重量占在由有机基体浸渍之前所考虑的混纺纱线重量的30-90%，优选占混纺纱线重量的40-80%，优选占混纺纱线重量的50-75%。
26.根据本发明的一个实施例，在每个混纺纱线中，覆盖物由一个或多个粗纱（一个或多个股线）形成。根据一种可能性，这个或这些粗纱与混纺纱线的纵向轴线形成小于15
°
的角度，该角度可以为零，或者不为零，且特别是在1
°
和15
°
之间，包括等于这些极限值。
27.本发明还涉及用于制造如上所述的薄壁复合材料产品的方法，在该方法中实施以下步骤：
‑ꢀ
制造包括纱线的预成型件，所述纱线包括混纺纱线，所述混纺纱线具有由第一材料制成的芯和覆盖芯的覆盖物，覆盖物由不同于第一材料的第二材料制成，
‑ꢀ
用有机基体浸渍所述预成型件，
‑ꢀ
借助于膜或柔性垫将压力施加至抵靠模具的预成型件的凸起侧，
‑ꢀ
控制模具的温度以固化所述有机基体，从而获得固化产品，其中至少一个外部面形成至少部分由所述混纺纱线产生的肋，其中所述第一材料（在由有机基体浸渍后）具有
小于1500 kg/m3的密度，并且其中所述第二材料（在由有机基体浸渍后）具有大于25 gpa的纵向杨氏模量。
附图说明
28.本发明的实施示例在由附图所图示的说明中详细说明，其中：图1示意性显示了图1a中根据本发明的、以及图1b至1d中根据用于芯和覆盖物的各种结构形式的复合材料产品中使用的混纺纱线的透视和部分透明视图，图2示意性显示了使用混纺纱线以形成根据本发明的复合材料产品的非织造织物的可能布置的透视图，图3示意性显示了使用混纺纱线以形成根据本发明的复合材料产品的非织造织物的另一种可能布置的透视图，图4示意性显示了使用混纺纱线以形成根据本发明的复合材料产品的非织造织物的另一种可能布置的透视图，图5示意性显示了使用混纺纱线以形成根据本发明的复合材料产品的非织造织物的另一种可能布置的透视图，图6示意性显示了使用混纺纱线以形成根据本发明的复合材料产品的非织造织物的另一种可能布置的透视图，图7显示了根据本发明的另一复合材料产品的透视图，图8示意性显示了根据本发明的用于制造具肋片材的处理和强化方法的某些步骤，图9显示了形成根据本发明的并且通过根据本发明的制造方法获得的薄壁复合材料产品的管和片材的示例，图10显示了形成根据本发明的并且通过根据本发明的制造方法获得的薄壁复合材料产品的管和片材的其他示例，图11显示了根据本发明的复合材料产品的示例，其形成机动车发动机罩。
具体实施方式
29.参考这些附图，复合材料产品具有混纺纱线，如图1a所示。这些混纺纱线20具有容纳在覆盖物22中的芯21。芯21由第一材料制成，第一材料与构成覆盖物22的第二材料不同。混纺纱线20由多种材料制成，以便增强复合材料（这些混纺纱线被插入到复合材料中）的机械性能，以及也因此降低其成本和/或重量。混纺纱线20的芯21由具有良好径向抗压强度的轻质且廉价的材料制成，而混纺纱线20的外层或覆盖物22由在纵向方向上非常坚固且更硬的材料制成。当这种混纺纱线20形成呈凸起部分形式（且更具体地呈从复合材料产品的具肋结构的表面突出的肋的形式）的增强件时，离混纺纱线的中性轴（neutral axis）最远的肋部分承受最大的荷载。因此，在纱线的外部（覆盖物22）上具有第二种硬的/坚固的材料非常有效地增加了包含混纺纱线的复合结构的总体弯曲性能。因此，采用较不坚固的第一材料作为芯21不会对用混纺纱线20增强的复合材料产品的总体机械性能产生不利影响。
30.根据本发明，芯21的第一材料的密度小于1500 kg/m3，或甚至小于1350 kg/m3，或甚至小于1200 kg/m3（该密度的特征在于该第一材料与浸渍它的有机基体组合）。在所有情
况下，该密度大于50 kg/m3，并且根据一些实施例，该密度大于150 kg/m3，并且在一些可能的实施例中，该密度大于300 kg/m3。关于芯21的第一材料的机械强度特性，高的机械强度特性（特别是在拉伸和弯曲中）并非是特别期望的（即使其是可设想的），使得例如小于25 gpa的纵向杨氏模量是可能的（该杨氏模量的特征在于该第一材料与有机基体组合）。相比之下，所期望的是芯的第一材料（尚未浸渍有有机基体）具有良好的抗径向压碎性，以便承受部件实施期间的压力。通常将寻求的是，当通过塑料薄膜加压至6巴（在高压釜中的实施过程）时，该第一材料（单独使用）遭受小于50%的压碎。
31.覆盖物22的第二材料具有高机械强度和硬度特性（特别是在拉伸和弯曲中）：因此，根据本发明，第二材料的纵向杨氏模量大于25 gpa（第二材料的特征在于其浸渍有有机基体，且因此形成由纤维和有机基体形成的复合材料，因此该杨氏模量对应于纤维+有机基体的该复合材料在纤维方向上的模量），或甚至大于50 gpa，或甚至大于100 gpa。如果参考增强该第二材料的纤维的特征，且因此不参考如上所述的具有并入有这些纤维作为增强件的有机基体的复合材料的特征，这些纤维可具有大于40 gpa，或者甚至大于70 gpa，或者甚至大于200 gpa的纵向杨氏模量。
32.通过拉伸试验，特别是根据用于塑料和复合材料的标准din en iso 527测量纵向杨氏模量。根据该标准，所涉及的是在两次变形ε1 = 0.05%和ε2 = 0.25%之间的区间内，由应力/应变曲线σ(ε)的斜率确定的拉伸弹性模量et。
33.这些混纺纱线具有两个截然不同的、且可以清楚地单独识别的部分，即芯和覆盖物：这是因为芯和覆盖物是彼此划界的。芯的第一材料与覆盖物的第二材料不同。这意味着第一材料和第二材料不具有相同的组分（composition），并且在大多数情况下，第一材料和第二材料不具有共同的（common）成分，即第一材料的（一种或多种）成分不同于第二材料的（一种或多种）成分。
34.对于这种混纺纱线20，各种实施例都是可能的。
35.根据混纺纱线20的第一实施例，混纺纱线20的芯21包括植物纤维或由植物纤维构成，植物纤维例如为从以下植物获得的纤维：亚麻、大麻、西沙尔麻、黄麻、马尼拉麻、洋麻、椰子、棉花、荨麻、苎麻、木棉、马尼拉麻、剑麻、菠萝、香蕉植物、棕榈和木纤维。混纺纱线20的芯21可以包括长纤维或短纤维或者长纤维和短纤维两者，所述长纤维和短纤维来自该植物列表当中的一种或者来自该植物列表当中的多种。混纺纱线20的芯21优选具有捻度，特别是高捻度，以便在复合材料产品被处理时容易承受径向压缩以及以便保持其圆形形状。如图1b所示，优选地，混纺纱线20的芯21的植物纤维被加捻，使得由芯21的外部纤维与混纺纱线20的纵向轴线形成的角度在10
°
和45
°
之间，优选在12
°
和40
°
之间，优选在15
°
和35
°
之间。
36.在该第一实施例中，覆盖物22由碳纤维构成，该纤维沿混纺纱线20的纵长方向（主方向）定向（见图1c），或与混纺纱线20的主方向形成小于15
°
的角度。混纺纱线20的这种组分具有以下优点：具有带有高性能材料（第二材料）的涂层（覆盖物22），其中纤维沿荷载方向对齐；以及带有有相对轻质、廉价且具有良好径向抗压强度的材料（第一材料）的中心（芯22）。此外，由于诸如亚麻的植物纤维具有与碳的热膨胀系数相似的热膨胀系数，所以可以在宽的温度范围内使用根据第一实施例的混纺纱线20，而没有热应力且没有残余变形。
37.由于混纺纱线是由在复合材料产品的实施期间被聚合物基体浸渍的纤维构成的，
因此有必要在混纺纱线的未浸渍状态下将芯结合到覆盖物。存在用于制造这种混纺纱线20（且特别是用于将芯21连接到覆盖物22）的各种可能性。可以通过将一根或多根股线（或粗纱）施加到混纺纱线20的芯21上来制成覆盖物22的层。在这种情况下，在每个混纺纱线20中，覆盖物22由一根或多根粗纱（一根或多根股线）形成。覆盖物22的股线可以粘合性地结合到混纺纱线的芯21上，或者可以通过围绕混纺纱线20螺旋缠绕的小的捆绑（binding）纱线23而被保持在纱线的混纺纱线的芯21上（见图1c）。围绕由芯21和覆盖物22形成的组件螺旋缠绕的该捆绑纱线23还使得可以在复合材料产品的制造和使用期间保持混纺纱线20的圆形横截面。
38.可替代地，覆盖物22的股线可以以非常平坦的角度（5
°
和30
°
之间的小角度）围绕芯21编织。最后，如果混纺纱线20被预浸渍，混纺纱线20的两层（覆盖物22和芯21）可以在浸渍步骤期间被组装。例如，为了用热固性基体（特别是诸如环氧树脂之类的树脂）进行浸渍，芯21以及覆盖物22的材料都被浸入环氧树脂浴中，然后在树脂预聚合步骤期间被组装。这是因为树脂保持粘性和柔软，并且随后在制造复合材料部件期间通过固化完全地聚合，这允许基体硬化。如果使用热塑性浸渍技术制造复合材料部件或产品，芯21和覆盖物22可以在具有熔融聚合物的工具（特别是模制工具）中被组装，并在聚合物冷却下来时被保持在一起。以这种方式，树脂或聚合物用作芯21和覆盖物22之间的粘合剂。
39.通常，并且适用于混纺纱线20的所有实施例，在每个混纺纱线20中，混纺纱线20的所述芯21连接至混纺纱线20的所述覆盖物22。然后，一旦构成混纺纱线的纤维已经由有机基体浸渍，并且在基体聚合之后，基体提供了覆盖物和芯之间的结合。这在混纺纱线20的芯和覆盖物之间产生了粘聚力。
40.为了进一步提高处理期间的径向抗压强度，芯21的植物纤维还可在它们与覆盖物22组装之前涂覆有淀粉浆（starch）或另一种天然胶合剂（cement）。
41.根据混纺纱线20的第二实施例，芯21的材料由植物纤维构成或包含植物纤维（如同第一实施例中），但覆盖物22由高品质植物纤维的一个或多个条带形成。这个或这些条带呈基本上具有长纤维的（一个或多个）粗纱或（一个或多个）股线的形式。因此，混纺纱线的覆盖物由呈粗纱形式的植物纤维形成，所述粗纱由对齐的植物纤维构成，所述对齐的植物纤维与粗纱的纵向方向或主方向形成小于5
°
的角度（在0
°
和5
°
之间），使得浸渍有有机基体的粗纱在粗纱的纵向方向上的杨氏模量大于30 gpa，且优选大于32.5 gpa，且优选大于35 gpa。注意，形成覆盖物22的粗纱/条带可以在其主方向和混纺纱线20的主方向之间具有0
°
至15
°
的角度。
42.该解决方案具有的优点在于完全为基于植物的，并且仅在混纺纱线的外层（覆盖物）使用高品质纤维，以及使用廉价的植物纤维芯，从而提供最佳的性能/价格比。
43.根据第三实施例，混纺纱线20具有聚合物芯21，所述聚合物属于包括聚氨酯（pu）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚乳酸（pla）、聚氯乙烯（pvc）、聚苯乙烯（ps）、聚甲基丙烯酰胺（pmi）和苯乙烯-丙烯腈共聚物（san）的组。这种聚合物可以采取各种形式，包括膨体纱、聚合物泡沫纱或聚合物纤维纱的形式。例如，该聚合物芯21是通过挤压获得的，这使得例如可以使其横截面具有预定形状，例如圆形、椭圆形、正方形或多边形。覆盖物22可以由碳纤维、玻璃纤维或植物纤维制成（对于这些植物纤维，优选来自以下列表当中的一种：亚麻、大麻、西沙尔麻、黄麻、马尼拉麻、洋麻、荨麻、苎麻、木棉、马尼拉麻、剑麻、菠萝、香蕉植物、棕
榈和木纤维）。该第三实施例具有的优点在于：提供混纺纱线20，该混纺纱线20具有低密度，且因此提供非常高的性能/重量比。
44.根据第四实施例，如图1d所示，混纺纱线20的芯21为中空管状聚合物纱线，其壁具有孔21a。作为示例，芯的聚合物属于以下列表：聚乳酸聚合物pla、聚酯pe、聚酰胺pa、聚氯乙烯pvc、聚苯乙烯ps、cp（丙酸纤维素）或cap（乙酸丙酸纤维素），或cab（乙酸丁酸纤维素）。该混纺纱线20具有的优点在于：充当用于真空树脂灌注（infusion）模制工艺的流动介质，因为树脂能够快速流过形成芯21的聚合物管的中心通道，且然后在灌注期间流过形成芯21的聚合物管的壁中的孔21a，从而浸渍混纺纱线20的覆盖物22和相邻纤维（相邻混纺纱线20的覆盖物22和可能的相邻纱线（a）和/或可能的（一个或多个）下层）。还有一种情况是，由于形成芯21的聚合物管的内部通道和聚合物管壁中的孔21a填充有树脂，所以在复合材料产品30的制造期间，可以建立存在于形成芯21的聚合物管周围的层的机械固定。
45.如在第三实施例的情况下，覆盖物22可以由碳纤维、玻璃纤维或植物纤维制成。
46.根据第五实施例，混纺纱线20包括由芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯（uhmpe）拉伸纤维或拉伸热塑性纤维制成的芯21。作为示例，这些纤维由kevlar（注册商标）、twaron（注册商标）、dyneema（注册商标）制成。该第五实施例的混纺纱线20包括由碳纤维制成的覆盖物22，从而使得能够为混纺纱线20增加强度和硬度。芯21的纤维优选地被加捻或编织在一起，以便由此为混纺纱线20贡献良好的径向抗压强度。该第五实施例使得有可能向使用该混纺纱线20作为增强件的复合材料产品和部件贡献非常高的抗弯硬度，同时在碰撞事件中仍具有非常有利的性能。如果用这些混纺纱线20形成具有高韧性中心的增强格栅，事实上避免了在碰撞事件中形成碎片，高韧性纤维将结构的所有部件保持为一个整体（即使所述结构被严重损坏）。
47.第二实施例、第三实施例、第四实施例和第五实施例的混纺纱线的覆盖物22和芯层21之间可能的组装方式类似于上面关于第一实施例所述的组装方式。
48.根据一个示例性实施例，混纺纱线20的芯21由亚麻制成，且混纺纱线20的覆盖物22由碳纤维制成。
49.图2至图6显示了呈片材形式的预浸渍件的示意图，该预浸渍件用作制造根据本发明的复合材料产品的基础，其包含两种不同直径的纱线（a）和（b）。
50.参考图2和图3，图2和图3显示了复合材料产品30的第一类型的可能布置的两种变型。在该第一类型的布置中，复合材料产品30至少具有第一层31，所述第一层31包括具有第一厚度的第一类型的纱线（a）和具有大于第一厚度的第二厚度的第二类型的纱线（b）两者，所述第二类型的纱线（b）由如上所述的混纺纱线20组成。在图2和图3所示的情况下，复合材料产品30具有由第一层31形成的单独的单个纱线层，但是在未示出的情况下，复合材料产品30可以具有该第一层31和与该第一层31堆叠的一个其它层或多个其它层。
51.在图2和图3的变型中，较粗的纱线b缝制在与较细的纱线a相同的第一层31的纱线中，所有的纱线a和b相互平行，而较粗的纱线b被放置的顺序可以有规律地重复或者不有规律地重复。
52.在图2的变型中，该第一层31具有不平坦的两个面f1和f2，因为混纺纱线b比纱线a粗，所以它们在两个面上形成肋33。
53.在图3的变型中，复合材料产品30包括单个层31，其中纱线a具有第一直径，且第二
纱线b具有较大直径并且由混纺纱线20形成；然而，两个面中的一个面（面f1，在该示例中是下面）包括彼此齐平的纱线a和b，这导致面f1的平坦表面。该平坦的面f1可以例如通过将呈片材形式的预浸渍件压靠在模具的平坦面上来获得。该层31的另一面f2（在该示例中为上面）包括由纱线b或混纺纱线产生的肋33。
54.参考图4至图7，图中显示了复合材料产品30的第二类型的可能布置的三种变型。在该第二类型的布置中，复合材料产品30至少包括具有第一厚度的第一层31的纱线，以及覆盖第一层31的第二层32的纱线，第二层32的所述纱线包括如上所述的混纺纱线20，混纺纱线20彼此间隔开，以便为复合材料产品30产生具肋表面，因为肋33是由复合材料产品30的与承载第一层31的面（面f1）相对的面f2上的混纺纱线20（纱线b）产生的过厚而产生的。
55.在图4的第一变型中，复合材料产品30包括第一层31的平行细纱线a，这些纱线成对地彼此邻接。该第一层31叠加在第二层32的非平坦的面之上或之下，第二层32被配置为图2的复合材料产品30的单个层，从而导致复合材料产品30具有的至少一侧是不平坦的，并且形成肋33（面f2）。在图4的特定情况下，复合材料产品30具有两个面（f1和f2），在纱线b或混纺纱线的位置处具有肋33。第一层31优选由全部具有相同直径的纱线a组成；它可以缝制到第二层32上，或者用树脂或复合材料产品30的聚合物粘合性地结合。
56.在图5的第二变型中，复合材料产品30包括由混纺纱线20形成的间隔开的粗纱线b，并且粗纱线b构成第二层32，该粗纱线b被缝制（或通过其他技术固定在适当位置，例如，粘合性地结合、粘合性地结合或通过织造、针织、编织或任何其他已知的纺织品制造工艺直接获得）到密集对齐的细纱线a（所有纱线a相互平行，并与两根相邻纱线a接触）的第一层31上。第二层32（图5中的上层）可以由纱线b制成，其厚度等于或大于第一层31（由图5中的下层形成的基层，且其限定了平面f1）的纱线a的厚度，第二层32限定了复合材料产品30的具有肋33的面f2。除了纱线的直径之外，在纱线a和b中的每一者中所使用的纤维可以不同，例如在细纱线a中使用一种类型的纤维，而在粗纱线b中使用第二种类型的纤维，特别是在这些纱线b的芯21和/或覆盖物22中。第二层32的纱线b之间的角度也可以变化（图5中相互平行的纱线b的角度为0
°
）。
57.在图4所示的第一变型和图5所示的第二变型中，第二层32的纱线b平行于第一层31的纱线a，以及在图6所示的第三变型中，第二层32的纱线b不平行于第一层31的纱线a，而是与第一层31的纱线a的方向相交。第二层32的纱线b和第一层31的纱线a之间的角度可以从几度（2度或3度）（纱线b基本平行于第一层31的纱线a）变化到90度（纱线b垂直于第一层31的纱线a）。同样，在图6的情况下，第二层32的纱线b彼此交叉，同时仍然与第一层31的纱线的方向交叉。此外，可以具有呈片材形式的预成型件，该预成型件包括具有两种以上不同直径和/或两种以上类型和/或两种以上角度的纱线。
58.通过使用具有一种厚度或不同厚度的纱线（结合纺织品制造设备），可在单一步骤中获得这些织造织物或呈片材形式的预成型件，通过转变所述纱线以获得最终纺织品结构，其中一旦纺织品已经转变为最终复合材料部件或复合材料产品，则放置一些纱线以构建肋33。作为替代，一种类型的纱线或纱线格栅（包括或构成混纺纱线20）被放置在由相同类型或不同类型的纱线构成的标准织物、织造织物或非织造织物或纤维垫（其形成在先前步骤中获得的第一支撑层）上。可以使用其他方法来获得这些织造织物，例如用于制造织造织物或非织造织物的织造、针织、编织和缝纫。作为替代，纱线可以通过聚合物保持在一起，
该聚合物可以是在后续工艺步骤中硬化的热固性树脂，或者是在浸渍织造织物或更一般地浸渍第一支撑层之前溶解或熔化的聚合物。
59.在图2的第一层31或图4的第二层32的情况下，其具有混纺纱线20（纱线b）和具有较小厚度的其他纱线（纱线b）两者，纱线序列的许多示例是可能的，例如aaabaaaaabaaa、aabaabaaa、aabaabaa、ababababa、aaaabaabaaaa、aabaacaabaac，其中a、b和c为各种纱线直径，且纱线b为混纺纱线20，并且其中这些序列可以根据需要经常重复，以满足最终部件的特定需要，并且其中至少两种不同直径的任何可想象的序列都包括在本发明中。 除了这些示例之外，可以使用其他类型的组合，包括非重复序列、上述序列的组合或两种以上不同纱线类型的组合。除了厚度之外，纤维的类型也可以从一种类型的纱线到另一菱形的纱线而变化。
60.参考图7，复合材料产品30具有第一层31，其与形成混纺纱线20的格栅的第二层32叠加。更具体地，该第二层32具有混纺纱线20，这些混纺纱线20分布在第一系列的相互平行的混纺纱线20和第二系列的相互平行的混纺纱线20之间，第一系列的方向与第二系列的方向形成30
°
至90
°
之间的角度，从而形成呈四边形形状的网格格栅（图7中为90
°
，其中第二层32是混纺纱线20的矩形网格格栅）。
61.在图7的情况下，以及在图4至图6的布置的情况下，第一层31例如属于包括织造织物（尤其是亚麻纱或碳纤维的织造织物）、或植物纤维、碳纤维、玻璃纤维或聚合物纤维的垫、金属片材、铝片材和聚合物片材的组。
62.从上文可知，混纺纱线20（纱线b）可能在第一层31中或第二层32中沿单一方向或仅沿两个方向或仅沿三个方向或仅沿四个方向彼此平行布置。
63.根据一种可能的布置，混纺纱线20在复合材料产品30中占平行增强件的至少5%（以重量计）或交叉增强件的至少10%（以重量计）。
64.根据一种可能的布置，对应于图3、图5、图6和图7的布置，复合材料产品30具有具肋面和平坦面。
65.图8显示了具有平坦表面的复合材料产品30（图8a和8b中为单层，图8c和8d中为两层）的处理和固结步骤。预成型件30被压靠在坚硬模具41上。当预成型件30的纱线a和b形成干织造织物时，开始用热塑性树脂或热固性树脂浸渍，并在压力增加之前进行、在压力增加期间进行或在压力增加之后立即进行。可以在一侧上使用柔性膜40或柔性垫（其不必是可膨胀的囊状物，尽管它可以是可膨胀的囊状物）施加压力，并向该柔性膜40施加压力p（图8a和8c）。柔性膜40适于可变厚度的织造织物。然后提高模具41的温度，以便（i）降低聚合物的粘度并优化纤维的浸渍，以及（ii）通过交联热固性树脂来固结部件。在热塑性基体的情况下，当温度降低到低于聚合物的玻璃化转变温度时，在加热后发生固结。该方法也可以应用于单曲表面或双曲表面。获得的复合材料产品（图8b和8d）在混纺纱线20（纱线b）的位置处具有肋33。
66.在平坦或弯曲形状的情况下，模具41的两侧可为坚硬的（例如，金属的），模具41的一个表面包含在表面中经加工的凹槽，对应于放置在复合材料预成型件30表面上的相应纱线b（或纱线a和b）的反面。然后，在模具闭合以及复合材料如上所述地硬化之前，模具41中的凹槽用作将预成型件精确放置在模具40中的引导件。
67.图9a至图9d显示了从所介绍的技术获得的呈复合纤维管和片材形式的复合材料
产品30的示例。根据最终部件的结构需要和硬度要求，由肋33产生的加强件可以局部放置在管段的一些部分中（图9a），或者围绕管段的圆周均匀放置（图9b）。图9c和9d给出了由平坦片材中的肋33产生的各种加强件密度的示例。诸如肋33之间的间距、肋33的序列的规则性、肋33中使用的纤维类型、它们的取向和它们的厚度等因素可以应用于所有形状，包括具有封闭横截面的中空部件、平坦片材和单或双曲表面。此外，肋33可以以任何角度起作用，并且如果需要增强多个方向，肋33也可以相交。后者的一个具体示例是带有相对于纵向轴线成
ꢀ±
45
°
延伸的加强件的管，目的是增加该段的抗屈曲和抗塌陷（collapse）能力。所有可能的变量（特别是肋33的序列的规则性、肋33的分布、肋33中使用的（一种或多种）纤维类型、它们的厚度或甚至它们的角度）可以应用于所有的形状，包括管、平坦片材和单或双曲表面。
68.图10显示了从本技术公开的技术中获得的复合材料管和片材的示例，其结合了至少两种不同类型的纤维材料。在图10a和图10b中，管由层的堆叠组成，其中第一层31在外侧上，以及由第二层32形成的不同的材料在管的内侧上，而第二层的肋33是在管的内面上。这同样适用于平坦片材（图10c和10d），或适用于任何其他单曲表面或双曲表面。这种方法可用于具有高阻尼要求的复合材料部件。于是，管的外侧可以由具有比第二层32的储能模量明显更高的储能模量e'的材料制成，相比之下，第二层32相对于外层31的材料具有明显更高的损耗模量e'''（以及因此更高的阻尼能力）。
69.图11显示了根据本发明的产品的一个实施例。该示例中的复合材料产品30是跑车发动机罩。跑车发动机罩主要地必须承受高速时由空气动力压力产生的弯曲荷载，并且应该尽可能轻质。还有一种情况是，当所述发动机罩安装在车辆上时，只有发动机罩的外面需要是光滑的。
70.利用所公开的技术，可以设计出一种跑车发动机罩，其表现出最佳重量/性能比并且由复合材料产品30制成，复合材料产品30例如使用天然纤维和碳纤维。根据一种可能性，片材的上层由具有与轴线成0
°
、
±
45
°
和90
°
取向的纤维层的层压件（多个层压件层）构成。放置在片材的凹面上的肋33以0
°
和90
°
取向，以便承受由于表面压力引起的弯曲荷载（在图11的视图中，这些肋33放置在片材的背面，且因此在该图11中透明地被看见）。
71.图11给出了设计的示意图。该复合材料优选地一部分由亚麻纤维和碳纤维的组合构成，且另一部分由热固性树脂（例如环氧树脂）或热塑性聚合物（例如聚（乳酸）（pla）、聚（丙烯）（pp）或任何类型的聚（酰胺）（pa））构成。外壁（第一层31）和/或内侧上的肋33的厚度在0.5至3 mm之间变化。
72.借助本发明所设计的跑车发动机罩为结构设计提供了最佳组合，其具有最小的材料量（且因此最小的重量）。
73.可替代地，跑车发动机罩可使用芯21和覆盖物22（作为混纺纱线）来生产，芯21和覆盖物22两者均仅由不同形状的亚麻纤维制成，其构成用于芯21的第一材料，以及用于覆盖物22的不同于第一材料的第二材料：例如，第一材料由短亚麻纤维形成，该短亚麻纤维被处理以形成具有显著捻度的纱线（纱线的外部纤维和纱线的轴线之间的角度优选地在10
°
和45
°
之间，优选地在12
°
和40
°
之间，并且优选地在15
°
和35
°
之间，包括这些极限值，并且根据一种可能性，该角度大于或等于15
°
），并且第二材料由粗纱形式的长亚麻纤维形成。在这种情况下，通过使用仅由植物纤维（在芯21和覆盖物22中）制成的混纺纱线，获得了最佳性
能，同时仍然利用了生物基材料。
74.附图标记列表20
ꢀꢀ
混纺纱线21
ꢀꢀ
芯21a 孔22
ꢀꢀ
覆盖物23
ꢀꢀ
捆绑纱线30
ꢀꢀ
复合材料产品31
ꢀꢀ
第一层32
ꢀꢀ
第二层33
ꢀꢀ
肋40
ꢀꢀ
柔性膜41
ꢀꢀ
模具f1
ꢀꢀ
复合材料产品的面f2
ꢀꢀ
复合材料产品的面。