使用互穿聚合物网络胶黏剂的复合结构制造技术

本发明专利技术涉及使用互穿聚合物网络胶黏剂的复合结构。提供了一种主要由第一聚合物系统和第二聚合物系统组成的组合物。第一聚合物系统具有约180ksi至约335ksi的第一模数。第一聚合物系统主要由热固性丙烯酸酯组成。第二聚合物系统主要由热固性环氧树脂系统和环氧树脂固化剂组成。所述热固性环氧树脂系统包括第一环氧树脂。

【技术实现步骤摘要】

本公开一般地涉及复合结构，并且更具体涉及用在这种复合材料中的胶黏剂。
技术介绍
在引起部件以不同比率热膨胀的热固化或其他制造工艺期间，包括具有不同热膨 胀系数的部件的复合结构可引起结构中的残余应力。例如，并且不限于，当在升高的温度下 固化时，包括碳纤维聚合物增强的金属的混杂复合结构可经历热致畸变。在一些情况下，通 过使用在室温下固化或使用各种形式的辐射可固化的纤维增强的聚合物可解决该问题。但 是，室温固化聚合物可具有短的使用寿命、长的固化时间，并且需要额外的清理工作。与在 升高的温度下固化的聚合物相比，室温固化聚合物也可展现降低的性能特征。已知的辐射 固化胶黏剂比期望的更易碎，并且展现低于期望的韧性，这可导致这些胶黏剂不适于一些 应用，尤其是其中看重冲击负载抗性的应用。 互穿聚合物网络（IPN)已用作复合结构中的胶黏剂。IPN基于使用不同固化机制 在不同温度下固化的聚合物系统，但是可展现优于它们的那些组成聚合物系统的性质。但 是，IPN不适合于解决复合材料中由形成复合材料的组分的差别膨胀引起的残余应力问题。 因此，需要可用于降低或消除复合结构中由用在该结构中的不同组分的差别膨胀 引起的残余应力的IPN胶黏剂，所述结构比如以碳纤维聚合物增强的金属。也需要制造采 用IPN胶黏剂以降低或消除残余应力的复合结构的方法。
技术实现思路
在一个示例性实施方式中，提供了一种组合物。该组合物主要由第一聚合物系统 和第二聚合物系统组成。该第一聚合物系统具有约180ksi至约335ksi的第一模数。该第 一聚合物系统主要由热固性丙烯酸酯组成。该第二聚合物系统主要由热固性环氧树脂系统 和环氧树脂固化剂组成。该热固性环氧树脂系统包括第一环氧树脂。 在另一示例性实施方式中，提供了一种组合物。该组合物主要由第一聚合物系统 和第二聚合物系统组成。该第一聚合物系统具有约180ksi至约335ksi的第一模数。该第 一聚合物系统主要由热固性丙烯酸酯和三官能丙烯酸酯组成。该第二聚合物系统主要由热 固性环氧树脂系统和环氧树脂固化剂组成。该热固性环氧树脂系统包括第一环氧树脂。 在本公开的各种实施方式中特征、功能和优势可独立地实现或在又其他实施方式 可结合，其中参考下述说明和附图可理解进一步细节。【附图说明】 在所附权利要求中阐释了认为是示例性实施方式的特性的新颖性特征。但是，当 结合附图阅读时，通过参考以下详细描述的本公开的示例性实施方式，将更好的理解示例 性实施方式，以及优选的使用方式、进一步目的和其优势，其中： 图1图解了根据公开的实施方式的IPN胶黏剂的功能方框图。 图2图解了图1的IPN胶黏剂，显示由双聚合物胶黏剂系统形成的双连续结构。 图3是混杂复合结构的截面图，其中使用IPN胶黏剂将部件结合在一起。 图4图解了使用IPN胶黏剂将图3的两个部件结合在一起的方法的流程图。 图5图解了通过IPN胶黏剂层将两个共固化的复合层压材料连接在一起的截面 图。 图6图解了图5中命名为图6的区域。 图7图解了制造图5和图6中显示的复合结构的方法的流程图。 图8图解了嵌入在IPN胶黏剂基质中的纤维，其中在该纤维周围形成梯度界面。 图9图解了用于公开的IPN胶黏剂的聚合物系统的应力应变性能的图表。 图10是根据示例性实施方式的以方框图形式的制造环境的图解。 图11图解了根据示例性实施方式的压缩屈服强度随互穿聚合物网络中第一聚合 物系统含量变化的图表。 图12图解了根据示例性实施方式的抗拉强度随互穿聚合物网络中第一聚合物系 统含量变化的图表。 图13图解了根据示例性实施方式的断裂韧性随互穿聚合物网络中第一聚合物系 统含量变化的图表。 图14图解了根据示例性实施方式的抗拉强度和断裂韧性随互穿聚合物网络中第 一聚合物系统含量变化的图表。图15图解了根据示例性实施方式的单体转化度随互穿聚合物网络中第一聚合物 系统含量变化的图表。 图16图解了根据示例性实施方式的损耗模数随互穿聚合物网络的温度变化的图 表。 图17图解了根据示例性实施方式的密度随互穿聚合物网络中第一聚合物系统含 量变化的图表。 图18图解了互穿聚合物网络与其构成相比的图表。 图19是其中可实施示例性实施方式的航空器生产和维修方法的流程图。 图20是根据示例性实施方式的航空器的方框图。【具体实施方式】 示例性实施例提供了可用于制造复合结构并且尤其是混杂结构的IPN胶黏剂，所 述结构采用可充分降低结构中由复合材料的差别热膨胀引起的残余应力的聚合物树脂和 金属。公开的IPN胶黏剂包括可以在不同的温度下固化的两种聚合物胶黏剂系统。一种聚 合物系统可以在室温下使用辐射束比如电子束固化。第一聚合物系统在室温下的固化使复 合材料部件结合在一起，由于该结构被完全固化，这样它们相对于彼此固定。通过在升高的 温度下的热循环实现第二聚合物胶黏剂的固化。当固化时，第二聚合物胶黏剂保持柔性，这 使得该复合结构更耐冲击负载，并且不容易受到几乎看不到的冲击损伤（BVID)。 除增加强度和耐久性以外，使用公开的IPN胶黏剂，通过提供有效途径加固金属 部件，比如铝，可导致重量减轻，并且可降低加工（tooling)成本和复杂性，同时降低工艺 流程时间。 示例性实施例认识和考虑利用聚环氧化物网络比如双酚A的二缩水甘油醚 (DGEBA)增加复合材料强度的先前尝试。在这些先前的尝试中，通过并入热塑性增韧剂形 成韧性。具体而言，在一些先前的尝试中，热塑性增韧剂在每100份环氧化物中以约20至 约40份的比例并入。通过使用热塑性增韧剂，所得先前尝试的环氧树脂网络变坚韧，这是 由于存在热塑性颗粒的固化诱导的相分离。本文的示例性实施例认识和考虑可期望增加环 氧树脂网络的韧性而不使用热塑性增韧剂。 示例性实施方式也认识和考虑使用具有不同化学性质的两种或多种聚合物组分 产生互穿聚合物网络（IPN)。将两种或多种聚合物组分并入IPN的结果产生具有显著不同 于单个聚合物组分的那些性质的IPN。例如，示例性实施方式认识和考虑聚合物性能可与玻 璃化转变温度Tg相关。IPN的单个组分通常具有不同的、特殊的玻璃化转变温度。但是，完 全互穿IPN展现单一的、变宽的玻璃化转变温度。 顺序IPN是由首先固化第一聚合物系统并且随后固化第二聚合物系统形成的 IPN。示例性实施方式进一步认识和考虑当产生顺序IPN时，首先固化的聚合物系统确立 IPN的强度。第二聚合物系统保持高度可变形。因此，第二聚合物网络的单体可以被重新排 列以减小形成的IPN中的内应力。由于固化的第一聚合物系统施加的限制，第二聚合物网 络以低速率固化，降低内应力。因此，示例性实施方式考虑第二固化的聚合物系统所以起到 了"增塑剂"的作用。增塑剂可以是提供增加的挠性至组合物的材料。此外，增塑剂可增加 组合物的耐久性。 首先参考图1，公开的实施方式涉及完全互穿网络（IPN)胶黏剂16,其可用作结合 胶黏剂或复合结构中的基质。IPN胶黏剂16广义地包括第一聚合物系统18和第二柔性聚 合物系统20。第一聚合物系统18可以在室温或当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其主要由以下组成：第一聚合物系统，其具有约180ksi至约335ksi的第一模数，其主要由热固性丙烯酸酯组成；和第二聚合物系统，其主要由以下组成：包括第一环氧树脂的热固性环氧树脂系统；和环氧树脂固化剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G·R·韦伯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US