复合材料的粘结制造技术

本发明专利技术涉及用于表面准备的剥离层和一种在粘着粘结之前的表面准备的方法。将富含树脂的剥离层涂覆到可固化、基于树脂的复合衬底上，随后共固化。在共固化之后，所述复合衬底完全固化而所述剥离层中的所述基质树脂保持部分固化。当去除所述剥离层时，暴露出具有化学活性官能团的粗糙、可粘结表面。可以将具有所述化学活性、可粘结表面的所述复合衬底粘结到另一复合衬底以形成共价键结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
习知地将粘着粘结用作接合复合结构(如航天工业中使用的复合结构)的方法。当前，复合结构的粘着粘结主要通过以下三种方式中的一种来进行：(1)共固化、(2)共粘结和(3)二次粘结。“共固化”涉及通过同时固化和粘结来接合未固化复合部件，其中将所述复合部件与粘着剂一起固化，产生化学键结。然而，难以将这种技术应用于未固化预浸体的粘结中以制造具有复杂形状的大型结构部件。未固化复合材料，例如预浸体，为粘性(也就是触感为粘性)的并且缺乏自行支撑所必需的刚性。因此，未固化复合材料为难以处理的。举例来说，在具有复杂三维形状的工具上难以组装和粘结未固化复合材料。“共粘结”涉及通过粘着粘结将预固化复合部件接合到未固化复合部件，其中粘着剂和未固化复合部件在粘结期间固化。预固化复合物通常在粘着粘结之前需要额外的表面准备步骤。“二次粘结”是通过粘着粘结将预固化复合部件接合在一起，其中仅将粘着剂固化。这种粘结方法典型地需要在粘结表面处对每个经预先固化的复合部件进行表面准备。用于共粘结和二次粘结的适当表面处理是获得粘着粘结结构中的最高程度粘结线完整性的先决条件。粘结线完整性一般是指粘结界面的整体质量和稳固性。习知共粘结和二次粘结方法典型地包括在粘着粘结之前遵循制造商说明书对复合结构进行表面处理。表面处理包括(但不限于)喷粒处理、砂磨、剥离层、上底漆等。这些表面处理方法主要通过表面的机械粗糙化来改良粘著作用。粗糙表面由于粘结界面处的机械联锁而可以实现更好的粘着。预固化复合结构的所述共粘结或二次粘结具有以下局限性：粘结机制仅经由机械联锁产生，而无如共固化粘结中的化学键的形成。所述表面处理，如果不适当地进行，那么在使用最终粘结结构期间可以变为粘结失效的来源。此外，在复合物粘结组合件的界面处未形成化学键的情况下，粘结线质量的评估为至关重要的，以确保存在适当粘结。不幸的是，粘结线质量的评估通常为困难的并且所属领域中已知的用于测量粘结线质量的当前技术并非良好适于测量和评估弱粘结的所有潜在来源。在航天工业中，粘着剂典型地与机械紧固件(例如铆钉、螺钉和螺栓)组合使用以安全并且可靠地固定结构材料。在飞机中很少将结构粘着剂用作用于接合结构部件的唯一机制。粘着粘结部件与通过机械紧固件接合的部件相比呈现显着优点，包括：重量较轻、减少应力集中、耐久性、较少部件数等。尽管具有这些益处，但部分由于评估粘结线完整性的难度，粘着粘结的使用受到限制。当前，不存在用于测量接合部件的粘结强度的非破坏性方法。用于测量粘着粘结接合的强度的唯一方式是找到极限强度，其通过破坏粘结而获得。由于显而易见的原因，这种类型的破坏性测试在如飞机组装的工业制造环境下为不实用的。此外，验证测试大量试样以确定粘着剂的平均负载能力并不能保证各个和每一个粘结结构将具有预期的粘结强度。为了满足如美国的国家的某些航空认证要求，当前需要主要结构的结构复联。当前先进技术粘结方法不能够满足这些要求。当前，仅共固化结构被美国联邦航空管理局(FAA)认可用于主要结构并且广泛地用于航天工业中。因此，仍需要可在制造环境下使用的粘着粘结方法或技术，如在产生可靠并且高强度的化学粘结的同时提供粘结线质量的极佳再现性的方法。此外，仍需要可以满足结构复联要求(例如由美国FAA提出的要求)而不增加额外制造步骤的粘结方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种富含树脂的剥离层，其由经树脂基质浸渍的编织品组成，所述树脂基质与复合预浸体的树脂基质不同。剥离层经设计使得其可以与复合衬底(例如预浸体或预浸体迭层)共固化，并且在去除所述剥离层时，在完全固化复合衬底的固化表面上保留剥离层树脂的薄、连续性薄膜，但剥离层树脂部分固化。部分固化剥离层树脂薄膜提供具有化学反应性官能团的表面，所述化学反应性官能团能够在随后的粘结步骤中与粘着性树脂发生化学反应。这个剥离层经设计使得其可以应用于各种复合衬底，如预浸体，以改质其表面，从而获得改良的粘着和粘结特性。因此，本文所揭示的剥离层提供优于当前先进技术方法的粘结技术中的步骤变化。本文还揭示一种在粘着粘结之前的新颖的表面准备方法。这种表面准备方法涉及将上文所述的富含树脂的剥离层涂覆到可固化、基于树脂的复合衬底上，随后共固化。在共固化之后，复合衬底完全固化而剥离层中的基质树脂保持部分固化。当去除剥离层时，暴露出具有化学活性官能团的粗糙、可粘结表面。还揭示用于将具有化学活性、可粘结表面的复合衬底粘结到另一复合衬底以形成共价键结结构的方法。附图说明图1A到1C说明根据本专利技术的一个实施例的制备用于粘着粘结的复合衬底的表面的方法。图1D到1E说明在表面准备之后的复合衬底的粘着粘结。图2A示意性说明层合到纤维加强型复合衬底上的富含树脂的剥离层。图2B示意性说明在共固化和去除剥离层之后的图2A中所示的复合衬底。图3展示根据本专利技术的实施例的与富含树脂的剥离层堆栈在一起，随后共固化的多个未固化预浸体层。图4展示含有1:1的环氧树脂:固化剂比率的剥离层的FT-IR(傅里叶变换红外(FourierTransformInfrared))光谱。图5展示含有不足量的固化剂的剥离层的FT-IR光谱。图6是根据一个实例的展示不同剥离层系统的热机械分析(TMA)的图。具体实施方式本文所揭示的新颖的表面准备方法能够产生一种化学活性复合表面，其可以经由使用基于树脂的粘着剂而以化学方式粘结到另一衬底。这种粘结方法的一个优点是在复合表面与粘着剂之间产生化学粘结，从而在复合衬底之间产生更强的粘结。这种方法的另一优点是其最小化对复合衬底的粘结表面的污染作用。此外，这种粘结方法可以工业规模实践并且无需实质性改变工业中当前使用的基础结构。本文所揭示的粘结方法允许通过在待粘结表面产生化学反应性官能团，从而产生共固化结构来实现可认证的粘结方法的方式。因此，本文所揭示的新颖的粘结方法提供一种在不增加额外制造步骤的情况下满足如由美国FAA提出的结构复联要求的方式。前述化学活性复合表面通过使用富含树脂的剥离层产生。图1A到1C说明如何使用富含树脂的剥离层来产生具有化学活性官能团的可粘结表面。参考图1A，首先将可固化剥离层10层合到未固化或可固化复合衬底11的最外侧表面上。未固化/可固化复合衬底由用未固化或可固化基质树脂灌注或浸渍的加强纤维组成，所述基质树脂含有一或多种热固性树脂。可固化剥离层10由用不同于复合衬底的未固化/可固化基质树脂的可固化基质树脂灌注或浸渍的编织品组成。剥离层10的基质树脂还含有一或多种热固性树脂；然而，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在粘着粘结之前的表面准备的方法，其包含：(a)提供复合衬底，其包含用可固化、第一基质树脂浸渍的加强纤维；(b)将可去除、富含树脂的剥离层涂覆到所述复合衬底的表面上，所述剥离层包含用可固化、不同于所述第一基质树脂的第二基质树脂浸渍的编织品；(c)使所述复合衬底与所述剥离层共固化直到所述复合衬底完全固化而所述剥离层中的所述第二基质树脂保持部分固化；和(d)从所述复合衬底的表面去除所述剥离层，在所述复合衬底的表面上留下部分固化的第二基质树脂的薄膜，所述薄膜提供具有化学活性官能团的粗糙、可粘结表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.22 US 61/868,6401.一种用于在粘着粘结之前的表面准备的方法，其包含：
(a)提供复合衬底，其包含用可固化、第一基质树脂浸渍的加强纤维；
(b)将可去除、富含树脂的剥离层涂覆到所述复合衬底的表面上，所述剥离层包含用可
固化、不同于所述第一基质树脂的第二基质树脂浸渍的编织品；
(c)使所述复合衬底与所述剥离层共固化直到所述复合衬底完全固化而所述剥离层中
的所述第二基质树脂保持部分固化；和
(d)从所述复合衬底的表面去除所述剥离层，在所述复合衬底的表面上留下部分固化
的第二基质树脂的薄膜，所述薄膜提供具有化学活性官能团的粗糙、可粘结表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二基质树脂包含一或多种多功能环氧树脂，
并且在去除所述剥离层之后，所述粗糙、可粘结表面上的所述化学活性官能团包含环氧官
能团。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二基质树脂包含至少一种热固性树脂和至
少一种用于使所述热固性树脂交联的固化剂，并且热固性树脂与固化剂的摩尔比使得在步
骤(c)中，在共固化之后，在所述剥离层中存在未反应的非交联热固性树脂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中固化剂与热固性树脂的所述比率使得存在不足以
用于与100％所述热固性树脂反应必要的量的固化剂。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二基质树脂包含一或多种多功能环氧树
脂，但不含任何用于使所述环氧树脂交联的固化剂。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中保留在所述复合衬底的表面上
的部分固化的第二基质树脂的所述薄膜由于不完全固化而具有低于所述复合衬底的基质
树脂的玻璃转移温度(Tg)的玻璃转移温度。
7.一种固化复合衬底，其具有通过根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法产生
的具有化学活性官能团的粗糙、可粘结表面。
8.一种粘结方法，其包含：
(a)提供第一复合衬底，其包含用可固化、第一基质树脂浸渍的加强纤维；
(b)将可去除、富含树脂的剥离层涂覆到所述第一复合衬底的表面上，所述剥离层包含
用可固化、不同于所述第一基质树脂的第二树脂基质浸渍的编织品；
(c)使所述第一复合衬底与所述剥离层共固化直到所述第一复合衬底完全固化而所述
剥离层中的所述第二基质树脂保持部分固化；
(d)从所述第一复合衬底的表面去除所述剥离层，在所述第一复合衬底的表面上留下
部分固化的第二基质树脂的薄膜，所述薄膜提供具有化学活性官能团的粗糙、可粘结表面；
(e)通过在所述复合衬底之间的可固化粘着膜将所述固化、第一复合衬底接合到第二
复合衬底，所述粘着膜与所述第一复合衬底的所述可粘结表面接触，其中所述可固化粘着
膜包含能够与所述第一复合衬底的所述可粘结表面上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奥纳·麦克亚当斯，达利普·K·柯里，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US