多组分聚合树脂、应用其的方法以及包含其的复合层压制品结构技术

本文公开的实施方案涉及具有第一热固性塑料和一种或多种另外的组分(例如，第二热固性塑料和/或热塑性塑料)的聚合树脂、包含其的复合层压制品、制备和使用其的方法，以及包含其的复合层压制品结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用本申请要求于2014年6月4日提交的美国临时申请第62/007,614号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请要求于2014年6月4日提交的美国临时申请第62/007,632号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请要求于2014年6月4日提交的美国临时申请第62/007,652号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请要求于2014年6月4日提交的美国临时申请第62/007,670号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请要求于2014年6月4日提交的美国临时申请第62/007,685号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请要求于2015年1月28日提交的美国临时申请第62/108,837号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
结构部件的大量生产集中于低成本材料和低组装成本，但是最初可能需要用于工具和设备的高资本的长期投资。然而，大量生产不容易适应设计变化。目前，部件的小批量生产涉及低资本支出、昂贵的材料以及高组装成本，例如铝组件。总体来说，小批量生产仍然是非常贵的。期望生产用于制造结构组件，例如底盘、用于通信设备的面板、用于运输工具或交通工具(例如，自行车、摩托车、卡车等)的框架或主体部分、农业应用(例如，农业设备)、能量相关应用(例如，风力、太阳能)、卫星应用、航空航天应用、结构材料(例如，建筑材料等)和消费产品(例如，家具、马桶座圈，尤其电子产品)的轻质、牢固且坚硬的复合材料。期望生产用于制造底盘或主体组件具有良好能量吸收的轻质、牢固的复合组件，例如汽车发动机罩或其他主体面板。主体组件可能设计用于在车祸时提供能量吸收。出于安全原因，将汽车发动机罩或主体组件设计成具有一些阻尼或能量吸收特性。用于运输工具(例如，汽车、卡车或任何车辆)、农业设备、建筑设备或航空航天工业的复合组件可以显著地提高燃料效率并减少碳排放。这种复合材料可包含碳纤维或玻璃纤维。碳纤维可能比玻璃纤维更硬、更牢固也更轻，但通常可能更昂贵。碳纤维增强组件可比铝组件轻约20％，并且比一些钢组件轻约50％。碳纤维增强复合材料的强度-重量比或刚度-重量比可能比铝和钢的高。目前，复合组件常常通过常规方法制造，包括高压树脂传递模塑(RTM)。复合组件也可以由预浸渍纤维(“预浸材料”)形成，并且可能需要烘箱或高压锅来固化预浸材料。传统上，碳纤维增强复合组件与金属组件相比不具有成本竞争力，原因有几个。首先，高压RTM可能需要相对昂贵的设备和高压以使聚合树脂流动以浸渍纤维并减少表面缺陷(例如针孔或不期望的孔隙率)。尽管高压应用树脂，表面仍然可能具有针孔或表面缺陷。具有这种缺陷的表面可能不显示所期望的表面光洁度或令人满意的外观。这种表面缺陷还可能使得涂覆复合材料表面更加困难。第二，与金属组件相比，高压RTM还可能需要更长的循环时间来制造复合组件。例如，碳纤维部件的生产周期；包括加热、固化和冷却复合组件，与钢或铝部件的以秒计相比，可能花费大约45分钟或更长时间。第三，原始碳化纤维的材料成本可能较高，并且来自RTM的纤维废料也可能非常高。例如，当制造具有复杂形状或几何结构的复合组件时，可能浪费高达40％的原始碳纤维。此外，由于表面缺陷，与金属部件相比，RTM部件的产品收率相对较低。制造商继续寻求低成本替代材料、低成本工具以及更快的循环时间以降低复合组件的生产成本。
技术实现思路
本文公开的实施方案涉及一种低粘度的聚合树脂。更具体地，实施方案涉及聚合树脂组分和特性、设备、以及应用该聚合树脂以形成纤维增强复合材料夹层结构和纤维增强复合材料结构的方法。在一个实施方案中，公开了一种形成复合层压制品结构的方法。该方法包括混合包含聚氨酯和环氧树脂的聚合树脂。该方法包括将聚合树脂加热到并保持在环境温度和聚合树脂的组分的固化温度之间的应用温度。该方法包括将聚合树脂应用到纤维片材上。该方法包括将纤维片材放置在包括至少部分地由相应的单元壁限定的多个单元的芯部上，纤维片材延伸穿过多个单元中的至少一些。纤维片材包括在其上应用的聚合树脂。该方法进一步包括在放置之后，固化应用在纤维片材上的聚合树脂。在一个实施方案中，公开了一种复合层压制品结构。复合层压制品结构包括至少一个芯部，该芯部包括至少部分地由相应的单元壁限定的多个单元。复合层压制品结构包括附着到芯部的第一端的一个或多个第一复合层压制品和附着到芯部的第二端的一个或多个第二复合层压制品。一个或多个第一复合层压制品和一个或多个第二复合层压制品中的每一个在其中具有固化的聚合树脂。固化的聚合树脂包含聚氨酯和环氧树脂。在一个实施方案中，公开了一种聚合树脂。该聚合树脂包含一种混合物，该混合物包含第一热固性塑料和至少第二热固性塑料。在固化时第二热固性塑料的硬度和防水性比第一热固性塑料的硬度和防水性大，并且第二热固性塑料为约50％(按体积计)或更少的聚合树脂。第一热固性环氧树脂和第二热固性塑料各自以足以允许混合后形成微泡沫的量存在。在一个实施方案中，公开了一种应用聚合树脂的方法。该方法包括将包含聚氨酯和环氧树脂的聚合树脂放置在容器中。该方法包括在环境温度下在容器中混合聚合树脂与硬化剂，其中硬化剂被构成为在第一温度下固化聚合树脂。该方法包括将容器放置在包含流体的压力容器中。该方法进一步包括将聚合树脂加热到并保持在第一温度和环境温度之间的足以使聚合树脂显示粘度为约300厘泊或更小的应用温度，并且流体保持在应用温度。该方法进一步包括将聚合树脂应用到纤维片材上。来自任何所公开的实施方案的特征可以彼此结合使用，且不限于此。另外，通过考虑下面详细说明以及附图，本专利技术的其他特征和优点对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。附图说明附图示出了本专利技术的几个实施方案，其中相同的附图标记指代附图中所示的不同视图或实施方案中的相同或相似的元件或部件。图1A是根据一个实施方案的用于加热和喷涂聚合树脂的压力罐的示意图。图1B是在混合聚合树脂和硬化剂之前图1A的容器的示意图。图2是根据一个实施方案的图1A的压力罐的等距视图。图3是根据一个实施方案的含有包含硬化剂的聚合树脂的图1A的容器的等距视图。图4是根据一个实施方案的喷涂聚合树脂的方法的流程图。图5是根据一个实施方案的形成回收的纤维片材的装置的示意图。图6是根据本专利技术的一个实施方案的针刺(needling)之后图5的纤维片材的照片。图7是根据本专利技术的一个实施方案的在两个纤维片材之间具有网孔的图5的纤维片材的照片。图8是根据本专利技术的一个实施方案的包括由吸管制成的芯部的复合材料夹层的照片。图9是根据一个实施方案的复合材料夹层的横截面图。图10是根据一个实施方案的复合材料夹层的横截面图。图11是根据一个实施方案的由复合材料夹层、金属插入物形成并用NCF加强的组件的横截面图。图12是根据一个实施方案的形成复合材料夹层的方法的流程图。图13是根据一个实施方案的形成复合材料夹层的方法的流程图。具体实施方式本文公开的实施方案涉及具有第一热固性塑料和一种或多种另外的组分(例如，第二热固性塑料和/或热塑性塑料)的聚合树脂、包含其的复合层压制品、制备和使用其的方法、以及包含其的复合层压制品结构。本文公开的实施方案提供了一种包含液体混合物或第一热固性塑料(例如，聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成复合层压制品结构的方法，所述方法包括：混合包含聚氨酯和环氧树脂的聚合树脂；将所述聚合树脂加热到并保持在环境温度和所述聚合树脂组分的固化温度之间的应用温度；将所述聚合树脂应用到纤维片材上；将所述纤维片材放置在芯部上，所述芯部包括至少部分地由相应的单元壁限定的多个单元，所述纤维片材延伸穿过至少一些所述多个单元；其中，所述纤维片材包含在其上应用的聚合树脂；以及在放置之后，固化应用到所述纤维片材上的所述聚合树脂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.04 US 62/007,614;2014.06.04 US 62/007,632;1.形成复合层压制品结构的方法，所述方法包括：混合包含聚氨酯和环氧树脂的聚合树脂；将所述聚合树脂加热到并保持在环境温度和所述聚合树脂组分的固化温度之间的应用温度；将所述聚合树脂应用到纤维片材上；将所述纤维片材放置在芯部上，所述芯部包括至少部分地由相应的单元壁限定的多个单元，所述纤维片材延伸穿过至少一些所述多个单元；其中，所述纤维片材包含在其上应用的聚合树脂；以及在放置之后，固化应用到所述纤维片材上的所述聚合树脂。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将聚合树脂加热到并保持在应用温度包括：将所述聚合树脂放置在容器中；将所述容器放置在包含热流体的压力容器中，其中所述流体保持在应用温度。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所述环氧树脂的粘度比所述聚氨酯的粘度高，其中在应用之前所述聚合树脂的粘度为约300厘泊或更小。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，混合所述聚合树脂包括将热塑性塑料混合到所述聚合树脂中。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在固化期间所述聚合树脂的收缩率为约3％或更小。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述环氧树脂的量按体积计小于约40％的所述聚合树脂。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，混合所述聚合树脂包括将固化剂或硬化剂混合到所述聚合树脂中。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述硬化剂被配置为在约70℃开始固化。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述聚氨酯和所述环氧树脂显示大约相同的固化时间。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，混合所述聚合树脂包括将至少一种第VIII族金属材料混合到所述聚合树脂中，所述至少一种第VIII族金属材料包含钴、铁、镍或铁氧体中的一种或多种。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合树脂包含按体积计小于约5％的所述至少一种第VIII族金属材料。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述聚合树脂包含填充材料，所述填充材料包含碳酸钙、二氧化硅或氧化铝中的一种或多种。13.根据权利要求1所述的方法，其中：所述聚合树脂包含按体积计约10％至约35％的环氧树脂；以及混合所述聚合树脂进一步包括在应用之前在所述聚合树脂中混合固化剂或硬化剂、热塑性塑料、至少一种第VIII族金属材料或填充材料中的一种或多种。14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，应用所述聚合树脂包括在小于约90psi的压力下将所述聚合树脂喷涂到所述纤维片材上。15.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，应用所述聚合树脂包括将所述聚合树脂手工地铺展到所述纤维片材上。16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中，混合所述聚合树脂包括在模具中原位混合所述聚合树脂。17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述模具中原位混合所述聚合树脂包括：将所述聚合树脂的所述聚氨酯以及将所述聚合树脂的所述环氧树脂应用到所述纤维片材上；以及在将聚合树脂加热到并保持在应用温度的操作期间使所述聚氨酯和所述环氧树脂彼此接触。18.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中，混合所述聚合树脂包括在应用所述聚合树脂之前混合所述聚合树脂。19.形成复合层压制品结构的方法，所述方法包括：将聚合树脂放置在容器中，所述聚合树脂包含：聚氨酯和环氧树脂，所述环氧树脂按体积计为约10％至约35％的所述聚合树脂；在环境温度下将所述聚合树脂与硬化剂在所述容器中混合，其中所述硬化剂被配置为在第一温度下固化所述聚合树脂；将所述容器放置在包含流体的压力容器中；将聚合树脂加热到并保持在第一温度和环境温度之间的足以使所述聚合树脂的粘度显示约300厘泊或更低的应用温度，其中所述流体保持在所述应用温度；将所述聚合树脂应用到碳纤维片材上；其中，所述碳纤维片材包含在其上应用的聚合树脂；以及将所述碳纤维片材放置在芯部上，所述芯部包括至少部分地由相应的单元壁限定的多个单元。20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：将所述聚合树脂应用到另外的碳纤维片材上；以及将所述另外的碳纤维片材放置在与所述碳纤维片材相对的一侧上的所述芯部上。21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：将所述聚合树脂应用到另外的碳纤维片材上；以及将所述另外的碳纤维片材放置在所述碳纤维片材上。22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，应用所述聚合树脂包括在小于约90psi的压力下喷涂所述聚合树脂。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述压力为约70psi。24.根据权利要求19-24中任一项所述的方法，其中，所述第一温度为约70℃，以及所述应用温度为约50℃。25.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，应用所述聚合树脂包括手工地铺展所述聚合树脂。26.根据权利要求19-25中任一项所述的方法，进一步包括在约120℃下固化应用的聚合树脂约5分钟。27.根据权利要求26所述的方法，其中，在模具中固化所述应用的聚合树脂。28.根据权利要求19-27中任一项所述的方法，进一步包括将填充材料与所述聚合树脂混合，所述填充材料包含碳酸钙、二氧化硅和/或氧化铝中的一种或多种。29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述聚合树脂在固化期间显示收缩率等于或小于3％。30.根据权利要求19-29中任一项所述的方法，其中，所述聚合树脂包含选自钴、铁、镍和铁氧体中的至少一种第VIII族金属材料。31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述聚合树脂包含按体积计小于5％的所述至少一种第VIII族金属材料。32.根据权利要求19-31中任一项所述的方法，其中，所述环氧树脂按体积计为约25％至约35％的所述聚合树脂。33.复合层压制品结构，其包括：至少一个芯部，所述芯部包括至少部分地由相应的单元壁限定的多个单元，所述芯部具有第一端和第二端；附着到所述芯部的所述第一端的一个或多个第一复合层压制品；以及附着到所述芯部的所述第二开口端的一个或多个第二复合层压制品；所述一个或多个第一复合层压制品和所述一个或多个第二复合层压制品中的每一个具有在其中的固化的聚合树脂，所述固化的聚合树脂包含聚氨酯和环氧树脂。34.根据权利要求33所述的复合层压制品结构，其中，所述固化的聚合树脂显示相对于未固化状态的小于约3％的收缩率。35.根据权利要求34所述的复合层压制品结构，其中，在一种或多种所述复合层压制品中的所述聚合树脂包括含于其中的填充材料，所述填充材料包含碳酸钙、二氧化硅或氧化铝中的一种或多种。36.根据权利要求33-35中任一项所述的复合层压制品结构，其中，所述一个或多个第一复合层压制品或者一个或多个第二复合层压制品中的一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·多德沃尔斯，
申请(专利权)人：布莱特利特结构公司，
类型：发明
国别省市：美国;US