用包含干纤维遮蔽物表面层的预浸料传送预浸料的自动化方法以及预浸料技术

本发明专利技术涉及低粘性或零粘性复合材料如预浸料以及它们在自动化制造、特别是机器人的拾取和放置中的用途。本发明专利技术进一步涉及一种用于从纤维增强的组合物材料制备物品、特别是模制物品的自动化方法。通过在此描述的方法制备的模制物品特别适合作为用于运输应用并且特别是汽车工业的部件。由本发明专利技术制备的汽车部件特别适合作为中等或高体积的汽车零件，其中生产成本和速度是最重要的。本发明专利技术提供了一种方法，其中预浸料材料的切割和处理被大大简化，从而提供了效率和经济的优点。根据本发明专利技术的铺放时间显著减少，从而允许每个部件的单位成本的减少和/或允许在汽车工业中所希望的高体积部件生产。

Prepreg automation and prepreg using prepreg containing dry fiber cover surface layer

The present invention relates to low viscosity or zero viscosity composite materials such as prepreg and their use in automated manufacturing, especially for pickup and placement of robots. The invention further relates to an automatic method for preparing articles, especially molded articles, from fiber reinforced composite materials. The molded articles prepared by this method are especially suitable for the components used in transport applications and especially in the automotive industry. The automobile parts prepared by the invention are especially suitable for medium or high volume automobile parts, in which the production cost and speed are the most important. The present invention provides a method in which the cutting and processing of the prepreg material are greatly simplified, thus providing the advantages of efficiency and economy. According to the invention, the laying time is significantly reduced, thus allowing the reduction of unit cost of each component and / or allowing the production of high volume parts desired in the automotive industry.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用包含干纤维遮蔽物表面层的预浸料传送预浸料的自动化方法以及预浸料本专利申请要求2015年5月29日提交的未决的英国序列1509292.7的优先权，将所述申请以其全文并入本申请。本专利技术涉及纤维增强的复合材料如预浸料以及它们在自动化制造、特别是机器人的拾取和放置中的用途。本专利技术进一步涉及一种用于从纤维增强的组合物材料制备物品、特别是模制物品的自动化方法。很好地建立了纤维增强的复合材料(在本领域中通常被称为预浸料，或者树脂浸渍的增强纤维织物或垫)的自动化处理。传授此类方法和设备的披露包括US-2005/0042323-A和US-7341086。然而，常规纤维增强的复合材料被设计成在室温下是粘性的或发粘的，以便可以将预浸料层以这种的方式层压到如模具工具的表面上或其他预浸料层上，使得该预浸料保持在适当位置，直到在固化之前用另外的加工工具或用固化相关的消耗品、真空封袋等固定其位置。虽然这可以辅助手动层压，并且确实是一些自动化方法中的要求，然而它要求保护性交织物，如聚合物片材或纸，以使该材料能够容易展开、切割和处理。对于如机器人的拾取和放置的自动化方法，去除交织物的任务是复杂的、不可靠的且耗时的步骤。因此将令人希望的是避免使用此类交织物。该问题的一种解决方案是降低工作环境的温度，从而增加粘度并减少纤维增强的复合材料的粘性。低于某一温度，该预浸料将表现出减少的粘性，但是由于树脂的粘度接近其变成玻璃质的固体材料(与可移动的和树脂质的相反)的点此外将是脆性且不柔性的。为了实现在环境温度下具有低粘性或无粘性的预浸料，该预浸料将常规地要求在环境温度下是固体或非常接近是固体的热固性配制品。是脆性且不柔性的或者以脆性且不柔性的状态的预浸料难以在芯周围缠绕和展开，并且典型地损害涉及将该材料定位在模具工具上的方法。此外，该纤维增强的复合材料典型地保持其粘性的至少一些，导致在制造设备上树脂积聚的可能性，并偏离严格的树脂面积重量质量控制要求，并且因此依然需要交织物。此外，该解决方案增加了制造成本并且可能引入湿气和蒸气问题，并且要求附加的机器适应以及健康和安全考虑。对于在此类自动化方法中使用的纤维增强的复合材料，将令人希望的是表现出无粘性的表面，这将大大改进这些材料的处理和切割，并且当由其生产模制物品时，特别地当保持柔性时减少或消除制造设备上的树脂积聚。特别希望的是增加由纤维增强的复合材料制备的模制物品的制备的速度和/或减少成本。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于由多种预浸料制备模制物品的自动化方法，该自动化方法包括以下步骤：(a)提供模具；(b)通过自动化传送构件将层状预浸料布置到所述模具中或上，该自动化传送构件将适于抓握的力施加到所述预浸料上以将所述预浸料从起始位置传送至最终位置；其中所述最终位置是在所述模具中或上；(c)重复步骤(b)至少一次以将一种或多种另外的预浸料布置到所述模具中或上；其中所述层状预浸料是纤维增强的可固化复合材料，其中所述预浸料包含具有第一表面和第二表面的芯层并且进一步包含直接布置在所述芯层的所述第一和第二表面的每一个上的表面层，其中所述芯层包含一个或多个浸渍有可固化树脂的增强纤维的层，并且其中所述表面层包含具有从约10至约50g/m2的面积重量的干纤维遮蔽物，该干纤维遮蔽物被粘附至该芯层的该可固化树脂上；并且其中通过所述自动化传送构件将该适于抓握的力直接施加到所述预浸料的所述表面层的外表面上。根据本专利技术的第二方面，提供了一种纤维增强的可固化复合材料的层状预浸料，其中所述预浸料包含具有第一表面和第二表面的芯层并且进一步包含直接布置在所述芯层的所述第一和第二表面的每一个上的表面层，其中所述芯层包含一个或多个浸渍有可固化树脂的增强纤维的层，并且其中所述表面层包含具有从约10至约50g/m2的面积重量的干纤维遮蔽物，该干纤维遮蔽物被粘附至该芯层的该可固化树脂上。在本专利技术中，使用干纤维遮蔽物代替传统的保护性交织物。术语“干”意思是该纤维遮蔽物的外表面不含树脂。该纤维遮蔽物的外表面是由该传送构件接触的表面。将该干纤维遮蔽物布置在该纤维增强的复合材料的每个外表面上，并形成该层状预浸料的外表面，并且因此该预浸料的外表面在环境温度(即从约15℃至约30℃、更典型地18℃至约23℃、并且优选地20℃的温度)下有利地是无粘性的。因此，在固化之前，该预浸料(即在该方法的步骤(b)中被布置到该模具中或上的预浸料)的外表面是无粘性的。如在此使用的，术语“无粘性的”意思是在20℃的环境温度下经历横穿两层组件的表面积均匀地施加的1kg重量持续1分钟之后，当用手将一个放置到另一个顶上时，尺寸100×100mm的两个预浸料层不粘附在一起。该干纤维遮蔽物保持在该纤维增强的复合材料的表面上以成为该固化层压件的一部分。该干纤维遮蔽物有利地允许通过自动化方法来处理该材料，而不需要去除传统上采用的保护性交织物，从而简化了该纤维增强的复合材料的切割和处理，并且避免了在制造设备上的树脂积聚。此外，传统的保护性交织物的不存在减少了浪费以及由此的制造成本，因为不再需要处置一旦被去除的交织物。此外，该纤维增强的复合材料能够在室温下处理，从而避免了与冷冻的工作环境相关联的问题。本专利技术中使用的预浸料的芯层合适地由一个或多个浸渍有可固化树脂的增强纤维的层组成。该芯层优选地是其中所述一个或多个增强纤维层完全浸渍有所述可固化树脂的层。如在此使用的，术语“完全浸渍的”意思是该可固化树脂存在于该芯层的整个截面上，即，该可固化树脂存在于在该芯层的整个截面上的这些增强纤维或增强纤维的束之间的间隙中。将理解的是，术语“完全浸渍的”不要求在固化之前该芯层中的所有增强纤维的整个表面积完全浸湿在该预浸料中，只要该可固化树脂分散在该芯层的整个截面上。本专利技术有利地提供了一种自动化方法，其中该预浸料不与布置在该预浸料的外表面上的保护性可去除交织物相关联。此外，本专利技术的自动化方法不包括去除该保护性可去除交织物的步骤。先前已经在可固化复合材料中使用含纤维的表面层。例如，WO-02/094564-A披露了一种预浸料层压件，该预浸料层压件包含用于改进在固化层压件中的下面的树脂模制材料的外表面的装饰质量的表面材料。将该表面材料施加至包含增强材料和树脂材料的模制材料的一个表面上。该表面材料典型地包含接触常规增强树脂层的表面树脂材料的内层以及包含树脂导电层的外层，该树脂导电层包含接触该模具的表面的树脂保留结构。该树脂导电层是多孔或可渗透的含纤维的轻质织造或非织造的层，其允许下面的树脂的排出以及在固化期间高体积树脂在模具表面上或接近模具表面的保留，从而防止在固化期间模具表面的去湿并减少固化层压件中的表面不规则物的形成。EP-1595689-A披露了一种部分嵌入到常规预浸料中的纤维稀松布，该常规预浸料包含纤维增强物和可热固化树脂，其中该稀松布提供了在加工期间允许空气逸出的路径，从而导致固化层压件的空隙含量的减少。没有提及无粘性的表面，并且仍然提出用于该预浸料-稀松布组件的一侧或两测上的保护性聚合物交织物。WO-00/27632-A披露了一种包含夹在两个纤维层之间的中心树脂膜的预浸料，其中在加工期间，该树脂浸渍这些纤维层。然而，该中心树脂膜不是树脂浸渍的增强纤维层，并且没有提及制造模制物品的自动化拾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由多种预浸料制备模制物品的自动化方法，该自动化方法包括以下步骤：(a)提供模具；(b)通过自动化传送构件将层状预浸料布置到所述模具中或上，该自动化传送构件将适于抓握的力施加到所述预浸料上以将所述预浸料从起始位置传送至最终位置；其中所述最终位置是在所述模具中或上；(c)重复步骤(b)至少一次以将一种或多种另外的预浸料布置到所述模具中或上；其中所述层状预浸料是纤维增强的可固化复合材料，其中所述预浸料包含具有第一表面和第二表面的芯层并且进一步包含直接布置在所述芯层的所述第一和第二表面的每一个上的表面层，其中所述芯层包含一个或多个浸渍有可固化树脂的增强纤维的层，并且其中所述表面层包含具有从约10至约50g/m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.29 GB 1509292.71.一种用于由多种预浸料制备模制物品的自动化方法，该自动化方法包括以下步骤：(a)提供模具；(b)通过自动化传送构件将层状预浸料布置到所述模具中或上，该自动化传送构件将适于抓握的力施加到所述预浸料上以将所述预浸料从起始位置传送至最终位置；其中所述最终位置是在所述模具中或上；(c)重复步骤(b)至少一次以将一种或多种另外的预浸料布置到所述模具中或上；其中所述层状预浸料是纤维增强的可固化复合材料，其中所述预浸料包含具有第一表面和第二表面的芯层并且进一步包含直接布置在所述芯层的所述第一和第二表面的每一个上的表面层，其中所述芯层包含一个或多个浸渍有可固化树脂的增强纤维的层，并且其中所述表面层包含具有从约10至约50g/m2的面积重量的干纤维遮蔽物，该干纤维遮蔽物被粘附至该芯层的该可固化树脂上；并且其中通过所述自动化传送构件将该适于抓握的力直接施加到所述预浸料的所述表面层的外表面上。2.如权利要求1所述的自动化方法，其中所述适于抓握的力选自真空、磁粘附和电粘附中的一种或多种，并且优选地所述力是真空力。3.如权利要求2所述的自动化方法，其中所述自动化传送构件包括将所述预浸料从所述起始位置传送至所述模具中或上的所述最终位置的收缩式末端执行器，任选地其中将所述预浸料从所述起始位置传送至在所述起始位置与最终位置之间的中间位置，其中所述中间位置是其中所述预浸料是堆叠的堆叠位置，或者其中所述中间位置是其中所述预浸料被沉积在离型膜或铺放模具或模具装载装置中或上的位置，并且其中然后将所述预浸料从该中间位置传送至所述模具中或上的所述最终位置。4.如权利要求3所述的自动化方法，在环境温度或以上的环境中进行该自动化方法。5.如权利要求4所述的自动化方法，其中所述方法进一步包括热固化所述预浸料以形成该模制物品的步骤，并且在大于120℃、优选地在从约130℃至约150℃的范围内的固化温度下进行所述热固化，并且优选地其中将该多种预浸料保持在所述固化温度下持续不超过10分钟的持续时间。6.如权利要求5所述的自动化方法，其中该干纤维遮蔽物在固化期间和之后保持在该纤维增强的复合材料上。7.如权利要求6所述的自动化方法，其中该干纤维遮蔽物的面积重量是从约15至约25g/m2和/或厚度是从约60μm至约150μm。8.如权利要求6所述的自动化方法，其中该干纤维遮蔽物是织造或非织造的织物。9.如权利要求6所述的自动化方法，其中该干纤维遮蔽物的纤维包含以下各项或者由以下各项组成：碳纤维，玻璃纤维，选自硼、玄武岩、石英、纤维素的纤维，陶瓷纤维，或热塑性聚合物纤维。10.如权利要求6所述的自动化方法，其中该干纤维遮蔽物的纤维包含聚合物材料或者由聚合物材料组成，该聚合物材料选自聚苯硫醚(PPS)、聚醚亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚烯烃、聚醚砜、聚酯、聚酰胺以及间-和对-芳族聚酰胺及其共聚物。11.如权利要求9所述的自动化方法，其中该层状预浸料的表面在固化之前在环境温度下是无粘性的。12.如权利要求1所述的自动化方法，其中在固化之前该预浸料的表面的在环境温度下的粘性是使得在已经将该预浸料的100×100mm样品通过外径22mm和工作内径20mm的硅酮吸杯在与该预浸料的表面接触之前施加由20升/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ科登，JWA哈克特，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：美国,US