用热塑性薄膜涂层固化的复合材料制造技术

本发明专利技术涉及用热塑性薄膜涂层固化的复合材料。公开了用于制造复合预浸料堆叠的方法、系统和设备，该复合预浸料堆叠包括与热塑性层共固化的热塑性膜的外层，其包括复合材料上的压缩力，以及涂布的复合材料和包括根据公开的方法制造的涂布的复合材料的较大结构。

【技术实现步骤摘要】
用热塑性薄膜涂层固化的复合材料
本公开内容一般地涉及复合材料，以及由复合材料制成的复合部件，和包括复合部件的较大结构。更具体地，本公开内容涉及涂布的复合材料的制造，和根据公开的方法制成的涂布的复合部件，其中涂层和复合材料可以被共固化，并且涂层包括热塑性膜。
技术介绍
碳纤维增强塑料材料(CFRP)在包括但不限于交通工具的结构中具有实用性，交通工具包括但不限于航空器。CFRP包括纤维材料(例如，碳纤维等)，其用树脂材料(例如环氧树脂、丙烯酸树脂等)浸渍以制造所谓的预浸料。预浸料是部分固化的层，其可以被制成卷，该卷可以产生在复合材料制造中使用的展开的片。然后可以将预浸料材料或“预浸料”“铺设”或“堆叠”成可以在成形芯轴或其他工具上成型的多层“堆叠”，接着固化或部分固化该成形的材料以产生复合材料，如果期望，该复合材料采取由工具赋予的期望的和预定的形状和尺寸，其中复合材料具有期望的重量和强度。可选地，预浸料可以被定向成堆叠，该堆叠被修整和固化以形成用作复合材料结构或其他类型的复合部件的固体堆叠。CRFP可以被用作航空器中的结构部件(例如纵梁、翼梁、翼肋等)。随着时间的推移，复合材料——诸如包括CFRP的那些一—可能经历裂纹或裂缝，需要维修或替换。这种维修或替换是耗时且昂贵的，因为包括复合材料的较大结构必须停止服务。保护包括CFRP和其他复合材料的部件的尝试可以包括外包装、或其他层，例如，固化织物层，以提供压缩力以便并且以其他方式增强和保护复合材料。然而，有时，保护性外包装材料，诸如，例如，可固化织物材料外壳等，可能具有可能有助于下面的复合材料降解的特性。例如，如果外包装外壳材料具有与复合材料的热膨胀系数(CTE)和杨氏模量相比不同的CTE和/或不同的模量，那么外包装材料可能不能提供复合材料足够保护以免受损坏或降解，并且可能有助于这种降解。为了本公开内容的目的，术语“模量”被等效地使用并且因此可以与术语“杨氏模量”互换，除非以其他方式明确说明。复合堆叠和外包装复合堆叠的外壳材料的CTE和/或模量的不匹配可能引起层叠的预浸料层片组件的复合堆叠(例如复合材料“堆叠”)的损坏，与外包装外壳相比，较大程度收缩或膨胀。结果，在复合部件的制造期间的固化和“包装”阶段以及使用中包装的复合材料经历的条件可能导致热应力并且在复合材料堆叠的边缘处引起裂纹、裂缝、和/或微裂缝。这种裂缝通常在复合材料边缘处开始。如果在部件检查时检测到，这种复合材料损坏导致抛弃这种复合部件或零件，产生材料浪费和增加的制造成本。如果已经安装在较大结构中并且在“服务中”的复合部件发生损坏，那么可能需要维修或替换损坏的复合零件，也导致材料浪费和增大的成本，同时包括复合部件的较大结构停止服务以便维修。进一步地，由复合材料制成的复合部件可以用于制造较大结构(例如航空器)。这种结构可能会遭遇电磁效应(EME)，其包括例如并且不限于雷击。当结构遭遇EME时，递送至结构的电荷贯穿任何导电路径行进，并且可能引起对暴露的电介质材料——其包括复合材料——的损坏。如果复合材料的边缘包括暴露的碳纤维，则EME对复合材料的电损坏可能被加剧。
技术实现思路
根据一个方面，本公开内容涉及制造涂布的复合部件的方法，其包括：放置多个预浸料层片以形成预浸料层片堆叠；用热塑性膜涂布预浸料层片堆叠，其中热塑性膜包括热塑性膜第一表面和热塑性膜第二表面，并且其中热塑性膜第一表面邻近预浸料层片堆叠定位；以及固化预浸料层片堆叠和热塑性膜以制造涂布的复合部件，其中热塑性膜包括在大约60°F至大约350°F范围内的温度下在大约20至大约70ppm/°F范围内的热膨胀系数(即2×10-5/in/in/°F至7×10-5/in/in/°F)。在另一方面，在用热塑性膜涂布预浸料层片堆叠的步骤之前，进一步包括等离子体处理热塑性膜的至少第一表面。在进一步的方面，在用热塑性膜涂布预浸料层片堆叠的步骤中，所述热塑性膜包括聚醚醚酮或聚醚酮酮。在另一方面，在固化预浸料层片堆叠和热塑性膜的步骤中，预浸料层片堆叠和热塑性膜被在大约250°F至大约350°F范围内的温度下固化。在另一方面，多个预浸料层片包括含树脂组分和含纤维组分。在另一方面，多个预浸料层片包括含环氧的树脂组分和含纤维组分。在进一步的方面，多个预浸料层片包括含环氧的树脂组分和含纤维组分，其中含纤维组分包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳族聚酰胺纤维、或其组合。在另一方面，多个预浸料层片每个包括B阶段环氧树脂。在进一步的方面，多个预浸料层片包括含环氧树脂组分，其包括双酚A的二缩水甘油醚；双酚F的二缩水甘油醚；N，N，N’，N’-四缩水甘油基-4，4’-二氨基苯基甲烷；对氨基苯酚三缩水甘油醚；环氧苯酚酚醛清漆树脂；环氧甲酚酚醛清漆树脂；1，3，5-三缩水甘油基异氰脲酸酯；三(2，3-环氧丙基)异氰脲酸酯(和多种该异氰脲酸酯)；甘油二缩水甘油醚；三羟甲基丙烷三缩水甘油醚，或其组合。根据本公开内容，进一步的方面涉及复合材料，其包括配置成预浸料层片堆叠的多个预浸料层片，其中预浸料层片堆叠包括热塑性膜，并且其中热塑性膜包括热塑性膜第一表面和热塑性膜第二表面，其中热塑性膜第一表面邻近预浸料层片堆叠定位；并且其中所述热塑性膜具有在大约60°F至大约350°F范围内的温度下在大约20至大约70ppm/°F范围内的热膨胀系数。在另一方面，共固化热塑性膜包括聚醚醚酮或聚醚酮酮。在另一方面，包括热塑性膜的预浸料堆叠被在大约250°F至大约350°F范围内的温度下固化。在另一方面，多个预浸料层片包括含树脂组分和含纤维组分。在另一方面，多个预浸料层片包括含环氧的树脂组分和含纤维组分。在进一步的方面，含纤维组分包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳族聚酰胺纤维、或其组合。在另一方面，预浸料层片包括B阶段环氧树脂。在进一步的方面，预浸料层片包括环氧树脂，其包括双酚A的二缩水甘油醚；双酚F的二缩水甘油醚；N，N，N’，N’-四缩水甘油基-4，4’-二氨基苯基甲烷；对氨基苯酚三缩水甘油醚；环氧苯酚酚醛清漆树脂；环氧甲酚酚醛清漆树脂；1，3，5-三缩水甘油基异氰脲酸酯；三(2，3-环氧丙基)异氰脲酸酯(和多种该异氰脲酸酯)；甘油二缩水甘油醚；三羟甲基丙烷三缩水甘油醚，或其组合。在进一步的方面，热塑性膜材料包括在大约3GPa至大约20GPa范围内的杨氏模量值。在另一方面，热塑性膜的热膨胀系数大于预浸料层片堆叠的热膨胀系数。本公开内容的进一步方面涉及包括复合材料的复合部件，复合材料包括多个预浸料层片以形成预浸料层片堆叠；和邻近预浸料层片堆叠的涂层，其中涂层包括热塑性膜，并且其中热塑性膜包括在大约60°F至大约350°F范围内的温度下在大约30至大约60ppm/°F范围内的第一热膨胀系数。在另一方面，热塑性膜包括聚醚醚酮或聚醚酮酮。在进一步的方面，预浸料层片堆叠包括树脂组分和含纤维组分，其中含纤维组分包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳族聚酰胺纤维、或其组合。在另一方面，固化的预浸料层片堆叠经历一定量的层间应力张力，该量小于在预浸料层片堆叠中引入裂缝所需要的层间应力张力的量。在另一方面，固化的复合材料经历一定量的层间应力张力，该量小于在复合材料中引入裂缝所需要的层间应力张力的量。在进一步的方面，热塑性膜配置为施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造涂布的复合部件(10b)(20c)(30)的方法，其包括：放置多个预浸料层片(12)以形成预浸料层片堆叠(10a)(22a)(22b)(22c)；用热塑性膜(14)(24a)(24b)(24c)(34)涂布所述预浸料层片堆叠，所述热塑性膜包括热塑性膜第一表面和热塑性膜第二表面，所述热塑性膜第一表面邻近所述预浸料层片堆叠定位；固化包括所述热塑性膜的所述预浸料层片堆叠以制造涂布的固化的复合部件(10b)(20c)(30)；其中所述热塑性膜具有在大约60°F至大约350°F范围内的温度下在大约20至大约70ppm/°F范围内的热膨胀系数。

【技术特征摘要】
2017.05.01 US 15/583,3221.一种用于制造涂布的复合部件(10b)(20c)(30)的方法，其包括：放置多个预浸料层片(12)以形成预浸料层片堆叠(10a)(22a)(22b)(22c)；用热塑性膜(14)(24a)(24b)(24c)(34)涂布所述预浸料层片堆叠，所述热塑性膜包括热塑性膜第一表面和热塑性膜第二表面，所述热塑性膜第一表面邻近所述预浸料层片堆叠定位；固化包括所述热塑性膜的所述预浸料层片堆叠以制造涂布的固化的复合部件(10b)(20c)(30)；其中所述热塑性膜具有在大约60°F至大约350°F范围内的温度下在大约20至大约70ppm/°F范围内的热膨胀系数。2.根据权利要求1所述的方法，在用热塑性膜涂布所述预浸料层片堆叠的步骤之前，进一步包括：等离子体处理至少所述热塑性膜第一表面。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在用热塑性膜涂布所述预浸料层片堆叠的步骤中，所述热塑性膜包括：聚醚醚酮或聚醚酮酮。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在固化所述预浸料层片堆叠和所述热塑性膜的步骤中，所述预浸料层片堆叠被在大约250°F至大约350°F范围内的温度下固化。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述多个预浸料层片包括含树脂组分和含纤维组分。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个预浸料层片包括含环氧的树脂组分和含纤维组分。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述热塑性膜的热膨胀系数大于所述预浸料层片堆叠的热膨胀系数。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预浸料层片包括含环氧树脂组分，其包括：双酚A的二缩水甘油醚；双酚F的二缩水甘油醚；N，N，N’，N’-四缩水甘油基-4，4’-二氨基苯基甲烷；对氨基苯酚三缩水...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·桑，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US