制造复合制品的系统和方法技术方案

本文提供了制造复合制品的方法。该方法可包括退绕步骤和浸渍步骤，退绕步骤包括以退绕速度从筒子架退绕纤维基材材料，浸渍步骤包括将未固化树脂组合物施加到纤维基材材料以形成树脂‑纤维材料。该方法还包括卷绕步骤和凝固步骤，卷绕步骤包括以卷绕速度将树脂‑纤维材料施加到成形表面上，凝固步骤包括将热施加到树脂‑纤维材料以引发放热反应，放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。在该方法的操作过程中，可以监测树脂‑纤维材料的温度，并且可以确定聚合前端速度设定点(v

【技术实现步骤摘要】
制造复合制品的系统和方法
本专利技术涉及制造复合制品的系统和方法。
技术介绍
本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。复合制品可通过使用纤维基材材料，例如碳纤维形成，所述纤维基材材料还包含树脂材料。包含树脂材料的纤维基材材料可以被施加到心轴或其它成形表面以形成符合成品复合制品的期望几何形状的复合材料或叠层（layup）。复合材料可以包括一个或多个层，其中每个层可以由包含树脂材料的纤维基材材料的接触和/或重叠条带形成。在将纤维基材材料施加到心轴或其它成形表面之后，可以固化或凝固树脂，从而在复合材料中将单个或多个层结合在一起。通常，将纤维基材材料从筒子架（creel）或线轴上退绕，然后通常通过浸入浴中而在使用树脂时用树脂“润湿”，然后可将用树脂润湿的纤维施加或卷绕到心轴或其它成形表面上。需要固化过程来凝固树脂材料以形成复合制品。固化通常包括将具有施加的纤维基材材料和树脂的心轴或其它成形表面放置在烘箱中一段时间，例如，取决于固化温度，为30分钟至2小时。然而，这样的固化时间和过程需要高能量和昂贵的设备。因此，需要可以用较低能量固化实现的用于生产复合制品的系统和方法。
技术实现思路
本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。本公开涉及用于以较低能量固化制造复合制品的方法和系统。在各种方面中，本公开提供了一种制造复合制品的方法。该方法包括退绕步骤、浸渍步骤、卷绕步骤和凝固步骤。退绕步骤包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料。浸渍步骤包括将未固化树脂组合物施加到纤维基材材料以形成树脂-纤维材料。卷绕步骤包括以卷绕速度(ω2)将树脂-纤维材料施加到成形表面上。凝固步骤包括将热间接或直接施加到树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，以形成复合制品。该方法还包括监测树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(polymerizationfrontvelocitysetpoint)(vpfs)和操作聚合前端速度（operatingpolymerizationfrontvelocity）(vpfo)。可以调节一个或多个下列参数以保持与vpfs基本相同的vpfo：(i)退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)；和(ii)施加到树脂-纤维材料的热。在各种方面中，所述成形表面具有圆柱形形状，并且所述树脂-纤维材料围绕所述成形表面周向地施加。成形表面可以包含金属材料。在各种方面中，凝固步骤包括在成形表面旋转和卷绕树脂-纤维材料的同时向成形表面施加热，其中未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于成形表面上的树脂-纤维材料的厚度在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。在各种方面中，在成形表面旋转和卷绕树脂-纤维材料的同时，将热连续地施加到成形表面。在各种方面中，凝固步骤包括在树脂-纤维材料被卷绕到成形表面上时向所述树脂-纤维材料施加热，其中未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于成形表面上的树脂-纤维材料的厚度在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。在各种方面中，凝固步骤包括在引发放热反应之后停止施加热，其中在不施加热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过聚合物-纤维前体材料的厚度在径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续，以形成复合制品。在各种方面中，从选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合的热源施加热。在各种方面中，未固化树脂组合物可以包含热塑性树脂或热固性树脂，以及任选的硬化剂组分、催化剂组分或其组合。纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维及其组合。在各种方面中，施加热300秒或更短的时间段。在各种方面中，所述成形表面是心轴或设置在心轴上的金属组件，其中将所述树脂-纤维材料施加到所述金属组件上。在各种方面中，复合制品包括成形表面、凝固树脂组合物和纤维基材材料，或者复合制品包括凝固树脂组合物、纤维基材材料和金属组件。在各种方面中，浸渍步骤还包括将树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分单独地供应到混合器以形成未固化树脂组合物。在各种方面中，其中所述未固化树脂组合物的施加包括单独施加：(i)树脂组分至纤维基材材料；和(ii)硬化剂组分、催化剂组分或两者至纤维基材材料。在各种方面中，本公开还提供了用于制造复合制品的系统。该系统包括退绕组件、树脂浴组件、卷绕组件、聚合前端监测系统和控制器。退绕组件包括卷绕有纤维基材材料的筒子架，以及可操作地连接到筒子架并被配置成以退绕速度(ω1)旋转筒子架的第一电机。树脂浴组件用于用未固化树脂组合物浸渍其中接收的纤维基材材料以形成树脂-纤维材料，并且可以包括用于容纳未固化树脂组合物的单个容器，或用于容纳树脂组分的第一容器和用于容纳硬化剂组分、催化剂组分或两者的第二容器。卷绕组件包括用于接收树脂-纤维材料的心轴、可操作地连接到心轴并被配置成以卷绕速度(ω2)旋转心轴的第二电机、以及用于凝固未固化树脂组合物以形成复合制品的热源。聚合前端监测系统被配置成确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)。控制器与退绕组件、卷绕组件和聚合前端监测系统通信。为了保持vpfo基本上与vpfs相同，控制器被配置成调节一个或多个以下参数：(i)退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)；和热源。在各种方面中，热源引发放热反应，所述放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。在各种方面中，树脂浴组件还包括用于容纳树脂组分的第三容器，用于容纳硬化剂组分的任选的第四容器；用于容纳催化剂组分的任选的第五容器；和用于混合树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分的混合器。混合器与所述单个容器、第三容器、任选的第四容器和任选的第五容器流体连通。在各种方面中，热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热丝、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合。在各种方面中，未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，和任选的硬化剂组分、催化剂组分或其组合；并且其中所述纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维、及其组合。本文公开了以下实施方案。1.制造复合制品的方法，所述方法包括：退绕步骤，其包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料；浸渍步骤，其包括将未固化树脂组合物施加到所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料；卷绕步骤，其包括以卷绕速度(ω2)将所述树脂-纤维材料施加到成形表面上；凝固步骤，其包括将热间接或直接施加到所述树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者以形成所述复合制品；监测所述树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)；以及调节一个或多个下列参数以保持与vpfs基本相同的vp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造复合制品的方法，所述方法包括：/n退绕步骤，其包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料；/n浸渍步骤，其包括将未固化树脂组合物施加到所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料；/n卷绕步骤，其包括以卷绕速度(ω2)将所述树脂-纤维材料施加到成形表面上；/n凝固步骤，其包括将热间接或直接施加到所述树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者以形成所述复合制品；/n监测所述树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(v

【技术特征摘要】
20191004 US 16/5935841.制造复合制品的方法，所述方法包括：
退绕步骤，其包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料；
浸渍步骤，其包括将未固化树脂组合物施加到所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料；
卷绕步骤，其包括以卷绕速度(ω2)将所述树脂-纤维材料施加到成形表面上；
凝固步骤，其包括将热间接或直接施加到所述树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者以形成所述复合制品；
监测所述树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)；以及
调节一个或多个下列参数以保持与vpfs基本相同的vpfo：
(i)所述退绕速度(ω1)和/或所述卷绕速度(ω2)；以及
(ii)施加到所述树脂-纤维材料的热。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形表面具有圆柱形形状，并且所述树脂-纤维材料围绕所述成形表面周向地施加，并且所述成形表面包含金属材料；并且
其中所述成形表面是心轴；或
其中所述成形表面是设置在心轴上的金属组件，其中所述树脂-纤维材料施加在所述金属组件上。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝固步骤包括在所述成形表面旋转和卷绕所述树脂-纤维材料的同时向所述成形表面施加热，其中所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于所述成形表面上的所述树脂-纤维材料的厚度在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行并且任选地在所述成形表面旋转和卷绕所述树脂-纤维材料的同时，将热连续地施加到所述成形表面。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝固步骤包括：
当所述树脂-纤维材料被卷绕到所述成形表面上时向所述树脂-纤维材料施加热，其中所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于所述成形表面上的所述树脂-纤维材料的厚度在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行；或
在引发所述放热反应之后停止施加热，其中剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者在不施加热的情况下穿过聚合物-纤维前体材料的厚度在径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续以形成所述复合制品。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·纽坎布，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US