一种复合材料制造技术

在一种复合材料(6)中，包括纤维增强剂(3)，和聚合物基体(14)，其中聚合物基体(14)包括两个相互渗透的相，即热固性相和连续的热塑性相，其中热固性相和热塑性相形成基体微结构(7)，其中，基体微结构(7)包括由热塑性相形成的热塑性基体，并且基体微结构(7)包括由热固性相形成的众多热固性颗粒(13)，热固性颗粒(13)的尺寸范围在0.1μm和10μm之间。(13)的尺寸范围在0.1μm和10μm之间。(13)的尺寸范围在0.1μm和10μm之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种复合材料


[0001]本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的复合材料。本专利技术还涉及三种生产复合材料的方法，一种工业装置以及一种根据相关权利要求的修复复合材料缺陷的方法。

技术介绍

[0002]复合材料在本
中是众所周知的。特别是所谓的可自修复或可修复的复合材料是已知的，例如，在材料中发生微裂纹或其他缺陷后，可至少部分地自主修复或通过施加热量修复。
[0003]已知的可修复复合材料的一个问题是，在修复和保持复合材料的初始特性(如强度和韧性)之间总是有一个权衡。如果获得高水平的修复(例如修复效率高达95％)，同时复合材料的韧性和/或强度显著降低，例如降低30％或更低，这种情况并不罕见。

技术实现思路

[0004]有待解决的问题
[0005]本专利技术的目的是解决或至少减少上述缺点。特别是，本专利技术的目的是定义一种复合材料，其可以修复微裂纹，具有接近常规系统的机械性能，并且即使在修复后也能以可接受的方式保持其初始性能。本专利技术的另一个目的是使这种复合材料在大规模的工业化过程中尽可能容易地进行生产。
[0006]问题的解决方案
[0007]该问题通过一种复合材料来解决，该复合材料包括纤维增强剂和聚合物基体，其中聚合物基体包括两个相互渗透的相，即热固性相和连续的热塑性相，其中热固性相和热塑性相形成基体微结构，基体微结构包括由热塑性相形成的热塑性基体，以及由热固性相形成的众多热固性颗粒，其中热固性颗粒的尺寸在0.1μm和10μm之间的范围内。在典型的实施例中，热固性颗粒的尺寸在1μm和10μm之间的范围内。
[0008]专利技术人令人惊奇地发现，在这样的范围内的热固性颗粒可导致具有基体微结构的复合材料的缺陷如微裂纹可通过施加适度的热来修复，而在修复过程之后，复合材料的初始性能，如强度和韧性可得到很好的保持。专利技术人还发现，这样的复合材料可以有利地以不同的替代方式生产。
[0009]在典型的实施例中，热固性颗粒至少部分地相互连接。"至少部分地相互连接"应理解为，例如可以，一些热固性颗粒相互连接，而一些不连接，和/或热固性颗粒形成簇，其中各热固性颗粒相互连接，但并非所有簇都一定相互连接。在一个优选的实施例中，热固性颗粒是相互连接的。
[0010]在优选的实施例中，复合材料是一种固体材料。
[0011]在典型的实施例中，纤维增强剂的纤维体积分数在20％和75％之间，优选在30％和65％之间，更优选在38％和55％之间。专利技术者已经发现，在这些范围内的纤维增强剂的体
积分数是特别有利的，因为它们导致在修复能力和维持初始特性之间的良好权衡。然而，纤维增强剂也可以具有不同的体积分数，例如低于20％。
[0012]在一个典型的实施例中，热固性相包括环氧树脂和/或热塑性相的熔点低于200℃，优选低于190℃，更优选低于180℃，和/或热塑性相的粘度低到足以在适度热处理期间在其自身热膨胀产生的压力下流动。专利技术人发现，热固性相和/或热塑性相的这种能力是特别有利的，并导致良好的修复能力，同时特别好地保持复合材料在处理前的初始特性。然而，也可以使用另一种材料作为热固性相而不是环氧树脂，和/或使用具有不同熔点的热塑性相。
[0013]在一个典型的实施例中，基体微结构包括一个相互渗透的网络，该网络由相互连接的热固性颗粒与周围的热塑性基体组成。这样的基体微结构通常是由聚合诱导的相分离过程产生的，该过程是在热固性材料的固化过程中进行的。这样的基体微结构的排列具有特别良好的修复能力和良好地保持复合材料的初始参数的优点。除此之外，这样的基体微结构还可以用大规模的工业化过程生产。
[0014]在典型的实施例中，至少在一个方向，例如厚度，热塑性相的相尺寸在0.1μm至10μm之间，优选在1μm至10μm之间。换句话说，热塑性相有可能是由一种材料，特别是刚性材料形成的，这种材料在一个方向上的厚度在0.1μm和10μm之间，最好在1μm和10μm之间，而在任何其他方向上，它的尺寸要大得多。
[0015]在特定的情况下，热固性材料与热塑性材料的体积比在60/40和95/5之间，优选在70/30和90/10之间。专利技术者已经发现，这样的体积比在复合材料加热期间导致适当的粘度和流速，同时避免了复合材料初始特性的退化。
[0016]在典型的实施例中，复合材料的厚度在0.5mm和30mm之间，优选在0.8mm和25mm之间，更优选在1mm和20mm之间。复合材料的这种尺寸是有利的，因为它们可以容易地生产，并且因为有一些场合，这种尺寸是足够的。然而，从理论上讲，复合材料也可以具有较小的厚度，例如在0.2mm的范围内，或较大的厚度，例如在40
‑
50mm的范围内，甚至达到厘米的范围。
[0017]在根据本专利技术的生产复合材料的方法中，使用热塑性颗粒和/或热塑性薄膜和/或热塑性纺丝纤维形式的热塑性起始材料来生产复合材料。
[0018]在一个典型的实施例中，根据本专利技术生产复合材料的方法包括以下步骤:
[0019]将液体热固性材料和众多热塑性粒料共混，以形成液体热固性
‑
热塑性共混物，
[0020]将液态热固性
‑
热塑性混合物涂在纤维增强材料上，制成预浸料，
[0021]固化预浸料，以产生包含基体微结构的复合材料。
[0022]在本文中，“所生产的复合材料包括基体微结构”的描述，还可以表达为“复合材料包括表现出基体微结构的聚合物基体”。
[0023]在一个典型的实施例中，根据本专利技术的生产复合材料的方法包括以下步骤：
[0024]通过在每个纤维增强剂层之间添加热塑性薄膜作为中间层，由热塑性薄膜和纤维增强剂层创建膜增强堆栈，
[0025]将液态热固性材料作为纯热固性基体注入到膜增强堆栈中，从而形成灌注堆栈,
[0026]热塑性薄膜作为热塑性相在热固性基体中部分或完全溶解，以及
[0027]固化灌注堆栈，以创建由基体微结构组成的复合材料。
[0028]在典型的实施例中，热塑性薄膜是穿孔的，和/或热塑性薄膜各自具有20μm至1000
μm之间的厚度，优选20μm至100μm之间，更优选约40μm。在这种情况下，术语"大约"应理解为"
±
20％"。使用穿孔的热塑性薄膜具有更容易使液体热固性材料灌注到膜增强层中的优点。
[0029]在一个典型的实施例中，根据本专利技术生产复合材料的方法包括以下步骤：
[0030]建立一个由热塑性纺丝纤维和纤维增强剂组成的纤维增强堆栈，和
[0031]将液态热固性材料作为纯热固性基体注入纤维增强堆栈，从而形成一个灌注堆栈，以及
[0032]固化灌注堆栈，以创建由基体微结构组成的复合材料。
[0033]在典型的实施例中，液体热固性的灌注在环境温度下进行，优选在大约20℃下进行，其中"大约"通常指+/
‑
5℃，优选+/
‑
2℃的可接受公差。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料(6)，包括：纤维增强剂(3)，和聚合物基体(14)，其中聚合物基体(14)包括两个相互渗透的相，即热固性相和连续热塑性相，其中热固性相和热塑性相形成基体微结构(7)，其中，基体微结构(7)包括由热塑性相形成的热塑性基体，以及其中，基体微结构(7)包括由热固性相形成的众多热固性颗粒(13)，其特征在于热固性颗粒(13)的尺寸范围在0.1μm和10μm之间。2.根据权利要求1所述的复合材料(6)，其特征在于，纤维增强剂(3)的纤维体积分数在20％至75％之间，优选在30％至65％之间，更优选在38％至55％之间。3.根据前述任何一项权利要求的复合材料(6)，其特征在于，热固性相包括环氧树脂，和/或热塑性相的熔点低于200℃，优选低于190℃，更优选低于180℃，和/或热塑性相的粘度低到足以在适度热处理期间在其自身热膨胀产生的压力下流动。4.根据前述任一权利要求所述的复合材料(6)，其特征在于，基体微结构(7)包括由相互连接的热固性颗粒(13)与周围的热塑性基体组成的相互渗透的网络。5.根据前述任一权利要求所述的复合材料(6)，其特征在于，热塑性相的相尺寸至少在一个方向上，例如在厚度上，在0.1μm至10μm之间，优选在1μm至10μm之间。6.根据前述任一权利要求所述的复合材料(6)，其特征在于热固性材料与热塑性材料的体积比在60/40和95/5之间，优选在70/30和90/10之间。7.根据前述任一权利要求所述的复合材料(6)，其特征在于复合材料(6)的厚度在0.5mm至30mm之间，优选在0.8mm至25mm之间，更优选在1mm至20mm之间。8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合材料(6)的生产方法，其特征在于，在生产复合材料(6)时，使用热塑性颗粒(2)和/或热塑性薄膜(8)和/或热塑性纺丝纤维(11)形式的热塑性起始材料。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将液态热固性材料(1)和众多热塑性颗粒(2)混合，制造液态热固性材料
‑
热塑性材料混合物(4)，将液态热固性
‑
热塑性混合物(4)涂抹在纤维增强剂(3)上，形成预浸料(5)。固化预浸料(5)以便制造包括基体微结构(7)的复合材料(6)。10.根据权利要求8所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿玛，
申请(专利权)人：洛桑联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：