连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法技术

本文公开了连续压缩模制机(CCMM)和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法。CCMM包括模具、热区加热结构、固结区加热结构和应力松弛区加热结构。CCMM还包括压制结构、脱模结构和供给结构。所述方法包括向CCMM提供包括热塑性材料的热塑性基质复合材料(TMCM)。在所述提供期间，所述方法还包括在所述CCMM的热区内加热所述TMCM，在所述CCMM的固结区内冷却和固结所述TMCM，在所述CCMM的应力松弛区内使所述TMCM内的应力松弛，在高于所述热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度下使所述TMCM在所述CCMM的脱模区内脱模，并周期性地压缩所述TMCM。述TMCM。

【技术实现步骤摘要】
连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法


[0001]本公开内容一般地涉及连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法。

技术介绍

[0002]连续压缩模制机可用于将热塑性材料形成为期望的形状。连续压缩模制机可以利用一对相对的模头(die)、加热组件和冷却组件。加热组件在模头的入口处加热热塑性材料，从而允许热塑性材料模制和/或流动为模头的形状。模头周期性地分离，从而允许热塑性材料前进通过连续压缩模制机，并一起移动，从而将热塑性材料压制成由模头限定的形状。在常规的连续压缩模制机中，冷却组件被用来将热塑性材料冷却到低于热塑性材料的玻璃化转变温度的温度，然后再将热塑性材料从模头分离。虽然在某些情况下是有效的，但这一过程可能导致热塑性材料内应力的累积(build
‑
up)，从而导致热塑性材料在与模头分离后翘起、扭曲和/或变形。为了解决这种变形，常规的连续压缩模制机的模头可以利用复杂的形状补偿策略，在这种策略中，由模头限定的热塑性材料的形状与期望的形状不同。包括形状补偿策略的模头很难精确建造，并且/或者只在某些情况下有效，并且一个或多个工艺参数的微小变化可能使形状补偿失效。因此，对改进的连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法存在需求。

技术实现思路

[0003]本文公开了连续压缩模制机(CCMM)和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法。CCMM包括模具、热区加热结构、固结区加热结构和应力松弛区加热结构。CCMM还包括压制结构、脱模结构和供给结构。模具配置为将包括热塑性材料的热塑性基质复合材料(TMCM)成型为固结的热塑性基质复合材料的期望的形状。热区加热结构配置为将模具的热区加热至热区温度，该热区温度选定为将TMCM加热至高于热塑性材料的熔融温度的初始温度。固结区加热结构配置为将模具的固结区加热至固结区温度，该固结区温度选定为将TMCM冷却至后续温度。应力松弛区加热结构配置为将模具的应力松弛区维持在应力松弛区温度，该应力松弛区温度选定为将TMCM维持在应力松弛温度。压制结构配置为在模具内周期性地压缩TMCM，以使TMCM形成为期望的形状。脱模结构配置为当TMCM处于高于热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度时将TMCM从模具脱模。供给结构配置为周期性地推进TMCM通过模具。
[0004]该方法包括向CCMM提供包括热塑性材料的热塑性基质复合材料(TMCM)。在提供期间，该方法还包括在CCMM的热区内加热TMCM，在CCMM的固结区内冷却和固结TMCM，在CCMM的应力松弛区内使TMCM内的应力松弛，在CCMM的脱模区内使TMCM脱模，和周期性地压缩TMCM。加热TMCM包括加热至高于热塑性材料的熔融温度的初始温度。冷却和固结TMCM包括冷却至后续温度。使TMCM内的应力松弛包括在应力松弛温度下使应力松弛。使TMCM脱模包括从
CCMM的模具并且在高于热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度下脱模。周期性地压缩TMCM包括在模具内周期性地压缩TMCM以使TMCM形成为固结的热塑性基质复合材料的期望的形状。
附图说明
[0005]图1是根据本公开内容的连续压缩模制机的实例的示意图。
[0006]图2是根据本公开内容的连续压缩模制机的实例的示意图。
[0007]图3是描绘根据本公开内容的连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法的流程图。
[0008]图4是根据本公开内容的连续压缩模制机内使用的温度曲线的实例的示意图。
具体实施方式
[0009]图1
‑
4提供了根据本公开内容的连续压缩模制机10和/或方法200的说明性、非排他性实例。在图1
‑
4的每一个中，用于类似的或至少基本类似目的的元件被标记为同样的数字，并且这些元件可能不会在本文中参照图1
‑
4的每一个详细讨论。同样，所有的元件可能不会在图1
‑
4的每一个中被标记，但是为了一致性，可以在本文中使用与之相关的附图标记。本文中参照图1
‑
4中的一个或多个讨论的元件、部件和/或特征可以包括在和/或用于图1
‑
4中的任一个中，而不背离本公开内容的范围。
[0010]一般来说，可能包括在给定(即，特定)实施方式中的元件以实线图解，而对给定实施方式而言是可选的元件以虚线图解。然而，用实线表示的元素并非对所有的实施方式都是必不可少的，而且用实线表示的元件可以从特定实施方式中省略，而不背离本公开内容的范围。
[0011]图1
‑
2是根据本公开内容的连续压缩模制机(CCMM)10的实例的示意图。如图1
‑
2中所图解的，CCMM 10包括供给结构20、模具30、加热结构40、压制结构50和脱模结构60。
[0012]在CCMM 10的操作期间，并且如本文参照图3中的方法200更详细地讨论的那样，供给结构20配置为周期性地推进热塑性基质复合材料(TMCM)21(例如以多个未固结的TMCM层26的形式)通过模具30。模具30被调整、配置、确定尺寸和/或成型，以使TMCM21成型为固结的TMCM 28的期望的形状。TMCM 21包括热塑性材料22，并且可以包括多个增强纤维24。
[0013]同时，压制结构50在模具30内周期性地压缩TMCM 21。在一些实例中，并且如图1中所图解的，这种周期性压缩为经由在第一模具表面34(由模具30的第一模具模头32限定)和第二模具表面38(由模具30的第二模具模头36限定)之间压缩TMCM 21。在一些这样的实例中，并且如图2中所图解的，压制结构50也配置为使第一模具表面34和第二模具表面38彼此远离，以允许和/或促进供给结构20周期性推进TMCM 21通过模具30。换句话说，如图1中所图解的，当第一模具模头32和第二模具模头36彼此相对靠近时，可对TMCM 21进行周期性地压缩，而如图2中所图解的，当第一模具模头32和第二模具模头36彼此相对隔开时，可对TMCM 21进行周期性推进。
[0014]同时还有，脱模结构60配置为使TMCM 21从模具30脱模。这包括在TMCM处于大于热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度时使TMCM 21脱模。这在图4的温度曲线中进行了图解，其中在脱模区18内使TMCM 21脱模时，TMCM 21的温度T处于高于热塑性材料的玻璃化转
变温度T
g
的脱模温度T
d
。
[0015]加热结构40包括配置为加热模具30的热区12的热区加热结构42、配置为加热模具30的固结区14的固结区加热结构44以及配置为加热模具30的应力松弛区16的应力松弛区加热结构46。考虑到这一点，压制结构50在本文中也可被称为配置为在热区12内、固结区14内和应力松弛区16内周期性地压缩TMCM 21，比如使TMCM 21形成期望的形状和/或限定固结的TMCM 28。同样，供给结构20在本文中也可称为配置为周期性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料(28)的方法(200)，所述方法(200)包括：(210)向连续压缩模制机(CCMM)(10)提供包括热塑性材料(22)的热塑性基质复合材料(TMCM)(21)；并且在所述提供(210)期间：(i)(220)在所述CCMM(10)的热区(12)内将所述TMCM(21)加热至高于所述热塑性材料(22)的熔融温度的初始温度；(ii)(230)在所述CCMM(10)的固结区(14)内将所述TMCM(21)冷却和固结至后续温度；(iii)(240)在应力松弛温度下，在所述CCMM(10)的应力松弛区(16)内使所述TMCM(21)内的应力松弛；(iv)(250)在所述CCMM(10)的脱模区(18)内并且在高于所述热塑性材料(22)的玻璃化转变温度的脱模温度下使所述TMCM(21)从所述CCMM(10)的模具(30)脱模；和(v)(260)在所述CCMM(10)的模具(30)内周期性地压缩TMCM(21)以使所述TMCM(21)形成为所述固结的热塑性基质复合材料(28)的期望的形状。2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述热塑性材料(22)是半结晶热塑性材料(22)，其中所述后续温度低于所述半结晶热塑性材料(22)的熔融温度并且高于所述半结晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度，并且进一步其中所述应力松弛温度低于所述半结晶热塑性材料(22)的熔融温度并且高于所述半结晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度。3.根据权利要求2所述的方法(200)，其中所述应力松弛温度在所述半结晶热塑性材料(22)的峰值等温结晶温度的10摄氏度(℃)内。4.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述热塑性材料(22)是非晶热塑性材料(22)，其中所述初始温度高于所述非晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度，其中所述后续温度高于所述非晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度，并且进一步其中所述应力松弛温度高于所述非晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度。5.根据权利要求1所述的方法(200)，其中以下至少一项：(i)所述初始温度为至少300℃和至多450℃；(ii)所述后续温度为至少200℃和至多300℃；和(iii)所述应力松弛温度为至少200℃和至多300℃。6.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述应力松弛温度为所述热塑性材料(22)的无应力温度，在所述无应力温度下，所述热塑性材料(22)的松弛时间常数小于所述CCMM(10)内的所述TMCM(21)的加工时间。7.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述初始温度和所述应力松弛温度之间的差值为至少60℃和至多180℃。8.根据权利要求1所述的方法(200)，其中：(i)所述热区(12)具有热区温度，其为至少所述初始温度并被选择用于将所述TMCM(21)加热至所述初始温度；(ii)所述固结区(14)具有固结区温度，其为至多所述后续温度并被选择用于将所述TMCM(21)冷却至所述后续温度；和(iii)所述应力松弛区(16)具有应力松弛区温度，其为至多所述固结区温度并被选择
用于将所述TMCM(21)维持在所述应力松弛温度。9.根据权利要求8所述的方法(200)，其中所述固结区温度低于所述应力松弛区温度至多100℃。10.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述提供(210)包括周期性地推进连续长度的所述TMCM(21)依次...

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