整合有多维气体排出网络的预浸料制造技术

本发明专利技术提供复合预浸料，其包括允许气体在固化工艺期间从预浸料中多维逸出的气体排出网络。本发明专利技术还在基质前体元件之间提供可穿透屏障，以促进预浸料在环境温度的长期可贮存性。全部或者一部分气体排出网络可与可穿透屏障结合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及复合材料领域，具体涉及预浸料以及模塑成各种各样的复合部件的由预浸料制成的层压品。更具体而言，本专利技术涉及改善预浸料的贮藏期或者可贮存性，同时降低模塑操作期间在复合部件中形成的空隙的数量和尺寸。
技术介绍
复合材料通常由树脂基质和增强纤维作为两种主要组分构成。复合材料广泛用于航空业和其它期望强度高重量轻的情形中。尽管已经采用了广泛种类的基质树脂，但是对于航空应用而言热固性树脂诸如环氧和双马来酰亚胺树脂是尤其受欢迎的。广泛的纤维类型也已经用于航空复合材料中。玻璃纤维、石墨纤维、碳纤维和陶瓷纤维是常见的。所述纤维可以是切短的、无规取向的、单向取向的或者编成织物的。复合材料中使用的纤维的直径从极小到相对大。尽管使用大直径的纤维可能制成复合材料，但是更常见的实践是取成千上万的极小直径纤维并使其形成单独的束，称为丝束。这些多纤维丝束比具有相同总的直径的单一纤维坚强得多和柔韧得多。丝束可以以与常规纱线相同的方式编成织物。作为选择，将丝束平行排列以提供单向纤维取向或者它们可以是无规取向的。存在大量方式用于将树脂与纤维结合形成最终的复合材料。一种已经使用多年的方法是在模具或者其它支持结构上用活性树脂原位浸渍纤维。然后加热固化所得的“敷层 (lay-up)”。这种人工敷层方法是受欢迎的，因为它简单且几乎不需要任何特别的工具。然而，它难以精确控制施加于纤维的树脂的量，并且难以确保树脂均勻地浸渍至纤维丝束中。 此外，固化剂和树脂中包含的其它添加剂的量在各敷层之间可能不同。因此，在高强度和轻重量是重要设计考虑因素的航空应用中，通常不采用人工浸渍法。为了避免上述问题，常见的实践是形成包括纤维和树脂基质(树脂、固化剂和任何添加剂)的预制敷层(预浸料)。预浸料在允许树脂基质在预浸料中的量和分布得到仔细控制的制造条件下制备。一旦形成预浸料，可将其以与常规人工敷层相同的方式施加至模具或者其它支持表面上。一般而言，预浸料并不在其制成后就立即使用。相反，它们常常贮存以备将来使用。在任意的预浸料中存在多种期望的特性。例如，预浸料必须足够柔韧的，以允许施加至所需的模具表面。此外，预浸料的粘性(或者粘着性)必须使得预浸料在模具中粘附于下面的预浸料层，同时不是太粘以使得其在操作时破裂。预浸料树脂在贮存期间应是稳定的，从而操作特性(即，挠性和粘性)不发生变化。此外，贮存期间树脂不应从纤维中流走，也不应不期望地重新分布。同时，树脂在固化期间应具有适当的流动性，从而提供优良的层压品质。预浸料在贮存期间的稳定性已经并将继续成为预浸料制造和使用的主要问题之一。常见的实践是在贮存和运输期间冷冻预浸料以使树脂与固化剂之间的反应保持最小程度。然而，这样的冷冻会是昂贵和费时的。因此，继续需要提供设计为较少依赖于贮存温度的预浸料系统。该目标提供这样设计的预浸料，使得其可在环境温度贮存和运输。另一给预浸料带来大量问题的方面是在最终的层压品中形成孔。在固化工艺期间产生的气体可俘获在层压品内，此处其形成孔或者空隙，因而降低最终部件的强度。继续需要开发设计为在固化工艺期间使气体从预浸料中排出的预浸料系统，从而消除不期望的孔的形成。
技术实现思路
根据本专利技术，提供预浸料，其包括允许在固化工艺期间气体从预浸料中多维逸出的气体排出网络。此外，提供可穿透屏障，其提高了预浸料在环境温度的长期可贮存性。本专利技术基于将纤维元件与一个或多个基质前体元件以各种方式结合，以容许当将预浸料加热至固化温度时气体的多维排出。所述基质前体元件可以是树脂元件、固化元件或者完全配制元件(fully formulated element)，所述完全配制元件包括树脂和固化剂二者。根据本专利技术，这些基质前体元件是相互取向的，并以特定构型相对于纤维元件取向，形成多维气体排出网络。气体排出网络可在固化工艺期间或者之前形成，其容许在预浸料的固化期间气体从预浸料中充足的多维逸出。作为本专利技术的一方面，提供可穿透屏障，其在环境温度贮存期间在基质前体元件之间形成屏障区。在本专利技术的一些实施方案中，基质前体元件在贮存期间保持非流动态，而在预浸料固化期间转变为流动态。在流动态时，基质前体元件流入屏障区，从而形成最终的固化复合材料。作为本专利技术的另一方面，气体排出网络可与屏障区整合在一起。根据本专利技术的预浸料非常适合用于在环境温度的长期贮存。此外，各种基质前体元件和可穿透屏障形成的多维气体排出系统容许气体在固化工艺期间的充分除去，从而降低了在固化的层压品中孔的形成。通过联合附图参考下面的具体说明，本专利技术的上述和许多其它方面以及伴随的优点将变得更好理解。附图说明图1是根据本专利技术的单层类示例性预浸料的简单示意图。图2是根据本专利技术的多层类示例性预浸料的简单示意图。图3是根据本专利技术的一片或者一层树脂基质前体元件的简单示意图。具体实施例方式根据本专利技术的示例性单层预浸料以简单形式示于图1中。该示例性预浸料包括纤维元件10和位于纤维元件10的顶侧13上的基质前体元件20以及位于纤维元件10的底侧14上的基质前体元件30。屏障区40位于基质前体元件20之间，而屏障区50位于基质前体元件30之间。根据本专利技术，屏障区40和50也可用于形成气体排出区的多维网络。在优选的实施方案中，基本上所有的气体排出区与屏障区40和50整合。根据本专利技术的示例性2层预浸料以简单形式示于图2中。该示例性预浸料包括2 个纤维元件11和12。存在中央区15，其位于纤维元件11和12之间。外部区16和17位于预浸料的对侧。2层预浸料包括位于中央区15内的基质前体元件31和分别位于外部区 17和16内的基质前体元件21和22。屏障区41、51和61分别位于基质前体元件21、22和31之间。根据本专利技术，屏障区41、51和61也用于形成气体排出区的多维网络。在优选的实施方案中，基本上所有的气体排出区与屏障区41、51和61整合。纤维层10、11和12可包括任何通常在预浸料中用于制备复合材料的纤维材料。所述纤维材料可选自杂化或者混合纤维系统，其包括合成纤维或天然纤维或它们的组合。纤维增强材料可优选选自任何合适的材料诸如玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维或者芳纶(芳族聚酰胺)纤维。所述纤维材料优选为碳纤维。所述纤维材料可包括断裂(即，拉断)或者选择性不连续纤维，或者连续纤维。使用断裂或者选择性不连续纤维可促进预浸料的敷层并改善其成形能力。所述纤维材料可为织造、非卷曲、非织造、单向或者多轴纺织结构。织造形式可以选自平织、缎光、或者斜纹编织型。非卷曲和多轴形式可具有多种纤维取向。上述样式和形式是复合增强领域中众所周知的，且可从很多公司购得，包括 Hexcel Reinforcements (Villeurbanne, France)。纤维材料10、11和12可用树脂、固化剂和/或其它需要的预浸料成分涂覆或者浸渍。然而，优选纤维材料保持基本上没有上述成分从而固化期间气体会在与纤维材料相同的平面上(X和y方向，如图1和2所示)流经纤维材料和横向流经纤维材料(Z方向，如图 1和2所示)。纤维材料形成根据本专利技术的多维气体排出网络的一部分。因此，树脂、固化剂和/或其它浸渍至纤维材料中的成分的量必须使得气体仍能以x、y和ζ方向流经纤维材料 10,11 和 12。基质前体元件20、30、21、22和3本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．适于在环境贮存温度或者低于环境贮存温度下贮存的预浸料，其中当将所述预浸料加热至固化温度时所述预浸料经历固化，所述预浸料包括：纤维元件；一个或多个基质前体元件，所述基质前体元件选自下组：包含热固性树脂的树脂元件，包含用于所述热固性树脂的固化剂的固化元件；和包含热固性树脂与用于所述热固性树脂的固化剂的混合物的完全配制元件；以及气体排出网络，其用于提供在所述预浸料固化期间将所述预浸料加热至所述固化温度时使得气体从所述预浸料中逸出的多维逸出口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M库斯特，
申请(专利权)人：赫克赛尔公司，
类型：发明
国别省市：US