本发明专利技术涉及用于制备ＰＭＣ及复合材料的方法和装置，其包括灌注步骤，其中在灌注步骤中将树脂储槽和预成型物保持在基本相同的真空压力下，或者涉及维持的相关结构。基本相同的真空压力可以使用可拆卸的树脂储槽而实现，其中所述树脂储槽包括在纤维预成型物的真空袋组件内或外部。该方法得到最大的可达到的真空压实压力并且简化了灌注树脂浸渍方法。该方法可用于加工预浸料和航空级纤维增强的树脂复合材料，在此还公开该树脂复合材料的纤维体积、空隙率和层叠材料质量符合或超过通过高压釜所制备的树脂复合材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方案涉及树脂的灌注方法，尤其涉及使用真空压力加工制造纤维增强复合材料的树脂灌注方法
技术介绍
纤维增强的聚合物基材型复合材料(PMC)是常用于需要耐恶劣环境性、高强度和 /或低重量的应用中的高性能结构材料。该类应用的实例包括飞行器组件(例如尾部、机翼、机身、螺旋桨)、船体和自行车框架。PMC包括与基材材料结合在一起的纤维层，所述基材材料例如聚合物树脂。纤维使基材增强，其中纤维承受由复合材料承担的主要负荷，而基材承受由复合材料承担的小部分负荷并且将负荷由破损的纤维传递至未受损坏的纤维。在该方法中，PMC可以承担比基材或者纤维可单独承担更多的负荷。此外，通过使增强纤维具有特别的几何结构或取向，可以高效地设计复合材料以最小化重量和体积。已经开发了多种制备PMC的方法。实例可包括湿叠层法、预浸料法和液体灌注 (infusion)法。在湿叠层法中，使用基材材料将增强纤维湿润、置于模具腔中并使其硬化或固化。该方法可以以自动方式进行，例如使用接收干燥纤维卷的切割枪(chopper gun)或机器，通过树脂浸蘸池使其运转并将浸润的纤维置于模具中。或者，可以用毛刷手动地施加树脂。在预浸渍法中，用预浸渍的织物或预浸料来加工复合材料组件。以可控方式用基材树脂对增强纤维进行预浸渍并冷冻以防止树脂进行聚合。然后将冷冻的预浸料在冷冻条件下运输并储存直至需要时。当由预浸料加工复合材料部件时，将预浸料解冻至室温，切割至需要的尺寸并置于模具腔中。一旦在位置中，则将预浸物真空包装并在压力下进行固化以达到具有最小空隙的所需纤维体积分数。在液体灌注方法中，将增强纤维置于模具腔中或者在干燥条件下用于网络成型工具的其他机械中，用基材树脂使其湿润并固化。液体灌注方法可以通过多种技术实现， 包括高压和低压树脂传递成型法(RTM)、树脂膜灌注法(RFI)、真空辅助的树脂传递成型法 (VARTM)、挤压成型法、高VARTM、Seeman复合材料树脂灌注成型法(SCRIMP ))、反应灌注成型法(RIM)或相同的合格的树脂传递成型法(SQUIRTM)。然而，每种方法可能都有问题。虽然较为便宜，湿层叠加工通常会生产具有低的纤维体积分数和高的孔隙度的复合材料，这降低了所制备的复合材料的总强度和质量。相反， 通过预浸料法制备复合材料可达到较高的纤维体积分数并降低空隙量，但是制备预浸料的成本大大提高。此外，由于甚至在冷冻状态下持续的聚合而使冷冻的预浸料的寿命有限，并且处理必须仔细控制。通过浸渍和其他密闭成型方法(例如RTM)制备复合材料也很昂贵， 这是由于得到以及保养所需工具和液体灌注体系的成本较高。概述本领域需要具有高的纤维体积分数和低的孔隙度的复合材料以及制备这些材料的方法和装置，这将提高所制备复合材料的强度和质量并降低生产所述材料的成本。附图简述图IA为树脂灌注方法中，在灌注树脂之前的纤维预成型物中的压力示意图；图IB为树脂灌注方法中，在形成压力梯度之后的纤维预成型物中的压力示意图；图IC为树脂灌注方法中将树脂引入纤维预成型物的排空区时，在纤维预成型物中的压力示意图；图ID为纤维预成型物的排空区中至少一部分填入树脂之后，在纤维预成型物中的压力示意图；图2A为本公开的树脂灌注体系的一个实施方案的示意图；图2B为本公开的具有多个树脂储槽的树脂灌注体系的另一个实施方案的示意图；图2C为本公开的包含支撑筋板的树脂灌注体系的另一个实施方案的示意图；和图2D为本公开的包含外部阀的灌注树脂浸渍体系的另一个实施方案的示意图。专利技术详述在此讨论的本专利技术的一个实施方案，恒压灌注法(CPI VaRTM)可以基本降低聚合物基材复合材料性能的变化，提供了稳定的、可重复、可预测且可控的复合材料制备方法， 其中所述性能变化可能由于内部压力梯度而引起。在一个实施方案中，可以抑制在基材的灌注浸渍或固化中在纤维预成型物上形成或维持压力梯度的可能性。这导致始终可达到最高程度地压实预成型物，这可以抑制在基材灌注过程中排出体积的潜在变化。该方法制备的复合材料层叠材料达到或超过由常规预浸料且在高压釜中固化而制备的那些。此外，除包括树脂储槽及相关的进料线/进入装袋流程的流动收缩器之外，该CPI VARTM方法的实施方案不需要任何额外设备。此外，本专利技术的实施方案还提供了显著简化的灌注方法。这经由将树脂进料源置于组件的装袋线内而实现，这减少或基本除去了使用外部管线或树脂进料源的需要。这允许最好地将注入(infuse)烘箱内的组件进行包装，这显著降低了复合材料生产成本，因为由一个烘烤流程可以制备更多的组件。在此所用的术语“大约”、“约”及“基本上”表示接近于完成所需功能或达到所需结果所述量的量。例如，术语“大约”、“约”及“基本”可以指在所述量的小于10%、小于5%、 小于1%、小于0. 和小于0.01%之内的量。在此所用的术语“预浸料”具有本领域熟练技术人员熟知的诸如上述的通常意义。 预浸料可以包括至少部分体积已经用基材材料浸渍的纤维片或纤维层叠材料。所述基材可以以部分固化的状态而存在。在一个实施方案中，预浸料的孔隙度基于预浸料的总体积约为0. 1-1. 5体积％。在此所用的术语“固化”具有本领域熟练技术人员熟知的通常意义，并且可以包括聚合和/或交联过程。固化可以通过包括但并不限于加热、曝露于紫外光线及曝露于辐射的方法而进行。在某些实施方案中，固化可以在基材中进行。在固化以前，基材可以还包含一种或多种在约室温下为液体、半固体、结晶固体以及其组合的化合物。在某些实施方案中，灌注和固化可以在一个过程中进行。在此所用的术语“基材”、“树脂”和“基材树脂”具有本领域熟练技术人员熟知的通常意义，并且可以包括一种或多种包含热固性和/或热塑性材料的化合物。实例可以包括但并不限于环氧树脂、环氧固化剂、酚醛树脂、酚类、氰酸酯树脂、酰亚胺类(例如聚酰亚胺、二马来酰亚胺(BMI)、聚醚酰亚胺)、聚酯、苯并噁嗪类、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚醚酮(例如聚醚酮 (PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEKK)等)，其组合物以及其前体。在一个实施方案中，树脂为单组分环氧树脂。在另一个实施方案中，树脂为低粘度的单组分环氧树脂。在另一实施方案中，树脂在室温下具有极高粘度，但在升高温度下具有低粘度及长的使用寿命。此时， 树脂的高粘度可能阻碍树脂在室温下流入预成型物中。因此在加工过程中，可以将树脂加热至使树脂熔化至低粘度且允许树脂流入预成型物的温度。高粘度树脂可以在环境温度下具有约3000-20000cp的粘度，并且高粘度树脂在30-125摄氏度下可以具有50-500cp的粘度。在另一个实施方案中，树脂在室温下具有低的粘度。低粘度树脂可以在环境温度下具有约50-700Cp的粘度。在一个实施方案中，复合材料中的基材含量基于复合材料的体积约为 30-70vol%o在此使用的术语“灌注”具有本领域熟练技术人员熟知的通常意义，并且可以包括将树脂加入预成型物中。在一个实施方案中，灌注树脂可以包括通过真空压力机械地驱使树脂进入预成型物中。在另一个实施方案中，灌注可以通过向树脂储槽施加热量及外压的一种或多种而实现。施加热量或压力以促使树脂由储槽进入预成型物本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制造复合材料的方法，其包括：引入预成型物和树脂填充的储槽；真空下将树脂由储槽灌注入预成型物中；保持储槽和预成型物在基本相同的真空下；以及使树脂固化。
【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·D·史密斯，
申请(专利权)人：塞特克技术公司，
类型：发明
国别省市：US
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