用于低粘度树脂系统的VARTM流动调节技术方案

公开了一种真空辅助树脂传递模制（VARTM）方法，该方法包括：提供真空辅助树脂传递模具组件，其包括具有第一模具表面和第二模具表面的模具，当层压板组件放置在第一模具表面上时，设置模具以使层压板组件包围在第一和第二模具表面之间的空间内；提供层压板组件，其包括层压板预成型件、剥离层以及树脂的流动可透过的树脂分布介质，层压板预成型件具有第一和第二表面，设置预成型件的第一表面以接触第一模具表面，设置剥离层以使层压板预成型件的第二表面接触剥离层，并且设置树脂分布介质以容纳在第一和第二模具表面内；设置至少一个树脂流动控制结构以调节树脂在树脂分布介质内的流动；在层压板组件中提供至少一个入口和至少一个出口，使得树脂能够经入口引入到组件中；设置和密封第二模具表面，以使层压板组件封入第一和第二模具表面之间的空间内，使得容纳在第一和第二模具表面的空间内的层压板组件能够被抽成真空；向模具组件施加真空；使得树脂能够经至少一个入口流入层压板组件中，以便树脂流入树脂分布介质中；使得树脂能够经至少一个出口流出层压板组件；并且使得树脂能够在层压板组件中固化以形成层压板材料。一种通过所述VARTM方法制备的制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低粘度树脂系统的VARTM流动调节相关申请本申请要求2010年8月23日提交的美国临时专利申请号61/376,253以及2011年6月16日提交的美国临时专利申请号61/497,880的权益，并且其内容以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及用于控制树脂传递模塑（树脂传递模制，RTM），特别是真空辅助树脂传递模塑（VARTM）中低粘度树脂流动的方法，涉及确保厚的复合层压板中树脂完整和均匀分布的方法。更具体地，本专利技术涉及结合树脂流动控制结构从而调节或控制树脂流动而不需要外部干预。
技术介绍
复合材料灌注（compositeinfusion），如，例如，VARTM是用于制造大的纤维增强复合材料结构的闭模成型（closed-mold）工艺。在复合材料灌注最简单的表现形式中，层压板纤维预成型件安装到模具表面，并且用外部模具表面密封，例如柔性包装材料如尼龙或聚酯薄膜（Mylar）塑料的薄层。在VARTM中，施加真空以从预成型件中除去存在的空气，然后使得树脂灌注到预成型件中，并且固化。因为复合材料制造中利用的典型热固性树脂趋向于具有高的粘度（通常为150厘泊（cp）以上），所以已经开发了加工技术以提高树脂灌注的速度和质量。特别地，已经开发了各种类型的树脂分布介质以促进树脂流动。存在三种基本的VARTM类型。类型1利用在层压板的顶部上面，预成型件和包装材料之间的树脂分布介质。类型2使用夹层芯体（sandwichcore）作为层压板内的树脂分布介质。类型3使用层压板自身内的专门材料作为树脂分布介质，其不像类型1保留在复合材料部件中。例如，在类型1的VARTM中，在树脂分布介质（非常易透过的层）的x-y平面上的层压板上承载材料，并且使得其经易分离的层（剥离层（peelply））过滤或向下流至z方向上的层压板上从而使层压板完全填充树脂。这使得厚度或z方向所需要的实际通层流动（through-plyflow）最小化。典型的灌注树脂具有高的粘度（在25°C下通常为200-600cp），所以需要选择正确的树脂分布介质用于顶部流动（over-the-topflow），从而达到x-y平面上的流动和z方向上的通层流动之间的平衡。例如，如在美国专利号5,840,238、6,310,121和6,525,125中所描述的，每一个公开以应用方式并入本文中，由烯烃复分解法产生的聚合物作为复合基体材料（matrixmaterial）具有吸引力。特别有利的应用是由环烯烃的开环异位聚合反应（ROMP）产生的聚合物。环烯烃树脂配制物的低粘度以及控制ROMP动力学的能力（例如，美国专利号4,708,969和5,939,504，其公开以引用方式并入本文中）有助于复合材料的处理和制备，并且ROMP聚合物的耐腐蚀性和高韧性致使良好的复合材料耐久性。商业上重要的ROMP树脂配制物通常是基于易得到的并且低廉的环烯烃，如二环戊二烯（DCPD）、降冰片烯、环辛二烯（COD）和各种环烯烃。虽然ROMP树脂配制物极低的粘度对于快速VARTM处理具有吸引力，但是其也表现出独特的挑战。例如，典型的高粘度树脂趋向于速度缓慢和自我调整以及宽容的（forgiving）。空隙和通道填充缓慢，并且使竞争性流动速度的问题最小化，这是由于层压板的部分内透过性的差异。然而，当人们将ROMP树脂的粘度改变为1/10th到1/20th以下时，流动控制问题会放大，结果使用粘性更高的树脂的绝大多数技术不再产生可以接受的结果。图1（a）显示灌注装置的简单描述，其包括树脂分布介质（1）、增强层（2）和模具表面（3）。当树脂引入图1（b）的该真空灌注装置时，树脂快速地沿着树脂分布介质（1）（x-y平面）流动，并且更缓慢地灌注到增强层（2）（z方向）中，这是由于树脂分布介质层（1）和增强层（2）之间的透过性差异。该透过性差异可以产生严重的超前滞后（lead-lag）（4），其导致增强层（2）内的区域具有差的树脂浸渍以及可能的空隙形成。如图1（c）和1（d）所显示，当树脂继续沿着树脂分布介质（1）（x-y平面）流动，并且灌注到增强层（2）（z方向）时，超前滞后可以导致差的树脂浸渍区（即，干燥点或空隙）（5）。这些差的树脂浸渍区可以导致较差的结果，降低的机械性能、不合格的部件等。树脂灌注方法如VARTM或包括液体经可透过介质移动的任何方法的原则之一是，液体将沿着最小阻力的路径前行。进一步地，一旦确立了这样的路径，未填充区的回填通常是不可能的。在复合材料中，未填充部分是不合格的部分。但是，在这点上，较厚、较高粘度的树脂可以自我调整，较低粘度树脂（通常在40°C下小于100cp，例如在40°C下1-50cp、5-25cp或10-20cp）需要更多的控制。本专利技术描述了结合较低透过性的树脂流动控制结构以调节树脂经树脂分布介质层的流动（例如，流动速度、流动方向等），并且确保所有层压板的完全“浸湿”（即，所需量的树脂灌注到层压板中从而达到复合材料中所要求的纤维体积）。然而，这些中止点（pausepoint）必须是延迟流动和促进流动的平衡，从而使得所有层压板能够完全灌注。但是，绝大多数VARTM改善的目的是尝试促进流动（即，增加灌注速度，这是因为树脂的高粘度），低粘度树脂需要树脂流动速度的平衡从而得到最佳的复合材料填充时间，同时保持树脂完全并且完整地灌注到增强层中。以这种方式控制流动确保了完全和完整的灌注，而没有产生干燥区。应想到，直到目前产生的低粘度树脂（例如，ROMP树脂）为止，这样的树脂流动技术是不需要的。本专利技术描述了在RTM方法如VARTM灌注中结合树脂流动控制结构，使得能够改善具有低粘度树脂的树脂流动模式的控制。具有高树脂透过性的树脂分布介质的使用使得树脂能够快速输送到复合材料的关键区域。树脂流动控制结构的添加使得能够调节分布介质中的树脂流动，其使得能够控制树脂超前滞后以及树脂通道模式，从而确保树脂完全注入到复合材料中，并且预防空隙和干燥点。这种控制是材料、工艺和技术的组合。
技术实现思路
本专利技术涉及解决上述困扰中的一个或多个，并且涉及相关处理技术的组，其能够控制RTM中，特别是VARTM中树脂的流动。在这种情况下，发现加速和延迟是确保VARTM中完全填充所必要的，特别是低粘度树脂（通常在40°C下小于100cp，例如，在40°C下1-50cp、5-25cp或10-20cp）。更具体地，本专利技术的树脂流动控制结构起到不需要进一步的外部干预便控制流动的作用。在结合该装置后，本专利技术的树脂流动控制结构可以用来控制或调节流动速度，或将流体转移到复合材料或层压板材料的另一个区域。在一个实施方式中，本专利技术涉及一种VARTM方法，该方法包括：提供VARTM模具组件，包括具有第一模具表面和第二模具表面（例如，真空袋）的模具，当层压板组件设置在第一模具表面上时，设置该模具以将层压板组件封入（包围在）第一和第二模具表面之间的空间内；提供层压板组件，包括层压板预成型件、剥离层和树脂流动可透过的树脂分布介质，层压板预成型件具有第一和第二表面，可选地设置预成型件的第一表面以使其与第一模具表面接触，设置剥离层使得层压板预成型件的第二表面与剥离层接触，并且设置树脂分布介质以使其容纳在第一和第二模具表面内；设置至少一个树脂流动控制结构以调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.23 US 61/376,253;2011.06.16 US 61/497,8801.一种真空辅助树脂传递模制方法，所述方法包括：提供真空辅助树脂传递模具组件，包括具有第一模具表面和第二模具表面的模具，当层压板组件放置在所述第一模具表面上时，设置所述模具以使所述层压板组件封入所述第一和第二模具表面之间的空间内；提供层压板组件，包括至少一个层压板预成型件、至少一个剥离层以及树脂的流动可透过的至少一个树脂分布介质，所述层压板组件具有第一和第二表面，设置所述层压板组件的所述第一表面以接触所述第一模具表面，并且设置所述层压板组件的所述第二表面以接触所述第二模具表面；设置至少一个树脂流动控制结构以调节树脂在所述至少一个树脂分布介质内的流动；所述调节是指控制或改变树脂在所述至少一个树脂分布介质内的流动方向；在所述层压板组件中提供至少一个入口和至少一个出口，使得所述树脂能够经所述至少一个入口引入到所述层压板组件中；设置和密封所述第二模具表面，以使所述层压板组件封入所述第一和第二模具表面之间的空间内，使得容纳在所述第一和第二模具表面的空间内的所述层压板组件能够被抽成真空；向所述模具组件施加真空；使得所述树脂经所述至少一个入口流入所述层压板组件中，以便所述树脂流入所述至少一个树脂分布介质中；使得所述树脂经所述至少一个出口流出所述层压板组件；以及使得所述树脂在所述层压板组件中固化以形成层压板材料；其中所述至少一个树脂流动控制结构是填充材料；所述树脂具有低粘度。2.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述第二模具表面是真空袋。3.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构接触所述树脂分布介质。4.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构减少所述层压板预成型件中的超前滞后。5.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构降低所述树脂在所述树脂分布介质中的流动速度。6.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构调节所述树脂流动的方向。7.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构是气体可透过的。8.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构的厚度是所述树脂分布介质厚度的至少两倍。9.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构基本上彼此重叠。10.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述至少一个树脂流动控制结构与所述树脂分布介质重叠。11.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述低粘度树脂的粘度小于100厘泊。12.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述树脂包括选自以下各项的环烯烃：张力环烯烃、无张力环烯烃、无环烯烃、二烯烃和不饱和聚合物或其组合，其中所述环烯烃可以包括官能团，或被选自以下各项的基团取代：卤素、羟基、烃基、烷氧基、烯氧基、炔氧基、芳氧基、芳烷氧基、烷芳氧基、酰基、酰氧基、烷氧基羰基、烷基碳酸盐、芳基碳酸盐、羧基、羧酸盐、氨基甲酰、烷基取代的氨基甲酰、卤代烷基取代的氨基甲酰、芳基取代的氨基甲酰、硫代氨基甲酰、烷基取代的硫代氨基甲酰、芳基取代的硫代氨基甲酰、脲基、氰基、氰氧基、硫代氰氧基、甲酰基、硫代甲酰基、氨基、烷基取代的氨基、芳基取代的氨基、烷基酰胺基、芳基酰胺基、亚氨基、烷基亚氨基、芳基亚氨基、硝基、亚硝基、磺基、磺酸盐、烷硫基、芳硫基、烷基亚磺酰基、芳基亚磺酰基、烷基磺酰基、烷基氨基磺酰基、芳基磺酰基、硼基、二羟硼基、硼酸盐、膦酰基、磷酸盐、次膦酸盐、二氧膦基、膦基或其组合。13.根据权利要求12所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述环烯烃选自以下各项：环丁烯、环庚烯、环辛烯、环壬烯、环癸烯、环辛二烯、环壬二烯、环十二碳三烯、降冰片烯、二环戊二烯、三环戊二烯、四环十二碳烯、四环十二碳二烯、取代的降冰片烯、取代的二环戊二烯或其组合。14.根据权利要求12所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述环烯烃选自以下各项：环丁烯、环庚烯、环辛烯、环壬烯、环癸烯、环辛二烯、环壬二烯、降冰片烯、二环戊二烯或其组合。15.根据权利要求1所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述树脂包括选自具有以下结构的第8族过渡金属络合物中的催化剂：其中，M是第8族过渡金属；L1、L2和L3独立地选自中性电子供体配体；n是0或1，使得L3可以存在或可以不存在；m是0、1或2；k是0或1；X1和X2独立地选自阴离子配体；以及R1和R2独立地选自氢、烃基、取代的烃基、包含杂原子的烃基、取代的包含杂原子的烃基、和官能团；其中R1和R2中的一个或两个可以具有-(W)n-U+V-结构，其中W选自亚烃基、取代的亚烃基、包含杂原子的亚烃基、或取代的包含杂原子的亚烃基；U是带正电荷的第15或第16族元素，其被氢、烃基、取代的烃基、包含杂原子的烃基、或取代的包含杂原子的烃基所取代；V是带负电荷的反离子；并且n是0或1，其中X1、X2、L1、L2、L3、R1和R2中的任何两个或多个可以连接在一起以形成一个或多个环状基团，并且进一步其中X1、X2、L1、L2、L3、R1和R2中的任何一个或多个可以连接至载体。16.根据权利要求15所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中L1、L2、和L3中的至少一个是N-杂环卡宾配体。17.根据权利要求15所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中所述催化剂具有以下结构：其中，M是第8族过渡金属；n是0或1；m是0、1或2；k是0或1；X1和X2独立地选自阴离子配体；以及L2和L3独立地选自中性电子供体配体，或可以连接在一起以形成单一的二齿状供电子配体；R1和R2独立地选自氢、烃基、取代的烃基、包含杂原子的烃基、取代的包含杂原子的烃基以及官能团，或可以连接在一起以形成亚茚基部分；X和Y独立地选自C、N、O、S和P；当X是O或S时，p是0，当X是N或P时，p是1；当Y是O或S时，q是0，当Y是N或P时，q是1；Q1、Q2、Q3和Q4独立地选自亚烃基、取代的亚烃基、包含杂原子的亚烃基、取代的包含杂原子的亚烃基以及-(CO)-，并且进一步其中Q内相邻原子上的两个或多个取代基可以连接以形成另外的环状基团；w、x、y和z独立地是0或1，以及R3、R3A、R4和R4A独立地选自氢、烃基、取代的烃基、包含杂原子的烃基以及取代的包含杂原子的烃基，其中，X1、X2、L2、L3、R1、R2、Q1、Q2、Q3、Q4、R3、R3A、R4和R4A中的任何两个或多个可以连接在一起以形成环状基团，并且进一步其中X1、X2、L2、L3、Q1、Q2、Q3、Q4、R1、R2、R3、R3A、R4和R4A中的任何一个或多个可以连接至载体。18.根据权利要求17所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中M是钌，w、x、y和z是0，X和Y是N，并且R3A和R4A连接在一起形成-Q-，使得所述络合物具有以下结构：其中Q是亚烃基、取代的亚烃基、包含杂原子的亚烃基或取代的包含杂原子的亚烃基连接物，并且进一步其中Q内相邻原子上的两个或多个取代基可以连接以形成另外的环状基团。19.根据权利要求18所述的真空辅助树脂传递模制方法，其中：X1和X2是卤化物；Q是-CR11R12-CR13R14-或-CR11＝CR13-，其中R11、R12、R13和R14独立地选自氢、烃基、取代的烃基、包含杂原子的烃基、取代的包含杂原子的烃基以及官能团，或其中R11、R12、R13和R14中的任何两个可以连接在一起以形成取代的或未取代的、饱和或不饱和的环；以及R3和R4是芳香族的。20.根据权利要求18或19...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔吉奥·科拉尔，史蒂芬·克兰，安东尼·R·史蒂芬，克里斯托弗·J·克鲁塞，埃韦拉多·加西亚·弗洛雷斯，
申请(专利权)人：马特里亚公司，
类型：
国别省市：