制造空心复合件的非等温方法技术

一种制造空心复合结构或容器的方法，包括步骤：Ａ）在模制工具外部将热塑基质和裹包在硬或半硬热塑衬里或囊状物上的热塑基质和加强纤维加热到热塑复合基质的熔点以上；Ｂ）将已加热的组合件传递到温度保持在复合物热塑基质熔化温度以下的模具；Ｃ）关闭模具并向衬里或囊状物施加内流体压力以便对热塑基质和加强纤维施加压力；Ｄ）任意使用特殊连接系统以快速连接内压力；Ｅ）将衬里或囊状物以及接触冷或热模具的热塑基质和加强纤维组合件进行冷却，同时进行组合件的固化；Ｆ）打开模具，取出成品组合件。用于衬里／囊状物的合适热塑材料和热塑复合物基质材料包括：聚丙烯、聚酰胺，特别是聚酰胺１２，聚乙烯、交联聚乙烯、聚丁烯对苯二酸盐、聚乙烯对苯二酸盐、聚甲醛、聚苯硫醚和聚乙氧基烷基酚。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造空心复合件领域，特别是空间构架结构或容器，特别涉及制造空间构架结构或容器的改进方法和采用该改进方法制造的复合容器。
技术介绍
用于储存受压力作用的液体和固体并通常为空间构架或管状承载组合件的空心复合结构或压力容器通常由金属如钢或铝制成，以下称之为容器，如加压气罐。但是近年来，复合容器的使用更为普遍。通过各种方法制造这样的容器，包括纤维缠绕(filament winding)、树脂传递模塑(resin transfer moulding)和囊状物辅助模制(bladder-assistedmoulding)。纤维缠绕技术是在应用于型芯之前用活性树脂浸渍干加强纤维(如玻璃纤维或碳纤维)的方法。还可以使用预浸渍材料。接着将加强纤维和基质的混合物应用于型芯。如果是热固性基质，接着是固化循环，对于热塑基质，要在其应用于型芯之前使聚合体软化(熔化)，其中接着在形成该结构的缠绕材料层之间形成熔融粘结。当用热固塑料缠绕时，通过固化循环制造来空心结构或壳体，该固化循环使材料热固或冷却，接着将其从型芯上卸下而获得部件。为生产空心结构或容器，树脂传递模塑技术使用型芯和外模具，其中使活性基质树脂混合物注入型芯和外模具之间的空腔内，其中放置有通常由玻璃、碳或凯夫拉尔(Kevlar)构成的加强纤维。接着进行加强纤维的浸渍，使热固聚合体进行交联或热塑单体进行聚合，形成基质聚合体和最终呈壳形或空心的部件。接着去除型芯。对于热塑基质的囊状物辅助模制技术，使用外模具和内囊状物来形成部件的形状。为了熔化热塑基质并接着浸渍典型的玻璃、碳或凯夫拉尔加强纤维，将热塑性塑料加热到其熔化温度以上，并接着对囊状物施加压力以压实材料。接着必须在压力作用下冷却热塑材料，以便形成硬的壳形或空心复合件。囊状物材料包括橡胶型材料，通常为硅橡胶，用于施加压紧力，由此在施加的内力作用下使囊状物延伸和伸长。另一种可供选择的囊状物包括现场挤喷模制的聚合材料。在施加要求一段时间的压力之前，通常通过加热金属外模具而将热塑基质加热到基质熔化温度以上，此后使模具充分冷却到基质熔化温度以下以便进行固化和结晶。另外，还可以通过使热油流过囊状物或使用囊状物中的嵌入式电热器进行另外或单独的加热，从而在内部加热复合物，因此不需要使模具温度循环。可以在模具中通过导热或电阻加热来加热传导性加强材料，如碳纤维复合物或包含一定比例传导性纤维如碳或钢的复合物。以前已经提出过采用现场挤喷模制来供热，以有助于热塑基质复合物的熔化，但实际上，还需要在基质熔化温度以上或以下进行模具的附加的温度循环。对于热固型基质的囊状物辅助模制技术，使用外模具和内囊状物来形成部件的形状。加强纤维和活性基质的预浸渍混合物放置在囊状物之上，而具有周围预浸渍材料的囊状物放置在外模具内。模制温度必须足够高以便足以进行热固基质的固化，并在固化后使其冷却而取出部件。还可以通过流过的热液体或嵌入式电加热器来加热囊状物，以便施加供浸渍材料固化所必须的热量。该技术还包括囊状物辅助树脂传递模制，其中在囊状物上设置基本没有基质的加强物，或接着将覆盖有加强物的囊状物放入模具。接着应用活性树脂来浸渍加强纤维，通过囊状物施加内压力，由此辅助浸渍。这样制造空心结构或容器的技术具有以下众所周知的缺点，特别是在如果需要很短的循环时间的情况(当降低部件的成本时，对于空心复合结构或容器的许多应用都是这样的情况)，包括对于热塑纤维缠绕方法，必须在应用于型芯之前加热基于热塑基质的加强物，以便确保熔融粘结所需的热状态。因此基于热塑基质的加强物应用于型芯，高处理速度会显著产生对处理速度的限制并由此产生对循环时间的限制。通过放置基于热塑基质的加强物所产生的高曳力或摩擦力还会带来质量问题，由此会发生热塑基质和加强纤维的分离，形成不利的微观结构。此外，部件的几何形状受到限制，其中需要在处理后取出型芯。其中处理后型芯留在部件中，型芯必须与基于热塑基质的加强物相容，并要能承受很高的径向挤压力，该径向挤压力是在高张力作用下施加的热纤维和基质混合物所产生。人们已知，为在部件中产生高内压力，将复合层连续应用于型芯，但这样会影响部件的尺寸稳定性和最终耐久力。纤维缠绕方法还约束了能够制造的几何形状，其中内凹曲率要求热塑复合材料原地粘结于型芯或复合物的前述层。对于热固纤维缠绕方法，当放置基于热固基质的加强物时，热固基质必须固化到需要加热循环的型芯上，或随后加热放置材料和型芯。过程的循环时间依赖于卷绕速度，并由此产生对过程速度限制，由此对循环时间限制。通过放置基于热固基质的加强物形成的高曳力或摩擦力带来进一步的质量问题，会发生热固基质和加强纤维的分离。此外，部件的几何形状受到限制，其中需要在处理后去除型芯。型芯在处理后留在部件中，型芯必须与基于热固基质的加强物相容，并且能够承受高的径向挤压力，该径向挤压力是由高张力作用下施加的纤维和基质混合物所产生。对于树脂传递模制方法，当使用热固加强材料时，必须在型芯和在模具与型芯之间注射的树脂上进行组合。循环时间受到需要向该空间内注射树脂的限制，其中限制了压力，使用永久空心型芯，使得引入流体(这里的流体是活性树脂)的压力不会造成型芯几何形状的变形，由此将过程限制在较低的速度和压力注射，而不是较短的循环时间、结构反应注射模制的高压力过程。此外，热固基质的固化反应限制了循环时间，其中在较高速度下产生固化反应，或热固基质的固化反应在复合物中产生高应力。如果不预先制造复杂而昂贵的加强物，除非可以容许局部加强纤维部分减小，否则必须制造恒定壁厚的部分。需要去除型芯，必须应用花费很高的技术，如不使部分几何形状受损的低熔化温度合金。对于树脂传递模制方法，如果是热塑加强材料，必须使其在型芯和在模具与型芯之间注射的树脂上实现组合。循环时间受到需要向该空间内注射树脂的限制，其中限制了压力，并这样使用永久空心型芯即，使得引入流体(这里的流体是活性树脂)的压力不会造成型芯几何形状的变形，由此将过程限制在较低的速度和压力注射，而不是较短的循环时间、结构反应注射模制的高压力过程。此外，单体的聚合反应或者限制循环时间，其中在较高速度下产生该聚合反应，或者限制囊状物材料。还常常需要以最快速发生单体熔化温度以上的热循环，该热循环用于聚合和在聚合后冷却到聚合物熔化温度以下，同时还要求一定热塑树脂传递模制材料系统的模具温度和/或型芯温度进行循环。如果不预先制造复杂而费用高的加强物，除非可以容许局部加强纤维部分减小，否则必须制造恒定壁厚的部分。需要去除型芯，必须应用花费很高的技术，如不使部分几何形状受损的低熔化温度合金。对于囊状物辅助模制方法，如果是热固加强材料，需要固化热固基质材料则带来一些受橡胶型囊状物材料的化学侵蚀的问题，通常是苯乙烯受硅橡胶的侵蚀，由此缩短了囊状物的寿命。由于难于获得囊状物，囊状物能够挠曲、且在固化前或固化中足以压紧浸渍的加强纤维，同时在囊状物和固化复合物之间形成可靠粘结，在成品部件中没有高内应力，因此通常可去除囊状物材料。已浸渍加强物的加热还需要通过模制温度循环或加热囊状物材料来实现。使模制温度循环使能效低并且耗时，受热的囊状物系统的制作对于大批量制造的部件来说是不经济的，而且很脆、使用寿命短。如果是可去除囊状物，则还需要额外的内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造空心复合结构或容器的非等温方法，包括步骤：ａ）预先成形热塑衬里（１）；　ｂ）用热塑复合材料（１１）覆盖式包裹热塑衬里（１）；ｃ）在烤箱中将已被覆盖式包裹的衬里加热到热塑复合材料（１１）的熔化温度（Ｔ↓［ｍ］） 之上；ｄ）将已加热的覆盖式包裹衬里放入模具中，该模具的温度保持在热塑复合材料（１１）的熔化温度（Ｔ↓［ｍ］）之下；ｅ）在已加热的覆盖式包裹衬里（１）内施加内压力（２１），同时关闭模具（２０），从而以抵靠着由模具限定的几何形状 来固化复合材料（１１）和囊状物（１）；ｆ）保持冷却的覆盖式包裹衬里的内压力（２１），直到热塑复合物材料（１１）足够地低于热塑复合物熔化温度（Ｔ↓［ｍ］）为止；以及ｇ）从模具中取出加工成形的空心复合结构或容器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安克鲁泽，帕斯卡维约默内，扬安德斯E曼森，马丁D韦克曼，彼得马斯库斯，
申请(专利权)人：埃坶斯化学公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]