近净形预浸料坯制造技术

一种制造适合用于制备复合制品的近净形预浸料坯的方法，包括：　　　　（ａ）在多孔筛的一面上沉积至少１３ｖｏｌ％的补强纤维，该多孔筛的另一面上有一个使纤维保持在筛网一面的位置上的真空装置，　　　　（ｂ）将树脂母体材料沉积在与上述补强纤维同一面的多孔筛表面上，其中位于该多孔筛另一面上的真空装置使树脂母体材料与纤维保持在筛网一面的位置上，　　　　（ｃ）加热树脂母体材料直至足以使树脂母体材料与补强纤维在筛网表面上粘合以形成树脂和纤维结构，和　　　　（ｄ）使树脂和纤维结构冷却从而形成近净形预浸料坯。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】近净形预浸料坯本专利技术涉及具有复杂几何形状的近净形预浸料坯，例如2-维或3-维预浸料坯；涉及制造这些近净形预浸料坯的方法和装置；还涉及由这些近净形预浸料坯制造结构复合制品的方法和装置。此前，已经使用各种方法来制造结构复合制品。例如，复合材料压模法是这样一种方法——其中在一个闭式压模中使用高压缩压力迫使树脂和玻璃的加热热固性或热塑性材料的矩形进料流成复杂形状以形成复合制品。为了使树脂和玻璃在塑模内横向流动，高压缩压力(例如7MPa至10MPa)是必须的。在这种压模法中，当玻璃没有随树脂均匀流动时就会产生问题，形成富含树脂的区域并导致玻璃在最终复合制品中的不均匀分布。同样，可以通过压缩的迅速固化和剪切条件在复合制品或部件内部形成内应力。这两种情况在压模过程中都是不理想的，因为当存在这两种情况中的一种或两种时，制成的复合部件就会表现出不均匀的机械性能和翘曲。在美国专利No.6,030,575中描述了另一种已知的制备复合制品的方法。在这种已知方法中，可以使用树脂和补强纤维的“预成型坯”模制复合制品，使用少量(例如5-10wt％)的树脂粘合剂材料和短切(chopped)补强纤维将其成型成最终复合制品的特定尺寸。树脂粘合剂的用途是将短切补强纤维结合在一起以便处理(handling)预成型坯并将其装入注模中。美国专利No.6,030,575描述了一种制造纤维预成型坯的方法，而没有描述制备近净形预浸料坯。在美国专利No.6,030,575的方法中，将纤维预成型坯置于闭合式压模中，然后再向该闭合式压模中注入额外的树脂，浸湿并包封预成型坯的补强纤维。注射压力通常为1.75MPa至3.5MPa。这种纤维预成型法需要额外的树脂以及注射设备；而且当树脂没有完全填满预成型坯时容易产生高废品-->率，使得由这种纤维预成型坯制成的最终复合部件含有裸纤维的干斑(dry spots)。在复合材料工业中仍然需要的是一种以快速率(例如＜15分钟)、用低模塑压力(例如＜10MPa)、无需树脂注射设备且以最小(例如＜10％)废品率制造纤维均匀分布在树脂母体中的复杂形状的复合制品的方法。本专利技术的一个方面涉及一种制备复杂构造的预浸料坯的方法，包括将例如短切补强纤维喷到具有待制造制品的复杂形状的多孔筛上。在该多孔筛后方的鼓风机将空气送过筛网并将纤维固定在适当位置上。同时或随后，将例如粉状或纤维状母体树脂，如热塑性或热固性母体树脂，喷向筛网以便与补强纤维接触并结合。最终复合制品所需的母体树脂和补强纤维的部件设计(part design)决定了使用的纤维/树脂比率。也可以通过设计使纤维/树脂的比率在部件内变化以符合部件的局部应力要求。在本专利技术的方法中，对母体树脂施加足以熔化树脂并使其与筛网上的制品表面的纤维粘合的热量。本专利技术的方法形成一种多孔骨架结构，其不会阻碍空气流动而且使均匀分布于整个结构表面的纤维和树脂结合以保持其形状。这种独立式均匀的骨架结构或制品被称作下文所定义的“预浸料坯”。本专利技术的另一方面涉及一种制备复杂形状的复合制品的方法，包括将通过上述本专利技术的方法制得的预浸料坯置于塑模中并将该预浸料坯压固成复合制品。如果母体树脂是热塑性的，将该预浸料坯加热、固结，然后冷却以固化树脂。如果母体树脂是热固性的，或(环状低聚物)，将该预浸料坯加热，固结，然后交联以固化树脂。本专利技术的制备复合制品的方法有利地使用了比传统压模法更低的压力，而且制成质量更好的复合材料，其由于塑模内极小的纤维运动而更加均匀。“预浸料坯”在这里是指含有补强纤维和母体树脂与一种或多种任选组分的混合物的未固结独立式结构，这些组分结合在一起成为可-->以处理并装入压模中的形状。“近净形”在这里是指在少量(例如低于10％)周长调整的情况下非常接近但不完全符合待模塑的最终部件的形状。一般而言，本专利技术涉及制造具有复杂形状或构造的结构，例如2-维或3-维均匀骨架结构或制品，也就是由其可以制造结构复合部件的“预浸料坯”。由含有下述物质的预浸料坯组合物制备本专利技术的预浸料坯：(a)补强纤维材料，(b)母体树脂材料，和(c)任选地，各种添加剂或其它附加组分。制备预浸料坯通常包括将预浸料坯组合物沉积在多孔或有孔筛网上。该筛网具有待制造制品的形状；或作为选择地，该筛网为平板状。典型地，通过推进或喷涂方法进行沉积。在筛网后方的鼓风机将空气送过筛网并使预浸料坯组合物固定在适当位置上。在本专利技术的沉积预浸料坯组合物的方法中，对该预浸料坯组合物施加热量，该热量应足以熔化至少部分预浸料坯组合物的母体树脂并使母体树脂与筛网上的制品表面上的预浸料坯组合物的补强纤维材料粘合。本专利技术的方法形成下述多孔骨架结构，其完全不会阻碍空气流动而且使均匀分布于整个结构表面的纤维和树脂结合以保持其形状。这种独立式均匀骨架结构或制品是本专利技术的“预浸料坯”。可以以各种方式将预浸料坯组合物沉积到多孔筛上。例如，一种将预浸料坯组合物沉积到筛网上的方法是同时沉积预浸料坯组合物的所有组分。另一种将预浸料坯组合物沉积到筛网上的方法是分别并以任何顺序依序沉积预浸料坯组合物的各组分。例如，一种将预浸料坯组合物沉积到筛网上的方法是同时沉积预浸料坯组合物的补强纤维材料和母体树脂。另一种将预浸料坯组合物沉积到筛网上的方法是首先将补强纤维沉积到筛网上，然后将母体树脂沉积到多孔筛上，这样之前沉积的补强纤维以复合制品所需的适当比率与母体树脂结合。本专利技术的预浸料坯组合物中使用的补强纤维可以是，例如，玻璃、石墨、碳、芳族聚酰胺、合成纤维(例如聚酯和聚酰胺纤维)或高挠曲模量有机聚合物纤维。本专利技术中所用的补强纤维应该选自可以承受熔化母体树脂并形成本专利技术的预浸料坯所需温度的材料。本专利技术中可-->用的市售补强有机纤维的例子是分别由E.I.duPont和Honeywell出售的KEVLARTM和SPECTRATM纤维。补强纤维的尺寸可以变化。纤维的长度可以为10毫米至连续纤维。优选地，纤维的长度为15毫米至75毫米。纤维的直径可以为1至100微米；优选为5至50微米。因此，纤维的纵横比可以是150至75,000；优选为300至15,000。在预浸料坯组合物中使用的补强纤维的量可以是13vol％至65vol％；优选15vol％至60vol％。通常，本专利技术的预浸料坯组合物中使用的母体树脂可以是热塑性或热固性母体树脂。母体树脂可以以粉状、纤维状或丸状来进行使用。本专利技术中使用的热塑性母体树脂的例子可以是聚烯烃(例如聚丙烯和聚乙烯)；和聚酯。本专利技术中使用热固性母体树脂的例子可以是酚醛树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂、或环氧树脂，包括用于这些树脂的硬化剂。在本专利技术的一个具体实施方式中，预浸料坯组合物中使用的母体树脂可以是环状低聚物。环状低聚物具有环状结构和2至10的聚合度。环状低聚物是下述独特类型的树脂——其在该低聚物的熔点和分解点之间的温度下进行开环聚合，并从室温(25℃)下的固体转化成具有5厘泊(cps)至100cps粘度的低粘液体，然后链延长至热塑性树脂中。本专利技术中用作母体树脂的环状低聚物的例子可以是，例如，聚碳酸酯、聚酯、尼龙、聚酰胺、聚(对苯二甲酸1，4-丁二酯)(PBT)、聚(对苯二甲酸1，4-亚环己基二亚甲酯)(PCT)、聚(对苯二甲酸亚乙酯)(PET)和聚(二羧酸1，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】1.一种制造适合用于制备复合制品的近净形预浸料坯的方法，包括：(a)在多孔筛的一面上沉积至少13vol％的补强纤维，该多孔筛的另一面上有一个使纤维保持在筛网一面的位置上的真空装置，(b)将树脂母体材料沉积在与上述补强纤维同一面的多孔筛表面上，其中位于该多孔筛另一面上的真空装置使树脂母体材料与纤维保持在筛网一面的位置上，(c)加热树脂母体材料直至足以使树脂母体材料与补强纤维在筛网表面上粘合以形成树脂和纤维结构，和(d)使树脂和纤维结构冷却从而形成近净形预浸料坯。2.根据权利要求1所述的方法，其中补强纤维的量为13vol％至65vol％。3.根据权利要求1所述的方法，其中形成的预浸料坯是平板、2-维结构或3-维结构。4.根据权利要求1所述的方法，其中补强纤维和树脂母体材料同时沉积；或者树脂母体材料在补强纤维之后沉积到筛网上。5.根据权利要求1所述的方法，其中补强材料的形式是预定大小的短切纤维。6.根据权利要求1所述的方法，其中树脂母体材料的形式是预定大小的短切纤维；预定粒度的粉末；或预定粒度的丸粒。7.根据权利要求1所述的方法，包括在至少部分预浸料坯中加入一块含纤维补强剂的织物。8.根据权利要求1所述的方法，包括在将预浸料坯置于压模中之前，在至少部分预浸料坯中加入额外的树脂母体材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中树脂母体材料是选自酚醛树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂或其混合物的热塑性树脂。10.根据权利要求1所述的方法，其中树脂母体材料是选自聚烯烃、聚酯或其混合物的热塑性树脂。11.根据权利要求1所述的方法，其中树脂母体材料是包括环状聚对苯二甲酸丁二酯低聚物的环状低聚物。12.根据权利要求1所述的方法，其中补强纤维是玻璃、石墨、碳、高挠曲模量有机聚合物纤维、或其混合物。13.根据权利要求1所述的方法，包括在多孔筛的一面上沉积一种或多种选自增韧剂、清除剂、填料、偶联剂、阻燃剂、流动改性剂、颜料、紫外线稳定剂、脱模剂、芯壳胶粒、纳米大小的补强粒子、矿物颗粒、二环氧树脂或其混合物的任选组分。14.根据权利要求13所述的方法，其中任选组分的量是树脂的0至40wt％。15.根据权利要求13所述的方法，其中将任选组分分散在树脂母体材料中。16.根据权利要求13所述的方法，其中矿物颗粒是滑石，其中偶联剂是双环氧化合物，其中清除剂是双环氧化合物，其中增韧剂是芯壳材料。17.根据权利要求1所述的方法，其中筛网表面的温度为100℃至250℃。18...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·巴龙，M·A·沙菲，D·H·班克，J·D·厄尔贝格，R·P·迪翁，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：