[發(fā)明專利]復(fù)合材料的結(jié)合

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580059804.1
• 申請日: 2015-10-21
• 公開（公告）號: CN107207749B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L.麥克亞當(dāng)斯;D.科利
• 申請（專利權(quán)）人: 塞特工業(yè)公司
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C09J5/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;楊思捷

一種用于在粘合性結(jié)合之前表面制備復(fù)合基材的方法。將可固化的表面處理層施用到可固化的樹脂基復(fù)合基材上，然后進(jìn)行共固化。共固化后，完全固化該復(fù)合基材，但該表面處理層保持部分固化。該表面處理層可以是樹脂膜或由樹脂浸漬的織物構(gòu)成的可移除剝離層。在表面制備之后，該復(fù)合基材具有化學(xué)活性的可結(jié)合表面，其可以被粘合性結(jié)合到另一復(fù)合基材上以形成共價結(jié)合的結(jié)構(gòu)。

附圖簡要說明

圖1A-1B示出了根據(jù)本披露的一個實施例使用剝離層在復(fù)合基材上制備可結(jié)合表面的一種方法。

圖2示意性地示出了根據(jù)本披露的另一個實施例具有在其上形成的表面樹脂膜的復(fù)合基材。

圖3示出了表面處理后的兩種復(fù)合基材的粘合性結(jié)合。

圖4是根據(jù)一個實施例的表面處理樹脂相對于標(biāo)準(zhǔn)預(yù)浸料樹脂的DSC測量的跡線。

詳細(xì)說明

粘合性結(jié)合已經(jīng)常規(guī)地用作用于連接復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，如在航空航天工業(yè)中使用的那些。目前，復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘合性結(jié)合主要通過以下三種方式之一進(jìn)行：(1)共固化、(2)共結(jié)合、和(3)二次結(jié)合。

“共固化”涉及通過同時固化和結(jié)合來連接未固化的復(fù)合零件，其中這些復(fù)合零件與粘合劑一起固化，導(dǎo)致化學(xué)結(jié)合。然而，難以將該技術(shù)應(yīng)用于未固化的預(yù)浸料的結(jié)合以制造具有復(fù)雜形狀的大型結(jié)構(gòu)零件。未固化的復(fù)合材料(例如預(yù)浸料)是粘性的(即粘的觸感)，并且缺乏自支撐所需的剛性。這樣，未固化的復(fù)合材料難以處理。例如，難以在具有復(fù)雜三維形狀的工具上組裝并且結(jié)合未固化的復(fù)合材料。

“共結(jié)合”包括通過粘合性結(jié)合將預(yù)固化的復(fù)合零件連接到未固化的復(fù)合零件上，其中粘合劑和未固化的復(fù)合零件在結(jié)合期間被固化。預(yù)固化的復(fù)合材料通常在粘合性結(jié)合之前需要額外的表面制備步驟。

“二次結(jié)合”是通過粘合性結(jié)合將預(yù)固化的復(fù)合零件連接在一起，其中只有粘合劑被固化。這種結(jié)合方法典型地需要在結(jié)合表面處對每個先前固化的復(fù)合零件進(jìn)行表面制備。

用于共結(jié)合和二次結(jié)合的適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硎窃谡澈闲越Y(jié)合的結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)最高水平的結(jié)合線完整性的先決條件。結(jié)合線完整性總體上是指結(jié)合界面的整體質(zhì)量和穩(wěn)固性。常規(guī)的共結(jié)合和二次結(jié)合方法典型地包括在粘合性結(jié)合之前根據(jù)制造商的說明書對復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面處理。表面處理包括但不限于噴砂處理、砂紙打磨、剝離層、涂底漆等。這些表面處理方法主要通過表面的機(jī)械粗糙化改進(jìn)粘附性。粗糙化的表面允許由于在結(jié)合界面處的機(jī)械聯(lián)鎖的更好的粘附性。預(yù)固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)的這種共結(jié)合或二次結(jié)合具有的局限性在于結(jié)合機(jī)制只通過機(jī)械聯(lián)鎖發(fā)生而不形成化學(xué)鍵，如在共固化結(jié)合中。此類表面處理，如果不正確地進(jìn)行，可能在使用最終結(jié)合的結(jié)構(gòu)期間成為結(jié)合失敗的根源。此外，在復(fù)合結(jié)合的組件的界面處不存在化學(xué)鍵的形成下，結(jié)合線質(zhì)量的評估對于確保發(fā)生適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合是至關(guān)重要的。不幸的是，結(jié)合線質(zhì)量的評估通常是困難的，并且本領(lǐng)域已知的用來測量結(jié)合線質(zhì)量的目前的技術(shù)并不非常適合于測量并且評估所有弱結(jié)合的潛在來源。

在航空航天工業(yè)中，粘合劑典型地與機(jī)械緊固件(例如鉚釘、螺釘、和螺栓)結(jié)合使用，以安全并且可靠地固定結(jié)構(gòu)材料。很少使用結(jié)構(gòu)粘合劑作為連接飛機(jī)中的結(jié)構(gòu)零件的唯一機(jī)制。由粘合性結(jié)合的零件提供的一些益處包括較輕的重量、降低的應(yīng)力集中、耐久性、較低的零件計數(shù)等。盡管這些益處，粘合性結(jié)合的使用是有限的，部分是由于難以評估結(jié)合線完整性。目前，未知存在用于測量連接零件的結(jié)合強(qiáng)度的非破壞性方法。測量粘合性結(jié)合的接合點的強(qiáng)度的唯一方式是找到極限強(qiáng)度，其是通過破壞結(jié)合獲得的。由于顯而易見的原因，這種類型的破壞性測試在如飛機(jī)的組裝的工業(yè)制造環(huán)境中是不實際的。此外，通過對大量樣品進(jìn)行驗證測試以確定粘合劑的平均負(fù)載能力不保證每一個結(jié)合的結(jié)構(gòu)將具有預(yù)期的結(jié)合強(qiáng)度。