[發(fā)明專利]用熱塑性薄膜涂層固化的復(fù)合材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810357623.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN108794786B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·桑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號(hào): C08J7/04
• 分類號(hào): C08J7/04;C08J5/22;C08J7/12;C08L63/00;C08L77/10;C08K7/06;C08K7/14;B32B27/28;B32B27/06;B32B27/08;C08L61/16;C08L73/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 張全信;趙蓉民

本發(fā)明涉及用熱塑性薄膜涂層固化的復(fù)合材料。公開了用于制造復(fù)合預(yù)浸料堆疊的方法、系統(tǒng)和設(shè)備，該復(fù)合預(yù)浸料堆疊包括與熱塑性層共固化的熱塑性膜的外層，其包括復(fù)合材料上的壓縮力，以及涂布的復(fù)合材料和包括根據(jù)公開的方法制造的涂布的復(fù)合材料的較大結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般地涉及復(fù)合材料，以及由復(fù)合材料制成的復(fù)合部件，和包括復(fù)合部件的較大結(jié)構(gòu)。更具體地，本公開內(nèi)容涉及涂布的復(fù)合材料的制造，和根據(jù)公開的方法制成的涂布的復(fù)合部件，其中涂層和復(fù)合材料可以被共固化，并且涂層包括熱塑性膜。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)塑料材料(CFRP)在包括但不限于交通工具的結(jié)構(gòu)中具有實(shí)用性，交通工具包括但不限于航空器。CFRP包括纖維材料(例如，碳纖維等)，其用樹脂材料(例如環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等)浸漬以制造所謂的預(yù)浸料。預(yù)浸料是部分固化的層，其可以被制成卷，該卷可以產(chǎn)生在復(fù)合材料制造中使用的展開的片。然后可以將預(yù)浸料材料或“預(yù)浸料”“鋪設(shè)”或“堆疊”成可以在成形芯軸或其他工具上成型的多層“堆疊”，接著固化或部分固化該成形的材料以產(chǎn)生復(fù)合材料，如果期望，該復(fù)合材料采取由工具賦予的期望的和預(yù)定的形狀和尺寸，其中復(fù)合材料具有期望的重量和強(qiáng)度。可選地，預(yù)浸料可以被定向成堆疊，該堆疊被修整和固化以形成用作復(fù)合材料結(jié)構(gòu)或其他類型的復(fù)合部件的固體堆疊。

CRFP可以被用作航空器中的結(jié)構(gòu)部件(例如縱梁、翼梁、翼肋等)。隨著時(shí)間的推移，復(fù)合材料——諸如包括CFRP的那些一—可能經(jīng)歷裂紋或裂縫，需要維修或替換。這種維修或替換是耗時(shí)且昂貴的，因?yàn)榘◤?fù)合材料的較大結(jié)構(gòu)必須停止服務(wù)。保護(hù)包括CFRP和其他復(fù)合材料的部件的嘗試可以包括外包裝、或其他層，例如，固化織物層，以提供壓縮力以便并且以其他方式增強(qiáng)和保護(hù)復(fù)合材料。然而，有時(shí)，保護(hù)性外包裝材料，諸如，例如，可固化織物材料外殼等，可能具有可能有助于下面的復(fù)合材料降解的特性。例如，如果外包裝外殼材料具有與復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)和楊氏模量相比不同的CTE和/或不同的模量，那么外包裝材料可能不能提供復(fù)合材料足夠保護(hù)以免受損壞或降解，并且可能有助于這種降解。為了本公開內(nèi)容的目的，術(shù)語“模量”被等效地使用并且因此可以與術(shù)語“楊氏模量”互換，除非以其他方式明確說明。

復(fù)合堆疊和外包裝復(fù)合堆疊的外殼材料的CTE和/或模量的不匹配可能引起層疊的預(yù)浸料層片組件的復(fù)合堆疊(例如復(fù)合材料“堆疊”)的損壞，與外包裝外殼相比，較大程度收縮或膨脹。結(jié)果，在復(fù)合部件的制造期間的固化和“包裝”階段以及使用中包裝的復(fù)合材料經(jīng)歷的條件可能導(dǎo)致熱應(yīng)力并且在復(fù)合材料堆疊的邊緣處引起裂紋、裂縫、和/或微裂縫。這種裂縫通常在復(fù)合材料邊緣處開始。如果在部件檢查時(shí)檢測(cè)到，這種復(fù)合材料損壞導(dǎo)致拋棄這種復(fù)合部件或零件，產(chǎn)生材料浪費(fèi)和增加的制造成本。如果已經(jīng)安裝在較大結(jié)構(gòu)中并且在“服務(wù)中”的復(fù)合部件發(fā)生損壞，那么可能需要維修或替換損壞的復(fù)合零件，也導(dǎo)致材料浪費(fèi)和增大的成本，同時(shí)包括復(fù)合部件的較大結(jié)構(gòu)停止服務(wù)以便維修。

進(jìn)一步地，由復(fù)合材料制成的復(fù)合部件可以用于制造較大結(jié)構(gòu)(例如航空器)。這種結(jié)構(gòu)可能會(huì)遭遇電磁效應(yīng)(EME)，其包括例如并且不限于雷擊。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇EME時(shí)，遞送至結(jié)構(gòu)的電荷貫穿任何導(dǎo)電路徑行進(jìn)，并且可能引起對(duì)暴露的電介質(zhì)材料——其包括復(fù)合材料——的損壞。如果復(fù)合材料的邊緣包括暴露的碳纖維，則EME對(duì)復(fù)合材料的電損壞可能被加劇。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)方面，本公開內(nèi)容涉及制造涂布的復(fù)合部件的方法，其包括：放置多個(gè)預(yù)浸料層片以形成預(yù)浸料層片堆疊；用熱塑性膜涂布預(yù)浸料層片堆疊，其中熱塑性膜包括熱塑性膜第一表面和熱塑性膜第二表面，并且其中熱塑性膜第一表面鄰近預(yù)浸料層片堆疊定位；以及固化預(yù)浸料層片堆疊和熱塑性膜以制造涂布的復(fù)合部件，其中熱塑性膜包括在大約60°F至大約350°F范圍內(nèi)的溫度下在大約20至大約70ppm/°F范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)(即2×10-5/in/in/°F至7×10-5/in/in/°F)。

在另一方面，在用熱塑性膜涂布預(yù)浸料層片堆疊的步驟之前，進(jìn)一步包括等離子體處理熱塑性膜的至少第一表面。