[發明專利]用于固化復合材料的方法和系統和相關的抗微裂復合材料

在審

• 申請號: 202110647755.0
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113771465A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: G·霍爾登;B·P·阿達姆松;C·A·豪
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B32B27/38
• 分類號: B32B27/38;B32B27/20;B32B27/00;B32B27/08;B32B27/12;B32B27/02;B32B27/34;B29C35/02;B64C1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 董志勇

本發明的名稱是用于固化復合材料的方法和系統和相關的抗微裂復合材料。用于固化復合材料的方法，該復合材料包括熱固性樹脂、增強材料和熱塑性添加劑，該熱塑性添加劑具有熔融起始溫度，該方法包括加熱復合材料以提高熱固性樹脂的樹脂溫度，并且在加熱期間控制樹脂溫度，使得樹脂溫度在熱固性樹脂達到98％的固化度之前超過熔融起始溫度。

技術領域

本申請涉及例如碳纖維增強的塑料的復合材料的固化，并且更具體地涉及熱塑性增韌的熱固性聚合物基質復合材料的固化。

背景技術

纖維增強的熱固性聚合物基質復合材料，例如碳纖維增強的塑料，傾向于在相對較輕的重量下表現出高強度。因此，這種纖維增強的熱固性聚合物基質復合材料通常用于整個航空航天工業以及其他行業(例如汽車和船舶)的多種應用(例如結構應用)。

一段時間以來，人們已經知道可以通過在其中并入多種熱塑性添加劑來增強纖維增強的熱固性聚合物基質復合材料。例如，在碳纖維增強材料的增強層之間并入含有熱塑性細絲(filament)的夾層，以增加所得纖維增強的熱固性聚合物基質復合材料的韌性。

在熱固化周期期間，復合材料內組分的擴張和收縮可導致材料上施加應力的變化，這可導致微裂紋。這種微裂紋傾向于發生在熱固性聚合物基質中，特別是在樹脂和增強材料之間的界面以及樹脂和熱塑性添加劑之間的界面處。

因此，本領域技術人員繼續致力于復合材料固化的研究和開發努力。

發明內容

公開了用于固化包括熱固性樹脂、增強材料和熱塑性添加劑的復合材料的方法。熱塑性添加劑具有熔融起始溫度(melt onset temperature)。

在一個實例中，所公開的方法包括加熱復合材料以提高熱固性樹脂的樹脂溫度，并且在加熱期間，控制樹脂溫度使得樹脂溫度在熱固性樹脂達到大約100％的固化度之前超過熔融起始溫度。

在另一個實例中，所公開的方法包括加熱復合材料以提高熱固性樹脂的樹脂溫度，并且在加熱期間，控制樹脂溫度使得樹脂溫度在熱固性樹脂達到98％的固化度之前超過熔融起始溫度。

在另一個實例中，所公開的方法包括以下步驟：(1)將包含增強材料和熱塑性添加劑的預制件放置在烘箱中；(2)將熱固性樹脂注入到預制件中以產生注入樹脂的預制件；(3)加熱注入樹脂的預制件以提高熱固性樹脂的樹脂溫度；和(4)在加熱期間，控制樹脂溫度使得樹脂溫度在熱固性樹脂包括在約5％和約85％之間的固化度時超過熔融起始溫度。

還公開了用于固化包括熱固性樹脂、增強材料和熱塑性添加劑的復合材料的系統。熱固性樹脂具有樹脂溫度，并且熱塑性添加劑具有熔融起始溫度。

在一個實例中，所公開的系統包括具有烘箱溫度的烘箱、放置為感測烘箱溫度的第一溫度傳感器、放置在烘箱中的工具——該工具限定用于在其上支撐復合材料的工具表面)、與工具連接(couple)以限定在其之間注入容積的真空袋、與注入容積流體連接以將熱固性樹脂供應到注入容積的樹脂源、放置為感測注入容積中熱固性樹脂的樹脂溫度的第二溫度傳感器以及與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和烘箱通信的控制器，其中該控制器控制注入容積中熱固性樹脂的樹脂溫度，使得在復合材料固化期間，注入容積中的熱固性樹脂的樹脂溫度在熱固性樹脂達到約85％的固化度之前超過熔融起始溫度。

還公開了使用所公開的方法和系統制造的抗微裂紋復合材料。

根據以下詳細描述、附圖和所附權利要求，所公開的用于固化復合材料的方法和系統以及相關的抗微裂紋復合材料的其他實例將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是描繪所公開的用于固化復合材料的方法的一個實例的流程圖；

圖2是可以使用圖1的方法制造的復合材料的橫截面示意圖；

圖3是未根據圖1的方法執行的熱固化周期的圖示(溫度和固化度對時間)；