[发明专利]聚合物基复合材料的改进加工方法

说明书

技术领域

本发明公开的实施方案涉及聚合物基复合材料，具体而言，涉及从预浸料坯和预浸料叠层以及由其形成的复合材料中去除挥发性组分的方法。

背景技术

纤维补强聚合物基复合材料(PMC)是高性能结构材料，通常用于需要高强度和/或低重量的应用中。这样的应用的实例包括飞机构件(例如机尾、机翼、机身、螺旋桨推进器)、船体、和自行车框架。PMC包含纤维层，所述纤维层用基体材料例如聚合物树脂粘合在一起。纤维增强基体，承受复合材料支撑的大部分负荷，而基体仅承受复合材料支撑的小部分负荷，并将负荷从断裂纤维转移至完整纤维。通过这种方式，PMC可以支撑比基体或纤维单独支撑的更大的负荷。

PMC可以用一层或多层预浸渍纤维层或预浸料层组成，其中在生产PMC之前，基体材料与纤维材料混合。预浸料铺叠成层，是使预浸料纤维在所选择的结构中取向的一层或多层预浸料层的组装。叠层可以进一步经受热、真空和压力，以加固并使叠层成型为期望的复合部件。为了易于预浸料的生产，基体材料可以溶解在溶剂中。对于某些基体材料例如聚酰亚胺树脂，溶剂通过为预浸料提供足够的可塑性以采取模具的形状和/或提供粘性而有利于模塑加工。

复合材料加工的挑战是达到低孔隙度复合材料。孔隙度对PMC是有害的，因为其可以削弱基体的机械性能，从而削弱PMC的机械性能。高孔隙度是用具有高浓度溶剂的预浸料生产PMC中特别面临的问题。在一个实施例中，挥发性组分，如挥发性有机化合物(VOC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、和水，可以作为溶剂存在于基体中，或可以通过化学反应在基体中产生。具有较低沸点的挥发性组分可以连续进入气相，并在预浸料的加工期间被捕获，而具有较高沸点的挥发性组分可以在复合材料加工期间在液相中保留较长时间，并在复合材料中也被捕获成为气孔。

然而，从PMC预浸料坯和预浸料叠层中去除挥发性组分是用预浸料坯和叠层制备PMC中面临的显著问题。例如，尽管可以通过升高预浸料坯或预浸料叠层的温度至预浸料坯或叠层中的溶剂在真空下沸腾的温度，然而沸腾过程可导致树脂从预浸料坯和叠层中显著损失或流失。所述流失是有问题的，因为必须通过添加更多的树脂至预浸料坯或叠层中来补偿所述树脂损失，这增加了生产PMC的成本。在另一方面，显著的沸腾可导致纤维从其预定的方向上变形或起皱，潜在削弱了如此生产的PMC的机械性能。另外，还可能需要大量的时间或额外的加工步骤以去除期望量的溶剂，这进一步增加PMC的生产成本。

发明内容

在一个实施方案中，本发明提供了从成形的预浸料坯中去除挥发性组分以产生挥发性降低的预浸料的方法。所述方法包括，将不凝气体流通入到外壳中的成形的预浸料坯的附近，其中所述气体将一种或多种由成形的预浸料坯中产生的挥发性组分从成形的预浸料坯中带走。在本方法的一些实施方案中，在处于不凝气体流中时，至少一部分成形的预浸料坯或者位于模具的附近，或者与模具接触。

在另一个实施方案中，本发明提供形成挥发性降低的预浸料叠层的方法。所述方法包括将一个或多个成形预浸料坯添加至叠层中，以形成成形的预浸料叠层，而后依据上述从成形的预浸料坯中减少挥发性组分的方法减少挥发性物质。在另一个实施方案中，提供形成挥发性降低的预浸料叠层的方法，其中组装一个或多个成形预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的预浸料叠层的任何组合，其中一个或多个是挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的预浸料叠层，通过上述不凝气体流进一步减少挥发性物质。

在另一个实施方案中，提供挥发性降低的预浸料叠层。所述挥发性降低的预浸料叠层包含由依据上述方法制成的挥发性降低的叠层。

在另一个实施方案中，提供制造纤维补强复合材料的方法。所述方法包括在外壳中的成形预浸料坯或预浸料叠层的至少一个表面附近通入不凝气体流，以将至少部分从预浸料叠层中释放的挥发性组分从临近所述至少一个表面的位置去除。在另一个实施方案中，提供制造纤维补强复合材料的方法，其中一个或多个上述挥发性降低的叠层、成形的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的预浸料坯的任何组合，其中至少一个是挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的叠层，被组合并用真空、压力和热之一进行加固和固化成具有所选择的形状的纤维补强复合材料。