[发明专利]用于制备具有优良的表面光洁度和高纤维固结的复合材料的预浸料坯固化方法

说明书

背景

技术领域

提供了用于制备具有优良的表面光洁度和高纤维固结的复合材料的预浸料坯固化方法。

现有技术

预浸料坯固化通常在高压釜中实施，在高压釜中使用升高的温度和高压条件来形成具有相对光滑的表面光洁度的复合材料。

这种技术是令人满意的。然而，当成型大的部件时，需要大的高压釜来形成复合材料。从设备和工艺的观点出发，高压釜工艺是非常昂贵的。因此，部件通常并不由预浸料坯制备，或者如果由预浸料坯制备，它们也是由所选择的投资有这样的设备的少数公司来制备。

为了拓宽使用预浸料坯技术来制备大部件的研究，需要解决方案。本发明提供了这样的需求。

发明概述

提供了用于固化预浸料坯的方法，包括如下步骤：

提供包含热固性树脂组合物和纤维的预浸料坯；

将所述预浸料坯置于减压下；

在减压下将所述预浸料坯暴露至第一升高的温度下足以去除所述预浸料坯中基本上全部的挥发材料的时间；

任选地，在减压下将所述预浸料坯暴露至第二升高的温度下足以去除所述预浸料坯中任何残留的挥发材料的时间；

在减压下将所述预浸料坯暴露至第三升高的温度下足以固化所述预浸料坯的时间；和

在减压下或者不在减压下将固化的预浸料坯暴露至第四升高的温度条件，所述第四升高的温度小于第一升高的温度、第二升高的温度、第三升高的温度中的任意一个或多个。

优选地，所述第一升高的温度在约120°F至约350°F范围内。

优选地，所述第二升高的温度大于所述第一升高的温度。

优选地，所述第三升高的温度大于所述第一升高的温度和/或第二升高的温度。

优选地，所述第四升高的温度在减压下或者不在减压下小于第一升高的温度和/或第二升高的温度和/或第三升高的温度。

当然，还提供了如此制备的固化的预浸料坯。

本发明将通过阅读本发明在下文详细的说明而被更加全面地理解。

发明详述

如上所述的，提供了用于固化预浸料坯的方法，包括如下步骤：

提供包含热固性树脂组合物和纤维的预浸料坯；

将所述预浸料坯置于减压下；

在减压下将所述预浸料坯暴露至第一升高的温度下足以去除所述预浸料坯中基本上全部的挥发材料的时间；

任选地，在减压下将所述预浸料坯暴露至第二升高的温度下足以去除所述预浸料坯中任何残留的挥发材料的时间；

在减压下将所述预浸料坯暴露至第三升高的温度下足以固化所述预浸料坯的时间；和

在减压下或者未在减压下将固化的预浸料坯暴露至第四升高的温度条件下，所述第四升高的温度小于第一升高的温度、第二升高的温度、第三升高的温度中的任意一个或多个。

所述减压应当大于258mmHg(5psi)，优选大于517mmHg(10psi)，例如大于686mmHg(13.3psi)。

优选地，所述第一升高的温度在约120°F至约350°F范围内，例如约200°F，并且所述时间为约2小时。

优选地，所述第二升高的温度为约290°F，并且所述时间为约3小时。

优选地，所述第三升高的温度大于第一升高的温度和/或第二升高的温度。例如，第三升高的温度可以是约360°F。在这里，所述时间应当是约2小时。

优选地，所述第四升高的温度小于第一升高的温度和/或第二升高的温度和/或第三升高的温度。例如，第四升高的温度可以是约90°F。

以与预浸料坯工艺相类似的方式，还提供了预浸丝束(towpregging)工艺。

在本发明方法的实践中，固结(consolidation)会被增强，固化收缩的作用会被减弱，固化应力被减小，表面缺陷和空隙体积被降低，并且纤维体积和树脂/纤维浸润被提高。

由于热固性树脂组合物的固化的固结和收缩为复合材料或层合形成所涉及的问题。固结压力通常由高压釜或压机提供，压力会达到不超过100psi。即便是这样的外部压力增加到超过100psi，树脂也不会承受这样的压力，因为纤维开始承载负载。随着树脂固化并开始收缩，树脂流体压力可进一步下降。在构建大的复合材料部件时，在所述部件内的不同位置处会存在温度梯度，在固化时和/或固化过程中的低流体压力可以在温度滞后区域发生，导致较差的浸润和较差的复合材料性能。