[发明专利]树脂浸渍前将催化剂插入干纤维

说明书

本发明涉及树脂浸渍前将催化剂插入干纤维。提供系统和方法用于使用封装的催化剂制造增强的碳纤维层压件。一个实施方式是一种方法，其包括获取一批干纤维和获取一批催化剂胶囊，其每个包括加速树脂的单体聚合的催化剂和封装催化剂并在固化温度下液化的壳。方法进一步包括在干纤维中散置催化剂胶囊，并在纤维内散置催化剂胶囊后利用树脂浸渍纤维。

技术领域

本公开内容涉及复合材料领域，并且具体地涉及使用热固性纤维——尤其是碳纤维——的材料。

背景技术

碳纤维的预先浸渍的(“预浸料”)层压件可以以一系列的层片(碳纤维带的丝束/分段)层叠，其被布置为复合形状，然后被固化为具有期望物理性质的复合部件(如，碳纤维增强聚合物(CFRP)部件)。预浸渍层压件可以首先被制造为一批彼此平行取向的干碳纤维，然后其可以使用热固性树脂浸渍。树脂可以包括，例如，多官能环氧单体的液体悬浮物，其化学反应以形成将碳纤维结合在一起的固体聚合物。由于聚合的速率可能特别低(如，在不适合大量制造的时间尺度上操作)，将催化剂包括在树脂内以加速单体的聚合速率。然后可以将预浸料层叠为期望的形式并固化。

然而，平衡催化剂、单体和纤维的比例依然是复杂的过程。由于层压件可以被制造为形成期望形状的一系列层，对于树脂在室温下保留足够的粘合性(粘着性)从而确保层片彼此粘附同时在升高的温度下依然固化(参与加速的聚合)是期望的。

预浸渍层压件的固化动力学决定了工作寿命和固化时间之间平衡被打破。工作寿命对应层片在固化之前展现粘着性(例如在室温下)的时间的量。对于在树脂内使用大量的催化剂的预浸渍层压件，工作寿命缩短并且树脂快速变成粘性的，其对层叠过程不利。也就是说，虽然增加量的催化剂可以提供高度加速的固化时间，但是它们也可导致层压件的不实用短的工作寿命(“贮存期(pot life)”)。相反，如果使用不足够的催化剂，那么固化时间被延长，其降低效率。

某些预浸渍层压件可以使用树脂内热活化催化剂，从而选择性地引发加速的聚合并由此增加工作寿命。然而，在浸渍过程期间，树脂内的热活化催化剂可能不能充分地渗透碳纤维之间，导致树脂遍及得到的预浸渍层压件的不均匀分布(并因此不均匀固化特性)，这是不期望的。在进一步实施方式中，代替预浸渍层压件，可以使用干的预形成层压件，其包括拥有三维(3D)形状的一批干纤维。

至少出于上面讨论的原因，找到均匀展现工作寿命和固化时间的期望性质的增强的预浸渍层压件是期望的。

发明内容

本发明在以树脂浸渍纤维之前有益地在一批干纤维之内/向一批干纤维散置和/或结合和/或吸引催化剂胶囊(如，响应热而释放催化剂的胶囊)，干纤维优选为碳纤维。

因为干纤维容易被施加的力偏转，所以催化剂胶囊渗透深入一批纤维的能力被增强。因此，在浸渍过程之前添加催化剂胶囊有益地增加催化剂胶囊在得到的层压件中均匀分散的能力，其确保层压件展现涉及固化时间和/或工作寿命的均匀特性。

本发明涉及一种方法，其包括获得一批干纤维和一批催化剂胶囊，其每个包括加速树脂的单体的聚合的催化剂。壳封装催化剂并在预定条件下破裂。胶囊壳在固化温度下液化。方法进一步包括在干纤维内散置催化剂胶囊。方法进一步包括吸引和/或附着散置的催化剂胶囊至干纤维中一个或多个。催化剂胶囊优选地由吸引或粘附至干纤维(例如干碳纤维)的材料制成或涂覆，但是该材料在树脂中不溶解。这类材料可以包括多环芳香烃。

催化剂胶囊和/或碳纤维的一个或多个可以被提供有环氧胶，从而提供胶囊和纤维之间的共价结合。

具体地，本发明提供了方法，该方法提供预成型件和树脂，用于混合在一起以提供复合部件的组合物，方法包括如下步骤：

获得一批干纤维，优选地为干碳纤维；

获得一批催化剂胶囊，每个胶囊包括催化剂和封装催化剂的壳，该壳在预定条件下是可破裂的，由此释放封装的催化剂；