[发明专利]用热塑性薄膜涂层固化的复合材料

说明书

本发明涉及用热塑性薄膜涂层固化的复合材料。公开了用于制造复合预浸料堆叠的方法、系统和设备，该复合预浸料堆叠包括与热塑性层共固化的热塑性膜的外层，其包括复合材料上的压缩力，以及涂布的复合材料和包括根据公开的方法制造的涂布的复合材料的较大结构。

技术领域

本公开内容一般地涉及复合材料，以及由复合材料制成的复合部件，和包括复合部件的较大结构。更具体地，本公开内容涉及涂布的复合材料的制造，和根据公开的方法制成的涂布的复合部件，其中涂层和复合材料可以被共固化，并且涂层包括热塑性膜。

背景技术

碳纤维增强塑料材料(CFRP)在包括但不限于交通工具的结构中具有实用性，交通工具包括但不限于航空器。CFRP包括纤维材料(例如，碳纤维等)，其用树脂材料(例如环氧树脂、丙烯酸树脂等)浸渍以制造所谓的预浸料。预浸料是部分固化的层，其可以被制成卷，该卷可以产生在复合材料制造中使用的展开的片。然后可以将预浸料材料或“预浸料”“铺设”或“堆叠”成可以在成形芯轴或其他工具上成型的多层“堆叠”，接着固化或部分固化该成形的材料以产生复合材料，如果期望，该复合材料采取由工具赋予的期望的和预定的形状和尺寸，其中复合材料具有期望的重量和强度。可选地，预浸料可以被定向成堆叠，该堆叠被修整和固化以形成用作复合材料结构或其他类型的复合部件的固体堆叠。

CRFP可以被用作航空器中的结构部件(例如纵梁、翼梁、翼肋等)。随着时间的推移，复合材料——诸如包括CFRP的那些一—可能经历裂纹或裂缝，需要维修或替换。这种维修或替换是耗时且昂贵的，因为包括复合材料的较大结构必须停止服务。保护包括CFRP和其他复合材料的部件的尝试可以包括外包装、或其他层，例如，固化织物层，以提供压缩力以便并且以其他方式增强和保护复合材料。然而，有时，保护性外包装材料，诸如，例如，可固化织物材料外壳等，可能具有可能有助于下面的复合材料降解的特性。例如，如果外包装外壳材料具有与复合材料的热膨胀系数(CTE)和杨氏模量相比不同的CTE和/或不同的模量，那么外包装材料可能不能提供复合材料足够保护以免受损坏或降解，并且可能有助于这种降解。为了本公开内容的目的，术语“模量”被等效地使用并且因此可以与术语“杨氏模量”互换，除非以其他方式明确说明。

复合堆叠和外包装复合堆叠的外壳材料的CTE和/或模量的不匹配可能引起层叠的预浸料层片组件的复合堆叠(例如复合材料“堆叠”)的损坏，与外包装外壳相比，较大程度收缩或膨胀。结果，在复合部件的制造期间的固化和“包装”阶段以及使用中包装的复合材料经历的条件可能导致热应力并且在复合材料堆叠的边缘处引起裂纹、裂缝、和/或微裂缝。这种裂缝通常在复合材料边缘处开始。如果在部件检查时检测到，这种复合材料损坏导致抛弃这种复合部件或零件，产生材料浪费和增加的制造成本。如果已经安装在较大结构中并且在“服务中”的复合部件发生损坏，那么可能需要维修或替换损坏的复合零件，也导致材料浪费和增大的成本，同时包括复合部件的较大结构停止服务以便维修。

进一步地，由复合材料制成的复合部件可以用于制造较大结构(例如航空器)。这种结构可能会遭遇电磁效应(EME)，其包括例如并且不限于雷击。当结构遭遇EME时，递送至结构的电荷贯穿任何导电路径行进，并且可能引起对暴露的电介质材料——其包括复合材料——的损坏。如果复合材料的边缘包括暴露的碳纤维，则EME对复合材料的电损坏可能被加剧。

发明内容

根据一个方面，本公开内容涉及制造涂布的复合部件的方法，其包括：放置多个预浸料层片以形成预浸料层片堆叠；用热塑性膜涂布预浸料层片堆叠，其中热塑性膜包括热塑性膜第一表面和热塑性膜第二表面，并且其中热塑性膜第一表面邻近预浸料层片堆叠定位；以及固化预浸料层片堆叠和热塑性膜以制造涂布的复合部件，其中热塑性膜包括在大约60°F至大约350°F范围内的温度下在大约20至大约70ppm/°F范围内的热膨胀系数(即2×10-5/in/in/°F至7×10-5/in/in/°F)。

在另一方面，在用热塑性膜涂布预浸料层片堆叠的步骤之前，进一步包括等离子体处理热塑性膜的至少第一表面。