[发明专利]用于生产完全浸渍的热塑性预浸料的系统

说明书

本发明涉及用于生产完全浸渍的热塑性预浸料的系统。具体地，本发明涉及一种热塑性预浸料，其包含纤维毡、网或织物和放置在所述纤维毡、网或织物顶上或分散在其中的中空玻璃微球。所述热塑性预浸料还包含热塑性聚合物，所述热塑性聚合物完全浸渍通过所述纤维毡、网或织物和中空玻璃微球，使得所述热塑性预浸料具有小于所述热塑性预浸料的3体积％的空隙率。所述热塑性材料是聚合的单体和低聚物，其中超过90重量％的所述单体或低聚物反应以形成所述热塑性材料。

背景技术

纤维强化复合材料正越来越普遍地应用于运输、消费品、风能和基础设施中。选择复合材料而不是传统材料例如金属、木材或未强化塑料有许多原因，其中包括轻量、耐腐蚀性和提高的机械强度。在纤维强化聚合复合材料领域内，由于更好的耐久性、可回收利用性、热成型性、提高的生产量、较低的材料成本和较低的制造成本，热塑性树脂正被越来越多地代替热固性树脂用作基质树脂。

许多连续纤维强化的热塑性复合材料从浸渍带生产。这些浸渍带可能是用热塑性树脂浸渍的单向纤维带。它们可以是分层的并被热成型，以生产具有所需形状和强度的大量各种不同的复合材料。低成本和高质量地生产浸渍带伴有巨大挑战。传统上，将热塑性树脂熔化并施加到纤维，但熔融的热塑性树脂具有非常高的粘度，并且当与需要的高纤维含量相组合时，引起不完全的树脂浸渍和/或低的生产量。需要的是具有高生产量的连续制造方法，所述方法产生没有缺陷的完全浸渍的热塑性预浸料，并且在所述纤维与基质树脂之间偶联良好。对于常规的部分浸渍的热塑性预浸料来说，在固结步骤中需要高压来促进额外的浸渍，这引入了过量的树脂基质流动并引起最终部件中纤维取向的不利变化。本发明的完全浸渍的热塑性预浸料在实现最终复合材料部件中的所需性能中是有利的，因为在固结步骤中不需要额外的浸渍。

发明内容

本文描述的实施方式提供了完全浸渍的热塑性预浸料产品，特别是用于制造它们的系统和方法。根据一种情况，提供了一种用于制造热塑性预浸料的系统，所述系统包括包含上方皮带和下方皮带的双皮带装置。所述上方皮带被放置在所述下方皮带顶上，以压紧经过所述双皮带装置的纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料，并且所述下方皮带具有基本上长于所述上方皮带的纵向长度。所述轻量填充剂材料的实例包括中空玻璃微球。所述系统还包含干燥装置，其被构造成用于在所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料移动通过所述干燥装置时，从所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料除去残留水分。所述系统还包含施加装置，其被放置在所述下方皮带顶上，并被构造成用于在所述纤维毡、网或织物移动通过所述施加装置时将所述轻量填充剂材料施加到所述纤维毡、网或织物。所述系统还包含树脂施加模具，其被放置在所述下方皮带顶上，并被构造成用于在所述纤维毡、网或织物移动通过所述树脂施加模具时向所述纤维毡、网或织物施加单体或低聚物。所述单体或低聚物可以聚合以形成热塑性聚合物。所述系统还包含固化炉，其被构造成用于在所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料移动通过所述固化炉时执行所述单体或低聚物的聚合，并由此形成所述热塑性聚合物。所述双皮带装置在所述纤维毡、网或织物、所述轻量填充剂材料和施加的单体或低聚物通过所述固化炉时压紧这些材料，使得所述单体或低聚物完全饱和所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料。由此在所述单体或低聚物聚合后实现所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料被所述热塑性聚合物的完全浸渍。

正如本文中所描述的，所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料被所述热塑性聚合物的完全浸渍意味着所述纤维毡、网或织物和轻量填充剂材料被所述热塑性聚合物饱和，使得所述完全浸渍的热塑性预浸料具有以所述热塑性预浸料的总体积计低于3体积％的空隙率(void content)。正如本文中所描述的，所述轻量填充剂材料可以是中空玻璃微球。在这些情况下，所述中空玻璃微球的“中空”内部容积不被包含在上述空隙率即低于3％的空隙率之内。此外，所述中空玻璃微球的中空内部不被所述热塑性聚合物“填充”，正如专业技术人员将会容易地理解的。