[其他]用二元固态可流动聚合物体系模塑成型方法

说明书

本发明所涉及的技术领域为模塑成型方法。

复合材料目前最引人注目，因为它兼有高强度和低密度，用处很大。具有代表性的是含有石墨、硼、玻璃纤维等的复合材料，这些纤维包埋在环氧、酚醛或其他聚合物树脂基质中。具有高强度密度比优异性能的更先进的复合材料，特别适用于航天技术。但是通常其他先进航天材料的成型加工相当困难，它们不能采用简单的将纤维和树脂铺迭然后进行室温固化而制得。航天复合材料不仅含有很难加工的树脂，而且通常还要求生产出基本上无缺陷的成品。因此，航天材料通常是在较高温度和相当大的压力下模塑和固化而成。

虽然采用过多种模塑法在较高温度和相当大的压力下使复合材料成型（例如压缩模塑法、使用软袋或压力容器的等压模塑法、传压垫模塑法），但是这些方法都带来一些问题（例如袋子泄漏）。

因此，还要不断对复合材料模塑成型方法进行研究。

本发明涉及用两种可流动的固态颗粒状聚合物作为加压介质模塑成型制品的一种方法，其中一种介质受第二种介质的保护，不发生热降解。本法包括以下步骤：先将制品坯料放入压力容器中，然后加入约在316°以上的温度下基本上是热稳定的第一种可流动的固态聚合物介质，以便将基本上均匀的预定介质压力传到制品坯料的表面。再加入的第二种可流动的固态聚合物介质，可将基本上均匀的预定介质压力传给第一种聚合物介质。第二种介质会产生基本上均匀的介质压力，于是该压力便传到制品坯料的表面，并使制品坯料经受在约316℃以上的温度中。

本发明在模塑成型方面做出一项重大的改进，提供了利用一种加压介质的热稳定性和高绝热性能来保护第二种介质不发生热降解的体系。

上述目的和本发明的其他意图、特征和优点，将在说明书、权利要求和为了说明本发明的一个实施例的附图中阐明。

附图举例说明，通过控制加压聚合物介质的温度和压力来实现本发明模塑成型方法所用设备的透视剖面图。

附图示意地说明本发明所述的方法，图中制品坯料1放置于压力容器3（例如不锈钢、合金钢容器）中，被聚合物介质51所包围，该介质也可含有金属颗粒，以增加其导热性，如申请序号为D-1362题为“含金属添加剂的固态可流动聚合物介质及使用它的模塑成型方法”的一般业已转让的共同未决的美国专利申请书中所述。该专利所公开的内容本专利已资参考。最好在介质和制品之间有一隔层28，以避免复合材料和介质污染。此隔层不同于真空袋，它不必是气密的。普通的铝箔是一种典型材料。此隔层复盖一层玻璃纤维通气层，该通气层借助于通气口30与真空管线40相通。这些装置可用来排除制品中的挥发物。最好将两种介质安排在一同轴体系中，相对彼此用另一隔层50（例如铝箔）隔开，使温度较高的介质51接近制品坯而低温介质6则包围在隔层50外面。一般情况下，5.1cm（2英寸）以下厚度的高温介质层就够了，因为它的绝热性能很好。当然，如果愿意的话，也可采用5cm以上的厚度。采用较薄的昂贵介质层容许更多地使用廉价介质。介质可根据需要或多或少地与复合材料坯料相接触。一般情况下，复合材料坯料1的不与介质相接接触的表面安排得接近（例如接触）模具7，以保证（或保持）制品1的特殊形状。增压器（例如机械活塞）9可给制品坯料施加所需的均匀分布的介质压力。但是，此压力最好是通过低温聚合物介质6的热膨胀来产生。一般的压力传感器12可装在压力容器3的各个部位，以检测所需的压力。虽然本发明中可以使用任何压力，但是，复合材料（例如碳-碳）模塑时一般要求压力达到20.67兆帕（MPa）[3000磅/平方英寸（psi）]。可以相信，高达137.88MPa（20，000psi）的压力也能使用。

使用电阻加热器15和最好是用感应加热装置18来成型（例如固化、碳化、石墨化等）模塑制品1。提高模具或感受器（susceptor）的温度，则热量传向制品。最好采用流体加热/冷却装置31，以通过低温加压介质的巨大热膨胀来改变压力。一般情况下，用于使加压介质膨胀所需的温度，比使制品坯料固化所需的温度低得多。依靠减压阀21、活塞9和/或流体加热/冷却装置31，可以调节这种压力增长。于是，管子31便可根据是要热还是要冷流体通过管子而交替用来加热或冷却介质，以不依赖于固化区的温度来控制压力。