CN103910955B - 用于树脂传递模塑工艺的可降解的流动介质 - Google Patents

用于树脂传递模塑工艺的可降解的流动介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于树脂传递塑模工艺的可降解的流动介质。具体地，记述了用于辅助将树脂(240)传递到容纳有增强材料的层状结构(120)的模具(100,105)中的流动介质(130)。以当树脂(240)固化时，所述流动介质(130)变得结合在最终的复合材料部件内的方式配置所述流动介质(130)，其中所述最终的复合材料部件包含嵌在传递和固化的树脂(340)内的所述增强材料。进一步记述了包含这种流动介质(130)的半成品和通过利用这种半成品生产复合材料部件的方法。

Description

用于树脂传递模塑工艺的可降解的流动介质
技术领域
本发明一般涉及通过树脂传递模塑工艺生产复合材料部件技术领域。具体地，本发明涉及用于辅助将树脂传递到模具中的流动介质。进一步地，本发明涉及包含这种流动介质的半成品以及通过利用这种半成品生产复合材料部件的方法。
背景技术
复合材料浸渍（例如，真空辅助树脂传递模塑(VARTM)）是用于制造大的纤维增强复合材料结构的闭模工艺。在复合材料浸渍的最简单的表现形式中， 将层压纤维预成形件安装到模具表面上并用外模具表面，例如 柔性制袋材料（如尼龙或Mylar塑料）的外片密封。在VARTM中，施加真空以从所述预成形件中去除截留的空气然后将树脂浸渍到所述预制件中并固化。因为用于 VARTM的典型的热固性树脂倾向于具有高粘度， 已经发展了加工技术来改进树脂浸渍的速度和质量。
一种优选的加工技术包括使用流动介质来更快地将树脂注射到纤维铺层结构中以生产复合材料。具体地，为了使树脂分布在纤维铺层结构内和为了增加将树脂注射到所述纤维铺层结构中的速度，使用了流动介质。根据生产的复合材料部件的几何形状和最终的尺寸，往往不可能在不使用流动介质的情况下注射必要量的树脂，因为树脂进入所述纤维铺层结构的流动阻力太大。
已知有大量的不同的流动介质，其可用于各种不同的加工条件。 然而，所有这些不同的流动介质的共同点是铺叠各流动介质有点劳动密集，并且在复合材料部件内的树脂已经固化以后去除各流动介质更是如此。此外，在使用过程中，所述流动介质吸收相对大量的树脂，其随后必须废弃。这使得各VARTM 更复杂并且，因而增加生产成本。
可能需要改进VARTM过程。
发明内容
根据独立权利要求的主题可以满足该需要。从属权利要求记述了本发明的有利的实施方案。
根据本发明的第一方面，提供了用于辅助将树脂传递到容纳有增强材料的层状结构的模具中的流动介质。以当所述树脂固化时所述流动介质被结合在最终的复合材料部件内的方式配置所提供的流动介质，其中所述最终的复合材料部件包含嵌在传递和固化的树脂内的所述增强材料。
所述流动介质基于这样的理念，即当将所述流动介质结合到最终的复合材料部件中时，不需要通常耗时地后加工铸型复合材料部件，其中在使用之后必须废弃所述流动介质（例如，通过刮除所述流动介质和，如果适用，已经被所述流动介质吸收的树脂)。
根据本发明，所述流动介质由与用于与增强材料的层状结构一起形成最终的复合材料部件的树脂高度相容的材料制成。当然，所述最终的复合材料部件是树脂传递模塑(RTM)工艺和特别是真空辅助树脂传递模塑(VARTM) 工艺的产物。所述流动介质与所述树脂的该相容性可能意味着所述流动介质最迟在复合材料部件的制造的最后步骤变成所述最终的复合材料部件的一部分。这可以在特别是所述流动介质由可通过所述树脂和/或通过在所述树脂的固化反应过程中发生的温度升高而降解和/或溶解的材料制成时实现。
根据本发明的一个实施方案，所述流动介质形成网状结构。其优点在于可以容易地将所述流动介质***所述增强材料的层状结构内。
优选地所述流动介质为弹性和/或柔性材料，其不仅可以以平面的方式而且可以以三维曲面的方式***所述层状结构内。这可以允许在增强材料的各种不同的几何形状的层状结构中使用流动介质 。
为了储存，可以将所述网状结构保留在大辊上，可以从其上切割适当尺寸的一片片各自具有所述网状结构的网状层。
根据本发明的另一实施方案，所述流动介质由聚合物材料制成。 由此，根据具体的RTM工艺或VARTM工艺，可以使用合适的聚合物材料。
所述聚合物材料可以可溶于所使用的树脂的溶剂。优选地，所述聚合物材料的溶解度如此高以至于其在与所述溶剂接触了预定时间之后将被溶解。
一般说来，用于所述可降解的流动介质的材料与用于RTM和VARTM的树脂或树脂体系有紧密联系。从技术角度看，该联系可以通过描述所述流动介质降解或溶解在最终形成的复合材料部件内的能力的溶解度参数来提供。
根据本发明的另一实施方案，所述聚合物材料为聚乙烯醇缩丁醛。
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)具有可溶于多种溶剂的优点。特别是， PVB还可溶于环氧树脂，而环氧树脂是用于形成大的复合材料部件（例如，风力机叶片）的重要材料。
根据本发明的另一实施方案，所述聚合物材料为聚苯乙烯。聚苯乙烯(PS)具有可溶于许多类型的树脂的优点 。特别是， PS 可溶于苯乙烯基树脂或苯乙烯基树脂体系。
根据本发明的另一实施方案， 所述流动介质具有在30℃-150℃范围内的熔点。这可以提供所述流动介质将因为由传递的树脂的放热固化反应生成的热而熔化的优点。所述流动介质以该方式变成最终的复合材料部件的一部分，最终的复合材料部件由(a)固化的树脂，(b)首先熔化然后固化的流动介质，和(c)嵌入在所述传递和固化的树脂内的增强材料组成。
使用当具有在树脂固化过程中达到的温度时熔化的材料的优点在于，所述流动介质也可以与不包含溶剂的树脂或树脂体系（非含溶剂树脂）一起使用。
在该方面，据说对于非含溶剂树脂，可以选择所述流动介质的材料以便与所述树脂类似。在该情况下，所述流动介质也可以被所述传递的树脂在加热和/或固化步骤期间吸收。因而，即使所述流动介质不在固化反应期间熔化，其也将被结合到最终的复合材料部件中。例如当所述流动介质为固态环氧树脂材料并且传递到模具中的树脂为环氧树脂时，可以实现流动介质的这种吸收。
根据本发明的另一方面，提供了用于通过树脂传递模塑方法，特别是通过真空辅助树脂传递模塑方法，生产复合材料部件的半成品。所提供的半成品包含(a)至少两层增强材料，和(b)本发明的流动介质，其中所述流动介质至少部分位于所述至少两层之间。
所述半成品基于这样的理念，即通过使用放在所述至少两层增强材料之间的上述流动介质，可以以这种一种方式生产所述复合材料部件，使得在从模具中取出生产的复合材料部件之后，可以避免由不可降解的流动介质造成的材料的昂贵的去除（例如，通过刮）。这使整个复合材料部件生产工艺容易得多。
特别是，不再必要来实施最终的生产步骤，其中工人与新固化的复合材料密切接触。由于这种密切接触通常涉及健康和安全问题，当生产复合材料部件时可以容易地满足健康要求。
描述性地说，有了所述半成品，可以将流动层引入复合材料内以及不同的增强层之间，其中已知的不可降解的流动介质将恶化所述复合材料的性能。
所述增强材料可以为任何可以(a)用来增强所述最终的复合材料部件的强度和/或(b) 用来促进所述半成品在放入模具中之前或过程中的成形的已知材料。具体地，所述增强材料可以为纤维增强材料。
根据本发明的另一实施方案，所述流动介质具有粘合性， 特别是对于所述增强材料的粘合性。其优点在于所述流动介质可以充当胶。这种特性可用于在传递所述树脂之前就使所述半成品成形。特别是当以与树脂传递的主方向成角度的方向布置增强材料的层时，可以从所述流动介质的粘合性中获益。
根据本发明的另一方面，提供了生产复合材料部件的方法。所提供的方法包括(a)组装如上所述的半成品，(b)将组装的半成品放到模具中，(c)将树脂传递到模具中，和(d)固化所述树脂使得产生包含增强材料层和固化的树脂的复合材料部件。
所述方法也基于这样的理念，即通过使用可降解的流动介质，可以省略对生产的部件的略昂贵的后加工，其中必须从所述复合材料部件中去除由不可降解的流动介质造成的后加工材料。
根据本发明的一个实施方案，组装所述半成品包括(a)将流动介质的预制层布置到所述至少两层增强材料中的第一层上，和(b)将所述至少两层增强材料中的第二层布置到所述预制层上。其优点在于，对于传统的不可降解的流动介质层来说已知的完善的方法和形状可以与可降解的流动介质一起使用，来产生所述可降解的流动介质的预制层。
可以在已经将所述增强材料的第一层放入所述模具中后，将所述流动介质的预制层布置到所述增强材料的第一层上。
根据本发明的一个实施方案，组装所述半成品包括(a)将所述流动介质的材料沉积到所述至少两层增强材料中的第一层上，使得在所述第一层上生成一层流动介质，和(b)将所述至少两层增强材料中的第二层布置到所述流动介质层上。其优点在于，所述流动介质层的形状和/或形式可以完美地适应于所述第一层增强材料的的形式和/或形状。
描述性地说，可以通过以在所述增强材料的第一层上形成流动介质层的方式将"未成形的"流动介质材料沉积到所述增强材料的第一层上，来生成所述流动介质层。由此，可以在已经将所述增强材料的第一层放入所述模具中后，将未成形的流动介质沉积到所述第一层上。
可以例如通过以预定的图案将流动介质材料喷射到第一层增强材料上来实现将所述流动介质的材料沉积到所述增强材料的第一层上。
必须注意的是，已经参考不同的主题记述了本发明的实施方案。具体地，已经参考方法类型的权利要求记述了一些实施方案和参***类型的权利要求记述了其他实施方案。然而，除非另有说明，本技术领域的技术人员从上面和下面的记述中将推断出，除了属于一类主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间，特别是方法类型的权利要求的特征和设备类型的权利要求的特征之间的任何组合也被认为已被本文公开。
本发明的上面定义的方面和进一步的方面从以下待记述的实施方案的实施例中是显而易见的并被参考实施方案的实施例来解释。以下将参考实施方案的实施例来更详细地记述本发明，但是本发明不受其限制。
附图说明
图1至3说明VARTM过程，其中根据本发明的一个实施方案，使用了可降解的流动介质。
具体实施方式
附图说明是示意性的。需要注意的是在不同的图中，类似的或相同的要素具有相同的标记。
图 1显示了根据本发明的一个实施方案的VARTM过程的第一步骤。将多个增强层120 布置在模具内。所述模具包括模具平台100和真空袋105。所述多个增强层120以堆叠的方式相对于彼此来布置。
根据已知的VARTM技术，所述模具包括树脂入口110和气体出口115。
在两个增强层120之间，提供了可降解的流动介质130的层。根据本发明提到可以使用一层或多层可降解的流动介质130。为了在图中清楚说明，显示了仅具有一层可降解的流动介质130的实施方案。然而，如果在两个相邻的增强层120之间各布置或夹一层可降解的流动介质130，则使用多层可降解的流动介质130将会是有利的。
图2显示了VARTM过程的第二步骤。经由树脂入口110***树脂240。这由箭头210a表示。进一步地，借助于未绘出的真空泵经由空气出口115抽走空气。这由箭头215a表示。可降解的流动介质130的作用在于可以以更高的速度将树脂抽到所述模具中，使得树脂240填满增强层120之间的空间且所述树脂渗透到增强层120中。
图 3 显示了VARTM过程的第三步骤。树脂被固化。由此，可降解的流动介质130已经溶解在所述树脂内，使得具有溶解的流动介质340的树脂被用来构建所述复合材料部件。不需要去除可降解的流动介质130的残余物。仅需要除去真空袋105和从模具平台100上取下生产的复合材料部件。

Claims (11)

1.用于辅助将树脂(240)传递到容纳有增强材料(120)的层状结构的模具(100, 105)中的流动介质，其中以当树脂(240)固化时所述流动介质(130)通过所述树脂降解和/或溶解在最终的复合材料部件内的方式配置所述流动介质(130)，其中所述最终的复合材料部件包含嵌在传递和固化的树脂(340)内的所述增强材料，其特征在于，所述流动介质(130)具有对于所述增强材料(120)的粘合性；和所述流动介质(130)为弹性和/或柔性材料。
2.根据权利要求1所述的流动介质，其中所述流动介质(130)形成网状结构。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的流动介质，其中所述流动介质(130)由聚合物材料制成。
4.根据权利要求3所述的流动介质，其中所述聚合物材料为聚乙烯醇缩丁醛。
5.根据权利要求3所述的流动介质，其中所述聚合物材料为聚苯乙烯。
6.根据权利要求1或2所述的流动介质，其中所述流动介质(130)具有在30℃-150℃范围内的熔点。
7.一种半成品，其用于通过树脂传递模塑方法生产复合材料部件，所述半成品包含
至少两层增强材料(120)，和
前述权利要求中的任一项所述的流动介质(130)，其中所述流动介质(130)至少部分位于所述至少两层(120)之间，
其中所述流动介质(130)具有对于所述增强材料(120)的粘合性。
8.根据权利要求7所述的半成品，其中所述树脂传递模塑方法是真空辅助树脂传递模塑方法。
9.一种生产复合材料部件的方法，所述方法包括
组装根据权利要求7和8中的任一项所述的半成品，
将组装的半成品放入模具(100,105)中，
将树脂(240)传递到所述模具(100,105)中，和
固化所述树脂(240)，使得产生包含增强材料(120)的层和固化的树脂(340)的复合材料部件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中组装所述半成品包括
将流动介质(130)的预制层布置到所述至少两层增强材料(120)中的第一层上，和
将所述至少两层增强材料(120)中的第二层布置到所述预制层上。
11.根据权利要求9所述的方法，其中组装所述半成品包括
将流动介质(130)的材料沉积到所述至少两层增强材料(120)中的第一层上，使得在所述第一层上生成一层流动介质(130)，和
将所述至少两层增强材料 (120)中的第二层布置到所述流动介质层上，
其中所述流动介质(130)具有对于所述增强材料(120)的粘合性。
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