[发明专利]用于制备复合材料制品的方法

说明书

本发明涉及可固化树脂制剂，其可以用作制备纤维增强复合材料中的基体，并且特别涉及树脂制剂，其无需在烘箱中加热预浸料即可至少部分固化从而实现固化度。本发明也涉及这种树脂制剂在如下中的用途：制备预浸料，不使用烘箱或高压釜而制备至少部分固化预浸料，部分固化预浸料自身以及由完全固化状态下的这种预浸料得到的成品。

术语预浸料用于描述埋入可固化树脂的基体中的纤维材料。

由预浸料制备的制品在形状上变得较大和愈加复杂。例如，预浸料目前用于制备风轮机叶片和飞机机身，这两者均变得较大以适合现代需求。传统意义上，用于这种制备的预浸料包含纤维材料例如玻璃、碳或芳族聚酰胺纤维，所述纤维材料埋入热可固化树脂的基体中。通常，所述制品已经通过如下来制备：在模具中铺叠(叠加)几个预浸料层，其中将所述预浸料层在烘箱中加热从而使树脂制剂固化。

在这些早期的过程中，可以在使预浸料铺叠在模具中之前制备预浸料，或可以将纤维材料干铺叠在模具中并且通过灌输树脂在模具中浸渍。无论何种技术用于铺叠，用作基体的树脂制剂均为热可固化的，所述树脂制剂通常包括热固化树脂，例如环氧树脂或包含热活化固化剂的聚酯树脂。随着模制制品尺寸的增加，这不仅需要大的模具而且需要大的烘箱和缓慢的加热速率，从而确保充分和均匀加热铺叠的预浸料以制备成品。因此提高了模具成本。

热可固化树脂固化通常需要精确的加热循环，从而得到整个预浸料或预浸料层叠体的树脂需要的固化度。制备大的制品可需要长的固化时间和/或高的固化温度。这在使用大的对流式烘箱时难以实现，并且需要昂贵的模具。另外，目前用于制备这些较大制品和/或更复杂形状的制品的热固化技术通常涉及在模具中手工铺叠预浸料，这是费力的并且可导致整个制品的不规则。

铺叠大的制品浪费时间并且需要大量工时。大的制品也需要非常长的固化时间以固化树脂同时管理放热的热释放，有时固化时间可超过数天。这限制了这种制品的生产率并且提高了相关制备成本。

长的固化时间也意味着以常规方式固化的大的制品需要大量能量来制备。这是因为整个铺层同时加热直到整个制品固化；其使用的能量远多于其他情况下需要固化的能量。

在常规过程中，模具用于铺叠和固化两者，如上所述，这些过程为冗长的过程。一旦固化已经完成模具仅备于再利用，取出制品，模具表面准备接受下一次铺叠。因此使用常规铺叠和固化方法，提高生产率的唯一途径是投资另外的模具。模具是昂贵的，占据了大的制品制备成本中的显著比例的成本，特别是适于耐受烘箱固化温度的模具。

美国专利公布2012/0138223披露了使预浸料中的树脂辐射固化用于制备风轮机叶片。其披露了铺叠多层预浸料以形成层叠体，然后将层叠体使用红外线辐射加热和使用紫外线辐射固化。如果需要较厚的制品，则可在固化层叠体顶部形成随后的层叠体并且以相同方式固化。该类过程涉及单独的铺叠固化阶段，这浪费时间。另外，与层叠体顶部的层相比，层叠体底部的层接收IR和UV辐射率低，这意味着在整个层叠体存在可变的固化性质或过剩的能量传递至顶层直到足够的辐射达到下层。因此该过程从性质上说时间和能量效率均低下。

本发明旨在解决上述问题的任何问题和/或一般性地提供改善。

本发明提供所附权利要求中任一项定义的用途、装置和方法。

本发明进一步提供树脂制剂用于使预浸料中的树脂固化从而能够不使用烘箱而使预浸料至少部分固化的用途，所述树脂制剂包括液体环氧树脂、固体环氧树脂和光引发剂的混合物，所述预浸料包括浸渍有所述树脂制剂的纤维材料。

本发明提供树脂制剂，其无需大的烘箱即可用于由预浸料制备大的制品，从而提供预浸料层叠体的至少初始固化。

已知可通过不是热的方式进行固化的树脂制剂，特别已知树脂制剂可通过辐射例如紫外光进行固化。但是，已经发现，树脂制剂如在本发明中作为预浸料中的基体的用途除了可避免需要大的烘箱之外，还能够使预浸料自动铺叠和固化；特别用于制备大的制品例如风轮机叶片和飞机机身的部件。

在本发明的一个方面，存在用于制备部分或完全固化复合材料制品的方法。所述方法包括使单个层的预浸料放置到模具表面上或放置到预浸料的其他层上。在放置过程中和/或放置之后立即将热和第二形式的辐射施加至预浸料以使放置的预浸料至少部分固化。

在本发明的一个方面，提供用于将预浸料自动放置并且同时部分固化的自动铺带装置，所述装置包括压实装置、热源和第二辐射源。所述装置适于与本发明的预浸料和方法一起使用。