[其他]固体可流动的聚合物模塑介质

说明书

本发明涉及模塑方法及模塑用组合物，特别是指一种能在加压条件下用于模塑制品的组合物。

复合材料目前受到极大关注，因为它们可提供高强度与低密度非常良好的结合。通常，复合材料是由碳纤维、硼纤维、玻璃纤维等嵌埋在环氧、酚醛或其他聚合物树脂基体中而组成。具有特别高比强度性能的更高性能的复合材料，对航天应用特别有吸引力。但是典型的高性能航天材料都存在着一定的加工困难性;它们不能仅靠简单地把纤维和树脂铺叠起来，通过室温固化来制得制品。航天复合材料不仅包含有难以成型加工的树脂，而且经常要求必须制得基本上无缺陷的制品。因此，航天复合材料通常是在相当高压力的条件下于高温下模塑和固化而成的。

将复合材料的预浸料坯放在单向作用的模压机的两块加热平板之间进行压缩模塑时，可以达到要求的模塑周期。但是对复杂形状的制品，金属压模模具可能很贵。而较低成本的橡胶压模模具又往往壁厚，导热性差，固化时间很长。更为主要的是上述两类模具，对于复杂形状的表面都不能均匀受压。

为了克服这些局限之处，制件可在均匀受压的情况下进行模塑。一种广泛应用的方法是，把加工制品用的预浸料坯放在抽空的不透气的柔性袋中，同时对其进行加热和借通气或通液体使其均匀受压。为使复合材料制品模塑成一定形状，经常将预浸料坯贴合在一个刚性结构件上，例如金属块上。与此加工方法相关的问题是：真空袋上的任何泄漏处，既会使对制品必需施加的压力减小，又会造成加压介质与部分固化的聚合物之间发生相互作用。实际上，这种泄漏比较常见，尤其在较高模塑温度和压力时，这样产生的废品率是显著的。

为了克服上述一些局限之处，已经采用了压力衬垫模塑法。参见文章《以硅橡胶压挤获得高质量复合材料铺叠层》，Plastics    World，June    16，1975（卡耐尔出版公司，马萨诸塞州，波士顿）。在该方法中，采用了高热膨胀的硅橡胶作成型衬垫，例如道康宁（Dow    corning）公司（美国，密执安州，密特兰特）生产的Silastic    J型模具用硅橡胶。未固化的预浸料坯放进相邻连接的衬垫之间的空间里，整个组合件被放进一个紧密装填的密闭金属容器之中。该容器和包含的组合件然后被加热升温，使得既能固化制品又使橡胶膨胀。因为典型的硅橡胶的热膨胀系数与普通钢容器和典型的复合材料制品的材料相比，约高达18倍，在加热时，受限制的硅橡胶不断膨胀，对复合材料施加了一定的压力，因此按需要成型了制件。

压力衬垫模塑技术的优点在于它能克服等压加压中的泄漏问题。任何气袋的泄漏不会反过来影响模塑压力或引起相互作用。可是，压力衬垫模塑法的一个问题是温度和压力相互依赖;许多要求的温度-压力循环不能达到（例如在冷却时要求保持压力）。另一个问题是温度-压力循环是各种系统的部件之间机械配合的函数;当若干部件的尺寸有一点小的变化时，则所选定的循环将发生改变。例如，室温时衬垫的体积通常比金属容器内部体积小6～8%，为的是避免过大的峰值压力。但在峰值温度时，通常情况尺寸变化约7～8.2%，将使最大压力约从7.2MPa变化到1.7MPa。因此，当压力衬垫换用尺寸不精确一致的新衬垫时，或当橡胶随着使用产生某些永久变形之时，将产生一种不同的温度-压力循环。在许多更优越的复合材料系统中，上述情况是压力衬垫法的明显缺点。

用于模塑加工的等压加压容器也被广泛应用。如美国专利3，419，935（属Pfeiler等人）所示，通常容器制造得很坚固。一般说来，由外部气源来的各种气体被用来对制品施加模塑压力，该制品是包含在真空的气袋中。虽然气体介质热导率较低是其典型特性，但如Pfeiler的专利中指出的那样，对流换热通常会引起温度差异。在液体等压加压法中，液体介质（例如水）被用来对制品施加压力，方式与用气体时相同。传热现象也相似。

等压加压已被广泛应用于粉末制品成型、陶瓷以及聚合物领域。例如参见美国专利3，462，797（属Asbury）和美国专利3，279，917（属Ballard等人）。就加热技术来说，在设计等压加压设备时有许多方式，但一般认为较高操作温度系统的壁面加热方式应当避免。