經樹脂涂布的圓角填充物及其制造系統及方法

經樹脂涂布的圓角填充物及其制造系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種可變形、經涂布的圓角填充物，其由連續或細長的纖維結構(2)及粘性、樹脂表面涂層所組成，所述樹脂表面涂層通過將干燥、連續或細長的纖維結構拉引通過加熱樹脂浴(3)而形成。所述經涂布的圓角填充物具有大體上無樹脂的內部且所述樹脂表面涂層具有大體上均勻的厚度。
【專利說明】經樹脂涂布的圓角填充物及其制造系統及方法
[0001]相關申請案的交叉參考
[0002]本申請案主張2011年6月3日申請的第61/493，277號美國臨時專利申請案的權利，所述申請案的揭示內容以引用的方式全部并入本文中。
【技術領域】【背景技術】
[0003]制造具有復雜形狀的復合材料的現有方法是通過形成具特定形狀的強化纖維預成形件、將預成形件放置在真空袋或模具中、用液態樹脂灌注預成形件并且隨后加熱經浸潰的預成形件以使其固化成最終的復合材料部件。在制備一些預成形件期間，在纖維層的不同疊層之間形成的多個接面處常發現空隙空間或空腔。通常將填充物用于填充此類空腔。

【發明內容】

[0004]本發明涉及適用于例如飛機結構組件的航天應用的圓角填充物。所述圓角填充物是一種可變形、經涂布的結構，其包括連續或細長的纖維結構及通過將干燥、連續或細長的纖維結構拉引通過加熱樹脂浴而形成的粘性、樹脂表面涂層，其中經涂布的圓角填充物具有大體上無樹脂的內部并且所述樹脂表面涂層具有大體上均勻的厚度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1說明可用于形成經涂布的圓角填充物的示范性編織物結構。
[0006]圖2示意性說明根據一個實施例的用于形成經涂布的圓角填充物的表面涂布方法及系統。
[0007]圖3展示用于圖1所描繪的涂布方法中的索環設計的實施例。
[0008]圖4為根據圖1中所描繪的涂布方法形成的經涂布的纖維編織物的橫截面部分的顯微照片。
[0009]圖5示意性展示具有待用圓角填充物填充的空腔的預成形件結構的類型的橫截面。
[0010]圖6為展示經灌注的縱梁結構的橫截面的顯微照片，其中將兩種類型的經涂布的纖維編織物用作圓角填充物。
【具體實施方式】
[0011]對于由預浸材料制成的復合材料部件來說，常見慣例是使用接合部分中所用的相同材料，且將其碾壓以形成填充物。此方法耗時、效率低且具有填充物制造長度有限的特殊缺點。為減輕此缺點，一些解決方案涉及制造由連續絲束制成的預浸填充物，其中將若干絲束單獨地或捆在一起進行預浸。在一些情形下，可使這些絲束通過沖模以使填充物按照所需的橫截面輪廓預成形，從而模仿其將填充的空腔輪廓。每個空腔使用一種或一種以上填充物，這要取決于空腔的大小、填充物的大小及形狀、填充物填充空腔的能力、部件所需的機械性能以及一些其它限制，例如填充物的處理、在空腔內的放置、材料庫存管理等。在另一方法中，提供一種機器以獲得若干預浸膠帶且生產具有連續長度的填充物，且按照所需輪廓預成形。此類預浸圓角填充物均具有大量樹脂，通常為產品重量的30%到40%。樹脂分布使得其通常浸濕形成填充物的纖維的絕大部分。在使用例如熱風器加熱填充物的下料過程中，預浸填充物的粘性通常可得到某種程度的增強。預浸填充物的處理、柔性及延展性通常很差，甚至在用熱風器加熱時，樹脂致使的不便仍妨礙填充物纖維結構的自由運動。最終，在復合材料部件由預浸材料制成的情況下，也開發出粘性樹脂填充物作為預浸填充物的替代物。在此情況下，填充物的90%到100%由樹脂制成，有時會將輕質網布嵌入樹脂填充物中以提供較高的處理特性。.[0012]近年來，經由樹脂灌注(RI)方法制造的復合材料部件的數量已顯著增加。RI不僅用于制造小型復雜部件，而且現在用于制造整個機翼或其它極大型飛機部件。雖然在一些情況下，經由織物預成形方法形成部件可以消除對填充物的需求一例如在η預成形件的情況下一但大多數RI部件(尤其是大型部件)仍依賴于增粘的寬幅預浸布或織物，其經折疊以形成所需形狀，從而產生需要用填充物填充的空腔。可將增粘的寬幅預浸布碾壓成面條狀填充物。此方法只可以產生短長度填充物且至今是最不具成本效益的方法。其它方法依賴于用增粘劑部分浸潰個別或多個絲束或繩或編織物。增粘劑的目的是為填充物提供某種程度的粘性，以便在組裝預成形件時將其定位在空腔內。遺憾的是，大多數增粘劑必須經熱活化以提供其膠粘特性。此需要在填充物下料期間使用例如熱風器對其預熱。在一些情況下，增粘劑可為一種可噴射、溶劑型樹脂，其需要完全移除溶劑，從而呈現安全性問題及層壓板空隙含量問題。有時此問題難以處理，需要一個以上操作員，且從安全危害觀點及可能的材料降解來看甚至更成問題。將預浸填充物或固體填充物用于待經由RI處理的部件的空腔的嘗試尚未相當成功，因為RI部件與預浸填充物之間由于固化周期差異而不存在整合，并且材料之間的兼容性差，從而導致機械問題。
[0013]最終，發現預成形填充物難以處理并且難以定位在待用樹脂灌注的空腔內。結構部件的空腔可具有復雜輪廓，因此，使預成形填充物的形狀與空腔輪廓相匹配很重要。這種匹配要求給制造操作員帶來不必要的負擔。在一些應用中，空腔輪廓甚至隨著部件中的位置而變化。因此極難制造具有可變橫截面以適合空腔輪廓的填充物。而且，這種填充物的相關成本將遠超對其功能的需求及執行。另外，許多常規的預成形填充物極其僵硬且不能彎曲，從而使其輪廓遭受被損害的風險，且因此出于處理及運輸的原因，只能由離散長度形成，此限制了其吸引力。對于那些稍微不太僵硬且可纏繞在極大直徑(例如20英寸及更大)的核心上的填充物來說,為了保持填充物的形狀并且避免其扭曲，必需特殊的溝槽狀核心。而且，沉積在這種類型核心上的填充物的量通常受溝槽間距及核心大小(直徑及長度)的限制。這些包裝需求增加這種產品的總成本且減少其吸引力。
[0014]本發明涉及用于經樹脂灌注(RI)方法處理的復合材料預成形件中的經涂布的填充物。更特定來說，經涂布的填充物采取連續或細長填充物的形式以便填充在三維復合材料預成形件結構的空腔內。經涂布的填充物可變形且可延展以使其可符合多種空腔幾何形狀。在一個實施例中，待涂布的連續或細長填充物呈干燥、連續、經編織的結構的形式，例如由纏繞成編織圖案的多個個別纖維束形成的纖維編織物。圖1說明可用于形成經涂布的填充物的示范性編織物結構。纖維編織物可具有實心內部或中空核心。本文將經涂布的填充物稱為“圓角填充物”。本文還揭示在干燥、連續或細長填充物上形成樹脂表面涂層的方法，借此使所得經涂布的填充物在室溫下保持粘性外表面。經涂布的填充物變得比原來未經涂布的填充物僵硬，但其仍可彎曲/可延展。
[0015]如本文所用的術語“粘的”或“粘性”指經涂布的填充物粘著于表面一段時間的能力。
[0016]樹脂灌注(RI)是通用術語，其涵蓋多種處理技術，例如樹脂傳遞模制、液體樹脂灌注、真空輔助樹脂傳遞模制、使用柔性工具的樹脂灌注、真空輔助樹脂灌注、樹脂膜灌注、大氣壓控制樹脂灌注、真空輔助方法及單線注射。樹脂灌注可用于結構部件的制造過程中，其中將液體樹脂引到保持在真空下的干燥纖維預成形件中。干燥纖維預成形件可采取組裝成堆疊或疊層的多個干燥強化纖維層(layer/ply)形式。然后將預成形件放置在模具或真空袋中，并且直接在原位用基質樹脂注射或灌注。本發明的經涂布的圓角填充物可用于填充在干燥纖維預成形件中形成的空腔。
[0017]在一個實施例中，待涂布的填充物由經獨特設計的編織物制成，所述編織物賦予適當的可變形性以適合多種空腔輪廓。特定來說，填充物的可變形性是歸因于軸向纖維相對于形成編織物包層的偏斜纖維的高比例。編織物可由3根或3根以上相互纏繞的紗線形成，所述紗線被描述成形成柔韌且可高度變形的中空管的偏斜紗線。在一些情況下，軸向紗線也與偏斜紗線相互纏繞以形成具有較高內聚力(即編織物更穩定或更不易變形)的中空柔性管。這種類型的編織物結構被稱為“三軸”編織物，因為紗線(即纖維束)是在三個不同的方向上延伸，這與所謂的“雙軸”編織物相反，因為紗線只在兩個不同方向上安置。在其它情況下，雙軸或三軸編織物的中空部分可用縱向紗線填充。縱向紗線被定義為編織物的核心，而編織物的雙軸或三軸結構被定義為外層或外殼或包層。當使用編織物時，基于編織物的總重量，軸向纖維(作為放置在編織物核心中的纖維或/及偏斜纖維中的纖維)的重量百分比為至少50%，優選超過65%。將樹脂涂層均勻地沉積在編織物的外表面上，從而使編織物的內部大體上無樹脂。由此又允許編織物的核心在RI循環期間被灌注。由于在室溫下緊密層結構與低流動樹脂的組合，所以樹脂保留在由偏斜紗線所構成的編織物的外表面上及外表面內。
[0018]特定編織物架構與編織物填充目的及圓角填充物大小有關。一般來說，較粗編織物(直徑大于0.150英寸的編織物)用于填充空腔的最大體積，且被設計成具有被雙軸套筒包裹的核心，而較細編織物用于空腔的頂端且具有三軸設計。然而，可針對其它應用開發其它編織物設計。在較粗編織物的核心及包層結構的情況下，核心及雙軸包層相互獨立且允許相對于彼此自由獨立地運動。而且，核心含有填充物的絕大部分(至少50%)纖維且由允許自由運動而無太多限制的獨立平行紗線制成。此有利于填充物在空腔內的良好填裝。外部包層獨立于核心，其纖維相對于編織物縱向具有長夾角，例如小于35°。此進一步有利于圓角填充物的良好處理。外層具有良好覆蓋因數，從而有助于在填充物外殼內或其表面的編織物上含有樹脂。
[0019]在三軸編織物填充物的情形下，填充空腔頂端需要填充物具有高度可變形性。因而優選可折疊的編織物結構。因而，中空編織物結構最適合此目的。占編織物填充物約50%重量的軸向紗線將提供良好的縱向穩定性(此在樹脂涂布過程中尤其需要)及可變形性的一致性以及產品的可折疊性。與核心-外殼編織物類似，三軸編織物的高覆蓋率有助于在外殼內或其表面上含有樹脂。
[0020]圖2示意性說明根據一個實施例的用于形成經涂布的圓角填充物的表面涂布方法及系統。表面涂布方法包含使干燥、連續纖維結構2 (例如從源卷線軸I提供的纖維編織物)通過(即在張力下縱向拉伸)加熱樹脂浴3并且穿出可變形索環4，借此只將所需量的樹脂沉積在填充物的外表面上。然后使離開加熱樹脂浴3的經涂布的纖維結構與由卷線軸6提供的交錯材料纏繞，然后纏繞到存儲卷線軸7上。交錯材料是可移除的且有助于纏繞及存儲，但不成為經涂布的成品填充物的組成部分。交錯材料允許經涂布的填充物纏繞在其本身上及解開。
[0021]圓角填充物的樹脂涂層受樹脂粘性、涂布方法及未經涂布的纖維結構的特性控制。對于給定的圓角填充物，所需的樹脂沉積量受處理條件控制，例如影響樹脂粘性的樹脂溫度、影響未經涂布的填充物在樹脂中的停留時間的線速度、影響從經涂布的填充物中擠出的樹脂的量的填充物離開樹脂浴所經過的索環的直徑。索環中的孔的內徑受控制且與其它控制因素一起作用以提供所需的涂布樹脂含量。主要控制因素包含:
[0022](a)索環孔隙尺寸(ID尺寸)
[0023](b)樹脂溫度(影響涂布期間的樹脂粘性)
[0024](c)樹脂浴中的樹脂高度
[0025](d)樹脂壽命
[0026](e)線速度
[0027]連續填充物與樹脂浴的接觸時間由樹脂高度及線速度決定。在涂布過程中樹脂浴的粘性經由加熱予以控制以便使表面涂層相對光滑且均勻，且可處于0.50泊到1000泊(0.05Pa.s到IOOPa.s)的范圍內，這要取決于待涂布的填充物表面(例如編織物的粗糙度、紋理)。表面涂布期間經加熱的樹脂浴的溫度可在100° F到300° F(37.78°C到148.89°C)的范圍內，這要取決于所使用的樹脂的類型。可使用任何常規的加熱方法加熱樹脂浴，例如，以圍繞金屬容器的帶狀加熱器提供加熱源。線速度可為每分鐘10到150英尺(fpm) (5.08cm/s 到 76.25cm/s)，優選為 30fpm 到 60fpm(15.25cm/s 到 30.5cm/s)。涂布浴內的樹脂高度通過增加未經涂布的填充物在樹脂中的駐留時間而直接影響經涂布的填充物的樹脂含量，因此，可改變駐留時間以使經涂布的填充物達到所需的樹脂含量。樹脂的表面張力也在進入索環之前發揮降低樹脂高度的作用。
[0028]索環是由可變形材料制成且大小相同于或略低于待涂布的連續填充物/編織物的實心直徑。例如，0.125英寸(3.175mm) ID索環可用于涂布具有0.148英寸(3.76mm)外徑(OD)的編織物，且0.08英寸(2.03mm) ID索環可用于涂布具有0.08英寸(2.03mm) OD的編織物。在一些實施例中，為了增加經涂布的填充物的樹脂含量，可增加索環內徑以使其略大于待涂布的連續填充物/編織物的直徑。已發現橡膠索環適用于本發明的涂布系統。然而，應了解其它彈性材料可用于制造索環。圖3展示一種合適的索環設計的實施例(左圖為橫截面視圖，右圖為俯視圖)。應注意，可改變索環的幾何形狀以適應不同的填充物橫截面幾何形狀(例如三角形、正方形、橢圓形等)。
[0029]通過圖2中所描繪的涂布方法產生的所得經涂布的填充物為樹脂含量可控制的可變形/可延展的圓角填充物。經涂布的填充物的樹脂涂層厚度大體上均勻。表面涂層的連續性為約90%到100%。有一些樹脂滲透進纖維結構的外部中，但纖維結構的內部仍保持大體上無樹脂。
[0030]圖4為根據圖2所描繪的涂布方法形成的經涂布的纖維編織物的橫截面部分的顯微照片。此橫截面視圖展示樹脂在經涂布的編織物的外部處形成涂層，而在經涂布的編織物的內部處的核心纖維仍保持無樹脂。
[0031 ] 基于經涂布的填充物的總重量，沉積到未經涂布的填充物上的樹脂的量的范圍可為5重量％到50重量％，優選為10重量％到30重量％，更優選為約15重量％到20重量％，且經調整以滿足預期應用的需求。在制造結構部件時，樹脂含量及表面涂層大體上防止經涂布的填充物在RI過程中限制樹脂流動。本文所揭示的經開發的涂布方法極其穩健且穩定，且允許所需量的樹脂均勻沉積在填充物上。
[0032]出于多種目的，可在約0.010英寸到1.5英寸(0.254mm到38.1mm)的直徑范圍內經濟地生產經樹脂涂布的圓角填充物，且出于某些預期目的可在約0.04英寸到0.4英寸(1.02mm到10.16mm)的范圍內進行生產。
[0033]待涂布的連續或細長纖維結構可由有機或無機纖維制成，所述纖維包含由聚合物、碳、石墨、玻璃、石英、芳族聚酰胺(例如凱夫拉爾(Kevlar))、ΡΒ0、聚乙烯、無機氧化物、碳化物、陶瓷、金屬或其組合。
[0034]涂布樹脂可為含有一種或一種以上熱固性樹脂的涂布調配物，其包含(但不限于)以下者所組成的群組的成分:環氧樹脂、加成聚合樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯樹月旨、酚醛樹脂、聚酯樹脂、乙烯酯樹脂以及其組合。
[0035]而且，樹脂可為熱熔樹脂，這表示樹脂為無溶劑樹脂，其在高于室溫的溫度下為液體且在室溫下為固體或半固體。熱熔涂布方法依賴于以溫度控制樹脂聚合物的粘性。當使用熱熔環氧樹脂時，樹脂可在烘箱內預熱(例如在100° F到250° F或37.78°C到121.11°C下)，然后開始涂布過程以允許將樹脂注入到過程容器中。
[0036]適于涂布調配物的環氧類樹脂的實例包含得自氰特工業有限公司(CytecIndustries Inc.)的Cycom? 890RTM樹脂及Cycom? 823RTM樹脂(兩者均是針對樹脂傳
遞模制而設計的液體環氧樹脂)。可使用的其它可能環氧類樹脂包含選自以下者的環氧樹脂:在50°C下粘度為IOPa.s到20Pa.s的N，N, N’ N’ -四縮水甘油基二氨基二苯甲烷(例如汽巴嘉基(Ciba-Geigy)出售的 “MY9663”、“MY720” 或“MY721”); (MY721 為 MY720 的較低粘性變體且針對較高使用溫度而設計)；在110°C下粘度為18泊到22泊(1.SPa.s到
2.2Pa*s)的N，N，N’，N-四縮水甘油基-雙(4-氨基苯基)-1，4-二異丙基苯(例如殼牌化學公司(Shell Chemical C0.)出售的 Eponl071);在 110°C下粘度為 30 泊到 40 泊(3Pa.s到4Pa.s)的N，N，N’，N’-四縮水甘油基-雙(4-氨基-3，5-二甲基苯基)-1，4-二異丙基苯(殼牌化學公司出售的Eponl072);在25°C下粘度0.55Pa.s到0.85Pa.s的對氨基苯酚的三縮水甘油醚(例如汽巴嘉基出售的“MY0510”)；優選在25°C下粘度為8Pa.s到20Pa *s ;優選此構成所使用的環氧基組分的至少25% ;雙酚A類材料中的二縮水甘油醚，例如2，2-雙(4，4’-二羥苯基)丙烷(例如美國陶氏(Dow)出售的“DER661”，或殼牌(Shell)出售的“Epikote828”)，及優選在25°C下粘度為8到20Pa.s的酚醛樹脂；苯酚酚醛樹脂的縮水甘油醚(例如美國陶氏出售的“DEN431”或“DEN438”)； 1，2-鄰苯二甲酸二縮水甘油酯，例如GLYCEL A-1OO ;二羥基二苯基甲烷(雙酚F)的二縮水甘油基衍生物(例如汽巴嘉基出售的“PY306”)，其屬于低粘度等級。其它環氧樹脂前驅物包含環脂肪族，例如3’，4’-環氧基環己基-3，4-環氧環己烷甲酸酯(例如汽巴嘉基出售的“CY179”)及聯合碳化物公司(Union Carbide Corporation)的“酌醒塑料(Bakelite) ”范圍內的那些材料。
[0037]加成聚合樹脂的實例為丙烯酸樹脂、乙烯基樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂及不飽和聚酯。
[0038]合適的雙馬來酰亞胺樹脂為含有馬來酰亞胺基作為反應性官能度的熱固型樹脂。除非另有說明，否則如本文所用的術語雙馬來酰亞胺包含單官能、雙官能、三官能、四官能及更高官能的馬來酰亞胺及其混合物。平均官能度為約2的雙馬來酰亞胺樹脂是優選的。如此定義的雙馬來酰亞胺樹脂是通過馬來酸酐或經取代馬來酸酐(例如甲基馬來酸酐)與芳香族或脂肪族二苯胺或聚苯胺反應而進行制備。也可使用密切相關的納迪克酰亞胺樹脂(nadicimide resin),其類似地由二胺或聚胺制備,但其中馬來酸酐被馬來酸酐或經取代的馬來酸酐與二烯烴(例如環戊二烯)的迪奧斯-奧德(Diels-Alder)反應產物所取代。如本文所用，術語雙馬來酰亞胺應包含納迪克酰亞胺樹脂。也可使用含有多種雙馬來酰亞胺的雙馬來酰亞胺“共熔”樹脂混合物。這些混合物通常具有顯著低于個別二馬來酰亞胺的熔點。
[0039]在一個實施例中，用于表面涂層的樹脂為環氧類樹脂，其經粘性改質劑改質以便保持過程及性能的兼容性，但環境粘度使得其產生表面粘性以用于定位目的及低流動行為。粘性改質劑可選自熱塑性聚合物及橡膠。這種經改質的樹脂是用于樹脂灌注方法中的樹脂的經改質低流動變體，樹脂灌注方法中所用的樹脂通常為滿足RI方法需求的高流動、低粘性樹脂。低流動樹脂調配物是通過以基于樹脂調配物總重量的5%到20%(優選為10%到15%，這要取決于環氧類型、固化劑類型及所需樹脂流動性)的數量將高粘性熱塑性聚合物或橡膠加入到基本低粘性環氧樹脂中而實現的。而且，調配樹脂表面涂層以使其在復合材料結構制造期間就粘性及流變性行為而言與灌注方法樹脂兼容。
[0040]熱塑性粘性改質劑可選自(但不限于)由以下者組成的群組:纖維素衍生物、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、多環芳香烴、聚酯酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳香酯、聚丙烯酸酯、聚(酯)碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯)、聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜聚醚砜-醚酮及其共聚物、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、尼龍及其組合。作為實例，一種可使用的市售熱塑性粘性改質劑為Cytec KMS 180 (氰特工業(Cytec Industries)提供的聚醚砜(PES)及聚醚醚砜(PEES)共聚物)。
[0041]作為一個實例，低流動樹脂涂布調配物可包括液態環氧類樹脂，例如Cycom?890RTM 或C'ycom3?) 823RTM，其已通過加入 PES-PEES 共聚物(例如 Cytec KM? 180)作為粘性改質劑而改質。
[0042]表面涂布樹脂調配物可進一步包括常規的添加劑，例如固化劑及/或催化劑。也可將例如二氧化娃顆粒(例如得自卡伯特公司(Cabot Corp.)的膠態氧化娃(Cabosil))的額外的流動改質劑加入樹脂涂布調配物中以進一步微調樹脂粘性。應了解，樹脂粘性影響涂布過程、經涂布的填充物的不沾粘時間以及RI方法的填充物反應。“不沾粘時間”指產品能夠提供定位粘性期間暴露于環境條件的時間，以小時或天數計算。
[0043]通過本文所揭示的涂布方法制造的經涂布的圓角填充物可用于填充復合材料結構部件中所產生的圓角空腔。此理念也可用于通過連接織物層形成特定部分所產生的必須填充的空腔的其它應用。另外，將經涂布的圓角填充物用于經由RI方法制造復合材料部件的應用中。
[0044]參考圖5描述經涂布的圓角填充物的應用的實例。當纖維預成形件的兩個“L”型部分經連接而在大體上平坦的表面上形成“T”型部分時，便形成具有頂端的空腔。“L”型預成形件部分的每一者是由多層纖維組成。圖5展示這種類型的預成形件結構的橫截面。這種類型的預成形件結構適于制造飛機縱梁。這種空腔可用本發明的經涂布的圓角填充物填充，且預成形件部分隨后與空腔一起在真空下用液體樹脂灌注。圓角填充物應易于定位在空腔內、符合空腔且既不影響樹脂灌注方法，也不影響最終的結構部件的性能。圓角填充物的設計與空腔形狀及大小以及填充物在空腔內的位置及作用有關。對于圖5中展示的應用來說，空腔填充物可基于兩種不同的編織物結構，每一種具有一種特定的填充作用。第一編織物可具有核心/外殼結構且為兩種編織物類型中的較粗者。其目的是填充空腔的最大空間。第二編織物可具有中空設計且其目的是填充空腔的頂端，且因此其必須是高度可變形且可折疊。編織物設計有助于空腔填充物的良好處理性能。圖6為展示經灌注的縱梁結構的橫截面的顯微照片，其中使用兩種類型的上述纖維編織物。具有中空設計的編織物被放置在空腔的頂端。
[0045]以上述方式制造的圓角填充物的特性包含:
[0046](a)通過僅表面涂布填充物的表面，保持經涂布的填充物中的干燥內部，從而有助于在疊層處理期間通過維持復合材料預成形件中的高度可滲透真空通道來排出空氣。
[0047](b)通過保持干燥內部，經涂布的圓角填充物還允許比用完全浸潰的填充物而實現的填充物具有更高程度的操作性，因為樹脂限制填充物的柔性及處理。
[0048](C)通過修改樹脂的粘性及處理，經涂布的填充物產品可易于定位(及再定位)，同時最優化填充物的壽命。
[0049](d)經樹脂涂布的圓角填充物在樹脂灌注期間與其環境(即周圍材料)兼容。
[0050](e)加入熱塑性改質劑(例如Cytec KM180)為堿性樹脂提供一定程度的韌化。
[0051](f)加入熱塑性改質劑而通過防止樹脂遷移到填充物內部來進一步改質填充物的不沾粘時間特性。
[0052]根據本發明設計及制造的經涂布的圓角填充物是負擔得起的，且通過簡化部件制造方法而進一步降低制造復合材料部件的總成本。用樹脂涂布方法制造這種產品簡單、精致而且穩健且極為有效，且從而使得成品差異極小。
[0053]實例
[0054]本發明的涂布方法及經涂布的填充物可通過以下非限制性實例來說明。
[0055]實例I
[0056]使用圖2所說明的涂布系統，通過拉引編織物通過含有熱熔環氧樹脂(Cycom?890RTM)的樹脂浴而涂布連續、干燥的碳編織物，所述樹脂用熱塑性粘性改質劑(Cytec KM? 180)改質且通過樹脂浴容器底部的橡膠索環而穿出。編織物具有雙軸包層，其包覆縱軸向纖維的核心且具有0.148英寸(3.76mm)的外徑(OD)。索環具有0.125英寸(3.18mm)的內徑(ID)。樹脂浴溫度為173° F (78°C )，樹脂高度為I英寸(25.4mm)，且線速度為48fpm(24.38cm/s)。所得經涂布的編織物基于經涂布的編織物總重量具有6.2%的樹脂含量且所述編織物內部無樹脂。
[0057]實例2
[0058]使用圖2所說明的涂布系統，通過拉引編織物通過含有實例I中所揭示的相同樹脂調配物的樹脂浴而涂布連續、干燥碳編織物。編織物具有雙軸包層，其包覆縱軸向纖維的核心且具0.08英寸(2.03mm)的外徑(OD)。用于樹脂浴容器的索環具有0.08英寸(2.03mm)的內徑(ID)。樹脂浴溫度為125° F (51.670C )，樹脂高度為2英寸(50.8mm)，且線速度為15fpm(7.62cm/s)。所得經涂布的編織物基于經涂布的編織物總重量具有29%的樹脂含量且所述編織物內部無樹脂。
【權利要求】
1.一種可變形、經涂布的圓角填充物，其包括連續或細長的纖維結構及粘性、樹脂表面涂層，所述樹脂表面涂層通過將干燥、連續或細長的纖維結構拉引通過加熱樹脂浴而形成，其中所述經涂布的圓角填充物具有大體上無樹脂的內部且所述樹脂表面涂層具有大體上均勻的厚度。
2.根據權利要求1所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述經涂布的圓角填充物的樹脂含量基于所述經涂布的填充物的總重量在10重量％到30重量％的范圍內。
3.根據權利要求1或2所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述纖維結構是由纏繞成編織物圖案的多個纖維紗線組成的纖維編織結構。
4.根據權利要求3所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述纖維結構是雙軸或三軸編織物。
5.根據權利要求3所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述纖維編織結構包括縱軸向紗線的核心及雙軸或三軸外殼。
6.根據權利要求3所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述纖維編織結構包括構成所述纖維編織結構的至少50%的縱軸向紗線。
7.根據權利要求3所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述纖維編織結構包括雙軸或三軸外殼及中空核心。
8.根據權利要求1到7中任一權利要求所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述樹脂表面涂層包括環氧類樹脂。
9.根據權利要求1到7中任一權利要求所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述樹脂表面涂層包括環氧類樹脂及通過防止樹脂遷移到所述纖維結構的內部而修改所述經涂布的圓角填充物的不沾粘時間特性的粘度改質劑。
10.根據權利要求9所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述粘度改質劑是選自由以下各項組成的群組:纖維素衍生物、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、多環芳香烴、聚酯酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳香酯、聚丙烯酸酯、聚(酯)碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯)、聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜聚醚砜共聚物、聚醚醚砜聚醚砜-醚酮、聚醚醚酮PEEK、聚醚酮酮PEKK、尼龍、橡膠及其組合。
11.根據權利要求1到10中任一權利要求所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述纖維結構包括由聚合物、碳、石墨、玻璃、石英、芳族聚酰胺、PBO、聚乙烯、無機氧化物、碳化物、陶瓷、金屬或其組合制成的纖維。
12.根據權利要求1到11中任一權利要求所述的可變形、經涂布的圓角填充物，其中所述經涂布的圓角填充物的外徑在0.01英寸到1.5英寸(0.254mm到38.1mm)的范圍內。
13.一種形成經樹脂涂布的圓角填充物的方法，其包括: 供應待涂布的連續纖維結構； 在容器中提供經加熱的樹脂調配物，所述容器具有底壁及穿過所述底壁定位的可變形索環，所述索環具有經定大小以使得所述纖維結構能夠穿過且同時控制沉積到所述纖維結構的外表面上的樹脂量的穿孔；及 將所述連續纖維結構拉引通過所述樹脂調配物并通過所述索環穿出，借此只將所需量的樹脂沉積到所述填充物的所述外表面上，其中通過控制線速度及所述樹脂調配物在所述容器中的樹脂高度來控制所述纖維結構與所述樹脂調配物的接觸時間，且 其中控制所述樹脂調配物的粘度以使得能夠形成厚度大體上均勻的樹脂涂層。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述待涂布的連續纖維結構呈纖維編織結構的形式，所述結構是由纏繞成編織物圖案的多個纖維束組成。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其中所述樹脂調配物包括一種或一種以上環氧樹脂及通過防止樹脂遷移到所述纖維結構的內部而修改所述經涂布的圓角填充物的不沾粘時間特性的粘度改質劑，且所述粘度改質劑基于所述樹脂調配物的總重量以5重量％到20重量％的量存在。
16.根據權利要求13到15中任一權利要求所述的方法，其中所述經加熱的樹脂調配物的粘度維持在0.50泊到1000泊的范圍內，所述容器內的所述樹脂高度維持在0.25英寸到3.0英寸(6.35mm到76.2mm)的范圍內，且所述線速度在每分鐘10英尺到150英尺(fpm)(5.08cm/s 到 76.25cm/s)的范圍內。
17.一種用于形成經涂布的圓角填充物的系統，其包括: 用于供應待涂布的干燥、連續纖維結構的來源； 位于容器中的經加熱的樹脂浴，其中所述容器具有底壁及穿過所述底壁定位的可變形索環，所述索環具有經定大小以使得所述纖維結構能夠穿過且同時控制沉積到所述纖維結構的外表面上的樹脂量的穿孔；及 用于將所述連續纖維結構拉引通過所述樹脂浴并通過所述索環穿出的機械裝置。
18.根據權利要求17所述的系統，其中所述纖維結構呈纖維編織結構的形式，所述纖維編織結構是由纏繞成編織物圖案的多個纖維束組成。
19.一種適用于樹脂灌注的三維纖維預成形件，其包括: 多層干燥、強化纖維，其經配置以形成具有至少一個空腔的三維成形結構 '及 一個或一個以上定位在所述空腔中的根據權利要求1到12中任一權利要求所述的可變形、經涂布的圓角填充物 。
【文檔編號】B29C70/22GK103492165SQ201280018835
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月24日 優先權日:2011年6月3日
【發明者】多米尼克·蓬索爾, 斯科特·阿爾弗雷德·羅杰斯, 羅伯特·布萊克伯恩, 喬納森·愛德華·米根 申請人:氰特科技股份有限公司