CN101495285A - 树脂传递模塑装置和树脂传递模塑方法 - Google Patents

树脂传递模塑装置和树脂传递模塑方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种被设计用于通过将树脂组合物注入模具且浸润模塑体来模塑纤维增强塑料模塑体的树脂传递模塑装置。树脂组合物由链式固化树脂组合物组成，并且包括链式固化树脂组合物的链式固化树脂组合物套层被布置成紧邻模塑体的外侧。链式固化树脂组合物套层具有由链式固化树脂组合物的固化特性和链式固化树脂组合物的向外散热特性所限定的纤维体积容量界限值。模塑体分离构件布置于链式固化树脂组合物容纳层和模塑体之间。

Description

树脂传递模塑装置和树脂传递模塑方法
技术领域：
本发明涉及一种树脂传递模塑(以下简称RTM，resin transfer molding)装置和一种树脂传递模塑方法，所述装置和方法适于模塑由纤维增强塑料(以下简称FRP，fiber-reinforced plastics)制成的结构件。需要特别说明的是，本发明中，通过使用CCP(链式固化树脂组合物，resin composition of chaincuring type)增加将要模塑的纤维增强塑料体中的纤维体积含量(以下简称Vf，fiber volume content)，使得纤维增强塑料具有强度高、重量轻等特点。
背景技术
近年来，辐射固化树脂，例如，紫外线(UV)固化树脂在不同的领域得到广泛的应用。然而，这类树脂仅仅是在一定剂量射线照射的位置处产生固化。另一方面，射线，例如紫外线光，在进入树脂体的过程中，强度逐渐衰减，因此，射线很难达到树脂体内更深的位置。另外，照射过程中，射线逐渐被一种在与射线相同波长的波长处具有吸收性的物质所吸收，因此，射线是逐渐衰减乃至被吸收的。
由于上述原因，光固化树脂仅仅是在几微米至几毫米的深度范围内能够被固化。即树脂无法在更深的位置被固化，因此，无法使用这类树脂做为厚料。此外，如果这种树脂含有能够阻止射线传导的填料，固化过程很容易被阻挡甚至被破坏。因此，辐射固化树脂仅被用在光阻材料、涂层、涂料、粘结剂、清漆等领域。这就是这样的树脂目前所存在的问题。
为了解决辐射固化树脂所存在的问题，开发了下列一系列的产品：
易固型紫外线固化树脂(三菱重工集团公司(Mitsubishi Rayon Co.Ltd.)开发的活性辐射固化聚合物)见专利文件1(JP8-283388A))；
紫外线-热固化树脂(由Asahi Denka公司开发的Optomer KS系列产品；Hitachi Kasei Kogyo有限公司开发的Radecure产品以及Toyo Boseki公司开发的漆酚基环氧树脂(UE resin))(见专利文件2(JP61-38023A，等)
然而，如果射线被填料等所阻挡，易固型紫外线固化树脂的固化过程极易被破坏，这个问题仍有待解决。紫外线-热固化型树脂首先是被紫外线照射，然后再被加热。紫外线-热固化型树脂的固化能力只与光固化树脂的固化能力一样高。这意味着固化厚料或固化含填料树脂所存在的问题仍没有根本解决。这些问题只能在光固化过程(在该过程中，仅仅表面层的树脂被固化)之后执行的热固化过程中被处理，这些问题没有被从根本上解决。
如果能够发明一种技术使含有辐射阻挡物质且很大程度上能够衰减和吸收辐射的厚树脂快速固化，就可以使该类树脂的应用范围从传统领域扩展到由于上述光敏树脂存在的问题所导致的无法应用的其它领域之中。特别是纤维增强塑料(FRP)树脂，碳纤维增强材料(CFRP)树脂的应用领域。
传统上，可以采用不同的加工工艺或制造方法生产纤维增强塑料。然而，多数情况下，基体树脂是热固型树脂或热塑型树脂。当模塑纤维增强塑料，特别是碳纤维增强材料时，存在至少下列问题。一、温度控制非常复杂，从而导致固化时间延长，生产成本增加；二、大的纤维增强塑料的固化需要大型加热炉。三、在正常温度下固化时间较短的树脂无法被用于制造需要较长的模塑时间的大的纤维增强塑料。四、由于温度的变化导致树脂粘度发生变化，改变了树脂浸润(impregnation)的阶段，进而使模塑过程变得困难。同时，残余的溶剂也会导致在树脂固化过程中产生空洞，降低合成模压产品的质量。
近来，使用光敏树脂做为基体的解决方案引起广泛的关注。由Loctite公司开发的纤维缠绕方法是基体树脂固化方法的典型代表，这种方法结合采用紫外线固化过程和热固化过程(Loctite公司的纤维/树脂组合物及其制备方法)(见专利文件3(JP7-507836A))。然而，使用组合物的这种FRP模塑方法在执行过程中存在以下问题。首先，纤维增强塑料被树脂浸润，但仍未固化。随后，使用紫外线照射纤维增强塑料，从而导致纤维增强塑料的表层被固化。而且，内层很大程度上也成为凝胶状。这使得可以在一定程度上保持其形状以及浸润状态。最终，通过加热完成固化过程。
不可否认，在这种工艺中，温度变化导致的树脂粘度变化是十分轻微的。除此以外，树脂浸润完成后的操作过程十分易于进行。然而，在整个固化过程中，热固过程是必不可少的。由此导致燃料和光成本支出增加，处理时间延长。这些因素和其它因素结合在一起，使得生产成本增加。除此以外，还存在完成固化时间延长，大的纤维增强塑料的固化需要大型加热炉等问题。
考虑到传统辐射固化树脂和纤维增强塑料，特别是，碳化纤维增强塑料的种种缺点，发明人研究了一种通过辐射含有辐射阻挡物质的厚树脂材料使其固化的技术，以及一种纤维增强塑料，特别是碳纤维增强塑料的辐射固化技术。因此，发明人开发了一种全新的有关链式固化树脂组合物的技术。该技术包括一种新的树脂固化方法，使用这种方法可以固化具有相当大辐射阻挡特性的材料。例如，碳、碳纤维(CF)、金属、含无机填料的树脂(例如碳纤维增强塑料、含有树脂的碳/金属/无机物质等)。这种技术也包括该方法所使用的组合物，该方法所生产的模具制品，基于该方法的模塑方法。见专利文献4(JP11-193322A)和专利文献4(JP2001-89639A)。
下列是专利文献列表：
专利文献1：JP8-283388A
专利文献2：JP61-38023A
专利文献3：JP7-507836A
专利文献4：JP11-193322A
专利文献5：JP2001-89639A
发明内容
本发明所要解决的问题
本发明的目的是为了解决上述问题。然而，由于发现即使使用这样的树脂时也存在一种情况，即纤维增强塑料体中纤维体积含量的增加抑制了链式固化过程的进行。为此，在专利JP2005-216690A，发明人公开了一种有关树脂传递模塑方法的发明。值得注意的是，当该发明申请的时候，该发明并不十分著名，因此，相对于目前的发明，该发明并没有构成技术优势。
上述发明涉及下列方法。纤维增强材料预先放置在模具中。树脂注入管、抽吸管被提供。两个管与模具的内部相连通。通过抽吸，模具的内部压力降低。同时，树脂组合物被注入模具之中，从而，树脂组合物浸润纤维增强材料。这种工艺具有下列特性：1)上述的树脂组合物是链式固化树脂组合物。2)当CCP内的固化反应开始以后，在从固化反应开始后的10秒钟之内，CCP内的固化区域的前端的最高温度从固化反应开始之前到树脂填充过程结束之后的树脂组合物的温度增加了50摄氏度或者更多。3)树脂组合物是链式固化的，且纤维体积含量Vf不低于41％。
上述发明涉及下列方法。纤维增强材料放置在模具中。树脂注入管、抽吸管被提供。两管与模具的内部相连通。经抽吸，模具的内部压力降低。同时，树脂组合物被注入模具之中。从而，树脂组合物浸润纤维增强材料。这种工艺具有下列特性：1)上述的树脂组合物是链式固化树脂组合物。2)当CCP中固化反应开始以后，在从固化反应开始后的10秒钟之内，CCP内的固化区域的前端的最高温度增加，以至于最高温度不低于固化反应开始时的树脂组合物的温度。3)树脂组合物是链式固化的，且纤维体积含量不低于41％。
根据对上述发明的描述，这种树脂传递模塑装置具有下列优点：
1)在模具中具有用于储存树脂组合物的树脂储存池。在储存池中对树脂组合物进行固化，可以使树脂组合物的温度在固化反应结束之后立即上升。
2)在树脂注入管或抽吸管上安装有射线辐射窗口。通过辐射窗口，可以使用射线对树脂组合物进行照射，从而引发CCP中的固化反应。另外，树脂储存池中的树脂组合物被链式固化。这可以使树脂组合物的温度在固化反应结束之后立即上升。另外，作为上述纤维增强材料，碳纤维也可以被用于该方法。然后，电加热碳纤维可以使树脂组合物的温度在固化反应结束以后立即上升。
尽管具有十分独特的优势，上述发明仍然存在一些问题有待解决。在上述发明中，CCP被简单且直接地应用于树脂传递模塑装置之中。因此，假如被模塑的FRP很大，或者纤维增强塑料(FRP)体中纤维体积含量Vf很大，可能存在碳纤维必须被电加热或者很难保证树脂处于良好的浸润状态的情况。由此而知，该种方法要求很高的纤维体积含量不会限制链式固化过程，此外还要求具有良好的树脂浸透性能。
鉴于上述问题，该发明的目的是为了提供一种树脂传递模塑装置和一种树脂传递模塑方法，该树脂传递模塑装置和模塑方法可以被用来制造强度高、重量轻且质量稳定的模具产品。
解决上述问题的方法：
本发明的目的是通过一种树脂传递模塑装置来实现的。该装置包括下列部件：
其中具有由增强纤维材料制成的模塑体的模具；
连通模具内部的树脂注入管；
构造用于降低模具内部压力的抽吸管；
其中，树脂组合物被注入模具内以浸润模塑体从而获得FRP模塑体；
其中，树脂组合物是CCP；
含有CCP的CCP容纳层，布置成邻近模塑体的外侧；
布置于CCP容纳层和模塑体之间的模塑体分离构件；
导热抑制构件，布置于CCP容纳层和模具之间且适于阻止热量从CCP容纳层所在的一侧传导到模具所在的另一侧；以及
布置于CCP容纳层和模塑体之间的模塑体分离构件，
CCP容纳层和导热抑制构件相组合，以具有由CCP的固化特性和CCP的向外散热特性所限定的Vf界限值。
树脂传递模塑装置装置具有下列5个特性：
1)树脂传递模塑装置装置包括：模层体，模层体由用于模塑体分离构件、CCP容纳层、绝热装置这三种装置相互叠加而组成；同时，还包括树脂储存池，树脂储存池设置在模具中并结合到树脂传递模塑装置。
2)CCP容纳层包括CCP套层，CCP套层中填充着由树脂注入管注入的CCP，CCP套层被设置在模塑体的一侧或两侧均有。
3)导热抑制构件由导热率为0.3W/(m*K)或低于此值的绝热材料组成；
4)面向模塑体的CCP套层的表面是多孔的。
5)CCP套层和模塑体具有结合有线网的多孔板。
另一方面，本发明中的树脂传递模塑装置装置则是由：
其中具有由增强纤维材料制成的模塑体的模具；
连通模具内部的树脂注入管；
构造用于降低模具内部压力的抽吸管；
其中，树脂组合物被注入模具内以浸润模塑体从而获得FRP模塑体；
其中，树脂组合物是CCP；
CCP套层，构造成结合到模塑体且设计成填充有由树脂注入管引入的CCP，其中，CCP套层布置在模塑体的一侧或模塑体两侧的每一侧；
导热抑制构件，布置于CCP容纳层和模具之间且用于阻止热量从CCP容纳层所在的一侧传导到模具所在的另一侧；以及
布置于CCP容纳层和模塑体之间的模塑体分离构件；
其中，模层体由模塑体分离构件、CCP容纳层和导热抑制构件相互叠加，以组成沿模塑体的纵向方向延伸的模层体；
其中，CCP注入口所在的模层体的一侧与树脂注入管相连；
其中，模层体的另一侧与抽吸管相连；
其中，CCP容纳层和导热抑制构件相组合，以具有由CCP的固化特性和CCP的向外散热特性所限定的Vf界限值。
本发明提供了一种模塑方法，该方法利用树脂传递模塑装置模塑模塑体。
本发明提供了一种利用树脂传递模塑装置模塑模塑体。
本发明的优点在于：
本发明提供一种树脂传递模塑装置和一种树脂传递模塑方法。该树脂传递模塑装置和模塑方法可以被用来制造具有强度高、重量轻且质量稳定等特性的模具产品。
该发明能够在模塑体浸润CCP且使其固化时将纤维体积含量保持在一个适当值。下列构造使该发明具有上述优点。提供CCP容纳层，该层含有CCP。且CCP容纳层安装在模塑体的一侧或两侧的每一侧旁边。提供导热抑制构件，该装置安装在位于模塑体的一侧或两侧的每一侧旁边的CCP容纳层和模具之间。该结构可以使纤维体积含量保持恒定值或更高。CCP容纳层和导热抑制构件组合，以允许纤维体积容量保持在一定的界限值内。该界限值由CCP的固化特性和当热量从CCP向模具外表面传导过程中热量的耗散特性所限定的。
根据本发明实施例，CCP以一种期望的供应方式通过树脂注入管注入到CCP容纳层，该CCP容纳层安装在模塑体的一侧或两侧旁边。此外，在CCP容纳层的终端部分(远离入口处)，抽吸管抽吸CCP容纳层的内部(CCP套层)，这导致CCP容纳层内的CCP通过树脂层或者多孔板浸润模塑体。另一方面，导热抑制构件(绝热材料，例如木材等)安装在CCP容纳层(CCP套层)的两侧，该装置确保将热量由CCP容纳层传导到模具内，防止模塑体的温度在其全长范围内降低。此外，链式固化树脂组合物的注入量以及导热抑制构件的导热能力可以被调整，防止纤维增强材料模塑体的温度过快升高。在这种条件下，含有形成CCP容纳层的CCP的模塑体能够被固化(链式固化)。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的RTM模塑装置的总体示意图，该图包括模塑体的纵截面图。
图2是沿图1的A-A线的纵截面图。
图3(a)和图3(b)分别代表平面图和截面图，描绘了CCP套层(jacket)。
1：模具；1a：上模；1b：下模；3：链式固化树脂组合物(CCP)套层；4：绝热体(导热抑制构件)；5：模塑体(增强纤维材料)；7：模具隔板；8：树脂注入管；8a，11：开关双位阀；9：抽吸管；12：辐射窗口；13：铝块；14：树脂池；15：压力容器；15a：吸入口；16：树脂箱；17：温度计；20：控制装置；21：树脂流量计；28：多孔板；30：模层体；30a：模层体上部水平部分；30b：模层体垂直部分；30c：模层体下部水平部分
具体实施方式：
结合附图，在实施例的基础上，对树脂传递模塑(RTM)模具以及树脂传递模塑(RTM)方法进行详细说明。
图1是总体示意图，包括根据发明的一个实施例的树脂传递模塑装置中模塑体的沿宽度方向的截面图。即，纤维增强材料模塑体设置成沿着垂直于图1纸面的方向延伸。图2是沿图1的A-A线的截面图。图2是纤维增强材料模塑体的部分截面图。模塑体沿垂直于模塑体的纵向的方向被分开，模塑体的上半部和下半部被移开。因此，在图2中，垂直方向(在图中用箭头L表示)是模塑体的纵向方向。
在图1和图2中，作为基础使用的模具是由上模1a和下模1b组成。在上、下模之间夹有模层体30，随后将详细描述模层体30。图中出现两次的标记6表示密封物。这种密封物用于密封模具的上模1a和下模1b之间的接合面。模塑体的纵向方向与图2中L型箭头所标识的垂直方向相对应。实际上，上模1a是指模具的右半部，类似的，下模1b是指模具的左半部。然而，在模具领域，这些术语是不常用的。因此，全文使用了术语“上模”和“下模”。
树脂储存池14(图中未显示)位于模具1的上半部(即沿模塑体纵向方向看到的上半部)。另外，树脂储存池14位于模层体30的上端部。另外，树脂储存池14面向抽吸管9。树脂储存池使吸入空间加倍。
树脂注入口14a位于模具的下端部。注入口14a与树脂注入管8相连。注入管8由铜管制成(也可以用其他材料制成)。另一个树脂储存池(图中未显示)位于模层体30的下端部。另外，该树脂储存池面向树脂注入管8。树脂储存池可以使树脂注入到模层体30的下端部。即，树脂储存池用于防止上模1a和下模1b阻止树脂注入模层体30的下端部。
树脂注入管8与树脂箱16相连。树脂箱16设置于压力容器15内。注入管8配备有开关双位阀8a，用于开、关注入管8。
该实施例构造成在注入树脂时向压力容器15加压。然而，该装置也可被修改以便于使用树脂注入泵从树脂箱内注入树脂。
如上所述，标记9表示抽吸管。管9由铜管制成(也可以用其他材料制成)。管9与真空泵(图中未显示)相连。管9通过吸入口15a与树脂存储池(吸入空间)连通，如上所述。标记11表示开-关双位阀，用于开、关管9。
抽吸管9配备有铝块13。铝块13安装有辐射窗12。辐射窗12透射辐射。铝块13呈大体立方体形状。辐射窗12上安装有玻璃。铝块13安装有另一个树脂存储池。
除了铝以外，块13还可以用其他材料制成。然而，这种材料必须满足两个要求：一是块所用材料必须是树脂池形成材料；二是这种材料必须满足能够安装辐射窗12。
铝块13也可以被安装到树脂注入管8。
从压力箱15到开、关双位阀11，整个结构均被密封。
如图1所示，模层体30由第一水平部分30a、第二水平部分30c和垂直部分30b组成。模层体30从宽度方向上看呈大体Z型。
图2是模层体30的纵截面图。标记5表示模塑体。模塑体5呈管状，由例如增强纤维材料组成。而增强纤维材料则是由增强纤维材料制成的机织织物层叠布置形成。增强纤维可以是例如玻璃纤维、碳纤维或芳香尼龙纤维(aramid fiber)等。
图中出现两次的标记3表示链式固化聚合物套层(chain curing polymerjacket，CCP jacket)。链式固化组合物套层3安装成相邻于模塑体5的一个外侧，另一个链式固化组合物套层3则安装成相邻于模塑体5的另一个外侧。套层3中填充了CCP。这种树脂组合物是链式固化的，从树脂注入管8中注入。
CCP套层3可以由不同的构件、不同的方法构造。然而，如上所述，任何结构必须能够容纳大量树脂。
图3显示其中一种结构。图3(a)是套层3的平面图。图3(a)是概念图。图3(b)是套层3沿图3(a)中B-B方向的剖面图。
套层3是由纵向套层壁301、上表面薄膜302和下表面薄膜303组成。套层壁301沿被注入后的树脂流动方向延伸。套层3包括多个紧邻的凹槽。
CCP套层3可以由被称之为波纹状塑料纤维板、中空板(可用商品，例如商标名为“twin plate”，由Ube-Nitto Kasei Co.，Ltd制造)的材料制成。这些材料均由聚碳酸酯制成。此外，这些材料是板状的。并且这些材料每一种均具有与纤维板相同的剖面结构。很明显，套层由高度刚性、耐热材料制成，例如木材、陶瓷、金属等。即套层3可以由不同种类的任一种材料制成，例如，和纤维板有相同断面的中空板材、蜂巢结构材料、网状材料(例如树脂网、线网等)以及不同形状的波纹板材料等。
图3(a)和图3(b)是概念性描述。CCP套层3应设计成凹槽根据形状与模塑体相对应。例如，如果模塑体5呈弓状，则凹槽适合于沿曲线延伸。
套层3最好由与不同种波纹板材料、中空板材料中的任一种有相同剖面的材料制成。如果是中空板材料，凹槽可以被用做一个通道，用于布置测量装置等，例如，热电偶。
上表面膜302和下表面膜302中的一个面对模塑体5。该膜有限定其中的细孔304，细孔304被构造穿透薄膜。细孔304每一个的直径在大约1-2毫米。细孔304沿凹槽布置。每一对相邻的细孔304以大约1-2厘米的间隔距离相互间隔。
CCP套层的厚度由纤维体积含量的最佳值确定。纤维体积含量值则是基于CCP的固化特性以及向外传导的热辐射的特性。厚度通常大约在0.5毫米到20毫米。1毫米到10毫米较好，2毫米到6毫米更佳。如果厚度小于0.5毫米，这使得安装套层困难。此外，很大程度上增加了散发到外界的热量。如果厚度大于20毫米，很大程度上增加了无用树脂的数量。转而，这可能增加了成本。
如图2所示，模塑体5与每一个套层3之间均夹有脱模隔板7。每一个隔板7均放置在模塑体5上。隔板7由3TLL、脱离层(peel ply)等制成。隔板的作用是将模塑体5与套层3相分离。隔板7的外侧上布置有多孔板28，多孔板28由带孔金属板或线网制成。
一个套层3的外侧对上模1a，另一个套层3的外侧对下模1b，两外侧和上模1a和下模1b之间有绝热材料4分别插入其中，绝热材料4构成导热抑制构件。构件适于阻止热量由套层3分别传导到上模1a和下模1b。此外，两外侧与绝热物质4分别有Teflon板90插入其中，“Teflon”是注册商标。
绝热材料4适于增强树脂中的链式固化反应。因此，材料4最好由木材制成，原因是木材具有成本低、隔热效果好的特点。然而，像下边将要描述的，模塑体5的温度是被控制的。因此，可以采用具有变化导热率的材料。
即，绝热材料4的导热率是0.3W/(m*K)或更小。导热率是0.2W/(m*K)或更小较好。导热率是0.1W/(m*K)或更小更佳，该类绝热材料是，例如，木材、绝热板等。
本发明中，使用套层3与绝热材料4的导热抑制构件被设计用于使链式固化组合物以不超过界限值的一定纤维体积含量进行固化成为可能。纤维体积含量是指由纤维增强塑料制成的模塑体中纤维的含量。纤维体积含量的界限值是由CCP的固化特性(随后描述)和热量经使用绝热构件的导热抑制构件从CCP套层3向外传导的特性所限定的。举例说明，如果意欲使得CCP以纤维体积含量不超过43％进行固化，则所述构件被设计使可以不低于43％的任何值固化链式固化树脂组合物。
如上所述，CCP是链式固化的树脂组合物。根据本发明，CCP被用于树脂传递模塑装置。CCP是一种被注入CCP套层3中的基体树脂。当CCP暴露在射线，例如紫外线，等，CCP开始固化。固化过程中，CCP使用固化反应所产生的热量引发链式固化反应。
即，在上述暴露在辐射下的CCP中，暴露于辐射的区域开始固化，随后，固化反应所产生的热量在该区域引发了连锁固化反应。因此，不管辐射是否穿透除了CCP表层以外的区域，射线是否被障碍物所阻碍且无法进入CCP表层以外的区域，固化过程均可以完成。因此，即使在较深的深度，CCP也被快速固化。例如，1厘米厚的碳纤维增强塑料(CFRP)可以在3秒钟内被完全固化。
该CCP是JP11-193322A披露的树脂组合物。这种组合物按特定的重量配比包括：阳离子催化聚合作用光/热引发剂；和阳离子催化聚合作用光引发剂。在这种树脂组合物中，1厘米厚的CFRP可以在3秒钟内被固化。
JP11-193322A披露的一种高级树脂组合物按重量计算包括100份光聚合树脂；0.5-6份由至少两种物质组成的做为光聚合引发剂的组分。光聚树脂可以由下列各物组成的组中选取：可光聚合环氧组合物，例如，脂环族环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、环氧化聚烯烃等；和乙烯基醚组合物。一种高级树脂按1∶4的重量配比包括，做为阳离子催化聚合作用光/热引发剂的组分；和阳离子催化聚合作用光引发剂。
聚合作用光/热引发剂可以通过光或热中的一种、或者光、热两种共同引发聚合作用(见JP7-300504A，0002部分)。
做为选择，可以使用JP2001-89639A披露的一种链式固化树脂组合物。这种链式固化的树脂组合物使用一种铁-丙二烯组合物作为特定的光聚反应引发剂。此外，这种树脂组合物按一定比例包括：1摩尔能够与做为固化剂的组分反应的光聚树脂；和0.1-1.4摩尔做为固化剂的组分。两种组分共同作用能够在树脂组合物中引发固化反应；或者，使用一种特殊的锍盐。此外，这种树脂组合物包括：1摩尔能够和做为固化剂的组分反应的光聚树脂；和0.1-1.4摩尔做为固化剂的组分。此外，这种树脂组合物按重量计算包括，100份除了做为光聚反应引发剂的组分以外的所有组分；和0.1-6份做为光聚反应引发剂(photopolymerization initiator)的组分。当暴露在UV光(紫外线光)，所有这些共同作用在树脂组合物中引发固化反应。
做为选择，美国专利号为6245827B1披露的一种来自美国Elementis Co.，Ltd的树脂组合物可以被使用。作为一种光聚树脂，这种树脂组合物包括脂环族环氧树脂、乙烯基醚或者两者中的一种与环氧聚烯烃组成的混合物。此外，这种树脂组合物至少包括一种有机过氧化物制成的热聚合反应引发剂和一种添加的阳离子催化聚合作用光/热引发剂。此外，这种树脂组合物还包括一种α羟基酮(α-hydroxyketone)作为敏化剂。所有这些共同作用能够在这种树脂组合物中引发固化反应。
另一种基体树脂，例如，是由美国Elementis Co.，Ltd公司制造的。这种树脂组合物能够引发上述相同的固化反应。这种树脂组合物，例如可以是：乙烯基醚树脂组合物；含缩水甘油的树脂组合物；氧杂环丁烷树脂组合物；或者基组合物(radical composition)。
在图1中，多处地方标出的标记17表示由热电偶等组成的温度计。多个温度计17以预定距离(例如，大约4厘米)相互分隔。温度计17布置在模塑体5上。另一种选择是，温度计17被布置在套层3上，邻近模塑体5。从与树脂注入管8相连的入口侧到入口侧的对面侧，温度计17按顺序排列，并且与抽吸管9相连。因此，温度计17适于测量模塑体5的温度。
标记21表示树脂流量计。流量计21布置在管8中。流量计适于测量注入套层3中的CCP的流量。
标记20表示控制装置，构件20接收由每个温度计17测量的模塑体5的温度信号。构件20也接收流量计21所测量的注入CCP的流信号(flowsignal)。这些操作对每一个模塑产品执行。这使得保持产品质量的一致性成为可能。构件20在被测量的注入CCP的流的基础上执行控制操作，以确保CCP以适当的流注入套层3。
在上述构造的树脂传递模塑(RTM)装置中，容纳模塑体5的模层体30位于上模1a和下模1b之间，然后，密封材料6防渗漏地密封上模1a和下模1b之间的接合面。
随后，CCP脱气后被放入压力容器中的树脂箱。树脂注入管8中的开关阀门8a被关闭。接着，从压力容器15到阀门8a之间的管部分逐渐被抽空(即管内部压力降低到足够低)。随后，开关阀11打开。真空泵(图中未显示)开始抽空抽吸管9。这引起模具1被抽空(即模具内部压力降低到足够低)，压力容器的内部被加压到正常压力或几个大气压。随后，管8中的阀门8a和管9中的阀门11打开，储存在压力容器15中的树脂箱16内的CCP(链式固化树脂组合物)通过管8被排出并进入CCP套层中，这使得套层3中填充了CCP。
注入到CCP套层3中的CCP流经上述凹槽。随后，CCP经由覆盖凹槽表面的薄膜上限定的微孔304流出。随后，CCP流经脱模隔板7(以及流经多孔板28)。紧接着，CCP渗透模塑体5。这导致模塑体5被CCP浸润。
这也导致模层体30上端部的树脂池储存了树脂。这也导致模层体30上端部的铝块12内储存了树脂。
当套层3内完全充满CCP时，这被树脂流测量所确定。一经确定，开关阀11被关闭。随后，压力容器内部被加压至，例如，6个大气压。随后，在压力下，树脂被注入。套层3因此被树脂更好地浸润，由此也导致无空隙浸润。然后，真空泵(图中未显示)停止工作。这结束了CCP浸润模塑体5的操作。
紧接着，射线通过配置在铝块13中的辐射窗口12来照射CCP树脂，使其固化。紫外线固化树脂组合物被紫外光照射。这引发CCP中的链式固化。链式固化反应可以由不同类型的辐射引发。然而，只有在铝块13或铜管(即管9)被部分加热的情况下，固化反应才可能发生。
如上所述，铝块13具有其中形成的树脂池。当固化被紫外线等引发时，然后，这将导致链式固化。这引起抽吸管9中的树脂被顺序链式固化。链式固化反应进行到树脂池14。树脂池14中仅容纳CCP树脂。因此，链式固化反应快速通过了树脂池14以及Z型模层体30中的Z型通道到达模层体30的下端部。即，链式固化反应在从抽吸管9到注入管8的方向上通过了整个Z型长度。
如上所述，另一个树脂池配置在模层体30的下端部。该存储池朝向抽吸管8。该存储池可配置有热电偶。被设计成当热电偶探测到固化反应产生的热量时，这引起朝向注入管8的阀门8a被关闭。这阻止了压力容器15中剩余的树脂被链式固化。压力容器内部被加压至大约6个大气压直至固化反应终止。在该实施例中，树脂的浸润过程可以以热电偶监控朝向注入管8的树脂池以及加压模层体30内部至固化反应刚好结束的良好方式全程进行。
当CCP中的固化反应开始后，在固化反应开始后的10秒钟(5秒钟较有利，3秒钟更有利)内，CCP内的链式固化区域的前端部分的最高温度从超过浸润过程结束后、固化反应开始前的树脂组合物的温度起增加50摄氏度或更多。发明人证实50度或以上的温度差可以引起固化反应进行。温度差为70摄氏度或更高较为有利。温度差为100摄氏度或更高最为有利。当温度差保持稳定，这使得能够在执行操作的整个过程中保持对模塑操作(例如固化反应开始前的树脂注入)有利的树脂特性(例如树脂粘度)。
链式固化过程中，CCP内的固化区域的前端部分的正温度变化率是每秒钟300摄氏度或更高，每秒钟600摄氏度或更高较为有利，每秒钟1000摄氏度或更高时最佳。
上述有益的效果能够通过下列可供选择的方法获得：当CCP中的固化反应开始后，在固化反应开始后10秒钟(5秒钟较为有利，3秒钟更为有利)内，CCP中的链式固化区域的前端部分的最高温度达到不低于热固反应开始时树脂组合物中的温度。除了热固反应开始时的温度，较为有利的是达到不低于20摄氏度时的温度。而且，更为有利的是达到不低于50摄氏度时的温度。热固反应开始时的温度是被由不同的温度扫描仪(DSC)(温度增加值是每秒钟10摄氏度)测定的热固反应开始时的温度(开始值)和热固反应结束时的温度(结束值)限定的。
如果碳纤维被用作CCP的纤维增强材料，并且如果纤维体积含量达到不低于41％的值，即使是链式固化树脂组合物也难以被充分固化。在该实施例中，树脂存储池14和树脂套层3共同作用使链式固化反应不间断地进行成为可能。
在本发明中的模塑装置，41％-70％的纤维体积含量足以确保链式固化反应不间断进行。
根据本发明实施例，树脂传递模塑装置如上所述被构造。该实施例包括下列结构。上模1a和下模1b之间有模塑体5布置在其中。模塑体5由增强纤维材料制成。CCP套层沿模塑体5的纵向方向布置。套层3分别紧邻模塑体5的两外侧布置。套层3中填充CCP(链式固化树脂组合物)，其中一个套层3的外侧面对上模1a，另一套层3的外侧则面对下模1b。两外侧以及上模1a和下模1b之间分别有绝热物质4插入其中。绝热物质4组成导热抑制构件。该构件适于阻止热量由套层3传导到上模1a和下模1b。此外，外套层3和模层体4分别有多孔板28布置其间。多孔板28由带孔金属板，线网等制成。
上述结构使以一种预期的供应方式将CCP树脂由注入管8注入套层3中成为可能。套层3在模塑体5的两外侧分别沿模塑体5纵向方向布置。上述结构可以使当抽吸管9由套层3中吸取CCP树脂，CCP树脂经多孔板28浸润模塑体5成为可能。
上述结构也可以使链式固化模塑体5的正常进行成为可能，不会发生下列两种情况。第一种情况是在模塑体5的全长上温度下降；第二种情况是温度过度上升。第一种情况可以通过利用导热抑制构件阻止热量由套层3传导至上模1a和下模1b。如上所述，该构件例如是分别沿套层3的两外侧布置的绝热物质4。第二种情况可以通过适当地调整导热抑制构件的导热能力而防止其发生。
工业应用性
本发明涉及一种树脂传递模塑(RTM)方法和模塑纤维增强塑料(FRPs)时使用的树脂传递模塑(RTM)装置。特别是，该发明涉及使用链式固化树脂(CCP)，这是一种链式固化类型树脂组合物。该发明由此增强被模塑的纤维增强塑料(FRPs)体中的纤维体积含量。此外，本发明使获得质量轻的模塑体成为可能。

Claims (10)

1、一种树脂传递模塑装置，包括：
其中具有由增强纤维材料制成的模塑体的模具；
连通模具内部的树脂注入管；
构造用于降低模具内部压力的抽吸管；
其中，树脂组合物被注入模具内以浸润模塑体从而获得纤维增强塑料模塑体；
其中，树脂组合物是链式固化树脂组合物；
含有链式固化树脂组合物的链式固化树脂组合物容纳层，布置成邻近模塑体的外侧，且具有由链式固化树脂组合物的固化特性和从链式固化树脂组合物向外的散热特性所限定的纤维体积含量界限值；以及
布置于链式固化树脂组合物容纳层和模塑体之间的模塑体分离构件。
2、一种树脂传递模塑装置，包括：
其中具有由增强纤维材料制成的模塑体的模具；
连通模具内部的树脂注入管；
构造用于降低模具内部压力的抽吸管；
其中，树脂组合物被注入模具内以浸润模塑体从而获得纤维增强塑料模塑体；
其中，树脂组合物是链式固化树脂组合物；
含有链式固化树脂组合物的链式固化树脂组合物容纳层，布置成邻近模塑体的外侧；
导热抑制构件，布置于链式固化树脂组合物容纳层和模具之间且适于阻止热量从链式固化树脂组合物容纳层所在的一侧传导到模具所在的另一侧；以及
布置于链式固化树脂组合物容纳层和模塑体之间的模塑体分离构件，
其中，链式固化树脂组合物容纳层和导热抑制构件相组合，以具有由链式固化树脂组合物的固化特性和链式固化树脂组合物的向外散热特性所限定的纤维体积含量界限值。
3、如权利要求1或2所述的装置，包括：
由模塑体分离构件、链式固化树脂组合物容纳层和导热抑制构件相互层叠而组成的模层体；
树脂池，配置在模具中，被构造成结合到模层体；
4、如权利要求1或2所述的装置，其中，链式固化树脂组合物容纳层包括填充有由树脂注入管中注入的链式固化树脂组合物树脂的链式固化树脂组合物套层，其中，链式固化树脂组合物套层布置在模塑体的一侧或模塑体两侧的每一侧。
5、如权利要求2所述的装置，其中，导热抑制构件包括导热率是0.3W/m*K或更小的绝热材料。
6、如权利要求4所述的装置，其中，模塑体所在的链式固化树脂组合物套层的表面是多孔的。
7、如权利要求4所述的装置，其中，链式固化树脂组合物套层和模塑体之间具有结合有线网的多孔板。
8、一种树脂传递模塑装置，包括：
其中具有由增强纤维材料制成的模塑体的模具；
连通模具内部的树脂注入管；
构造用于降低模具内部压力的抽吸管；
其中，树脂组合物被注入模具内以浸润模塑体从而获得纤维增强塑料模塑体；
其中，树脂组合物是链式固化树脂组合物；
链式固化树脂组合物套层，构造成结合到模塑体且设计成填充有由树脂注入管引入的链式固化树脂组合物，其中，链式固化树脂组合物套层布置在模塑体的一侧或模塑体两侧的每一侧；
导热抑制构件，布置于链式固化树脂组合物容纳层和模具之间且用于阻止热量从链式固化树脂组合物容纳层所在的一侧传导到模具所在的另一侧；以及
布置于链式固化树脂组合物容纳层和模塑体之间的模塑体分离构件；
其中，模塑体分离构件、链式固化树脂组合物容纳层和导热抑制构件相互叠加，以组成沿模塑体的纵向方向延伸的模层体；
其中，链式固化树脂组合物注入口所在的模层体的一侧与树脂注入管相连；
其中，模层体的另一侧与抽吸管相连；
其中，链式固化树脂组合物容纳层和导热抑制构件相组合，以具有由链式固化树脂组合物的固化特性和链式固化树脂组合物的向外散热特性所限定的纤维体积含量界限值。
9、一种使用权利要求1到8中任一项所述的树脂传递模塑装置模塑模塑体的树脂传递模塑方法。
10、一种使用权利要求9所述的树脂传递模塑方法模塑的模塑体。
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