CN102196898A - 聚合物基复合材料的改进加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了从成形的预浸料坯和预浸料叠层和用其形成的复合材料中去除挥发性组分的系统和方法。将一个或多个成形的预浸料坯或预浸料叠层置于外壳中，将不凝气体流通入到成形的预浸料坯或预浸料叠层的至少一个表面附近，提高挥发性物质从成形的预浸料坯或预浸料叠层中去除的速率和/或完全性。成形的预浸料坯或预浸料叠层还可以处于热、真空、和外部压力下，以促进挥发性组分的去除。用所述方式减少挥发性物质的成形的预浸料坯或预浸料叠层还可以用热、外压和/或真空加固。有益的效果是，在加工期间可以减少基体流失和减少纤维移动，减少制造时间和改善部件质量。

Description

聚合物基复合材料的改进加工方法
技术领域
本发明公开的实施方案涉及聚合物基复合材料，具体而言，涉及从预浸料坯和预浸料叠层以及由其形成的复合材料中去除挥发性组分的方法。
背景技术
纤维补强聚合物基复合材料(PMC)是高性能结构材料，通常用于需要高强度和/或低重量的应用中。这样的应用的实例包括飞机构件(例如机尾、机翼、机身、螺旋桨推进器)、船体、和自行车框架。PMC包含纤维层，所述纤维层用基体材料例如聚合物树脂粘合在一起。纤维增强基体，承受复合材料支撑的大部分负荷，而基体仅承受复合材料支撑的小部分负荷，并将负荷从断裂纤维转移至完整纤维。通过这种方式，PMC可以支撑比基体或纤维单独支撑的更大的负荷。
PMC可以用一层或多层预浸渍纤维层或预浸料层组成，其中在生产PMC之前，基体材料与纤维材料混合。预浸料铺叠成层，是使预浸料纤维在所选择的结构中取向的一层或多层预浸料层的组装。叠层可以进一步经受热、真空和压力，以加固并使叠层成型为期望的复合部件。为了易于预浸料的生产，基体材料可以溶解在溶剂中。对于某些基体材料例如聚酰亚胺树脂，溶剂通过为预浸料提供足够的可塑性以采取模具的形状和/或提供粘性而有利于模塑加工。
复合材料加工的挑战是达到低孔隙度复合材料。孔隙度对PMC是有害的，因为其可以削弱基体的机械性能，从而削弱PMC的机械性能。高孔隙度是用具有高浓度溶剂的预浸料生产PMC中特别面临的问题。在一个实施例中，挥发性组分，如挥发性有机化合物(VOC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、和水，可以作为溶剂存在于基体中，或可以通过化学反应在基体中产生。具有较低沸点的挥发性组分可以连续进入气相，并在预浸料的加工期间被捕获，而具有较高沸点的挥发性组分可以在复合材料加工期间在液相中保留较长时间，并在复合材料中也被捕获成为气孔。
然而，从PMC预浸料坯和预浸料叠层中去除挥发性组分是用预浸料坯和叠层制备PMC中面临的显著问题。例如，尽管可以通过升高预浸料坯或预浸料叠层的温度至预浸料坯或叠层中的溶剂在真空下沸腾的温度，然而沸腾过程可导致树脂从预浸料坯和叠层中显著损失或流失。所述流失是有问题的，因为必须通过添加更多的树脂至预浸料坯或叠层中来补偿所述树脂损失，这增加了生产PMC的成本。在另一方面，显著的沸腾可导致纤维从其预定的方向上变形或起皱，潜在削弱了如此生产的PMC的机械性能。另外，还可能需要大量的时间或额外的加工步骤以去除期望量的溶剂，这进一步增加PMC的生产成本。
发明内容
在一个实施方案中，本发明提供了从成形的预浸料坯中去除挥发性组分以产生挥发性降低的预浸料的方法。所述方法包括，将不凝气体流通入到外壳中的成形的预浸料坯的附近，其中所述气体将一种或多种由成形的预浸料坯中产生的挥发性组分从成形的预浸料坯中带走。在本方法的一些实施方案中，在处于不凝气体流中时，至少一部分成形的预浸料坯或者位于模具的附近，或者与模具接触。
在另一个实施方案中，本发明提供形成挥发性降低的预浸料叠层的方法。所述方法包括将一个或多个成形预浸料坯添加至叠层中，以形成成形的预浸料叠层，而后依据上述从成形的预浸料坯中减少挥发性组分的方法减少挥发性物质。在另一个实施方案中，提供形成挥发性降低的预浸料叠层的方法，其中组装一个或多个成形预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的预浸料叠层的任何组合，其中一个或多个是挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的预浸料叠层，通过上述不凝气体流进一步减少挥发性物质。
在另一个实施方案中，提供挥发性降低的预浸料叠层。所述挥发性降低的预浸料叠层包含由依据上述方法制成的挥发性降低的叠层。
在另一个实施方案中，提供制造纤维补强复合材料的方法。所述方法包括在外壳中的成形预浸料坯或预浸料叠层的至少一个表面附近通入不凝气体流，以将至少部分从预浸料叠层中释放的挥发性组分从临近所述至少一个表面的位置去除。在另一个实施方案中，提供制造纤维补强复合材料的方法，其中一个或多个上述挥发性降低的叠层、成形的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的预浸料坯的任何组合，其中至少一个是挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的叠层，被组合并用真空、压力和热之一进行加固和固化成具有所选择的形状的纤维补强复合材料。
在另一个实施方案中，提供纤维补强复合材料。所述复合材料包含一个或多个成形预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的预浸料叠层的任何组合，其中至少一个是挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的叠层，其在施加热、压力、和真空中的至少一种下被加固形成纤维补强聚合物复合材料，基于纤维补强聚合物复合材料的总体积，其多孔性为约0-30体积％。
在另一个实施方案中，提供挥发性降低的预浸料坯。挥发性降低的预浸料坯包括依据上述从成形的预浸料坯中去除挥发性组分的方法形成的挥发性降低的预浸料坯。
在另一个实施方案中，提供促进组件的粘合剂粘合的方法。所述方法包括在两个或多个组件的界面中引入粘合剂。所述方法还包括在界面或组件附近通入不凝气体流，其中所述气体将一种或多种产自粘合剂的挥发性组分从界面或组件中带走。
附图说明
图1A-1I列举了从成形的预浸料坯和预浸料叠层以及用其形成的复合材料中减少挥发性组分的方法的实施方案；
图2A-2B列举了用成形预浸料和预浸料叠层附近的不凝气体流从成形预浸料坯和预浸料叠层中减少挥发性组分的可能机理的一个实施方案；和
图3A-3C列举了可以用于从预浸料坯和预浸料叠层中去除挥发性组分并用所述预浸料坯和叠层制造复合部件的外壳的实施方案。
具体实施方式
在此使用的术语“约”、和“基本上”表示接近所述量但仍表现出期望的功能或达到期望的结果的量。例如，术语“约”和“基本上”可以指在所述量的少于10％、少于5％、少于1％、少于0.1％和少于0.01％以内的量。
在此使用的短语“至少一部分”代表范围可以从低于全部量到高达和包括全部量的量。例如，术语“至少一部分”可以指高于全部量的0.01％、0.1％、1％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％的量、和全部量的100％的量。在此使用的术语重量％或wt％具有本领域技术人员已知的通常含义。
在此使用的术语“室温”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括约16℃(60℉)至38℃(100℉)的温度。
在此使用的术语“纤维”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括一种或多种适用于复合材料的补强的纤维材料。纤维可以采用颗粒、薄片、须状、短纤维、连续纤维、单纤维、粗纤维、束、片、板层、及其组合的形式。连续纤维还可以采用单向、多维(例如二维或三维)、无纺、纺织、针织、缝合、缠绕、和编织中的任意结构，以及卷曲纤维薄毯、毡垫、和短切薄毡的结构。纺织纤维结构可以包含多种具有低于约1000丝、低于约3000丝、低于约6000丝、低于约12000丝、低于约24000丝、低于约48000丝、低于约56000丝、和低于约125000丝的纺织粗纤维。在另一个实施方案中，粗纤维可以通过十字粗纤维缝纫、引纬编织缝纫、或少量树脂如热塑性树脂而固定。
如果必要，纤维的组成可以不同。纤维组合物的实施方案可以包括，但不限于，玻璃、碳、芳族聚酰胺、石英、聚乙烯、聚酯、聚对亚苯基苯并双噁唑(PBO)、硼、聚酰胺、和石墨、碳化硅、氮化硅、Astroquartz
Figure BPA00001349768100041
、Tyranno
Figure BPA00001349768100042
、Nextel
Figure BPA00001349768100043
、和Nicalon
Figure BPA00001349768100044
、及其组合。
在此使用的术语“基体”、“树脂”、和“基体树脂”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括一种或多种包含热固性和/或热塑性材料的化合物。实例可以包括，但不限于，环氧化物、环氧固化剂、酚醛塑料、酚类化合物、氰酸酯、聚酰亚胺(例如酰亚胺、聚酰亚胺、双马来酰亚胺(BMI)、聚醚酰亚胺)、聚酯、苯并噁嗪类化合物、聚苯并噁嗪类化合物、聚苯并噁嗪酮类化合物、聚苯并咪唑类化合物、聚苯并噻唑类化合物、酰胺、聚酰胺、酯、聚酯、聚酰胺-酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氰酸酯、和聚醚酮类(例如聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)等)、及其组合、以及其前体。
这些树脂中的一些，例如聚酰胺和聚酰亚胺树脂的加工，可以用活性或非活性封端化合物得到改善。封端化合物的实例可以包括，但不限于，纳迪克或取代的纳迪克化合物，如纳迪克酰亚胺和烯丙基纳迪克酰亚胺，乙炔基化合物和取代的乙炔基化合物，如苯乙炔基和邻苯二甲酸苯乙炔基化合物以及烯烃化合物(olefuric compound)。
在此所述的基体可以另外包含添加剂。可以提供所述添加剂以影响基体的机械、流变学、电、光学、化学、和/或热性能的一个或多个。所述添加剂还可以包括与基体进行化学反应或不与基体反应的材料。添加剂可以是可溶性、不溶性或部分可溶性的任何组合。如果必要的话，所述添加剂的尺寸分布和几何学也可以不同。例如，添加剂的尺寸可以为纳米级尺度(约1nm-100nm)、微米级尺度(约100nm-100μm)、和宏观尺度，大于约100μm。在其它实例中，添加剂的几何构成可包括，但不限于，颗粒、薄片、棒、纤维等。在其它实例中，添加剂可以分布在基体的选择区域内(例如，邻近基体的表面或在层界面上)或者均匀分布或溶解在基体中。添加剂的实例可以包括，但不限于，有机或无机物质，如热塑性塑料、橡胶、纳米橡胶、热固性树脂、阻燃剂、紫外(UV)保护剂、增稠剂(例如Cabosil
Figure BPA00001349768100051
)，增强强度、粘度、损伤容限、韧性、抗裂性、耐磨性中的一个或多个的补强剂(例如橡胶、陶瓷、和/或玻璃)。
在此使用的术语“固化”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括聚合和/或交联加工。固化可以通过包括但不限于，加热、暴于紫外光下、和处于辐射下的加工来进行。在一些实施方案中，固化可以在基体内发生。在固化之前，基体还可以包含一种或多种在大概室温下为液体、半固体、结晶固体、及其组合的化合物。在另一些实施方案中，可以在预浸料内配制和/或部分固化基体，以显示所选择的粘性。在一些实施方案中，加固和固化可以在一次加工中进行。
在此使用的术语“加固”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括其中树脂或基质材料流动以占据纤维内或附近的空隙空间的加工。例如，“加固”可以包括，但不限于，基体流入纤维和预浸料等之间和其中的空隙空间。“加固”还可以在热、真空、和施加压力的一种或多种的作用下发生。
在此使用的术语“浸渍”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括在一个或多个纤维之间或附近引入基体材料。基体可以采用薄膜、粉末、液体、及其组合的形式。浸渍可以通过施加热、压力、和溶剂的一种或多种来促进。
在此使用的术语“预浸料坯”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括一个或多个纤维片材，其已经用基体材料完全或部分浸渍。基体还可以部分固化的状态存在。
在此使用的术语“成形的预浸料坯”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括具有选择的几何构型的预浸料坯。所选择的几何构型可以包括平面几何、在一维或多维上弯曲、及其组合。在一个实施方案中，预浸料坯可以通过浸渍具有所选择的几何构型的纤维预制体而成形。在其它实施方案中，预浸料坯可以从第一几何构型变形为第二几何构型。在一些实施方案中，预浸料坯具有足够的完整性，以使成形的预浸料坯可以在不受限制的变形后保持选择的几何构型。在其它实施方案中，预浸料坯可以通过一个或多个模具或其它成形装置变形并限制在适当位置上。在一个非限制性实施方案中，成形的预浸料坯可以包括具有足够褶皱的预浸料坯，以符合模具或其它成形装置的至少一部分，从而采用所选择的几何构型。
在此使用的术语挥发性降低的预浸料坯包括已经处于不凝气体流中的成形预浸料坯，以从成形预浸料坯中去除选择量的挥发性组分。在一些实施方案中，挥发性降低的预浸料坯中的挥发性组分的浓度可以为小于约30wt％。在其它实施方案中，对于挥发性降低的预浸料坯，可以是小于约10wt％。
在此使用的术语“预浸料叠层”和“成形的预浸料叠层”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括多个彼此相邻放置的预浸料坯。在一些实施方案中，叠层中的预浸料坯可以彼此间选择性取向放置。例如，考预浸料叠层可以包括具有单向纤维结构的预浸料坯，纤维的取向相对叠层的维度，如长或宽，为0°、90°，或者选择的角度θ，及其组合。另外可以理解的是，在一些实施方案中，具有任何结构组合的预浸料坯，如单向和多维，可以组合形成预浸料叠层。预浸料叠层可以通过置于模具或其它限制装置之上、之中或附近而成形。预浸料叠层的其它实施方案可以包括多个成形的预浸料坯同样彼此相邻放置。
在另一个实施方案中，预浸料叠层可以用穿线材料缝合在一起以抑制预浸料坯从选择的方向上的相对运动。预浸料叠层可以通过下列技术制造，所述技术包括但不限于，手工铺叠、自动带式铺叠(ATL)、高级纤维铺放(AFP)、和纤维缠绕、树脂膜溶渗(RFI)或树脂传送模塑(RTM)。预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层还可以包括其它材料，非限制性实例为蜂巢、泡沫芯层、或其它材料，例如金属硬化剂。
在此使用的术语“挥发性降低的叠层”和“挥发性降低的预浸料叠层”包括在外壳中已处于不凝气体流中以从成形预浸料叠层中去除选择量的挥发性组分的成形的预浸料叠层。在一些实施方案中，挥发性降低的预浸料叠层的挥发性组分的浓度可以小于约30wt％。挥发性降低的预浸料叠层的其它实施方案可以包括含多个挥发性降低的预浸料坯的预浸料叠层。在另一个实施方案中，挥发性降低的预浸料叠层可以是成形预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、叠层、和/或挥发性降低的叠层的任何组合，其中至少一个的挥发性组分已通过上述不凝气体流而减少。在另一个实施方案中，在组装后，挥发性降低的预浸料叠层的挥发性组分可以具有通过不凝气体流进一步减少。
在此使用的术语“挥发性组分”和“挥发性物质”具有本领域技术人员已知的通常含义，可以包括具有的蒸汽压使得至少一部分挥发性组分可以在高达约300℃的温度下蒸发的化合物。实例可以包括，但不限于，溶解在基体树脂中的气体(例如空气、氮气、氧气、水)；溶剂，其包括但不限于醇、氯化溶剂、碳氢化合物、二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮(NMP)；以及通过反应产生的化合物，如醇、有机酸、无机酸、水、和其它挥发性物质。
本发明公开的实施方案提供用于从成形的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的预浸料叠层中去除挥发性组分的方法。本发明公开的其它实施方案提供由挥发性降低的预浸料坯和挥发性降低的预浸料叠层形成的复合材料。在一个实施方案中，一个或多个成形的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的叠层置于外壳内，邻近成形的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的叠层的至少一个表面通入不凝气体，并同时或先后从外壳中去除。任选的是，可以施加热、压力和/或真空之一，以利于挥发性物质的去除。适合的不凝气体的实例可以包括，但不限于，空气、氮气、氧气、氖、氩、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、氢气、氦气、及其组合。不凝气体流通过至少增加挥发性组分去除的速率和/或完全性而有助于挥发性组分如溶剂从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层中去除。在一些实施方案中，成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层可处于热、压力、真空、及其组合中，以进一步有助于挥发性组分的形成和去除。其中至少一个如上所述被降低挥发性的成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料叠层、挥发性降低的预浸料坯和预浸料叠层的组合还可以进一步处于加热、加压和/或真空以形成复合材料结构。
在一些实施方案中，在去除挥发性组分时发生的基体树脂从成形的预浸料坯或预浸料叠层中的损失例如流失，可以用不凝气体流降低。与过量流失相关的附加效应，例如基体通路和气流的堵塞，也可以通过使用不凝气体以从成形的预浸料坯、预浸料叠层和挥发性降低的预浸料叠层中去除挥发性组分而得到改善。例如，在一些实施方案中，基于去除挥发性组分之前的基体固体的总重量，当依据本发明公开的实施方案制造挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的预浸料叠层时，约0-30wt％的基体固体可能流失。如所讨论的，不凝气体流可以增加挥发性组分如溶剂从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层中的去除速率或完全性。不受特殊理论的限制，挥发性物质的去除从而可以导致基体粘度以比不用不凝气体流达到的更快的速率上升，抑制了基体从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层的流动。在另一个实施方案中，挥发性组分的去除可以导致基体树脂组分形成晶体，这可以进一步抑制流失，并可以促进层到层的挥发性物质的传输。有益地是，通过在成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层中保持基体更大比例的起始体积，需要的用以补偿流失的过量基体的体积减少，这降低了制造复合材料组分的成本。
在其它实施方案中，使用不凝气体流以从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层中去除挥发性组分可以抑制复合部件中的线向不正的纤维的发展。当预浸料坯或成形的预浸料坯在预浸料叠层中堆叠时，纤维通常为了强度而以选择的取向排列。不受理论的限制，可以相信，当基体组分挥发并从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料叠层中产生时，过量的挥发性组分可以在成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中产生，如果其产生速率大于其从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中的去除速率时，则施加使纤维位移的压力。位移的纤维还可能进一步起皱，因为其在位移后往往不会平置。纤维的位移和起皱都可以使纤维偏离其预期的取向，并可减弱复合材料的强度。通过以足够的速率从成形的预浸料坯或预浸料叠层中去除挥发性组分，在成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中积累的过量气体的量，在挥发性物质减少、加固和/或固化期间可以被大大降低，从而降低了纤维在加固和固化期间位移的可能性。
在一个实施方案中，纤维的位移可以通过纺织纤维结构的单向纤维或连续纤维相对于选择的方向的角度来量化。例如，适当排列的纤维相对于选择的方向的角度约为0°。在一些实施方案中，纤维的位移可以通过显微镜表征。
在其它实施方案中，使用不凝气体流以从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中去除挥发性组分可以简化制造过程。例如，成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层可以处于不凝气体流以及热、压力和/或真空的组合中，以促进成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料叠层或预浸料叠层的基体中的挥发性组分进入气相，从成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料叠层或预浸料叠层中产生，并从成形的预浸料坯或和预浸料叠层中带走。有利的是，一个这样的操作可以去除与单独通过施加热和压力相当量的挥发性物质，但以更快的速率或更高的完全性达到。
在其它实施方案中，使用不凝气体流以从成形的预浸料坯或预浸料叠层中去除挥发性组分可以生产比传统上的更大、更复杂的复合材料。随着复合部件的尺寸的增大，用于形成复合部件的成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中的基体材料的体积也增大，导致相比于更小的复合部件，更大量的基体从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中流失。而且，相比于较小的复合部件，需要显著更多的时间来从大型复合部件的预浸料叠层中去除挥发性组分。通过在装有成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层的外壳中通入不凝气体流，通过成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层显示出的基体的流失量，和/或从成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的叠层中去除挥发性组分所需的时间可以减少，有利于生产大型复合部件并降低多孔性和/或流失。公开的实施方案的这些优势和其它优势下面将详细讨论。
图1A-1I列举了制造挥发性降低的预浸料坯、挥发性降低的预浸料叠层、和用所述挥发性降低的预浸料坯和挥发性降低的预浸料叠层形成的复合材料的方法的实施方案。依据该实施方案，图1A-1I的方法可以包括较少的或额外的步骤，如果必要的话，这些步骤可以不同的次序进行，而不偏离公开的实施方案的范围。
在一个实施方案中，图1A-1B，可以通过将固体、半固体薄膜、粉末和液体的形式的基体100浸渍到纤维102中，在施加或不施加热、压力和/或真空的情况下来制造预浸料坯104。浸渍可以用许多技术实施，包括但不限于，溶液法，如溶液浸涂和溶液喷涂，熔融加工法，如直接熔融和薄膜压延，和树脂迁移(RTM)，真空辅助树脂迁移(VARTM)或树脂薄膜溶渗(RFI)。这些方法用于将至少一部分纤维102以可流动或可延展的状态与基体100接触，并用基体100浸渍纤维102。为了易于铺叠加工，在基体浸渍期间和/或其后，可通过基体树脂的溶剂含量来调节预浸料坯的粘性。
在溶液浸涂法中，纤维102可以穿过溶于溶剂中的基体固体浴。随着纤维102通过浴时，其携带一定量的基体固体，所述量随一些因素例如纤维102通过浴的速度以及基体固体在浴中的浓度而变化。在溶液喷涂法中，将所选择的量的基体固体喷涂在纤维102上。在溶液法的每种情况下，浸渍的纤维102可以在处于浴或喷涂后加热，以显著调节溶剂含量，和例如调节预浸料坯的处理。
在直接熔融法中，在高温下，将基体100作为涂层直接提供在纤维102上。在施涂的温度下，基体100是足够可以流动的，以浸渍至少一部分纤维102。或者，在薄膜压延中，将基体100由熔融体或溶液流延成薄膜。随后将纤维102夹在一个或多个基体薄膜之间，并压延以将基体薄膜加工到纤维102中。在每种情况下，浸渍的纤维102可以加热和/或可以添加溶剂以显著调节溶剂含量，和例如调节预浸料坯的韧性。
在RTM和VARTM中，将基体100注射到模具或含有纤维102的模具中。纤维102提供为含有小于期望量的基体100的干纤维预型体或预浸渍预型体。而后将基体100在用或不用载体溶剂的情况下引入到模具中。在重力、压力和毛细作用(RTM)或重力、毛细作用和真空(VARTM)的影响下，基体100进入纤维102中。在RFI中，使用薄膜提供树脂，并通常置于纤维的附近，如在模具或真空袋中。
预浸料坯104的纤维含量可以不同，如申请所述。在一个实施方案中，基于预浸料坯104的总重量，纤维102的重量分数可以为约20-80wt％。
如果必要的话，预浸料坯104中的基体100的含量和组成也可以不同。在一个实施方案中，基于预浸料坯104的总重量，预浸料坯104中基体固含量可以为约20-80wt％。在一个实施方案中，多种溶剂可能是有利的。非限制性的实例为甲醇和丙醇的混合物，其中不同的沸点使得挥发性物质的产生更可控，使得成形的预浸料坯、预浸料叠层和/或挥发性降低的叠层不易受层和纤维移动的影响。另一个非限制性实例为3或4种溶剂的混合物。
基体100还可以包含一种或多种载体溶剂，其降低基体100的粘度，有利于预浸料坯的浸渍和操作。实例可以包括，但不限于，醇、氯化溶剂、烃、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基乙酰胺。在一些实施方案中，基于预浸料坯104的总重量，存在于预浸料坯104中的溶剂的浓度为约1-60wt％。
如此形成的预浸料坯在溶剂减少之前进一步成形。在一个实施方案中，预浸料坯104可以通过具有选择的几何构型的纤维预型体的浸渍而成形。所选择的几何构型可以包含平面几何、在一维或多维上弯曲、及其组合。在其它实施方案中，预浸料坯104可以从第一几何变形为所选择的第二几何。在一些实施方案中，预浸料坯104可以具有足够的完整性，使得预浸料坯在不受限制地变形后，可以保持选择的几何构型。在其它实施方案中，预浸料坯104可以通过模具116或其它成形装置限制在适合的位置上。如果需要的话，模具116还可以包含纹理和/或其它表面特征和厚度特征。在一个非限制性实施方案中，成形预浸料坯可包括具有足够褶皱(drape)的预浸料坯，以符合模具或其它成形装置的至少一部分，从而采用选择的构型。
如图1D所示，成形的预浸料坯104A可以置于外壳110中，例如真空袋、或烘箱或压机中，并处于不凝气体112流中，用于去除至少一部分挥发性组分114以形成挥发性降低的预浸料坯106。例如，在一个实施方案中，当处于不凝气体112流中时，预浸料坯104可以通过将至少一部分预浸料坯104置于模具116附近或与其接触而成形。
在一些实施方案中，将成形的预浸料坯104A放入到外壳110中用于降低挥发性，如图1D。。在其它的实施方案中，成形的预浸料坯104A可以在外壳110中制备。例如，可以将干燥的成形纤维预型体放入到外壳110中，并用基体100浸渍，形成成形的预浸料坯104A。在另外的其它实施方案中，成形的预浸料坯104A可以含有比选择的量少的基体100，并在模具113中用另外的基体100进一步浸渍，以形成成形的预浸料坯104A。
可以将不凝气体流112注入，并从外壳110中移出，以从成形的预浸料坯104A中减少挥发性组分114的含量，并得到如图1D中的挥发性降低的预浸料坯106。在一个实施方案中，可以将不凝气体112以选择的速率通入并从含有成形的预浸料坯104A的外壳110中移出，持续选择的时间，以产生挥发性组分的浓度小于成形的预浸料坯104A的挥发性降低的预浸料坯106。在另一个实施方案中，不凝气体112可以选择的速率通入到成形预浸料坯104A的至少一个表面附近，持续选择的时间，产生挥发性组分的浓度小于成形的预浸料坯104A的挥发性降低的预浸料坯106。不凝气体112可以包括的气体物质包括，但不限于，空气、氧气、氮气、氖、氩、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、氢气、氦、及其组合。
可以用不同的方式将不凝气体112通入并从外壳110中移出。在一个实施方案中，可以连续将不凝气体112通入并从外壳110中移出。在其它实施方案中，可以用分步方式，而不是以连续流，将不凝气体112加入并从外壳110中移出。如果必要的的话，用于通入和从外壳110移出不凝气体112的入口和出口可以相同或不同。
如此形成的挥发性降低的预浸料坯106可以用于形成挥发性降低的预浸料叠层122。在一个实施方案中，一个或多个挥发性降低的预浸料坯106可以堆叠形成挥发性降低的预浸料叠层122(图1E)。在另一个实施方案中，挥发性降低的预浸料叠层122可以包含一个或多个挥发性降低的预浸料坯106和/或挥发性降低的预浸料叠层122和/或成形的预浸料坯104A和/或预浸料叠层120(图1E)。在另一个实施方案中，挥发性降低的预浸料叠层122可以完全由若干个挥发性降低的预浸料坯106构成。在上述图1E的实施方案中，挥发性降低的操作是任选的，只要至少一个是挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的叠层122。在图1H-1I的可选的实施方案中，挥发性降低的预浸料叠层122通过在预浸料叠层120上，而不是上述讨论的任何组合上，实施上述挥发性降低操作而形成。在这种情况下，必须使用挥发性降低的方法生产挥发性降低的预浸料叠层122。
在其它实施方案中，上述关于成形的预浸料坯104A的挥发性降低的方法可以在挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122上单独进行，或与成形的预浸料坯104A或预浸料叠层120组合进行，而无需限制。例如，挥发性降低的预浸料坯106和挥发性降低的预浸料叠层122可以通过暴露于不凝气体122流中而重复进行挥发性降低，以得到选择的挥发性物质含量。
如果必要的话，在挥发性降低过程中，从成形的预浸料坯104A或成形的预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122中去除的挥发性组分的量可以不同。在一个实施方案中，挥发性降低的预浸料坯和挥发性降低的预浸料叠层106、122可以包含约0-99％的含在成形的预浸料坯104A、预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122中的挥发性组分。即，在形成挥发性降低的预浸料坯106和挥发性降低的预浸料叠层122时，在成形的预浸料坯104A、成形的预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122中的约1-100％的挥发性物质含量被去除。在其它实施方案中，在去除选择量的挥发性组分后，在挥发性降低的预浸料坯106和挥发性降低的预浸料叠层122中的基体的粘度高于挥发性降低前的成形的预浸料坯104A、预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122中的基体粘度。在其它实施方案中，挥发性降低的预浸料坯106和挥发性降低的叠层122的某些组分可能结晶，这可以促进例如层到层的挥发性物质运动。
在另一个实施方案中，可以将孔、洞或渗透引入到预浸料坯104、成形的预浸料坯104A、预浸料叠层120、挥发性降低的预浸料坯106和/或挥发性降低的叠层122中，以促进层到层的挥发性物质运动大于0.1mm或小于20mm。
不受理论限制，可以相信，在一些实施方案中，基体100中的至少一部分挥发性组分变成气体114，如挥发性溶剂和/或其它挥发性反应产物，其穿过成形的预浸料坯和成形的预浸料叠层104A、120的内部204到达外表面，如外表面202A，如图2A所示。邻近成形的预浸料坯104A或预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的至少一个外表面，如外表面202A的不凝气体122流促使产生的气体114从成形的预浸料坯104A、预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122中离开，并排出到外壳110外。
如此形成的挥发性降低的预浸料坯和挥发性降低的预浸料叠层106、122可以具有选择量的溶剂和其它挥发性物质，其有利于复合部件124的加工。基于成形的预浸料坯104A的总重量，成形的预浸料坯的溶剂含量为约1-50wt％，例如约15wt％。基于挥发性降低的预浸料坯106的总重量，挥发性降低的预浸料坯106的溶剂含量为约0-40wt％，例如小于10wt％。成形的预浸料坯104A中的基体粘度也小于挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122中的基体粘度。
依据参数包括，但不限于，成形的预浸料坯或预浸料叠层104A、120的尺寸和几何形状，不凝气体122的流速可以不同。在一些实施方案中，不凝气体的添加和去除方式可以不同。在一个不凝气体112的连续流的实施方案中，流速可以大于0.001ml/sec。在其它实施方案中，流速可以为约0.001-1000ml/s。
图3A-3C更详细地例举了外壳110的实施方案。在一些实施方案中，可以构造外壳110以为外壳提供热300、压力302、真空、及其组合。在其它实施方案中，可以在通入不凝气体112流之前、期间和/或之后，为外壳110提供热300、压力302、和/或真空，以利于挥发性组分从成形的预浸料坯104A或预浸料叠层120中去除。在其它实施方案中，还可以使用外壳110提供热300、压力302和真空的任何组合，以利于脱挥发分的预浸料坯105、预浸料叠层122的加固和固化，形成复合部件124，如图1E-1F所示。
例如，如图3A的实施方案所示，外壳110可以包含能够为经历挥发性降低的成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的预浸料叠层122施加热300、压力302和真空的至少一个的结构，如烘箱和高压釜。在另外的实施方案中，可以构建外壳110用于置入能够施加热、真空和/或压力的装置，例如烘箱、高压釜和/或压机。例如，在一个实施方案中，可以将不凝气体112流通入烘箱中的成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106或预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中，以分别得到挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的叠层106、122。随后，可以将挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的层压材料106、122转移到高压釜或压机中，用于加固和固化形成复合部件124。在另一个实施方案中，可以在高压釜或压机中，在压力下分别制造挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的预浸料叠层106、122。
在脱挥发分期间，加热成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的实施方案中，最终温度可以依据成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的组成，并还可以包括约等于基体100中的至少一种溶剂的沸点的温度。例如，当降低含有乙醇的成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中的挥发性物质时，温度可以等于约190℉-230℉。在另一个实施方案中，温度可以包括大于基体100的至少一种溶剂的沸点的70％，大于75％、大于80％、大于85％、大于90％、或大于95％的温度。
在一些实施方案中，在脱挥发分期间缓慢加热成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122可能是有利的，因为长时间的加热可以使得产生的气体有时间扩散出成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122，并通过不凝气体112流去除。在一些实施方案中，加热速率可以为约0.01-5℃/min。有利的是，通过选择相对于基体100中的溶剂的沸点的最终温度和/或加热速率，可以抑制导致纤维102的位移的溶剂和挥发性物质的沸腾或快速产生。
在其它实施方案中，外壳110可以能够施加真空和/或支持施加的真空。例如，外壳110还可以包含本领域内公知的真空封套或真空袋306，其形成大致气密的区域，在其中可以放置成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122。施加的真空可以通过真空源与外壳110的气体出口304相连来提供。在挥发性组分从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中去除时，施加的真空还可以不同或保持恒定。例如，可以通过真空封套306支持约1mmHg或更低的真空。在一些实施方案中，在不凝气体流动期间，可以使用350-750mmHg的真空。在其它实施方案中，真空可以更低。
在其它实施方案中，外壳110可以能够施加和/或支持压力302。施加的压力302可以通过压力源与外壳110相连来提供。在挥发性组分从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中减少时，施加的压力302还可以不同或保持恒定。例如，可以施加的压力为约大气压至4000psi。
在其它实施方案中，外壳110可以包含一个或多个能够在挥发性物质减少和固化期间抑制基体100从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中流出的结构。例如，屏障314可以位于成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的侧面附近，以抑制基体100从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的侧面流出。或者，流失屏障或隔离物322可以位于成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的上表面和下表面的至少一面附近，以抑制基体从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的上表面和下表面流出。
可以通过气体入口310将不凝气体112流注入外壳110中，并由气体出口304从含有成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的外壳中移出。在一些实施方案中，气体出口304可以与真空源成流体连通，使得真空可以施加在成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122上。在其它实施方案中，气体入口310的位置可以使得成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122插入在气体入口310和真空口304之间，如图3A中所示。这种构造使得通过真空源施加的真空能够促使不凝气体112沿着邻近成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的至少一个表面附近的路径从气体入口310附近到气体出口304。在另外的实施方案中，可以在大约相同的位置将不凝气体112注入并从外壳110中移出。
可以用不同的方式将不凝气体112注入和/或从外壳110中移出。在一个实施方案中，不凝气体112的注入和从外壳110中移出可以同时连续进行。在另一个实施方案中，不凝气体112的注入和从外壳110中移出可以顺序或分步进行。例如，不凝气体112可以首先被通入到外壳110中，随后，可以给外壳112通风以从外壳110中移出不凝气体。
在其它实施方案中，外壳110可以包含一个或多个使不凝气体112流过成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122附近的结构。例如，模具116、116A可以具有多个冲洗孔312，如图3A中所示。冲洗孔312可以包含穿过116、116A的管道，所述管道可以输送气体如产生的气体114和不凝气体112通过模具116、116A。冲洗孔312可以进一步与成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的平面约垂直和/或约平行取向。那么有益的是，甚至当一个或多个模具116、116A与成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的外表面接触时，所述多个冲洗孔312可以使不凝气体112和产生的气体114在成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122附近运动，有利于从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中去除挥发性组分。在其它实施方案中，如图3A中所示，可以将任选存在的通气阀置于流失屏障或隔离物322与真空封套306之间。不凝气体流可以穿过所述通气阀。通气阀可以是玻璃纤维、聚酯、聚酯等。
在其它实施方案中，如图3B中所示，真空封套306可以从外壳110中省去。在这种情况下，不凝气体112流可以通过外壳110的壁内的气体入口310A和通风口310B进入和离开外壳110。类似图3A中所示的气体入口310和真空口304，气体入口310A和气体通风口310B的位置可以使得成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122插入在气体入口310A和气体通风口310B之间。通过保持气体通风口310B的压力低于气体入口310A，在气体入口310A和气体通风口310B之间的压力梯度可促使不凝气体112沿着成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的至少一个表面附近流动，将产生的气体114从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中带走，并增加从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中去除挥发性组分的速率和完全性。在另外的实施方案中，气体入口310A和气体通风口310B可以组合，注入不凝气体和从外壳110中移走不凝气体112的操作可以顺序进行。
在一个实施方案中，成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122可以进一步被模塑成不含空腔。例如，成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122可以用可渗透模具隔离物或流失屏障322覆盖，其中对产生的气体144从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中逃逸几乎没有阻力。这种构造还可以使用重力、弹力、张力带、或其它机械装置，如果成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122具有弯曲率的话。然后可将成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122置于烘箱中并加热。气体和挥发性物质很容易通过从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中快速扩散而被去除。而后可以将脱挥发分的预浸料坯和脱挥发分的叠层106、122转移到压机、真空外壳或封套或者高压釜中，用于加固和/或固化形成复合部件。在用多步减少挥发性物质期间，将成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122加到叠层120、122中的情况下，这样的实施方案可能是有利的。
在其它实施方案中，图3C，成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122可以进一步与多个由泡沫、蜂巢、或其它材料形成的芯320组合。在从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中去除挥发性组分之前或期间，芯320可以位于预浸料坯104A、106附近。例如，芯320可以位于一个或多个成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122的一侧附近。或者，芯320可以位于相邻的预浸料坯104、106之间。
挥发性组分可以用类似于上述讨论的方式从具有芯320的成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中去除。在一些实施方案中，成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122，模具116，和芯320可以位于真空封套306内。在另外的实施方案中，真空封套306可以省去。将不凝气体112流注入外壳110中，并流过模具116，芯320，成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120或挥发性降低的叠层122，及其组合附近。成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中的挥发性组分可以自发地产生气体114或在处于热300、压力302、和/或真空下而产生气体114，并穿过成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122，模具116，和/或芯320。当产生的气体114遇到不凝气体112流时，至少一部分产生的气体114被不凝气体112流从成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中带走。
模具116和芯320还可以有助于降低成形的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中的挥发性组分和基体100的容量。例如，在一个实施方案中，模具116和芯320可以类似流失屏障或隔离物或322的方式发挥作用。在其它实施方案中，模具116和芯320的作用可以类似通气层，保持真空封套306到真空源的通路。所述通路使得不凝气体112和产生的气体114从真空封套306中移出，而不会被可能另外存在的障碍而减慢。通路还使得能够在预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122上施加近似连续的真空和/或压力302。
可以理解的是，减少预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中的挥发性组分的过程可以在任何时间中断和/或重新开始。在一个实施方案中，一个或多个预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122可以位于外壳110中，用不凝气体112流去除挥发性组分，如上所述，而挥发性物质去除过程可以在从预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122中去除期望量的挥发性组分之前被中断。在其它实施方案中，可以将另外的预浸料坯104A、挥发性降低的预浸料坯106、预浸料叠层120、或挥发性降低的叠层122加到已经存在于外壳中的那些中，而脱挥发分过程可以重新开始。
如图1E的另一个实施方案所示，可以使用挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122形成复合部件124。加固过程可以用至少热、压力和真空之一，以促使基体100流进至少一部分位于挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的叠层122之内或之间的空隙。在外壳110包含高压釜的实施方案中，挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122可以处于热300、真空、和/或压力302中，以加固挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122成为复合部件124，并固化基体102。在外壳110包含烘箱的实施方案中，挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122可以处于热中，无需压力，以加固挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122成为复合部件124并固化基体102。在外壳包含真空封套306的实施方案中，挥发性降低的预浸料叠层122可以处于真空和/或热中，以加固挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122成为复合部件124。在外壳110包含模具116、116A的实施方案中，挥发性降低的预浸料坯106或挥发性降低的预浸料叠层122可以进一步用模具116、116A模塑和/或压塑，以加固挥发性降低的预浸料坯105或挥发性降低的预浸料叠层122成为复合部件124。
挥发性降低的预浸料坯106或预浸料叠层122的加固和固化完成后，形成的复合部件124的多孔性基于复合材料的总体积为约0-30体积％。
在其它实施方案中，还可以使用在此讨论的挥发性物质减少的方法，以利于粘合剂的粘结。粘合剂，如聚酰亚胺树脂粘合剂，可以包含醇和更高沸点的溶剂例如NMP。粘合剂还可以包含载体，例如玻璃纤维、或Astroquartz
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粘合剂可以位于固化或未固化部件，例如复合部件124，和/或蜂窝或泡沫芯之间，以形成套件。组装的套件可以具有施加真空、压力或加热的至少一个的能力。如这里所述，通过将部件/粘合剂体系处于在部件间的界面附近的不凝气体流或通过套件的不凝气体流，随后进行加固和固化，可以减少界面多孔性。
实施例
提供下列实施例用于证明公开的脱挥发分的预浸料坯、脱挥发分的叠层、和由其形成的复合材料的实施方案的优势。例如，如下所述，实施例显示，不凝气体流使气体从预浸料叠层中的去除更有效，并产生更低的流失和树脂损失和/或在加固和固化后得到多孔性降低的复合材料。这些实施例用于举例说明的目的，不应当被解释为限制公开的实施方案的范围。
实施例1-用和不用不凝气体流制造的碳纤维/聚酰亚胺复合材料
由在图3A中描述的外壳中的成形的预浸料叠层，用任选存在的通气孔，制造三个碳纤维/环氧复合材料：试验1、试验2、和试验3。试验2和试验3的成形的预浸料叠层处于不凝气体流中，结合热和真空压力，以利于挥发性组分从成形的预浸料叠层中去除。为了比较，试验1的成形的预浸料叠层不处于不凝气体流中。随后，用热、真空、和压力的组合固化挥发性降低的叠层。观察到，用试验2和试验3中的脱挥发分的预浸料坯形成的部件显示基本上没有流失或树脂损失，而不用不凝气体流形成的部件，试验1，显示了约5wt％的树脂损失。
表1实施例1的测试参数和结果
  试验   实验   树脂体系   不凝气体流？   流失(wt％)
  1   6”×6”叠片   聚酰亚胺   无   5.0％
  2   6”×6”叠片   聚酰亚胺   有   0％
  3   6”×6”叠片   聚酰亚胺   有，直到保持210℉结束   0％
试验1——不用不凝气体流制造的碳纤维/环氧复合材料
用包含T650-356K 5HS碳纤维织物的预浸料坯制造试验1的复合部件。将包含含有约20％的乙醇溶剂和约80％的树脂固含量的聚酰亚胺树脂混合物的基体树脂浸渍到纤维中，使得预浸料坯的基体重量分数为约60wt％。将预浸料坯切割成约6”×6”的薄片，将八个预浸料坯堆叠形成0/90预浸料叠层。用屏障环绕预浸料叠层，并用两层TX-1080Teflon隔离物和聚酯纤维通气孔覆盖，并与真空源连接。
将热和真空进一步施加在组件上以降低挥发性物质。施加的真空水平为约735绝对mmHg，将组件以约5℉/分钟加热至约190℉。随后，将组件以约0.1℉/分钟加热至约210℉，并冷却至室温。
为了形成复合材料，移除屏障并用3层7781型玻璃纤维代替聚酯通气孔。而后，含有挥发性降低的叠层的组件如下固化：
(1)施加约25mm的真空；
(2)以约3℉/分钟将组件由约室温加热至约480℉，并保持约2小时；
(3)以约2℉/分钟将组件由约480℉/加热至约575℉，并保持约2小时；
(4)以约20psi/分钟施加约200psi的高压釜压力；
(5)以约1℉/分钟将组件由约575℉加热至约700℉，并保持约3小时；
(6)将组件冷却至约室温。
而后检验在试验1中的复合部件，以测量树脂流失和复合材料的多孔性。测定复合材料的多孔性为约0％，在制造期间发生约5％的树脂流失。
试验2——用不凝气体流制造碳纤维/环氧复合材料
用类似试验1的方式制造试验2的复合部件，不同之处是在挥发性物质减少操作期间，以约300mL/min将空气流穿过真空封套。试验2中形成的复合材料的检验发现，复合材料具有约0％的多孔性，在制造期间几乎没有发生树脂流失。
试验3——用不凝气体流但不用聚酯通气孔制造碳纤维/环氧复合材料
用类似试验2的方式制造试验3的复合部件，不同之处是真空封套包含非聚酯、7781玻璃纤维通气孔。除了7781通气孔之外，还以约5℉/min将复合部件由室温加热至约190℉，而后以约0.1℉/分钟加热至210℉。在挥发性物质减少操作期间，保持空气流为约300mL/min，直到温度保持在约210℉的时间结束。随后，施加试验1的固化循环，而不从真空封套中移出脱挥发分的叠层，并不替换含有7781通气孔的真空封套。试验2中形成的复合材料的检验发现，复合材料具有约0％的多孔性，在制造期间几乎没有发生树脂流失。
实施例2——用或不用不凝气体流制造碳纤维/聚酰亚胺半圆柱
在与上述实施例1中所述相同的叠层组件和固化条件下，制造两个碳纤维/环氧复合材料，试验4和5。然而，在预浸料叠层中用更多的预浸料坯层、用更大尺寸的预浸料坯层进行试验4和5，并在大型的复杂模具上进行铺叠和加固。发现，在试验5中，用不凝气体流形成的部件显示基本上没有流失或树脂损失，而在试验4中，不用不凝气体流形成的部件显示约16wt％的树脂损失。
表2实施例2的测试参数和结果
  试验   实验   树脂体系   不凝性气体流？   流失(wt％)
  4   大型弯曲部件   聚酰亚胺   无   16％
  5   大型弯曲部件   聚酰亚胺   有   0％
试验4——在复杂模具上不用不凝气体流制造碳纤维/环氧复合材料
用类似试验1的方式制造试验4的复合部件，不同之处是用更大的层尺寸和更大的量，以及在更大更复杂的模具上。对于这个试验，将十五个预浸料坯层切成约2′×2′，在直径为16英寸的半圆柱上铺叠，并降低挥发性物质。在降低挥发性物质期间，施加约125mmHg的真空。在挥发性物质降低后，在试验4中形成的预浸料叠层的检验发现，铺叠显著流失，损失约16wt％的基体树脂。
试验5——在复杂模具上用不凝气体流制造碳纤维/环氧复合材料
用类似试验4、试验2的方式制造试验5的复合部件，不同之处是用不同的层尺寸和量，以及在更大更复杂的模具上。对于该试验，将十五个预浸料坯层切成约2′×2′，在具有绒毛的半圆柱上铺叠，并用约5l/min的气体流降低挥发性物质。去除屏障材料，将部件如试验1中所述加固和固化。在试验5中形成的复合材料的检验发现，复合材料具有约0％的多孔性，并在制造期间几乎没有发生树脂流失。
实施例3——用或不用不凝气体流制造含有乙醇和NMP的碳纤维/聚酰亚胺复合材料(Avimid RB)
实施例3证明在多溶剂体系上使用空气流减少树脂流失。在如实施例1中的试验1和试验2的组装和固化条件下，使用Avimid RB聚酰亚胺预浸料坯，T650-356K 5HS制造两个碳纤维/环氧复合材料，试验6和试验7。Avimid RB预浸料坯包含约8wt％的乙醇和约8wt％的NMP，基体重量分数为约60％。发现在试验6中用不凝气体流形成的部件显示较低的流失，约1.9wt％，而在试验7中不用不凝气体流形成的部件显示约12.6wt％的树脂损失。
表3实施例3的测试参数和结果
  试验   实验   树脂体系   不凝气体流？   流失(wt％)
  6   6”×6”叠片   Avimid RB   有   1.9％
  7   6”×6”叠片   Avimid RB   无   12.6％
试验6——用不凝气体流制造Avimid RB聚酰亚胺预浸料坯
试验6对使用Avimid RB聚酰亚胺预浸料坯T650-356K 5HS的流失进行评价。用类似试验1的方式制造预浸料叠层组装。在挥发性物质减少的操作期间，约300ml/min的空气流穿过真空封套。开始，以约0.5℉/分钟从约190℉加热至约210℉。而后以约1℉/分钟加热至约500℉，以去除NMP。在试验6中形成的复合材料的检验发现，在制造期间约1.9wt％的树脂流失。
试验7——不用不凝气体流制造Avimid RB聚酰亚胺预浸料坯
类似测试6进行试验7，不同之处是不使用空气流。在试验7中形成的复合材料的检验发现，在制造期间约12.6wt％的树脂流失。
尽管上述说明书已经显示、描述和指出了本发明教导的基本新颖的特征，需要理解的是，本领域技术人员在不背离本教导的范围的情况下可以对所述设备的细节进行各种省略、代替、改变、和/或添加，以及其使用。因此，本发明教导的范围不应限制于上述讨论，而应当由所附权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种形成挥发性降低的预浸料坯的方法，所述方法包括：
用外壳围绕至少一个成形的预浸料坯；
将不凝气体流通入到所述外壳中的至少一个成形的预浸料坯附近；
在该至少一个成形的预浸料坯上施加压力、真空或热中的至少一种，以从该至少一个成形的预浸料坯中产生一种或多种挥发性组分；和
从外壳中移出至少一部分所述不凝气体；
其中所述不凝气体将所述一种或多种挥发性组分从至少一个成形的预浸料坯中带走。
2.权利要求1的方法，其中通入所述不凝气体流直到所述成形的预浸料坯的基体的粘度更高。
3.权利要求1的方法，其中所述不凝气体包括空气、氮气、氧气、氖、氩、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、氢气、或氦气、以及它们的组合。
4.权利要求1的方法，其中所述不凝气体流的速率为约0.001-100ml/s。
5.权利要求1的方法，其中通入至少一部分不凝气体和从外壳中移出至少一部分不凝气体和挥发性组分是同时进行的。
6.权利要求1的方法，其还包括在通入不凝气体流之前，在所述外壳中制造所述成形的预浸料坯。
7.权利要求1的方法，其中所述外壳包括高压釜或烘箱。
8.权利要求1的方法，其中所述外壳包括真空袋、模具、或压模中的至少一个。
9.权利要求1的方法，其中所述成形的预浸料坯的基体包括环氧化物、环氧固化剂、酚醛塑料、酚类化合物、氰酸酯、酰亚胺、聚酰亚胺、酯、聚酯、苯并噁嗪类化合物、聚苯并噁嗪类化合物、聚苯并噁嗪酮类化合物、聚苯并噁唑类化合物、聚苯并咪唑类化合物、聚苯并噻唑类化合物、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氰酸酯、或聚醚酮、其组合、以及其前体中的任一种。
10.权利要求9的方法，其中所述基体还包含乙炔基端基、纳迪克马来酰亚胺端基、烯丙基纳迪克端基、或烯属端基。
11.权利要求9的方法，其中基于形成前的所述至少一个成形的预浸料坯的总重量，在挥发性降低的预浸料坯的形成期间，少于10wt％的基体流失。
12.权利要求1的方法，其还包括将得到的一个或多个挥发性降低的预浸料坯加固成复合材料，其中基于一个或多个加固的挥发性降低的预浸料坯的总体积，所述复合材料具有的多孔性为约0-约30vol％。
13.一种形成挥发性降低的预浸料叠层的方法，所述方法包括：
用外壳围绕多个成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和挥发性降低的预浸料叠层；
将不凝气体流通入到所述外壳中的多个成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和挥发性降低的预浸料叠层的附近；
在所述多个成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和挥发性降低的预浸料叠层上施加压力、真空或热中的至少一种，以从至少一个成形的预浸料坯中产生一种或多种挥发性组分；和
从外壳中移出至少部分所述不凝气体；
其中所述不凝气体将所述一种或多种挥发性组分从多个成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯、预浸料叠层和挥发性降低的预浸料叠层中带走。
14.权利要求13的方法，其还包括将得到的挥发性降低的预浸料叠层加固成复合材料，其中基于加固的挥发性降低的预浸料叠层的总体积，所述复合材料具有的多孔性为约0-约30vol％。
15.一种制造纤维补强复合材料的方法，所述方法包括：
用外壳围绕成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料叠层和预浸料叠层中的至少一个；
将不凝气体流通入到所述外壳中的至少一个成形的预浸料坯或预浸料叠层的附近；
在所述至少一个成形的预浸料坯或预浸料叠层上施加压力、真空或热中的至少一种，以从至少一个成形的预浸料坯或预浸料叠层中产生一种或多种挥发性组分；和
从外壳中移出至少部分所述不凝气体，
其中所述不凝气体将所述一种或多种挥发性组分从至少一个成形的预浸料坯或预浸料叠层中带走；以及
加固得到的至少一个挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的预浸料叠层，形成具有所选择的形状的纤维补强复合材料。
16.权利要求15的方法，其中当处于所述不凝气体流中时，成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料坯和预浸料叠层的至少一个的至少一部分位于模具附近，或者与模具接触。
17.权利要求15的方法，其还包括固化得到的加固的至少一个挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的预浸料叠层。
18.权利要求15的方法，其中在至少一个具有第一温度的成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料坯上施加热；
将所述至少一个成形的预浸料坯、预浸料叠层或挥发性降低的预浸料坯升温至第二温度，所述第二温度约为所述成形的预浸料坯、挥发性降低的预浸料叠层或预浸料叠层中所含的至少一种溶剂的沸点。
19.一种纤维补强复合材料，其包含：
多个加固的挥发性降低的预浸料坯、挥发性降低的叠层，
其中在施加热和压力的至少之一下，所述多个挥发性降低的预浸料坯或挥发性降低的叠层被加固形成纤维补强复合材料，其中基于其总体积，所述复合材料具有的多孔性为约0-约30vol％。
20.一种促进纤维补强复合组件的粘合剂粘结的方法，所述方法包括：
在两个或更多个纤维补强复合组件间的界面中加入粘合剂；
用外壳围绕所述两个或更多个纤维补强复合组件；
在所述外壳中通入不凝气体流，
在两个或更多个纤维补强复合组件之间的界面中的所述粘合剂上施加压力、真空或热中的至少一种，以从粘合剂中产生一种或多种挥发性组分；
从外壳中移出至少部分所述不凝气体，
其中所述不凝气体将从粘合剂中产生的一种或多种挥发性组分从粘合剂中带走。
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