CN107073844B - 模塑材料以及形成其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分离包括多个彼此接触的元件的复合材料叠层的方法。每个元件包含增强纤维和未固化树脂基质，所述方法包括以下步骤：温度处理所述叠层和/或向所述叠层施加应力，从而分离所述元件。

Description

模塑材料以及形成其的方法
技术领域
本发明涉及分离复合材料的方法，以及分离的复合材料、模制品和复合元件，特别但不排他地涉及分离复合材料叠层的方法。
背景技术
包含纤维增强材料的复合材料、特别是包含纤维和热固性树脂的预浸料可以堆叠以形成预制件。这些预制件随后固化以形成增强的复合材料。这样的复合材料是已知的，它们轻质也具有高强度，用于众多结构应用，例如用于汽车和航空航天工业，以及用于下述工业应用，例如风力涡轮机部件如叶梁和用于制备叶片的壳。
预浸料是用来描述处于未固化状态并将要固化的树脂浸渍的纤维和织物的术语。纤维可以为丝束或织物的形式。丝束或织物通常包括多根细纤维(称为细丝)。用于预浸料的纤维材料和树脂的选择会依赖于对固化复合材料所要求的性质以及该复合材料所投入的用途。纤维材料在本申请描述为结构纤维。可以按多种方式将树脂与纤维或织物组合。
已经提出了多种方法用于制造预浸料，一种优选的方法是用液体、熔融、或半固体的未固化热固性树脂浸渍移动的纤维网。然后可以将通过这种方法制造的预浸料切割成具有所需尺寸的切片，将切片的叠层通过加热固化，制得最终的纤维增强层合体。固化可以在真空袋中进行，可以将真空袋放进用于固化的模具中，这在风能结构体例如叶片的壳和叶梁的制造中是优选的。或者，可以如下形成叠层：将其在闭合模具中压缩，并通过加热使其在模具中直接固化(压塑)。
用于这样的应用的一类优选树脂是可固化的环氧树脂，固化剂和固化剂促进剂通常包含在树脂中以缩短固化循环时间。环氧树脂是非常合适的树脂，但是它们在固化之后可能较脆，导致最终的层合体在受到冲击之后会开裂或断裂，因此通常的实践是在环氧树脂中含有增韧材料例如热塑性材料或橡胶。
预浸料的形式可以是整个增强材料层，或者其形式可以为按随机方向取向的元件，由此形成准各向同性的材料层。多个预浸料层或元件通常组合以形成复合层合结构体。预浸料层可以平行排列、在平面方向无规排列(准各向同性)、或作为各向同性或准各向同性元件排列。
在形成层合体之后，可以将其切割。这会产生边角料。但是，将边角料用于其它目的会存在问题，因为层合体的构造是专用于特定的目的或应用的。为增加再利用的机会，期望将层合体分离成多个预浸料层或元件。而且，为使预制件可再生或再利用，也通常期望将层合体预制件分离。
本发明的目的总地在于消除和/或减轻上述问题和/或提供改进。
发明内容
根据本发明，提供了按照前述权利要求任一项所限定的方法、模制品、和模塑料以及元件。
在本发明的一种实施方式中，提供了分离包括多个彼此接触的元件的复合材料叠层的方法，其中每个元件包含增强纤维和树脂基质，其中所述方法包括以下步骤：温度处理所述叠层和向所述叠层施加应力，从而分离所述元件。
温度处理和向叠层施加的应力或力的组合可使得组合元件和/或单独元件分离。可以使组合元件经历进一步的温度处理和/或应力，以将组合元件进一步分离成单独元件或组合元件。
所述应力可以选自以下应力中的一种或多种：
a.挠曲应力，
b.扭曲应力，
c.压缩应力，
d.剪切应力，
e.剥离应力，
f.拉伸应力，和
g.振动应力。
在一种实施方式中，挠曲应力是施加的可使元件相对于彼此弯曲的应力。扭曲应力是可使元件相对于彼此旋转的应力。压缩应力是可使元件相对于彼此被压缩的应力。剪切应力是可使元件相对于彼此滑动或剪切的应力。剥离应力是可使元件相对于彼此剥落的应力。拉伸应力是可使元件相对于彼此伸长的应力。振动应力使元件经受振动。
在一种优选的实施方式中，施加的应力包括以上列出的应力a至g中的两种或更多种的组合。可以在与叠层有关、与单独元件有关、与组合元件有关和/或与其组合有关的一个或多个方向施加应力。这可成功使元件分离。
元件优选彼此平行排列以形成层合体叠层。应力a至f优选在垂直于层合体叠层的方向施加。以这种方式，可垂直于组合元件和/或单独元件施加应力。振动应力g优选在平行于层合体或组合元件和/或单独元件的方向施加。
元件可以包括增强纤维和未固化树脂基质。纤维优选预浸渍有基质以形成预浸料。
优选地，接连、同时、或循环施加应力。
在进一步的实施方式中，温度处理和应力施加至少部分同时进行。也可以将它们接连施加和/或按一个或多个温度处理和/或应力施加循环的循环方式施加。可以重复所述循环，直到元件分离。
优选地，应力施加在温度处理之后。我们已经发现，这可成功地分离元件。
在进一步的实施方式中，温度处理可分别通过加热或冷却树脂来提高或降低树脂基质的Tg(玻璃化转变温度)。我们已经发现，在-80至10℃、优选-60至7℃、-40至5℃、-30至3℃、-20至0℃和/或前述温度的组合的减小温度施加应力a至g可提高它们在分离组合元件和/或单独元件方面的功效。减小温度可使树脂基质的Tg降低。
在另一种实施方式中，温度处理包括将树脂基质冷却至以下温度范围：-30至10℃，或-20至5℃，或-10至0℃，或-5至0℃和/或前述温度的组合。将基质冷却的效果是降低树脂基质粘着性。我们已经发现，这也可提高分离功效。
可以将树脂基质冷却，以将所述树脂的粘着性值降至小于所述树脂在室温的粘着性值的40％、或小于30％、或小于20％、或小于10％、或优选小于5％的值。树脂的粘着性值或粘着性是对树脂与器具表面或与组件中其它预浸料铺层的附着力的量度。根据“Experimental analysis of prepreg tack”，Dubois et al，(LaMI)UBP/IFMA，5March2009中公开的方法测量树脂本身的粘着性或预浸料的粘着性。该出版物公开了，粘着性可以通过使用文中所述设备和通过测量探针的最大脱粘力而进行客观和可重复的测量，其中所述探针与树脂或预浸料在30N的初始压力在30℃的恒定温度接触，且之后以5mm/min的速率移走。对于这些探针接触参数，树脂的粘着性F/Fref为0.1至0.6，其中Fref＝28.19N，F是最大脱粘力。对于预浸料，粘着性F/Fref的范围是0.1至0.45，其中Fref＝28.19N，F是最大脱粘力。
在另一种实施方式中，温度处理包括加热树脂基质。加热的效果是降低树脂基质的粘度。
可以将树脂基质树脂加热，以将树脂的粘度值降至小于所述树脂在室温(20℃)的粘着性值的60％、优选小于45％的值。
可以同时、部分同时、随后、或循环进行温度处理和/或应力施加，在此过程中温度和/或施加的应力可以变化。温度处理和/或应力施加可以持续进行，直到元件分离。
在另一种实施方式中，叠层由以下物质形成：用树脂基质预浸渍的纤维增强材料层的未固化模制品或层合体(预浸料)和/或由树脂浸渍的短切增强纤维形成的模制品和/或其组合。元件可以包括预浸料。
在进一步的实施方式中，提供了复合元件，每个元件包含增强纤维和树脂基质，所述元件由在进行温度处理和应力施加从而使各元件分离之后连接在一起的元件的叠层形成。
叠层可以在切割以下物质之后形成：用树脂基质预浸渍的纤维增强材料层的模制品或层合体(预浸料)和/或由树脂浸渍的短切增强纤维形成的模制品和/或其组合。
在一种实施方式中，模制品可以包括多个元件，每个元件包含增强纤维和树脂基质，所述元件通过根据上文所述的任一项方法分离叠层形成。
在将叠层分离成多个元件之前，可以将叠层切割成较小的叠层。可供选择地或另外地，可以在分离之后，将分离的元件切割成较小的叠层。
附图说明
以下将仅作为实例以及参照附图描述本发明，其中：
图1显示根据本发明一种实施方式的分离层合体产品的方法的图解示图。
具体实施方式
层合体叠层可以由浸渍有树脂基质的纤维增强材料的组合层形成。优选地，纤维增强材料层包括单向纤维丝束，所述各层相互排列以形成准各向同性的叠层。优选地，各层在+90/+45/0/-45/-90方向上延伸，且它们可以成倍排列。
可以将这些叠层(模)切成层合体部件，然后将其作为压塑品进行加工。切割过程产生多余的层合体叠层材料。这种多余材料可用于其它目的，本发明寻求其解决方法以及总地提供了改进。
图1展示了再利用方法10。将来自模切层合预浸料片材的边角料12切割成较小的层合体元件14，或者可以在完成方法10之后将它们切割。通过加热或冷却或通过两种温度处理的组合对这些元件进行温度处理16，18。加热18降低树脂的粘度、且提高Tg并且可以促进分离，而冷却可降低树脂基质的Tg和/或粘着性，从而使各层更容易分离。
在温度处理之后，通过施加应力将元件分离20。可以在与层合体元件有关的不同方向和/或按与层合体元件有关的不同形式施加应力。可以将步骤20、16和18组合，或使其部分同时或循环进行，直到元件分离。在分离20之后，将无规分布的单层预浸料元件22组合在一起形成片材形式，作为片材模塑料(SMC)24。则该SMC即可适宜再利用以制备复合部件。
由此提供了如上文所述的方法和模塑料。

Claims (11)

1.一种形成片材模塑料的方法，其通过以下进行：切割用树脂基质预浸渍的纤维增强材料层的模制品或层合体和/或由树脂浸渍的短切增强纤维形成的模制品以产生一个或多个边角料，所述边角料的形式为包括多个彼此接触的元件的复合材料叠层，其中每个元件包含增强纤维和树脂基质；将所述复合材料叠层分离为各自包含增强纤维和树脂基质的多个组合元件和/或单独元件；和将所述元件无规分布和组合，以形成所述片材模塑料；其中所述方法包括以下步骤：温度处理所述复合材料叠层和向所述叠层施加应力，从而分离所述元件。
2.权利要求1的方法，其中所述施加的应力选自以下应力中的一种或多种：
a.挠曲应力，
b.扭曲应力，
c.压缩应力，
d.剪切应力，
e.剥离应力，
f.拉伸应力，
g.振动应力。
3.权利要求2的方法，其中在与所述叠层有关的一个或多个方向施加所述应力。
4.权利要求2的方法，其中接连或同时施加所述应力。
5.权利要求1或2的方法，其中温度处理和应力施加至少部分同时进行。
6.权利要求1或2的方法，其中应力施加在温度处理之后。
7.权利要求1或2的方法，其中温度处理包括冷却所述树脂基质。
8.权利要求7的方法，其中将所述树脂基质冷却，以将所述树脂的粘着性值降至小于所述树脂在室温的粘着性值的10％的值。
9.权利要求1或2的方法，其中温度处理包括加热所述树脂基质。
10.权利要求9的方法，其中将所述树脂基质加热，以将所述树脂的粘度值降至小于所述树脂在室温的粘着性值的60％的值。
11.权利要求1或2的方法，其中循环或重复应力施加和温度处理。
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