CN107206709A - 通过高压注入从液体聚合树脂制造复合材料部件的模制装置 - Google Patents

通过高压注入从液体聚合树脂制造复合材料部件的模制装置 Download PDF

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Abstract

一种用于制造结构化的或半结构化的复合材料部件的模制装置（1）和方法，该部件包括聚合树脂（50）和纤维基板（51）。该装置包括模具（2），模具包括底部和侧表面；可移动部分（10），其沿模具的侧表面运动，其包括与所述模具（2）的底部和侧表面（5）形成腔体（7）的压缩表面（14），其特征在于，所述可移动部分（10）包括真空抽吸通道（13、23），该真空抽吸通道通向位于腔体上方的并与所述腔体（7）连通的室（25、42）。

Description

通过高压注入从液体聚合树脂制造复合材料部件的模制装置
技术领域
本发明涉及用于这种部件的工业生产的复合材料部件的模制领域。
更具体地，本发明涉及一种通过高压注入从液体聚合树脂来工业制造复合材料部件的模制装置。本发明还涉及通过该模制装置实施的复合材料部件的制造方法、通过所述方法所获得的部件以及用于实施该方法的树脂。
根据本发明的方法允许多组分的聚合树脂的注入。在下文中，使用术语“聚合树脂”表示聚合之前的聚合树脂，并且使用术语“经聚合的树脂”表示聚合之后的聚合树脂。
背景技术
一些部件或如上所述的一些部件的组件有时会经受较大的机械应力或机械负荷。因此，这些部件通常由复合材料制成。
复合材料是至少两种不可混的组分的组合。通过这样的组合获得协同作用，使得所获得的复合材料具有显著的机械和/或热力性质，而这些性质是每种初始组分与复合材料相比都不具有的或者仅具有较低的程度。
此外，复合材料包括至少一种增强材料，该增强材料赋予所述复合材料良好的机械性质，特别是在复合材料和基质材料或更简单的基质经受机械负荷下的良好性能，从而形成连续相并确保所述复合材料的内聚力。在工业上使用的各种类型的复合材料中，具有有机基质的复合材料是最常见的。在具有有机基质的复合材料的情况下，基质材料通常是聚合物。该聚合物可能是热固性聚合物或热塑性聚合物。
通过将基质材料与增强材料混合，或者通过用基质材料润湿或浸渍增强材料，然后进行所获得的体系的聚合来制备复合材料。聚合物基质（在本申请的下文中称作树脂）和增强物通过将所述树脂注入所述模具以在模具中进行混合。
通常在工业上使用的模具是具有一个或多个通风孔的模具，其允许保持模具内部的压力平衡。然而，堵塞的通风孔会导致模制后获得的最终部件上的缺陷。此外，通风孔通常在部件上留下标记，因此需要定位通风孔和/或部件，使得该标记尽可能不可见，或者使得在模制后待经受加工的部件的一部分上实现该标记。
为了克服这些问题，已经设计出在真空下工作的、不具有通风孔的模具。在注入树脂之前，在模具中产生真空以允许实现基材与树脂的最佳浸渍，并获得具有尽可能少的缺陷或瑕疵的复合材料部件。
因此，文献DE 20 2012 104 148描述了由互补形状的两个部分形成的模制工具，其能够彼此接触以形成腔体。模制工具的下部部分包括连接到真空端口（prise）并穿过所述下部部分的壁的通道。上部部分尤其在其中通道的一端通向腔体中（由此能够在所述腔体中产生真空）的所谓的“打开”位置和其中通道的内部端部被上部部分堵塞的所谓的“关闭”位置之间可移动。沿着工具的上部部分的壁定位的密封件允许确保在腔体与通道之间，以及因此在腔体与外部之间的良好的密封性。模制工具的下部部分包括注入入口，当在腔体中产生真空并且模制工具处于关闭位置时，通过该注入入口注入树脂。
然而，这种模制工具成本很高，并且其使用方式显得很复杂。而且，在模制工具的打开位置和关闭位置之间，腔体的体积显著减小。体积的这种大幅的减小是由于上部部分的移动，该上部部分移动成更靠近下部部分。这种体积变化伴随着腔体内的压力变化，使得在将树脂注入腔体的步骤期间的压力大于在所述腔体中产生真空的前一步骤期间的压力。该压差会引起所获得的复合材料部件中的缺陷和/或瑕疵。
此外，允许实现真空抽吸（tirage）的体积小，因为该体积由包括在模制工具的下部部分中的通道的体积所确定。然而，通道的直径不能大于设在模制工具的上部部分的密封件之间的空间。因此，真空抽吸率低且模制时间长，使得这种模制工具不适合保持高生产率的工业应用。
因此，本发明的目的是通过提出一种用于从基于聚合树脂的复合材料制造部件的模制装置来消除现有技术的缺陷，该模制装置允许获得无缺陷的部件，或者仅具有少量缺陷和/或瑕疵的部件。根据本发明的模制装置还允许具有高流率的快速真空抽吸的步骤。这种装置还可以保持模制腔体的体积恒定，并且保持真空抽吸与将树脂注入模制装置之间的压力变化可以忽略不计。
发明内容
为此，本发明涉及一种用于制造结构化的或半结构化的复合材料部件的模制装置，所述部件包括聚合树脂和纤维基板，其特征在于，该模制装置包括：
- 模具，其包括底部和侧表面，
- 可移动部分，其能够沿着模具的侧表面运动，其包括与所述模具的底部和侧表面形成腔体的压缩表面，
其主要特征在于，所述可移动部分包括真空抽吸通道，所述真空抽吸通道通向位于腔体上方且与所述腔体连通的室中。
根据另外的特征，模具包括下部部分和上部部分，所述上部部分能够与所述下部部分接触以便于关闭模具。
可移动部分还包括冲头和注入头，所述冲头能够沿着模具的侧表面运动，所述注入头设有壁，所述壁界定注入柱，所述注入柱通过开口与所述腔体连通。
根据另外的特征，模具还包括活塞，所述活塞包括设有下表面的下部部分、上部部分和凹部，所述活塞能够沿着所述注入柱在称作打开位置的至少一个第一位置与至少一个第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述活塞的下表面与所述注入头的壁和所述开口界定所述注入柱的下部部分，以及在所述第二位置中，所述活塞堵塞所述注入柱的所述开口。
根据模制装置的其它特征，
- 可移动部分还包括套管，所述套管能够沿着所述冲头的侧表面在称作打开位置的至少一个第一位置与称作关闭位置的至少一个第二位置之间运动，在所述第一位置中所述套管的下表面与所述冲头的侧表面界定收缩空间，所述收缩空间通过开口与腔体连通，以及在所述第二位置中所述套管堵塞所述开口，
- 收缩空间包括位于冲头中的周围凹槽，
- 真空抽吸通道包括位于冲头中并且通向由收缩空间构成的室中或者通向所述收缩空间的周围凹槽中的通道，
- 注入头在其壁中还包括用于注入树脂的至少一个第一下部通道和用于从所述注入头排出树脂的至少一个第一上部通道，所述第一下部通道和第一上部通道正好定位于彼此之上，并且与活塞的凹部和注入头的壁形成至少一个树脂再循环回路，
- 注入头在其壁中还包括用于注入树脂的至少一个第二下部通道和用于从所述注入头排出树脂的至少一个第二上部通道，所述第二下部通道和第二上部通道正好定位于彼此之上，并且与活塞的凹部和注入头的壁形成至少一个树脂再循环回路，
- 注入头在其壁中包括用于注入树脂的n个下部通道和用于从注入柱中排出树脂的m个上部通道，n大于或等于2，m大于或等于2，n等于或不等于m，以便在n小于m时形成n个树脂再循环回路，或者当m小于n时形成m个再循环回路，
- 注入柱的上部部分包括旨在被加压的空间，并且所述空间能够接纳活塞的上部部分，所述活塞是液压的，以便允许所述活塞沿注入柱的运动。
本发明还涉及一种用于制造结构化的或半结构化的复合材料部件的方法，该复合材料部件包括聚合树脂和纤维基板，其主要特征在于，其借助注入装置来实施，并且包括以下步骤：
- a）将纤维基板定位在腔体中，
- b）经由位于模制装置的可移动部分中的真空抽吸通道在腔体中进行真空抽吸，
- c）经由树脂注入通道通过将预定量的聚合树脂注入到腔体中来浸渍纤维基板，然后通过模制装置的可移动部分来压缩所述树脂。
根据另外的特征，该方法还包括使未注入的树脂再循环到所述腔体中的再循环步骤，并且所述再循环步骤可以在树脂的压缩步骤之前、期间或之后进行。
该方法在树脂的注入步骤之前还包括室关闭步骤。
室关闭步骤在于，通过所述套管至关闭位置中的位移，使套管的下表面堵塞收缩空间的开口。
该方法允许聚合树脂的多组分注入，且更特别地是双组分注入。
本发明还涉及一种用于以双组分方式实施制造方法的液体聚合树脂，其选自热固性聚酯树脂，热固性乙烯基酯树脂，热固性丙烯酸树脂，所述热固性聚酯树脂、热固性乙烯基酯树脂和热固性丙烯酸树脂的混合物，热固性聚氨酯树脂，热固性环氧树脂，热塑性丙烯酸树脂，热塑性聚酰胺树脂。
本发明还涉及一种结构化的或半结构化的复合材料部件，其通过实施所制造方法获得，所述部件可用于机动车辆和交通运输的领域，例如用于卡车、轨道交通、航海和航空运输、风能、光伏、太阳能（热能）、建筑、土木工程、家具和城市设施、信号、体育和休闲活动的领域。
根据有利特征，结构化的或半结构化的复合材料部件是所谓的“净成形”的，即其不包括任何残留的模制浇口，并且其在脱模后是可使用的而无需任何精加工处理。
附图说明
参考附图中所示的模制装置的示意图，通过阅读作为说明性且非限制性示例给出的以下描述，使得本发明的其它优点和特征得以显现：
图1.1是模制装置在真空抽吸步骤期间的剖视图。
图1.2是模制装置在套管关闭步骤期间的剖视图。
图1.3是模制装置在树脂注入步骤期间的剖视图。
图1.4是模制装置在树脂再循环和压缩步骤期间的剖视图。
图2是角度转换（renvoi d'angle）系统的示意图。
图3是树脂储存装置的示意图。
图4是周边变窄装置的示意图。
具体实施方式
模制装置的总体描述
本文所用的术语“单体”是指可以进行聚合的分子。
本文所用的术语“聚合”是指将单体或单体混合物转化为聚合物的过程。低聚物是包括数量较少的单体的​​聚合物。
“多组分注入”是指注入包括至少两种组分的树脂，并且其中所述组分仅从将所述树脂注入模制装置中的步骤起才开始接触。特别地，本文介绍了双组分注入，即注入包括两种组分A和B的树脂，并且其中所述组分仅从将所述树脂注入模制装置中的步骤起才开始接触。
由图1.1的示意图所示的模制装置1包括模具2，其包括下部部分3和能够与所述下部部分接触的上部部分4，从而使其支撑抵靠在固定部分上，以关闭模具。模具2包括设置在其下部部分3中的底部6，该底部用于接收纤维增强物。底部在周边由模具的侧表面5所限制。
模制装置1还包括能够沿着模具的侧表面5运动的可移动部分10。所述可移动部分包括压缩表面14，该压缩表面14与模具的侧壁5和模具的底部6一起形成腔体7。可移动部分还包括能够沿着模具1的侧表面5移动的冲头11以及容纳在冲头11中的、包括在套管40内部的注入头20。
可移动部分10还包括真空抽吸通道13，其旨在被连接到真空抽吸装置，例如真空泵。该通道通向室42中。该室位于腔体7上方并且经由该腔体上的开口与所述腔体7连通。
有利地，模制装置1还包括用于使可移动部分10进行运动的系统60，特别是冲头11的运动，该系统允许在所述可移动部分上施加恒定压力，以便在所述树脂的整个聚合反应期间，随着树脂逐渐聚合来压缩树脂-基板组件。
事实上，在树脂50聚合期间，在以所述树脂浸渍纤维基板51之后，观察到所述树脂的体积收缩的现象。随着树脂的聚合反应逐渐进行，由树脂-基板组件所占据的体积减小，使得在聚合反应结束时，所获得的聚合的树脂-基板组件所占据的体积小于由初始的树脂-基板组件所占据的体积。所描述的系统允许获得纤维基板与树脂的最佳浸渍，因为该系统允许可移动部分10，且特别是所述可移动部分的压缩表面14，与树脂-基板组件保持接触，并且在整个聚合反应期间压缩所述树脂-基板组件。
有利地，该系统包括平移的角度转换系统60，如图2所示。该系统包括作动筒61，其将负荷施加到平移的角度转换件62上，所述角度转换件定位成相对于与作动筒的纵向轴线成角度α的偏离。角度转换件连接到冲头11并将负荷传递到冲头，允许所述冲头表现出平移移动并且沿着模具的侧表面5滑动。
为了实施制造复合材料部件的方法，需要在该方法的所有步骤期间精确地控制可移动部分10且特别是冲头11的运动和定位。为此目的，作动筒61优选地是双作用作动筒。
所描述的系统60有利地实现冲头11的位移，同时通过在冲头上施加恒定的压力来补偿在树脂的聚合阶段期间的所述树脂的收缩。尤其根据树脂的类型和所注入的树脂的体积来确定所施加的压力。该系统60允许获得纤维基板与树脂的浸渍的优异的均匀性，使得复合材料部件具有良好的机械性质以及良好的表面光洁度，而不粗糙。
当注入的树脂的体积大于模具中的纤维基板的最佳浸渍所需的体积时，模制装置1有利地包括储存装置，该储存装置允许容纳过量的注入树脂。如图3所示，储存装置有利地通过储备室70所实现，该储备室70能够容纳过量的注入树脂50，所述储备室通过管线71连接到腔体7。以这种方式，当注入树脂的体积大于纤维基板最佳浸渍所需的体积时，过量的树脂经由该管线进入直到容纳在储备室70中。
该储备室70的存在允许获得用于注入树脂的更大的窗口，因为当超过最佳浸渍体积时，剩余物将容纳在储备室中。因此，这些储存装置可以保证纤维基板的最佳浸渍，并因此获得具有良好机械性质的复合材料部件。
模制装置有利地包括用于使部件的截面的周边变窄的装置，其涉及冲头的下表面和/或模具的底部的几何形状的变化。如图4所示的变窄装置位于模具的侧表面5附近，并且由图6中参考标记为80、81和82的三个实施变型示出。
在第一变型中，冲头的下表面15是弯曲的，从而形成突出部分80。在第二变型中，冲头的下表面包括缺口81。在第三实施变型中，冲头的下表面和模具的底部6包括斜率的改变以形成倾斜。
用于使部件的截面的周边变窄的此类装置（80、81、82）允许获得树脂50与纤维基板51的浸渍的良好的均匀性，特别是通过避免干燥区域的形成，该干燥区域对应于基板的树脂与所述基板的浸渍是轻微的或甚至是不存在的区域。用于使部件的截面的周边变窄的所述装置（80、81、82）因此允许获得具有良好机械性质的复合材料部件。
图1.1、图1.2、图1.3和图1.4中所示的复合材料部件的操作和制造的细节
通过图1.1、图1.2、图1.3和图1.4的示意图所示的模制装置允许注入呈双组分的树脂50。可移动部分10能够沿着模具的侧表面5运动，并且设置在该可移动部分中的冲头11能够沿着所述模具的侧表面运动。模制装置1的可移动部分10包括其中定位有注入头20的套管40，使得所述套管围绕所述注入头。套管40能够沿着冲头11的侧表面12并且相对于模具的侧表面5运动。特别地，套管能够在称作打开位置的至少一个第一位置与称作关闭位置的至少一个第二位置之间运动。
注入头20是所谓的“高压”注入头。它可以在通常介于50巴到100巴之间的树脂注入的高压下使用。该注入头在其壁21中包括正好定位于彼此之上的第一下部通道23.1和第一上部通道23.2，以及正好定位于彼此之上的第二下部通道24.1和第二上部通道24.2。第一下部通道和第二下部通道彼此相对并面对彼此。类似地，第一和第二上部通道彼此相对并面对彼此。
注入头20还包括液压活塞30，其在其长度的一部分上包括凹部31，所述液压活塞能够沿着所述注入头的柱22在至少一个称作打开位置的第一位置与称作关闭位置的第二位置之间运动。
在打开位置中，活塞的下端部32、注入头的壁21和柱的开口26界定了柱部分25，其尤其旨在将聚合树脂注入腔体7之前接纳聚合树脂。
在关闭位置中，柱的开口26被活塞的下端部32所堵塞。此外，设置在液压活塞的一部分上的凹部31以及上部通道和下部通道形成用于循环聚合树脂的回路。第一回路由活塞的凹部31、第一下部通道23.1和第一上部通道23.2形成。第二回路由活塞的凹部31、第二下部通道24.1和第二上部通道24.2形成。
如上所述，活塞30是允许在高压下注入聚合树脂的液压活塞。为了能够在活塞上施加这种压力，注入头包括能够容纳活塞的上端部33的空间27。
通过位于可移动部分的冲头中的通道13进行真空抽吸，该通道13的一个端部通向收缩空间（espace de retrait）42所形成的室，特别是在收缩空间的经由开口44与腔体7连通的周边凹槽43中，以及其另一个端部通向冲头的外部并连接到真空抽吸系统，例如真空泵。
在真空抽吸步骤中，活塞处于关闭位置中并且阻塞注入柱的开口26。冲头11处于高位置中，并且套管40处于打开位置以形成收缩空间42。组分A和B分别在第一回路和第二回路中在注入头中再循环。调节组分A和B的再循环流率，以便允许所述组分在随后的树脂注入步骤期间在高压下的最佳混合。特别地，组分A和B的再循环流率可以与在随后的树脂注入步骤期间的树脂的注入流率相同或不同。
当在腔体和收缩空间中产生真空时，套管40沿着冲头的侧表面12运动，直到其处于关闭位置中，从而填充收缩空间42。套管阻塞凹槽43以便防止空气在该方法的后续步骤中经由通道13进入腔体7中。在关闭位置中，套管的下表面41位于与冲头的下表面15相同的水平面处，使得套管的下表面和冲头的下表面形成压缩表面14。然后将套管固定到冲头，其变得联结到冲头，以便保证腔体的密封性。
然后将树脂50注入到模具的腔体7中，以便浸渍预先放置在所述腔中的纤维基板51。在树脂注入步骤中，活塞30处于打开位置中，且第一下部通道23.1和第二下部通道24.1由此通向柱部分25中。
组分A和B在高压下分别经由第一下部通道和第二下部通道被注入至柱部分中，在该柱部分处其达到彼此接触。组分A和B的注入压力和注入流率可以被选择为与所述组分A和B的再循环压力和再循环流率相同或不同。
使组分A和B在高压下以及以高流率在柱部分中达到接触允许获得所述组分的均匀混合，并且由此获得均匀的聚合树脂，以便实现纤维基板的最佳浸渍。
当所期望的量的树脂已经注入到模具的腔体中时，活塞30移位到关闭位置，以阻塞注入柱部分的开口26。然后，如在真空抽吸步骤期间一样，组分A和B分别在第一回路和第二回路中于注入头中进行再循环。
在树脂的再循环之后，模制装置的可移动部分10沿着模具的侧表面5运动，直到其到达低位置，其根据注入树脂的类型和体积是变化的，使得压缩表面14与所述注入树脂达到接触。可移动部分压缩树脂，从而允许树脂在纤维基板的整个表面上的最大展开，以及允许所述树脂与纤维基板的最佳浸渍。树脂再循环步骤可以在压缩步骤之前、期间或之后实施。优选地，再循环和压缩步骤同时进行。
注入可以双组分方式或更通常地以多组分方式来实现，因此合适地匹配下部通道和上部通道的数量以及树脂再循环回路的数量。特别地，组分A和B可以是相同的或不同的。
组分A和B也可以是不同的，并且每种组分可以包括不同的聚合树脂，从而特别地实现两种不同的聚合树脂的双组分形式的注入。
用于从复合材料制造结构化的或半结构化的部件的方法
所描述的模制装置允许制造由复合材料制成的结构化或半结构化的部件。如各个实施例所述地使用聚合树脂和纤维基板通过模制来获得部件，其中聚合树脂尤其是一种或更多种热塑性或热固性聚合树脂。这些聚合树脂也可以称作预聚合物，因为它们是在模制方法中所使用的模制装置中进行聚合之后所获得的复合材料的聚合物基质的前体。
该方法更具体地包括以下步骤：
- 将纤维基板51定位在模制装置的腔体7的底部6上。模制装置的模具2处于打开位置中以允许将纤维基板定位在所述模具的腔体中。然后通过使所述模制装置的上部部分4和下部部分3达到接触来关闭模制装置，且然后通过例如压力机的关闭系统或者在工业中通常使用的任何其它模制装置关闭系统来使所述上部部分压靠所述下部部分。
- 经由为此目的所设置的通道在腔体7中产生真空或在腔体中进行真空抽吸。真空抽吸通道13位于模制装置的可移动部分中并且通向与腔体7连通的室42。真空抽吸通道旨在被连接到真空抽吸系统，例如真空泵，以用于实施在腔体中的真空抽吸步骤。因此，在真空下抽吸步骤结束时，在室和腔体中产生真空。
- 通过聚合树脂浸渍预先定位在模制装置的腔体7中的纤维基板。
浸渍步骤包括将树脂注入腔体中，且然后压缩所述树脂和纤维基板的步骤。
经由位于可移动部分10中的注入通道来实现树脂的注入。经由通道注入预定量的树脂51，穿过注入头中，然后容纳在腔体中，从而与纤维基板51达到接触。在树脂聚合后，得到构成复合材料的聚合物基质的经聚合的树脂。
使用根据本发明的模制装置实施的模制方法允许获得在真空抽吸步骤和树脂50注入步骤之间体积不改变的腔体7。所提出的模制装置还允许获得在真空抽吸步骤和树脂注入步骤之间不变或基本不变的压力。对于“基本不变的压力”，应理解为，腔体中的压力变化可忽略不计，并且所述压力变化对所获得的复合材料部件的品质的影响可忽略不计。
根据本发明的用于制造复合材料部件的模制装置还允许获得非常大的真空抽吸面积，且由此在小于10秒，优选地小于8秒，且甚至更优选地小于5秒内产生大于100毫巴，优选地大于75毫巴，且甚至更优选地大于50毫巴的真空。非常高的真空应理解为，模具中的压力，优选地在腔体中的压力，低于100毫巴，优选地低于75毫巴，且甚至更优选地低于50毫巴。
因此，这种模制装置允许获得具有较少数量的缺陷和/或瑕疵的复合材料部件，并且获得聚合树脂与纤维基板的最佳浸渍。
纤维基板
关于纤维基板，优选地，所述基板具有的尺寸对应于模制腔体的尺寸，使得所述纤维基板完全地或几乎完全地覆盖所述模制腔体的底部。
纤维基板优选包括长纤维，并且其中L/D比值（长度与直径的比值）大于1000，优选地大于2000，有利地大于3000，更有利地大于5000，甚至更有利地大于6000，甚至更有利地大于7500，并且最有利地大于10000。
纤维
基板的纤维可以是连续的，并且呈组件的形式，其可以是预制品。它们可以是具有单向（UD）或多向（2D、3D）增强的形式。特别地，它们可以是织物、布、层、条或饰带的形式，并且还可以被切割，例如以非织物（毛糙面）的形式或毡子的形式。
基板的纤维的直径介于0.005μm到100μm之间，优选地介于1μm到50μm之间，更优选地介于3μm到30μm之间，且有利地介于5μm到25μm之间。
基板的纤维可以选自：
- 矿物纤维，其优选地具有高于施加温度的高熔点Tf，
- 聚合纤维或聚合物纤维，其优选地具有熔点Tf'，或不具有Tf'，而具有玻璃转化温度Tg'，远高于施加温度，
- 或上述纤维的混合物。
更具体地，可以从如下来选择纤维：
- 矿物纤维可以选自：碳纤维、碳纳米管纤维、特别是E型、R型或S2型的玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、特别是碳化硅纤维、碳化硼纤维、碳氮化硼纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、基于金属和/或金属合金的纤维或长​​丝、基于金属氧化物（如Al2O3）的纤维、金属化纤维（如金属化玻璃纤维和金属化碳纤维）或上述纤维的混合物，以及
- 在上述条件下的聚合物纤维或聚合纤维选自：
• 热塑性聚合物纤维，更具体地选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），
• 聚酰胺纤维，
• 芳纶纤维（例如Kevlar(R)）和聚芳酰胺纤维，例如对应于以下分子之一的PPD.T、MPD.I、PAA和PPA，其中PPD和MPD分别为对苯二胺和间苯二胺，PAA为聚芳基酰胺并且PPA为聚邻苯二甲酰胺，
• 聚酰胺嵌段共聚物纤维，如聚酰胺/聚醚纤维；聚芳醚酮纤维（PAEK），如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）等。
增强纤维优选地选自以下的长纤维：包括金属化纤维的碳纤维、包括E型、R型，S2型金属化纤维的玻璃纤维、芳纶纤维（例如Kevlar®）和聚芳酰胺纤维，聚芳醚酮纤维PAEK），如聚醚醚酮（PEEK）纤维、聚醚酮酮（PEKK）纤维、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）纤维或其混合物。
更特别地，纤维优选地选自：玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维和芳纶纤维（例如Kevlar(R)）或其混合物。
所述纤维可以具有所述复合材料的体积的40%至70％，优选地体积的45%至70％，以及甚至更优选地体积的50%至65％。
纤维的组合可以是随机的（毛糙）、单向（UD）或多向（2D、3D或其它）。其“重量”，即其每平方米的重量可以达到100 g/m2至1000g/m2，优选地从150 g/m2至900g/m2，甚至更优选地从200 g/m2至700g/m2。
聚合树脂
在附图中由附图标记50示出的聚合树脂被注入到模制装置1中。
这里“聚合树脂”应理解为，包括含有反应性基团的组分的粘性液体化学组合物。当其被注入模制装置1中时，这种树脂允许通过浸渍纤维基板51并随后聚合所述树脂，从而形成经聚合的树脂，以获得用于各种应用的复合材料，例如在铁路、航空或建筑和建筑物领域。
所使用的树脂是反应性树脂，其允许原位聚合。这些树脂是液体，其在小于或等于300℃的一定温度下具有小于或等于10000mPa.s的粘度。
在上述模制装置中，以多组分方式，特别是以双组分方式，来注入树脂，即这些树脂的组分A和B在将树脂注入所述模制装置中的步骤之前不会接触，因此避免了在低温下储存组分A和B的混合物的步骤。
树脂包括组分A，该组分A包括糖浆，糖浆包括可以是反应性的或不是反应性的至少一种聚合物或至少一种低聚物，以及至少一种能够与所述聚合物或低聚物反应的单体或扩链剂（如果所述聚合物或低聚物是反应性的）。树脂还包括组分B，组分B包括用于与单体或扩链剂反应以引发聚合的至少一种引发剂或催化剂。
特别地，树脂的聚合可以是自由基聚合反应，或加聚反应或缩聚反应。
在自由基聚合反应的情况下，树脂包括组分A，该组分A包括糖浆，糖浆包括可以是反应性的或不是反应性的至少一种聚合物或低聚物，以及至少一种单体。树脂还包括组分B，该组分B包括用于与单体和/或聚合物或低聚物反应（如果所述聚合物或低聚物是反应性的）以引发聚合反应的至少一种引发剂。
在加聚反应或缩聚反应的情况下，树脂包括组分A，该组分A包括糖浆，糖浆包括至少一种反应性的聚合物或低聚物。树脂还包括组分B，组分B包括用于与反应性的聚合物或低聚物反应以引发聚合反应的至少一种扩链剂。
用于多组分注入的树脂，特别是双组分注入的树脂包括：
- 热固性聚酯树脂，其在添加剂存在的情况下包括稀释在一种或更多种反应性单体中的不饱和聚酯聚合物。一种和/或多种聚合物以及一种和/或多种单体通过自由基聚合反应是可聚合的，由引发剂（例如过氧化物）引发聚合反应，例如具有或不具有加速剂。反应性单体通常是苯乙烯，但也可以包括其它乙烯基单体，例如（甲基）丙烯酸单体，其与苯乙烯组合或不组合。
- 热固性乙烯基酯树脂，其在添加剂存在的情况下包括稀释在一种或更多种反应性单体中的（甲基）丙烯酸化环氧聚合物。一种和/或多种聚合物以及一种和/或多种单体通过自由基聚合反应是可聚合的，由引发剂（例如过氧化物）引发聚合反应，例如具有或不具有加速剂。反应性单体通常是苯乙烯，但也可以包括其它乙烯基单体，例如（甲基）丙烯酸单体，其与苯乙烯组合或不组合。
- 热固性丙烯酸树脂，其在添加剂存在的情况下包括稀释在一种或更多种反应性单体中的（甲基）丙烯酸化聚氨酯聚合物或（甲基）丙烯酸化聚酯。一种和/或多种聚合物以及一种和/或多种单体通过自由基聚合反应是可聚合的，由引发剂（例如过氧化物）引发聚合反应，例如具有或不具有加速剂。反应性单体通常是甲基丙烯酸甲酯，但也可以包括其它乙烯基单体，例如苯乙烯或（甲基）丙烯酸单体，其与甲基丙烯酸甲酯组合或不组合。
- 上述三种树脂的混合物。
- 热固性聚氨酯树脂，其在添加剂和/或稀释剂存在的情况下是基于具有异氰酸酯官能团的聚合物或低聚物。通过多元醇或多胺的加聚反应或缩聚反应进行聚合反应，可选地在加速剂的存在下进行。
- 热固性环氧树脂，其在添加剂和/或稀释剂存在的情况下是基于具有环氧官能团的聚合物或低聚物。通过多胺或酸酐的加聚反应或缩聚反应来进行聚合反应，可选地在加速剂的存在下进行。
- 热塑性丙烯酸树脂，其包括至少一种聚合物和至少一种单体以及用于引发所述至少一种单体的聚合的引发剂。一种或更多种单体通过自由基聚合反应是可聚合的，由引发剂（例如过氧化物）引发聚合反应，例如具有或不具有加速剂。反应性单体通常是甲基丙烯酸甲酯，但也可以包括其它乙烯基单体，例如（甲基）丙烯酸单体，其与甲基丙烯酸甲酯组合或不组合。
- 热塑性聚酰胺树脂（PA和PAHT），例如文献EP 1191050和EP 2586585中所述的那些树脂，其通过引用并入本文中。特别地且以示例的方式，可以提及热塑性聚酰胺树脂，其包括至少一种内酰胺单体，如β，β-二甲基丙内酰胺、α，α-二甲基丙内酰胺、淀粉内酰胺、己内酰胺、辛内酰胺和十二烷基内酰胺。
复合材料部件
上述模制装置和方法允许制造复合材料部件或结构化或半结构化复合材料部件，特别是不包括任何残留的模制浇口的部件，并且其能够在脱模后进行使用而无需任何精加工处理。
更具体地，根据模制工业中当前的英语术语，所述部件是“净成形”的，该术语表示在最终使用之前不需要任何特殊的加工或精加工。这与特定的制造条件，特别是在真空下工作的且因此不需要通风孔的模具中的模制有关，当存在通风孔时，在脱模时，其通常需要通过额外的加工和精加工来去除与该通风孔有关的、所形成的浇口。这是相对于在该领域中的现有技术而言在最终结构中的较大区别和显著的额外优点。事实上，该装置适用于结构化或半结构化复合材料部件的工业制造；特别是获得生产率的增加、没有废料以及无缺陷的机械部件，因此获得改进的机械性质。
如此获得的结构化或半结构化部件可用于各种最终应用，特别是在机动车辆和交通运输的领域，例如用于卡车、铁路、航海和航空运输、光伏，太阳能（热能）（特别是太阳能发电站的部件）、风能、空间、建筑和土木工程、家具和城市设施、信号、体育和休闲活动等领域的部件。

Claims (19)

1.一种模制装置（1），其用于制造结构化或半结构化复合材料部件，所述部件包括聚合树脂（50）和纤维基板（51），其特征在于，其包括：
- 模具（2），其包括底部和侧表面，
- 可移动部分（10），其能够沿着模具的侧表面运动，其包括压缩表面（14），所述压缩表面（14）与所述模具（2）的底部和侧表面（5）形成腔体（7），
其特征在于，所述可移动部分（10）包括真空抽吸通道（23），所述真空抽吸通道（23）通向位于所述腔体上方且与所述腔体（7）连通的室（42）中。
2.根据权利要求1所述的模制装置，其特征在于，所述模具（2）包括下部部分（3）和上部部分（4），所述上部部分能够与所述下部部分达到接触以便于关闭所述模具。
3.根据权利要求1和2所述的模制装置，其特征在于，所述可移动部分（10）还包括冲头（11）和注入头（20），所述冲头（11）能够沿着所述模具的侧表面运动，所述注入头设有壁，所述壁界定注入柱，所述注入柱通过开口与所述腔体连通。
4.根据权利要求1至3所述的模制装置，其特征在于，其还包括活塞（30），所述活塞（30）包括设有下表面的下部部分、上部部分和凹部，所述活塞能够沿着所述注入柱（22）在称作打开位置的至少一个第一位置与至少一个第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述活塞的下表面与所述注入头的壁和所述开口界定所述注入柱的下部部分，以及在所述第二位置中，所述活塞堵塞所述注入柱的所述开口。
5.根据权利要求1至4所述的模制装置，其特征在于，所述可移动部分（10）还包括套管（40），所述套管（40）能够沿着所述冲头（11）的侧表面在称作打开位置的至少一个第一位置与称作关闭位置的至少一个第二位置之间运动，在所述第一位置中所述套管（40）的下表面与所述冲头的侧表面界定收缩空间（42），所述收缩空间（42）通过开口（44）与腔体（7）连通，以及在所述第二位置中所述套管堵塞所述开口（44）。
6.根据权利要求5所述的模制装置，其特征在于，所述收缩空间（42）包括位于所述冲头（30）中的周围凹槽（43）。
7.根据权利要求1、5和6所述的模制装置，其特征在于，所述真空抽吸通道（13）包括位于所述冲头中并且通向由所述收缩空间构成的所述室（42）中或者通向所述收缩空间的周围凹槽（43）中的通道。
8.根据权利要求1至4所述的模制装置，其特征在于，所述注入头（20）在其壁中还包括用于注入树脂的至少一个第一下部通道（23.1）和用于从所述注入头排出树脂的至少一个第一上部通道（23.2），所述第一下部通道和所述第一上部通道正好定位于彼此之上，并且与所述活塞的凹部和所述注入头的壁形成至少一个树脂再循环回路。
9.根据权利要求1至4所述的模制装置，其特征在于，所述注入头（20）在其壁中还包括用于注入树脂的至少一个第二下部通道（24.1）和用于从所述注入头排出树脂的至少一个第二上部通道（24.2），所述第二下部通道和所述第二上部通道正好定位于彼此之上，并且与所述活塞的凹部和所述注入头的壁形成至少一个树脂再循环回路。
10.根据权利要求1至4所述的模制装置，其特征在于，所述注入头（20）在其壁中包括用于注入树脂的n个下部通道和用于从所述注入柱中排出树脂的m个上部通道，n大于或等于2，m大于或等于2，n等于或不等于m，以便在n小于m时形成n个树脂再循环回路，或者当m小于n时形成m个再循环回路。
11.根据权利要求1至4所述的模制装置，其特征在于，所述注入柱的上部部分包括旨在被加压的空间，并且所述空间能够接纳所述活塞的上部部分，所述活塞是液压的，以便允许所述活塞沿所述注入柱的运动。
12.一种用于制造结构化的或半结构化的复合材料部件的方法，所述复合材料部件包括聚合树脂和纤维基板，其特征在于，其借助根据权利要求1至11中任一项所述的注入装置来实施，并且包括以下步骤：
- a）将所述纤维基板定位在所述腔体中，
- b）经由位于所述模制装置的是可移动部分中的所述真空抽吸通道在所述腔体中进行真空抽吸，
- c）经由树脂注入通道通过将预定量的聚合树脂注入到所述腔体中来浸渍所述纤维基板，然后通过所述模制装置的所述可移动部分来压缩所述树脂。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，其还包括使未注入的树脂再循环到所述腔体中的再循环步骤，所述再循环步骤可以在树脂的压缩步骤之前、期间或之后进行。
14.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，其在树脂注入步骤之前还包括室关闭步骤。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述室关闭步骤在于，通过所述套管至所述关闭位置中的位移，使所述套管的下表面堵塞所述收缩空间的所述开口。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的制造方法，其特征在于，其允许聚合树脂的多组分注入，且特别是双组分注入。
17.一种用于以双组分方式实施如权利要求12至16所述的制造方法的液体聚合树脂，其选自热固性聚酯树脂，热固性乙烯基酯树脂，热固性丙烯酸树脂，所述热固性聚酯树脂、热固性乙烯基酯树脂和热固性丙烯酸树脂的混合物，热固性聚氨酯树脂，热固性环氧树脂，热塑性丙烯酸树脂，热塑性聚酰胺树脂。
18.一种结构化的或半结构化的复合材料部件，其特征在于，其通过实施权利要求12至16中任一项所述的制造方法获得，所述部件可用于机动车辆和交通运输的领域，例如用于卡车、轨道交通、航海和航空运输、风能、光伏、太阳能（热能）、建筑、土木工程、家具和城市设施、信号、体育和休闲活动的领域。
19.根据权利要求18所述的结构化的或半结构化的复合材料部件，其特征在于，其是所谓的“净成形”的，即其不包括任何残留的模制浇口，并且其在脱模后是可使用的而无需任何精加工处理。
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