CN107336449A - 热塑性碳纤维复合材料的外观修复 - Google Patents

Abstract

提供修复聚合物复合结构中的缺陷的方法。该方法包括在聚合物复合结构的缺陷上设置贴片；在聚合物贴片上设置纹理片材，施加压力至聚合物贴片和纹理片材；并且加热该聚合物贴片。纹理片材具有表面纹理，其为聚合物复合结构的表面纹理的负像。

Description

热塑性碳纤维复合材料的外观修复

技术领域

本发明涉及通过使用修复贴片对碳纤维复合材料的修复。

背景技术

本部分提供与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。

车体理想地处理在正常使用条件下以及在异常条件下，例如碰撞或在暴露于其他过大的力或冲击期间施加的载荷。车体越来越多地使用例如聚合物基复合材料的材料构成，这样的复合材料提供比常规设计中使用的低碳钢更高的强度重量比。聚合物复合材料特别适用于汽车，并且在进一步减轻车辆质量的努力中，其使用预计将在未来持续增加。然而，与常规的金属材料相比，当需要修复时，聚合物复合材料造成更大的困难。因此，为损坏或划伤的复合结构中的缺陷开发有效的修复方法将仍然是重要的。

发明内容

本部分提供了本发明的总体概述，并不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

该技术提供了修复聚合物复合结构中的缺陷的方法。该方法包括在聚合物复合结构的缺陷上布置贴片，其可以是聚合物贴片。该方法还包括在聚合物贴片上布置纹理片材。纹理片材具有第一表面纹理，其是聚合物复合结构的第二表面纹理的负像。然后可以将压力施加到聚合物贴片和纹理片材。该方法还包括加热聚合物贴片。以这种方式，可以修复聚合物复合结构中的缺陷。

该技术还提供了修复聚合物复合结构中的缺陷的另一种方法。该方法可选地包括使用填充材料填充具有表面纹理的聚合物复合结构中的缺陷。然后将聚合物贴片设置在缺陷上，其中聚合物贴片具有与聚合物复合结构的第二颜色匹配的第一颜色。纹理片材设置在聚合物贴片上，其中纹理片材具有表面纹理，该表面纹理为聚合物复合结构的表面纹理的负像。热源可以设置在纹理片材上，而压力源可以设置在热源上。该方法还包括向聚合物贴片和纹理片材施加压力，随后用设置在纹理片材上的热源加热聚合物贴片。加热导致聚合物贴片粘附于聚合物复合结构。压力的施加导致纹理片材将第一表面纹理转移到聚合物贴片上，使得聚合物贴片具有与聚合物复合结构的第二表面纹理相匹配的第三表面纹理。

此外，该技术提供了修复波纹状聚合物复合结构中的缺陷的方法。该方法包括在具有第一波纹状表面的波纹状聚合物复合结构中的缺陷上布置贴片。然后，在波纹状聚合物复合结构的对应于贴片所设置位置的区域中设置刚性板，该刚性板具有与第一波纹状表面匹配或互补的第二波纹状表面。该方法还包括用热毯或感应式加热器加热贴片。

根据本文提供的描述将更清楚进一步的应用领域。本发明内容中的描述和具体实施例仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而不是所有可能的实现方式，并且并不意图限制本发明的范围。

图1是根据本发明的某些方面的用于修复聚合物复合结构中的缺陷的方法的示意图；

图2A是根据本发明的某些方面的外观缺陷的修复的图示；

图2B是根据本发明的某些其他方面的结构缺陷的修复的图示；

图3A是根据本发明的某些方面的与图1中类似的用于修复聚合物复合结构中的缺陷的方法的图示，其中使用热毯作为加热源；

图3B是根据本发明的某些方面的与图1中类似的用于修复聚合物复合结构中的缺陷的方法的图示，其中使用感应式加热器作为加热源；

图4A是根据本发明的某些方面的与图1中类似的用于修复聚合物复合结构中的缺陷的方法的图示，其中使用真空袋作为压力源；

图4B是根据本发明的某些方面的与图1中类似的用于修复聚合物复合结构中的缺陷的方法的图示，其中使用沙袋作为压力源；

图5A是当通过真空袋抽吸负压时，从聚合物复合结构的拐角或接合处被提离的真空袋的图示；

图5B是根据本发明的某些方面，在通过真空袋抽取负压之前，由于在真空袋中包含褶皱而被吸入到聚合物复合结构的拐角或接合处的真空袋的图示；

图6是根据本发明的某些方面的用于修复波纹状聚合物复合结构中的外观缺陷的方法的图示；

图7A是根据本发明的某些方面的与图6中的方法类似的方法的图示，其中使用热毯作为加热源；以及

图7B是根据本发明的某些方面的与图6中的方法类似的方法的图示，其中使用感应式加热器作为加热源。

在附图的多个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。

具体实施方式

提供了示例性实施例，使得本发明将是彻底的，并且将向本领域技术人员充分地传达范围。阐述许多具体细节，例如特定的构成、部件、装置和方法的实例，以提供对本发明的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，该示例性实施例可以以许多不同的形式实施，并且都不应被解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，不详细描述公知的过程、公知的装置结构和公知的技术。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，单数形式的“一”，“一个”和“该”也可以包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包含”，“含有”，“包括”和“具有”是包容性的，因此指定所述特征、元件、构成、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。虽然开放式术语“包含”被理解为是用于描述和要求本文阐述的各种实施例的非限制性术语，但是在某些方面，该术语也可以被理解为更具限制性和约束性的术语，如“由...组成”或“本质上由...组成”。因此，对于详述构成、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤的任何给定的实施例，本发明还具体包括由所述构成、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤组成的或者基本上由其组成的实施例。在“由...组成”的情况下，替代实施例不包括任何附加的构成、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤，而在“基本上由...组成”的情况下，任何实质上影响基础和新颖特征的附加的构成、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤不包括在这样的实施例中，但是不影响基础和新颖特征的任何构成、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤可以包括在实施例中。

除非特别标明执行顺序，否则本文所述的任何方法步骤、过程和操作都不应被解释为必定需要以所讨论或示出的特定顺序执行。还应当理解，除非另有说明，否则可以采用附加的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“与另一个元件或层接合”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，它可以直接在另一个元件或层上，与另一个元件或层接合、连接或耦合到另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接位于另一个原件或层上”、“直接接合到另一个原件或层”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”)等。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的条目的任何的和所有的组合。

空间或者时间上的相对术语，例如“前”、“后”、“内”、“外”、“下”、“下面”，“低于”，“上”，“高于”等，在本文中用于描述附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间或时间上的相对术语可以旨在包括除了附图中所示的取向之外的，在使用或操作中的装置或系统的不同取向。

在本发明的全文中，数值表示对包括与给定值的微小偏差的范围，以及具有所提及的大约的值和具有完全相同的上述值的那些的实施例的近似的度量或限制。在该说明书中，包括所附权利要求中，参数的所有的数值(例如，数量或条件)应当被理解为在所有实例中被术语“约”修饰，不管“约”实际上是否出现在数值之前。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确性(数值在一定程度上接近精确值；大致或相当接近该数值；差不多)。如果“约”所提供的不精确性不在本领域中作此通常意义的理解，那么此处所使用的“约”至少说明了通常的测量和使用这些参数的方法可能产生的变化。

此外，范围的公开包括在全部范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括为该范围给出的端点和子范围。此处提到的范围，除非另有规定，包括端点，并且包括全部范围内的所有不同的值以及进一步划分的范围的公开。因此，例如，“从A到B”或“从约A到约B”的范围包括A和B。

现在将参照附图更详细地描述示例性实施例。

聚合物复合材料广泛应用于汽车、摩托车、船、拖拉机、公共汽车、移动家庭、野营车和坦克等车辆中，并且在未来随着对进一步减轻车辆质量的努力中，它们的使用将增加。增强复合材料特别适用于汽车或其他车辆(例如摩托车、船)的部件，但也可用于多种其他的行业和应用中，作为非限制性的实例，包括航空航天部件、工业设备和机械、农用设备、重型机械。例如，增强复合材料可用于形成具有轮廓的或复杂三维形状的汽车结构部件。非限制性的实例包括储气罐保护挡板、车体挡板、结构板、门板、内部地面、浅盘形地板(例如厢式货车的)、屋顶、外表面、存储区域，包括手套箱、控制箱、行李箱、行李箱地板、卡车车厢等。

与现有的金属材料相比，聚合物复合材料需要不同的修复方法。因此，用于受损的聚合物复合结构的有效的修复方法的开发是必要的。对于外观修复，用于填充在表面缺陷内的材料需要具有与母体聚合物复合结构的良好的粘附性，以确保修复耐久性，并且具有与母体聚合物复合材料的颜色和纹理匹配的颜色和纹理。用于聚合物复合结构的外观修复的常规方法不能可靠地提供良好的抗紫外线性、耐磨性和匹配的美观性。因此，人们希望有用于修复聚合物复合结构中的外观缺陷的新方法。

在各个方面，本发明提供了采用聚合物贴片修复聚合物复合结构中的缺陷的方法。聚合物复合材料包括至少一种聚合物和至少一种增强材料。在某些方面，聚合物可以是热塑性聚合物。例如，聚合物复合结构可以是热塑性碳纤维增强复合材料。所述缺陷可以是外观的，例如裂缝、凹槽或凹坑，或缺陷可以是结构性的，例如横跨聚合物复合结构或孔的两个表面的大裂缝。结构缺陷可能是促使裂纹扩展或其他破坏机理的位点，而外观缺陷有损于聚合物复合结构的外露区域的美感。聚合物复合结构可以是由车辆上的聚合物复合材料构成的任何结构，例如仪表板。因此，聚合物复合结构可以是平滑的板、弯曲的板或波纹状的板，例如用于卡车车厢中的板或以上讨论的任何应用。在某些方面，用于修复聚合物复合结构中的缺陷的聚合物贴片是包含热塑性聚合物的热塑性贴片。在某些其他方面，聚合物贴片可以是聚合物复合材料。聚合物贴片可以具有与聚合物复合结构的构成相同的构成，包括具有相同水平的相同的增强材料(例如相似的纤维含量)，或具有与聚合物复合结构不同的聚合物复合构成和/或纤维含量。例如，聚合物贴片可以具有与聚合物复合结构的构成相同的构成，但包括小于或大于聚合物复合结构中的纤维含量的纤维含量。

如图1所示，该技术提供了修复由聚合物复合材料构成的聚合物复合结构12中的缺陷10的示例性方法。聚合物复合结构12可以是车辆的一部分，例如车体面板或限定卡车车厢的地板的面板。缺陷10可以是外观缺陷或结构缺陷。在某些实施例中，例如当缺陷10是深划痕、凿孔、孔或刺痕时，如下文进一步阐述的，该方法可以包括用填充材料填充缺陷10。在其他实施例中，例如当缺陷10是浅划痕时，不需要用填充材料填充缺陷10。如图1所示，聚合物复合结构12包括可见地外露表面16和可见地非外露表面18。

图2A和2B示出了与图1中的聚合物复合结构12类似的聚合物复合结构的横截面。在图2A中，外观缺陷10a示出在聚合物复合结构12a中，而在图2B中，结构缺陷10b示出在聚合复合结构12b中。如图2A和2B所示，在某些实施例中，该方法包括采用填充材料14填充聚合物复合结构中的缺陷。更具体地，图2A示出了聚合物复合结构12a中的划痕或凿孔形式的外观缺陷10a。图2A中的方法可以包括采用填充材料14填充外观缺陷10a。填充材料14可以是硬化以填充缺陷10a的任何填充材料。合适的填充材料14的实例包括热塑性塑料，作为非限制性实例，例如聚酰胺、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、热塑性聚酯、聚砜以及它们的共聚物，以及热固性材料，作为非限制性实例，例如聚酰亚胺、环氧树脂、乙烯基酯、聚酯、丙烯酸酯和聚氨酯。如图2A所示，填充材料14例如通过刮擦或平滑来平整，使得填充材料14与聚合物复合结构12的外露的即可见的表面16齐平。

图2B示出了聚合物复合结构12b，其与图2A中的聚合物复合结构12相似，但是具有从外露表面16延伸到非外露的即不可见的表面18的孔形式的结构缺陷10b。如图2B所示，该方法包括将板20附接到非外露表面18，使得板20跨越缺陷10b。板20可以由能够支撑填充材料14的任何材料构成。作为非限制性实例，板20可以由金属、合金、钢、玻璃纤维、聚合物或聚合物复合材料构成。将板20附接到聚合物复合结构12的非外露表面18可以通过本领域已知的任何方法进行，例如使用粘合剂、硬件，即螺钉，或其组合。如图2B所示，该方法包括使用填充材料14填充结构缺陷10b。然后，如图2B所示，填充材料14被刮擦或平滑，使得填充材料与聚合物复合结构的外露的即可见的表面16齐平。

在图2A和2B中，该方法还包括固化、干燥或聚合填充材料14，使得填充材料硬化并填充外观缺陷10a或结构缺陷10b。根据填充材料14的构成，固化、干燥或聚合填充材料14可以包括加热填充材料14、向填充材料14添加活化剂、将填充材料14暴露于紫外(UV)光、养护一段时间，或者其组合。在应用、平滑和聚合填充材料14之后，根据本发明的某些方面，聚合物复合结构准备进行下一过程以修复缺陷。

再参考图1，该方法包括在聚合物复合结构12中的缺陷10上设置贴片22。贴片22在缺陷10上的定位由聚合物复合结构12上的贴片轮廓线23示出。无论是否使用填充材料填充缺陷10，都进行贴片22的设置。当缺陷被填充材料填充时，在填充材料硬化之后，将贴片22设置在缺陷10上方。贴片22由聚合物材料组成，例如热塑性聚合物或未固化的热固性聚合物。因此，贴片22可以是热固性聚合物贴片、热塑性聚合物贴片。在某些变型中，聚合物贴片是聚合物复合材料贴片，其具有聚合物和分散在其中的增强材料。贴片22具有足以覆盖被修复的表面并填充间隙的厚度，同时足够薄以掩盖或隐藏，即融入到聚合物复合结构12中。因此，贴片22可选地具有大于或等于约1μm至小于或等于约1mm的厚度。在某些方面，贴片22基本上匹配聚合物复合结构12的颜色和/或构成，使得在方法完成之后，贴片22覆盖缺陷10，并且不可见或仅仅是稍微可见。或者，贴片22可以是透明的，使得聚合物复合结构12的颜色通过贴片22显示。因此，可以通过目视检查进行颜色匹配。填料，作为非限制性实例，例如炭黑或二氧化钛，可以包括在贴片材料中以精细调节贴片材料的颜色以匹配聚合物复合结构12。在其他方面，贴片22不需要匹配聚合物复合结构12的颜色和/或构成。在某些变化中，合适的贴片材料还包括与聚合物复合结构12相同的聚合物基体或树脂，但不包括增强纤维。

在其他方面，聚合物复合结构12和贴片22可以由美国专利公开号：2013/0122262，2013/0272780和2015/0108793以及PCT国际公报WO 2012/117593，WO 2012/105716，WO2012/102315，WO 2012/105080，WO 2012/105387，WO 2012/105389，WO 2012/105717，WO2012/108446and WO 2012/140793中公开的任何纤维-增强复合材料组成，其各自的全部内容通过引用并入本文。在各个方面，贴片22可以由与聚合物复合结构12相同的纤维增强复合材料组成，或者与聚合物复合结构12不同的，但是与聚合物复合结构12相容的纤维增强复合材料组成。此外，贴片22可以由与聚合物复合结构12相同的纤维增强复合材料构成，但是具有较高或较低的纤维含量。

因此，贴片22可以由包含用增强纤维增强的聚合物基体或树脂的贴片材料组成。用于贴片22或聚合物复合结构12的纤维的合适的非限制性实例包括碳纤维、玻璃纤维(例如玻璃纤维或石英)、芳族聚酰胺纤维(例如对芳族聚酰胺合成纤维和对芳族聚酰胺合成纤维纤维)、硼纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、大麻纤维、玄武岩纤维及其组合。纤维可以作为具有互连的或接触纤维的纤维毡提供，或者可以是在树脂基体内随机分布的单独的纤维。合适的纤维可以包括较短长度的纤维(具有≥约0.1mm至≤约10mm的长度)，较长长度的纤维(具有≥约10mm至≤100mm的长度)或连续纤维(具有≥约100mm的长度)，并且可以包括其任何组合。长纤维可以提供良好的可塑性/生产率/机械性能的平衡。纤维也可以被切碎。

聚合物复合材料或贴片内的纤维可以以随机取向的方式配置，例如以基本上二维随机取向或以特定方向取向的方式。在某些变型中，纤维毡可以与高度平面取向或单向定向纤维或其组合一起使用。纤维毡可以具有随机取向的纤维，用于良好的可塑性/生产率/机械性能的平衡。在某些变型中，可以使用随机纤维毡。随机毡可以包括具有大于或等于约3mm至小于或等于约100mm的平均纤维长度的增强纤维和热塑性树脂。这样的随机纤维毡在上述WO 2012/105080中有进一步的描述。此外，可以包括单向取向的碳纤维层，以便增强承载负荷的支撑结构的局部刚度和强度。在各种实施例中，贴片材料具有小于或等于聚合物复合结构中的纤维浓度的纤维浓度。

如上所述，贴片材料由分散在聚合物基体或树脂中的增强材料组成，该聚合物基体或树脂可以与聚合物复合结构材料相同或不同。作为非限制性实例，聚合物树脂可以包括：聚酰胺树脂(例如PA6、PA11、PA12、PA46、PA66、PA610或己内酰胺)、乙烯基酯、酚醛树脂、双马来酰亚胺、聚酰胺酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈苯乙烯树脂、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯并咪唑树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚芳醚砜树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚丙交酯树脂、聚碳酸酯树脂，或这些树脂的任何组合或共聚物。因此，贴片材料(即热塑性贴片材料)的非限制性实例包括聚酯(包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、聚氨酯、聚烯烃、聚(丙烯酸)(PAA)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚酰胺(包括聚己内酰胺(尼龙))、聚乳酸(PLA)、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚乙烯(PE；包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和交联聚乙烯(PEX))、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、其共聚物及其组合。

如本领域技术人员所理解的，纤维增强复合材料还可包括其它常规成分，包括其它增强材料、功能填料或添加剂，如有机/无机填料、阻燃剂、抗紫外线辐射剂(UV稳定剂)、抗氧化剂、着色剂或颜料，例如炭黑粉末、脱模剂、软化剂、增塑剂、表面活性剂等。关于着色剂或颜料，它们可以用于匹配聚合物复合结构12的颜色。

进一步参考图1，该方法还包括将纹理片材24设置在贴片22上。在某些方面，表面纹理包括可见图案，例如交叉影线、粒纹图案或其它表面微图案。纹理片材24因此具有与聚合物复合结构12的表面纹理相反的，负的或镜像的表面纹理或粒纹，使得聚合物复合结构12的表面纹理可以嵌入贴片22内。此外，纹理片材24可以由本领域已知的能承受升高的压力和温度的任何柔性材料组成。在某些实施例中，纹理片材24由硅树脂组成，即，纹理片材24是有纹理的硅树脂片。在其他实施例中，纹理片材24是耐热橡胶或聚酰亚胺的纹理片材，或软质柔韧金属的纹理片材。如下文更详细地描述的，纹理片材24的表面纹理将被转移到贴片22，使得贴片22具有与聚合物复合结构12的表面纹理或粒纹匹配的表面纹理或粒纹。因此，在方法完成之后，贴片22将具有与聚合物复合结构12相同的纹理，使得贴片22与聚合物复合结构12的外露表面16视觉上融为一体。在一些实施例中，其中聚合物复合结构12没有表面纹理，即是光滑的，纹理片材不是必需的。类似地，当在该方法中使用的其他部件具有与聚合物复合结构12的表面纹理相匹配的表面纹理时，如本文进一步讨论的，纹理片材不是必需的。

该方法还包括当存在纹理片材24时设置或施加热源，即加热元件26至纹理片材24，或者当纹理片材24不存在时，设置或施加热源，即加热元件26至贴片22。例如，热源26具有接触纹理片材24或贴片22的下表面28。在一些实施例中，热源26的下表面28包括与聚合物复合结构12中的纹理或粒纹成负像的纹理或粒纹。在这样的实施例中，纹理从热源26的下表面28转移到贴片22，并且纹理片材24不是必需的。热源26可以是本领域已知的任何热源，例如热毯或感应式加热器。

图3A示出了与图1的情境中描述的方法类似的方法，其中热源26是热毯26a。热毯26a具有下表面28a，当下表面28a不具有与聚合物复合结构12的纹理或粒纹成负像的纹理或粒纹时，该下表面28a接触纹理片材24，或者当下表面28a具有与聚合物复合结构12的纹理或粒纹成负像的纹理或粒纹时，该下表面28a接触贴片22。换句话说，当热毯26a的下表面28a包括纹理或粒纹时，纹理片材24是与贴片22的外露表面16接触的热毯26a的表面。

图3B示出了与图1的情境中描述的方法类似的方法，其中热源26是从与感应器30相关联的导电片26b产生的感应热。导电片26a具有下表面28b，当下表面28b不具有与聚合物复合结构12的纹理或粒纹成负像的纹理或粒纹时，该下表面28b接触纹理片材24，或者当下表面28b具有与聚合物复合结构12的纹理或粒纹成负像的纹理或粒纹时，该下表面28b接触贴片22。因此，在某些方面，感应式加热器26的下表面28b可以具有与聚合物复合结构12的几何形状相匹配的几何形状。感应器30设置在聚合物复合结构12的非外露表面18上，使得贴片22和纹理片材24(当存在时)位于感应式加热器26b和感应器30之间。或者，感应器30可以设置在导电片26b或压力源32的顶部上。感应器30与导电片26b配合以产生热量。

再次参考图1，该方法还包括向贴片22，纹理片材24(当需要纹理片材时)和热源26施加压力。对贴片22和纹理片材24施加压力包括将压力源32施加在热源26上。压力源32可以是本领域已知的任何压力源，例如真空袋机械力(例如使用沙袋)或磁力(例如使用电磁体)。对贴片22施加压力包括向热源26、纹理片材24(当存在时)、贴片22以及聚合物复合结构12施加大于或等于约0.001MPa至小于或等于约1MPa，或大于或等于约0.005MPa至小于或等于约0.1MPa的标准大气压。

图4A示出了与图1的情境中描述的方法类似的方法，其中压力源32是真空袋组件32a。真空袋组件32a完全覆盖其下方的部件，即热源26、纹理片材24(当存在时)、贴片22以及聚合复合结构12的具有缺陷10的区域，使得真空袋组件32a与聚合物复合结构12的外露表面16连续接触。作为非限制性的实例，真空袋组件32a可以通过胶结腻子附接到聚合物复合结构的外露表面16上。真空袋组件32a包括端口34，该端口34接收与负压源相关联的导管。因此，端口34与真空袋组件32a的真空袋连通。当操作负压源时，在真空袋组件32a下产生真空，这导致热源26、纹理片材24、贴片22和聚合物复合结构12变得被迫或挤压在一起。换句话说，真空袋组件32a的边缘相对于聚合物复合结构12密封，并且真空，即负压被抽吸通过真空袋组件32a。此外，在各种实施例中，热源26被定位在真空袋组件32a的正下方。因此，为了防止热源26熔化真空袋，耐热或基本上耐热的柔性罩可以位于热源26和真空袋组件32a之间。通过“基本上耐热”，这意味着柔性罩不会通过罩传递足够量的热量以熔化或以其他方式不利地影响真空袋组件32a。该罩可以由任何柔性耐热材料组成，例如硅树脂。

图5A是示出使用真空袋组件32a可能发生的潜在问题的另一变型。图5A示出了聚合物复合基底12和真空袋组件32a的横截面图。当聚合物复合结构12不平坦，即具有弯曲的或波纹状表面，并且真空袋组件32a抵靠聚合物复合结构12的外露表面16平放时，当负压源启动，真空袋组件32有可能在角部或接头36处被提离外露表面16，如箭头所示。真空袋组件32a的提离可能导致与聚合物复合结构12的不良接触，并且不利地影响热源26、纹理片材24、贴片22和聚合物复合结构12如何通过负压被强制靠在一起。因此，如图5B所示，由于褶皱38被设置在聚合物复合结构12的外露表面16上，真空袋组件32a可以包括褶皱38。褶皱38可以例如是通过在真空袋组件32a中邻近拐角或接头36处提供松弛而产生的。当施加负压时，比不使用褶皱38更有效地将真空袋拉到聚合物复合结构12的外露表面16上，包括在拐角或接头36处(如块箭头所示)。

图4B示出了与图1的情境中描述的方法类似的方法，其中压力源是沙袋32b。沙袋32b设置在热源26上，其将热源26、纹理片材24(当存在时)、贴片22和聚合物复合结构12强制压在一起。为了增加由沙袋32b提供的压力，刚性板40可以在朝向聚合物复合结构12的方向机械地压靠沙袋32b。在一些实施例中，机械的向下的力被压靠在刚性板40上。

当压力导致聚合物贴片22与聚合物复合材料表面12形状一致时，该方法包括向聚合物贴片22施加热量。热量由热源26供应或提供。热量略微熔化贴片22并可选择地略微熔化聚合物复合结构12的外露表面16的位于贴片22下的部分，使得在加热之后，贴片变得粘附于聚合物复合结构，从而覆盖缺陷10。当贴片22和聚合物复合结构12的外露表面16的贴片下方的部分熔化时，熔融部分共混在一起以在贴片22和聚合复合结构12之间形成牢固的结合。例如，当贴片22和聚合物复合结构12由相同的材料组成时，贴片22和聚合物复合结构12的一部分将熔化并混合在一起。此外，由于压力迫使纹理片材24(或包含纹理表面的热源26)抵靠贴片22，所以随着在加热期间贴片22软化，纹理被转移到贴片22上。

随着聚合物复合结构12被加热，聚合物复合材料软化，这导致嵌入在聚合物复合结构12内的纤维朝着外露表面16迁移，这是由于在用于制备聚合物复合材料的最初工艺过程中产生的、由聚合物复合材料保持的固有的压缩力。这种现象被称为“回弹”。回弹导致围绕贴片22的可见的不均匀区域。例如，由于回弹，聚合物复合结构12中的纤维比不发生回弹的区域，也就是聚合物复合结构12被加热得较少或根本不被加热的区域更为明显。因此，为了防止或减轻回弹，向聚合物贴片22施加热量包括将贴片22加热至高到足以熔化聚合物贴片22的温度，但足够低以防止或最小化聚合物复合结构12的回弹或热变形。在各种实施例中，温度不超过比聚合物复合结构的熔点高约50℃的温度。因此，温度是高度可变的并且取决于贴片材料。例如，贴片22的加热可以包括将贴片22加热到大于或等于约190℃至小于或等于约230℃的温度。加热进行大于或等于约0.1分钟至小于或等于约120分钟，或直到贴片22的足够部分熔化，使得在加热停止时贴片22粘附于聚合物复合结构12，并且贴片冷却并硬化。

图6是用于修复波纹状聚合物复合结构112中的缺陷110的另一种方法的图示。更具体地，图6示出了图1中所示方法的变型。缺陷110和波纹状聚合物复合结构112可以是本文所述的任何类型的缺陷或聚合物复合结构，不同之处在于，聚合物复合结构112是波纹状的，即包括高的和低的部分的重复序列(皱褶峰/平地和谷/凹槽)。然而，应当理解，除了波纹状之外，该方法可以应用于具有不规则表面几何形状的聚合物复合结构，或具有光滑的或平坦的表面几何形状的聚合物复合结构。波纹状聚合物复合结构112包括外露表面，即第一波纹状表面116和非外露表面118。

图6中所示的方法包括在波纹状聚合物复合结构112中的缺陷110上方设置贴片122，并将纹理片材124设置在贴片122上。如上文关于图1所描述的方法来执行贴片122和纹理片材124的设置。贴片122在缺陷110上的定位由聚合物复合结构112上的贴片轮廓线123示出。与图3B中所示的方法相同，图6中所示的方法包括将刚性板150设置在纹理片材124上(当存在时)和贴片122上，使得刚性板150的底表面152与纹理片材124或贴片122接触。如上所述，波纹状聚合物复合结构112具有第一波纹状表面。因此，刚性板150的底表面152具有相应的或匹配的波纹，即允许刚性板150形状一致地设置在波纹状聚合物复合结构112的第一波纹状表面上的第二波纹状表面。因此，该方法包括将具有第二波纹状表面152的刚性板150设置在第一波纹状表面116的具有平贴片122的区域上，该第二波纹状表面152与第一波纹状表面116互补。类似地，当聚合物复合结构112具有带有不规则几何形状的外露表面116时，刚性板150具有与外露表面116的不规则几何形状互补的表面。换句话说，刚性板150具有与聚合物复合结构112的外露表面116互补的表面，其中外露表面可以具有光滑或平坦的几何形状、波纹状几何形状或不规则几何形状。

刚性板150由导热性材料组成，例如金属、合金、钢，或者由高导热性复合材料组成，例如高度填充的(即，大于或等于约50％(重量/重量)至小于或等于约90％(重量/重量))碳复合材料。在某些实施例中，刚性板150的底表面152包括与波纹状聚合物复合结构112中的纹理或粒纹成负像的纹理或粒纹。在这样的实施例中，包括在刚性板150的底表面152中的纹理或粒纹在执行该方法期间被转移到贴片，这使得不需要包含纹理片材124。

该方法还包括将热源126设置或施加至刚性板150。例如，热源126具有接触刚性板150的下表面128。热源126可以是本领域已知的任何热源，例如热毯或感应式加热器，如上文所述。

图7A示出了与图6中相似的方法，其中热源126是热毯126a。热毯126a具有接触刚性板150的下表面128a。由于刚性板150导热，由热毯126a提供的热量通过刚性板150传递并进入到贴片122中。

图7B示出了与图6中相似的方法，其中热源126是从与感应器130相关联的导电片126b产生的感应热。导电片126b具有接触刚性板150的下表面128b。感应器130设置在波纹状聚合物复合结构112的非外露表面118上，使得贴片122、纹理片材124(当存在时)和刚性板150位于感应式加热器126b和感应器130之间。或者，感应器130可以设置在导电片126b或压力源132的顶部上。感应器130与导电片126b配合以产生热量，该热量通过导热的刚性板150传递并到达贴片122。

在一些实施例中，刚性板150是导电的，使得感应器130与刚性板150配合以产生热量，该热量被传递至贴片122。因此，图6中所示的方法可选地包括当刚性板150不够重以足以向贴片122提供足够的压力时，施加压力至贴片122、纹理片材24(当需要纹理片材时)、刚性版150和热源26，或者额外的压力是期望的。施加压力包括在热源126上施加压力源132。压力源132可以是本领域已知的任何压力源，例如真空袋、机械力或磁力。可以如上面关于图4A和4B所讨论的那样施加压力源。

图6中所示的方法还包括向聚合物贴片122施加热量。热量由热源126供应或提供。加热贴片122使得贴片粘附于波纹状聚合物复合结构112，如上面关于图1所讨论的。

为了说明和描述的目的，已经提供了对实施例的前述描述。这并不意图是穷尽的或限制本发明。特定实施例的个别元件或特征通常不限于该特定实施例，但是在适用的情况下，即使没有特别示出或描述也可以互换或者在所选择的实施例中使用。也可以以许多方式变化。其也可以多种方式变化。这些变化不被视为脱离本发明，并且所有这些修改旨在被包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种修复聚合物复合结构中的缺陷的方法，所述方法包括：

在聚合物复合结构中的缺陷上设置聚合物贴片；

在所述聚合物贴片上设置纹理片材，其中所述纹理片材具有第一表面纹理，所述第一表面纹理为所述聚合物复合结构的第二表面纹理的负像；

施加压力至所述聚合物贴片和所述纹理片材；以及

加热所述聚合物贴片。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物贴片和所述聚合物复合结构各自包含热塑性聚合物，所述热塑性聚合物分别选自由以下项组成的组：聚酯、聚氨酯、聚烯烃、聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、其共聚物，并且所述聚合物复合结构还包括选自由以下项组成的组中的增强材料：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、大麻纤维及其组合，并且所述聚合物贴片具有大于或等于约1μm至小于或等于约1mm的厚度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚聚合物贴片的第一颜色可见地与所述聚合物复合结构的第二颜色是相同的，并且所述聚合物贴片包含聚合物复合材料，所述聚合物复合材料具有与所述聚合物复合结构相同的聚合物基质，并且任选地还包含与所述聚合物复合结构相同的增强材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述纹理片材是柔性的纹理硅树脂片，并且所述方法还包括将加热元件设置在所述柔性的纹理硅树脂片上，其中所述加热元件施加热量以加热所述聚合物贴片，并且所述加热元件为热毯或感应式加热器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纹理片材是与所述聚合物贴片的外露表面接触的热毯的表面，其中所述热毯提供热量，用于加热所述聚合物贴片。

6.根据权利要求1所述的方法，其中向所述聚合物贴片和所述纹理片材施加压力包括在所述聚合物贴片和纹理片材上方设置真空袋，使得所述真空袋的边缘相对于所述聚合物复合结构密封；并且通过与所述真空袋连通的端口抽真空，或者所述施加压力至所述聚合物贴片和所述纹理片材包括在设置在所述纹理片材上的热源的顶部设置沙袋，并且可选地施加机械力至所述沙袋。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热所述聚合物贴片包括将所述聚合物贴片加热至不超过比所述聚合物复合结构的熔点高约30℃的温度。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在设置所述聚合物贴片之前，用填充材料填充所述聚合物复合结构中的缺陷，其中所述聚合物复合结构包含热塑性聚合物并具有表面纹理；并且

将包含热塑性聚合物的所述聚合物贴片设置在所述缺陷上，其中所述聚合物贴片具有与所述聚合物复合结构的第二颜色相匹配的第一颜色，随后在所述聚合物贴片上设置所述纹理片材，其中所述施加压力和加热导致所述聚合物贴片粘附于所述聚合物复合结构，并且使所述纹理片材将所述第一表面纹理转移到所述聚合物贴片，使得所述聚合物贴片具有与所述聚合物复合结构的第二表面纹理相匹配的第三表面纹理。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述填充所述缺陷包括采用热塑性或热固性填充材料填充所述缺陷，并且平整所述填充材料以与所述聚合物复合结构的表面齐平，所述施加压力至所述聚合物贴片和所述纹理片材包括施加大于或等于约0.005MPa至小于或等于约1MPa的压力，并且所述加热所述聚合物贴片包括加热至不超过比所述聚合复合结构的熔点高约50℃的温度的温度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物复合结构是波纹状的，所述方法还包括：

在所述聚合物贴片的设置之后，在具有所述贴片的所述第一表面的区域上设置具有第二表面的刚性板，所述第二表面与所述第一表面互补；以及

用热毯或感应式加热器加热所述贴片，其中所述刚性板的所述第二表面包括在所述加热期间转移到所述贴片的纹理，或者其中所述方法还包括在所述贴片和所述刚性板之间设置柔性的纹理片材，其中所述纹理片材具有通过所述加热转移到所述贴片的表面纹理。