CN110167732B - 将热固性复合物固化至目标固化状态的系统和方法 - Google Patents

Abstract

这里公开了将热固性复合物(TSC)固化至目标固化状态(SOC)的系统和方法。所述方法包括将热固性复合物加热至大于阈值温度。在加热期间，所述方法还包括监测热固性复合物的实际温度、确定由热固性复合物所达到的最大温度以及确定热固性复合物的实际温度大于阈值温度的经过时间。所述方法还包括至少部分地基于TSC的最大温度和经过时间来停止所述加热。所述系统包括加热组件、支撑芯轴、热固性复合物、温度检测器和被编程以执行所述方法的控制器。

Description

将热固性复合物固化至目标固化状态的系统和方法

相关申请

本申请要求于2017年3月16日提交的题为“将热固性复合物固化至期望固化状态的系统和方法”的美国临时专利申请序列号62/472,360的优先权。

技术领域

本公开大体上涉及将热固性复合物固化至目标固化状态的系统和方法。

背景技术

热固性复合物用于各种部件、产品和/或工业中。用于这些热固性复合物的材料可包括树脂浸渍的纺织品、或纤维束(例如预浸料)和/或干燥纤维床(例如预成型件)，其可在固化之前用树脂清扫和/或注入。在任一情况下，树脂(这里也可称为热固性树脂)在室温或环境温度下可为潜在的、非反应性的或至少基本上不反应的。

这种热固性复合物通常在柔性未固化状态(这里也可称为生坯状态)下被铺设，并随后被加热。加热使热固性复合物固化(例如通过使树脂交联)，并使热固性复合物转变成固化状态。交联在这里也可称为使树脂聚合。

在某些应用(例如航空航天工业)中，可由热固性复合物制成的固化热固性复合物部件可能非常大。作为实施例，飞行器的机身筒部分、飞行器的机翼和/或飞行器的尾部可以由热固性复合物形成。这种大的热固性复合物部件需要大的叠层芯轴用于铺叠，并且还需要大的加热组件(例如高压釜、烘箱和/或压力机)以固化热固性复合物部件。大叠层芯轴和大加热组件昂贵且需要非常大量的工厂空间。因此，经济地制造固化的热固性复合物部件可能需要以有效的方式利用大叠层芯轴和大加热组件。

固化热固性复合物的现有技术方法通常依赖于将未固化的热固性复合物加热至高于阈值温度达至少阈值时间以产生固化的热固性复合物部件。在几乎所有情况下，这些方法被设计成确保热固性复合物的完全或几乎完全固化，是固化热固性复合物的资源密集型方法，并且可能不能最好地利用工厂设备和/或容量。由此，需要用于将热固性复合物固化至目标固化状态的改进方法。

发明内容

这里公开了将热固性复合物(TSC)固化至目标固化状态(SOC)的系统和方法。所述方法包括将所述热固性复合物加热至大于阈值温度。在所述加热期间，所述方法还包括监测所述热固性复合物的实际温度、确定所述热固性复合物所达到的最大温度以及确定所述热固性复合物的实际温度大于所述阈值温度的经过时间。所述方法还包括至少部分地基于所述TSC的所述最大温度和所述经过时间来停止所述加热。

所述系统包括加热组件、支撑芯轴、热固性复合物、温度检测器和被编程以执行所述方法的控制器。所述加热组件被配置成调节加热环境的温度。所述支撑芯轴位于所述加热环境内。所述热固性复合物位于所述加热环境内并由所述支撑芯轴支撑。所述温度检测器被配置为监测所述热固性复合物的温度。所述控制器被编程为从所述温度检测器接收所述热固性复合物的温度，并通过控制所述加热组件的操作来控制所述加热环境的温度。

附图说明

图1是包括可以使用根据本公开的系统和方法形成的复合结构的飞行器的实施例。

图2是可以形成图1的飞行器的一部分的机翼的实施例。

图3是描绘根据本公开将热固性复合物固化至目标固化状态的方法的流程图。

图4是可以与根据本公开的方法一起使用的模型热固性复合物的示例性剖视图。

图5是在特定的一组过程条件下图4的模型热固性复合物的温度和固化时间轨迹程度的实施例。

图6是在多个不同的过程条件下为图4的模型热固性复合物生成的多个温度-时间轨迹的实施例，其中多个温度时间轨迹中的每一个产生与模型热固性复合物相同的固化状态。

图7是图4的模型热固性复合物的温度-时间轨迹的实施例，其示出了阈值温度、最大温度和热固性复合物的实际温度大于图4的模型热固性复合物的阈值温度的经过时间。

图8是图4的模型热固性复合物产生目标固化状态的经过时间与最大温度的关系图。

图9是飞行器制造和维护方法的流程图。

图10是飞行器的框图。

具体实施方式

图1至图10提供了可以利用根据本公开的方法200制造的热固性复合物的方法200和/或可以在方法200期间生成和/或利用的数据和/或信息的示例性非排他性实施例。用于类似或至少基本相似的目的的元件在图1至图10的每一个中用相同的数字标记，并且这些元件可能在此不参考图1至图10中的每一个进行详细讨论。类似地，在图1至图10的每一个中可以不标记所有元件，但是为了一致性，这里可以使用与其相关的附图标记。在不脱离本公开的范围的情况下，在此参考图1至图10中的一个或多个讨论的元件、部件和/或特征可以包括在图1至图10的任何一个中和/或可以由图1至图10中的任何一个采用。

通常，可能包括在给定(即，特定)实施方式中的元件以实线示出，而对于给定实施方式可选的元件以虚线示出。然而，以实线示出的元件对于所有实施方式不是必不可少的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可以从特定实施方式中省略以实线示出的元件。

图1是根据本公开包括复合结构800的飞行器700的实施例，复合结构800可包括可利用方法200至少部分地由热固性复合物构成的固化的热固性复合物部件100。图2是可以形成飞行器700的一部分的机翼740的实施例。飞行器700可以包括多个部件，这些部件包括机身710、机身720、机身筒730、机翼740和/或尾翼750。

飞行器700的复合结构800可包括多个复合材料层102，其可形成固化的热固性复合物部件100和/或可形成飞行器700的任何合适部件的一部分。作为实施例并且如图1所示，飞行器700可以包括可以形成、覆盖和/或是飞行器700的任何合适部分的外表面的蒙皮区段790，和/或可以与多个框架780一起支撑蒙皮区段790的内表面的多个桁条770。作为另一个例子并且如图2所示，机翼740可以包括多个可沿机翼的长度延伸的机翼桁条742。机翼740还可包括多个肋744。机翼桁条742和肋744一起可形成和/或限定用于机翼740的内支撑结构746的至少一部分，内支撑结构746可支撑覆盖机翼740的蒙皮区段790的内表面748。这些蒙皮区段在这里也可称为机翼蒙皮区段790。蒙皮区段790(或机翼蒙皮区段790)、桁条770、框架780、机翼桁条742、肋744和/或内支撑结构746可以至少部分地或甚至完全地由复合材料层102形成，和/或可以是可以利用这里公开的方法200形成的固化的热固性复合物部件100。

图3是描绘根据本公开将热固性复合物(TSC)固化至期望和/或目标固化状态(SOC)的方法200的流程图。方法200可包括：在210处提供过程相关性和/或在220处选择温度阈值上限。方法200包括：在230处加热TSC并在240处停止TSC的加热。在210处的提供可包括在212处执行多个热仿真和/或在214处生成过程相关性。在230处加热的期间，方法200包括：在232处监测TSC的实际温度；在234处确定TSC的最大温度；以及在236处确定TSC高于阈值温度的经过时间。

TSC可以被包括在可以采用这里公开的方法形成、制造和/或固化的任何合适的固化热固性复合物部件(例如图1和图2的固化热固性复合物部件100)中和/或形成其一部分。作为实施例，TSC可包括多个复合材料层或层片。所述层可包括多个纤维和/或由多个纤维形成。纤维可以由热固性树脂涂覆和/或浸渍。在这些条件下，TSC在这里也可称为预浸渍或预浸布材料。然而，其它TSC也落在本公开的范围内。作为实施例，TSC可包括干燥纤维床和/或用热固性树脂涂覆、注入和/或注射的织物。

纤维的实施例包括任何合适的碳纤维、聚合物纤维、玻璃纤维、有机纤维、无机纤维、芳族聚酰胺纤维、硅纤维、金属纤维、铝纤维、硼纤维、碳化钨纤维、天然存在的纤维和/或人造纤维。纤维可以按任何合适的方式相对于彼此布置。实施例包括随机取向的短切纤维、单丝束、窄丝束、机织织物、垫、针织织物、捆和/或编织物。纤维可以是长的(例如长度超过10毫米)或短的(例如长度小于10毫米)。

热固性树脂的实施例包括可以使用外部施加的能量源用固化剂和/或交联化合物固化以形成和/或限定三维交联网络的任何合适的树脂。热固性树脂的实施例包括热固性环氧树脂、热固性粘合剂、热固性聚合物、环氧树脂、环氧酚醛清漆树脂、酯树脂、乙烯基酯树脂、氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺-三嗪树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂树脂、间苯二酚树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、苯并恶嗪树脂、聚氨酯和/或它们的混合物。

如所讨论的，用于固化未固化的TSC的现有技术方法通常被配置为产生和/或生成完全固化的或至少基本上完全固化的TSC，并且可能低效地固化未固化的TSC，从而不能最好地利用工厂资源。对于用作共结合过程的一部分的TSC尤其如此，其中第一完全固化的TSC与第二未固化的TSC组装以产生TSC组件，并且TSC组件被再次固化以生成固化的TSC组件并将第一TSC和第二TSC结合在一起。

换句话说，虽然不是必需的，但这里公开的方法通常用于将未固化的TSC固化成目标SOC，该目标SOC不同于现有技术的完全固化或至少基本上完全固化的TSC。这种方法在这里可称为产生和/或生成具有目标SOC的部分固化的TSC，可以是制造过程中的中间步骤。作为实施例，具有目标SOC的部分固化的TSC可以与上述共结合过程结合使用以产生和/或生成固化的TSC组件，同时提高用于生成固化的TSC组件的过程的效率。由此，这里公开的方法200可以代表或可以在这里称为用于固化未固化的TSC和/或用于生产固化的TSC组件的精简、时间优化和/或节省时间的方法。

部分固化的TSC的目标SOC在这里也可称为固化状态、目标固化状态、固化程度和/或部分固化的TSC的目标固化程度，并且可以按任何合适的方式限定。作为实施例，目标SOC可以被限定为或者由包含部分固化的TSC的树脂内的交联的期望和/或目标百分比以及/或者树脂的期望和/或目标百分比反应转化率限定。目标SOC的实施例包括至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、最多95％、最多90％、最多85％、最多80％、最多75％、最多70％、最多65％、最多60％、最多50％和/或最多40％的SOC。

如这里所用的，用语“未固化的TSC”和/或“生坯TSC”可以指未固化、至少基本上未固化、未有目的地固化、处于柔性状态、处于其中热固性复合物可以被铺设、模制和/或成形的状态、未被加热以及/或者在包含热固性复合物的树脂内具有小于阈值交联百分比的热固性复合物。作为实施例，未固化的TSC的交联百分比可小于20％、小于15％、小于10％、小于5％和/或小于1％。

如这里所用的，用语“固化的TSC”和/或“固化的热固性复合物部件”可以指完全或至少基本上完全固化的热固性复合物。作为实施例，固化的TSC的SOC可以大于部分固化的TSC的SOC并且/或者可以是至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少99％和/或至少基本上或有效地100％。

如这里所用的，用语“部分固化的TSC”可以指利用这里公开的方法已部分固化至目标SOC的热固性复合物。如这里更详细讨论的，这种部分固化的TSC可以表现出固化的TSC的许多物理特性，同时表现出不完全和/或小于可比较的完全固化的TSC的SOC的相应SOC。

如这里所用的，用语“热固性复合物”或首字母缩写“TSC”可以指具有任何合适SOC的任何合适的热固性复合物。因此，用语“热固性复合物”和/或首字母缩写“TSC”通常可用于指未固化的TSC、固化的TSC和/或部分固化的TSC。

这里公开的方法通常被描述为可应用于热固性复合物，并且这里公开了这种热固性复合物的实施例。然而，这些方法也可以应用于和/或与不是必须为复合物的块状热固性材料一起使用，这也在本公开的范围内。这种块状热固性材料的一实施例是在这里公开的TSC中使用的树脂。考虑到这一点，在不脱离本公开的范围的情况下，用语“热固性复合物”和/或首字母缩写“TSC”在这里可以由用语“块状热固性材料”代替。

在210处提供过程相关性可以包括为TSC和/或为TSC的固化提供任何合适的过程相关性或校准。过程相关性可描述可由TSC采取的多个时间-温度轨迹以在部分固化的TSC中产生和/或生成目标SOC。作为实施例，过程相关性可以描述如在236处确定期间确定的经过时间与如在234处确定期间确定的最大温度的组合，其对于给定的阈值温度在部分固化的TSC内产生和/或示出目标SOC。

过程相关性可以随着TSC的变化、阈值温度的变化和/或目标SOC的变化而不同。换句话说，过程相关性可以特定于给定配置中的给定TSC(例如，给定的TSC化学、给定的TSC厚度、不同的叠层芯轴配置等)、给定的阈值温度和给定的目标SOC。过程相关性的实施例包括：过程相关性曲线，其描述和/或示出最大温度的值与产生目标SOC的经过时间的相应值之间的函数关系；过程相关性查找表，其描述了配对的最大温度的值与产生目标SOC的经过时间的相应值；和/或过程相关性函数，其描述或适合于最大温度的值与产生目标SOC的经过时间的相应值之间的函数关系。

可以按任何合适的方式选择和/或建立阈值温度。作为实施例，可以至少部分地基于TSC的组分或化学成分来选择阈值温度。作为另一个实施例，阈值温度可以包括或者是如下的温度，高于该温度，TSC内的交联以足以允许在合理的或经济上可行的时间范围内处理或固化TSC的速率发生。作为又一个实施例，阈值温度可以包括或者是用于交联TSC的最低温度。作为另一个实施例，阈值温度可以包括或者是如下的温度，在该温度，TSC的所得固化速率在固化的TSC和/或部分固化的TSC中产生可接受的机械性能。阈值温度的实施例包括至少70℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃、至少110℃、至少120℃、至少130℃、至少135℃、至少140℃、至少145℃、至少150℃、至少155℃、至少160℃、至少165℃、至少170℃、最高200℃、最高195℃、最高190℃、最高185℃、最高180℃、最高175℃、最高170℃、最高165℃、最高160℃和/或最高155℃的阈值温度。

在210处的提供可包括以任何合适的方式提供。作为实施例，在210处的提供可以包括从TSC的半经验模型、TSC的固化动力学和/或TSC的热传递模型导出过程相关性。作为另一个实施例，在210处的提供可以包括通过实验导出过程相关性，例如通过在特定条件和/或固化过程参数下将TSC固化至目标SOC。特定条件和/或固化过程参数的实施例包括阈值温度、经过时间、温度斜坡或变化、速率和/或最大温度。当在210处的提供包括通过实验导出过程相关性时，TSC的SOC也可以通过实验和/或以任何合适的方式确定。

作为更具体的实施例，在210处的提供可以包括利用在212处的执行和在214处的生成来提供处理相关性。在这种方法中，可以提供和/或建立模型仿真TSC。图4中示出了TSC的这种模型70的实施例，其中，呈包括多个层82的未固化热固性复合物叠层80形式的TSC定位在支撑件、叠层和/或固化芯轴90上或者如图4中的虚线所示定位在两个叠层芯轴90之间。如图4中的虚线进一步所示，方法200可包括在加热组件60(例如烤箱和/或高压釜)内固化模型70。加热组件60可以限定加热环境62。

如图4中的虚线所示，控制器50可以被适配、配置、设计、构造和/或利用以例如通过和/或利用这里公开的方法200控制加热组件60的操作。还如图4中的虚线所示，可以利用一个或多个温度检测器52来监测热固性复合物叠层80的温度。温度检测器52(当存在时)可以被配置成将热固性复合物叠层的温度传送到控制器50；并且控制器50可以至少部分地基于由温度检测器52测量的热固性复合物叠层的温度来控制加热组件60的操作。加热组件60、加热环境62、控制器50、温度检测器52和/或模型70在这里也可称为用于固化热固性复合物的系统40。

在210处的提供可以特定于给定和/或选定的TSC。这样，TSC或仿真模型TSC中的变化可以产生、生成和/或要求不同的过程相关性。TSC中的这种变化的实施例可以包括叠层芯轴90的配置的变化、叠层芯轴90的存在和/或不存在、热固性复合物叠层80的化学成分的变化、热固性复合物叠层80内的层82的数量的变化和/或热固性复合物叠层80的厚度变化中的一者或多者。

在212处的执行可以包括在仿真模型TSC上和/或利用仿真模型TSC执行多个热仿真。所述多个热仿真包括TSC的动力学模型，并且针对用于TSC的固化的多个不同的过程条件执行。用于TSC的多个不同过程条件的实施例包括在230处加热期间使用的多个加热环境温度、在230处加热期间使用的用于TSC的多个不同加热速率、用于TSC的多个不同厚度、用于TSC的多个不同的传热系数、用于在230处加热期间支撑TSC的支撑芯轴的多个不同厚度和/或用于支撑芯轴的多个不同的传热系数中的一者或多者。多个热仿真可以至少部分地基于TSC的固化动力学和/或TSC的传热模型。

图5中示出了多个热仿真的单个热仿真的实施例。其中，将TSC的TSC温度110、用于加热TSC的加热环境的环境温度112、以及TSC的SOC 114绘制为固化时间的函数。在热仿真中，环境温度上升到稳态温度113，然后在降低之前保持在稳态温度达一段时间。响应于来自加热环境的热传递，TSC温度110升高到最大温度111，然后响应于环境温度112的降低而降低。最大温度111在这里也可称为在加热真实TSC期间由真实TSC达到的最大温度111。响应于TSC的整体热循环，如TSC温度110所表示，TSC的SOC 114增加到最终SOC 115。

图6示出了作为用于多个热仿真(包括图5的热仿真)的时间的函数的TSC温度110。为了生成图6中所示的各种TSC温度110曲线，针对用于叠层芯轴90的各种不同材料、用于叠层芯轴90的各种不同厚度、用于热固性复合物叠层80的各种不同厚度、以及用于图4的模型TSC 70与加热环境62之间的各种不同传热系数，执行多个热仿真。每个所示的热仿真均使图4的TSC与期望和/或目标SOC相同(例如，大约75％，如图5所示)。另外，利用相同的加热廓线产生所示的每个热仿真(例如，如图5的环境温度112所示)；然而，这不是必需的，并且在本公开的范围内的是，多个热仿真可以利用多个不同的加热廓线。

在214处生成过程相关性可以包括利用来自多个热仿真中的每一个的信息。作为实施例并且如图7所示，在214处的生成可以包括针对多个热仿真中的每一个确定最大温度111和高于阈值温度120的经过时间125。作为另一个实施例并且如图8所示，在214处的生成可以包括将经过时间绘制为多个热仿真中的每一个的最大温度的函数。然后可以将图8的图表用作过程相关性，如图8中在130处所示。可以为特定SOC创建这样的过程相关性，例如在图8的实施例中为75％。

附加地或替代地，图8的图表可以是曲线拟合以提供在此讨论的过程相关性函数134，和/或用于生成图8的图表的数据可以用于生成在此讨论的过程相关性查找表。当使用过程相关性函数134时，过程相关性函数134可以包括和/或限定经过时间和最大温度之间的任何合适的函数关系。过程相关性函数134的实施例包括线性函数、多项式函数和/或弧形函数。

在220处选择温度阈值上限可以包括在230处的加热期间为TSC选择任何合适的温度阈值上限。在220处的选择可以在230处的加热之前执行；并且当方法200包括在220处的选择时，在230处的加热可以包括将TSC的最大温度维持在温度阈值上限以下。

热固性复合物在被加热和/或固化时可能发生放热反应。该放热反应(在这里也可称为放热)可导致TSC的温度升高、快速升高和/或升高至高于用于加热TSC的加热环境的温度。因此，放热反应可能使控制和/或调节TSC的温度更加困难；然而，可以将温度阈值上限选择成降低放热的可能性和/或避免放热，从而允许更精确地控制TSC的温度和/或在230处的加热期间经历的TSC的最大温度。

附加地或替代地，可以在TSC上执行方法200之后利用部分固化的TSC执行的某些下游制造步骤，可能受到在230处加热期间实现的部分固化的TSC的最大温度和/或受到TSC高于阈值温度的经过时间的影响。作为实施例并且当TSC用于共结合过程时，TSC与未固化的TSC之间的结合强度可能受到TSC在230处的加热期间经历的高温的负面影响。由此，在220处的选择可用于改善在共结合过程中经历的结合强度。

在230处加热TSC可以包括：以任何合适的方式加热TSC和/或利用任何合适的结构和/或多个结构。作为实施例，在230处的加热可以包括：通过向TSC对流热传递进行加热、通过向TSC传导热传递进行加热和/或通过向TSC辐射热传递进行加热中的一者或多者。作为更具体的实施例，在230处的加热可以包括：在加热组件(例如图4的加热组件60)内进行加热，和/或对在230处的加热期间支撑TSC的支撑芯轴(例如图4的叠层芯轴90)进行加热。

作为另一个例子，在230处的加热可以包括：通过提高加热环境的温度在围绕TSC的加热环境(例如图4的加热环境62)内进行加热。作为又一个实施例，在230处的加热可以包括：将TSC暴露于热源，以及/或者借助、借由和/或利用热源将热能施加到TSC。在这些条件下，在240处的停止可以包括停止用热源向TSC施加热能。

当在230处的加热包括用热源进行加热时，在230处的加热还可以包括将热源的温度升高到保温或稳态温度(例如图5的稳态温度113)并将热源的温度保持为稳态温度达阈值保温时间。稳态温度高于阈值温度；并且当方法200包括在220处的选择时，稳态温度可以小于温度阈值上限。稳态温度的实施例包括至少80℃、至少90℃、至少93.3℃、至少100℃、至少110℃、至少120℃、至少130℃，至少140℃、至少150℃、至少160℃、至少170℃、至少179.4℃、至少180℃、至少190℃、至少200℃、最多250℃、最多225℃、最多200℃、最多190℃、最多180℃、最多170℃、最多160℃、最多150℃、最多140℃、最多130℃、最多120℃、最多110℃、最多100℃和/或最多95℃的稳态温度。

如所讨论的并且在230处的加热期间，方法200包括在232处监测TSC的实际温度、在234处确定TSC的最大温度以及在236处确定TSC高于或大于阈值温度的经过时间。在232处监测TSC的实际温度可以包括：借助、借由和/或利用温度检测器(例如图4的温度检测器52)进行监测。温度检测器的实施例包括但不限于热电偶、电阻热检测器(RTD)和/或红外(IR)温度传感器。

在本公开的范围内的是，在232处的监测可以包括监测TSC上的选择、指定和/或预定位置的选择温度、监测TSC的平均温度和/或监测TSC的最低温度。附加地或替代地，在232处的监测还可以包括在TSC上的多个间隔开的位置处监测TSC的多个实际温度。TSC的实际温度在这里也可以称为和/或可以是部件温度、TSC的部件温度、TSC的温度、TSC的测量温度和/或TSC的监测温度。在本公开的范围内的是，例如通过温度检测器和TSC之间的直接热接触，可以在TSC上测量或直接测量TSC的实际温度。附加地或替代地，也在本公开的范围内的是，例如通过知道围绕TSC的加热环境的温度，可以间接地测量、计算和/或推断TSC的实际温度。

在234处确定TSC的最大温度可以包括：测量和/或确定在230处的加热期间TSC实现的最大温度。当在232处的监测包括监测TSC的单个位置和/或平均温度时，最大温度可以是在单个位置处的最大温度和/或是TSC的平均温度的最大值。替代的是，当在232处的监测包括在TSC上的多个间隔开的位置处进行监测时，TSC的最大温度可以包括或者是在TSC上的多个间隔开的位置中的最低温度位置处测量的TSC的最低监测温度。这种最低监测温度在这里也可称为TSC的滞后温度和/或滞后温度检测器的温度。最低监测温度可代表部分固化的TSC上的多个间隔开的位置中的最少固化位置的温度。这样，在最低监测温度的位置处的SOC可以是横过部分固化的TSC上的多个间隔开的位置、部分固化的TSC的最小或最低SOC。

在236处确定TSC高于或大于阈值温度的经过时间可以包括：确定当TSC的实际温度超过阈值温度时开始并且当停止被启动时结束的时间段或经过时间。该经过时间的实施例在图7中被示出并在此参考图7对其更详细地讨论。通常，图7示出了TSC的温度超过阈值温度的整个时间。由于在240处停止之后TSC可能需要有限量的冷却时间以冷却到阈值温度以下，因此TSC的温度超过阈值温度的整个时间可能大于在236处确定期间确定的经过时间。另外或替代地，在236处的确定可以包括冷却时间的估计，并且因此可以估计总的经过时间作为估计的冷却时间与从TSC的实际温度超过阈值温度开始并且当停止被启动时结束的时间段的总和。

在240处停止加热TSC可以包括：至少部分地基于(例如在234处的确定期间确定的)TSC的最大温度以及(例如在236处的确定期间确定的)经过的时间进行停止。作为实施例，在240处的停止可以包括：至少部分地基于TSC的最大温度与经过的时间之间的关系来停止或启动停止。这种关系的实施例在图8中被示出并在此参考图8对其更详细地讨论。

作为更具体的实施例并且当方法200包括在210处的提供时，在240处的停止可以包括响应于指示TSC已经达到或将达到目标SOC的过程相关性而停止(例如，TSC是部分固化的TSC)。作为另一个更具体的实施例并且当方法200包括在210处的提供时，在240处的停止可以包括：对于产生目标SOC的TSC的最大温度，响应于经过时间超过阈值经过时间而停止。作为又一实施例并且当方法200包括在210处的提供时，在240处的停止可以包括：对于产生目标SOC的当前经过时间，响应于最大温度超过阈值最大温度而停止。

在240处的停止可以包括以任何合适的方式停止。作为实施例，在240处的停止可以包括停止向TSC施加热。作为另一实施例，在240处的停止可以包括在230处的加热期间降低围绕TSC的加热环境的温度。

这里公开的方法200可提供优于用于固化TSC的现有技术方法的若干显著益处。作为实施例并且如所讨论的，现有技术方法通常被配置为通过确保热固性复合物在阈值温度以上达至少阈值时间而完全或至少基本上完全固化热固性复合物。因此，这些现有技术方法忽略了热固性复合物所达到的最大温度、忽略了热固性复合物在固化过程期间所采取的温度轨迹并且/或者忽略了当热固性复合物的峰值放热温度超过上阈值温度时。如所讨论的，这通常导致或要求热固性复合物的低效固化并且在固化过程中引入低效率。

另外，当目标SOC导致部分固化的TSC时，与可比较的完全固化的TSC相比，这种部分固化的TSC可以表现出其它有益的或甚至改善的特性。作为实施例，相对于可比较的完全固化的TSC，部分固化的TSC可以表现出较低的吸湿性。作为更具体的实施例，部分固化的TSC的吸湿性可以比可比较的完全固化的TSC所显示的吸湿性小0.05重量％(wt％)、0.1wt％、0.15wt％和/或0.2wt％，并且随着部分固化的TSC的SOC与可比较的完全固化的TSC的SOC之间的差异越大，这种吸湿性差异可能增加。

相比之下，这里公开的方法200被配置为将TSC固化成任何合适的SOC，包括小于完全固化的SOC(例如，小于80％、小于85％、小于90％、小于超过95％和/或低于99％的SOC)。方法200基于高于阈值温度的经过时间以及TSC的最大温度二者来控制固化过程，并由此考虑了TSC在固化过程期间所采取的温度轨迹。对温度轨迹的这种考虑提供了可重复和/或有效地将TSC固化到目标SOC所需的附加信息。方法200还允许响应于意外事件(例如由于停电造成的热中断等)在固化过程期间调节固化时间。

参照图9和图10，可以在如图9所示的飞行器制造和服务方法900和/或如图10所示的飞行器700的背景下描述本公开的实施方式。在预生产期间，示例性的方法900可以包括飞行器700的规格和设计905以及材料采购910。在生产期间，进行飞行器700的部件和子组件制造915以及系统整合920。此后，飞行器700可以通过认证和交付925以便进入服役930。在由客户使用的服役期间，飞行器700被安排进行例行维护935(这也可包括改造、重构、翻新等)。

方法900的每个过程均可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或实现。出于本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主要系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供货商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。

如图10所示，通过示例性方法900生产的飞行器700可包括具有多个系统712和内饰714的机身710。高级系统712的实施例包括推进系统715、电气系统716、液压系统717和环境系统718中的一者或多者。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空航天的实施例，但是本发明的原理也可以应用于其它行业(例如汽车行业)。

可以在制造和服务方法900的任何一个或多个阶段期间采用这里所实施的方法。例如，能以类似于飞行器700入役的同时生产部件或子组件的方式装配或制造对应于部件和子组件制造过程915的部件或子组件。而且，例如通过大幅地加快飞行器700的装配或减少飞行器700的成本，可在生产阶段915和920期间利用系统实施方式、方法实施方式的一者或多者或者它们的组合。类似地，可在飞行器700处于服务时(例如但不限于处于维护935时)利用系统实施方式、方法实施方式的一者或多者或者它们的组合。

接下来，将在工作实施例的背景下解释方法200。在工作实施例中，利用诸如图8的过程相关性130之类的过程相关性来选择过程条件132，该过程条件提供将产生用于TSC的目标SOC的最大温度和相应的经过时间。在工作实施例中，过程条件132对应于最大温度326.7°F(163.7℃)和经过时间104分钟。基于模型仿真的图8的过程相关性130预期提供用于TSC的SOC约为75％所处的条件。

随后，将TSC置于高压釜内。进行热循环，其中高压釜内的环境温度112从环境温度上升至约340℉(171℃)的稳态温度113，然后下降至环境温度。同时，监测TSC温度110，并且响应于环境温度112的增加，TSC温度110升高到为326.7°F(163.7℃)的最大温度111。此外，如图7所示，TSC保持在280°F(138℃)的阈值温度120以上达104分钟的经过时间125。该热循环使TSC固化至约74.7％的SOC。

在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的说明性、非排他性实施例：

A1.一种将热固性复合物(TSC)固化至目标固化状态(SOC)的方法，所述方法包括：

将所述TSC加热到大于阈值温度；

在所述加热期间：

(i)监测所述TSC的实际温度；

(ii)确定所述TSC所达到的最大温度；和

(iii)确定所述TSC的实际温度大于所述阈值温度的经过时间；以及

至少部分地基于所述TSC的所述最大温度和所述经过时间来停止所述加热。

A2.如段落A1所述的方法，其中所述停止是至少部分地基于所述TSC的所述最大温度与所述经过时间之间的关系的。

A3.如段落A1和A2中任一段所述的方法，其中所述方法还包括为所述TSC的所述目标SOC提供过程相关性或校准。

A4.如段落A3所述的方法，其中所述过程相关性描述了产生所述目标SOC的所述TSC的所述经过时间和所述最大温度的组合。

A5.如段落A3所述的方法，其中给定目标SOC的过程相关性与不同目标SOC的过程相关性是不同的。

A6.如段落A3至A5中任一段所述的方法，其中给定阈值温度的过程相关性与不同阈值温度的过程相关性是不同的。

A7.如段落A3至A6中任一段所述的方法，其中所述过程相关性包括以下中的至少一者：

(i)过程相关性曲线，所述过程相关性曲线描述所述最大温度的值与产生所述目标SOC的所述经过时间的对应值之间的函数关系；

(ii)过程相关性查找表，所述过程相关性查找表描述配对的所述最大温度的值和产生所述目标SOC的所述经过时间的对应值；和

(iii)过程相关性函数，所述过程相关性函数描述所述最大温度的值与产生所述目标SOC的所述经过时间的对应值之间的函数关系。

A8.如段落A3至A7中任一段所述的方法，其中至少一者：

(i)所述过程相关性来源于所述TSC的半经验模型、所述TSC的固化动力学和所述TSC的传热模型；

(ii)所述方法还包括从所述TSC的半经验模型、所述TSC的固化动力学和所述TSC的传热模型导出所述过程相关性；

(iii)所述过程相关性是通过实验导出的；和

(iv)所述方法还包括通过实验导出所述过程相关性。

A9.如段落A3至A8中任一段所述的方法，其中所述停止包括响应于指示所述TSC已达到所述目标SOC的所述过程相关性而停止。

A10.如段落A1至A9中任一段所述的方法，其中所述停止包括：对于产生所述目标SOC的所述最大温度，响应于所述经过时间超过阈值经过时间而停止。

A11.如段落A1至A10中任一段所述的方法，其中所述停止包括：对于产生所述目标SOC的所述经过时间，响应于所述最大温度超过阈值最大温度而停止。

A12.如段落A3至A11中任一段所述的方法，其中所述提供过程相关性包括：针对多个不同的过程条件执行所述TSC的包括固化动力学模型的多个热仿真并且从所述多个热仿真生成所述过程相关性，其中所述多个热仿真中的每个热仿真均对所述TSC到所述目标SOC的固化进行建模。

A13.如段落A12所述的方法，其中所述多个不同的过程条件包括以下中的至少一者：

(i)在加热所述TSC期间使用的多个不同的加热环境温度；

(ii)用于所述TSC的多个不同的加热速率；

(iii)用于所述TSC的多个不同厚度；

(iv)用于所述TSC的多个不同的传热系数；

(v)用于在所述加热期间支撑所述TSC的支撑芯轴的多个不同厚度；和

(vi)用于所述支撑芯轴的多个不同的传热系数。

A14.如段落A12和A13中任一段所述的方法，其中所述多个热仿真至少部分地基于所述TSC的固化动力学和传热模型。

A15.如段落A1至A14中任一段所述的方法，其中，在所述加热之前，所述方法还包括在所述加热期间为所述TSC选择温度阈值上限，并且进一步地其中所述加热包括将所述TSC的最大温度保持在所述温度阈值上限以下。

A16.如段落A1至A15中任一段所述的方法，其中所述加热包括以下中的至少一者：

(i)通过向所述TSC对流热传递进行加热；

(ii)通过向所述TSC传导热传递进行加热；和

(iii)通过向所述TSC辐射热传递进行加热。

A17.如段落A1至A16中任一段所述的方法，其中所述加热包括以下中的至少一者：

(i)在烤箱内加热；

(ii)在高压釜内加热；和

(iii)在所述加热期间加热支撑所述TSC的支撑芯轴。

A18.如段落A1至A17中任一段所述的方法，其中所述加热包括通过升高围绕所述TSC的加热环境的温度而在所述加热环境内进行加热。

A19.如段落A1至A18中任一段所述的方法，其中所述加热包括将所述TSC暴露于热源。

A20.如段落A19所述的方法，其中所述加热包括用所述热源向所述TSC施加热能。

A21.如段落A20所述的方法，其中所述停止包括停止用所述热源向所述TSC施加热能。

A22.如段落A19至A21中任一段所述的方法，其中所述加热包括将所述热源的温度升高到保温温度并将所述热源的温度保持在所述保温温度。

A23.如段落A22所述的方法，其中所述保温温度是下列中的至少一者：

(i)大于所述最大温度；和

(ii)小于温度阈值上限。

A24.如段落A22至A23中任一段所述的方法，其中所述保温温度是下列中的至少一者：

(i)至少80℃、至少90℃、至少93.3℃、至少100℃、至少110℃、至少120℃、至少130℃、至少140℃、至少150℃、至少160℃、至少170℃、至少179.4℃、至少180℃、至少190℃或至少200℃；和

(ii)最高250℃、最高225℃、最高200℃、最高190℃、最高180℃、最高170℃、最高160℃、最高150℃、最高140℃、最多130℃、最高120℃、最高110℃、最高100℃或最高95℃。

A25.如段落A1至A24中任一段所述的方法，其中所述停止包括停止向所述TSC施加热。

A26.如段落A1至A25中任一段所述的方法，其中所述停止包括降低围绕所述TSC的加热环境的温度。

A27.如段落A1至A26中任一段所述的方法，其中监测所述TSC的实际温度包括用温度检测器进行监测，可选地其中所述温度检测器包括以下中的至少一者：

(i)热电偶；

(ii)电阻热探测器；和

(iii)红外温度传感器。

A28.如段落A1至A27中任一段所述的方法，其中监测所述TSC的实际温度包括以下中的至少一者：

(i)监测所述TSC上的选定位置的选定温度；

(ii)监测所述TSC的平均温度；和

(iii)监测所述TSC的最低测量温度。

A29.如段落A1至A28中任一段所述的方法，其中监测所述TSC的实际温度包括在所述TSC上的多个间隔开的位置处监测所述TSC的多个实际温度。

A30.如段落A29所述的方法，其中所述TSC的最大温度是在所述TSC上的所述多个间隔开的位置中的最低温度位置处测量的、所述TSC的最低监测温度。

A31.如段落A1至A30中任一段所述的方法，其中确定经过时间包括：确定当所述TSC的实际温度超过所述阈值温度时开始并且当启动所述停止时结束的时间段。

A32.如段落A1至A31中任一段所述的方法，其中所述目标SOC包括以下中的至少一者：

(i)所述TSC的树脂内目标交联百分比；和

(ii)所述TSC的树脂的目标反应百分比转化率。

A33.如段落A1至A32中任一段所述的方法，其中所述目标SOC是以下中的至少一者：

(i)至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％；和

(ii)至多95％、至多90％、至多85％、至多80％、至多75％、至多70％、至多65％、至多60％、至多50％或至多40％。

A34.如段落A1至A33中任一段所述的方法，其中所述热固性复合物包括多层复合材料。

A35.如段落A1至A34任一段所述的方法，其中所述热固性复合物包括多个纤维和热固性树脂，或由多个纤维和热固性树脂限定。

A36.如段落A35所述的方法，其中所述热固性树脂包括热固性环氧树脂。

B1.一种用于固化热固性复合物的系统，该系统包括：

调节加热环境的温度的加热组件；

位于所述加热环境内的支撑芯轴；

位于所述加热环境内并由所述支撑芯轴支撑的热固性复合物；

被配置为监测所述热固性复合物的实际温度的温度检测器；和

控制器，所述控制器被编程为：从所述温度检测器接收所述热固性复合物的温度，并通过利用如段落A1至A36中任一段所述的方法控制所述加热组件的操作而控制所述加热环境的温度。

C1.使用如段落A1至A36中任一段所述的任何方法或如段落B1所述的系统将热固性复合物(TSC)固化至目标固化状态(SOC)。

D1.一种使用如段落A1至A36中任一段所述的方法被固化至目标固化状态(SOC)的热固性复合物(TSC)。

如这里所使用的，术语“选择性”和“选择性地”当修饰设备的一个或多个部件或特征的动作、运动、配置或其它活动时意味着：特定动作、运动、配置或其它活动是用户操纵所述设备的一个方面或一个或多个部件的直接或间接结果。

如这里所使用的，术语“适于”和“被配置”表示元件、部件或其它主题被设计成和/或旨在执行给定功能。由此，术语“适应”和“被配置”的使用不应被解释为意指给定元件、部件或其它主题仅仅“能够”执行给定功能，而应是为了执行该功能而具体选择、创建、实现、利用、编程和/或设计元件、部件和/或其它主题。还在本公开的范围内的是，被阐述为适于执行特定功能的元件、部件和/或其它引用的主题可以附加地或替代地被描述为被配置为执行该功能，反之亦然。类似地，被阐述为被配置为执行特定功能的主题可以附加地或替代地被描述为可操作以执行该功能。

如这里所使用的，关于一个或多个实体的列表的短语“至少一个”应该被理解为表示从该实体列表中的任何一个或多个实体中选择的至少一个实体，但不一定包括实体列表中具体列出的每个和每个实体中的至少一个，并且不排除实体列表中的实体的任何组合。该限定还允许除了短语“至少一个”所指的实体列表中具体标识的实体之外可以可选地存在实体，无论是与具体标识的那些实体相关还是不相关。由此，作为非限制性实施例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地“A和/或B中的至少一个”)一个实施方式中可以指至少一个(可选地包括多于一个)A，不存在B(并且可选地包括除B之外的实体)；在另一个实施方式中，指至少一个(可选地包括多于一个)B，不存在A(并且可选地包括除A之外的实体)；在又一个实施方式中，指至少一个(可选地包括多于一个)A和至少一个(可选地包括多于一个)B(并且可选地包括其它实体)。换句话说，短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是开放式表达，其在操作中既是连接的又是分离的。例如，每个表达“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”可以表示单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、A、B和C一起以及可选的上述任何一种与至少一种其它实体的组合。

根据本公开的所有设备和方法不需要这里公开的设备的各种公开元件以及方法步骤，并且本公开包括这里公开的各种元件和步骤的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。此外，这里公开的各种元件和步骤中的一个或多个可以限定独立的发明主题，其不同于且独立于整个公开的设备或方法。因此，不要求这样的发明主题与这里明确公开的特定设备和方法相关联，并且这样的发明主题可以在这里未明确公开的设备和/或方法中找到用途。

如这里所使用的，短语“例如”、短语“作为实施例”和/或简称术语“实施例”当参考一个或多个根据本公开的部件、特征、细节、结构、实施方式和/或方法使用时旨在表达：所描述的部件、特征、细节、结构、实施方式和/或方法是根据本公开的组件、特征、细节、结构、实施方式和/或方法的示例性、非排他性实施例。由此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施方式和/或方法不旨在限制、要求或排他/穷举；并且其它部件、特征、细节、结构、实施方式和/或方法，包括结构上和/或功能上相似和/或等同的部件、特征、细节、结构、实施方式和/或方法，也在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种将热固性复合物TSC固化至目标固化状态SOC(114)的方法(200)，所述方法(200)包括：

将所述TSC加热(230)至大于阈值温度(120)；

在所述加热(230)期间：

(i)监测(232)所述TSC的实际温度(110)；

(ii)确定(234)所述TSC所达到的最大温度(111)；和

(iii)确定(236)所述TSC的所述实际温度(110)大于所述阈值温度(120)的经过时间(125)；以及

至少部分地基于所述TSC的所述最大温度(111)以及所述经过时间(125)来停止(240)所述加热(230)，

其中所述方法(200)还包括为所述TSC的所述目标SOC(114)提供(210)过程相关性(130)，其中所述过程相关性(130)描述了产生所述目标SOC(114)的所述TSC的所述经过时间(125)和所述最大温度(111)的组合。

2.如权利要求1所述的方法(200)，其中所述停止(240)至少部分地基于所述TSC的所述最大温度(111)与所述经过时间(125)之间的关系。

3.如权利要求1所述的方法(200)，其中至少以下之一：

(i)针对给定目标SOC(114)的过程相关性(130)与针对不同目标SOC(114)的过程相关性(130)是不同的；和

(ii)针对给定阈值温度(120)的过程相关性(130)与针对不同阈值温度(120)的过程相关性(130)是不同的。

4.如权利要求1所述的方法(200)，其中所述过程相关性(130)包括以下中的至少一者：

(i)过程相关性曲线，所述过程相关性曲线描述所述最大温度(111)的值与产生所述目标SOC(114)的所述经过时间(125)的对应值之间的函数关系；

(ii)过程相关性查找表，所述过程相关性查找表描述配对的所述最大温度(111)的值和产生所述目标SOC(114)的所述经过时间(125)的对应值；和

(iii)过程相关性函数(134)，所述过程相关性函数描述所述最大温度(111) 的值与产生所述目标SOC(114)的所述经过时间(125)的对应值之间的函数关系。

5.如权利要求1所述的方法(200)，其中至少以下之一：

(i)所述过程相关性(130)源自所述TSC的半经验模型、所述TSC的固化动力学和所述TSC的传热模型；

(ii)所述方法(200)还包括从所述TSC的半经验模型、所述TSC的固化动力学和所述TSC的传热模型导出所述过程相关性(130)；

(iii)所述过程相关性(130)是通过实验导出的；和

(iv)所述方法(200)还包括通过实验导出所述过程相关性(130)。

6.如权利要求1所述的方法(200)，其中所述停止(240)包括：响应于指示所述TSC已达到所述目标SOC(114)的所述过程相关性(130)而停止。

7.如权利要求1所述的方法(200)，其中所述停止(240)包括：对于产生所述目标SOC(114)的所述最大温度(111)，响应于所述经过时间(125)超过阈值经过时间而停止。

8.如权利要求1所述的方法(200)，其中所述停止(240)包括：对于产生所述目标SOC(114)的所述经过时间(125)，响应于所述最大温度超过阈值最大温度而停止。

9.如权利要求1所述的方法(200)，其中提供(210)过程相关性(130)包括：针对多个不同的过程条件(132)对所述TSC执行包括固化动力学模型的多个热仿真，并且从所述多个热仿真产生(212)所述过程相关性(130)，其中所述多个热仿真中的每个热仿真均对所述TSC到所述目标SOC(114)的固化进行建模。

10.如权利要求9所述的方法(200)，其中所述多个不同的过程条件(132)包括以下中的至少一者：

(i)在加热(230)所述TSC期间使用的多个不同的加热环境温度；

(ii)用于所述TSC的多个不同的加热速率；

(iii)用于所述TSC的多个不同厚度；

(iv)用于所述TSC的多个不同的传热系数；

(v)用于在所述加热(230)期间支撑所述TSC的支撑芯轴(90)的多个不同厚度；和

(vi)用于所述支撑芯轴(90)的多个不同的传热系数。

11.根据权利要求9所述的方法(200)，其中所述多个热仿真至少部分地基于所述TSC的固化动力学和传热模型。

12.如权利要求1或2所述的方法(200)，其中所述停止(240)包括以下中的至少一者：

(i)停止向所述TSC施加热；和

(ii)降低围绕所述TSC的加热环境(62)的温度。

13.根据权利要求1或2所述的方法(200)，其中监测(232)所述TSC的实际温度(110)包括使用温度检测器(52)进行监测。

14.如权利要求1或2所述的方法(200)，其中监测(232)所述TSC的实际温度(110)包括以下中的至少一者：

(i)监测所述TSC上的选定位置的选定温度；

(ii)监测所述TSC的平均温度；和

(iii)监测所述TSC的最低测量温度。

15.如权利要求1或2所述的方法(200)，其中监测(232)所述TSC的实际温度(110)包括：在所述TSC上的多个间隔开的位置处监测所述TSC的多个实际温度(110)。

16.如权利要求15所述的方法(200)，其中所述TSC的最大温度(111)是在所述TSC上的所述多个间隔开的位置中的最低温度位置处测量的所述TSC的最低监测温度。

17.如权利要求1或2所述的方法(200)，其中确定(236)所述经过时间(125)包括：确定当所述TSC的实际温度(110)超过所述阈值温度(120)时开始并且当启动所述停止(240)时结束的时间段。

18.一种用于固化热固性复合物的系统(40)，所述系统(40)包括：

调节加热环境(62)的温度的加热组件(60)；

位于所述加热环境(62)内的支撑芯轴(90)；

位于所述加热环境(62)内并由所述支撑芯轴(90)支撑的热固性复合物；

温度检测器(52)，所述温度检测器被配置成监测所述热固性复合物的实际温度(110)；和

控制器(50)，所述控制器被编程为：从所述温度检测器(52)接收所述热固性复合物的温度，并通过利用如权利要求1-17中任一项所述的方法(200)控制所述加热组件(60)的操作而控制所述加热环境(62)的温度。

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