CN112606423B - 制造复合制品的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了制造复合制品的方法。该方法可包括退绕步骤和浸渍步骤，退绕步骤包括以退绕速度从筒子架退绕纤维基材材料，浸渍步骤包括将未固化树脂组合物施加到纤维基材材料以形成树脂‑纤维材料。该方法还包括卷绕步骤和凝固步骤，卷绕步骤包括以卷绕速度将树脂‑纤维材料施加到成形表面上，凝固步骤包括将热施加到树脂‑纤维材料以引发放热反应，放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。在该方法的操作过程中，可以监测树脂‑纤维材料的温度，并且可以确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)。可以调节参数以保持vpfo基本上与vpfs相同。还提供了用于执行所述方法的系统。

Description

制造复合制品的系统和方法
技术领域
本发明涉及制造复合制品的系统和方法。
背景技术
本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
复合制品可通过使用纤维基材材料，例如碳纤维形成，所述纤维基材材料还包含树脂材料。包含树脂材料的纤维基材材料可以被施加到心轴或其它成形表面以形成符合成品复合制品的期望几何形状的复合材料或叠层（layup）。复合材料可以包括一个或多个层，其中每个层可以由包含树脂材料的纤维基材材料的接触和/或重叠条带形成。在将纤维基材材料施加到心轴或其它成形表面之后，可以固化或凝固树脂，从而在复合材料中将单个或多个层结合在一起。
通常，将纤维基材材料从筒子架（creel）或线轴上退绕，然后通常通过浸入浴中而在使用树脂时用树脂“润湿”，然后可将用树脂润湿的纤维施加或卷绕到心轴或其它成形表面上。需要固化过程来凝固树脂材料以形成复合制品。固化通常包括将具有施加的纤维基材材料和树脂的心轴或其它成形表面放置在烘箱中一段时间，例如，取决于固化温度，为30分钟至2小时。然而，这样的固化时间和过程需要高能量和昂贵的设备。因此，需要可以用较低能量固化实现的用于生产复合制品的系统和方法。
发明内容
本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
本公开涉及用于以较低能量固化制造复合制品的方法和系统。
在各种方面中，本公开提供了一种制造复合制品的方法。该方法包括退绕步骤、浸渍步骤、卷绕步骤和凝固步骤。退绕步骤包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料。浸渍步骤包括将未固化树脂组合物施加到纤维基材材料以形成树脂-纤维材料。卷绕步骤包括以卷绕速度(ω2)将树脂-纤维材料施加到成形表面上。凝固步骤包括将热间接或直接施加到树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，以形成复合制品。该方法还包括监测树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(polymerization front velocity set point)(vpfs)和操作聚合前端速度（operatingpolymerization front velocity）(vpfo)。可以调节一个或多个下列参数以保持与vpfs基本相同的vpfo：(i)退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)；和(ii)施加到树脂-纤维材料的热。
在各种方面中，所述成形表面具有圆柱形形状，并且所述树脂-纤维材料围绕所述成形表面周向地施加。成形表面可以包含金属材料。
在各种方面中，凝固步骤包括在成形表面旋转和卷绕树脂-纤维材料的同时向成形表面施加热，其中未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于成形表面上的树脂-纤维材料的厚度在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。
在各种方面中，在成形表面旋转和卷绕树脂-纤维材料的同时，将热连续地施加到成形表面。
在各种方面中，凝固步骤包括在树脂-纤维材料被卷绕到成形表面上时向所述树脂-纤维材料施加热，其中未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于成形表面上的树脂-纤维材料的厚度在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。
在各种方面中，凝固步骤包括在引发放热反应之后停止施加热，其中在不施加热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过聚合物-纤维前体材料的厚度在径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续，以形成复合制品。
在各种方面中，从选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合的热源施加热。
在各种方面中，未固化树脂组合物可以包含热塑性树脂或热固性树脂，以及任选的硬化剂组分、催化剂组分或其组合。纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维及其组合。
在各种方面中，施加热300秒或更短的时间段。
在各种方面中，所述成形表面是心轴或设置在心轴上的金属组件，其中将所述树脂-纤维材料施加到所述金属组件上。
在各种方面中，复合制品包括成形表面、凝固树脂组合物和纤维基材材料，或者复合制品包括凝固树脂组合物、纤维基材材料和金属组件。
在各种方面中，浸渍步骤还包括将树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分单独地供应到混合器以形成未固化树脂组合物。
在各种方面中，其中所述未固化树脂组合物的施加包括单独施加：(i)树脂组分至纤维基材材料；和(ii)硬化剂组分、催化剂组分或两者至纤维基材材料。
在各种方面中，本公开还提供了用于制造复合制品的系统。该系统包括退绕组件、树脂浴组件、卷绕组件、聚合前端监测系统和控制器。退绕组件包括卷绕有纤维基材材料的筒子架，以及可操作地连接到筒子架并被配置成以退绕速度(ω1)旋转筒子架的第一电机。树脂浴组件用于用未固化树脂组合物浸渍其中接收的纤维基材材料以形成树脂-纤维材料，并且可以包括用于容纳未固化树脂组合物的单个容器，或用于容纳树脂组分的第一容器和用于容纳硬化剂组分、催化剂组分或两者的第二容器。卷绕组件包括用于接收树脂-纤维材料的心轴、可操作地连接到心轴并被配置成以卷绕速度(ω2)旋转心轴的第二电机、以及用于凝固未固化树脂组合物以形成复合制品的热源。聚合前端监测系统被配置成确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)。控制器与退绕组件、卷绕组件和聚合前端监测系统通信。为了保持vpfo基本上与vpfs相同，控制器被配置成调节一个或多个以下参数：(i)退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)；和热源。
在各种方面中，热源引发放热反应，所述放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。
在各种方面中，树脂浴组件还包括用于容纳树脂组分的第三容器，用于容纳硬化剂组分的任选的第四容器；用于容纳催化剂组分的任选的第五容器；和用于混合树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分的混合器。混合器与所述单个容器、第三容器、任选的第四容器和任选的第五容器流体连通。
在各种方面中，热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热丝、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合。
在各种方面中，未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，和任选的硬化剂组分、催化剂组分或其组合；并且其中所述纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维、及其组合。
本文公开了以下实施方案。
1.制造复合制品的方法，所述方法包括：
退绕步骤，其包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料；
浸渍步骤，其包括将未固化树脂组合物施加到所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料；
卷绕步骤，其包括以卷绕速度(ω2)将所述树脂-纤维材料施加到成形表面上；
凝固步骤，其包括将热间接或直接施加到所述树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者以形成所述复合制品；
监测所述树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)；以及
调节一个或多个下列参数以保持与vpfs基本相同的vpfo：
(i)所述退绕速度(ω1)和/或所述卷绕速度(ω2)；以及
(ii)施加到所述树脂-纤维材料的热。
2. 根据实施方案1所述的方法，其中所述成形表面具有圆柱形形状，并且所述树脂-纤维材料围绕所述成形表面周向地施加，并且其中所述成形表面包含金属材料。
3. 根据实施方案1所述的方法，其中所述凝固步骤包括在所述成形表面旋转和卷绕所述树脂-纤维材料的同时向所述成形表面施加热，其中所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于所述成形表面上的所述树脂-纤维材料的厚度在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。
4. 根据实施方案3所述的方法，其中，在所述成形表面旋转和卷绕所述树脂-纤维材料的同时，将热连续地施加到所述成形表面。
5. 根据实施方案1所述的方法，其中所述凝固步骤包括当所述树脂-纤维材料被卷绕到所述成形表面上时向所述树脂-纤维材料施加热，其中所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于所述成形表面上的所述树脂-纤维材料的厚度在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。
6. 根据实施方案1所述的方法，其中所述凝固步骤包括在引发所述放热反应之后停止施加热，其中剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者在不施加热的情况下穿过聚合物-纤维前体材料的厚度在径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续以形成所述复合制品。
7. 根据实施方案1所述的方法，其中从选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合的热源施加热。
8. 根据实施方案1所述的方法，其中所述未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，和任选的硬化剂组分、催化剂组分或其组合；并且其中所述纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维、及其组合。
9. 根据实施方案1所述的方法，其中施加热300秒或更短的时间段。
10. 根据实施方案1所述的方法，其中所述成形表面是：
心轴；或
设置在心轴上的金属组件，其中所述树脂-纤维材料被施加到所述金属组件上。
11. 根据实施方案10所述的方法，其中所述复合制品包括所述成形表面、凝固树脂组合物和所述纤维基材材料，或者所述复合制品包括凝固树脂组合物、所述纤维基材材料和所述金属组件。
12. 根据实施方案1所述的方法，其中所述浸渍步骤还包括将树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分单独地供应到混合器以形成所述未固化树脂组合物。
13. 根据实施方案1所述的方法，其中所述未固化树脂组合物的施加包括单独施加：(i)树脂组分至所述纤维基材材料；和(ii)硬化剂组分、催化剂组分或两者至所述纤维基材材料。
14. 用于制造复合制品的系统，所述系统包括：
退绕组件，其包括：
筒子架，其卷绕有纤维基材材料；以及
第一电机，其可操作地连接到所述筒子架并被配置成以退绕速度(ω1)旋转所述筒子架；
树脂浴组件，其用于用未固化树脂组合物浸渍其中接收的所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料，其中所述树脂浴组件包括：
用于容纳未固化树脂组合物的单个容器；或
用于容纳树脂组分的第一容器和用于容纳硬化剂组分、催化剂组分或两者的第二容器；
卷绕组件，其包括：
用于接收所述树脂-纤维材料的心轴；
第二电机，其可操作地连接到所述心轴并且被配置成以卷绕速度(ω2)旋转所述心轴；以及
热源，其用于凝固所述未固化树脂组合物以形成所述复合制品；
聚合前端监测系统，其被配置成确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)；以及
控制器，其与所述退绕组件、所述卷绕组件和所述聚合前端监测系统通信，其中为了保持与所述vpfs基本上相同的vpfo，所述控制器被配置成调节一个或多个以下参数：
(i)所述退绕速度(ω1)和/或所述卷绕速度(ω2)；以及
(ii)所述热源。
15. 根据实施方案14所述的系统，其中所述热源引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。
16. 根据实施方案14所述的系统，其中，所述树脂浴组件还包括：
用于容纳树脂组分的第三容器；
用于容纳硬化剂组分的任选的第四容器；
用于容纳催化剂组分的任选的第五容器；以及
混合器，其用于混合所述树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分，其中所述混合器与所述单个容器、所述第三容器、所述任选的第四容器和所述任选的第五容器流体连通。
17. 根据实施方案14所述的系统，其中所述热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热丝、加热空气、紫外线源、烘箱、可见光源或其组合。
18. 根据实施方案14所述的系统，其中所述未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，和任选地，硬化剂组分、催化剂组分或其组合；并且其中所述纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维、及其组合。
从本文提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选实施方案而非所有可能实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1A图示说明了根据本公开的一些方面的用于制造复合制品的系统。
图1B图示说明了根据本公开的一些方面的用于制造复合制品的替代系统。
图1C-1E图示说明了根据本发明的一些方面的未固化树脂材料的凝固。
图2A和2B图示说明了根据本公开的一些方面的用于制造复合制品的替代系统。
图3A图示说明了根据本公开的一些方面的控制反馈回路。
图3B图示说明了图3A的控制反馈回路的应用。
图3C图示说明了图3B的分解图。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
提供示例性实施方案，使得本公开将是彻底的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用特定细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式来实施，并且都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
本文所使用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的，且不旨在为限制性的。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或增加。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语可替代地被理解为更限制性和约束性的术语，例如“由…组成”或“基本上由…组成”。因此，对于列举组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由或基本上由这样的列举的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由...组成”的情况下，替代实施方案排除任何额外组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本上由…组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特征的任何额外组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤排除在这样的实施方案之外，但不实质上影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可包括在该实施方案中。
除非明确地确定为执行顺序，否则本文所述的任何方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们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，可以采用附加的或替代的步骤。
当组件、元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接在另一组件、元件或层上、直接接合到、直接连接到或直接联接到另一组件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，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，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等可以在本文用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些步骤、元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制，除非另外指出。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或部分与另一步骤、元件、组件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚地指出，否则例如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二步骤、元件、组件、区域、层或部分。
为了便于描述，本文中可使用空间或时间相对术语，例如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下方”、“下”、“较低”、“上”、“较高”等来描述一个元件或特征与图中图示说明的另外一个或多个元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在包括除了图中所示的取向之外的设备或系统在使用或操作中的不同取向。
在本公开通篇，数值表示近似测量或范围界限，以涵盖与给定值的微小偏差，以及具有约所述值的实施方案以及具有精确所述值的实施方案。除了在具体实施方式的结尾提供的工作实施例中之外，本说明书(包括所附权利要求书)中的参数(例如，数量或条件)的所有数值在所有情况下都应理解为由术语“约”修饰，无论“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(在数值上有一些精确的接近；近似地或合理地接近该数值；几乎是该数值)。如果“约”提供的不精确性在本领域中不能以这种普通含义理解，则本文所用的“约”至少表示可能由测量和使用这样的参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包括小于或等于5%、任选地小于或等于4%、任选地小于或等于3%、任选地小于或等于2%、任选地小于或等于1%、任选地小于或等于0.5%，并且在某些方面中，任选地小于或等于0.1%的变化。
此外，范围的公开包括公开了整个范围内的所有值和进一步划分的范围，包括范围给出的端点和子范围。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
本文提供了制造复合制品的系统和方法，其可有利地通过较低能量固化或凝固过程实现。图1A中通过示例的方式图示说明了用于制造复合制品的示例性系统100。系统100包括退绕区10，其接收筒子架5 (也称为“线轴”)上的纤维基材材料8的卷。纤维基材材料8卷绕在筒子架5上，并在从筒子架5上退绕后用未固化树脂组合物浸渍。作为非限制性实例，纤维基材材料8可以是基于纤维的材料、织物材料的卷或预浸料丝束材料的常规卷。第一电机18可操作地连接到筒子架5并被配置成以退绕速度(ω1)旋转筒子架5。纤维基材材料8可以包括带、丝束和布。“带”通常是指沿带材的单轴延伸的单轴增强纤维。“丝束”是一种典型地包括无捻或加捻的连续丝束的基材。丝束长丝通常包含碳或玻璃。术语“布”通常是指沿着材料内的至少两个不同轴放置的增强纤维。布可作为双轴、三轴和四轴（其分别指示纤维在两个、三个或四个不同轴上延伸）商购获得。可以任选地将纤维与彼此机织，或者其可以被制造为非织造布。
作为非限制性实例，纤维基材材料8可以包括：碳纤维、玻璃纤维(例如，玻璃纤维、石英纤维)、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维(例如，KEVLAR®、聚亚苯基苯并双噁唑(PBO)、聚乙烯纤维(例如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE))、聚丙烯纤维(例如，高强度聚丙烯)、天然纤维(例如，棉、亚麻、纤维素、蜘蛛丝)及其组合。
系统100还包括用于用未固化树脂复合物浸渍纤维基材材料8的树脂浴组件20。可以将纤维基材材料8从筒子架5上退绕并导向第一辊11。第一辊11、一个或多个第二辊12和第三辊13协作以牵拉和退绕纤维基材材料8，使得其在张力下通过容纳未固化树脂组合物的单个容器16。在任何实施方案中，纤维基材材料8可以在第一辊11上方或下方经过并且在第二辊12之间被牵拉，使得纤维基材材料8接触(例如，浸没在)单个容器16中的未固化树脂组合物浴并且在第三辊13上方或下方经由第三辊13被向上牵拉。尽管示出了两个第二辊12，但本文考虑，可以使用仅一个第二辊12，使得纤维基材材料8在第一辊11上方经过并且在第二辊12下方被牵拉，使得纤维基材材料8接触单个容器16中的未固化树脂组合物并且经由第三辊13被向上牵拉。当纤维基材材料8与单个容器16中的未固化树脂组合物接触时，未固化树脂组合物沉积、涂布在纤维基材材料8上和/或浸渍在纤维基材材料8内，以形成离开单个容器16的树脂-纤维材料22。如本领域技术人员所理解的，可以通过使用刮浆板、相对辊(例如轧辊)或刮刀、泵等（其未示出，但对于本领域技术人员是公知的）来计量施加到纤维基材材料8的未固化树脂组合物的量。
未固化树脂组合物可以包含树脂组分，例如任何合适的热塑性树脂或热固性树脂。热塑性树脂可以包含前体或单体，其是或可以形成：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、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂(PA6、PA11、PA12、PA46、PA66、PA610)、完全或部分芳族聚酰胺树脂、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、聚交酯树脂、或这些树脂的任何组合或共聚物。热固性树脂可以包含前体或单体，其是或可以形成：苯并噁嗪、双-马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(PF)、聚丙烯酸酯(丙烯酸系)、聚酰亚胺(PI)、不饱和聚酯、二环戊二烯(DCPD)和/或5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、聚氨酯(PUR)、乙烯基酯、硅氧烷，或这些树脂的任何组合或共聚物。合适的环氧树脂包括但不限于：双酚A环氧树脂；双酚F环氧树脂；脂环族环氧树脂；双酚A环氧树脂丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；烷氧基化双酚环氧树脂丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，烷基环氧树脂；双酚A二丙烯酸酯、丙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、双酚F二丙烯酸酯、乙氧基化双酚F二丙烯酸酯、丙氧基化双酚F二丙烯酸酯、双酚A的二缩水甘油醚(DGEBA或BADGE)、双酚F的二缩水甘油醚 (DGFBA)等；及其组合。
未固化树脂组合物可进一步包含合适的硬化剂组分(也称为“固化剂”)、具有任选的抑制剂的合适的催化剂组分或其组合。合适的硬化剂包括但不限于基于胺的硬化剂，例如脂肪族胺(例如二亚乙基三胺(DETA))、芳族胺(例如间二甲苯二胺、间苯二胺(m-PDA)、亚甲基二苯胺(MDA)、二氨基苯基砜(DDS))、脂环族胺(例如氨基乙基哌嗪、双- (对氨基环己基)甲烷 (PACM)、二氨基环己烷(DACH)、双- (二甲基二氨基环己基)甲烷 (DMCH)）、聚醚胺、聚酰胺(例如双氰胺(DICY))、酰胺基胺、亚乙基胺、咪唑类和酸酐。在任何实施方案中，树脂组合物可以包含高能量密度热固性树脂，例如，具有约200J/g至约500J/g，优选300J/g的反应热。市售高能量密度热固性树脂和硬化剂包括但不限于Araldite® LY3585树脂(可从Huntsman International LLC获得)、Aradur® 3475硬化剂(可从HuntsmanInternational LLC获得)和XB 3458硬化剂(可从Huntsman International LLC获得)。合适的催化剂包括但不限于：Grubbs催化剂(例如第一代、第二代、第三代及其衍生物)、Hoveyda-Grubbs催化剂(例如第一代和第二代)，其各自可以包含过渡金属，例如钌，任选地与抑制剂例如亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯或亚磷酸三丁酯和溶剂苯基环己烷混合。其它合适的抑制剂包括醌(例如氢醌)及其衍生物、位阻酚、叔丁基儿茶酚(TBC)、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三丁酯和亚磷酸烷基酯。
在任何实施方案中，未固化树脂组合物的Tg (玻璃化转变温度)可小于或等于约0℃，例如，-50℃至-20℃。在任何实施方案中，凝固树脂组合物的Tg (玻璃化转变温度)可大于或等于约60℃，大于或等于约70℃，大于或等于约80℃，大于或等于约90℃，大于或等于约100℃，大于或等于约120℃，大于或等于约150℃，大于或等于约175℃，或约200℃。在任何实施方案中，固化树脂组合物可具有约60℃至约200℃、约70℃至约200℃、或约80℃至约200℃的Tg。
如本领域技术人员所理解的，树脂-纤维材料可进一步包含其它常规成分，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、抗紫外辐射剂(UV稳定剂)、抗氧化剂、着色剂、脱模剂、软化剂、增塑剂、表面活性剂等。
系统100还包括用于接收树脂-纤维材料22并将其卷绕到成形表面25 (例如心轴)上的卷绕组件30。在离开单个容器16后，树脂-纤维材料22在成形表面25上卷绕到所需厚度。第二电机35可操作地连接到成形表面25 (例如，心轴)并且被构造成以卷绕速度(ω2)旋转成形表面25。尽管图1A中示出了两个电机，但本文考虑可以存在一个电机，并且该电机可操作地连接到筒子架5和成形表面25。如图1A所示，成形表面25可为具有基本上圆形横截面的圆柱形形状以形成圆柱形复合制品。尽管未示出，但本文考虑成形表面25可具有限定在其中的空隙。或者，成形表面25可以是用于形成相应成形复合制品的任何其它合适的形状。这样的合适的形状包括但不限于具有以下横截面的形状：基本上矩形的横截面、多边形横截面、星形横截面和多叶形横截面。如本文所理解的，“基本上圆形”可以包括圆形和椭圆形横截面，并且横截面的尺寸在一些方面可以偏离。如本文所理解的，“基本上矩形”可包括正方形横截面，并且横截面的尺寸在一些方面可以偏离。如本文所理解的，“多边形”可包括三角形、五边形、六边形、七边形、八边形等横截面，并且横截面的尺寸在一些方面可以偏离。如本文所理解的，“星形”可包括从五个点到十二个点，例如，五角星、六角星、七角星等等。如本文所用，术语“多叶”是指具有至少两个叶片(不一定均匀间隔或均匀大小)从一点(不一定在横截面的中心)延伸的点的横截面形状，例如双叶、三叶等。
另外或替代地，成形表面25可包括一个或多个单独的组件，例如，第一组件和第二组件。例如，如图1B图示说明，在系统100a中，卷绕组件30a可包括第一组件26和第二组件27，其中第一组件26设置在第二组件27上。第一组件26和第二组件27各自可为任何合适的材料，例如金属材料，如铝或钢。树脂-纤维材料22可以卷绕在第一组件26上。在一些实施方案中，第一组件26，例如金属组件如电机壳体，可意在并入成品复合制品中，并且第二组件27可以是心轴，其在未固化树脂组合物凝固之后被移除。
再参考图1A，卷绕组件30还可包括用于凝固未固化树脂组合物以形成复合制品的热源32。在任何实施方案中，热源32可以加热成形表面25 (例如，心轴)，例如，当树脂-纤维材料22围绕成形表面25 (例如，心轴)卷绕时。或者，热源32可以将热施加到存在于成形表面25 (例如，心轴)上的树脂-纤维材料22和/或刚好施加到成形表面25 (例如，心轴)上之前的树脂-纤维材料22。可将来自热源32的热施加合适的持续时间，以引发未固化树脂材料的放热反应，从而引发未固化树脂组合物的凝固(例如，固化)。放热反应可包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。在任何实施方案中，可从热源32施加热10分钟(600秒)或更短、5分钟(300秒)或更短、60秒或更短、30秒或更短、15秒或更短、5秒或更短、1秒或更短；1毫秒或更短，或约1微秒；或约1微秒至约10分钟、约1微秒至约5分钟、约1微秒至约60秒、约1微秒至约30秒、约1秒至约15秒、或约1秒至约5秒的时间段。
当树脂-纤维材料8围绕成形表面25 (例如心轴)卷绕时，可以连续地供热。另外或替代地，一旦引发放热反应，可以停止从热源32施加热。例如，一旦树脂-纤维材料达到足够的温度(称为“引发温度”)，可以停止从热源32施加热，使得未固化树脂组合物的聚合、交联或两者可以通过引发的放热反应和由其产生的热以自蔓延方式发生。如本领域普通技术人员所理解的，该引发温度取决于所选择的未固化树脂组合物。在一些实施方案中，一旦达到引发温度，例如，一旦测量或观察到引发温度，就可以关闭热源32。由于放热反应是产生热的自蔓延反应，因此在没有来自热源32的热的情况下，剩余的未固化树脂组合物的聚合、交联或两者可以穿过树脂-纤维材料22在径向方向、轴向方向、周向方向或其组合上继续以形成复合制品。换句话说，未固化树脂材料的凝固可首先由热源32引发，但一旦热源32停止或关闭，由于放热反应产生的热，凝固(例如，固化)可以穿过树脂-纤维材料22的厚度在径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续，由此未固化树脂组合物的一部分至基本上全部可凝固。因此，有利地，仅需要少量的能量来形成复合制品。
如图1C进一步图示说明，从热源32施加热，例如施加到成形表面25 (例如心轴)可以至少在一部分未固化树脂组合物处，例如在与成形表面25 (例如心轴)相邻的第一表面24处，通过从成形表面25传热而引发放热反应。剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者可以穿过树脂-纤维材料22的厚度160在如箭头170所示的向外的径向方向、如箭头171所示的周向方向、如箭头173所示的轴向方向或其组合上继续，并在树脂-纤维材料22的一部分被施加到成形表面25 (例如心轴)上之前进入该部分中。由于引发的自蔓延放热反应，即使在没有来自热源32的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者也可继续。剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者的这种进展在本文中称为“聚合前端”，并且聚合前端行进的速度(mm/s) (在本文中称为“聚合前端速度”)可由本领域普通技术人员测量。换句话说，如图1C图示说明，聚合前端可以穿过树脂-纤维材料22的厚度160在如箭头170所示的向外的径向方向、如箭头171所示的周向方向、如箭头173所示的轴向方向或其组合上前进并进入被递送到成形表面25 (例如，心轴)上的树脂-纤维材料22的一部分中。例如，本领域普通技术人员理解，如图1C图示说明，聚合可从成形表面25向后朝向筒子架5前进。以mm/s为单位的聚合前端速度可通过聚合前端监测系统(参见下文描述的聚合前端监测系统50)，例如可记录聚合前端的热影像的热成像系统来测量。成形表面25 (例如，心轴)的卷绕速度(ω2)可以以已知的速度发生。如果聚合前端相对于成形表面25 (例如，心轴)不移动，则卷绕速度(ω2) (以转数/秒计)经由等式v =ω2r与聚合前端速度相关联，其中r是卷绕的成形表面25 (例如，心轴)的半径并且v是聚合前端速度。注意，随着树脂-纤维材料22的卷绕继续和厚度160增加，r随时间改变。如果聚合前端相对于成形表面25 (例如，心轴)移动，则聚合前端的位置可通过已知其相对于时间的位置和通过已知卷绕速度(ω2)来量化。
图1D进一步图示说明了一旦在未固化树脂组合物中，例如在与成形表面25相邻的第一表面24处引发放热反应，与成形表面25 (例如，心轴)相邻的未固化树脂组合物的凝固过程的示例性进展。该图显示了随着凝胶或玻璃化时间240和等温固化温度245增加，其具有液体区域250、溶胶/凝胶/橡胶区域260和胶凝/玻璃区域270。随着聚合、交联或两者，即聚合前端穿过树脂-纤维材料22的厚度160在由箭头170所示的向外的径向方向上、由箭头171所示的周向方向上、由箭头173所示的轴向方向上或其组合上继续或移动并且进入由箭头170所示的被递送到成形表面25 (例如，心轴)上的树脂-纤维材料22的一部分中，未固化树脂组合物随着时间和温度增加而前进通过液体区域250、溶胶/凝胶/橡胶区域260和胶凝/玻璃区域270的状态。未固化树脂组合物处于对应于液体区域250、溶胶/凝胶/橡胶区域260和/或胶凝/玻璃区域270的状态的温度和时间取决于所使用的未固化树脂组合物和未固化树脂组合物的相关固化动力学，并且可由本领域普通技术人员容易地确定。本文考虑取决于放热反应的持续时间(例如，放热反应已经进行了多久)、未固化树脂组合物的温度以及所使用的特定未固化树脂组合物，在本文所述的方法期间，未固化树脂组合物的状态可存在于液体区域250、溶胶/凝胶/橡胶区域260和胶凝/玻璃区域270中的一个、两个或所有三个中。如本文所用，“凝固树脂”或“固化树脂”包括处于对应于其溶胶/凝胶/橡胶区域260、胶凝/玻璃区域270或其组合的状态的树脂组合物。
或者，在一些树脂-纤维材料22已经被卷绕到成形表面25上之后，来自热源32的热可以被施加到存在于成形表面25 (例如，心轴)上的树脂-纤维材料22和/或在被卷绕到成形表面25 (例如，心轴)上之前的树脂-纤维材料22，从而引发未固化树脂组合物的放热反应。如图1E图示说明，在引发放热反应之后，未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，即聚合前端，可以穿过树脂-纤维材料22的厚度160在如箭头172所示的向内的径向方向、如箭头171所示的周向方向、如箭头173所示的轴向方向或其组合上继续以及在树脂-纤维材料22的一部分被施加到成形表面25 (例如，心轴)上之前进入该部分中。由于引发的自蔓延放热反应，即使在没有来自热源32的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，即聚合前端可继续。
在任何实施方案中，来自热源32的热可以施加到树脂-纤维材料22上的单个位置，例如作为单个点源，施加到树脂-纤维材料22上的两个或更多个位置，或者热可以围绕树脂-纤维材料22基本上均匀地分布，另外或替代地，来自热源32的热可以直接或间接地以及内部或外部地施加。可以使用本领域普通技术人员已知的任何用于施加热的合适热源32。合适的外部热源32的实例包括但不限于加热线圈(例如，用于感应出电流和产生热的铜线圈)、加热棒、加热毯、加热丝、加热灯、加热空气、紫外线(UV)源(UV照射)、烘箱、等离子体源、可见光源或其组合，并且取决于本领域技术人员所选择和已知的化学性质。
返回参考图1A，系统100还包括聚合前端监测系统50，其被配置成当树脂-纤维材料22被卷绕到成形表面25 (例如，心轴)上时确定树脂-纤维材料22上的聚合前端速度和聚合前端的位置，例如，在沿着树脂-纤维材料22的区域38内。在一些实施方案中，聚合前端监测系统50可以被配置成当树脂-纤维材料22被卷绕到成形表面25 (例如，心轴)上时监测其温度，以便确定树脂-纤维材料22上的聚合前端速度和聚合前端的位置。另外或替代地，聚合前端监测系统50可以被配置成当树脂-纤维材料22被卷绕到成形表面25 (例如，心轴)上时监测其折射率，以便确定树脂-纤维材料22上的折射率不匹配和聚合前端速度和聚合前端的位置。
本文考虑聚合前端监测系统50可以连接到处理器。如本文所述，处理器可包括微处理器、微控制器、集成电路、数字信号处理器、计算机等，其可包括存储器。处理器可以被配置成使用任何合适的硬件和/或软件实施来执行本文描述的任何示例性方法，以及确定本文描述的任何示例性方法参数，例如，聚合前端位置、聚合前端速度等。例如，处理器可以执行存储在存储器中的计算机可执行指令，可以包括一个或多个逻辑门、控制回路等。
聚合前端速度的确定允许确定在树脂-纤维材料22上，例如在区域38内的聚合前端的位置。聚合前端监测系统50可以是例如用于确定树脂-纤维材料22的温度的任何合适的装置或系统，例如温度传感器/探针、IR照相机或热成像系统。另外或替代地，聚合前端监测系统50可以是例如用于确定折射率计算的任何合适的装置或系统，例如光学照相机。
当未固化树脂组合物在其被卷绕到成形表面25 (例如心轴)上时凝固时，期望聚合前端在朝向树脂浴组件20的方向上沿着树脂-纤维材料22，例如在区域38内不前进太远，因为树脂-纤维材料22需要保持柔性以便围绕成形表面25卷绕。因此，通过监测树脂-纤维材料22的温度，可以确定期望的聚合前端速度和/或期望的聚合前端位置，其可以对应于在朝向树脂浴组件20的方向上沿着树脂-纤维材料22前进不太远的聚合前端。由本领域技术人员确定并取决于使用的未固化树脂组合物以及施加的热的温度和持续时间的该期望的聚合前端速度和/或期望的聚合前端位置可分别被称为“聚合前端速度设定点（vpfs）”和“聚合前端位置设定点（lpfs）”。当系统100操作时，也可以例如通过聚合前端监测系统50连续地确定“操作聚合前端速度(vpfo)”和/或“操作聚合前端位置(lpfo)”。期望vpfo基本上不偏离vpfs和/或lpfo基本上不偏离lpfs，因为与vpfs和/或lpfs的偏离表明聚合速度太高或太低，表明聚合前端位置不保持在树脂-纤维材料22上的所需位置内，例如在区域38内。在任何实施方案中，在操作期间，vpfo可以等于vpfs和/或lpfo可以等于lpfs。在任何实施方案中，vpfo可以与vpfs偏离约20%或更少、约5%或更少、约10%或更少、约5%或更少、或约1%；或偏离约1-20%、约1-15%、约1-10%或约1-5%。另外或替代地，lpfo可以与lpfs偏离约20%或更少、约5%或更少、约10%或更少、约5%或更少、或约1%；或偏离约1-20%、约1-15%、约1-10%或约1-5%。
为了保持合适的聚合前端位置和/或聚合前端速度，例如在区域38内，可以调节系统100的各种参数。换句话说，为了保持与vpfs基本相同的vpfo和/或与lpfs基本相同的lpfo，可以调节系统100的各种参数。这样的参数包括但不限于退绕速度(ω1)、卷绕速度(ω2)、从热源32施加的热的温度、及其组合。因此，系统100可进一步包括与退绕组件10、卷绕组件30和热成像系统50通信(例如，有线通信或无线通信)的控制器60。控制器60可被配置成调节系统100的上述各种参数，以便保持与vpfs基本相同的vpfo和/或与lpfs基本相同的lpfo，例如在区域38内。本文考虑可实时监测聚合前端速度、聚合前端位置和上述参数，使得可实时进行参数的修改和调节。
在一个替代实施方案中，如图2A中图示说明，树脂浴组件20a可包括系统200中的第一容器210和第二容器212。第一容器210可以容纳如本文所述的树脂组分，并且第二容器212可以容纳如本文所述的硬化剂组分、如本文所述的催化剂组分或两者。纤维基材材料8可以从筒子架5上退绕并导向第一辊11。第一辊11、第二辊12、第三辊13、第四辊14和第五辊15协作以牵拉并退绕纤维基材材料8，使得其在张力下通过容纳本文所述树脂组分的第一容器210，然后通过容纳本文所述硬化剂组分、本文所述催化剂组分或两者的第二容器212，以形成树脂-纤维材料22。在任何实施方案中，纤维基材材料8可以在第一辊11上方通过并在第二辊12下方被牵拉，使得纤维基材材料8接触(例如浸没在)第一容器210中的树脂组分浴，经由第三辊13被向上牵拉，然后在第四辊14下方被牵拉，使得浸渍有树脂的纤维基材材料8接触(例如浸没在)第二容器212中的硬化剂和/或催化剂浴，并经由第五辊15被向上牵拉。如本领域技术人员所理解的，可以通过使用刮浆板、相对辊(例如轧辊)或刮刀、泵等（其未示出，但对于本领域技术人员是公知的）来计量施加到纤维基材材料8上的未固化树脂组合物的量。例如，第四辊14可以由两个轧辊组成，这两个轧辊可以提供挤压力以将树脂组分与硬化剂组分、催化剂组分或两者充分混合。
另外或替代地，树脂浴组件20b还可以包括在系统275中的第三容器202、任选的第四容器222和任选的第五容器224，如图2B中图示说明。第三容器202可以容纳如本文所述的树脂组分，任选的第四容器222可以容纳如本文所述的硬化剂组分，并且任选的第五容器224可以容纳如本文所述的催化剂组分。混合器230可以与第三容器202、任选的第四容器222和任选的第五容器224流体连通，以将树脂组分与任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分混合，以形成未固化树脂组合物。混合器230也与单个容器16流体连通，使得未固化树脂组合物可以从混合器230供应到单个容器16。在任何实施方案中，树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分可以各自连续地供应到混合器230，所述混合器230可以连续地将未固化树脂组合物供应到单个容器16。或者，任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分可以各自间断地供应至混合器230。图2A和2B中图示说明的构造可以有利地延长树脂浴组件20，20a，20b的寿命（pot-life ），并保持未固化树脂组合物的基本均匀的粘度。尽管图2A和2B中没有全部示出，但是本文考虑系统100的所有组件都可以并入系统200和275中。
应当注意，上述以及本文进一步描述的构造、布置、设计和辊数量和系统中的其他组件仅是示例性的，并且可以如本领域技术人员所理解的那样进行修改。
本文还提供了例如使用系统100、200、300制造复合制品的方法。所述方法可以包括退绕步骤、浸渍步骤、卷绕步骤和凝固步骤。退绕步骤包括以退绕速度(ω1)从筒子架5退绕如本文所述的纤维基材材料8。浸渍步骤包括例如经由树脂浴组件20、20a或20b将如本文所述的未固化树脂组合物施加到纤维基材材料8，以形成如本文所述的树脂-纤维材料22。在一些实施方案中，树脂组分、任选的硬化剂和任选的催化剂和/或抑制剂可以各自分别从各自的容器中供应到混合器中，以形成未固化树脂组合物，例如，通过图2A中的树脂浴组件20a。在其它实施方案中，未固化树脂组合物的施加可包括单独施加：(i)树脂组分至纤维-基材材料22；(ii)硬化剂、具有任选的抑制剂的催化剂或两者至纤维-基材材料22，例如通过图2B所示的树脂浴组件20b施加。
卷绕步骤包括以卷绕速度(ω2)将树脂-纤维材料22施加或卷绕到如本文所述的成形表面25上。在任何实施方案中，成形表面25 (例如心轴)可以具有圆柱形形状，并且树脂-纤维材料22可以围绕成形表面25周向地施加。在任何实施方案中，成形表面25可以包含金属材料。在一些实施方案中，成形表面25包括两个组件，例如心轴和设置在心轴上金属组件(例如，电机壳体)。在这样的实施方案中，树脂-纤维材料22可以围绕金属组件施加。
凝固步骤包括例如间接地或直接地施加热到树脂-纤维材料22以引发如本文所述的放热反应，其包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者以形成复合制品。如本文所述，可从热源32施加热。例如，凝固步骤可以包括在成形表面旋转和卷绕树脂-纤维材料22的同时将热施加到成形表面25 (例如心轴)，其中未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，即聚合前端穿过存在于成形表面25上的树脂-纤维材料22的厚度160，在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行，如图1C所示。或者，在一些树脂-纤维材料22已经被卷绕到成形表面25上之后，可以将热施加到存在于成形表面25 (例如，心轴)上的树脂-纤维材料22和/或被卷绕到成形表面25 (例如，心轴)上之前的树脂-纤维材料22，从而引发未固化树脂组合物的放热反应。如图1E中图示说明，在引发放热反应之后，未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，即聚合前端，可以穿过树脂-纤维材料22的厚度160在如箭头172所示的向内的径向方向、如箭头171所示的周向方向、如箭头173所示的轴向方向或其组合上继续以及在树脂-纤维材料22的一部分施加到成形表面25 (例如，心轴)上之前进入该部分中。在一些实施方案中，在成形表面25旋转和卷绕树脂-纤维材料时，可以连续地向成形表面25施加热，和/或在树脂-纤维材料22卷绕到成形表面25上时，可以连续地向所述树脂-纤维材料22施加热。本文还考虑，在本文描述的方法期间，可以停止、重新开始向成形表面25施加热，和/或可以升高或降低所施加热的温度。由于引发的自蔓延放热反应，即使在没有施加热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，即聚合前端可继续。
该方法还可以包括例如经由如本文所述的聚合前端监测系统50，在树脂-纤维材料22被卷绕到成形表面25上时，例如在区域38内监测树脂-纤维材料22的温度。如上所述，可以通过监测树脂-纤维材料22的温度来确定vpfs、vpfo、lpfo和/或lpfo。为了保持基本上与vpfs相同的vpfo和/或基本上与lpfs相同的lpfo，例如，在区域38内，可以调节各种方法参数。例如，可以基于聚合前端速度调节退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)，使得退绕速度(ω1)和卷绕速度(ω2)保持基本上相同，以在纤维基材材料8退绕时保持其内的张力，并且在树脂-纤维材料22卷绕时保持其内的张力。
例如，如图3A所示，可产生并保持控制反馈回路300，使得可基于聚合前端位置调节退绕速度(ω1)，使得可在筒子架5和成形表面25 (例如¸心轴)之间保持恒定的卷绕张力。如图3A中图示说明，在闭环控制方法中，张力传感器330反馈在筒子架5和成形表面25(例如¸心轴)之间的纤维束(例如纤维基材材料8和树脂-纤维材料22)的实时张力测量结果，具有期望的张力输入305和响应张力输出328。反馈控制回路可以连续地实时更新控制器310 (例如，控制器60)、驱动器311、电机312 (例如，第一电机18、第二电机35)以及退绕筒子架315 (例如，筒子架5)，直到实现期望的卷绕张力。聚合前端干扰325 (即，聚合前端相对于其理想位置(lpfs)的位置(lpfo))也可以输入到控制回路中，以便获得期望的卷绕张力。聚合前端位置可以如本文所述来确定。
图3B和3C示出了控制反馈回路300的应用。在第一步骤401中，将树脂-纤维材料22施加到成形表面25 (例如心轴)，其中符号430表示未固化或液体树脂组合物。在第二步骤401中，当树脂-纤维材料22卷绕在成形表面25上时，将加热丝410 (例如，热源32)施加到树脂-纤维材料22，以引发放热反应，该放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者，其中符号440表示凝固或固化树脂组合物。在第三步骤403中，停止施加加热丝410，并且如步骤404所示，未固化树脂组合物的聚合、交联或两者在径向、轴向和周向上继续，其中虚线指示聚合前端的边缘。如步骤405所示，随后可以确定lpfo 420。图3C中示出了步骤405和lpfo 420的分解图。如图3C中图示说明，lpfo 420包括局部反应区470、正在凝固或固化的树脂组合物460 (例如溶胶/凝胶/橡胶区域)、进一步凝固或固化的树脂组合物450 (例如溶胶/凝胶/橡胶区域)和凝固或固化树脂组合物440 (例如胶凝/玻璃区域)。聚合波前端在如箭头170所示的方向上朝未固化或液体树脂组合物430传播。未固化或液体树脂组合物430的树脂组合物的固化度为x0。凝固或固化树脂组合物440的树脂组合物的固化度为x1。进一步凝固或固化的树脂组合物450的树脂组合物的固化度为x2。正在凝固或固化的树脂组合物460的树脂组合物的固化度为x3。局部反应区470的树脂组合物的固化度为x4。在未固化树脂组合物的聚合、交联或两者期间，x0、x1、x2、x3、x4的关系可如下：x1＞x2＞x3＞x4＞x0，其中x0、x1、x2、x3、x4各自的范围可以为零至1。在任何实施方案中，x1可以为1，x0可以为零。
另外或替代地，可以调节间接或直接施加到树脂-纤维材料22的热。例如，如果树脂-纤维材料22的温度高于期望的温度，则可以调节一个或多个以下参数：(i)可以提高退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)；(ii)可以停止施加热；和(iii)可以降低施加的热的温度。或者，如果树脂-纤维材料22的温度低于期望的温度，则可以调节一个或多个下列参数：(i)可以降低退绕速度(ω1)和/或卷绕速度(ω2)；(ii)如果先前停止，则可以开启施加热；和(iii)可以提高施加的热的温度。本文考虑本文公开的方法步骤可以连续地和基本上同时进行。
在各种方面中，通过本文所述的方法形成的复合制品包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料。在其它实施方案中，第一组件26，例如金属组件，可旨在并入成品复合制品中；因此，复合制品可以包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料以及第一组件26。
在一些实施方案中，本文所述的方法可进一步包括进一步加热复合制品以进一步凝固树脂组合物。例如，可以在烘箱中加热复合制品以进一步凝固或完全凝固树脂组合物，例如，以获得树脂组合物的胶凝/玻璃区域270。
本文所述的方法可应用于形成各种复合制品的各种应用。可由本文所述的方法形成的示例性复合制品包括但不限于汽车组件，例如复合材料(例如碳纤维复合材料)包覆的铝齿轮盒、复合材料(例如碳纤维复合材料)驱动轴、储氢罐、复合材料(例如碳纤维复合材料)包覆的收缩安装电机外壳等，以及非汽车制品，例如高尔夫球杆、管、自行车组件、传动杆、飞机机身、船桅等。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施方案的上述描述。其不旨在是穷举的或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在所选实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。其也可以许多方式变化。这样的变化不应被认为脱离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (18)

1.制造复合制品的方法，所述方法包括：
退绕步骤，其包括以退绕速度(ω1)从筒子架退绕纤维基材材料；
浸渍步骤，其包括将未固化树脂组合物施加到所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料；
卷绕步骤，其包括以卷绕速度(ω2)将所述树脂-纤维材料施加到成形表面上；
凝固步骤，其包括将热间接或直接施加到所述树脂-纤维材料以引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者以形成所述复合制品；
监测所述树脂-纤维材料并确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)；以及
调节一个或多个下列参数以保持与vpfs基本相同的vpfo：
(i)所述退绕速度(ω1)和/或所述卷绕速度(ω2)；以及
(ii)施加到所述树脂-纤维材料的热。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形表面具有圆柱形形状，并且所述树脂-纤维材料围绕所述成形表面周向地施加，并且其中所述成形表面包含金属材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝固步骤包括在所述成形表面旋转和卷绕所述树脂-纤维材料的同时向所述成形表面施加热，其中所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于所述成形表面上的所述树脂-纤维材料的厚度在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述成形表面旋转和卷绕所述树脂-纤维材料的同时，将热连续地施加到所述成形表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝固步骤包括当所述树脂-纤维材料被卷绕到所述成形表面上时向所述树脂-纤维材料施加热，其中所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过存在于所述成形表面上的所述树脂-纤维材料的厚度在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝固步骤包括在引发所述放热反应之后停止施加热，其中剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者在不施加热的情况下穿过聚合物-纤维前体材料的厚度在径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续以形成所述复合制品。
7.根据权利要求1所述的方法，其中从选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合的热源施加热。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，和任选的硬化剂组分、催化剂组分或其组合；并且其中所述纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维、及其组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中施加热300秒或更短的时间段。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形表面是：
心轴；或
设置在心轴上的金属组件，其中所述树脂-纤维材料被施加到所述金属组件上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述复合制品包括所述成形表面、凝固树脂组合物和所述纤维基材材料，或者所述复合制品包括凝固树脂组合物、所述纤维基材材料和所述金属组件。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述浸渍步骤还包括将树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分单独地供应到混合器以形成所述未固化树脂组合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述未固化树脂组合物的施加包括单独施加：(i)树脂组分至所述纤维基材材料；和(ii)硬化剂组分、催化剂组分或两者至所述纤维基材材料。
14.用于制造复合制品的系统，所述系统包括：
退绕组件，其包括：
筒子架，其卷绕有纤维基材材料；以及
第一电机，其可操作地连接到所述筒子架并被配置成以退绕速度(ω1)旋转所述筒子架；
树脂浴组件，其用于用未固化树脂组合物浸渍其中接收的所述纤维基材材料以形成树脂-纤维材料，其中所述树脂浴组件包括：
用于容纳未固化树脂组合物的单个容器；或
用于容纳树脂组分的第一容器和用于容纳硬化剂组分、催化剂组分或两者的第二容器；
卷绕组件，其包括：
用于接收所述树脂-纤维材料的心轴；
第二电机，其可操作地连接到所述心轴并且被配置成以卷绕速度(ω2)旋转所述心轴；以及
热源，其用于凝固所述未固化树脂组合物以形成所述复合制品；
聚合前端监测系统，其被配置成确定聚合前端速度设定点(vpfs)和操作聚合前端速度(vpfo)；以及
控制器，其与所述退绕组件、所述卷绕组件和所述聚合前端监测系统通信，其中为了保持与所述vpfs基本上相同的vpfo，所述控制器被配置成调节一个或多个以下参数：
(i)所述退绕速度(ω1)和/或所述卷绕速度(ω2)；以及
(ii)所述热源。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述热源引发放热反应，所述放热反应包括所述未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述树脂浴组件还包括：
用于容纳树脂组分的第三容器；
用于容纳硬化剂组分的任选的第四容器；
用于容纳催化剂组分的任选的第五容器；以及
混合器，其用于混合所述树脂组分、任选的硬化剂组分和任选的催化剂组分，其中所述混合器与所述单个容器、所述第三容器、所述任选的第四容器和所述任选的第五容器流体连通。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热灯、加热丝、加热空气、紫外线源、烘箱、可见光源或其组合。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，和任选地，硬化剂组分、催化剂组分或其组合；并且其中所述纤维基材材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、天然纤维、及其组合。
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