CN112606440A - 使用低能量固化制造复合制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了制造复合制品，例如电机壳体的方法。该方法可包括将树脂‑纤维材料施加到成形表面以形成中间制品。树脂‑纤维材料包括未固化树脂组合物和纤维基材材料。该方法还包括凝固存在于中间制品中的未固化树脂组合物以形成复合制品。凝固可通过向中间制品施加热以引发放热反应来完成，所述放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。在引发放热反应之后，可以停止从热源施加热量，但是在没有来自热源的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者可以穿过树脂‑纤维材料的厚度在径向、周向或轴向中的一个或多个方向上继续以形成复合制品。

Description

使用低能量固化制造复合制品的方法
技术领域
本发明涉及使用低能量固化制造复合制品的方法。
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。
通常有两种将树脂并入纤维基材材料中的方法：1)湿卷绕/叠层或2)预浸渍(称为“预浸料”)。对于湿卷绕，将干纤维在使用树脂时通常通过浸入浴中而用树脂“润湿”，然后可以将用树脂润湿的纤维施加或卷绕到心轴或其它成形表面。第二种方法，预浸料包括预先将树脂润湿到纤维基材材料中，这通常包括部分固化树脂的步骤，使得树脂具有粘性稠度(例如，至B-阶段部分固化状态)，然后卷绕基于纤维的基材材料或将其储存以备以后使用。无论将树脂并入纤维基材材料中的方法如何，都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，需要能够以较低能量固化实现的用于生产复合制品的方法。
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。
本公开涉及以较低能量固化制造复合制品的方法。
在各种方面中，本公开提供了制造复合制品的方法。该方法包括将树脂-纤维材料施加到成形表面以形成中间制品。树脂-纤维材料包括未固化树脂组合物和纤维基材材料。该方法还包括凝固存在于中间制品中的未固化树脂组合物以形成包括凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合制品。凝固包括将来自热源的热施加到中间制品的第一外表面、成形表面或两者以引发放热反应，所述放热反应包括未固化树脂组合物的聚合、交联或两者。凝固还包括在引发放热反应之后停止从热源施加热，其中在不存在来自热源的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-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，将热从热源施加到中间制品的成形表面，并且在与中间制品的成形表面相邻的未固化树脂组合物中引发放热反应。在停止从热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-纤维材料的厚度朝向中间制品的第一外表面在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
在各种方面中，将热从热源施加到中间制品的第一外表面，并且在与中间制品的第一外表面相邻的未固化树脂组合物中引发放热反应。在停止从热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-纤维材料的厚度朝向中间制品的成形表面在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
在各种方面中，热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热丝、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合。
在各种方面中，成形表面具有圆柱形形状，并且树脂-纤维材料围绕成形表面周向施加。成形表面包含金属材料。
在各种方面中，凝固树脂组合物具有大于或等于60℃的Tg。
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。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，未固化树脂组合物还包含硬化剂、催化剂或其组合。
在各种方面中，从热源施加热300秒或更短的时间段。
在各种方面中，成形表面包括第一金属组件、第二金属组件或两者，并且第二金属组件为心轴。
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。
在各种方面中，所述方法还包括在未固化树脂组合物凝固之后移除成形表面，并且复合制品包括凝固树脂组合物和纤维基材材料。
在各种方面中，该方法还包括将聚合物层施加到成形表面，其中树脂-纤维材料被施加到聚合物层的第二外表面以形成中间制品。
在各种方面中，聚合物层包含热塑性聚合物或热固性聚合物。
在各种方面中，其中复合制品包括聚合物层、凝固树脂组合物、纤维基材材料和任选的成形表面。
在各种方面中，还提供了制造复合电机壳体的方法。该方法包括将树脂-纤维材料施加到金属壳体以形成中间制品，其中树脂-纤维材料包括未固化树脂组合物和纤维基材材料。该方法还包括凝固存在于中间制品中的未固化树脂组合物以形成包括凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合电机壳体。凝固包括将热从热源施加到中间制品的第一外表面、金属壳体或两者，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。凝固进一步包括在引发放热反应之后停止从热源施加热，其中剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者在不存在来自热源的热的情况下穿过树脂-纤维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电机壳体。
在各种方面中，将热从热源施加到中间制品的电机壳体，并且在与中间制品的电机壳体相邻的未固化树脂组合物中引发放热反应。在停止从热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-纤维材料的厚度朝向中间制品的第一外表面在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
在各种方面中，将热从热源施加到中间制品的第一外表面，并且在与中间制品的第一外表面相邻的未固化树脂组合物中引发放热反应。在停止从热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-纤维材料的厚度朝向中间制品的电机壳体在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
在各种方面中，热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热丝、加热灯、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，以及任选的硬化剂、催化剂或其组合。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，该方法还包括将聚合物层施加到金属壳体，其中将树脂-纤维材料施加到聚合物层的第二外表面以形成中间制品。
本发明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：
将树脂-纤维材料施加到成形表面以形成中间制品，其中所述树脂-纤维材料包括未固化树脂组合物和纤维基材材料；以及
凝固存在于所述中间制品中的所述未固化树脂组合物以形成包括凝固树脂组合物和所述纤维基材材料的所述复合制品，其中凝固包括：
将来自热源的热施加到所述中间制品的第一外表面、所述成形表面或两者，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；
在引发所述放热反应之后停止从所述热源施加热，其中在不存在来自所述热源的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-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。
2. 根据实施方案1所述的方法，其中将热从所述热源施加到所述中间制品的所述成形表面，并且在与所述中间制品的所述成形表面相邻的所述未固化树脂组合物中引发所述放热反应，并且在停止从所述热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维材料的厚度朝向所述中间制品的所述第一外表面在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
3. 根据实施方案1所述的方法，其中将热从所述热源施加到所述中间制品的所述第一外表面，并且在与所述中间制品的所述第一外表面相邻的所述未固化树脂组合物中引发所述放热反应，并且在停止从所述热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维材料的厚度朝向所述中间制品的所述成形表面在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
4. 根据实施方案1所述的方法，所述热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热丝、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱、可见光源或其组合。
5. 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。
6. 根据实施方案1所述的方法，其中所述凝固树脂组合物具有大于或等于60℃的Tg。
7. 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，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。
8. 根据实施方案7所述的方法，其中所述未固化树脂组合物还包含硬化剂、催化剂或其组合。
9. 根据实施方案1所述的方法，其中从所述热源施加热300秒或更短的时间段。
10. 根据实施方案1所述的方法，其中所述成形表面包括第一金属组件、第二金属组件或两者，并且其中所述第二金属组件为心轴。
11. 根据实施方案1所述的方法，其中所述复合制品包括所述成形表面、所述凝固树脂组合物和所述纤维基材材料。
12. 根据实施方案1所述的方法，还包括在所述未固化树脂组合物凝固之后移除所述成形表面，并且其中所述复合制品包括所述凝固树脂组合物和所述纤维基材材料。
13. 根据实施方案1所述的方法，还包括将聚合物层施加到所述成形表面，其中将所述树脂-纤维材料施加到所述聚合物层的第二外表面以形成所述中间制品。
14. 根据实施方案13所述的方法，其中所述聚合物层包含热塑性聚合物或热固性聚合物。
15. 根据实施方案13所述的方法，其中所述复合制品包括所述聚合物层、所述凝固树脂组合物、所述纤维基材材料，以及任选的所述成形表面。
16. 制造复合电机壳体的方法，所述方法包括：
将树脂-纤维材料施加到金属壳体以形成中间制品，其中所述树脂-纤维材料包括未固化树脂组合物和纤维基材材料；以及
凝固存在于所述中间制品中的所述未固化树脂组合物以形成包括凝固树脂组合物和所述纤维基材材料的所述复合电机壳体，其中凝固包括：
将来自热源的热施加到所述中间制品的第一外表面、所述金属壳体或两者，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；
在引发所述放热反应之后停止从所述热源施加热，其中在不存在来自所述热源的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维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电机壳体。
17. 根据实施方案16所述的方法，其中将热从所述热源施加到所述中间制品的所述电机壳体，并且在与所述中间制品的所述电机壳体相邻的所述未固化树脂组合物中引发所述放热反应，并且在停止从所述热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维材料的厚度朝向所述中间制品的所述第一外表面在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续；或
其中将热从所述热源施加到所述中间制品的所述第一外表面，并且在与所述中间制品的所述第一外表面相邻的所述未固化树脂组合物中引发所述放热反应，并且在停止从所述热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维材料的厚度朝向所述中间制品的所述电机壳体在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
18. 根据实施方案16所述的方法，所述热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热丝、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱或其组合。
19. 根据实施方案16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、催化剂或其组合；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。
20. 根据实施方案16所述的方法，还包括将聚合物层施加到所述金属壳体，其中将所述树脂-纤维材料施加到所述聚合物层的第二外表面以形成所述中间制品。
从本文提供的描述中，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的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-1C：图1A-1B图示说明了根据本公开的一些方面的制造复合制品的方法。图1C示出了在制造复合制品的方法期间的中间制品。
图2A和2B图示说明了根据本公开的一些方面的未固化树脂组合物的凝固。
图3A和3B分别图示说明了根据本公开的一些方面形成的替代中间制品和复合制品。
图4A和4B图示说明了根据本公开的一些方面的制造复合电机壳体的方法。
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方法，其可有利地通过较低能量固化或凝固工艺实现。如图1A图示说明，该方法可以包括将树脂-纤维材料110施加到成形表面120以形成具有第一内表面112和第一外表面114的中间制品100。在任何实施方案中，树脂-纤维材料110可以通过任何合适的方法施加，例如通过围绕成形表面120周向地卷绕或铺设树脂-纤维材料110。一层或多层树脂-纤维材料110可以施加和/或重叠到成形表面120上，使得可以实现树脂-纤维材料110的期望厚度160。
如图1A所示，成形表面120可以是具有基本上圆形横截面的圆柱形，其中限定有空隙105以形成圆柱形复合制品。尽管未示出，但本文考虑成形表面120可以是实心的，其中没有限定的空隙(例如实心心轴)。或者，成形表面120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”可包括从五点到十二点，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)从一点延伸的点(不一定在横截面的中心)的横截面形状，例如双叶、三叶等。
树脂-纤维材料110可以包括未固化树脂组合物组分和纤维基材材料组分。例如，纤维基材材料可以用未固化树脂组合物浸渍、涂布和/或饱和。树脂-纤维材料110的组分可以相同或不同。不同的树脂-纤维材料110组分可以包括以下一种或多种：不同的树脂、具有不同组成的纤维(例如，碳和玻璃)和不同制造的纤维(例如，织造织物和不连续无规纤维)。
未固化树脂组合物可以包含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(也称为“固化剂”)、具有任选的抑制剂的合适的催化剂或其组合。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，凝固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。
纤维基材材料可以包括带、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。
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。
在任何实施方案中，该方法可进一步包括凝固(例如，固化)存在于中间制品100中的未固化树脂组合物以形成复合制品195的复合材料190。复合材料190包括凝固树脂组合物和纤维基材材料。凝固可包括将来自热源150 (也称为热源150)的热施加到中间制品100。例如，如图1A所示，可以将来自热源150的热直接或间接地施加到成形表面120。例如，可将热施加到中间制品100的第一内表面112的至少一部分。另外或替代地，可将热从内部施加到成形表面120 (例如，固体成形表面)，其又将热传递到与成形表面120相邻的未固化树脂组合物。或者，如图1B所示，可将热从热源150施加到中间制品100的第一外表面114的至少一部分。如本文所理解，第一外表面114包括中间制品100的端部113处的表面，如图1C所示。尽管未示出，但本文考虑可以将热从热源150施加到成形表面120 (例如，第一内表面112)和第一外表面114两者。可将来自热源150的热施加合适的持续时间以引发未固化树脂组合物的放热反应，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。
一旦引发放热反应，则可停止从热源150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150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150。由于放热反应是产生热的自蔓延反应，因此，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者可以在没有来自热源150的热的情况下，穿过树脂-纤维材料110的厚度160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195。换句话说，未固化树脂组合物的凝固可首先由热源150引发，但一旦停止或关闭热源150，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110的厚度160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1A进一步图示说明，从热源150向成形表面120，例如中间制品100的第一内表面112施加热可以至少在未固化树脂组合物的一部分，例如在与成形表面120相邻的第四表面121处，通过来自成形表面120的热传递引发放热反应。在停止从热源150施加热之后，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110的厚度160朝向第一外表面114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。或者，如图1B图示说明，从热源150向中间制品100的第一外表面114施加热可在与第一外表面114相邻的未固化树脂组合物的至少一部分中引发放热反应。在停止从热源150施加热之后，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110的厚度160朝向成形表面120例如第四表面121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。
在任何实施方案中，可以将来自热源150的热施加到中间制品100上的单个位置，例如作为单个点源，施加到中间制品100上的两个或更多个位置，或者热可沿着第一内表面112、第一外表面114或两者围绕中间制品100基本上均匀地分布。另外或替代地，可以将来自热源150的热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150。合适的热源150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选择和已知的化学性质。
图2A示出了加热线圈的一个实例及其在本文所述方法中的用途。中间制品100的至少一部分可放置在加热线圈210内。一旦开启，加热线圈210可以感应出如箭头220所示的电流，该电流可以加热成形表面120，并例如在与中间制品100的成形表面120相邻的第四表面121处引发未固化树脂组合物的放热反应。在关闭加热线圈210之后，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110的厚度160朝向第一外表面114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。图2B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120相邻的第四表面121处引发放热反应，与第一内表面112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、交联或两者穿过树脂-纤维材料110的厚度160在箭头170所示的向外的径向方向、箭头171所示的周向方向、箭头173所示的轴向方向或其组合上继续或移动，未固化树脂组合物随着时间和温度增加而前进通过胶凝/玻璃区域270、溶胶/凝胶/橡胶区域260和液体区域250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”包括处于与其溶胶/凝胶/橡胶区域260、胶凝/玻璃区域270或其组合相对应的状态的树脂组合物。
在任何实施方案中，成形表面120可以是任何合适的材料，例如，金属材料，例如铝或钢，聚合物材料或其组合。在一些实施方案中，成形表面120可以是工作表面，例如心轴，在其上施加树脂-纤维材料110，并且在未固化树脂组合物凝固之后，可以移除心轴。例如，如图3B所示，由本文所述的方法形成的复合制品195c可包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料190。在其它实施方案中，成形表面120可旨在并入成品复合制品中；因此，在未固化树脂组合物凝固之后，保留了成形表面120。例如，如图1A所示，由本文所述的方法形成的复合制品195包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料190以及成形表面120。
另外或替代地，成形表面120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3A图示说明，中间制品100a可包括具有第一组件122和第二组件124的成形表面。第一组件122和第二组件124各自可以是任何合适的材料，例如金属材料，例如铝或钢。在一些实施方案中，第一组件122可旨在并入成品复合制品中，并且第二组件124可为心轴，其在未固化树脂组合物凝固之后移除。因此，如图3B中所示，可以形成包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料190以及第一组件122的复合制品195d。例如，第二组件122可以是例如用于电机的铝壳体，其上设置有复合材料190以形成复合制品。
另外或替代地，本文所述的方法还可以包括将聚合物层130施加到成形表面120，随后将树脂-纤维材料110施加到聚合物层130的第二外表面132以形成中间制品100b，如图3A所示。由中间制品100b形成的复合制品的一个实例是复合制品195a，如图3B所示，其包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料190、聚合物层130和成形表面120。或者，在未固化树脂组合物凝固之后移除成形表面120的情况下，例如，在成形表面120为心轴的情况下，复合制品195b可由中间制品100b形成。复合制品195b包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料190以及聚合物层130。在另一个实施方案中，聚合物层130可施加在第一组件122的第三外表面123，随后将树脂-纤维材料110施加到聚合物层130的第二外表面132，以形成中间制品100c，如图3A所示。由中间制品100c形成的复合制品的一个实例是复合制品195e，如图3B所示，其包括包含凝固树脂组合物和纤维基材材料的复合材料190、聚合物层130和第一组件122。聚合物层130可以是膜的形式，并且可以用作绝缘层，其可以更均匀地分布从热源150施加的热。任何合适的聚合物材料都可用于聚合物层130，包括但不限于热塑性聚合物或热固性聚合物。热塑性聚合物可以包括：聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯树脂、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯腈苯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(PA6、PA11、PA12、PA46、PA66、PA610)、完全或部分芳族聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯酸酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚交酯或它们的任何组合或共聚物。热固性聚合物可以包括：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)、5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、聚氨酯(PUR)、乙烯基酯、硅氧烷、或它们的任何组合或共聚物。合适的环氧化物包括但不限于：双酚A环氧树脂；双酚F环氧树脂；脂环族环氧树脂；双酚A环氧丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；烷氧基化双酚环氧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。
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。另外或替代地，复合材料可通过粘合剂接合到其它组件。作为非限制性实例，合适的粘合剂包括基于甲基丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂的粘合剂。
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壳体等，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。
图4A示出了用于形成汽车复合组件，例如复合电机壳体的本文所述方法的应用实例。如图4A图示说明，可以将本文所述的树脂-纤维材料110施加到成形表面120，例如金属壳体(例如铝壳体)，以形成中间制品100d。可以将来自热源的热如本文所述例如经由加热线圈210施加到中间制品100d，以凝固未固化树脂组合物，以形成复合电机壳体195f，其包括设置在成形表面120 (即，铝壳体)上的如本文所述的复合材料190。如图4A所示，图示说明了加热线圈210，但是本文考虑可以使用如本文所述的任何合适的热源。在形成复合电机壳体195f之后，可以在复合电机壳体195f内安装，例如收缩安装电机，例如定子410和转子405。
任选地，如图4B所示，可以将如本文所述的聚合物层130施加到成形表面120，例如金属壳体(例如铝壳体)，随后施加树脂-纤维材料110以形成中间制品100e。可以将来自热源的热如本文所述例如经由加热线圈210施加到中间制品100e，以凝固未固化树脂组合物，以形成复合电机壳体195g，其包括设置在聚合物层130和成形表面120 (即，铝壳体)上的如本文所述的复合材料190。在形成复合电机壳体195g之后，可以在复合电机壳体195g内安装，例如收缩安装电机，例如定子410和转子405。本文考虑，如图4A和4B图示说明的形成复合电机壳体的方法可以进一步包括在施加树脂-纤维材料110之前或在未固化树脂组合物凝固之后对铝壳体进行机械加工的步骤。尽管未示出，但本文考虑，可将电机，例如定子410和转子405放置或安装到成形表面120，例如金属壳体(例如铝壳体)中，随后施加树脂-纤维材料110以形成中间制品100d、100e。
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 (10)

1.制造复合制品的方法，所述方法包括：
将树脂-纤维材料施加到成形表面以形成中间制品，其中所述树脂-纤维材料包括未固化树脂组合物和纤维基材材料；以及
凝固存在于所述中间制品中的所述未固化树脂组合物以形成包括凝固树脂组合物和所述纤维基材材料的所述复合制品，其中凝固包括：
将来自热源的热施加到所述中间制品的第一外表面、所述成形表面或两者，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；
在引发所述放热反应之后停止从所述热源施加热，其中在不存在来自所述热源的热的情况下，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过树脂-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。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将热从所述热源施加到所述中间制品的所述成形表面，并且在与所述中间制品的所述成形表面相邻的所述未固化树脂组合物中引发所述放热反应，并且在停止从所述热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维材料的厚度朝向所述中间制品的所述第一外表面在向外的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将热从所述热源施加到所述中间制品的所述第一外表面，并且在与所述中间制品的所述第一外表面相邻的所述未固化树脂组合物中引发所述放热反应，并且在停止从所述热源施加热之后，剩余未固化树脂组合物的聚合、交联或两者穿过所述树脂-纤维材料的厚度朝向所述中间制品的所述成形表面在向内的径向方向、周向方向、轴向方向或其组合上继续。
4.根据权利要求1所述的方法，所述热源选自加热线圈、加热棒、加热毯、加热丝、加热灯、加热空气、紫外线源、烘箱、可见光源或其组合，并且任选地从所述热源施加热300秒或更短的时间段。
5.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。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述凝固树脂组合物具有大于或等于60℃的Tg，并且所述未固化树脂组合物包含热塑性树脂或热固性树脂，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，并且所述未固化树脂组合物任选还包含硬化剂、催化剂或其组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形表面包括第一金属组件、第二金属组件或两者，并且其中所述第二金属组件为心轴。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述复合制品包括所述成形表面、所述凝固树脂组合物和所述纤维基材材料。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述未固化树脂组合物凝固之后移除所述成形表面，并且其中所述复合制品包括所述凝固树脂组合物和所述纤维基材材料。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括将聚合物层施加到所述成形表面，其中将所述树脂-纤维材料施加到所述聚合物层的第二外表面以形成所述中间制品，并且所述复合制品包括所述聚合物层、所述凝固树脂组合物、所述纤维基材材料，以及任选的所述成形表面。
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