CN113771465A - 用于固化复合材料的方法和系统和相关的抗微裂复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称是用于固化复合材料的方法和系统和相关的抗微裂复合材料。用于固化复合材料的方法，该复合材料包括热固性树脂、增强材料和热塑性添加剂，该热塑性添加剂具有熔融起始温度，该方法包括加热复合材料以提高热固性树脂的树脂温度，并且在加热期间控制树脂温度，使得树脂温度在热固性树脂达到98％的固化度之前超过熔融起始温度。

Description

用于固化复合材料的方法和系统和相关的抗微裂复合材料
技术领域
本申请涉及例如碳纤维增强的塑料的复合材料的固化，并且更具体地涉及热塑性增韧的热固性聚合物基质复合材料的固化。
背景技术
纤维增强的热固性聚合物基质复合材料，例如碳纤维增强的塑料，倾向于在相对较轻的重量下表现出高强度。因此，这种纤维增强的热固性聚合物基质复合材料通常用于整个航空航天工业以及其他行业(例如汽车和船舶)的多种应用(例如结构应用)。
一段时间以来，人们已经知道可以通过在其中并入多种热塑性添加剂来增强纤维增强的热固性聚合物基质复合材料。例如，在碳纤维增强材料的增强层之间并入含有热塑性细丝(filament)的夹层，以增加所得纤维增强的热固性聚合物基质复合材料的韧性。
在热固化周期期间，复合材料内组分的扩张和收缩可导致材料上施加应力的变化，这可导致微裂纹。这种微裂纹倾向于发生在热固性聚合物基质中，特别是在树脂和增强材料之间的界面以及树脂和热塑性添加剂之间的界面处。
因此，本领域技术人员继续致力于复合材料固化的研究和开发努力。
发明内容
公开了用于固化包括热固性树脂、增强材料和热塑性添加剂的复合材料的方法。热塑性添加剂具有熔融起始温度(melt onset temperature)。
在一个实例中，所公开的方法包括加热复合材料以提高热固性树脂的树脂温度，并且在加热期间，控制树脂温度使得树脂温度在热固性树脂达到大约100％的固化度之前超过熔融起始温度。
在另一个实例中，所公开的方法包括加热复合材料以提高热固性树脂的树脂温度，并且在加热期间，控制树脂温度使得树脂温度在热固性树脂达到98％的固化度之前超过熔融起始温度。
在另一个实例中，所公开的方法包括以下步骤：(1)将包含增强材料和热塑性添加剂的预制件放置在烘箱中；(2)将热固性树脂注入到预制件中以产生注入树脂的预制件；(3)加热注入树脂的预制件以提高热固性树脂的树脂温度；和(4)在加热期间，控制树脂温度使得树脂温度在热固性树脂包括在约5％和约85％之间的固化度时超过熔融起始温度。
还公开了用于固化包括热固性树脂、增强材料和热塑性添加剂的复合材料的系统。热固性树脂具有树脂温度，并且热塑性添加剂具有熔融起始温度。
在一个实例中，所公开的系统包括具有烘箱温度的烘箱、放置为感测烘箱温度的第一温度传感器、放置在烘箱中的工具——该工具限定用于在其上支撑复合材料的工具表面)、与工具连接(couple)以限定在其之间注入容积的真空袋、与注入容积流体连接以将热固性树脂供应到注入容积的树脂源、放置为感测注入容积中热固性树脂的树脂温度的第二温度传感器以及与第一温度传感器、第二温度传感器和烘箱通信的控制器，其中该控制器控制注入容积中热固性树脂的树脂温度，使得在复合材料固化期间，注入容积中的热固性树脂的树脂温度在热固性树脂达到约85％的固化度之前超过熔融起始温度。
还公开了使用所公开的方法和系统制造的抗微裂纹复合材料。
根据以下详细描述、附图和所附权利要求，所公开的用于固化复合材料的方法和系统以及相关的抗微裂纹复合材料的其他实例将变得显而易见。
附图说明
图1是描绘所公开的用于固化复合材料的方法的一个实例的流程图；
图2是可以使用图1的方法制造的复合材料的横截面示意图；
图3是未根据图1的方法执行的热固化周期的图示(温度和固化度对时间)；
图4是根据图1的方法执行的一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)；
图5是根据图1的方法执行的另一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)；
图6是根据图1的方法执行的另一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)；
图7是根据图1的方法执行的还另一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)；
图8是描绘所公开的用于固化复合材料的方法的另一个实例的流程图；
图9是所公开的用于固化复合材料的系统的一个实例的示意图；
图10是航空器制造和服务方法的流程图。
图11是航空器的框图。
具体实施方式
以下详细描述参考附图，其示出了本公开内容的具体实例。具有不同结构和操作的其他实例不脱离本公开内容的范围。在不同附图中，相似的参考数字可以指代相同的元件或部件。
参照图1，示出了描绘所公开的用于固化复合材料10(图2)的方法100的一个实例的流程图。如图2所示，复合材料10可以包括热固性树脂12、增强材料14和热塑性添加剂16。热固性树脂12具有树脂温度(TR)。热塑性添加剂16具有熔融起始温度(Teim)。如本文所用，熔融起始温度(Teim)是指外推的熔融起始温度，如根据ASTM D3418所确定的。
如框110所示，方法100可以包括加热复合材料10以提高热固性树脂12的树脂温度(TR)的步骤。可以通过将复合材料10放置到烘箱302(例如图9中所示的烘箱302)的内部容积304中来执行加热(框110)。
如框120所示，方法100可以进一步包括控制树脂温度(TR)，使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到大约100％(即大于或等于98％)的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)的步骤。可以在加热(框110)期间执行控制(框120)，例如通过控制器，例如图9中所示的控制器350。
在一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约85％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约80％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约75％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约70％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约60％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约50％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约40％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约30％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。在还另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到约20％的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。
控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)仅在热固性树脂12达到约1％的固化度(DC)之后超过熔融起始温度(Teim)。在一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)仅在热固性树脂12达到约5％的固化度(DC)之后超过熔融起始温度(Teim)。在还另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)仅在热固性树脂12达到约10％的固化度(DC)之后超过熔融起始温度(Teim)。
控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12具有约5％和约80％之间的固化度(DC)时超过熔融起始温度(Teim)。在一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12具有约10％和约70％之间的固化度(DC)时超过熔融起始温度(Teim)。在另一个具体实例中，控制(框120)树脂温度(TR)可以包括控制树脂温度(TR)使得树脂温度(TR)在热固性树脂12具有约20％和约60％之间的固化度(DC)时超过熔融起始温度(Teim)。
加热(框110)复合材料10以提高热固性树脂12的树脂温度(TR)可以包括加热复合材料10以将树脂温度(TR)提高至最大固化温度(TM)。在一个具体实例中，加热(框110)包括将复合材料10加热到比熔融起始温度(Teim)高至少5℃的最大固化温度(TM)。在另一个具体实例中，加热(框110)包括加热到比熔融起始温度(Teim)高至少10℃的最大固化温度(TM)。在另一个具体实例中，加热(框110)包括将复合材料10加热到比熔融起始温度(Teim)高至少15℃的最大固化温度(TM)。在还另一个具体实例中，加热(框110)包括加热到比熔融起始温度(Teim)高至少20℃的最大固化温度(TM)。
参照图2，示出了可以根据图1的方法100制造的复合材料10。复合材料10可包括热固性树脂12、增强材料14和热塑性添加剂16。增强材料14可包括至少两个层板(ply)18、20。任选地，热塑性添加剂16可放置在两个层板18、20之间。
在一个具体实例中，热固性树脂12可以是(或可以包括)环氧树脂。然而，考虑其他热固性树脂12，并且它们的使用不会导致偏离本公开内容的范围。其他合适的热固性树脂12的非限制性实例包括聚氨酯、聚酯树脂、苯并
Figure BDA0003109863570000051
嗪、聚酰亚胺和双马来酰亚胺。
在一个具体实例中，增强材料14可以是(或可以包括)碳纤维。然而，考虑其他增强材料，并且它们作为增强材料14的使用不会导致偏离本公开内容的范围。其他合适的增强材料14的非限制性实例包括热固性纤维、碳纳米管、玻璃纤维、陶瓷纤维和金属纤维。
热塑性添加剂16可以是夹层、面纱(veil)、大量纤维/细丝、薄膜/薄片、织物(机织的或非机织的)等，并且出于增强复合材料的韧性的目的，可以并入复合材料10中。在组成上，热塑性添加剂16可以是(或可以包括)热塑性聚合物。可用于或用作热塑性添加剂16的热塑性聚合物的实例包括但不限于聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酯、聚醚砜、聚酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯-1、丙烯酸、聚(甲基丙烯酸甲酯)和/或尼龙。
热塑性添加剂16可具有一定范围的熔融起始温度(Teim)。在一个具体实例中，热塑性添加剂16的熔融起始温度(Teim)可以处于至少约150℃的温度。在另一个具体实例中，热塑性添加剂16的熔融起始温度(Teim)可以是在约160℃至约190℃的温度之间。在还另一个具体实例中，热塑性添加剂16的熔融起始温度(Teim)可以是在约170℃至约180℃的温度之间。
在一个具体实施中，方法100可以包括增强材料14和热塑性添加剂16配置为预制件50(如图9所示)，并且可以进一步包括将热固性树脂12注入(图8中的框220)预制件50中。
在这一点上，本领域技术人员将理解方法100可以产生固化的复合材料10。固化的复合材料10可以是有用的制品，例如交通工具(例如，航空器)部件。
参照图8，示出了所公开的用于固化复合材料10的方法200的另一个实例。如框210所示，方法200可以开始于将预制件50放置到烘箱302中的步骤。预制件50可以包括增强材料14和热塑性添加剂16。预制件50可以基本上不含热固性树脂12(即，预制件50可以是干燥的预制件)。
在框220处，方法200可进一步包括将热固性树脂12注入预制件50以产生注入树脂的预制件50'的步骤。可以使用系统(例如图9中所示的系统300)执行热固性树脂12的注入(框220)。
在框230，方法200可以进一步包括加热热固性树脂12和注入树脂的预制件50'以提高热固性树脂12的树脂温度(TR)的步骤。可以通过将预制件50放入烘箱302(如图9所示)中执行加热(框230)。
在框240，方法200可以进一步包括控制热固性树脂12的树脂温度(TR)，使得树脂温度(TR)在热固性树脂12达到大约100％(即，大于或等于98％)的固化度(DC)之前，例如在热固性树脂12达到约5％和85％之间的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。可以在加热(框230)期间执行控制(框240)，例如通过控制器350，如图9所示。
参照图9，示出了所公开的用于固化复合材料10的系统300的一个实例的示意图。系统300可以包括具有烘箱温度(TO)的烘箱302、放置为感测烘箱温度(TO)的第一温度传感器(ST1)以及放置在烘箱302中的工具306，该工具限定了用于在其上支撑复合材料10的工具表面308。
系统300可以进一步包括与工具306连接以在其之间限定注入容积312的真空袋310。树脂源314可与注入容积312流体连接(例如，通过流体管线316)以将热固性树脂12供应到注入容积312。可放置第二温度传感器(ST2)以感测在注入容积312中的热固性树脂12的树脂温度(TR)。
系统300可以进一步包括与第一温度传感器(ST1)、第二温度传感器(ST2)和烘箱302通信的控制器350。控制器350可以控制注入容积312中的热固性树脂12的树脂温度(TR)，使得在复合材料10固化期间，注入容积312中的热固性树脂12的树脂温度(TR)在热固性树脂12达到大约100％(即，大于或等于98％)的固化度(DC)之前，例如在热固性树脂12达到约5％和85％之间的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)。
可以以多种方式配置或修改系统300，而不脱离本公开内容的范围。在一个实例中，系统300可以被配置为使得控制器350通过至少部分地控制烘箱温度(TO)来控制注入容积312中的热固性树脂12的树脂温度(TR)。在另一个实例中，系统300可以被配置为使得控制器350进一步控制热固性树脂12从树脂源314流到注入容积312的流速。在另一个实例中，系统300可以被配置为使得第二温度传感器(ST2)间接地感测注入容积312中的热固性树脂12的树脂温度(TR)。在另一个实例中，系统300可以被配置为包括放置在注入容积312中的流动介质320以促进树脂分布。在还另一个实例中，系统300可以被配置为使得预制件50放置在工具306的工具表面308上，其中预制件50包括增强材料14和热塑性添加剂16。
实施例
比较实施例
参照图3，示出了未根据所公开的方法执行的热固化周期的图示(温度和固化度对时间)。通过使热塑性添加剂#1经受固化周期#1进行实验。热塑性添加剂#1为聚酰胺。
固化周期#1包括在一段时间内升高温度以达到大约100％(即大于或等于98％)的固化度(DC)，然后使样品冷却并从烘箱中取出。然后将样品经受微裂纹测试，图3中使用的实施例未通过(fail)微裂纹测试。
微裂纹测试涉及层压板在高温和低温之间大量循环结合定期湿度调节的标准化热湿循环。测试在环境室中执行。在测试期间记录室温度、层压板温度和室湿度。通过在微裂纹测试完成时从层压板切下的横截面的光学显微镜检查来确定微裂纹的存在。当没有系统性、有害性或普遍性的裂缝时，测试是成功的。通常这意味着在测试结束时出现零裂纹。
图3中的图示表明，热塑性添加剂#1在达到大约100％(即大于或等于98％)的固化度(DC)之前接近但仍低于(在约2℃至约5℃之内)185℃的熔融起始温度(Teim)。根据ASTMD3418确定所用的每种热塑性添加剂的熔融起始温度(Teim)。基于树脂模型使用计算机建模测量固化度(DC)，该树脂模型是从树脂的实际差示扫描量热法(DSC)测试建立的。
实施例1
参照图4，示出了根据所公开的方法执行的一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)。通过使热塑性添加剂#1经受固化周期#2进行实验。
固化周期#2包括在一段时间内升高温度以达到大约100％(即大于或等于98％)的固化，然后使样品冷却并从烘箱中取出。然后将样品经受微裂纹测试，并且图4中使用的实施例通过了微裂纹测试。图4中的图示表明，热塑性添加剂#1在达到约100％(即，大于或等于98％)的固化度之前超过185℃(超过约6℃至约12℃)的熔融起始温度(Teim)。当热塑性添加剂#1的温度变得等于熔融起始温度(Teim)时，固化度(DC)为69％。
实施例2
参照图5，示出了根据所公开的方法执行的另一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)。通过使热塑性添加剂#2经受固化周期#1进行实验。热塑性添加剂#2为聚酰胺。
完成固化周期#1后，样品经受并通过了微裂纹测试。图5中的图示表明，热塑性添加剂#2在达到大约100％(即，大于或等于98％)的固化度之前超过168℃(超过约12℃至约18℃)的熔融起始温度(Teim)。当热塑性添加剂#2的温度变得等于熔融起始温度(Teim)时，固化度(DC)为14％。
实施例3
参照图6，示出了根据所公开的方法执行的另一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)。通过使热塑性添加剂#3经受固化周期#1进行该实验。热塑性添加剂#3是聚酰胺。
完成固化周期#1后，样品经受并通过了微裂纹测试。图6中的图示表明，热塑性添加剂#3在达到大约100％(即，大于或等于98％)的固化度之前超过162℃(超过约16℃至约22℃)的熔融起始温度(Teim)。当热塑性添加剂#3的温度变得等于熔融起始温度(Teim)时，固化度(DC)为11％。
实施例4
参照图7，示出了根据所公开的方法执行的还另一个实例热固化周期的图示(温度和固化度对时间)。通过使热塑性添加剂#4经受固化周期#1进行实验。热塑性添加剂#4是聚酰胺。
完成固化周期#1后，样品经受并通过了微裂纹测试。图7中的图示表明，热塑性添加剂#4在达到大约100％(即，大于或等于98％)的固化度之前超过171℃(超过约8℃至约12℃)的熔融起始温度(Teim)。当热塑性添加剂#4的温度变得等于熔融起始温度(Teim)时，固化度(DC)为0.16。
将图3-7中所示的数据放在一起，当允许热塑性添加剂在达到大约100％(即大于或等于98％)的固化度(DC)之前超过熔融起始温度(Teim)时，显著减少微裂纹(例如，零微裂纹)。在这一点上，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以使用不同的固化周期和热塑性添加剂来实现这些条件。
本公开内容的实例可以在如图10所示的航空器制造和服务方法1100和如图11所示的航空器1102的上下文中描述。在预生产期间，航空器制造和服务方法1100可以包括航空器1102的规格和设计1104以及材料采购1106。在生产期间，进行航空器1102的部件/子组件制造1108和系统集成1110。此后，航空器1102可以通过认证和交付1112以便投入服务1114。在客户服务期间，航空器1102被安排进行例行维护和服务1116，这还可以包括修改、重新配置、翻新等等。
方法1100的每个过程可由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或进行。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航空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售卖商、分包商和供应商；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11所示，通过实例方法1100生产的航空器1102可以包括具有多个系统1120的机身1118和内部1122。多个系统1120的实例可以包括推进系统1124、电气系统1126、液压系统1128和环境系统1130的一个或多个。可以包括任何数量的其他系统。
可以在航空器制造和服务方法1100的任何一个或多个阶段期间采用所公开的方法和系统。作为一个实例，可以使用所公开的方法和系统组装对应于部件/子组件制造1108、系统集成1110和/或维护和服务1116的部件或子组件。作为另一个实例，可以使用所公开的方法和系统来构造机身1118。同样，在部件/子组件制造1108和/或系统集成1110期间可以利用一个或多个设备实例、方法实例或其组合，例如，通过基本上加快航空器1102(例如机身1118和/或内部1122)的组装或降低其成本。类似地，当航空器1102在服务时，可以利用系统实例、方法实例或其组合中的一个或多个，例如但不限于来维护和服务1116。
所公开的实例的方面可以以软件、硬件、固件或其组合来实施。系统的多种元件可以单独地或组合地实施为有形地体现在机器可读存储设备中以供处理器执行的计算机程序产品。实例的多个步骤可以由计算机处理器执行，该计算机处理器执行有形地体现在计算机可读介质上的程序以通过对输入进行操作并生成输出来执行功能。计算机可读介质可以是例如存储器、例如光盘或闪存驱动器的可移动介质，使得体现所公开实例的方面的计算机程序可以被加载到计算机上。
在航空器的上下文中描述了上述方法和系统。然而，本领域的普通技术人员将容易地认识到所公开的方法和系统适用于多种应用，并且本公开内容不限于航空器制造应用。例如，所公开的方法和系统可以在多种类型的交通工具中实施，包括例如直升机、客船、汽车、海上的产品(船、马达等)等。还考虑了非交通工具应用。
同样，尽管以上描述对用于固化复合材料的方法和系统以及相关的抗微裂纹复合材料进行了描述，但可以根据多种法规(例如，商业、军事等)在航空工业中制造飞机零件，预期可以实施所公开的方法和系统以根据适用的行业标准促进任何行业中零件的制造。可以根据具体应用选择和定制具体方法和系统。
进一步地，本公开内容包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种用于固化复合材料(10)的方法(100)，所述复合材料(100)包含热固性树脂(12)、增强材料(14)和热塑性添加剂(16)，所述热塑性添加剂(16)包括熔融起始温度(Teim)，所述方法(100)包括：
加热(110)所述复合材料(10)以提高所述热固性树脂(12)的树脂温度(TR)；和
在所述加热(110)期间，控制(120)所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到98％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款2.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约85％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款3.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约80％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款4.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约75％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款5.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约70％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款6.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约60％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款7.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约50％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款8.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约40％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款9.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约30％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款10.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约20％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款11.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)仅在所述热固性树脂(12)达到约1％的固化度(DC)之后超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款12.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)仅在所述热固性树脂(12)达到约5％的固化度(DC)之后超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款13.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)仅在所述热固性树脂(12)达到约10％的固化度(DC)之后超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款14.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)包括约5％和约80％之间的固化度(DC)时超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款15.根据条款1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)包括约10％和约70％之间的固化度(DC)时超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款16.根据条款1所述的方法(100)，其中所述热固性树脂(12)包括环氧树脂。
条款17.根据条款1所述的方法(100)，其中所述增强材料(14)包括碳纤维。
条款18.根据条款1所述的方法(100)，其中所述增强材料(14)包括至少两个层板(18、20)，并且其中所述热塑性添加剂(16)放置在所述两个层板(18、20)之间。
条款19.根据条款1所述的方法(100)，其中所述热塑性添加剂(16)包括选自以下的成员：聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酯、聚醚砜、聚酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯-1、丙烯酸、聚(甲基丙烯酸甲酯)、尼龙及其组合。
条款20.根据条款1所述的方法(100)，其中所述热塑性添加剂(16)的所述熔融起始温度(Teim)是在约160℃和约190℃之间的温度。
条款21.根据条款1所述的方法(100)，其中所述增强材料(14)和所述热塑性添加剂(16)构成预制件(50)，并且进一步包括将所述热固性树脂(12)注入(220)所述预制件(50)中。
条款22.根据条款1所述的方法(100)，其中所述加热(110)所述复合材料(10)以提高所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)包括加热所述复合材料以将所述树脂温度(TR)提高至最大固化温度(TM)，并且其中所述最大固化温度(TM)比所述熔融起始温度(Teim)高至少5℃。
条款23.根据条款1所述的方法(100)，其中所述加热(110)所述复合材料(10)以提高所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)包括加热所述复合材料以将所述树脂温度(TR)提高至最大固化温度(TM)，并且其中所述最大固化温度(TM)比所述熔融起始温度(Teim)高至少10℃。
条款24.由条款1所述的方法(100)制造的固化的复合材料(10)。
条款25.一种用于固化复合材料(10)的方法(200)，所述复合材料(10)包括含有环氧树脂的热固性树脂(12)、含有碳纤维的增强材料(14)和热塑性添加剂(16)，所示热塑性添加剂(16)包括在约160℃和约190℃之间的熔融起始温度(Teim)，所述方法(200)包括：
将包含所述增强材料(14)和所述热塑性添加剂(16)的预制件(50)放置到(210)烘箱(302)中；
将所述热固性树脂(12)注入(220)所述预制件(50)中以产生注入树脂的预制件(50′)；
加热(230)所述注入树脂的预制件(50′)以提高所述热固性树脂(12)的树脂温度(TR)；和
在所述加热(230)期间，控制(240)所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)包括在约5％和约85％之间的固化度(DC)时超过熔融起始温度(Teim)。
条款26.一种用于固化复合材料(10)的系统(300)，所述复合材料(10)包括热固性树脂(12)、增强材料(14)和热塑性添加剂(16)，所述热固性树脂(12)包括树脂温度(TR)并且所述热塑性添加剂(16)包括熔融起始温度(Teim)，所述系统(300)包括：
具有烘箱温度(TO)的烘箱(302)；
放置为感测所述烘箱温度(TO)的第一温度传感器(ST1)；
放置在所述烘箱(302)中的工具(306)，所述工具(306)限定用于在其上支撑所述复合材料(10)的工具表面(308)；
与所述工具(306)连接以在其之间限定注入容积(312)的真空袋(310)；
与所述注入容积(312)流体连接的树脂源(314)，用于将所述热固性树脂(12)供应到所述注入容积(312)；
第二温度传感器(ST2)，其放置为感测所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)；和
与所述第一温度传感器(ST1)、所述第二温度传感器(ST2)和所述烘箱(302)通信的控制器(350)，其中所述控制器(350)控制所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)，使得在所述复合材料(10)固化期间，所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约85％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
条款27.根据条款26所述的系统(300)，其中所述控制器(350)通过至少部分地控制所述烘箱温度(TO)来控制所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)。
条款28.根据条款26所述的系统(300)，其中所述控制器(350)进一步控制所述热固性树脂(12)从所述树脂源(314)流到所述注入容积(312)的流速。
条款29.根据条款26所述的系统(300)，其中所述第二温度传感器(ST2)间接感测所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)。
条款30.根据条款26所述的系统(300)，进一步包括放置在所述注入容积(312)中的流动介质(320)。
条款31.根据条款26所述的系统(300)，进一步包括放置在所述工具(306)的所述工具表面(308)上的预制件(50)，所述预制件(50)包括所述增强材料(14)和所述热塑性添加剂(16)。
尽管已经示出和描述了所公开的用于固化复合材料的方法和系统和相关的抗微裂纹复合材料的多种实例，但是本领域技术人员在阅读说明书后可以想到修改。本申请包括这样的修改并且仅由权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于固化复合材料(10)的方法(100)，所述复合材料(100)包括热固性树脂(12)、增强材料(14)和热塑性添加剂(16)，所述热塑性添加剂(16)包括熔融起始温度(Teim)，所述方法(100)包括：
加热(110)所述复合材料(10)以提高所述热固性树脂(12)的树脂温度(TR)；和
在所述加热(110)期间，控制(120)所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到98％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述控制(120)所述树脂温度(TR)包括控制所述树脂温度(TR)使得所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约85％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
3.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述热固性树脂(12)包括环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述增强材料(14)包括碳纤维。
5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述增强材料(14)包括至少两个层板(18、20)，并且其中所述热塑性添加剂(16)放置在所述两个层板(18、20)之间。
6.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述增强材料(14)和所述热塑性添加剂(16)构成预制件(50)，并且进一步包括将所述热固性树脂(12)注入(220)所述预制件(50)中。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法(100)，其中所述加热(110)所述复合材料(10)以提高所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)包括加热所述复合材料以将所述树脂温度(TR)提高至最大固化温度(TM)，并且其中所述最大固化温度(TM)比所述熔融起始温度(Teim)高至少5℃。
8.一种用于固化复合材料(10)的系统(300)，所述复合材料(10)包括热固性树脂(12)、增强材料(14)和热塑性添加剂(16)，所述热固性树脂(12)包括树脂温度(TR)并且所述热塑性添加剂(16)包括熔融起始温度(Teim)，所述系统(300)包括：
具有烘箱温度(TO)的烘箱(302)；
放置为感测所述烘箱温度(TO)的第一温度传感器(ST1)；
放置在所述烘箱(302)中的工具(306)，所述工具(306)限定用于在其上支撑所述复合材料(10)的工具表面(308)；
与所述工具(306)连接以在其之间限定注入容积(312)的真空袋(310)；
与所述注入容积(312)流体连接的树脂源(314)，用于将所述热固性树脂(12)供应到所述注入容积(312)；
第二温度传感器(ST2)，其放置为感测所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)；和
与所述第一温度传感器(ST1)、所述第二温度传感器(ST2)和所述烘箱(302)通信的控制器(350)，其中所述控制器(350)控制所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)，使得在所述复合材料(10)固化期间，所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)在所述热固性树脂(12)达到约85％的固化度(DC)之前超过所述熔融起始温度(Teim)。
9.根据权利要求8所述的系统(300)，其中所述控制器(350)通过至少部分地控制所述烘箱温度(TO)来控制所述注入容积(312)中的所述热固性树脂(12)的所述树脂温度(TR)。
10.根据权利要求8或9所述的系统(300)，进一步包括放置在所述工具(306)的所述工具表面(308)上的预制件(50)，所述预制件(50)包括所述增强材料(14)和所述热塑性添加剂(16)。
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