CN87106779A - 固体可流动的聚合物模塑介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体可流动的颗粒状聚合物，它在10.34MPa压力作用下，通过一根直径为1.1cm，长为7.6cm的管子的标称流动速度至少为0.6g/s。该聚合物能对在一个基本上封闭的压力容器中待模塑制品的表面上，相应于热和/或压力的变化，产生一个基本上均匀的预定压力。

Description

本发明涉及模塑方法及模塑用组合物，特别是指一种能在加压条件下用于模塑制品的组合物。

复合材料目前受到极大关注，因为它们可提供高强度与低密度非常良好的结合。通常，复合材料是由碳纤维、硼纤维、玻璃纤维等嵌埋在环氧、酚醛或其他聚合物树脂基体中而组成。具有特别高比强度性能的更高性能的复合材料，对航天应用特别有吸引力。但是典型的高性能航天材料都存在着一定的加工困难性;它们不能仅靠简单地把纤维和树脂铺叠起来，通过室温固化来制得制品。航天复合材料不仅包含有难以成型加工的树脂，而且经常要求必须制得基本上无缺陷的制品。因此，航天复合材料通常是在相当高压力的条件下于高温下模塑和固化而成的。

将复合材料的预浸料坯放在单向作用的模压机的两块加热平板之间进行压缩模塑时，可以达到要求的模塑周期。但是对复杂形状的制品，金属压模模具可能很贵。而较低成本的橡胶压模模具又往往壁厚，导热性差，固化时间很长。更为主要的是上述两类模具，对于复杂形状的表面都不能均匀受压。

为了克服这些局限之处，制件可在均匀受压的情况下进行模塑。一种广泛应用的方法是，把加工制品用的预浸料坯放在抽空的不透气的柔性袋中，同时对其进行加热和借通气或通液体使其均匀受压。为使复合材料制品模塑成一定形状，经常将预浸料坯贴合在一个刚性结构件上，例如金属块上。与此加工方法相关的问题是：真空袋上的任何泄漏处，既会使对制品必需施加的压力减小，又会造成加压介质与部分固化的聚合物之间发生相互作用。实际上，这种泄漏比较常见，尤其在较高模塑温度和压力时，这样产生的废品率是显著的。

为了克服上述一些局限之处，已经采用了压力衬垫模塑法。参见文章《以硅橡胶压挤获得高质量复合材料铺叠层》，Plastics    World，June    16，1975（卡耐尔出版公司，马萨诸塞州，波士顿）。在该方法中，采用了高热膨胀的硅橡胶作成型衬垫，例如道康宁（Dow    corning）公司（美国，密执安州，密特兰特）生产的Silastic    J型模具用硅橡胶。未固化的预浸料坯放进相邻连接的衬垫之间的空间里，整个组合件被放进一个紧密装填的密闭金属容器之中。该容器和包含的组合件然后被加热升温，使得既能固化制品又使橡胶膨胀。因为典型的硅橡胶的热膨胀系数与普通钢容器和典型的复合材料制品的材料相比，约高达18倍，在加热时，受限制的硅橡胶不断膨胀，对复合材料施加了一定的压力，因此按需要成型了制件。

压力衬垫模塑技术的优点在于它能克服等压加压中的泄漏问题。任何气袋的泄漏不会反过来影响模塑压力或引起相互作用。可是，压力衬垫模塑法的一个问题是温度和压力相互依赖;许多要求的温度-压力循环不能达到（例如在冷却时要求保持压力）。另一个问题是温度-压力循环是各种系统的部件之间机械配合的函数;当若干部件的尺寸有一点小的变化时，则所选定的循环将发生改变。例如，室温时衬垫的体积通常比金属容器内部体积小6～8%，为的是避免过大的峰值压力。但在峰值温度时，通常情况尺寸变化约7～8.2%，将使最大压力约从7.2MPa变化到1.7MPa。因此，当压力衬垫换用尺寸不精确一致的新衬垫时，或当橡胶随着使用产生某些永久变形之时，将产生一种不同的温度-压力循环。在许多更优越的复合材料系统中，上述情况是压力衬垫法的明显缺点。

用于模塑加工的等压加压容器也被广泛应用。如美国专利3，419，935（属Pfeiler等人）所示，通常容器制造得很坚固。一般说来，由外部气源来的各种气体被用来对制品施加模塑压力，该制品是包含在真空的气袋中。虽然气体介质热导率较低是其典型特性，但如Pfeiler的专利中指出的那样，对流换热通常会引起温度差异。在液体等压加压法中，液体介质（例如水）被用来对制品施加压力，方式与用气体时相同。传热现象也相似。

等压加压已被广泛应用于粉末制品成型、陶瓷以及聚合物领域。例如参见美国专利3，462，797（属Asbury）和美国专利3，279，917（属Ballard等人）。就加热技术来说，在设计等压加压设备时有许多方式，但一般认为较高操作温度系统的壁面加热方式应当避免。

上文叙述的压力衬垫模塑技术一直习惯用于模塑聚合物，主要因为它比流体等压加压法有所改进。压力衬垫模塑法要用加压容器，但加压容器毋需是气密性或液体密闭性的;容器几乎填充满了模具用硅橡胶，在胶的中间有一个模腔，待模塑加工的制品放在模腔之中。这个模腔成型了制件的形状，因此，要用模具用橡胶。模具用橡胶是一种填充型弹性体，具有较好的强度、耐磨性和抗变形性。容器加热时，内含的橡胶和制品也被加热，高膨胀系数的橡胶和低膨胀系数的钢之间的膨胀差，使橡胶试图膨胀超出容器的范围，由此提高了对容器中所含制品的压力。但是，由于模具用橡胶的强度特性，该方法并不能对制品产生等压压力。随着容器、橡胶块、制品的前体之间装填和形状的局部差异，因而会产生相当不均衡的力。

美国专利4，264，556《热等压增密方法和设备》（属Kumar等人），介绍了一种特殊的等压压力容器的方法，其中一种介质例如水或液体铋可以放入容器中，包围在制品前体的周围，通过对流体介质加进或取走热量改变它的体积或改变其物态，从而改变压力。

如上所述，当气体和液体被用来对制品施加压力时，在包含制品前体在内的真空袋或包围物发生泄漏的情况下，显然就产生了问题。如果是真空袋泄漏，加在制品前体上的压力就会丧失。即使靠连续对制品前体真空袋不断抽空来补偿很小的泄漏，但还可能存在压力梯度或者与正被模塑的材料发生相互间的化学反应。在压力衬垫模塑法中，一直采用对整个容器和内容物一起加热的方式，这往往是不方便的。如上所述，压力衬垫模塑法的设备并不能对制品前体产生均匀或相等的压力。橡胶装填入容器对限制峰值压力是很关键的因素。更为重要的是除了借助橡胶的平均温度作为压力控制的手段外，就不可能有独立压力控制的手段。这就导致选择模塑周期受到限制，尤其是在冷却情况下。

因此，在这个领域中所需要的是能够克服这些问题的方法和设备，以及适用这些方法和设备的材料。

本发明涉及一种固体可流动的颗粒状聚合物，该聚合物在10.34MPa压力作用下，通过一根直径为1.1cm，长为7.6cm的管子，其标称流动速度至少为0.6g/S。它能对在一个基本上封闭的压力容器中待模塑制品的表面上，相应于热和/或压力的变化，产生一个基本上均匀的预定压力。

本发明上述目的和其他的目的、特征和优点，从下列说明和附图将可看得更加清楚。

图1表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，采用例如柱塞的机械手段来控制加在待模塑制品上的压力。

图2表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，采用加热手段来控制加在制品上的压力。有时可包括一个附加料箱，既可向主模塑室提供补充的聚合物，也可在主模塑室溢出聚合物时接收它。

图3表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，采用加热装置来加热聚合物和冷却装置来冷却聚合物，以此控制加在待模塑制品上的压力。

图4表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，包括在待模塑制品附近的加热装置，它向制品提供热量，同时也向待模塑制品附近的聚合物供给热量。还配备一个内聚合物附加料箱，可向主模塑室供给聚合物或接收从主模塑室溢流出的聚合物。

图5类同于图4，包括冷却装置，以控制聚合物加在待模塑制品上的压力。

图6表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，包括在模塑室外部的加热装置，以控制模塑室内聚合物加在待模塑制品上的压力。

图7表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，包括远离待模塑制品的加热装置和冷却装置，以控制对制品的压力。

图8表示按本发明模塑一个制品的典型的压力和温度随时间的循环周期。

图9表示利用本发明组合物的一种设备的示意图，包括在制品附近的加热装置和远离待模塑制品的加热和冷却装置，以控制对制品的压力。

本发明中所用的特殊介质是个关键材料，它对温度和压力的极好响应性，再结合其流动性和固体特性，使它能够如此适用于本发明。这些性能使该介质具有一个极突出的优点，即对制品前体的表面施加基本上均匀可控的压力。在本发明的典型实施例中，这种介质是一种未充填的橡胶颗粒，颗粒尺寸以美国筛网尺寸-4+30目表示（4.7～0.42mm），当加压时，在压力达到69kpa（10psi）程度时，该介质就足以自动顺从地聚集到一起形成基本上无空隙的介质。其他较好的材料要在低于350kpa压力下才能聚集。

在本发明的一个实施例中，聚合物的硬度（肖氏A）小于15，一般小于8，最好小于1;抗压强度小于1Mpa，最好小于0.2Mpa。

介质流动性对本发明十分重要，并通过一个专门的试验来表征其流动性：具体来说，是在10.34MPa（1500psi）的压力下，介质通过一根直径为1.1cm，长7.6cm的管子的标称流动速度至少为0.6g/s;典型的流动速度将大于6g/s。上述的流动性似乎是表征了流进、流出容器和在容器内部的介质，在该容器中含有制品前体在内。

最好是硅橡胶被用作为模塑设备之一部分，称为压力介质或介质。特别好的是在美国专利3，843，601（属Bruner）中叙述的橡胶类型的改进型。还可参见美国专利4，011，929（属Jeram等人）。这两篇专利的公开内容在此列入作为参考。通常，较好的材料是带有乙烯基的二甲基硅氧烷。这种材料可由一般工业化生产方法进行生产，包括从聚硅氧烷出发利用不同的硫化技术来生产。至今一直较好应用的材料是一种由道康宁公司（美国，密执安州，密特兰特提供的牌号为X5-8017的实验的未充填型硅橡胶材料，原来牌号是6360 81（下文简称8017）。8017硅橡胶以低强度和高度易碎性为特征。当以面积2.5cm²，厚度1.27cm的试件进行测试时，8017材料的肖氏A硬度小于1（肖氏OO硬度50～55），压缩强度70kpa;当压缩变形达到约40%，试件就剪切成较小的颗粒。这种特性与通用的硅橡胶的特性不同，通用硅橡胶具有高强度、较高的抗变形性和较大的断裂伸长。例如，道康宁公司的Silastic E硅橡胶是一种充填型硅橡胶，压缩强度大于200MPa，在压缩变形约80%时才开始破坏。还观察到适用于本发明的较好的聚合物介质被迫使通过一个小孔，或（如下所述）通过一个直径1.1cm的管子时，材料倾向于分裂成较小的颗粒。例如，发现标称30目的粉末约50%（重量）保留在40目的筛网上，最后变化成仅约25%（重量）保留在40目的筛网上。所谓“高度易碎性”意指强度低到中等尺寸的固体，当受到中等程度机械作用力时，甚至在手指间捻一下就倾向于粉碎成较小的颗粒。要求介质具有这种奇特的性质的原因，在描述它们的用途时就清楚了。

一种颗粒状弹性体通常被用来实施本发明。当8017介质被用作颗粒状固体时，加压力之前先让该颗粒与制品前体表面留有间隔。但加压时这些颗粒自动聚集成连续无空隙的物体。由于这种特性和它们固有的回弹性，一种类似液压的均匀压力被加到制品前体表面上。试验表明8017材料当受到70KPa左右中等压缩作用力时将倾向聚集起来;此时颗粒间的界面处被压缩得如此吻合，使用橡胶由不明转变为半透明，8017材料的真密度为0.97g/cc，表观堆积密度为0.5g/cc（-30目的粉末），通过施加约70KPa的压力，它可被压缩聚集成密度为0.94～0.97g/cc的半透明材料。（压力范围在70KPa至13.8MPa，进一步压缩该材料，显示每增加10MPa的压力，其体积变化约为0.4%）。按上述的聚集状况，可相信它是很少有空隙或者很少有含在颗粒之间的空隙中的气体（吸附的气体除外）。

因此提到具有自可塑或聚集性能的材料，这里是指这样一种材料，当以颗粒形式存在时，在模塑期间所加压力的作用下，会产生上文刚叙述的那种现象。这种性质把本发明所用的材料与硬质金属和陶瓷颗粒材料显著地区别开来，后者经常被应用在称作假等压加压成型之中，例如，参见美国专利4，041，123。即使在相同的操作条件下，这种颗粒会产生点作用力，造成压力不均匀。

基于各种模塑试验和材料性能测试结果，所要求的结果与介质有关，该介质应具有低强度，在模塑压力作用下有自可塑性和流动性，并展示出类似液压介质的行为。与Silastic模具用硅橡胶相比较，已经观察到这种易碎性的倾向并相信是与流动性行为有关。直至本专利申请日之前，8017以外的其它硅橡胶一直被使用着，并且其它的有机聚合物也在规划之中，它们有的是已知的聚合物，有的是可以开发的聚合物，它们都将实现本发明的基本特征。为了表征与获得良好模塑结果有关的必需的性能，在实际复合材料制品模塑试验、在上述的流动试验设备和标准设备中，用各种不同的橡胶进行了对比试验。

当采用Silastic模具用硅橡胶制作的固体压力衬垫时，尽管可以达到所需要的平均温度和压力，但在制品的各点处以及在橡胶内部还基本存在压力差别。在不规则制品前体的场合，这种压力差别尤其显著。对颗粒状8017材料所作的对比试验表明最大的压力差别在约6.9MPa标称压力下低至2%;其它有用材料产生的压力差别在10%以内。

本发明的介质在模塑压力下的流动性据信是一种良好介质的性能的特殊反映。这个特性使得介质在容器中或流出、流进该容器时可以再分布;这个特性使压力的绝对数值和压力差别能够控制。试验表明，正是这种特性把本发明的介质材料与那些至今在压力衬垫模塑技术中一直使用的材料区别开来。流动性能可被推论看作类似于粘度。但是没有一种明显的已知标准试验可用来测量这项对本发明至关重要的性能，因此如上所述创造了一种试验装置，它由一个具有可向下移动的活塞的圆筒所组成。圆筒内填充待试验的橡胶或其它介质。一根可更换的管子从圆筒的一侧延伸出来，把橡胶排放在称量秤盘上，其重量记录下来作为随时间和对橡胶施加压力变化的函数，对橡胶施加的压力用压力传感器来测定。管子是一根平滑的不锈钢管，内径为1.1cm，标称均方根（RMS）表面光洁度为32～64。管长按需要选定，以7.6和15.2cm为好。

也可使用另一种道康宁公司的硅橡胶牌号为93-104，不加有它通常的填料（尽管如此下文还是简称“93-104”）。Polygel    C-1200硅橡胶（斯托弗化学公司，韦斯特浦特，康涅狄格州，美国），在美国专利3，843，601（属Bruner）中已描述是必需的材料，据信对本发明也是有用的。

材料的可用性也可根据最终模塑成品的完整性进行评价，在加热或冷却循环周期期间，没有达到合适的压力和温度的区域，用已经很好建立起来的检验方法，一般将可指出这些区域有低密度或有裂缝。

因此，通常可以说聚合物介质将具有流动性，亦即当施加模塑压力时会发生传质。当用10.3MPa压力和一根长15.2cm的管子在上述设备进行测试时，较好的介质的流动速度至少为0.6g/s，一般为6g/s，最好大于25g/s。该材料的肖氏A硬度通常约为15或其以下，一般小于8，最好小于1。材料的压缩强度以小于1MPa（145psi）为好，最好约小于0.2MPa。

如上所述，较好的橡胶材料的易粉碎的倾向被认为是需要的。所谓易粉碎是指比Silastic    E或J硅橡胶有更强的易粉碎倾向。

进而，还如上所述，较好的材料当以颗粒形式使用时，将是自可塑性的，并将在低于350KPa压力下倾向于聚集成表观无空隙的实体，更好是在低于240KPa压力下，最好的约低于69KPa。

本发明仅根据普遍供应的一些材料的性质进行表征，但这些数据不足以说明所有组合的测定性能是必须的。相反，据信在一定程度上是有重复多余的，它们可独立地表征本发明。

由于颗粒状物是一定尺寸的固体，没有必要存在气体或液体，因而即使基本上达到了等压加压条件，在真空袋中要求气密密封也就不再是必要的了。而小颗粒堵住了任何小的孔洞，并不渗入进复合材料中。通常颗粒状物的存在和加压将有助于密封气袋。当在包括高压在内的循环期间和循环之后，硅橡胶颗粒状物回复到常压状态，发现颗粒物相互之间不牢固地粘结一起，例如采用通常的真空手段，它们很容易从容器中移出。

虽然需要把最佳聚合物以颗粒形式引入模塑设备或加以重复利用，但加进的材料也可能部分或全部是大块单个的固体块。模塑期间，介质在容器（当使用时）和辅助设备中运动。这样的流动将倾向把介质粉碎为颗粒状，正如介质的任何反复显著变形将导致介质粉碎一样。因此，在最佳实施方式中与使用颗粒状物有关的现象，在使用整块固体物时也将能观察到。

希望在容器中主要含有所需的聚合物介质和被模塑的制品。但是，将知道在介质中也允许包含其它的物品、颗粒和材料。尽管在模压期间材料被描述为基本上无空隙的材料，这种说法只是指各个介质块之间没有间隙，而不是局限于介质制造过程的性质，从而可能在聚合物浇注块或成型块中偶而存在的空隙。

虽然未填充的硅橡胶是较佳材料，但其它具有所需特性的聚合物材料也可被应用。大多数硅橡胶长期使用时有温度限制，例如，通用型硅橡胶可允许达约288℃（550°F）。然而，乙烯基甲基硅氧烷和硅亚苯基树脂类型的聚硅氧烷树脂都成功地试验可达约482℃（900°F）。

关于附图，图1示意地介绍了本发明的方法和设备，其中制品1被放在加压容器2中，例如不锈钢容器，对制品前体3待加压的侧面周围填充聚合物介质。在这个具体的实施例中，不一定包含压力室内部或是外部的加热源。这个实施例可适用于胶粘剂（例如在层压或粘合的场合）、聚合物或金属粘接剂能在室温条件下单纯压力作用下可被活化的模压或层压过程。柱塞4表示对待模塑的制品施加必需的均匀分布的介质压力。通常的压力传感器可插在加压室内各个不同地点，以测定需加的压力。虽然本发明任何压力都可用，通常对于模塑复合材料之类的制品，一般要求高达13.7MPa（2000psi）的压力。压力高达27.6MPa（4000psi）可被用来成型碳-碳复合材料。

图2中待模塑的制品1再放在压力容器2中，周围以固体可流动的聚合物介质3充填。不过在这种场合，加热装置4用来增加聚合介质对待模塑制品的压力。提高介质的温度，就可增大对制品的压力。可选择的部分表明，如果要达到必要的预定压力的话，视需要还可设有附加料箱5，带有一个阀6，该阀既可是单向阀，即溢流型阀，也可是双向阀，其能向主模塑室供给聚合物材料或者容纳溢流出的材料。加热装置可以是任何通常的加热板或加热盘管，采用电阻加热、蒸汽加热或其它通常传热流体介质加热，例如气体或油。

图3除了附加有冷却管7之外，其余与图2类同，冷却管可进一步用来更好地控制介质的温度，因而也就更好地控制对待模塑制品1的压力。如果温度升得太高或太快以致不能保持对制品的均匀的压力，那末冷却管的温度则可根据要调节的温度进行调节，因而调节了由介质产生的压力。这种冷却管可以是通常的金属或塑料制作的，通常的冷却剂例如水、氟里昂溶剂（Freon ，杜邦公司产品）、各种气体（如氮气）等，可流经冷却管进行冷却。

图4中除了加热盘管或加热板4如图示意安放在离待模塑制品较接近之处以外，在这种情况下其余结构与图2类同。这可直接向制品供热，例如在一种热固性材料（如环氧树脂）被用来制作待模塑的制品，并需要进行固化的场合。另外，这些加热板和加热盘管所产生的热量，可用来调节加在待模塑制品上的压力。附加料箱5和阀门6的使用与图2中相同。

图5中的设备类同于图4中所示的设备，另外增添了冷却装置7，为的是控制待模塑制品内部和四周的温度以及介质的温度，从而更好控制整个模塑周期中介质的压力。

图6演示了本发明的一个实施例，它不包含内部加热装置。在该实施例中，待模塑的制品1被放入压力容器2中，并充填聚合物介质3。通过阀6补充供给聚合物介质3或在附加料箱5中提供了容纳溢流出介质的空间，从而保证了由介质3对制品1施加合适的压力。虽然图中表示了附加料箱和阀门的装置系统，但一个本专业的技术人员可以利用其它通常的手段来保证由介质提供合适的压力，例如一种弹簧阀或与图1所示基本类同的柱塞。这就可把整个体系安放在一个底板或加料盘上，放进加热炉内，通过图6中所示的外部加热装置8加热进行固化。

图7中体系类似于图5所示，其区别是加热装置远离制品1，因此主要用来升温加热聚合物介质并使之膨胀，从而增加对制品1的压力，而不是主要用来加热制品1本身。冷却装置7与图5中所示的装置的功能类同，为的是冷却聚合物介质，使由聚合物介质产生的压力有所降低。

由上述系统能够达到控制的程度，尤其是带有加热、冷却、体积膨胀或补充介质供给能力（如图7中所示）的体系的控制程度，参照图8将进一步着重说明。图8表示了一次实际操作的数据，可以看出采用本发明的方法和设备，整个模塑周期中可对陡峭的压力台阶和较大的温度变化加以控制。

图9除了附加加热装置4远离制品，主要用于升温加热和使聚合物介质膨胀，以增加对制品1的压力以外，其余与图5类同。本发明通常是采用机械装置或介质相对压力容器进行热膨胀的方法，使远离制品前体的介质产生压力而完成的。

上述介质的行为使复杂形状的聚合物复合材料部件能够制造，并具有均一的性质，这是因为能有控制地、互相独立地施加均匀的温度和压力。

本发明的组合物能对制品前体的整个温度范围以及对制品施加的压力范围可以特别好的、独立地加以控制，因为介质是热绝缘的，它提供了基本上均匀的压力，并在冷却期间能够保持压力。因为介质是固体，待模塑的制品就不需要以不透气或不渗液体的方式密封起来，这就大大减轻了现有技术方法（例如气袋法）所存在的问题。由此制成的制品的性质更为均匀一致，特别是当制作形状复杂的制品时，例如与现有的压力衬垫模塑法制成的制件相比较，制品的均匀性就更为显著。因为介质是可流动的，并且在模塑期间允许压力容器内所含的介质量发生变化，因此，本发明的方法克服了如压力衬垫技术中由于所用橡胶的永久变形而产生的问题。

通常实施本发明时，待模塑的制品放入压力容器之中，在其中由具有特殊性质的聚合物介质对它施加压力。一般，制品被加热，模具之类工件使制品的一个表面成型。模具可以是一个成型面，制品前体就铺放在这个面上，整个放在压力容器的中央部位，介质产生的有效压力可以朝向模具;模具的成型面也可以是压力容器壁本身，则介质产生的有效压力将朝向压力容器器壁，或者任何其它结合方式。实际上，聚合物介质的优点之一是由于它的固体性质和流动性，因而可在任何方向均匀一致施加压力。如上所述，对于复杂形状的制品，这种优点就显得更为重要，否则它们只有在使用比本发明复杂得多的系统才能困难地进行加工。

当复合材料模塑成型时，开始制品是预浸料坯，一种由填料或纤维和树脂组成的未固化的结合体。压力容器充填好介质使它把制品包围起来，再将容器密封好。然后根据需要的温度-压力循环周期，对介质进行加压的同时，加热制品前体。介质的特性和使用的设备能做到任何所需的温度和压力之间的配合，当然这要受到容器、介质、制品材料的热稳定性和其承受能力，以及其它可能使用设备的能力的限制。

下面阐述如何模塑一个制品。例如一种由酚醛树脂SE    1008〔波登（Borden）化学公司制品，美国俄亥俄州，哥伦布〕和CCA碳纤维〔希特柯（Hitco）公司制品，美国加利福尼亚州，加登纳〕所组成的复合材料制品，开始以预浸料坯形式放进一个钢制压力容器中。制品用一个0.15mm厚的不透气的尼龙真空袋包起来，放在一个带有内部加热器的模具上。真空袋最好是无泄漏的（但这一点不一定非强求不可），与穿过容器壁的一根导管相连接。导管的末端可以放空到大气或连接到一台真空泵上。容器充填大量8017硅橡胶，其颗粒尺寸一般在美国筛网尺寸-4+30目范围之内（4.7～0.42mm平均颗粒尺寸），热膨胀系数约为钢制容器的热胀系数的18倍。

为模塑制品，要对其加以所需的典型的温度循环和压力循环，例如图8所示。循环的起始和终止都是处在室温和大气压。第一步逐步加热使预浸料坯的成型化合物充分受热并软化，同时配以施加较低压力，约在70～350kpa范围之内，使预浸料坯整体压实。起始加压可以较高，但必须注意不能压碎或搞乱典型复合材料中的增强纤维。当制件达到并保持在82℃时，以控制的速率增加压力，一般7～14kpa/min·，直至达到约为10.3MPa的峰值压力为止，这一步有时称为“充分压实”（de-bulking）。然后，温度升至116℃并保持在此温度，使树脂凝胶化。在这一步骤，树脂的粘度较低，树脂流动以形成密实的制品。与此同时，挥发物从预浸料坯中脱除出来，例如借助于导管导出。凝胶化阶段完成之后，压力保持恒定，继续以约1～1.5℃/min的速度升温。制件保持在最终固化温度160℃下1～6小时使树脂聚合。当达到要求的聚合度和交联度后，即开始模塑周期的冷却循环。首先，以控制的速率降温至82℃，同时维持全部压力。然后以比较平缓的控制速率即21～35kpa/min，将压力降至大气压，此时可将制品从容器中取出。容器内部和制品表面的测量表明，尽管容器中存在温度梯度，但压力梯度小于350kpa，一般小于210kpa。

关于图4和图5，采用上述模塑周期是合适的，包含有制品前体的模具被加热，模具又加热制品。虽然未填充的橡胶的传热性较差，但可以采用加热整个容器的方式。另一种方式可将加热器放在介质中，接近该制品，以传导的方式加热制品，如图4和图5中所示。还可以采用上述方式和其它方式的结合。由于作为示范的橡胶具有较高的热膨胀系数，加热橡胶将引起在容器中的橡胶产生相应的膨胀，由此就增加了压力。为避免压力太高，介质或可在远离制品前体处被冷却（参见图3、5、7），或可允许介质排放入附加料箱内。而如果发现压力不足，则可以对靠近和/或远离制品前体处的介质加热至较高温度，或迫使补充介质进入容器;后一种方式对冷却过程中获得所要求的压力特别有用。参见图，特别是图2至7和图9。虽然图中都有一个阀门可控制聚合物介质流进和流出模塑室，但本专业的技术人员还可利用其它通常的传送装置来移送介质进出模塑室，除了加热、冷却或采用阀门之外，例如可用通常的柱塞或泵。

除图示的具体装置以外，还可用其它方式来控制在容器内聚合物介质的质量。例如模塑室中的压力，除了用柱塞控制外，还可包括通过加热和冷却模塑室来控制。此外，容器本身的体积也可以变化。在本发明的典型实施例中，用热诱导的硅橡胶膨胀来控制压力常常是有利的。这是介质的一种特性，能使加工过程以柔性的方式进行。介质是固体，然而它能够基本上均匀地或等压方式地传递压力。这里提到的基本上的均匀性是将本发明的聚合物介质与现有技术中的橡胶材料和方法作比较而言的，例如，与至今常用的模具用硅橡胶Silastic    E或Silastic    J相比。使用本发明的聚合物介质，当容器压力为6.9MPa，对制品前体的压力差别可小于0.7MPa;通常压力差别将小于约0.25MPa。

上文已经按照聚合物复合材料的模塑加工，描述了本发明（例如指通用的聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂，以及聚醚醚酮和聚砜树脂等，充填以通常的玻璃纤维、碳纤维等），但是，显然本发明还将可适用于其它聚合物材料、层压塑料的模塑加工，也适用于由其它材料组成的制品的成型加工，包括金属（例如通常的粉末金属成型，如铝）和陶瓷材料制品的成型。本发明中所用的术语“模塑”企图把加工过程中对材料的表面施加压力的各种材料的加工过程都包罗在内。

虽然上文已经按封闭的容器来描述了本发明，但是显然本发明方法的原理将允许作其它的改动。例如，可以就地模塑一个制品，当在火箭发动机机罩内部要模压上一层衬里的时候，就可采用本方法。本发明据其性质还可用于其它没有封闭容器的场合，例如当介质在压缩模塑过程中被填入阴模或模具的空隙之中时。例如一个上阴模罩住一个下阳模，形成空隙可以容纳制品前体并使其成型。硅橡胶介质填充入阴模内在制品前体上方的空间之中，当相对的活塞把两个模具合在一起时，介质的体积发生改变，因此而受压使制品模压成型。一般来说，本发明将适用于各种不同的模塑加工场合。

虽然本发明已经就一个最佳实施例进行了表示和描述，但本专业的技术人员将会懂得可以对本发明在形式上和细节上作各种改变，而又不背离本发明的精神和超出本发明的权利要求的范围。

Claims (5)

1、一种固体可流动的颗粒状聚合物，该聚合物在10.34MPa压力作用下，通过一根直径为1.1cm，长为7.6cm的管子的标称流动速度至少为0.6g/s，它能对在一个基本上封闭的压力容器中的待模塑制品的表面上，相应于热和/或压力的变化；产生一个基本上均匀的预定压力。

2、按权利要求1所述的固体可流动的颗粒状聚合物，其中聚合物包含一种硅橡胶。

3、按权利要求2所述的硅橡胶，它具有低的杨氏模量和低的抗剪强度。

4、按权利要求2所述的硅橡胶，它具有正的热膨胀系数。

5、按权利要求2所述的硅橡胶，它具有二甲基硅氧烷和乙烯基基团。

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