用于固化熱固性材料的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】用于固化熱固性材料的方法和設(shè)備
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00880004516.6 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/GB2008/050062)、國(guó)際申請(qǐng)日為2008年I月31日、發(fā)明名稱為“用于固化熱固性材料的方法和設(shè)備”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于固化熱固性材料的方法和設(shè)備，典型但并不是排他地，所述材料是合成材料。
【背景技術(shù)】
[0003]傳統(tǒng)的合成材料在壓熱器或加熱室中固化。眾所周知由于氣體介質(zhì)和固體固化成分之間的不良傳熱，壓熱器或加熱室的效率低并且消耗大量的能量和時(shí)間。液體到固體的傳熱要好很多。W096/07532中描述了利用液體加熱介質(zhì)的固化合成材料的方法。
[0004]快速固化中存在商業(yè)效益并且可預(yù)期還存在性能效益(但至今未證實(shí))。然而，由于一些熱固性材料的放熱傾向-即，經(jīng)歷由正反饋促進(jìn)的放熱反應(yīng)，很難以控制方式實(shí)現(xiàn)快速加熱(即使利用W096/07532中描述的方法)。劇烈的放熱容易破壞合成材料制品(并且可能也破壞工廠)。
[0005]W096/07532中描述了溫度控制的元件。溫度傳感器設(shè)置在一個(gè)或兩個(gè)含液體的壓力室內(nèi)，以便能控制熱交換器以將液體維持在期望的溫度和時(shí)間表。然而，由于放熱和導(dǎo)致的溫度升高之間存在延時(shí)，所以所述控制系統(tǒng)不能充分快速起作用以阻止放熱。即，太晚探測(cè)到溫度升高以至于不能阻止放熱。同樣，W096/07532中的溫度傳感器將不能精確地探測(cè)固化程度以能夠控制溫度朝著固化過(guò)程的終點(diǎn)升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一方面提供一種固化熱固性材料的方法，所述方法包括:
[0007]用液體加熱介質(zhì)加熱所述材料；
[0008]用固化傳感器測(cè)量所述材料的電性質(zhì)或光學(xué)性質(zhì)；以及
[0009]根據(jù)所述材料的測(cè)量性質(zhì)調(diào)節(jié)所述液體加熱介質(zhì)的溫度。
[0010]本發(fā)明的第二方面提供一種用于固化熱固性材料的設(shè)備，所述設(shè)備包括:
[0011]固化傳感器，所述固化傳感器用于測(cè)量所述材料的電性質(zhì)或光學(xué)性質(zhì)；和
[0012]控制器，所述控制器與所述固化傳感器聯(lián)接，并構(gòu)造成根據(jù)所述固化傳感器的輸出調(diào)節(jié)液體加熱介質(zhì)的溫度。
[0013]光學(xué)傳感器或電子傳感器的使用對(duì)所述材料中發(fā)生的化學(xué)變化進(jìn)行直接測(cè)量，延時(shí)比溫度測(cè)量小。
[0014]而且光學(xué)傳感器或電子傳感器的輸出能提供固化程度的指示，以及提供固化成都的變化率(即，固化速率)的指示。因此可響應(yīng)固化程度的變化、固化速率、和/或固化程度的高階微分來(lái)調(diào)節(jié)所述液體加熱介質(zhì)的溫度。
[0015]所述液體加熱介質(zhì)的溫度可在調(diào)節(jié)步驟中被冷卻或加熱。在冷卻的情況下，這樣能用來(lái)部分地抑制固化反應(yīng)以阻止放熱發(fā)展。在加熱的情況下，這樣能用來(lái)在固化過(guò)程良好發(fā)展時(shí)促進(jìn)固化反應(yīng)(因此放熱的風(fēng)險(xiǎn)較低)。
[0016]所述固化傳感器的輸出可提供諸如電容、電導(dǎo)率、介電常數(shù)或介電衰耗因數(shù)的電性質(zhì)的指示。在介電測(cè)量的情況下，可使用例如Netsch? DEA 230Epsilon系列的傳感器。
[0017]關(guān)于電測(cè)量的問(wèn)題在于它們常受到電干擾并且需要被防護(hù)。因此在一個(gè)可選實(shí)施方式中，所述傳感器測(cè)量所述材料的光學(xué)性質(zhì)。由于不存在受到電干擾的問(wèn)題，人們認(rèn)為光學(xué)性能更直接地表現(xiàn)出所述材料中發(fā)生的化學(xué)變化。
[0018]所述光學(xué)性能可以是例如紫外光/可見(jiàn)(光)區(qū)域中的熒光性、折射率或紅外性。優(yōu)選地，所述固化傳感器將輻射發(fā)送至所述材料中，并且測(cè)量所述材料的光學(xué)反射性質(zhì)。
[0019]紅外性質(zhì)(即，所述材料在700nm和Imm之間波長(zhǎng)的光學(xué)性質(zhì))的測(cè)量是最優(yōu)選的，因?yàn)楸徽J(rèn)為是最直接地表現(xiàn)出所述材料中發(fā)生的化學(xué)變化。
[0020]典型地，所述傳感器與所述材料物理接觸:嵌入所述材料內(nèi)或與所述材料的邊緣相鄰接。
[0021]所述方法可應(yīng)用到單組分材料，但是優(yōu)選地所述熱固性材料含有合成材料的基體相。最典型地，所述合成材料含有纖維加強(qiáng)的合成材料，所述纖維可是例如碳纖維或玻璃纖維。
[0022]典型地，所述熱固性材料含有環(huán)氧樹(shù)脂。在這種情況下，所述固化傳感器典型地測(cè)量所述環(huán)氧樹(shù)脂的胺反應(yīng)的進(jìn)展。
[0023]所述液體加熱介質(zhì)可含有水，但是為了達(dá)到足夠的高溫，例如乙二醇的惰性有機(jī)液體是優(yōu)選的?？蛇x地，可使用假液體，例如玻璃球珠體或如US5051226所述的流化床。因此應(yīng)當(dāng)理解本文中使用的術(shù)語(yǔ)“液體”包括所述假液體。
[0024]所述材料可位于模具表面和背襯表面之間，每個(gè)表面形成各自的壓力室的壁，例如如WO 96/07532所示。在這種情況下，必須對(duì)所述液體加壓以壓縮所述材料。然而，更優(yōu)選地通過(guò)抽空所述材料和真空袋間的空腔來(lái)壓縮所述材料。優(yōu)選地所述材料被浸入槽中的液體中，且所述液體物理接觸所述真空袋。
[0025]優(yōu)選地，通過(guò)將所述液體加熱介質(zhì)與不同溫度的液體混合來(lái)調(diào)節(jié)所述液體加熱介質(zhì)的溫度。所述混合可發(fā)生在槽(所述材料在該槽中浸入液體)中，或發(fā)生在所述槽的上游。這能與WO 96/07532的圖3中描述的過(guò)程形成對(duì)照，在該過(guò)程中所述壓力室中的液體由另個(gè)溫度的液體替換而沒(méi)有混合。
[0026]典型地，所述方法還包括例如利用旋轉(zhuǎn)的或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的攪拌器攪拌所述液體。這使得傳熱到所述材料和/或從所述材料傳熱更加均衡，并且實(shí)現(xiàn)更好的液體混合。
[0027]典型地，所述設(shè)備還包括一個(gè)或多個(gè)與固化槽聯(lián)接的熱液體保持槽；和一個(gè)或多個(gè)與所述固化槽聯(lián)接的冷液體保持槽。所述保持槽因而能被依次操作以調(diào)整溫度。優(yōu)選地，所述熱液體保持槽經(jīng)一個(gè)或多個(gè)熱液體入口與所述固化槽聯(lián)接；并且所述冷液體保持槽經(jīng)一個(gè)或多個(gè)冷液體入口與所述固化槽聯(lián)接。這消除了對(duì)如WO 96/07532的圖3所示的復(fù)雜混合閥的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0028]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中:
[0029]圖1是固化槽的示意性立體圖；
[0030]圖2是所述固化槽的示意性剖視圖；
[0031]圖3是嵌入預(yù)浸料坯層中的電介質(zhì)固化傳感器的截面圖；
[0032]圖4是嵌入所述層的所述固化傳感器的截面圖；
[0033]圖5是所述電介質(zhì)固化傳感器的平面圖；并且
[0034]圖6是完整系統(tǒng)的固化槽的示意性剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]圖1所示的固化槽I包括基部2、一對(duì)側(cè)壁3和一對(duì)端壁(未示出)。在該槽用于固化機(jī)翼蒙皮的情況中，該槽可長(zhǎng)35m，寬5m。
[0036]將模具4安裝在一對(duì)支架5上，支架間具有間隙6。模具4的側(cè)邊和側(cè)壁3之間也設(shè)置有間隙7。模具4可永久或半永久地被固定在該槽中的適當(dāng)位置上。
[0037]合成物部件8在圖1中示出為處于鋪設(shè)在模具4上的過(guò)程中。該部件8包括單軸碳纖維的一系列層，所述層用熱固性環(huán)氧樹(shù)脂(通常稱為“預(yù)浸料坯”)預(yù)浸漬。預(yù)浸料坯根據(jù)需要以不同角度的纖維方向鋪設(shè)以賦予該部件期望的結(jié)構(gòu)特征。每個(gè)預(yù)浸料坯均通過(guò)先進(jìn)的自動(dòng)鋪帶(ALT)機(jī)輥?zhàn)?鋪設(shè)，且可通過(guò)超聲固結(jié)(UTL)Il單元增大。將預(yù)浸料坯從線軸架10供給ALT輥?zhàn)?。
[0038]參看圖2，一旦已經(jīng)鋪設(shè)部件8，就將通氣層(未示出)和柔性CAPRON?真空袋13鋪設(shè)在部件上，并抵靠模具4用密封件14密封。
[0039]在鋪設(shè)過(guò)程中，一個(gè)或多個(gè)固化傳感器12在期望的位置嵌入部件中。
[0040]將傳感器之一嵌入部件8中的方法在圖3和圖4中詳細(xì)地示出。圖3示出包括上部預(yù)浸料坯50的一疊三個(gè)預(yù)浸料坯。在鋪設(shè)下一個(gè)預(yù)浸料坯51之前，將固化傳感器鋪設(shè)在預(yù)浸料坯50的頂部上，使固化傳感器嵌入預(yù)浸料坯之間，如圖4所示。
[0041]固化傳感器12可以是光纖固化傳感器，或電介質(zhì)固化傳感器。在圖3和4所示的實(shí)施例中，該固化傳感器為電介質(zhì)傳感器。圖5是該電介質(zhì)傳感器的平面圖