專利名稱：聚合物復(fù)合材料及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料，并且更特定而言涉及用于制造復(fù)合材料的工藝，復(fù)合材料包括用包含粉末的樹脂浸潤的加強(qiáng)織物。
背景技術(shù)：
圖I示意性地表示本領(lǐng)域中已知類型的高旁通潤輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10示意性地表示為包括風(fēng)扇組件12和核心發(fā)動(dòng)機(jī)14。風(fēng)扇組件12顯示為包括復(fù)合風(fēng)扇殼體16和從風(fēng)扇葉片18陣列向前突出的旋轉(zhuǎn)器(spinner)鼻部20。旋轉(zhuǎn)器鼻部20和風(fēng)扇葉片18兩者均由風(fēng)扇盤(未顯示)支撐。核心發(fā)動(dòng)機(jī)14表示為包括高壓壓縮機(jī)22、燃燒器24、高壓渦輪26以及低壓渦輪28。進(jìn)入風(fēng)扇組件12的大部分空氣繞到發(fā)動(dòng)機(jī)10的后部而生成額外發(fā)動(dòng)機(jī)推力。繞過的空氣通過環(huán)形旁通管道30且通過風(fēng)扇噴嘴32離開管道30。風(fēng)扇葉片18由風(fēng)扇機(jī)艙34包圍，該風(fēng)扇機(jī)艙限定了旁通管道30的徑向外部邊界以及到發(fā)動(dòng) 機(jī)10和風(fēng)扇噴嘴32的入口管道36。核心發(fā)動(dòng)機(jī)14被核心整流罩(cowl) 38包圍，該核心整流罩限定了旁通管道30的徑向內(nèi)部邊界以及從核心發(fā)動(dòng)機(jī)14向后延伸的排氣噴嘴40。風(fēng)扇機(jī)艙34是重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其設(shè)計(jì)考慮包括空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)以及承受異物損傷(FOD)的能力。由于這些原因，重要的是在制造機(jī)艙34時(shí)選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)造、材料以及組裝方法。已經(jīng)考慮了各種材料和配置，廣泛地使用金屬材料且特別是鋁合金。也考慮過復(fù)合材料，諸如利用碳(石墨)纖維或織物加強(qiáng)的環(huán)氧樹脂層壓材料，因?yàn)樗鼈兲峁﹥?yōu)點(diǎn)，包括能夠制造為尺寸足以滿足空氣動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、輪廓控制以及減輕的重量的單件部件，其提高了發(fā)動(dòng)機(jī)效率并改進(jìn)了燃料消耗比(SFC)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在地上并且特別是在航行條件下時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙經(jīng)受結(jié)冰條件，特別是在入口唇部(圖I的42)處的機(jī)艙前緣。移除冰累積(除冰)和防止機(jī)艙入口唇部42上的冰累積(防冰)的一個(gè)熟知方案是通過使用熱空氣排出系統(tǒng)。作為示例，發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)的排出空氣能通過管路(未顯示)從燃燒室24抽吸到入口唇部42，在此，熱排出空氣接觸入口唇部42的內(nèi)表面而加熱唇部42并移除/防止冰形成。作為備選，一些較小的渦輪風(fēng)扇和渦輪螺旋槳航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)利用了經(jīng)由焦耳加熱將電能轉(zhuǎn)換為熱的電防冰系統(tǒng)。電阻型加熱絲可用作加熱元件，但更近的示例使用在商業(yè)上可以從GrafTech InternationalHoldings Inc獲得的名稱為GRAF0IL 的柔性石墨材料。加熱元件嵌入諸如硅橡膠的保護(hù)罩(boot)中，保護(hù)罩繼而附連到機(jī)艙入口唇部42的內(nèi)側(cè)前緣。在任一情況下，與復(fù)合材料相比，如果唇部42由諸如鋁合金的金屬材料構(gòu)成，則能促進(jìn)入口唇部42的均勻且高效的加熱。為了促進(jìn)由諸如碳加強(qiáng)的(纖維和/或織物)環(huán)氧樹脂層壓材料的復(fù)合材料制成的入口唇部42的均勻加熱，復(fù)合材料可產(chǎn)生為包含能提高其導(dǎo)熱率的傳導(dǎo)填料。這樣的填料已包括氮化硼(BN)、氧化鋁(Al2O3)以及氮化鋁(AlN)粉末和碳(石墨)納米管。用于并入填料的傳統(tǒng)方案涉及將填料顆粒摻和到樹脂系統(tǒng)內(nèi)，并且然后用帶顆粒的樹脂系統(tǒng)浸潰碳織物。雖然是有效的，但是所得到的樹脂系統(tǒng)傾向于具有相對(duì)較高的黏度，這限制了能夠并入復(fù)合物中的填料的濃度。這種限制部分由于過濾效果，其中，在浸潰工藝期間，加強(qiáng)織物將填料顆粒過濾出樹脂系統(tǒng)。為了減小這種過濾效果，可使用納米尺寸的填料顆粒，但是由于樹脂系統(tǒng)黏度的急劇增加，小于20%體積的填料裝載量仍是典型的。結(jié)果，由諸如碳織物加強(qiáng)的環(huán)氧樹脂層壓材料的復(fù)合材料制成的入口唇部的厚度方向?qū)崧适怯邢薜模ǔＯ抻诖蠹s0. 6 W/mK或更小的導(dǎo)熱率值。機(jī)械性質(zhì)，包括層間韌度和壓縮模量，也可能是有限的，因?yàn)楦哒扯葮渲到y(tǒng)傾向于促進(jìn)復(fù)合物中由于加強(qiáng)織物的不均勻浸潰引起的干斑缺陷的出現(xiàn)。高粘度樹脂系統(tǒng)還限制了能將樹脂系統(tǒng)浸潰到加強(qiáng)織物中的工藝。例如，很難使用諸如真空輔助樹脂傳遞成型(VaRTM)的相對(duì)低成本的工藝來均勻地浸潰包含大約15%體積的納米尺寸填料顆粒的樹脂系統(tǒng)。鑒于上述內(nèi)容，如果存在能將更大量的填料顆粒并入樹脂浸潰的加強(qiáng)織物中的方法，那么將是所期望的。特別地，這種能力將有益于在風(fēng)扇機(jī)艙的制造中所使用的織物加強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料中并入更大量的傳導(dǎo)填料。這種能力也將有益于多種其它應(yīng)用，例如，由織物加強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料制成的電氣罩殼和飛行器翼/尾部區(qū)域，在此情況下，填料可用于改進(jìn)導(dǎo)熱率、導(dǎo)電率(諸如石墨型填料)以及/或者改進(jìn)層間韌性(諸如呈粉末形式 的熱塑性增韌劑)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于制造聚合物復(fù)合材料的工藝，該聚合物復(fù)合材料包括包含多個(gè)加強(qiáng)織物和填料材料顆粒的聚合物基體。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該工藝包括在各包括加強(qiáng)織物中的至少一個(gè)的至少兩個(gè)物件上噴涂填料材料顆粒而形成帶顆粒的物件；堆疊帶顆粒的物件而形成堆疊結(jié)構(gòu)；以及然后使得存在于堆疊結(jié)構(gòu)內(nèi)的樹脂固化而形成層壓聚合物復(fù)合材料，該層壓聚合物復(fù)合材料包括加強(qiáng)織物和通過固化樹脂形成的聚合物基體。根據(jù)本發(fā)明的一特定方面，物件可為不包含任何樹脂的干織物或者可用有限量的增粘樹脂增粘，在此情況下，在固化步驟之前，該堆疊結(jié)構(gòu)由用于聚合物基體的樹脂浸潤。作為備選，物件可為預(yù)浸料坯，預(yù)浸料坯還包含樹脂，在此情況下，堆疊結(jié)構(gòu)不需要在固化步驟之前用樹脂浸潤。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，上文所述的工藝可用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙的至少一部分，例如，風(fēng)扇機(jī)艙的入口唇部。對(duì)于這樣的應(yīng)用，填料材料優(yōu)選地，但并非必需地，為包含氮化硼、氧化鋁和/或氮化鋁顆粒的粉末。本發(fā)明的技術(shù)效果為與常規(guī)樹脂浸潰技術(shù)相比增加織物加強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料的填料加載量的能力。更高的填料加載量能夠用于提高復(fù)合材料的性質(zhì)，例如，導(dǎo)熱率和/或機(jī)械性質(zhì)。關(guān)于后者，在由織物加強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料構(gòu)成的風(fēng)扇機(jī)艙的入口唇部中增加的傳導(dǎo)填料水平提供了改進(jìn)入口唇部能被加熱而移除和防止冰累積的效率的能力。通過下面的詳細(xì)描述，將更好地領(lǐng)悟本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖I示意性地表示高旁通渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖。圖2為顯示圖I的機(jī)艙入口唇部的截面的詳細(xì)視圖。
圖3和圖4示意性地表示填料顆粒能并入織物加強(qiáng)的復(fù)合材料中的兩種方法。附圖標(biāo)記
10發(fā)動(dòng)機(jī)
12組件
14發(fā)動(dòng)機(jī)
16殼體 18葉片 20鼻部 22壓縮機(jī)
24燃燒器 26渦輪 28渦輪 30管道 32噴嘴 34機(jī)艙 36管道 40噴嘴 42唇部 44層 46表面 48表面 50槍 52材料 54織物 56織物 58結(jié)構(gòu) 60系統(tǒng) 62墊板 64袋
74預(yù)浸料還(prepreg)
76預(yù)浸料坯 78結(jié)構(gòu) 80樹脂 82墊板 84袋。
具體實(shí)施例方式圖2表示由聚合物復(fù)合材料制成的入口唇部42的實(shí)施例。如將在下文中討論的
那樣，本發(fā)明的一個(gè)方面是為了提高唇部42的防冰和除冰能力(在下文中，簡稱為防冰)而增大入口唇部42的導(dǎo)熱率。本發(fā)明特別好地適合用在高旁通渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，其示例為圖I中所表示的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10，但是應(yīng)當(dāng)了解，可預(yù)想到其它應(yīng)用。最后，雖然將特別地參考入口唇部42來討論本發(fā)明，但是與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的益處能應(yīng)用于整個(gè)機(jī)艙34、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它構(gòu)件、其它飛行器結(jié)構(gòu)(例如，翼/尾部區(qū)域)以及航天工業(yè)以外的很多種應(yīng)用(例如，電氣罩殼)，其可由將受益于具有改進(jìn)的諸如導(dǎo)熱率、導(dǎo)電率、層間韌性等性質(zhì)的聚合物復(fù)合材料制成。入口唇部42(以及整個(gè)風(fēng)扇機(jī)艙34)能由多種復(fù)合材料形成。在圖2中，入口唇部42具有層壓構(gòu)造，在此情況下，唇部42由各包含用織物或連續(xù)纖維加強(qiáng)材料加強(qiáng)的聚合
物基體的單獨(dú)的聚合物復(fù)合層44形成。根據(jù)已知的做法堆疊、成形及固化復(fù)合層44以產(chǎn)生圖2中所表示的層壓構(gòu)造。聚合物復(fù)合材料中的基體材料的主要作用是有助于纖維加強(qiáng)材料以及復(fù)合結(jié)構(gòu)作為整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和其它物理性質(zhì)。用于聚合物基體的優(yōu)選材料包括先進(jìn)的基體材料，其表現(xiàn)出適合于承受FOD和在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行期間入口唇部42可能經(jīng)受的其它類型的損壞的耐溫性和耐沖擊性?；w材料還應(yīng)當(dāng)能夠在不會(huì)熱降解或以其它方式不利于纖維加強(qiáng)材料的溫度和條件下固化。在這個(gè)基礎(chǔ)上，認(rèn)為特別合適的樹脂系統(tǒng)是熱固性和熱塑性材料，諸如聚(芳基)醚醚酮(PEEK)，聚(芳基)醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS)以及環(huán)氧樹月旨，但是可預(yù)想到其它基體材料的使用。復(fù)合層44的纖維加強(qiáng)組分可利用纖維材料產(chǎn)生，以具有所期望的纖維架構(gòu)。例如，認(rèn)為由碳(石墨)纖維形成的織物特別適合于加強(qiáng)材料，但是可預(yù)想到作為碳纖維的補(bǔ)充或替代，能使用其它纖維材料。能使用已知的織物編織、縫合、無皺褶和編結(jié)技術(shù)來產(chǎn)生纖維架構(gòu)，包括能夠促進(jìn)入口唇部42 (或形成有復(fù)合層44的任何其它層壓聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu))通過厚度的平面方向(through-plane)傳熱的三維編結(jié)或編織技術(shù)。應(yīng)當(dāng)了解，圖2的實(shí)施例不限于圖2所示的復(fù)合層44的特定數(shù)量和布置。此外，還可預(yù)想到，諸如輕質(zhì)泡沫或蜂窩聚合材料的芯材料(未顯示)可并入到層壓聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)中，如對(duì)于諸如發(fā)動(dòng)機(jī)入口、反推力裝置、核心整流罩和轉(zhuǎn)換整流罩以及包括吸音板的其它航空結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙構(gòu)件是常見的。鑒于上文所提到的材料，入口唇部42(以及能由圖2所表示的類型的層壓聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)形成的其它構(gòu)件)可顯著地輕于由現(xiàn)有技術(shù)中慣常使用的鋁或其它金屬合金形成的入口唇部。入口唇部42的厚度應(yīng)當(dāng)足以提供結(jié)構(gòu)完整性，而不會(huì)不必要地貢獻(xiàn)重量。雖然寬范圍的厚度是可能的，但是認(rèn)為合適的范圍為大約I. 5至大約2. 5毫米。對(duì)于能制造成具有類似于圖2所示的構(gòu)造的層壓聚合物復(fù)合構(gòu)造的其它構(gòu)件，更大及更小的厚度是可預(yù)想到的，并且也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如上文所提到的那樣，本發(fā)明的一特定方面是為了提高圖2所表示的層壓聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱率，例如，提高由復(fù)合結(jié)構(gòu)形成的入口唇部42的防冰能力。如先前所討論的那樣，入口唇部42且更具體地其外表面48在發(fā)動(dòng)機(jī)10在地上及在航行條件下時(shí)經(jīng)受結(jié)冰條件。為了提供防冰能力，可采用各種方法和系統(tǒng)來加熱入口唇部42的外表面48，例如，通過使發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)的熱排出空氣指向入口唇部42的內(nèi)表面46處，或者通過利用電防冰系統(tǒng)，該電防冰系統(tǒng)包括加熱條以局部地加熱唇部42最易于結(jié)冰的部分。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，通過將傳導(dǎo)填料材料粉末并入構(gòu)成至少風(fēng)扇機(jī)艙34的唇部42的層壓聚合物復(fù)合材料中，從而促進(jìn)了從入口唇部42的內(nèi)表面46到其外表面48的傳熱。合適的填料材料包括但不限于無機(jī)材料，諸如氮化硼、氧化鋁和氮化鋁，但是有機(jī)材料的并入也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。填料材料的選擇和量將部分地基于復(fù)合層44和入口唇部42 (或者由層44產(chǎn)生的其它層壓材料)的期望性質(zhì)。氮化硼是提高入口唇部42的厚度方向?qū)崧实奶貏e合適的填料材料，并且還具有增強(qiáng)入口唇部42的壓縮模量和層間韌性的有益效果。填料材料優(yōu)選地以至少3%體積(例如大約10%至大約20%體積)的量并入每個(gè)復(fù)合層44內(nèi)，導(dǎo)致了用復(fù)合層44產(chǎn)生的最終層壓聚合物復(fù)合材料中的等效的填料含量。圖3和圖4表示能將粉末填料材料52的顆粒(例如，傳導(dǎo)填料材料，諸如氮化硼、氧化鋁和/或氮化鋁)并入到圖2的層壓聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多單獨(dú)的復(fù)合層44中并因此到由層壓復(fù)合物聚合結(jié)構(gòu)形成的入口唇部42(或其它構(gòu)件)中的兩種技術(shù)。兩種技術(shù)都涉及噴涂填料材料52的干粉末而將填料材料52并入復(fù)合層44的加強(qiáng)材料中，例如，前文所述的由碳(石墨)纖維形成的織物。這些技術(shù)的主要區(qū)別是由于圖3的技術(shù)將填料材料52并入干的(無樹脂)和/或增粘的織物54中并且然后將樹脂系統(tǒng)(例如，前文所提到的樹脂系統(tǒng)之一)浸潰到所得到的帶粉末的干的或增粘的織物56中，而圖4將填料材 料52并入到已經(jīng)用樹脂系統(tǒng)(例如，前文所提到的樹脂系統(tǒng)之一)浸潰過的一個(gè)或多個(gè)織物中而得到預(yù)浸料坯74。在每種情況下，圖3和圖4的技術(shù)預(yù)期在復(fù)合層44內(nèi)實(shí)現(xiàn)比如果試圖用帶粉末填料材料的樹脂系統(tǒng)浸潰干織物(其為用于將粉末并入復(fù)合材料中的傳統(tǒng)技術(shù))可能實(shí)現(xiàn)的濃度更高的填料材料濃度。參照?qǐng)D3，適于噴涂干粉末的常規(guī)噴槍50用于將干粉末填料材料52噴涂到織物54中，該織物將在本文中稱作“干”織物54，因?yàn)槠鋬?yōu)選地不包含將形成復(fù)合層44的聚合物基體的樹脂。然而，術(shù)語“干織物”在本文中用于也允許織物54隨意地包含能使織物54增粘而促進(jìn)填料材料52的顆粒向織物54的粘附的有限量的樹脂。增粘樹脂優(yōu)選地不以將完全填充織物54的相鄰纖維之間的空間的量存在。雖然認(rèn)為圖3的干噴涂技術(shù)是用于將粉末填料材料52顆粒并入干織物54中所優(yōu)選的，但是可預(yù)想到其它技術(shù)，例如通過使用流化床向織物54涂布干粉末?？椢?4在圖3中表示為被電偏壓，使得存在靜電荷以促進(jìn)填料材料52的顆粒到織物54的粘附。填料材料52的合適的顆粒尺寸通常為微米尺寸或更小，例如大約I至大約150微米的顆粒尺寸，并且更優(yōu)選地大約10至大約60微米的顆粒尺寸。顯然，填料材料52不必包含納米尺寸的顆粒。噴涂條件優(yōu)選地使得填料材料52滲透織物54的全厚度。利用這種方法，填料材料52的顆粒能以3%或更多體積(例如大約10%至大約20%體積)的量并入織物54中。在將填料材料52并入足量干織物54中而形成入口唇部42之后，堆疊所得到的干的帶粉末的織物56而形成干堆疊結(jié)構(gòu)58，其然后經(jīng)歷用所期望的樹脂系統(tǒng)浸潤而產(chǎn)生入口唇部42和其復(fù)合層44。因?yàn)樘盍喜牧?2已經(jīng)并入干堆疊結(jié)構(gòu)58中，所以用于浸潤該結(jié)構(gòu)58的樹脂系統(tǒng)可以完全沒有任何粉末填料材料，粉末填料材料若存在則將不期望地增加樹脂系統(tǒng)的黏度并抑制由樹脂系統(tǒng)浸潤該堆疊結(jié)構(gòu)58。合適的浸潤技術(shù)包括但不限于樹脂傳遞成型(RTM)并且特別是真空輔助樹脂傳遞成型(VaRTM)，其熟知用于產(chǎn)生樹脂浸潰的層壓復(fù)合結(jié)構(gòu)。出于說明目的，圖3表示經(jīng)歷VaRTM工藝的帶粉末的織物56的干堆疊結(jié)構(gòu)58，通過VaRTM工藝，樹脂系統(tǒng)60浸潰到堆疊結(jié)構(gòu)58中，堆疊結(jié)構(gòu)放置于墊板62與袋64之間。在墊板62與袋64之間形成的真空促進(jìn)了用樹脂系統(tǒng)60浸潤堆疊結(jié)構(gòu)58的單獨(dú)織物56，之后，可使樹脂浸潰的堆疊結(jié)構(gòu)58鞏固并固化而得到復(fù)合層44的層壓堆疊。這種工藝的另外的細(xì)節(jié)很好地落在本領(lǐng)域技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)內(nèi)，從而無需在本文中做出任何詳細(xì)討論。利用復(fù)合層44產(chǎn)生的所得到的層壓聚合物復(fù)合材料優(yōu)選地包含至少3%體積的填料材料52，更優(yōu)選地大約10%至大約20%體積的填料材料。如上文所提到的那樣，圖4的并入技術(shù)涉及將填料材料52并入預(yù)浸料坯74中，該預(yù)浸料坯由已經(jīng)用樹脂系統(tǒng)(例如，上文所提到的樹脂系統(tǒng)之一)至少部分地浸潰過的至少一個(gè)織物(例如，圖3的織物54)形成。填料材料52表示為噴涂到預(yù)浸料坯74的單個(gè)表面上，但是填料材料52可沉積到預(yù)浸料坯74的兩個(gè)表面上。如同圖3的干織物54，圖4的預(yù)浸料坯74表示為被電偏壓，使得存在靜電荷以促進(jìn)填料材料52的顆粒到預(yù)浸料坯74的粘附。因?yàn)轭A(yù)浸料坯74用可能完全填充預(yù)浸料坯74所包含的一個(gè)或更多織物的相鄰纖維之間的空間的樹脂浸潰，所以填料材料52的顆粒不太可能滲透預(yù)浸料坯74的全厚度，而是替代地傾向于沉積在預(yù)浸料坯74的表面和近表面區(qū)域上。顆?？沙练e而在預(yù)浸料坯74的表面上形成基本上均勻連續(xù)的層，可能到超過一個(gè)顆粒的厚度。填料材料52的合適顆粒 尺寸可以與上面關(guān)于圖3的實(shí)施例所述的相同，并且填料材料52的顆粒能以與上面關(guān)于圖3的織物54所述的相同的體積量并入預(yù)浸料坯74中。在將填料材料52并入預(yù)浸料坯74中之后，優(yōu)選地向所得到的帶粉末的預(yù)浸料坯76噴涂樹脂80以濕潤填料材料52的顆粒，促進(jìn)它們向預(yù)浸料坯74的粘附，并且大體上使帶粉末的預(yù)浸料坯76增粘。樹脂80可為已用于浸潤織物而形成原始預(yù)浸料坯74的相同的樹脂系統(tǒng)。樹脂80表示為噴涂到帶粉末的預(yù)浸料坯76的單個(gè)表面上，但是預(yù)浸料坯76的兩個(gè)表面可用樹脂80涂布。優(yōu)選地涂覆足量樹脂80，使得所有填料材料52的顆粒被樹脂80的膜覆蓋。以上文所述的方式產(chǎn)生足量的帶粉末的預(yù)浸料坯76而形成入口唇部42。然后堆疊所得到的樹脂涂布的帶粉末預(yù)浸料坯76而形成堆疊結(jié)構(gòu)78，堆疊結(jié)構(gòu)然后經(jīng)歷鞏固和固化而得到復(fù)合層44的層壓堆疊。因?yàn)闃渲呀?jīng)并入堆疊結(jié)構(gòu)78中，所以在固化之前無需額外的樹脂來浸潤結(jié)構(gòu)78。出于說明目的，圖4表示帶粉末預(yù)浸料坯76的堆疊結(jié)構(gòu)78經(jīng)歷壓熱工藝(autoclave process),其中，堆疊結(jié)構(gòu)78放置于墊板82與袋84之間，并且然后經(jīng)受壓力和熱。這種工藝的另外的細(xì)節(jié)很好地落在本領(lǐng)域技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)內(nèi)，從而無需在本文中做出任何詳細(xì)討論。在導(dǎo)致了本發(fā)明的調(diào)查研究中，包含用碳織物加強(qiáng)的聚合物基體的聚合物復(fù)合材料產(chǎn)生為進(jìn)一步包含氧化鋁或氮化鋁粉末的填料材料。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)做法，通過將填料材料并入樹脂系統(tǒng)中并且然后利用含粉末的樹脂系統(tǒng)來浸潤干碳織物而產(chǎn)生基準(zhǔn)復(fù)合物。根據(jù)圖3，通過將填料材料直接并入干碳織物中并且用無粉末的樹脂系統(tǒng)來浸潤帶粉末的織物而產(chǎn)生其它復(fù)合物。利用圖3的工藝實(shí)現(xiàn)了高達(dá)大約2. 58 W/mK的厚度方向?qū)崧屎透哌_(dá)大約20. 6%體積的填料材料含量，與利用現(xiàn)有技術(shù)工藝實(shí)現(xiàn)的大約0. 8 W/mK的導(dǎo)熱率和高達(dá)大約4%體積的填料材料含量相比。雖然調(diào)查研究的焦點(diǎn)是為了增加厚度方向的導(dǎo)熱率，但是其它可能的益處包括改進(jìn)的機(jī)械性質(zhì)，諸如層間韌性、壓縮模量等。雖然以具體實(shí)施例的方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用其它形式。例如，機(jī)艙34和其入口唇部42的物理配置可以不同于圖中所示的，并且可由本發(fā)明產(chǎn)生的層壓聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠用在機(jī)艙結(jié)構(gòu)之外的很多種應(yīng)用以及 航天工業(yè)之外的應(yīng)用中。因此，本發(fā)明的范圍將僅僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于制造層壓聚合物復(fù)合材料的工藝，所述層壓聚合物復(fù)合材料包括聚合物基體，所述聚合物基體包含多個(gè)加強(qiáng)織物(54)和填料材料(52)的顆粒，所述工藝的特征在于 在各包括所述加強(qiáng)織物(54)中的至少一個(gè)的至少兩個(gè)物件(54，74)上噴涂所述填料材料(52)的顆粒而形成帶顆粒的物件(56，76)； 堆疊所述帶顆粒的物件(56，76)而形成堆疊結(jié)構(gòu)(58，78);以及 使得存在于所述堆疊結(jié)構(gòu)(58，78)內(nèi)的樹脂固化而形成所述層壓聚合物復(fù)合材料，所述層壓聚合物復(fù)合材料包括所述加強(qiáng)織物(54)和通過固化所述樹脂形成的所述聚合物基體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，所述物件(54)不包含所述樹脂，其所述加強(qiáng)織物(54)是干的，并且所述噴涂步驟導(dǎo)致所述填料材料(52)的顆粒滲透所述加強(qiáng)織物(54)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工藝，其特征在于，增粘劑存在于所述加強(qiáng)織物(54)上，以促進(jìn)所述填料材料(52)的顆粒到所述加強(qiáng)織物(54)的粘附。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的工藝，其特征還在于，在固化所述樹脂之前將所述樹脂浸潰到所述堆疊結(jié)構(gòu)(58)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，所述物件(74)中的至少一個(gè)是預(yù)浸料坯(74)，其包含所述樹脂以及所述加強(qiáng)織物(54)中的至少一個(gè)，使得至少一個(gè)所述帶顆粒的物件(76)是帶顆粒的預(yù)浸料坯(76)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝，其特征還在于，將一定量(80)的所述樹脂噴涂在所述帶顆粒的預(yù)浸料坯(76)的至少一個(gè)表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述加強(qiáng)織物(54)包括碳織物。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述填料材料(52)是從由氮化硼、氧化鋁以及氮化鋁組成的組選出的至少一種材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中的任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述層壓聚合物復(fù)合材料是航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(34)的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于，所述部分包括所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(34)的入口唇部(42)。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚合物復(fù)合材料及其工藝，提供了用于制造包含聚合物基體、加強(qiáng)織物(54)以及填料材料(52)的顆粒的聚合物復(fù)合材料的工藝。該工藝包括在各包括加強(qiáng)織物(54)中的至少一個(gè)的至少兩個(gè)物件(54,74)上噴涂填料材料(52)的顆粒而形成帶顆粒的物件(56,76)。堆疊帶顆粒的物件(56,76)而形成堆疊結(jié)構(gòu)(58,78)，并且然后使得存在于堆疊結(jié)構(gòu)(58,78)內(nèi)的樹脂固化而形成層壓聚合物復(fù)合材料。該工藝可用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(34)的至少一部分，例如，風(fēng)扇機(jī)艙(34)的入口唇部(42)。
文檔編號(hào)B64D29/00GK102806666SQ20121017237
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者M.馬赫什瓦里, 方笑梅 申請(qǐng)人:Mra系統(tǒng)有限公司