[发明专利]纤维增强聚合物制造

说明书

一种制造包含纤维增强聚合物材料的产品(300)的方法，该方法包括以下步骤：‑提供(10)嵌入在热固性树脂中的碳纤维；‑通过流过所述碳纤维的至少一部分的电流将所述热固性树脂加热(20)至其固化温度；‑将所述热固性树脂转化(30)为热固性聚合物。本发明还涉及用于执行该方法的装置以及根据该方法制造的复合夹层板结构。

这里提出的发明涉及一种制造包含纤维增强聚合物材料的产品的方法。在其他方面，本发明涉及一种用于执行该方法的装置以及一种根据该方法制造的复合夹层板结构。

纤维增强聚合物是已知的一类复合材料。纤维增强聚合物(FRP)材料的成分是形成基质的聚合物和形成增强物的纤维。聚合物包围纤维并稳定它们的相对位置。除了其他特性之外，纤维给复合材料提供了改善的刚度和拉伸强度。包含纤维增强聚合物材料的产品的已知制造方法包括将纤维布置成期望的几何形状、用树脂浸泡或浸渍纤维并固化树脂。在固化过程结束时，树脂转化为聚合物基质。在这种制造过程中使用的典型树脂是环氧树脂。取决于所使用的树脂，可以有几种启动固化过程的可能性。广泛的固化方式是热固化，即将树脂加热到发生聚合的温度。在环氧树脂的情况下，该固化温度约为180℃。固化过程通常在烘箱中进行。在某些情况下，可能需要施加高压或真空，使得该过程需要在热压罐中进行。成形器或模具将纤维和树脂保持在期望的几何形状，直到聚合物固化并使所得产品稳定。将成形器或模具与浸泡在树脂中的纤维一起放入烘箱中。这样的成形器或模具通常由钢或铝制成，因为它们应提供机械稳定性，应能承受树脂固化温度左右的温度，并且不应妨碍热从烘箱流入树脂。

本发明的目的是提供一种制造包含纤维增强聚合物的产品的改进方法。

该目的由根据权利要求1的方法来实现。

根据本发明的方法是制造包含纤维增强聚合物材料的产品的方法。该方法包括以下步骤：

-首先，提供嵌入在热固性树脂中的碳纤维；

-其次，通过流过碳纤维的至少一部分的电流将热固性树脂加热至其固化温度；

-第三，将热固性树脂转化为热固性聚合物。

发明人已经认识到，通过采用碳纤维作为增强元件，可以通过向碳纤维施加电流来直接加热工件。碳纤维具有足够的导电性，以允许通过让电流流过它们来进行电阻加热。所得产品包含碳纤维增强聚合物(CFRP)材料。其他类型的纤维(包括诸如玻璃纤维之类的电隔离纤维)可以与所述碳纤维组合。由于热固性树脂非常接近碳纤维，碳纤维中产生的热量直接到达需要引起从树脂转化为聚合物的地方。因此，根据本发明的方法比在烘箱中进行的传统热固化过程需要更少的功率。

利用根据本发明的方法，根本不需要传统意义上的烘箱。这可以导致制造成本显著降低。特别是在制造大型产品(例如，具有几米尺寸的产品)的情况下，该方法增加了选择制造地点的灵活性，因为不需要具有足够尺寸的烘箱。利用根据本发明的方法，嵌入在热固性树脂中的碳纤维可以形成期望的形状，然后复合材料可以原位固化。因此，该方法可被视为制造自加热CFRP工件的方法。

由于碳纤维具有低重量和优异的机械特性，将它们作为加热元件包括在工件中对于在轻质构造中特别期望的其它特性没有不利影响。它们可以实现加热部件的功能以及结构元件的功能。

并非所有在该方法的第一步骤中提供的碳纤维都需要参与电阻加热。例如，将在产品的表面延伸的一层碳纤维制备成连接至电流源就可以足够了。

根据所使用的热固性树脂和产品的尺寸，可以采用以预定时间顺序包括温度斜坡和温度平台的特定固化循环。温度传感器可以布置在树脂中或其附近，以便监测温度条件或通过作用于所施加的加热电流上的负反馈回路来控制温度。

加热过程可分为几个子加热过程，直到完成聚合。

根据本发明的方法的其他实施方式由权利要求2至18的特征产生。