[发明专利]具有在线化学计量控制的多组分混合和计量设备

说明书

本发明描述使用在线分析工具的先进混合和计量技术，用于供应配制的液体热固性树脂至开放的或封闭的模具中。该应用解决了需要精确控制配制组分组成的应用。采用灌注或RTM工艺制造的主要和次要结构航空航天应用中使用的复合结构是可能的实例。

技术领域

本发明描述使用在线分析工具产生先进混合和计量技术的构思，用于供应配制的液体热固性树脂至开放的或封闭的模具中。

背景技术

与热固性树脂组合的高性能纤维提供非常高的强度与重量比，并且用于制备轻质储存容器、压力容器和其它复合材料结构和制品是理想的。该构思解决了需要精确控制配制组分组成的应用。灌注以灌注、液体压缩成型(LLM)或RTM工艺制造的主要和次要结构航空航天和汽车应用中使用的复合结构是可能的实例。

结构航空航天部件是在精度和公差方面就品质而言最关键和要求最高的应用之一。目前，所有树脂以间歇工艺制造，包括关于确定每种成分和最终产品的正确品质和数量的每个批次的精确离线品质控制。那些应用目前是由单组分灌注树脂(例如RTM6，Cycom890或EPS600)提供，以5-10kg的包装供应。因为在过去几十年中大多数应用仅要求小体积的配制热固性材料进料(1-10kg)，这种设置被视为适合于该工业。虽然供应链成本高且复杂，仍可使用单组分体系实现应用。然而，考虑到制造大规模产品的趋势，该市场要求从单组分树脂体系转向双组分树脂体系，因为:

-工艺安全性和稳固性

-供应链复杂性和成本

-在单组分树脂包装中不能实现的新的技术性能分布。

目前的常规实践是在5-10kg的包装规模下使用单组分树脂配制剂。要求限制包装尺寸至5-10kg，因为配制剂对温度不是稳定的，因为它们含有树脂和固化剂。运输和储存受公共机构的限制，取决于它们各自的分类。EPIKOTE System 600(目前的工业基准)被分类为UN3226Class 4.1类型D。这导致限制包装根据德国危险品条例(参考文献P520，OP7)，最大质量为50kg 10kg。此外，所指出的单组分树脂体系要求冷储存和运输。由于在树脂和固化剂之间的化学交联，组合物性质随时间改变。这导致例如粘度的改变(提高)，粘度是灌注过程中关键的性能特征。注射温度下低于200mPas的粘度被认为是加工窗口的上限。结果是，目前在-18℃下储存产品，否则产品将因此具有非常有限的货架期。

考虑那些体系的反应性，材料的制备和再填充还将产生品质和安全风险。为了制备大规模体积，必须预加热和再填充大量的小规模包装。目前，将材料预加热至60-80℃以便再填充它们。考虑到达到临界粘度的有限时间，不可能通过从小规模包装再填充进行工业过程。

为了实现从单组分树脂体系转向双组分树脂体系，需要通过引入静态或动态混合器来替代间歇工艺。现有技术给出用于供应共混物的一些仪器，例如在US 5382394或US5670203中。然而，这要求在任何制备时间混合物的精确在线分析以便在制备过程中确定缺陷从而避免高成本零件排斥和在操作操作过程中性能相关的安全事件。现有技术的多组分混合和计量设备创造了克服那些问题的机会。混合和计量装置的目的是将单个组分脱气并通过例如静态混合器以特定质量或体积分数在连续工艺中组合它们。这种设备可放置在“现场”，以便正好在灌注之前进行临界树脂-固化剂配制步骤。然而，该构思将要求在进入固化模具之前精确已知材料组成。结果是，在制备过程中必须持续地分析材料。目前，这种现场配制是不可能的，因为目前不能获得提供以可靠的方式在线地监测制造过程的可能性的工业过程，特别是在热固性材料的配制工艺过程中。虽然配制的产品在灌注/注射之后的离线分析将能够测定品质(配制剂)，但是如果不满足对配制的要求，时间滞后将太高而不能调节工艺。结果是，那些零件将不满足所要求的机械、热性能，并且与结构部件的损失(超出规格)有关的显著成本将是巨大的。

发明概述