本申請要求于2014年6月4日提交的美國臨時申請第62/007,614號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請要求于2014年6月4日提交的美國臨時申請第62/007,632號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請要求于2014年6月4日提交的美國臨時申請第62/007,652號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請要求于2014年6月4日提交的美國臨時申請第62/007,670號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請要求于2014年6月4日提交的美國臨時申請第62/007,685號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本申請要求于2015年1月28日提交的美國臨時申請第62/108,837號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)部件的大量生產(chǎn)集中于低成本材料和低組裝成本，但是最初可能需要用于工具和設(shè)備的高資本的長期投資。然而，大量生產(chǎn)不容易適應(yīng)設(shè)計變化。

目前，部件的小批量生產(chǎn)涉及低資本支出、昂貴的材料以及高組裝成本，例如鋁組件?？傮w來說，小批量生產(chǎn)仍然是非常貴的。

期望生產(chǎn)用于制造結(jié)構(gòu)組件，例如底盤、用于通信設(shè)備的面板、用于運(yùn)輸工具或交通工具(例如，自行車、摩托車、卡車等)的框架或主體部分、農(nóng)業(yè)應(yīng)用(例如，農(nóng)業(yè)設(shè)備)、能量相關(guān)應(yīng)用(例如，風(fēng)力、太陽能)、衛(wèi)星應(yīng)用、航空航天應(yīng)用、結(jié)構(gòu)材料(例如，建筑材料等)和消費(fèi)產(chǎn)品(例如，家具、馬桶座圈，尤其電子產(chǎn)品)的輕質(zhì)、牢固且堅硬的復(fù)合材料。

期望生產(chǎn)用于制造底盤或主體組件具有良好能量吸收的輕質(zhì)、牢固的復(fù)合組件，例如汽車發(fā)動機(jī)罩或其他主體面板。主體組件可能設(shè)計用于在車禍時提供能量吸收。出于安全原因，將汽車發(fā)動機(jī)罩或主體組件設(shè)計成具有一些阻尼或能量吸收特性。

用于運(yùn)輸工具(例如，汽車、卡車或任何車輛)、農(nóng)業(yè)設(shè)備、建筑設(shè)備或航空航天工業(yè)的復(fù)合組件可以顯著地提高燃料效率并減少碳排放。這種復(fù)合材料可包含碳纖維或玻璃纖維。碳纖維可能比玻璃纖維更硬、更牢固也更輕，但通?？赡芨嘿F。碳纖維增強(qiáng)組件可比鋁組件輕約20％，并且比一些鋼組件輕約50％。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度-重量比或剛度-重量比可能比鋁和鋼的高。

目前，復(fù)合組件常常通過常規(guī)方法制造，包括高壓樹脂傳遞模塑(RTM)。復(fù)合組件也可以由預(yù)浸漬纖維(“預(yù)浸材料”)形成，并且可能需要烘箱或高壓鍋來固化預(yù)浸材料。傳統(tǒng)上，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合組件與金屬組件相比不具有成本競爭力，原因有幾個。首先，高壓RTM可能需要相對昂貴的設(shè)備和高壓以使聚合樹脂流動以浸漬纖維并減少表面缺陷(例如針孔或不期望的孔隙率)。盡管高壓應(yīng)用樹脂，表面仍然可能具有針孔或表面缺陷。具有這種缺陷的表面可能不顯示所期望的表面光潔度或令人滿意的外觀。這種表面缺陷還可能使得涂覆復(fù)合材料表面更加困難。第二，與金屬組件相比，高壓RTM還可能需要更長的循環(huán)時間來制造復(fù)合組件。例如，碳纖維部件的生產(chǎn)周期；包括加熱、固化和冷卻復(fù)合組件，與鋼或鋁部件的以秒計相比，可能花費(fèi)大約45分鐘或更長時間。第三，原始碳化纖維的材料成本可能較高，并且來自RTM的纖維廢料也可能非常高。例如，當(dāng)制造具有復(fù)雜形狀或幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)合組件時，可能浪費(fèi)高達(dá)40％的原始碳纖維。此外，由于表面缺陷，與金屬部件相比，RTM部件的產(chǎn)品收率相對較低。

制造商繼續(xù)尋求低成本替代材料、低成本工具以及更快的循環(huán)時間以降低復(fù)合組件的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開的實(shí)施方案涉及一種低粘度的聚合樹脂。更具體地，實(shí)施方案涉及聚合樹脂組分和特性、設(shè)備、以及應(yīng)用該聚合樹脂以形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法。

在一個實(shí)施方案中，公開了一種形成復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括混合包含聚氨酯和環(huán)氧樹脂的聚合樹脂。該方法包括將聚合樹脂加熱到并保持在環(huán)境溫度和聚合樹脂的組分的固化溫度之間的應(yīng)用溫度。該方法包括將聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材上。該方法包括將纖維片材放置在包括至少部分地由相應(yīng)的單元壁限定的多個單元的芯部上，纖維片材延伸穿過多個單元中的至少一些。纖維片材包括在其上應(yīng)用的聚合樹脂。該方法進(jìn)一步包括在放置之后，固化應(yīng)用在纖維片材上的聚合樹脂。

在一個實(shí)施方案中，公開了一種復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)。復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)包括至少一個芯部，該芯部包括至少部分地由相應(yīng)的單元壁限定的多個單元。復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)包括附著到芯部的第一端的一個或多個第一復(fù)合層壓制品和附著到芯部的第二端的一個或多個第二復(fù)合層壓制品。一個或多個第一復(fù)合層壓制品和一個或多個第二復(fù)合層壓制品中的每一個在其中具有固化的聚合樹脂。固化的聚合樹脂包含聚氨酯和環(huán)氧樹脂。

在一個實(shí)施方案中，公開了一種聚合樹脂。該聚合樹脂包含一種混合物，該混合物包含第一熱固性塑料和至少第二熱固性塑料。在固化時第二熱固性塑料的硬度和防水性比第一熱固性塑料的硬度和防水性大，并且第二熱固性塑料為約50％(按體積計)或更少的聚合樹脂。第一熱固性環(huán)氧樹脂和第二熱固性塑料各自以足以允許混合后形成微泡沫的量存在。

在一個實(shí)施方案中，公開了一種應(yīng)用聚合樹脂的方法。該方法包括將包含聚氨酯和環(huán)氧樹脂的聚合樹脂放置在容器中。該方法包括在環(huán)境溫度下在容器中混合聚合樹脂與硬化劑，其中硬化劑被構(gòu)成為在第一溫度下固化聚合樹脂。該方法包括將容器放置在包含流體的壓力容器中。該方法進(jìn)一步包括將聚合樹脂加熱到并保持在第一溫度和環(huán)境溫度之間的足以使聚合樹脂顯示粘度為約300厘泊或更小的應(yīng)用溫度，并且流體保持在應(yīng)用溫度。該方法進(jìn)一步包括將聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材上。

來自任何所公開的實(shí)施方案的特征可以彼此結(jié)合使用，且不限于此。另外，通過考慮下面詳細(xì)說明以及附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將變得顯而易見。

附圖說明

附圖示出了本發(fā)明的幾個實(shí)施方案，其中相同的附圖標(biāo)記指代附圖中所示的不同視圖或?qū)嵤┓桨钢械南嗤蛳嗨频脑虿考?/p>

圖1A是根據(jù)一個實(shí)施方案的用于加熱和噴涂聚合樹脂的壓力罐的示意圖。

圖1B是在混合聚合樹脂和硬化劑之前圖1A的容器的示意圖。

圖2是根據(jù)一個實(shí)施方案的圖1A的壓力罐的等距視圖。

圖3是根據(jù)一個實(shí)施方案的含有包含硬化劑的聚合樹脂的圖1A的容器的等距視圖。

圖4是根據(jù)一個實(shí)施方案的噴涂聚合樹脂的方法的流程圖。

圖5是根據(jù)一個實(shí)施方案的形成回收的纖維片材的裝置的示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的針刺(needling)之后圖5的纖維片材的照片。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的在兩個纖維片材之間具有網(wǎng)孔的圖5的纖維片材的照片。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的包括由吸管制成的芯部的復(fù)合材料夾層的照片。

圖9是根據(jù)一個實(shí)施方案的復(fù)合材料夾層的橫截面圖。

圖10是根據(jù)一個實(shí)施方案的復(fù)合材料夾層的橫截面圖。

圖11是根據(jù)一個實(shí)施方案的由復(fù)合材料夾層、金屬插入物形成并用NCF加強(qiáng)的組件的橫截面圖。

圖12是根據(jù)一個實(shí)施方案的形成復(fù)合材料夾層的方法的流程圖。

圖13是根據(jù)一個實(shí)施方案的形成復(fù)合材料夾層的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本文公開的實(shí)施方案涉及具有第一熱固性塑料和一種或多種另外的組分(例如，第二熱固性塑料和/或熱塑性塑料)的聚合樹脂、包含其的復(fù)合層壓制品、制備和使用其的方法、以及包含其的復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)。本文公開的實(shí)施方案提供了一種包含液體混合物或第一熱固性塑料(例如，聚氨酯)和至少第二熱固性塑料(例如，環(huán)氧樹脂)和/或其他聚合物材料例如一種或多種熱塑性塑料的混合物的聚合樹脂。聚合樹脂通常在固化之前為液體形式，而在固化之后變成固體，這是一個交聯(lián)過程。聚合樹脂可包括含在其中的一種或多種硬化劑以催化樹脂的一種或多種組分的固化。聚合樹脂可用作粘合劑。兩種或多種熱固性塑料可用于形成復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)，例如碳纖維復(fù)合層壓制品。復(fù)合層壓制品可包括在纖維片材或墊上或至少部分地并入纖維片材或墊中的一層或多層聚合樹脂。

聚合樹脂在高溫下粘度低，使得聚合樹脂可以在低壓下噴涂，例如小于90psi。聚合樹脂還可在固化期間形成微泡沫。微泡沫可以很好地附著到相對較硬的材料(例如，塑料)，特別是當(dāng)材料用于粘結(jié)的表面積較小時，例如，諸如下面更詳細(xì)地討論的單元如管(例如，塑料管)的開口端。

如下面更詳細(xì)地討論的，聚合樹脂可用于形成包括“硬”芯或“軟”芯的復(fù)合材料夾層?！坝病毙究梢杂行У貙⑤d荷從芯部的一端傳遞到芯部的另一端。例如，“硬”芯可由包括一種或多種塑料材料的芯部坯(blank)形成，并且可包括具有開口端的多個單元(例如，緊密堆積的基本上平行的塑料管)。多個單元可至少部分地由相應(yīng)的一個或多個單元壁限定(例如，塑料材料可以限定蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中單元可以具有任何數(shù)量的合適形狀)。在一些實(shí)施方案中，芯部坯的可壓縮單元可以由管(tube)或吸管(straw)形成或限定。在一些實(shí)施方案中，單元可以是管，例如吸管(例如，每個吸管可以限定芯部的相應(yīng)單元，并且相鄰的芯部可以限定在其間的間隙或空間中另外的單元)。以非常低的成本由聚碳酸酯商業(yè)制成的塑料吸管可以以大致平行的布置固定在一起。硬芯可選地或另外包括高密度泡沫。硬芯可以為復(fù)合材料夾層提供高的彎曲剛度。在單元的情況下，更具體地，在塑料管的情況下，芯部可以具有多個單元或管，每個具有開口端。與“軟”芯相比，“硬”芯可以增加復(fù)合材料夾層的彎曲剛度。

用于本文公開的實(shí)施方案的任何一個中的合適芯部的更多細(xì)節(jié)可以在PCT國際申請?zhí)栔姓业健獦?biāo)題為“Composite sandwich with high bending stiffness and light weight(具有高彎曲剛度和輕量的復(fù)合材料夾層)”及同時提交(其要求于2014年6月4日提交的標(biāo)題為“Composite sandwich with high bending stiffness and light weight(具有高彎曲剛度和輕量的復(fù)合材料夾層”的美國臨時專利申請第62/007,614號(代理人案卷號P243720.U.S.01)的優(yōu)先權(quán))，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。復(fù)合材料夾層的芯部可以包括一束塑料管，例如吸管，并且可以適合于制造汽車部件，例如底盤。

使用常規(guī)環(huán)氧樹脂例如由開口端的塑料單元(例如管或吸管)形成的“硬”芯可能難以附著到復(fù)合層壓制品(例如，一層或多層在芯部上形成單層的復(fù)合層壓制品)。例如，當(dāng)使用常規(guī)環(huán)氧樹脂時，復(fù)合層壓制品更可能剝離“硬”芯。根據(jù)本文公開的實(shí)施方案的聚合樹脂通過向其提供足夠的粘附性解決包含“硬”芯的復(fù)合材料夾層的剝離問題(例如，通過具有由聚合物/環(huán)氧樹脂混合物形成的微泡沫的較大附著力，該微泡沫可通過開口端至少部分地延伸到單元中)。

相反，當(dāng)將載荷應(yīng)用到芯部的一端上時，“軟”芯可能不會將載荷從芯部的一端傳遞到芯部的另一端，例如，“軟”芯可能由紙板或卡板或低密度泡沫等形成。假設(shè)沖擊沿著Z軸(例如，大致垂直于復(fù)合層壓制品的表面)，“軟”芯可比“硬”芯吸收更多的垂直能量或沖擊(例如，在大致垂直于復(fù)合層壓制品的方向上)?！坝病毙究梢晕崭嗟乃侥芰?，例如沿著垂直于Z軸的復(fù)合層壓制品的平面(例如，在X-Y平面中)。包括紙板的復(fù)合材料夾層可以用于汽車發(fā)動機(jī)罩、汽車表面面板(例如，其中具有最小的氣孔或孔隙率的A級表面面板)、航空航天應(yīng)用或消費(fèi)產(chǎn)品(例如家具)或建筑材料或類似需要能量吸收的應(yīng)用。因?yàn)椤败洝毙静荒軅鬟f基本上垂直于芯部的載荷，而“硬”芯可以傳遞，所以“軟”芯復(fù)合材料夾層與“硬”芯復(fù)合材料夾層的制造工藝不同。用于制造具有“軟”芯的復(fù)合材料夾層的設(shè)備和方法的細(xì)節(jié)公開在PCT國際申請?zhí)栔小?代理人案卷號44353WO01_496714-23)，標(biāo)題為“Composite sturcture Exhibiting Energy Absropion and/or Including a Defect Free Surface(顯示能量吸收和/或包括無缺陷表面的復(fù)合結(jié)構(gòu))”，其與本申請同時提交，并且其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

樹脂組合物

根據(jù)一個或多個實(shí)施方案，聚合樹脂可以包含一種或多種粘度相對低的熱固性塑料和一種或多種熱固性塑料和/或一種或多種粘度相對高的熱塑性塑料的混合物，例如包含聚氨酯和環(huán)氧樹脂的混合物。混合物在室溫下的粘度可能相對低(例如，約40mPa·s或更小)。在一些實(shí)施方案中，下面更詳細(xì)地解釋，聚合樹脂可能包含至少一種硬化劑、至少一種第VIII族金屬材料、至少一種填充材料或至少一種熱塑性塑料中的一種或多種。因?yàn)槠渌哒扯葻峁绦运芰?例如，由Momentive提供的環(huán)氧樹脂EP05475)的粘度通常比低粘度熱固性塑料的相對高，因此聚合樹脂的低粘度可能主要是由低粘度熱固性塑料(例如，聚氨酯，例如由Huntsman聚氨酯提供的在環(huán)境溫度下具有約150厘泊粘度的VITROX)貢獻(xiàn)。聚氨酯的粘度可能為約30-40mPa·s，而環(huán)氧樹脂的粘度可能為約50-70mPa·s(或在特殊情況下為約15mPa·s(對于通過Dow的VoraForce 5300))。本文公開的聚合樹脂可能具有相對短的固化時間，同時顯示其收縮率相對小(例如，低于約3％)。在120℃下環(huán)氧樹脂EP05475的固化時間為5分鐘，Tg為約120℃，而聚氨酯的固化時間可能為約1小時或更長，并且Tg低于約250℃。如本文所用，術(shù)語“固化”或“已固化的”包含至少部分或完全固化或已固化的含義。

聚氨酯熱固性塑料可向聚合樹脂提供一種或多種所期望的抗彎曲性、彈性、低粘度或發(fā)泡能力(例如，在復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的形成期間形成微泡沫的能力)。環(huán)氧樹脂熱固性塑料可向聚合樹脂提供所期望的能量吸收或機(jī)械故障異型材(profile)，例如沿著平行于部件表面的力矢量的脆性斷裂。環(huán)氧樹脂熱固性塑料可以為所得復(fù)合層壓制品提供防水(例如，不漏水的)特性或提供更好的載荷傳遞能力(例如，更堅固的表面)。

在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含至少一種固化劑或硬化劑，該硬化劑可被配置為使聚合樹脂的一種或多種組分固化。例如，當(dāng)聚合樹脂包含環(huán)氧樹脂和聚氨酯時，聚合樹脂可包含用于環(huán)氧樹脂或聚氨酯中的一種或兩種硬化劑。用于環(huán)氧樹脂和聚氨酯的合適的硬化劑可以包含任何已知的用于固化本文公開的環(huán)氧樹脂和聚氨酯的硬化劑。例如，至少一種硬化劑可以包含用于環(huán)氧樹脂的胺基硬化劑和用于聚氨酯的包含硬化劑的多異氰酸酯。固化劑或硬化劑可以以每份聚合樹脂或其組分約1:100至約1:3份固化劑或硬化劑的比例存在于聚合樹脂中。在一些實(shí)施方案中，硬化劑可以構(gòu)成為在約50℃或更高溫度開始固化，例如約50℃至約150℃、約70℃至約120℃、或約70℃至約90℃、或約70℃或更高溫度。

在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂還可包含一種或多種熱固性塑料和熱塑性塑料的混合物，例如環(huán)氧樹脂和熱塑性纖維的混合物，或聚氨酯和熱塑性纖維的混合物，或前述的組合?？梢园瑹崴苄运芰弦韵蚬袒膹?fù)合部件(composite part)提供韌性或彈性。合適的熱塑性塑料可以包含聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮(PEEK)或另一種聚芳醚酮或丙烯酸中的一種或多種。熱塑性塑料可能占約1％至約20％(按體積計)的聚合樹脂。聚合樹脂還可包含具有低粘度的熱固性塑料，例如聚氨酯。聚合樹脂還可包含粘度相對高的熱固性塑料，例如環(huán)氧樹脂，其可以被加熱以降低通過使用壓力罐或商業(yè)噴頭噴涂的粘度。

與僅具有聚氨酯或僅具有環(huán)氧樹脂的樹脂相比，聚合樹脂可能具有更好的載荷傳遞能力以及改進(jìn)的機(jī)械性能，包括更高的剛度、強(qiáng)度、模量和硬度。聚合樹脂在固化期間從未固化的液態(tài)至固化的固態(tài)的低收縮率等于或小于3％(按體積計)，例如約1.5％至約3％、約2％至約3％、約2.5％至約3％、或約2.5％。低收縮率允許對成品復(fù)合組件更好的尺寸控制。

通常環(huán)氧樹脂的保存期限比聚氨酯的短。在一些實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂可在使用前幾小時混合。相比之下，通常聚氨酯的保存期限比環(huán)氧樹脂的長，其基于異氰酸酯化學(xué)過程并且具有可調(diào)節(jié)的保存期限和快速固化能力。在一些實(shí)施方案中，聚氨酯或環(huán)氧樹脂可包含一種或多種阻燃劑組分。例如，聚合樹脂可包含酚醛環(huán)氧樹脂或其等同物。

由于其中一種或多種材料的性質(zhì)，聚合樹脂例如聚氨酯和環(huán)氧樹脂的混合物可能在固化后是防水的。通常，熱固性塑料(例如，聚氨酯微泡沫)可能具有水滲透性，而另一種熱固性塑料(例如，環(huán)氧樹脂)可能是防水的。因此，當(dāng)使用足夠量的防水熱固性塑料時，混合物可能是防水的或水密封的。例如，當(dāng)聚氨酯/環(huán)氧聚合樹脂中的環(huán)氧樹脂的量超過約28％(按體積計)(例如30％(按體積計))時，混合物可大體上顯示防水的特性。

此外，聚合樹脂能夠形成聚氨酯泡沫，這可以增強(qiáng)復(fù)合層壓制品與復(fù)合材料夾層的芯部的結(jié)合。發(fā)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前的公開形成的復(fù)合層壓制品不會從“硬”芯(例如塑料管)上剝離。在本文的一些實(shí)施方案中，在聚合樹脂中期望有選定量的發(fā)泡，例如通過其中的一種或多種組分(例如，反應(yīng)以形成微泡沫的聚氨酯)。作為聚合樹脂泡沫中的聚氨酯，泡沫(例如微泡沫)可以滲入到芯部的單元或管中，從而與芯部形成機(jī)械結(jié)合。這種滲透可在芯部的開口端發(fā)生，并且可包括至少部分從開口端向內(nèi)滲透。

在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含液體混合物或環(huán)氧樹脂和聚氨酯的混合物。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可以包含至多約50％(按體積計)的包含固化劑或硬化劑的環(huán)氧樹脂、高達(dá)約20％(按體積計)的第VIII族金屬材料，剩余體積可能是聚氨酯。當(dāng)混合時，環(huán)氧樹脂可能與聚氨酯反應(yīng)(例如，用熱的方法和/或以化學(xué)方法)。當(dāng)環(huán)氧樹脂的量超過一定量(例如，約40％(按體積計))時，可能發(fā)生不期望的反應(yīng)，這可能引起不期望的熱和/或不受控制的發(fā)泡。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可能包含小于約50％(按體積計)的環(huán)氧樹脂，例如，按體積計，約40％的環(huán)氧樹脂，約5％至約40％、約10％至約35％、約20％至約30％、約20％至約40％、約25％至約35％、約28％至約32％、約20％、約25％、約35％或約30％的聚合樹脂。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含小于約30％(按體積計)的環(huán)氧樹脂。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含小于約20％(按體積計)的環(huán)氧樹脂。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含小于約10％(按體積計)的環(huán)氧樹脂。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂的聚氨酯與環(huán)氧樹脂的比率可以為約1:1或更多，例如約2:1、約2.5:1、約3:1、約3.5:1、約4:1、約5:1、約7:1或約9:1。

在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含聚氨酯、環(huán)氧樹脂和至少一種硬化劑。至少一種硬化劑可以構(gòu)成為使聚合樹脂的一種或多種組分開始固化。至少一種硬化劑可以具體地構(gòu)成為僅使聚合樹脂的一種組分固化。合適的硬化劑可包含用于環(huán)氧樹脂的胺基硬化劑、包含用于聚氨酯的硬化劑的聚異氰酸酯或適于使本文公開的聚合樹脂的一種或多種組分固化的任何其他硬化劑。在一個實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂可能是約10％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，至少一種硬化劑可以以聚合樹脂或其組分的約1:100至約1:3的比例存在(例如，硬化劑與環(huán)氧樹脂或硬化劑與樹脂的比例為1:5)(按體積計)，并且聚氨酯可構(gòu)成至少一些聚合樹脂的余量。在一個實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂可能是約25％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，至少一種硬化劑可以以聚合樹脂或其組分(例如，環(huán)氧樹脂或聚氨酯)的比例約1:10至約1:3或約1:5至約1:5至約1:3(按體積計)存在，并且聚氨酯可構(gòu)成至少一些聚合樹脂的余量。根據(jù)要求的時間應(yīng)用聚合樹脂，一定量的至少一種硬化劑被構(gòu)成為或被使用以足以使聚合樹脂在所期望的時間內(nèi)固化(例如，至少部分硬化)，例如約3小時或更短、約2小時或更短、約1小時或更短、約30分鐘或更短、約20分鐘或更短、約15分鐘或更短、或約10分鐘或更短的時間。

足以在環(huán)氧樹脂和聚氨酯之間引起不希望的或不受控制的反應(yīng)(例如，不受控制的發(fā)泡)的環(huán)氧樹脂的體積百分率或比例可隨著第VIII族金屬材料的添加而變化。第VIII族金屬材料可用于穩(wěn)定或調(diào)節(jié)聚合樹脂中環(huán)氧樹脂和聚氨酯的反應(yīng)。第VIII族金屬材料可包括鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、包含其中一種或多種的陶瓷(例如，鐵氧體)或包含其中任何一個的合金。第VIII族金屬材料可以等于或小于20％(按體積計)的聚合樹脂，例如為聚合樹脂的體積的約0.1％至約20％、約0.5％至約10％、約1％至約5％、約2％、約3％、或約4％或更少。在一些實(shí)施方案中，第VIII族金屬材料可能是按體積計約15％的聚合樹脂，小于約10％、小于約5％或小于約1％的聚合樹脂。通過將第VIII族金屬材料添加到聚合樹脂中，可以增加其中的環(huán)氧樹脂的量以提供所期望的表面硬度和/或產(chǎn)生基本上不漏水的表面。例如，隨著聚合樹脂中環(huán)氧樹脂的體積百分比增加到約25％以上，固化的復(fù)合材料開始顯示防水性能。如果在最終產(chǎn)品中期望具有防水性能，那么聚合樹脂可包括約28％(按體積計)或更多的環(huán)氧樹脂，例如，按體積計，約30％或更多、約30％至約50％、約32％至約40％或約35％的環(huán)氧樹脂。隨著聚合樹脂中環(huán)氧樹脂的量的增加，為了減少或基本上消除所得復(fù)合材料中的針孔或微孔，可以添加第VIII族金屬材料以減少或控制發(fā)泡。盡管第VIII族金屬材料可以幫助穩(wěn)定聚合樹脂，但是第VIII族金屬材料會增加聚合樹脂和復(fù)合組件(component)的成本或增加聚合樹脂的粘度。

在一些實(shí)施方案中，可以將一種或多種填料添加到聚合樹脂混合物中以減少固化期間的收縮。例如，如果選擇非?？焖俚毓袒h(huán)氧樹脂，例如Dow Voraforce 5300，則快速固化環(huán)氧樹脂的收縮率顯示比較慢固化環(huán)氧樹脂的收縮率高，例如對于Voraforce 5300約7％(按體積計)。在一些實(shí)施方案中，利用聚合樹脂中的一種或多種填料可以減少相同樹脂中的這種收縮。這種填料可包含碳酸鈣、氫氧化鋁、氧化鋁粉、硅粉、硅酸鹽、金屬粉末或任何相對惰性或不溶(在聚合樹脂中)鹽中的一種或多種。過量的填充材料可能導(dǎo)致固化的復(fù)合材料顯示不合需要的脆性。在一些實(shí)施方案中，填料可以是聚合樹脂體積的約30％或更少，例如為聚合樹脂體積的約1％至約30％、約2％至約20％、約5％至約15％、約10％至約30％、約1％至約10％、大于0％至約10％、約1％至約7％、約3％至約9％、小于約10％或約25％。在一些實(shí)施方案中，填料可以是聚合樹脂體積的約10％或更多，例如約50％或約75％。當(dāng)樹脂固化時，填充材料不像聚合樹脂那樣收縮。因此，被填充材料取代的聚合樹脂的體積在所得復(fù)合材料中提供了穩(wěn)定的體積，從而減少復(fù)合材料的總體收縮。這種填料可以允許更快的固化時間，同時減少通常在快速固化期間發(fā)生的收縮。例如，本文公開的聚合樹脂的固化時間可能降低至約6分鐘或更短，例如約3分鐘或更短、約90秒或更短、約60秒或約40秒，同時保持收縮低于3％(按體積計)。盡管填料可有助于減少或消除收縮，但填料可能增加聚合樹脂和復(fù)合組件的成本或增加聚合樹脂的粘度。在一個實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂、聚氨酯、熱塑性塑料、第VIII族金屬材料或填充材料中的一種或多種的組合可以被配置為提供小于約3％(按體積計)的凈收縮率和/或仍然顯示足夠低的粘度以將其在相對低的壓力下從噴嘴中噴出。

當(dāng)聚合樹脂的粘度相對高(例如，高于約90psi)時，可能更難以噴涂聚合樹脂，并且可能需要更長的時間和/或更高的管路壓力來噴涂聚合樹脂。在未固化狀態(tài)下，本文公開的聚合樹脂可能在高溫下顯示相對低的粘度(例如，容易流動)，并且可以更容易地手工地鋪展或用低成本工具(例如壓力罐和噴霧器)在相對低的壓力(例如，在約90psi或低于約90psi)下噴涂，這可以顯著地降低與商業(yè)液體噴頭相關(guān)的高成本，同時向包含其的固化復(fù)合層壓制品提供所期望的彈性和/或機(jī)械故障異型材。利用壓力罐的聚合樹脂噴霧器可適用于原型或相對小部件的小批量生產(chǎn)。

在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含環(huán)氧樹脂、聚氨酯，以及至少一種熱固性塑料、至少一種硬化劑、至少一種第VIII族金屬材料或至少一種填充材料中的一種或多種。上述聚合樹脂組分中的一種或多種可以與本文公開的各個體積量的任何一種彼此組合使用而沒有限制。例如，在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂可以包含聚氨酯、環(huán)氧樹脂和至少一種熱塑性塑料(例如PEEK)。環(huán)氧樹脂可為約10％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，熱塑性塑料可為約1％至約20％(按體積計)的聚合樹脂，且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量。在一個實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂可為約25％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，熱塑性塑料可為約3％至約15％(按體積計)的聚合樹脂，且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量。

在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含聚氨酯、環(huán)氧樹脂和至少一種第VIII族金屬材料。環(huán)氧樹脂可為約10％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，至少一種第VIII族金屬材料可為約0.1％至約20％(按體積計)的聚合樹脂，且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量。在一個實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂可為約25％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，至少一種第VIII族金屬材料可為約5％或更少(按體積計)的聚合樹脂，且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量。

在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含聚氨酯、環(huán)氧樹脂和至少一種填充材料。環(huán)氧樹脂可為約10％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，至少一種填充劑材料可為約1％至約30％(按體積計)的聚合樹脂，且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量。在一個實(shí)施方案中，環(huán)氧樹脂可為約25％至約35％(按體積計)的聚合樹脂，至少一種填料可為約1％至約10％或約3％至約20％(按體積計)的聚合樹脂，且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量。

在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含聚氨酯、環(huán)氧樹脂、至少一種熱塑性塑料、至少一種硬化劑、至少一種第VIII族金屬材料和至少一種填料中的一種或多種。當(dāng)存在這些組分時，環(huán)氧樹脂可為約10％至約40％(例如約10％至約35％或約25％至約35％)(按體積計)的聚合樹脂，熱塑性塑料可為約1％至約20％(例如，約3％至約15％)(按體積計)的聚合樹脂，至少一種硬化劑可以以聚合樹脂或其組分約1:100至約1:3(例如約1:10至約1:3或約1:5至約1:3)(按體積計)的比例存在，至少一種第VIII族金屬材料可為約0.1％至約20％(例如約10％或更小或約5％或更小)(按體積計)的聚合樹脂，至少一種填充材料可為約1％至約30％(例如約1％至約10％或約3％至約20％)(按體積計)的聚合樹脂，并且聚氨酯可構(gòu)成聚合樹脂的余量(例如，約10％至約90％或約25％至約75％)(按體積計)。

應(yīng)用聚合樹脂的設(shè)備和方法

本文公開的聚合樹脂可以通過噴涂或手工鋪展(例如，通過泥刀、滾筒、刷子或抹刀)中的一種或多種應(yīng)用到復(fù)合結(jié)構(gòu)的纖維片材、芯部或其他部件上。使用壓力罐或容器可以容易地以比常規(guī)液體噴頭低得多的成本將聚合樹脂噴涂到纖維片材上。壓力罐是一種用于原型和小部件的小批量生產(chǎn)的低成本替代物。圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于噴涂聚合樹脂的壓力罐的簡化圖。壓力罐100(例如，熱壓力罐或能夠保持或建立壓力并加熱流體的其他壓力容器)包括具有蓋116的壓力容器118，每個壓力容器118構(gòu)造為保持增加的壓力。壓力容器118在其中保持溫?zé)崃黧w(例如，水)102，以加熱容器110中的液體聚合樹脂104。容器110可包括剛性和/或彈性容器，例如塑料袋。容器110可以由基本上惰性的材料(例如，基本上對聚合樹脂的組分惰性的)構(gòu)成。第一管114可以連接到容器110以供應(yīng)呈液態(tài)的樹脂104的一種或多種成分，并且第二管112可以連接到容器110，以供應(yīng)也呈液態(tài)的樹脂104的一種或多種不同的成分。

圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的在混合聚合樹脂和硬化劑之前圖1A的容器的簡化圖。在容器110內(nèi)，分隔物108可在噴涂之前將聚合樹脂104A與硬化劑104B分離。第一管114可以連接到容器110以提供呈液態(tài)的樹脂104A，第二管112可以連接到容器110以提供也呈液態(tài)的硬化劑104B。當(dāng)分隔物108被撤掉時，樹脂104A和硬化劑104B混合。在將容器110放入壓力罐118內(nèi)的水102中之前，表示第一管和第二管的112和114中的一個一定要密封或連接到壓力源，而另一個管可以保持打開以用作噴涂聚合樹脂的出口。在一個實(shí)施方案中，溫?zé)崃黧w可能是加熱的液體(例如水)或氣體(例如蒸汽)。

圖2是根據(jù)實(shí)施方案的圖1A的壓力罐的等距視圖。壓力罐200包括到出風(fēng)口的空氣連接件202，其提供大約90psi的空氣壓力。壓力罐200可以在通常小于90psi，例如70psi的壓力下從連接件204噴涂聚合樹脂。在一些實(shí)施方案中，壓力罐200可以在約105psi的空氣壓力下噴涂聚合樹脂。在一些實(shí)施方案中，壓力罐200或其中的塑料袋中的一個或多個可包括其中的攪拌元件。攪拌元件可包括超聲處理器(例如，超聲波儀)、攪拌棒或其他任何振動或攪動構(gòu)件。例如，壓力罐200可被配置為具有可調(diào)節(jié)的溫度控制的超聲波浴。

圖3是根據(jù)實(shí)施方案的包含聚合樹脂的塑料袋的等距視圖。如圖所示，塑料袋302(例如，容器)包含預(yù)混合的聚合樹脂，該預(yù)混合的聚合樹脂包含硬化劑?？蓪⑺芰洗胖迷谟糜诩訜崞渲械木酆蠘渲膲毫?00中。塑料袋302包括連接件204，以在將塑料袋放置在壓力罐200中時輸出聚合樹脂。塑料袋可以由選擇為保持對聚合樹脂或其組分基本上惰性的塑料材料制成。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于噴涂聚合樹脂的方法的流程圖。方法400從在步驟402處在容器中混合樹脂和硬化劑以形成聚合樹脂開始?？梢酝ㄟ^使用手或其他工具在室溫下擠壓袋子來進(jìn)行混合?？梢酝ㄟ^利用攪動構(gòu)件來輔助混合?；旌峡砂ɑ旌系谝粺峁绦运芰?例如，聚氨酯)、第二熱固性塑料(例如，環(huán)氧樹脂)、第VIII族金屬材料(例如，鐵氧體)、熱塑性塑料、填料或硬化劑中的一種或多種。

方法400包括在步驟406處將容器放置在壓力罐中以加熱聚合樹脂。壓力罐中的流體溫度可能低于硬化劑開始固化的溫度。例如，當(dāng)聚合樹脂是聚氨酯和環(huán)氧樹脂的混合物時，水可以保持在低于硬化劑的固化溫度(例如約50℃)的應(yīng)用(例如，噴涂)溫度，而硬化劑在高溫下例如約70℃開始固化?？梢赃x擇硬化劑以在相同溫度下為環(huán)氧樹脂和聚氨酯獲得相似或相同的固化時間。由于聚合樹脂中的一種熱固性塑料較長時間仍然處于未固化，因此相同或相似的固化時間可讓兩種熱固性塑料(例如，環(huán)氧樹脂和聚氨酯)在不延長固化過程的情況下一起完成固化。

在另一個實(shí)施方案中，當(dāng)聚合樹脂包含環(huán)氧樹脂時，水可以保持在較高的應(yīng)用(例如，噴涂)溫度下以降低粘度，例如在約80℃-85℃或更低的溫度，同時用于環(huán)氧樹脂的固化劑可以在約90℃開始固化。通過預(yù)熱聚合樹脂而沒有開始固化，可以在應(yīng)用之前降低聚合樹脂的粘度(例如，在約70℃下降至約300厘泊或更低)，這使得更容易在低壓下噴涂聚合樹脂。此外，由于對于預(yù)熱的聚合樹脂可以花費(fèi)較少時間達(dá)到凝膠點(diǎn)，因此可以通過在壓力罐或商業(yè)噴霧系統(tǒng)中預(yù)熱樹脂來縮短聚合樹脂的固化時間，從而聚合樹脂可以在更短的時間內(nèi)固化。

在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂包含聚氨酯和環(huán)氧樹脂的混合物，并且選定溫度以保持聚合樹脂所期望的粘度，而基本上沒有固化聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，可以選定溫度以保持聚合樹脂的粘度低于約300厘泊而沒有固化聚合樹脂。壓力罐中的溫度可以為約90℃或更低，例如約40℃至約85℃、約50℃至約70℃、約50℃、約80℃或約65℃或以下以保持聚合樹脂的粘度低于約300厘泊。

方法400進(jìn)一步包括在步驟410處以低壓噴涂聚合樹脂。(低)壓力可以從出風(fēng)口提供，其通常為90psi。通過利用來自出風(fēng)口的空氣源，不需要額外的壓縮機(jī)等。為了安全，噴涂壓力可以低于90psi，例如，可以使用70psi。

使用聚合樹脂浸漬纖維片材的纖維的一個好處是允許使用低壓通過壓力罐或商業(yè)噴霧系統(tǒng)容易地噴涂聚合樹脂。聚合樹脂可包含在室溫下粘度高的熱固性塑料(例如，約50-70mPa·s或更高)和在室溫下粘度低的熱固性塑料(例如，低于約40mPa·s)的混合物，并且還可以任選地包含用于提高韌性的熱塑性塑料(例如，混合的纖維)、用于穩(wěn)定聚氨酯和環(huán)氧樹脂反應(yīng)的第VIII族金屬材料和/或用于減少收縮的填充材料中的一種或多種。可以構(gòu)成聚合樹脂混合物使得聚合樹脂粘度低，在如上所述的噴涂之前可以通過加熱壓力罐中的聚合樹脂來進(jìn)一步降低粘度。另外，商業(yè)液體噴頭也可用于噴涂聚合樹脂。然而，商用液體噴頭比壓力罐貴得多。因此，當(dāng)使用壓力罐時，用于噴涂聚合樹脂的工具成本顯著降低。商業(yè)液體噴頭更適合于并且用于大批量生產(chǎn)大型零部件，并且可以與本文公開的任何實(shí)施方案一起使用。

碳纖維和來自RTM廢料的回收纖維

碳纖維可以由束來提供，例如通過TORAY 1k、3k、6k、12k、24k和48k提供。碳纖維還可包含在纖維的外表面上的一些粘合劑，使得當(dāng)將碳纖維加熱至高溫時，纖維可以捆扎在一起。來自RTM的纖維廢料可能非常高，例如高達(dá)約40％，這取決于產(chǎn)品的形狀或幾何結(jié)構(gòu)。纖維廢料可以在RTM操作之前通過從原始(例如，未使用的)纖維片材中切割多余的纖維來產(chǎn)生。纖維廢料通常是以片材形式，沒有來自RTM的任何樹脂。過量或廢的纖維可以回收供以后使用?；厥盏睦w維片材可由任何類型的廢纖維形成，例如碳纖維、玻璃纖維或塑料纖維。具體地，首先可將廢纖維片材切成較小的方塊，例如35×35mm²。然后，可將廢纖維片材的較小的方塊粉碎以將該束破碎成細(xì)絲或單根纖維，其可成為回收的纖維片材?；厥盏睦w維片材比原始纖維便宜得多。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于形成回收的纖維片材的簡化裝置。裝置500可包括移動帶506、料斗502和兩個輥?zhàn)?08A-B。為了從回收的纖維來制造纖維片材，可通過料斗502，其包括在其底部的開口504，將細(xì)絲沉積在移動帶506上，可以搖動以通過開口504將不連續(xù)的纖維512任意地布置在帶506上。移動帶506可以穿過兩個熱輥?zhàn)?08A-B來形成纖維片材510，該纖維片材包含任意朝向的不連續(xù)纖維512，并且因?yàn)槔w維沿著帶506的移動方向被稍微定向，因此其可能接近準(zhǔn)各向同性。兩個輥?zhàn)?08A-B可被加熱到高溫，例如約80℃，使得通過纖維的外表面上的粘結(jié)劑將纖維結(jié)合在一起。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的制備之后圖5的纖維片材510的照片。纖維片材510可被針刺以形成孔602，以允許聚合樹脂流過纖維形成復(fù)合層壓制品，如圖6所示。聚合樹脂嵌入任意朝向的不連續(xù)纖維。

多個纖維片材可用于形成復(fù)合層壓制品(例如，在芯部上形成單層的一個或多個層)或表層。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在兩個纖維片材之間具有網(wǎng)孔的圖5的纖維片材的照片。多個纖維片材700包含放置在兩個纖維片材704A和704B之間的塑料網(wǎng)702，如圖7所示。網(wǎng)702可以幫助將不連續(xù)纖維保持在片材中。網(wǎng)702可由塑料形成，包括但不限于尼龍或聚酰胺。

用于形成復(fù)合材料夾層的聚合樹脂

聚合樹脂可用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括夾在至少兩個復(fù)合層壓制品(“復(fù)合材料夾層”)之間的芯部，例如在芯部的每一側(cè)上的一個或多個復(fù)合層壓制品。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含第一熱固性塑料和第二熱固性塑料的液體混合物，其可以浸漬纖維片材以形成復(fù)合層壓制品，其可以粘結(jié)到芯部的端部以形成復(fù)合材料夾層。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含一種或多種熱固性塑料和熱塑性塑料的混合物，例如環(huán)氧樹脂或聚氨酯與混合的熱塑性纖維(例如PEEK纖維)。聚合樹脂可包含其中的一種或多種硬化劑。一種或多種硬化劑可被構(gòu)造成使一種或多種聚氨酯或環(huán)氧樹脂固化。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含填充材料。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含至少一種第VIII族金屬材料。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含第一熱固性塑料、第二熱固性塑料和一種或多種另外的材料(例如至少一種硬化劑、至少一種第VIII族金屬材料、至少一種填充材料或至少一種熱塑性塑料)的液體混合物。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含單一熱固性塑料，例如聚氨酯或環(huán)氧樹脂，以及一種或多種另外的材料，例如至少第二熱固性塑料、至少一種硬化劑、至少一種第VIII族金屬材料、至少一種填充材料、或至少一種熱塑性塑料?？梢允褂脡毫?00或200或商業(yè)噴涂系統(tǒng)將聚合樹脂噴涂到纖維片材510上，或者如本文所公開的可手工地將聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材510上。纖維片材可以被針刺以形成孔，以允許聚合樹脂流過以接觸可由塑料管形成的芯部的端部。

芯部可以是“軟”芯或“硬”芯。“軟”芯可以包括紙板、卡板、低密度泡沫等?！坝病毙究梢园ㄓ伤芰瞎?、高密度泡沫、蜂窩等限定的多個單元。

聚合樹脂還可以用于形成復(fù)合層壓制品，例如本文公開的那些中的任一種。于2014年6月4日提交的名稱為“Composite Laminate Free of Surface Defects(不含表面缺陷的復(fù)合層壓制品)”的美國臨時專利申請第62/007,652號(代理人案卷號P243722.US.01)公開了用于制造不含表面缺陷(例如針孔)的復(fù)合層壓制品的設(shè)備和方法，其整體通過引用并入本文。商業(yè)上可接受的運(yùn)載工具主體組件可能需要表面基本上沒有針孔、氣孔或其他表面缺陷，使得該表面可顯示拋光的(例如，明亮的)表面光潔度。本文已經(jīng)研制了低成本技術(shù)來制造沒有表面缺陷的復(fù)合組件。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包含由吸管制成的“硬”芯的復(fù)合材料夾層的照片。復(fù)合材料夾層800包含頂部復(fù)合層壓制品802或表層、由捆在一起的塑料吸管806形成的芯部、以及底部復(fù)合層壓制品804。

頂部復(fù)合層壓制品802和底部復(fù)合層壓制品804包含嵌入任意朝向的不連續(xù)碳纖維的聚合物基質(zhì)。聚合物基質(zhì)包含環(huán)氧樹脂和聚氨酯泡沫的混合物，其在固化環(huán)氧樹脂和聚氨酯的液體混合物期間形成。碳纖維提供了復(fù)合層壓制品802和804的加固。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，聚合樹脂可以用于任何纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。纖維可以是碳纖維、玻璃纖維或塑料纖維，例如聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。

在一些實(shí)施方案中，如下文更詳細(xì)解釋的，復(fù)合層壓制品還可包含嵌入聚合物基質(zhì)中的定向的或?qū)R的連續(xù)纖維。定向的或?qū)R的連續(xù)纖維的性能可比不連續(xù)纖維的高，并且比不連續(xù)纖維(例如織物纖維)更美觀，但是成本更高。包含定向的連續(xù)纖維的層壓制品可能不像包含不連續(xù)纖維的層壓制品那樣拉伸。不連續(xù)纖維可能是低成本的回收的碳纖維，例如，來自RTM或其他來源的廢纖維的回收的纖維。廢纖維的成本低于未使用的原始纖維。

在約130℃下聚合樹脂的凝膠時間為約40秒。在約130℃下聚合樹脂可在幾分鐘內(nèi)固化。固化時間可隨環(huán)氧樹脂的供應(yīng)源而變化。例如，來自Momentive的快速固化環(huán)氧樹脂EP05475比來自DOW Chemical的環(huán)氧樹脂Voraforce 7500固化慢。具體地，對于來自Momentive的環(huán)氧樹脂，固化時間可能需要約5分鐘，而來自DOW Chemical的環(huán)氧樹脂的固化時間可能需要約3分鐘或更少。當(dāng)聚合樹脂固化時，聚氨酯可以通過與聚合樹脂中的聚氨酯或環(huán)氧樹脂相關(guān)的水反應(yīng)(例如，冷凝或少量的污染水)形成微泡沫。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂中或附近的水或水氣可通過可能引起與聚合樹脂反應(yīng)的固化過程的熱(例如，在約130℃)轉(zhuǎn)化為蒸汽，從而在聚合樹脂中形成泡沫。聚合樹脂可在固化期間收縮?？梢栽诠袒鬁y量收縮率。在固化后聚合樹脂的收縮率相對低，例如在任何維度上等于或小于3％。希望低收縮率以有助生產(chǎn)尺寸精確并且一致性的復(fù)合組件。

如上所述由于聚合樹脂中的聚氨酯可在高溫下與纖維中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此可以在應(yīng)用聚合樹脂之前干燥碳纖維。在一些實(shí)施方案中，可能不期望發(fā)生導(dǎo)致發(fā)泡的這種化學(xué)反應(yīng)。

聚合樹脂，包含第一熱固性塑料(例如環(huán)氧樹脂)和第二熱固性塑料(例如聚氨酯)的混合物，任選地包含用于提高固化的聚合樹脂或填充材料的韌性(例如，彈性)的熱塑性塑料(例如，混合的熱塑性纖維)，可能具有比單獨(dú)的熱固性塑料好的幾個益處。如上所述，包含環(huán)氧樹脂和聚氨酯的混合物的聚合樹脂與塑料管很好地結(jié)合，并且不像單獨(dú)的環(huán)氧樹脂那樣從其中分離(例如，剝離)。由混合和/或在固化期間形成的微泡沫(例如，聚氨酯泡沫)非常好地附著到“硬”芯(例如，塑料管)，使得復(fù)合層壓制品不從“硬”芯上剝離。例如，這樣形成的微泡沫可至少部分地延伸到單元中或至少部分地填充單元(例如，延伸到塑料管的開口端一段距離)，以與“硬”心形成強(qiáng)機(jī)械結(jié)合。相比之下，復(fù)合層壓制品中的常規(guī)環(huán)氧樹脂由于其中缺少泡沫(例如，微泡沫)而不粘附“硬”芯，確切地說發(fā)現(xiàn)復(fù)合層壓制品容易從“硬”芯的端部剝離。

另外，聚合樹脂也可不同于聚氨酯，例如用于Bayer Preg的VITROX。例如，聚氨酯微泡沫可以允許水通過其滲透，并且可以比環(huán)氧樹脂更軟。包含環(huán)氧樹脂和聚氨酯的混合物的聚合樹脂可為復(fù)合材料夾層提供硬表面，并且也比單獨(dú)的聚氨酯更防水。在一些實(shí)施方案中，可以使用較高量的環(huán)氧樹脂以賦予固化的復(fù)合組件的表面防水特性。在一些實(shí)施方案中，一層或多層環(huán)氧樹脂或具有較大體積％的環(huán)氧樹脂的聚合樹脂可被放置在聚合樹脂的一個或多個側(cè)面上，以賦予其防水特性。

聚合樹脂可以在纖維之間傳遞載荷。一種熱固性塑料的載荷傳遞能力可比另一種熱固性塑料的載荷傳遞能力好。例如，環(huán)氧樹脂比聚氨酯更堅固，因此纖維的載荷傳遞能力比聚氨酯的好，使得兩種熱固性塑料(例如，環(huán)氧樹脂和聚氨酯的混合物)，任選的熱塑性塑料(例如，混合的熱塑性塑料纖維)可具有改善的機(jī)械性能。在固化時一種熱固性塑料的彈性可比另一種熱固性塑料的高。例如，聚氨酯比環(huán)氧樹脂更具彈性(例如，在低壓下環(huán)氧樹脂比聚氨酯經(jīng)受脆性破壞(破碎))，并且可允許包含其的部分收縮或彎曲而不斷裂。

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)

上面公開的聚合樹脂和纖維可以用于制備復(fù)合結(jié)構(gòu)，例如下面公開的復(fù)合材料夾層?？梢岳弥辽俨糠纸Y(jié)合在聚合樹脂中的一層或多層纖維(例如，纖維片材)來形成適合用于本文的復(fù)合結(jié)構(gòu)中的復(fù)合層壓制品。本文公開的任何聚合樹脂可用于形成本文公開的任何復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)，而不限于此。

圖9示出了根據(jù)實(shí)施方案的復(fù)合材料夾層。如圖所示，復(fù)合材料夾層900可包括夾在復(fù)合層壓制品之間的芯部906。具體來說，復(fù)合材料夾層900可包括一個或多個復(fù)合層壓制品(例如，一個或多個復(fù)合層壓制品層)，例如在芯部906的底部的兩個復(fù)合層壓制品908A-B和頂部復(fù)合層壓制品904。在一些實(shí)施方案中，芯部906可以包括，諸如由通過相應(yīng)的單元壁(例如，諸如吸管或其他等效結(jié)構(gòu)的塑料管)限定的多個單元形成的一個或多個“硬”組件。芯部906可以包括多個(例如，束)至少類似地朝向的管狀構(gòu)件(例如，諸如吸管的聚碳酸酯單元)，例如管1和2。管可通過例如一體成形(例如，擠壓或模制在一起)、粘合劑、諸如在單獨(dú)擠壓之后粘合在一起的熱粘合(例如，熔化)、或任何其他合適的附接方法結(jié)合在一起。管可以構(gòu)成為在應(yīng)用特定量的熱量時至少部分軟化或熔化。例如，管可以被構(gòu)造以軟化或熔融并且至少部分地壓縮，同時在模具中，使得所得到的夾層結(jié)構(gòu)可以至少部分地符合模具的形狀。在壓縮之前可以選定每根管的長度以在向其應(yīng)用熱和/或壓力時提供期望的柔量。例如，管的長度或高度可以為約100μm至約10cm、約1mm至約5cm、約5mm至約3cm、約250μm至約1cm、約1cm至約5cm、約1mm至約5mm、約5mm至約1cm、約7mm或約1cm。管可大體上顯示相似的高度和/或直徑。例如，管可具有約1mm或更大的直徑，例如約1mm至約5cm、約3mm至約3cm、約5mm至約1cm、約6mm、小于約2cm、或小于約1cm。雖然本文所述的單元(例如，管)有圓形橫截面形狀，但是單元可大體上顯示多邊形的橫截面形狀(例如，三角形、矩形、五邊形等)、橢圓形橫截面形狀或無定形形狀(例如，沒有固定模式或者是圓形和多邊形的組合)。單元可由在相鄰單元或管之間具有共同壁的單個整體結(jié)構(gòu)限定。雖然本文使用術(shù)語“單元”或“管”，但是在一些實(shí)施方案中，單元或管可以包括在一個或多個封閉端上；或顯示不同于管狀的結(jié)構(gòu)(例如，圓形)，例如多邊形(例如，多個封閉的或開放的五邊形單元)，或其間沒有連接的側(cè)面的結(jié)構(gòu)(例如，擋板)。

在一些實(shí)施方案中，芯部906可包括諸如紙板或卡板的“軟”部件。紙板或卡板可為所得到的夾層結(jié)構(gòu)提供聲音阻尼特性。在一些實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層可包括一層或多層軟和/或硬組件，例如在芯部中或具有軟組件和硬組件的交替芯部，其間具有一個或多個復(fù)合層壓制品。在一些實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層可包括在一個或多個復(fù)合層壓制品中(例如介于908A和908B之間)的一個或多個內(nèi)層芯板。在一些實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層可包括復(fù)合層壓制品之間的一個或多個內(nèi)層芯板。

復(fù)合層壓制品904和908A-B可由纖維910形成，例如如圖所示的其中具有固化的聚合樹脂的任意朝向的不連續(xù)纖維(例如，圖6和圖7所示的那些)或連續(xù)纖維。纖維可包含本文公開的任何纖維，例如碳纖維。

在一些實(shí)施方案中，頂部復(fù)合層壓制品904可朝芯部906的一端輕微地壓印(例如，延伸到)進(jìn)入到側(cè)壁912之間的每個單元(例如，管)中，例如通過朝其中的點(diǎn)延伸，如虛線914A所示。底部復(fù)合層壓制品908A和908B還可以朝側(cè)壁912之間的每個管(例如，管1-8)的另一端輕微地壓印，例如通過朝其中的點(diǎn)延伸，如虛線914B所示。這種壓印可以在芯部906和在其中延伸的復(fù)合層壓制品層之間提供機(jī)械結(jié)合。由于與支撐復(fù)合層壓制品的側(cè)壁的距離，層壓制品可能在鄰近每個管開口或單元的中間壓印程度較大。復(fù)合層壓制品908A或908B的壓印或突出可能在復(fù)合材料的相鄰?fù)鈱由弦鹣鄳?yīng)的壓痕，其可以延伸到復(fù)合材料夾層中的復(fù)合材料的表面。這種現(xiàn)象被稱為“復(fù)印效應(yīng)”。復(fù)印效應(yīng)在靠近管的開口端部分的中心處比在側(cè)壁912附近更深。復(fù)合層壓制品904和908A和908B可能具有自芯部906的復(fù)印效應(yīng)，導(dǎo)致復(fù)合材料夾層900的一個或多個部分(例如復(fù)合層壓制品904,908A或908B)和/或非卷曲織物層中的表面凹陷或斷片。在一些實(shí)施方案(未示出)中，聚合樹脂可以從芯部906的一側(cè)或兩側(cè)基本上完全延伸到芯部906中。

當(dāng)嵌入纖維的聚合樹脂固化時，單個復(fù)合層壓制品層可能約0.2mm厚或更厚。所得的具有一層或多層復(fù)合層壓制品和/或芯部的復(fù)合材料夾層可能約0.4mm厚或更厚，例如約0.4mm厚至約20cm厚、約0.6mm厚至約10cm厚、約2mm厚至約5cm厚、約5mm厚至約2cm厚、約1mm厚或約5mm厚。

復(fù)合材料夾層900還可包含在復(fù)合層壓制品904的頂部上的非卷曲織物(“NCF”)902增強(qiáng)材料或織物。NCF可由兩個或多個單向連續(xù)纖維的層片或?qū)?、或在一些情況下由任意朝向的不連續(xù)纖維或其混合物組成。每個單獨(dú)的層相對于另一層可以以不同的軸或不同的角度被定向，例如，0°和90°，或45°等其他角度。根據(jù)層的數(shù)量和每層的定向，單向、雙軸、三軸或更大的構(gòu)型可以組裝成一個NCF織物系統(tǒng)。NCF或織物可包含在其中的聚合樹脂。聚合樹脂可被配置為復(fù)合材料夾層900提供符合要求的表面光潔度。在一個實(shí)施方案中，NCF 902可具有雙軸構(gòu)型(例如，其間具有相對0°和90°關(guān)系的纖維)。雙軸NCF具有雙向強(qiáng)度和剛度以及柔性強(qiáng)度和剛度。NCF可以在高載荷區(qū)域中提供比單獨(dú)的復(fù)合層壓制品更大的拉出載荷或抗拉強(qiáng)度。NCF 902還可減少來自復(fù)合芯部的復(fù)印效應(yīng)。復(fù)合材料夾層900可用于生產(chǎn)其他應(yīng)用中的汽車地板。復(fù)合材料夾層900還可用于具有面向汽車車身外部的NCF 902的汽車車身(例如，成品表面)。復(fù)合材料夾層900還可包含在底部復(fù)合層壓制品908A-B上的另一個NCF(未示出)，以增加復(fù)合材料夾層的韌性(例如，拉出載荷)。

圖10示出了根據(jù)實(shí)施方案的復(fù)合材料夾層。如圖所示，復(fù)合材料夾層1000可包含夾在復(fù)合層壓制品之間的輕重量的芯部。具體地，復(fù)合材料夾層1000可包括一個或多個復(fù)合層壓制品。例如，在芯部906的底部上的兩個復(fù)合層壓制品1004A-B和在芯部906的頂部上的兩個頂部復(fù)合層壓制品1002A-B。復(fù)合層壓制品1002A-B和1004A-B中的每一個可由纖維910形成，例如包含具有固化的聚合樹脂的所描述的任意朝向的不連續(xù)纖維(例如，圖6和圖7中所示的那些)或連續(xù)纖維的纖維片材或纖維網(wǎng)。復(fù)合層壓制品1002A-B和1004A-B也可具有自芯部906的復(fù)印效應(yīng)。頂部復(fù)合層壓制品1002A和1002B可朝側(cè)壁912之間的每個管(例如，管1-8)的一端輕微地壓印，例如通過朝其中的點(diǎn)延伸，如虛線1014A所示。類似地，底部復(fù)合層壓制品1004A和1004B可朝每個管的另一端輕微地壓印，例如通過朝其中的點(diǎn)延伸，如虛線1014B所示。由于與支撐復(fù)合層壓制品的側(cè)壁912的距離，因此層壓制品在每個管的中間附近壓印程度較大。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層1000可能不包含NCF，使得其可以具有比包含NCF(s)的復(fù)合材料夾層900更低的拉出載荷。由于復(fù)合材料夾層1000的復(fù)合層壓制品中的任意朝向的纖維，復(fù)合材料夾層1000可能不具有與復(fù)合材料夾層900同樣的外觀吸引力，但是其可用于制造部件，包括用于汽車的前隔板和后隔板。

在一些實(shí)施方案中，芯部906可由多個類似于飲用吸管的管(例如，包括共享共用壁的多個共擠壓聚碳酸酯管的整體結(jié)構(gòu))形成。在一些實(shí)施方案中，芯部906可由多個管(例如，管狀單元或構(gòu)件)形成，這些管單獨(dú)地被擠壓，隨后被結(jié)合在一起。芯部的密度為約70kg/m³以及單元高度約7mm。芯部906的密度為約20kg/m³或更高，例如約20kg/m³至約150kg/m³、約40kg/m³至約100kg/m³、約60kg/m³至約80kg/m³、或約65kg/m³至約75kg/m³。芯部的初始單元高度為約100μm至約10cm、約1mm至約5cm、約5mm至約3cm、約250μm至約1cm、約1cm至約5cm、約1mm至約5mm、約5mm至約1cm、約7mm或約1cm。在芯部中使用聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯或其他塑料可以在對芯部應(yīng)用張力時比存在于卡板或紙板中提供更大的抗撕裂性。例如，芯部可能包含多個一體成形的聚碳酸酯管(例如，束縛在一起的多個開口端結(jié)構(gòu))，其可以在模具中施加拉力、熱和/或壓力時在一個或多個區(qū)域中共同彎曲或其他變形，而卡板可在同樣的條件下撕裂。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)模具的幾何形狀以及包含模具的部件所期望的成品尺寸，芯部可以在其中的一個或多個區(qū)域中彎曲、壓縮或拉伸。

在一些實(shí)施方案中，芯部可被完全壓縮以形成固體或者可被部分壓縮以減小芯部高度。壓縮的芯部高度可能是初始芯部高度的約15％或更多，例如初始芯部高度的約15％至約90％、約25％至約75％、約40％至約60％、約15％至約50％、或約15％。應(yīng)當(dāng)理解，復(fù)合層壓制品的數(shù)量可以在復(fù)合材料夾層的頂部和底部變化，例如在其中具有不同的層或材料。芯部的尺寸和密度可以變化，例如在其中的一個或多個區(qū)域中具有更多的單元(例如，管)、在其中的一個或多個區(qū)域中具有比在相鄰區(qū)域中更大或更小直徑的單元、具有一個或多個包含具有與相鄰區(qū)域中的管不同(例如，更小或更大)的壁厚的管的區(qū)域，或前述任何一種的組合。纖維片材或NCF的重量可能改變。

用任意朝向的不連續(xù)纖維形成的一個或多個增強(qiáng)的碳纖維(RCF)片或片層(例如，908A，908B，904，1002A，1002B，1004A，1004B)的質(zhì)量或重量為約150g/m²或更多，例如約150g/m²至約500g/m²、約175g/m²至約350g/m²、約200g/m²或約300g/m²。RCF片材中的碳纖維可以是回收的纖維或未經(jīng)利用的纖維。RCF可包括廢纖維，例如來自干NCF廢料、干樹脂傳遞模塑(RTM)廢料或其他剩余的干纖維。例如，Toray T700 60E碳纖維可以是從干NCF廢料上切下成35mm的纖維，然后形成面密度為約200g/m²的任意朝向的纖維片材。另外的NCF層的質(zhì)量或重量可以為約300g/m²，以進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合材料。

圖11是由復(fù)合材料夾層、金屬插入物形成并用NCF增強(qiáng)的組件的實(shí)施方案的橫截面圖。如圖所示，組件1100可包括在一個或多個頂部復(fù)合層壓制品1104和一個或多個底部復(fù)合層壓制品1108之間的復(fù)合芯部1106。復(fù)合層壓制品1104和1108中的每一個可由纖維形成，例如具有固化的聚合樹脂的包含所描述的任意朝向的不連續(xù)纖維(例如，圖6和7中所示的那些)或連續(xù)纖維的纖維片材或纖維網(wǎng)。組件1100可包括位于芯部1106和一個或多個復(fù)合層壓制品(例如復(fù)合層壓制品1108)之間的金屬插入物1114。金屬插入物1114可包括平行于復(fù)合材料夾層的層延伸的一個或多個表面，例如無傾斜區(qū)域1118。金屬插入物1114可包括與復(fù)合材料夾層的層不平行延伸的一個或多個表面，例如傾斜區(qū)域1116。在一些實(shí)施方案中，插入物可以是非金屬，例如聚合物或陶瓷。在一些實(shí)施方案中，一個或多個頂部或底部復(fù)合層壓制品可包含一層或多層復(fù)合層壓制品和/或NCF。

復(fù)合芯部1106可被部分地壓縮或在金屬插入物1114周圍被完全地壓縮，以至少部分地符合金屬插入物1114的形狀。復(fù)合芯部1106可包括一個或多個未壓縮的部分1106A、部分被壓縮的過渡部分1106B以及在金屬插入物1114周圍的完全被壓縮的(例如，實(shí)心)部分1106C。部分被壓縮的過渡部分1106B可以沿著金屬插入物1114的傾斜區(qū)域1116被放置在完全被壓縮的1106C和過渡部分1106B之間。在一些實(shí)施方案中，金屬插入物可包括但不限于輕質(zhì)金屬，例如鋁、鈦、鎂、包含其中一種或多種的合金、或前述任何一種的組合。完全被壓縮的部分1106C可能位于非傾斜區(qū)域1118上方。

組件1100還可包括在頂部復(fù)合層壓制品1104的頂部之上的NCF1102。如圖11所示，NCF 1102可以在基本上平行于，大體上垂直于組件1100的橫截面(X-Z平面)的復(fù)合層壓制品(沿著Y軸)平面的方向上提供更大的拉出載荷。

包含NCF的復(fù)合材料夾層可提供足夠的強(qiáng)度可讓復(fù)合材料夾層，例如如圖9和11所示，用于汽車中座椅配件。座椅配件可能要求復(fù)合材料具有高拉出載荷。如果座椅配件由復(fù)合材料夾層形成，該復(fù)合材料夾層包含在至少一個復(fù)合層壓制品的頂部(例如，最外側(cè))上或在頂部復(fù)合層壓制品和底部復(fù)合層壓制品上的NCF，該NCF可能有助于防止座椅安全帶從座椅配件中拉出。例如，當(dāng)汽車突然停止時，安全帶可能被突然拉動，從而在座椅配件上應(yīng)用拉出載荷，這可拉動復(fù)合層壓制品。通過添加NCF，可以增大拉出載荷以提供更多的支撐，使得座椅安全帶不會從座椅配件的復(fù)合層壓制品中拉出。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于形成復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。方法1200可包括在步驟1202中混合聚合樹脂。聚合樹脂可包含本文公開的任何聚合樹脂。例如，聚合樹脂可包含聚氨酯和環(huán)氧樹脂，其中環(huán)氧樹脂的載荷傳遞能力比聚氨酯的高。在一個實(shí)施方案中，聚合樹脂可包含根據(jù)本文公開的任何實(shí)施方案的環(huán)氧樹脂、聚氨酯、熱塑性塑料、硬化劑、填充材料或第VIII族金屬材料中的一種或多種。

混合聚合樹脂可包括在原位或在應(yīng)用聚合樹脂之前混合聚合樹脂。例如，在原位混合聚合樹脂可包括通過將聚合樹脂的第一組分(例如，聚氨酯)應(yīng)用到復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的前體組分(例如堆疊中的纖維片材)、將聚合樹脂的至少第二組分(例如，環(huán)氧樹脂、硬化劑、填料、第VIII族金屬和/或熱塑性塑料中的一種或多種)應(yīng)用到復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的相同的前體組分或不同的前體組分(例如堆疊中的第二纖維片材)、并使第一組分和至少第二組分相互接觸來混合聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，使第一組分和至少第二組分相互接觸可包括按壓具有第一組分和至少一個第二組分的相鄰纖維片材，使得聚合樹脂的第一組分和至少第二組分相互接觸。在一個實(shí)施方案中，應(yīng)用聚合樹脂的第一組分(例如，聚氨酯)，并將聚合樹脂的至少第二組分(例如，環(huán)氧樹脂和/或熱塑性塑料)應(yīng)用到復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的相同組分或不同組分，并且使得第一組分和至少第二組分相互接觸可包括應(yīng)用將第一組分和至少第二組分彼此直接接觸，例如在直接相鄰的層(例如，接觸碳纖維片材)。這種應(yīng)用可以是手工鋪展或噴涂。例如，第一組分可被應(yīng)用到與芯部坯件相鄰的一側(cè)上的碳纖維片材，而第二組分被應(yīng)用到纖維片材的另一側(cè)上。

在應(yīng)用之前混合聚合樹脂可包括本文公開的那些方法(例如，在袋、壓力罐、容器或商業(yè)噴涂系統(tǒng)中混合)。所得的結(jié)構(gòu)可包括具有聚合樹脂的第一組分層、聚合樹脂的至少一種第二組分層以及聚合樹脂的第一和至少第二組分的混合物的中間層的層狀或偽層狀聚合樹脂混合物。例如，每層的高度可能是包含所得固化部分中的層的聚合樹脂的高度的約三分之一。在一個實(shí)施方案中，每個單個聚合物組分層可能小于包含其中的聚合樹脂的復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的部分的橫截面厚度約40％。在一些實(shí)施方案中，聚合樹脂的第一組分和至少第二組分可能基本上完全混合，使得通過這種步驟制備的復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)顯示大體上均勻的固化的聚合樹脂。方法1200可包括將聚合樹脂加熱到并保持在應(yīng)用溫度的步驟1204。應(yīng)用溫度可包括被配置為向聚合樹脂提供選定的粘度的溫度，例如選定為向適于低壓噴涂的聚合樹脂提供粘度的溫度。在一個實(shí)施方案中，應(yīng)用溫度可以在環(huán)境溫度和聚合樹脂的組分(例如，環(huán)氧樹脂、硬化劑或聚合物中的一種或多種)的固化溫度之間。在聚合樹脂包含熱塑性塑料的情況下，應(yīng)用溫度可能高于熱塑性塑料的熔融溫度。在一些實(shí)施方案中，應(yīng)用溫度可以小于約100℃，例如小于約90℃、約40℃至約85℃、約50℃至約70℃、約50℃、約80℃、約75℃至約85℃或約65℃。

方法1200可包括將聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材(例如，碳纖維片材)或芯部上的步驟1206。將聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材或芯部上可包括在小于90psi的壓力下將聚合樹脂噴涂到纖維片材和/或模具上。在一個實(shí)施方案中，在小于約90psi的壓力下噴涂聚合樹脂可包括在小于約70psi的壓力下噴涂聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，應(yīng)用聚合樹脂可包括將聚合樹脂手工地鋪展在纖維片材、芯部或復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的任何其他組件中的一個或多個上。手工地應(yīng)用聚合樹脂可包括利用工具例如泥刀、刷子或刮刀手工地鋪展聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，手工地應(yīng)用聚合樹脂可包括通過用承載在其上的聚合樹脂的輥?zhàn)?，例如至少部分聚合樹脂滲透的輥?zhàn)樱瑢⒕酆蠘渲瑵L動到至少一個纖維片材或芯部上手工地鋪展聚合樹脂。

在一個實(shí)施方案中，應(yīng)用(例如，噴涂)聚合樹脂可包括將多于一層或多于一種的聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材或多個纖維片材(例如，分開的纖維片材)上。例如，將聚合樹脂應(yīng)用到纖維片材上可包括將第一聚合樹脂應(yīng)用到第一碳纖維片材上，并將第二聚合樹脂應(yīng)用到第二碳纖維片材上。

方法1200可包括將碳纖維片材放置在多個單元上的步驟1208，碳纖維片材延伸穿過單元的開口端。單元與本文公開的任何單元(例如，管)相似或相同，例如至少部分地由多個聚碳酸酯管限定。放置碳纖維片材可包括將多于一個碳纖維片材，例如兩個碳纖維片材放置在芯部的對側(cè)上。在一個實(shí)施方案中，放置碳纖維片材可以包括將碳纖維片材放置在模具中并且與其相鄰(例如，在碳纖維片材的上面或下面)放置一個芯部。

方法1200可包括固化應(yīng)用在碳纖維片材上的聚合樹脂例如小于約10分鐘的步驟1210。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)步驟1208放置后進(jìn)行固化聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，固化聚合樹脂可包括，諸如在模具、窯爐或烘箱中加熱聚合樹脂、復(fù)合層壓制品或復(fù)合材料夾層。可加熱聚合樹脂至約110℃或更高，例如約120℃至約200℃、約130℃至約180℃、約140℃至約160℃、約120℃、約130℃、約140℃或約160℃。在一些實(shí)施方案中，本文公開的任何適當(dāng)?shù)墓袒瘯r間可以進(jìn)行加熱聚合樹脂。

在一些實(shí)施方案中，方法1200可包括在固化之前將碳纖維片材放置在芯部上；芯部包括用于本文公開的芯部的任何材料或構(gòu)型，例如多個緊密封裝的聚碳酸酯管。在一些實(shí)施方案中，方法1200可包括將碳纖維片材、聚合樹脂或其組分，或芯部中的一個或多個設(shè)置在模具中，并應(yīng)用壓力以至少部分地關(guān)閉模具以形成具有模具形狀的復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)和/或至少部分地使芯部倒塌。在一個實(shí)施方案中，可同時應(yīng)用熱量以至少部分地加熱聚合樹脂、碳纖維片材或芯部中的一種或多種。例如，在壓制過程中，一經(jīng)加熱芯部可變得更柔軟，使得芯部至少部分地軟化或熔化，同時壓縮以增強(qiáng)對模具形狀的順應(yīng)性。在模具中，一經(jīng)實(shí)應(yīng)用熱聚合樹脂可能至少開始固化。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于形成復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。方法1300可包括在步驟1302中將第一纖維片材、芯部和第二纖維片材的堆疊(例如，復(fù)合層壓體前體組合)設(shè)置在模具中。例如，每個纖維片材可包括一個、兩個或更多的單個纖維片材結(jié)合在一起。在一個實(shí)施方案中，將第一纖維片材、芯部和第二纖維片材設(shè)置在模具中可包括用聚合樹脂浸漬一個或多個纖維片材。在一個實(shí)施方案中，在被設(shè)置在模具中之前或之后，可通過將聚合樹脂噴涂和/或手工地鋪展在每個纖維片材上，用其或其組分浸漬第一纖維片材和第二纖維片材中的每一個。聚合樹脂可包括本文公開的任何聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，不同的復(fù)合層壓制品(例如，不同的纖維片材層)可包括與相鄰復(fù)合層壓制品相同或不同的聚合樹脂。例如，在一個實(shí)施方案中，鄰近模具型腔的復(fù)合層壓制品可包含具有其中較高量的環(huán)氧樹脂(或僅環(huán)氧樹脂)的聚合樹脂，以賦予所得到的復(fù)合材料夾層防水特性。在一個實(shí)施方案中，一個或多個復(fù)合層壓制品可包含具有阻燃劑(例如，酚醛環(huán)氧樹脂)的聚合樹脂。在一個實(shí)施方案中，靠近芯部的一個或多個復(fù)合層壓制品可包含具有其中較高量的聚氨酯(或僅聚氨酯)的聚合樹脂，以在聚合樹脂和芯部之間提供期望量的結(jié)合。

在一個實(shí)施方案中，方法1300可包括例如通過噴涂或手工地鋪展將聚合樹脂應(yīng)用到至少一個碳纖維片材上。在一個實(shí)施方案中，可以在小于約90psi的壓力下將聚合樹脂噴涂在至少一個纖維片材上。在一個實(shí)施方案中，將聚合樹脂應(yīng)用(例如，噴涂或手工鋪展)到至少一個纖維片材上可包括將聚合樹脂噴涂到第一碳纖維片材以及一個或多個另外的碳纖維片材上。在一個實(shí)施方案中，該方法可包括將一個或多個碳纖維片材放置在芯部上，例如在同一側(cè)(例如，層狀結(jié)構(gòu))和/或其相對側(cè)上。例如，該方法可包括將聚合樹脂應(yīng)用到第一碳纖維片材和第二碳纖維片材上，以便用聚合樹脂至少部分地浸漬纖維片材。該方法還可包括將第一碳纖維片材設(shè)置在鄰近芯部的開口端的芯部的第一側(cè)上，并且將第二碳纖維片材設(shè)置在與第一側(cè)相對的芯部的第二側(cè)上。可在用聚合樹脂至少部分地浸漬碳纖維片材之前或之后進(jìn)行這種放置。在一個實(shí)施方案中，第二碳纖維片材可放置第一碳纖維片材的上面。在一個實(shí)施方案中，第一碳纖維片材和/或第二碳纖維片材可包含任意朝向的不連續(xù)纖維、連續(xù)纖維或碳纖維NCF。

制備和應(yīng)用(例如，噴涂)樹脂的方法可以與上面公開的制備和噴涂聚合樹脂的方法相似或相同。聚合樹脂、聚合物制備和/或應(yīng)用(例如，噴涂)方法可以顯著降低將聚合樹脂流入模具和浸漬纖維例如在樹脂壓鑄模中所需的壓力。在一些實(shí)施方案中，芯部可以是“硬”芯，例如，包括多個彼此結(jié)合并具有第一開口端和第二開口端的管，例如聚碳酸酯管。模具型腔可由下模具部分和上模具部分構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，芯部可以是“軟”芯。

方法1300還可包括，在步驟1304處，在模具中將NCF或織物設(shè)置在第一纖維片材和第二纖維片材中的一個上。NCF可增強(qiáng)復(fù)合材料。NCF還可減少復(fù)合材料芯部的復(fù)印效應(yīng)。NCF可進(jìn)一步改善層壓制品表面質(zhì)量并增強(qiáng)美感。

方法1300還可包括在步驟1306處關(guān)閉模具。關(guān)閉模具可包括對模具應(yīng)用外部壓力，例如壓縮其中的一個或多個組件。方法1300還可能可選地包括在步驟1308對模具的型腔進(jìn)行真空處理。例如，當(dāng)復(fù)合層壓制品由不連續(xù)纖維形成時，可希望對模具進(jìn)行真空處理以去除任意朝向的不連續(xù)纖維中的殘存空氣。相反，當(dāng)復(fù)合層壓制品由連續(xù)纖維形成時，連續(xù)纖維可能沒有留下與不連續(xù)纖維一樣多的空氣，因而不需要對模具進(jìn)行真空處理。方法1300還可包括在步驟1310處固化聚合樹脂以形成復(fù)合組件。固化聚合樹脂可包括在模具中或模具外部將其中或其上具有聚合樹脂(例如，至少部分成形的復(fù)合層壓制品或其前體，例如堆疊)包含聚合樹脂的纖維片材加熱至約110℃或更高，例如約120℃至約200℃、約130℃至約180℃、約140℃至約160℃、約120℃、約130℃、約140℃、或約160℃。固化聚合樹脂可能進(jìn)行約40秒或更長時間，例如約40秒至約1天、約1分鐘至約12小時、約90秒至約8小時、約2分鐘至約4小時、約40秒至約10分鐘、約1分鐘至約8分鐘、約90秒至約5分鐘、約3分鐘、約6分鐘或更少、或約8分鐘或更少。在一個實(shí)施方案中，加熱/固化聚合樹脂可部分地在模具中進(jìn)行，然后可以在不同的位置(例如，烘箱或窯爐)完成。所得固化的復(fù)合組件可以具有由模具而定的任何形狀。

在一些實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層可包含一個或多個芯部，例如具有由一個或多個復(fù)合層壓制品層隔開的多于一個芯部。例如，復(fù)合材料夾層可包括黏合的圓形塑料管的“硬”芯和在其任一側(cè)上的復(fù)合層壓制品層。復(fù)合材料夾層可包括與第一“硬”芯上的復(fù)合層壓制品層相鄰的紙板的另外的“軟”芯。軟芯可包括在硬芯相對的一側(cè)上的至少再多一個復(fù)合層壓制品層。在這樣的實(shí)施方案中，可以獲得所期望的韌性(例如，彈性和/或硬度)和聲音阻尼。在一些實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層可包括一個或多個復(fù)合層壓制品層，該復(fù)合層壓制品具有其中分別包含一種或多種不同或相同的聚合樹脂的一個或多個纖維片材。例如，在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料夾層可包含在其上具有碳纖維片材的芯部，碳纖維片材可包含在其中的聚氨酯聚合樹脂，并且碳纖維片材可能與其中具有環(huán)氧樹脂的另一個碳纖維片材相鄰。在這樣的實(shí)施方案中，聚氨酯可分別從相鄰層中的環(huán)氧樹脂應(yīng)用于模具中的堆疊。所得到的復(fù)合層壓制品結(jié)構(gòu)可顯示所期望的能量吸收、斷裂輪廓、防水性和/或吸音作用。

在一個實(shí)施方案中，將第一纖維片材、芯部和第二纖維片材的堆疊配置在模具中，并且以小于約90psi的壓力噴涂聚合樹脂可包括將粉末狀填充材料噴涂進(jìn)模具，在其上放置第一纖維片材，將第一聚合樹脂(例如，環(huán)氧樹脂)噴涂在第一碳纖維片材上，將第二碳纖維片材放置在第一碳纖維片材上，將第二聚合樹脂(例如，聚氨酯)噴涂在第二碳纖維片材上，并且放置芯部與第二碳纖維片材接觸。堆疊可具有在第一碳纖維片材上的第一聚合樹脂、在第二碳纖維片材上的第二聚合樹脂、芯部的層狀組合物。相同或不同的構(gòu)型可被配置在芯部的相對側(cè)上。聚合樹脂、碳纖維片材和/或芯部可與本文公開的任何聚合樹脂、碳纖維片材或芯部相似或相同。在一些實(shí)施方案中，在配置其中的復(fù)合層壓制品的任何部分之前，將填充材料配置在模具中。例如，在將碳纖維片材放置在其中之前，可以將填充材料的薄層噴涂在模具上。填充材料可以成為隨后被噴涂在其中(在其表面處)的聚合樹脂的一部分，并用于至少減少在其中形成的復(fù)合層壓制品的表面處的收縮，而不損害復(fù)合層壓制品的整體機(jī)械性能。

本文公開的復(fù)合材料夾層具有良好的吸音作用、良好的隔熱性、高彎曲剛度、高能量吸收并且輕量。復(fù)合材料夾層可用于各種應(yīng)用，包括汽車工業(yè)(例如，底盤、汽車發(fā)動機(jī)罩、車體部件等)、其他車輛(例如卡車)、農(nóng)業(yè)設(shè)備、自行車、衛(wèi)星應(yīng)用、航空航天應(yīng)用、施工材料(例如，建筑材料等)、消費(fèi)產(chǎn)品(例如，家具、馬桶座圈和電子產(chǎn)品等)。

已經(jīng)描述了多個實(shí)施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可以使用各種變型、替代結(jié)構(gòu)以及等同物。另外，為了避免不必要地使本發(fā)明復(fù)雜難懂，沒有描述一些已知的過程和元件。因此，上述描述不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范圍。