连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法与流程

本公开内容一般地涉及连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法。

背景技术：

1、连续压缩模制机可用于将热塑性材料形成为期望的形状。连续压缩模制机可以利用一对相对的模头(die)、加热组件和冷却组件。加热组件在模头的入口处加热热塑性材料，从而允许热塑性材料模制和/或流动为模头的形状。模头周期性地分离，从而允许热塑性材料前进通过连续压缩模制机，并一起移动，从而将热塑性材料压制成由模头限定的形状。在常规的连续压缩模制机中，冷却组件被用来将热塑性材料冷却到低于热塑性材料的玻璃化转变温度的温度，然后再将热塑性材料从模头分离。虽然在某些情况下是有效的，但这一过程可能导致热塑性材料内应力的累积(build-up)，从而导致热塑性材料在与模头分离后翘起、扭曲和/或变形。为了解决这种变形，常规的连续压缩模制机的模头可以利用复杂的形状补偿策略，在这种策略中，由模头限定的热塑性材料的形状与期望的形状不同。包括形状补偿策略的模头很难精确建造，并且/或者只在某些情况下有效，并且一个或多个工艺参数的微小变化可能使形状补偿失效。因此，对改进的连续压缩模制机和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法存在需求。

技术实现思路

1、本文公开了连续压缩模制机(ccmm)和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法。ccmm包括模具、热区加热结构、固结区加热结构和应力松弛区加热结构。ccmm还包括压制结构、脱模结构和供给结构。模具配置为将包括热塑性材料的热塑性基质复合材料(tmcm)成型为固结的热塑性基质复合材料的期望的形状。热区加热结构配置为将模具的热区加热至热区温度，该热区温度选定为将tmcm加热至高于热塑性材料的熔融温度的初始温度。固结区加热结构配置为将模具的固结区加热至固结区温度，该固结区温度选定为将tmcm冷却至后续温度。应力松弛区加热结构配置为将模具的应力松弛区维持在应力松弛区温度，该应力松弛区温度选定为将tmcm维持在应力松弛温度。压制结构配置为在模具内周期性地压缩tmcm，以使tmcm形成为期望的形状。脱模结构配置为当tmcm处于高于热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度时将tmcm从模具脱模。供给结构配置为周期性地推进tmcm通过模具。

2、该方法包括向ccmm提供包括热塑性材料的热塑性基质复合材料(tmcm)。在提供期间，该方法还包括在ccmm的热区内加热tmcm，在ccmm的固结区内冷却和固结tmcm，在ccmm的应力松弛区内使tmcm内的应力松弛，在ccmm的脱模区内使tmcm脱模，和周期性地压缩tmcm。加热tmcm包括加热至高于热塑性材料的熔融温度的初始温度。冷却和固结tmcm包括冷却至后续温度。使tmcm内的应力松弛包括在应力松弛温度下使应力松弛。使tmcm脱模包括从ccmm的模具并且在高于热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度下脱模。周期性地压缩tmcm包括在模具内周期性地压缩tmcm以使tmcm形成为固结的热塑性基质复合材料的期望的形状。

技术特征：

1.一种连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料(28)的方法(200)，所述方法(200)包括：

2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述热塑性材料(22)是半结晶热塑性材料(22)，其中所述后续温度低于所述半结晶热塑性材料(22)的熔融温度并且高于所述半结晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度，并且进一步其中所述应力松弛温度低于所述半结晶热塑性材料(22)的熔融温度并且高于所述半结晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度。

3.根据权利要求2所述的方法(200)，其中所述应力松弛温度在所述半结晶热塑性材料(22)的峰值等温结晶温度的10摄氏度(℃)内。

4.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述热塑性材料(22)是非晶热塑性材料(22)，其中所述初始温度高于所述非晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度，其中所述后续温度高于所述非晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度，并且进一步其中所述应力松弛温度高于所述非晶热塑性材料(22)的玻璃化转变温度。

5.根据权利要求1所述的方法(200)，其中以下至少一项：

6.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述应力松弛温度为所述热塑性材料(22)的无应力温度，在所述无应力温度下，所述热塑性材料(22)的松弛时间常数小于所述ccmm(10)内的所述tmcm(21)的加工时间。

7.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述初始温度和所述应力松弛温度之间的差值为至少60℃和至多180℃。

8.根据权利要求1所述的方法(200)，其中：

9.根据权利要求8所述的方法(200)，其中所述固结区温度低于所述应力松弛区温度至多100℃。

10.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述提供(210)包括周期性地推进连续长度的所述tmcm(21)依次通过所述热区(12)、所述固结区(14)、所述应力松弛区(16)和所述脱模区(18)，其中所述模具(30)包括第一模具模头(32)和第二模具模头(36)，所述第一模具模头(32)限定第一模具表面(34)，所述第二模具模头(36)限定朝向所述第一模具表面(34)的第二模具表面(38)，并且进一步其中所述方法(200)包括：

11.根据权利要求10所述的方法(200)，其中所述模具(30)限定细长的模具通道(39)，所述通道限定所述固结的热塑性基质复合材料(28)的期望的形状，其中所述第一模具表面(34)沿着所述细长的模具通道(39)的整个长度至少基本上平行于第一模具表面平面延伸，并且进一步其中所述第二模具表面(38)沿着所述细长的模具通道(39)的整个长度至少基本上平行于第二模具表面平面延伸。

12.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述模具(30)对所述固结的热塑性基质复合材料(28)没有形状补偿。

13.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述模具(30)包括多个模具模头区(31)，并且进一步其中所述热区(12)、所述固结区(14)和所述应力松弛区(16)各自由所述多个模具模头区(31)中的至少一个相应的模具模头区(31)限定。

14.根据权利要求1所述的方法(200)，其中以下至少一项：

15.根据权利要求1所述的方法(200)，其中在所述脱模(250)之后，所述方法(200)进一步包括(270)将所述tmcm(21)淬火至低于所述应力松弛温度的淬火温度。

16.一种连续压缩模制机(ccmm)(10)，其包括：

技术总结
本文公开了连续压缩模制机(CCMM)和连续压缩模制固结的热塑性基质复合材料的方法。CCMM包括模具、热区加热结构、固结区加热结构和应力松弛区加热结构。CCMM还包括压制结构、脱模结构和供给结构。所述方法包括向CCMM提供包括热塑性材料的热塑性基质复合材料(TMCM)。在所述提供期间，所述方法还包括在所述CCMM的热区内加热所述TMCM，在所述CCMM的固结区内冷却和固结所述TMCM，在所述CCMM的应力松弛区内使所述TMCM内的应力松弛，在高于所述热塑性材料的玻璃化转变温度的脱模温度下使所述TMCM在所述CCMM的脱模区内脱模，并周期性地压缩所述TMCM。

技术研发人员：T•D•夏尔斯特,A•R•科恩,G•J•S•希克曼,J•J•谢尔,R•D•威尔克森
受保护的技术使用者：波音公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14