使用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)膠黏劑的復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般地涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且更具體涉及用在這種復(fù)合材料中的膠黏劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 在引起部件以不同比率熱膨脹的熱固化或其他制造工藝期間，包括具有不同熱膨 脹系數(shù)的部件的復(fù)合結(jié)構(gòu)可引起結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力。例如，并且不限于，當(dāng)在升高的溫度下 固化時，包括碳纖維聚合物增強(qiáng)的金屬的混雜復(fù)合結(jié)構(gòu)可經(jīng)歷熱致畸變。在一些情況下，通 過使用在室溫下固化或使用各種形式的輻射可固化的纖維增強(qiáng)的聚合物可解決該問題。但 是，室溫固化聚合物可具有短的使用壽命、長的固化時間，并且需要額外的清理工作。與在 升高的溫度下固化的聚合物相比，室溫固化聚合物也可展現(xiàn)降低的性能特征。已知的輻射 固化膠黏劑比期望的更易碎，并且展現(xiàn)低于期望的韌性，這可導(dǎo)致這些膠黏劑不適于一些 應(yīng)用，尤其是其中看重沖擊負(fù)載抗性的應(yīng)用。
[0003] 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN)已用作復(fù)合結(jié)構(gòu)中的膠黏劑。IPN基于使用不同固化機(jī)制 在不同溫度下固化的聚合物系統(tǒng)，但是可展現(xiàn)優(yōu)于它們的那些組成聚合物系統(tǒng)的性質(zhì)。但 是，IPN不適合于解決復(fù)合材料中由形成復(fù)合材料的組分的差別膨脹引起的殘余應(yīng)力問題。
[0004] 因此，需要可用于降低或消除復(fù)合結(jié)構(gòu)中由用在該結(jié)構(gòu)中的不同組分的差別膨脹 引起的殘余應(yīng)力的IPN膠黏劑，所述結(jié)構(gòu)比如以碳纖維聚合物增強(qiáng)的金屬。也需要制造采 用IPN膠黏劑以降低或消除殘余應(yīng)力的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個示例性實(shí)施方式中，提供了一種組合物。該組合物主要由第一聚合物系統(tǒng) 和第二聚合物系統(tǒng)組成。該第一聚合物系統(tǒng)具有約180ksi至約335ksi的第一模數(shù)。該第 一聚合物系統(tǒng)主要由熱固性丙烯酸酯組成。該第二聚合物系統(tǒng)主要由熱固性環(huán)氧樹脂系統(tǒng) 和環(huán)氧樹脂固化劑組成。該熱固性環(huán)氧樹脂系統(tǒng)包括第一環(huán)氧樹脂。
[0006] 在另一示例性實(shí)施方式中，提供了一種組合物。該組合物主要由第一聚合物系統(tǒng) 和第二聚合物系統(tǒng)組成。該第一聚合物系統(tǒng)具有約180ksi至約335ksi的第一模數(shù)。該第 一聚合物系統(tǒng)主要由熱固性丙烯酸酯和三官能丙烯酸酯組成。該第二聚合物系統(tǒng)主要由熱 固性環(huán)氧樹脂系統(tǒng)和環(huán)氧樹脂固化劑組成。該熱固性環(huán)氧樹脂系統(tǒng)包括第一環(huán)氧樹脂。
[0007] 在本公開的各種實(shí)施方式中特征、功能和優(yōu)勢可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)或在又其他實(shí)施方式 可結(jié)合，其中參考下述說明和附圖可理解進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
【附圖說明】
[0008] 在所附權(quán)利要求中闡釋了認(rèn)為是示例性實(shí)施方式的特性的新穎性特征。但是，當(dāng) 結(jié)合附圖閱讀時，通過參考以下詳細(xì)描述的本公開的示例性實(shí)施方式，將更好的理解示例 性實(shí)施方式，以及優(yōu)選的使用方式、進(jìn)一步目的和其優(yōu)勢，其中：
[0009] 圖1圖解了根據(jù)公開的實(shí)施方式的IPN膠黏劑的功能方框圖。
[0010] 圖2圖解了圖1的IPN膠黏劑，顯示由雙聚合物膠黏劑系統(tǒng)形成的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)。
[0011] 圖3是混雜復(fù)合結(jié)構(gòu)的截面圖，其中使用IPN膠黏劑將部件結(jié)合在一起。
[0012] 圖4圖解了使用IPN膠黏劑將圖3的兩個部件結(jié)合在一起的方法的流程圖。
[0013] 圖5圖解了通過IPN膠黏劑層將兩個共固化的復(fù)合層壓材料連接在一起的截面 圖。
[0014] 圖6圖解了圖5中命名為圖6的區(qū)域。
[0015] 圖7圖解了制造圖5和圖6中顯示的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0016] 圖8圖解了嵌入在IPN膠黏劑基質(zhì)中的纖維，其中在該纖維周圍形成梯度界面。
[0017] 圖9圖解了用于公開的IPN膠黏劑的聚合物系統(tǒng)的應(yīng)力應(yīng)變性能的圖表。
[0018] 圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方式的以方框圖形式的制造環(huán)境的圖解。
[0019] 圖11圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的壓縮屈服強(qiáng)度隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中第一聚合 物系統(tǒng)含量變化的圖表。
[0020] 圖12圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的抗拉強(qiáng)度隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中第一聚合物系 統(tǒng)含量變化的圖表。
[0021] 圖13圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的斷裂韌性隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中第一聚合物系 統(tǒng)含量變化的圖表。
[0022] 圖14圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中第 一聚合物系統(tǒng)含量變化的圖表。
[0023]圖15圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的單體轉(zhuǎn)化度隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中第一聚合物 系統(tǒng)含量變化的圖表。
[0024] 圖16圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的損耗模數(shù)隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的溫度變化的圖 表。
[0025] 圖17圖解了根據(jù)示例性實(shí)施方式的密度隨互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)中第一聚合物系統(tǒng)含 量變化的圖表。
[0026] 圖18圖解了互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)與其構(gòu)成相比的圖表。
[0027] 圖19是其中可實(shí)施示例性實(shí)施方式的航空器生產(chǎn)和維修方法的流程圖。
[0028] 圖20是根據(jù)示例性實(shí)施方式的航空器的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 示例性實(shí)施例提供了可用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)并且尤其是混雜結(jié)構(gòu)的IPN膠黏劑，所 述結(jié)構(gòu)采用可充分降低結(jié)構(gòu)中由復(fù)合材料的差別熱膨脹引起的殘余應(yīng)力的聚合物樹脂和 金屬。公開的IPN膠黏劑包括可以在不同的溫度下固化的兩種聚合物膠黏劑系統(tǒng)。一種聚 合物系統(tǒng)可以在室溫下使用輻射束比如電子束固化。第一聚合物系統(tǒng)在室溫下的固化使復(fù) 合材料部件結(jié)合在一起，由于該結(jié)構(gòu)被完全固化，這樣它們相對于彼此固定。通過在升高的 溫度下的熱循環(huán)實(shí)現(xiàn)第二聚合物膠黏劑的固化。當(dāng)固化時，第二聚合物膠黏劑保持柔性，這 使得該復(fù)合結(jié)構(gòu)更耐沖擊負(fù)載，并且不容易受到幾乎看不到的沖擊損傷（BVID)。
[0030] 除增加強(qiáng)度和耐久性以外，使用公開的IPN膠黏劑，通過提供有效途徑加固金屬 部件，比如鋁，可導(dǎo)致重量減輕，并且可降低加工（tooling)成本和復(fù)雜性，同時降低工藝 流程時間。
[0031] 示例性實(shí)施例認(rèn)識和考慮利用聚環(huán)氧化物網(wǎng)絡(luò)比如雙酚A的二縮水甘油醚 (DGEBA)增加復(fù)合材料強(qiáng)度的先前嘗試。在這些先前的嘗試中，通過并入熱塑性增韌劑形 成韌性。具體而言，在一些先前的嘗試中，熱塑性增韌劑在每100份環(huán)氧化物中以約20至 約40份的比例并入。通過使用熱塑性增韌劑，所得先前嘗試的環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)變堅(jiān)韌，這是 由于存在熱塑性顆粒的固化誘導(dǎo)的相分離。本文的示例性實(shí)施例認(rèn)識和考慮可期望增加環(huán) 氧樹脂網(wǎng)絡(luò)的韌性而不使用熱塑性增韌劑。
[0032] 示例性實(shí)施方式也認(rèn)識和考慮使用具有不同化學(xué)性質(zhì)的兩種或多種聚合物組分 產(chǎn)生互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN)。將兩種或多種聚合物組分并入IPN的結(jié)果產(chǎn)生具有顯著不同 于單個聚合物組分的那些性質(zhì)的IPN。例如，示例性實(shí)施方式認(rèn)識和考慮聚合物性能可與玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg相關(guān)。IPN的單個組分通常具有不同的、特殊的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。但是，完 全互穿IPN展現(xiàn)單一的、變寬的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0033] 順序IPN是由首先固化第一聚合物系統(tǒng)并且隨后固化第二聚合物系統(tǒng)形成的 IPN。示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識和考慮當(dāng)產(chǎn)生順序IPN時，首先固化的聚合物系統(tǒng)確立 IPN的強(qiáng)度。第二聚合物系統(tǒng)保持高度可變形。因此，第二聚合物網(wǎng)絡(luò)的單體可以被重新排 列以減小形成的IPN中的內(nèi)應(yīng)力。由于固化的第一聚合物系統(tǒng)施加的限制，第二聚合物網(wǎng) 絡(luò)以低速率固化，降低內(nèi)應(yīng)力。因此，示例性實(shí)施方式考慮第二固化的聚合物系統(tǒng)所以起到 了"增塑劑"的作用。增塑劑可以是提供增加的撓性至組合物的材料。此外，增塑劑可增加 組合物的耐久性。
[0034] 首先參考圖1，公開的實(shí)施方式涉及完全互穿網(wǎng)絡(luò)（IPN)膠黏劑16,其可用作結(jié)合 膠黏劑或復(fù)合結(jié)構(gòu)中的基質(zhì)。IPN膠黏劑16廣義地包括第一聚合物系統(tǒng)18和第二柔性聚 合物系統(tǒng)20。第一聚合物系統(tǒng)18可以在室溫或