预浸渍带分切设备和方法
【专利说明】预浸渍带分切设备和方法
[0001]本申请要求2012年4月27日提出的美国临时专利申请N0.61/639，289的权益和2012年11月28日提出的美国实用新型专利申请N0.13/687,036的内容，二者的内容作为以整体形式通过引用包含于此。
技术领域
[0002]本申请涉及用于分切预浸溃复合材料的连续薄板以同时形成宽的和窄的预浸溃分切带的方法和设备。具体地，本申请的教导允许窄宽度缠绕的预浸溃分切带和宽宽度扁平缠绕的预浸溃分切带从预浸溃材料的相同主辊中同时形成。
【背景技术】
[0003]复合技术的进步在产品设计和工程以及最后制造上已具有显著影响。早期的方法包括手动布置纤维材料和随后浸溃布置材料的片材，接着布置预浸溃的纤维片材和然后通过压缩形成的垫子，以及采用和利用这些复合材料和在许多领域中的技术进行快速固化。然而，在用于许多应用时，材料层的缓慢有条理的建立是非常劳动密集的，包含危险化学品的使用，更重要地，有时是非常不稳定的材料和/或具有有限工作时间的材料。因此，当工业上显著进步时，它们的应用始终是有限的。
[0004]合成材料和技术的后来发展导致连续的制造业技术。更特别地，尽管固化材料的电解槽浸溃相同的固化材料，某些纤维材料的连续束被拉伸的细丝卷绕绕芯轴卷绕以形成所需部分，尤其具有立即固化的一些方法以达到生坯状态，从而保持其形状和纤维布置，并且随后被完全固化。然而，由于所述束的窄宽度，这些操作非常缓慢和耗时。更重要的，这些过程作为操作的全部是非常需要资金的，从固化成分的准备到纤维材料的润湿到局部本身的形成，全都在相同的室中进行。
[0005]制造和材料技术的连续发展导致有能力制备预浸溃材料，尤其是环氧浸溃纤维片材的辊，其中基片材料最典型地为单向形成，与辊的长度上运行的纤维平行。这些辊典型地具有足够长度，类似细丝卷绕应用中的辊，连续制造方法可以与在预浸溃制造厂形成的预浸溃材料一同发展，冷却以防止过早固化，运送到使用地，以及加温且随后被用于生产所需产品。不再需要最后的产品制造商投资资金和管理费用或者雇佣技术人员制造预浸溃材料。集中专门技术的成本优势和焦点(例如，集中在预浸溃的化学和制造上的预浸溃加工和集中在树脂浸溃增强材料过程上的产品制造)被多方面证实是有益的。
[0006]在早期，预浸溃带或者片材材料以用于制造商品的标准宽度制造。这在早期进行中是可接受的，因为许多应用具有非常相似的需求和要求，例如，棒球球棒、高尔夫球棍、曲棍球棒、长曲棍球棒等等可以全被加工成与分切带大体上相同的宽度，主要因为需求相似并且必须用于较小差别。即使不是最理想的，可使用这些坯料带，不过制造许多不同宽度，尤其是制造传统宽度的花费昂贵。资金需求是相当巨大的，并且不能支撑大量不同产品。因此，如果所需的带的宽度与所得到的宽度不一致，在较高需求应用中限制完全采用该技术。
[0007]更近的，技术已经发展，并且新的专门技术和加工性能已经发展，由此通过坯料主辊的分切的带宽的宽阵列是可以制造的。如今宽带可被制造用于具有大平面或弯曲平坦表面的应用中，而窄宽度带可被制造用于更复杂或弯曲部分。尽管该技术允许用于许多不同产品的制造中的预浸溃带的使用，其需求，特别是实际需求，需要被预浸溃带的宽度部分影响的特性，预浸溃带进入飞行器部分产品的膨胀使用已经是用于近来技术改革和进步的主要驱动因素之一(如果不是主要因素)。应当可以认为用于飞行器产品的需求在飞行器部件领域中将完全不变，事实并非如此。每个部件必须承受其自身，大部分时候是独特的环境和其各自的实际需求和困难。例如，尾翼相比机翼或机身部分将具有明显不同的需求。结合飞行器部分的精密公差，更加明显的是分切带的过多宽度需要具有用于分切带从一个应用到另一个应用的不同宽度，与一英寸的一小部分类似，而且还是与较小部分类似。公差处于较小范围，公差要求是几千英寸。在飞行器生产中进一步的混合过程决定某些部分需要将带分切成两个或更多个不同宽度。因此，传统切割已经是在复合结构制造中使用分切束的主要成就。
[0008]尽管有其优点，分切带的适用，特别是用于飞行器生产，但是也不排除其缺点。更特别地，由于制造主辊的机器和设备的高成本，主辊仍倾向于以标准宽度生产。由于这些主辊的常规宽度分切，主辊的宽度是所需分切带宽度的若干倍的可能性相当低。因此，分切成常规宽度的能力带来增加加工浪费，高成本预浸溃材料的昂贵现象的缺点。唯一可选的是调节分切带宽度以允许完全消耗毛坯辊；然而，这可能意味着不会采用最佳宽度用于给定的最终使用部分。尽管这可能不是用于飞行器的内部、非结构部件的问题，但是其完全不能容忍用于结构元件或机身应用。
[0009]另外，如所记载的，现在发现在较高需求的应用中，特别在飞行器生产中需要两个或更多个宽度的分切带同时、可选和/或有序地应用或放置。最经常地，这包含宽分切带的使用，其必须或优选在线轴或卷轴上卷绕，由此获得的毛坯材料看起来更像盘形或扁平形，并且常常被称作扁平线圈。所需的第二分切带经常，即使不是特别经常，在宽度范围的另一端是英寸级别或更少，其宽度不能是，或者优选不能在线轴上卷绕，但是必须以螺旋形或螺旋状形式绕芯轴卷绕(横向卷绕)，特别像一包细绳，其典型地在销等上卷绕。
[0010]假定在本发明教导之前，存在生产窄宽度和宽宽度分切带的不同需求和要求，则在工业上已经形成的标准是，两个不同分切带在两个不同设备上形成，每个配置用于所需的具体带宽。可选地，它们可以按序采用相同的装置用于大部分生产，但是置换切割机元件以分切不同宽度和卷绕设备。两条专用线的第一选择是最便利的，并且在加工停机时间上的影响最小，但是需要额外花费资金和操作费用以安装、支撑和操作两条完成线。第二选择是低成本，特别在资金投入和空间需求上，但是在生产时间方面、改变人力时间上具有显著影响。然而，采用两个单独的设备的过程可以连续运行，稍微中断但是改变主辊以及卸载线轴/芯轴的分切带；后者需要相当多的停机时间以断开用于第二宽度的分切元件以及断开卷绕站和设备，并且将分切设备的剩余部分与新卷绕站和设备重新连接，预先准备好系统并且启动运行用于不同产品。所有这些不仅给已经非常昂贵的工艺和产品增加相当大的成本，而且增加了保持在加工场地上、暴露于周围环境的这种材料的关注时间，尤其是在有效降低的温度下储存的不稳定性和需求。
[0011]另外，即使较少关注于非航空航天应用，需要两个或更多个宽度分切带的应用带来的其他因素是每个宽度的分切带来自不同主辊，其可以是相同的组或者是完全不同的组；或许甚至是来自完全不同的预浸溃制造厂的主辊。当然，所有主辊制造成某些规格，但是每个规格存在公差并且各个规格仅表达主辊材料的主要特征和/或特性。然而，甚至来自相同产品组的不同主辊可以经历影响它们的最终性能、硫化特性、性质等的不同环境/条件。
[0012]此外，在大多数应用中不关注，但是在高技术航空航天和飞行器应用中，其可能是相当大的问题。甚至在以前，宽带和窄带之间，特别是两个带的接触面上固化特性的微小差别可能对该部件的全面性能具有不利的影响。在该方面，需要考虑当超声波飞行时SST飞行器的机身在长度上膨胀若干英尺的事实。材料通用性和热膨胀的匹配系数对飞行器的最后成功起关键作用。因此，在生产部件中使用其中一个分切带束和另一个分切带束之间的结合不相容或弱结合的部件对最后性能和部件寿命起到重要作用。
[0013]虽然刚性产品量控制和管理可以降低不同分切带用于制造相同部件的可能性，但是其并总是可以的。例如，毛坯主辊的初始数量可能不允许用于带宽度的适当比例。此外，即使采用这种管理力，其仍然不能表达的事实是两个主辊也可以具有不容易表现给制造者和/或由于在输送和储存过程中的不同操作而在固化基质中固有的不同，例如，一个相比于另一个可以在开放场地留存较长时间，并且相比于另一个加热到不同温度。作为活性的、可固化组合物，预浸料的基质树脂的特性将随时间和温度改变:如上所记载的，在辊上放置更长时间的因素是，随着延长或延时的分切加工时间，暴露于周围环境。
[0014]因此，在工业上仍然存在对用于生产宽宽度和窄宽度分切预浸溃带的商业上成本有效的方法的需求。特别地，存在用于具有最小浪费和最小加工时间生产宽和窄宽度预浸溃分切带的简单、成本有效、劳动非密集的方法的需求。
[0015]以下，在工业上存在用于如下方法中应用的设备的需求