专利名称：免蒸压粘接飞行器用部件的方法
技术领域：
本发明涉及一种免蒸压(autoclave-free)粘接(adhesive bonding)多个部件以特别形成用于飞行器的大尺寸结构部件的方法。
背景技术：
目前在飞机制造业内大尺寸结构部件的制造通常通过将金属部件粘 接在一起以使得能够减少至少必需的铆钉连接。例如，现在通过将纵梁和 /或切掉窗户的加固件(覆板(doublers))粘接到铝合金板而制造整个机 身外壳。大尺寸翼状外壳能够通过粘接纵梁和/或横肋的这种方法在时间 和成本方面被经济地制造。用这种方法不仅能够制造单片结构，而且能够 制造金属板-蜂窝结构-金属板式的夹心结构。
为了粘接单个部件，使用了具有衬底材料(垫板或纤维)的粘合膜， 该粘合膜被浸渍有基于环氧树脂或类似物的塑料。
根据先前公知的方法，为了形成大尺寸结构部件，部件首先在适当的 支撑结构上被定位并关于彼此相互对齐。粘合膜被预先施加在将被相互粘 接的部件之间。
在先前公知的粘接方法中，具体地，在整个装置被真空膜覆盖并被放 置在蒸压器(或蒸压釜)内以固化粘合膜之前，必需用合适的覆盖装置(例 如，利用胶带或类似物)保护整个装置的锐边区或部分。当在蒸压器内压 力被施加到整个结构部件以便最终固化时，这防止真空膜被穿透。更进一 步，在公知的粘接方法中，在某些情况下必需使用硅酮压力元件以增加局 部表面压力。为了避免通过硅酮杂质对粘接连接的强度造成不利影响，当 使用硅酮压力元件时，必需特别小心地用适当的释放膜覆盖这些元件本 身。可以是必需的并用于最初将部件相互固定的任何定位销必须同样地用 适当的装置被人工地覆盖，以避免膜被穿透。只有用这种方法制备的结构 能够被膜覆盖，并随后在蒸压器内被最终固化，以形成完成的结构部件。
由于部件之间的高接触压力，蒸压器内的固化是必需的，该高接触压力对 形成能够被机械加载到足够程度的粘接连接是必需的。
根据公知的制造方法，被定位并关于彼此相互对齐以便随后在蒸压器 内固化整个结构的部件的制备是非常耗费时间并因此而昂贵的。更进一 步，将结构放置在蒸压器内以便固化，需要结实并因此笨重的支撑结构， 由于蒸压器内产生的力，该支撑结构不得不由如钢铁制造而成。
因此本发明的目的是提供一种在大尺寸结构部件上制造粘接连接的 简便方法。
发明内容
此目的可以通过具有以下步骤的方法来实现 -在部件连接点的区域内施加至少一个粘合膜，
-在支撑结构上定位并关于彼此相互对齐部件；
-用真空膜覆盖己对齐的部件以形成真空袋， -施加部分真空给真空带，以通过外界空气压力p气s将充足的接触压力
施加给部件；以及
-固化至少一个粘合膜以最终粘接部件，且至少一个粘合膜的固化在 室温以上的温度下发生。
因为根据本发明方法的固化仅在由真空膜形成的真空袋内发生，而不 是在蒸压器内在达到1000KPa的超压下进行，因此在真空膜被施加之前， 锐边区不再必需设有分离的、适当的覆盖装置(如胶带或类似物)以避免 损坏真空膜和导致渗漏。覆盖装置的定界导致在时间和成本方面的大大节 约。
更进一步，在真空袋内的固化允许使用更轻便的支撑结构，并且所述 结构能够完全用如铝质材料形成。
对通常设置用于将部件固定在适当位置的粘合销的另外的必要遮蔽 (masking)也可以省去，而不用更换。
此外，大面积覆板结构的遮蔽也能够被省去。
由于当在真空袋内固化时的低压效应，部件关于彼此之间移动的趋势 减小。而且，沉降运动(settling movement)仅在相对小的程度内发生。
因此在某种情况下，可以减少固定的部件所必需的粘合销的数量而没有另 外改变制造公差。
更进一步，没有必要再在纵梁底部区域内布置硅酮压力元件以局部增 加接触压力，而所述布置要求压力元件本身被设有释放膜以避免被硅酮沉 降物污染粘接表面。
至少在某些区域内事先已被放置在部件上的用于提高粘接结果的、由 尼龙或聚酯制成的通风纤维(称为"空气织物"等)同样不再需要，或仅 仅在相当小的程度上需要。
因此，结束粘接过程之后，上面提到的所要求的覆盖装置和设备的去 除也被省去。
在真空袋内的固化期间产生的较低压力同时减小了粘在不期望的区 域内(例如粘在真空膜的折叠区内)的出现，由于此，清洗操作或类似工 作形式的后处理工作减少。减少的后处理工作也导致较少的必需使用的清 洁剂，如化学溶剂、侵蚀性冷清洗剂或类似物，这在环境保护方面意义尤 其重大。
与在蒸压器内的固化相比，在固化炉内的真空袋内的固化的能源消耗 量也较小，由于此，可以采取环境保护措施并最小化能源成本。
更进一步，当飞行器正在运转时，本发明方法还能够被用于完成对损 坏的修理。在本文中，真空袋内的固化允许可以使用如移动支撑结构和在 某些情况下甚至能够被用于户外(称为"现场工作")的支撑结构。在这 种情况下，支撑结构内必需的固化温度能够通过如便携式热风吹风机而生 成。
用于本发明方法的应用中的修改的固化参数也允许该方法被应用于 连续操作原理中，以使得大尺寸结构部件能够被连续地制造(炉线)。
最后，因为当在真空袋内执行固化时，与蒸压器内的固化相比，出现
的接触压力低到高达10的比率(factor),以使得将被相互粘接的部件的不 期望的位移被大大避免，因此该方法允许制造公差减小。
在此，本发明的方法不认为只限于粘接由铝合金制成的部件以形成飞 机制造业内的大尺寸部件。相反，本发明的方法也能够被用于将任何期望 的复合材料粘接到铝质部件和/或被用于将复合部件直接相互粘接。
本方法的一个有利改进为至少一个粘合膜在70 kPa与100kPa之间的 部分真空和在115。C与125。C之间的温度下被固化。
因为通过粘合膜粘接部件发生在较低部分真空下，且仅在适中的温度 下发生，因此大大简化了方法步骤。即使固化仅发生在真空袋内，而没有 在达到1000KPa的超压下的蒸压器内发生，70kPa与100kPa之间的部分真 空确，保将被粘接的部件的接触压力。
根据进一步有利改迸，部件在支撑结构上被定位并关于彼此相互对 齐，且所述结构的表面几何结构基本上对应于将被粘接到一起并组成部件 的结构部件的表面几何结构。
使用定位、对齐并随后将部件相互粘接的下部结构允许符合精密制造 公差。
根据本方法的进一步有利改进，提供了被直接定位在将被粘接在一起 的部件上的真空膜。
因此，省去了具有用于使得最终被施加到将被粘接的部件上的真空膜 完整以形成真空袋的覆盖带、释放膜、用于增加接触压力的压力元件和压 力带的先前费时并昂贵的结构。
根据进一步有利改进，部件用铝合金和/或复合材料形成。
因此，本方法还能够被应用于至少部分地用复合材料形成的大尺寸结 构部件。
进一步改进提供了将用浸渍有环氧树脂的衬底纤维形成的至少一个 粘合膜。
本改进确保产生于部件之间的粘接连接的高尺寸精度。更进一步，粘 合膜易于使用，即易于施加在连接点的区域内。
图中
图l是大尺寸结构部件的示意性横截面图2是根据现有技术先前必需的复杂结构图，该复杂结构使用了将纵 梁粘接到蒸压器内的蒙皮壁板(skinpanel)的示例；以及
图3示出了根据本发明方法用于提供相同的粘接的简化结构的横截面
图。
在每一种情况中，图中相同结构元件具有相同的附图标记。
具体实施例方式
图l示出了根据本发明方法将具有被相互粘接以制造大尺寸结构部件 l的多个部件的结构的横截面图。
例如，大尺寸结构部件I能够为着陆襟翼、机翼的覆盖壳(cover skin)、 方向陀单元、升降单元、机身外壳部分，且该机身外壳部分具有如被切掉 的多个窗户或类似物。现在参照图l在以下更详细地说明本发明方法的步 骤。
为了实现本方法，部件2、 3、 4、 5和6在支撑结构7上被放置、定位并 关于彼此相互对齐。在图1中所示的示例性实施例中的部件2为由铝合金组 成的蒙皮壁板，该蒙皮壁板将被粘接到已定位的部件3至6以加固部件3至 6。部件3至6还可以被称作为具有基本上为Z形横截面几何结构的纵梁或加 强轮廓(reinforcingprofile),所述纵梁被用于提高尤其是蒙皮壁板的机械 性能。对于应用于蒙皮壁板的材料，纵梁也用铝合金形成。和使用铝合金 材料形成对比，部件2至6也能够用复合材料形成，如，由碳纤维加强塑料 或类似物形成。部件2至6还能够可选地用涂有金属-塑料的复合材料(如 眩光式复合材料)形成。
在实际粘接过程之前，用于制造实际连接所必需的粘合膜被施加到部 件2至6之间必需的连接点。
以辊形式出现的粘合膜由衬底材料形成，所述衬底材料例如为尼龙纤 维的形式，被预先浸渍有可固化塑料。为了预先浸渍衬底材料，例如，可 以使用在低温下被储存以避免先期固化的预先固化的环氧树脂作为可固 化塑料。例如，以下粘合膜能够被用于实现本发明方法美国湾点汉高公 司(Henkel， Bay Point)的粘合膜EA9696.03NW，英国Wrexham工程材料 有限责任公司(Cytec Engineered Materials， Wrexham)^]粘合膜FM94M.03 。 为了使附图更加清晰，部件2至6之间的粘合膜在图1中没有被示出。
在粘接位置被施加之前，如果适合于适当的预处理，部件2至6之间的 连接点受到如化学清洗、碱和酸腐蚀、阳极化措施和在底漆或类似物上喷
漆，以增加粘合作用并因而增加对粘接连接来说可实现的机械载荷能力。
支撑结构7被保持在两个支架8、 9上，且可以将支架8、 9固定或移动 地连接到支撑结构7。在图l所示的示例性实施例中，当在部件2至6或支撑 结构7之间有温度波动时，支架9能够水平位移尤其允许能够产生机械应力 补偿。支架8、 9又永久地连接到下表面10。支撑结构7的表面几何结构尽 可能精确地被优选地匹配于结构部件l的表面几何结构以确保将被制造的 大尺寸部件l的高尺寸精度。
因为在本发明方法中用于连接部件2至6的粘合膜的固化发生于115。C 与125。C之间的低温和70 kPa与100 kPa之间的固化压力下，因此与先前公 知的在蒸压器内在相当较高的压力和/或固化温度操作的粘接方法的步骤 相反，整个结构能够用连续的真空膜ll所覆盖，而不需要覆盖装置(粘合 带、空气织物等)以及用于在将要被粘接的部件2至6的区域内增加局部接 触压力的装置(硅酮带或硅酮块等)。低固化参数允许由部件2至6形成的 结构在真空袋内不需要覆盖装置和接触压力装置而被固化，这导致了相当 简单的制造步骤。
真空膜11与下部结构7的上侧一起形成气密真空袋12，所述真空袋12 在相应的部分真空P^已经通过外界空气压力P^在将被粘接的部件2至6 之间提供充足的接触压力之后，用来制造能够承受高机械载荷的粘接连 接。在真空膜ll已经被施加之后，用这种方法形成的真空袋12被部分抽真 空，即真空袋12被放置在70kPa与100kPa之间的内部压力prt部下，以使得 外部空气压力p^生成在部件2至6之间实现最优粘接连接所必需的接触压力。
用于固化形成粘接连接的粘合膜16的整个过程此时延续在60分钟与 90分钟之间的时间周期，且温度被一直保持在115。C与125。C之间。
具有较低固化参数的粘合膜16的使用在此允许在真空袋12内所述结 构或整个装置在所述温度间隔内在70与100kPa之间的相对低压下固化。
在本发明方法中，部件2至6的固化还能够在蒸压器内实现。出于此目 的，由部件2至6形成的全部结构、真空膜11和支撑结构7，以及用于完全
固化粘合膜的全部装置被放置在蒸压器内，且该蒸压器仅用来提供良好的 固化过程的步骤所需的115。C与125。C之间的温度，以及该蒸压器不再承受
能源消耗量大的达到1000KPa的超压。相反，用于实现本发明方法的蒸压 器没有被加压，即该蒸压器在外界空气压力水平下被操作。这样，现有的 任何蒸压器仍然可以继续用于实施本发明的免蒸压固化过程。
然而，根据本发明方法，固化过程将尤其有利地发生在连续操作的直 通炉(flow-through furnace)内，由于此，可以连续并因此在生产中不需 要相对大的中断而更节省成本地制造用于飞行器的大尺寸结构部件。
结束固化过程之后，不能够被再次使用的真空膜ll能够从目前的粘接 部件2至6被卸下，并且大尺寸结构部件l可以受到进一步的后处理步骤。 然而，由于应用了已经在上面说明的本发明的免蒸压方法，所以对结构部 件l的后处理费用大大减少，因为基本上不再需要如遮蔽带或类似物的另 外的覆盖装置，尤其是在锐边区和粘合销上，或者不再需要用于增加局部 压力的装置，并因此他们也不再需要被清除。
当本发明方法被应用时，由于在将被粘接的部件2至6之间的真空固 化，粘接部件2至6上的后清洗工作也被大大减少，所以现在仅有被减小了 的接触压力，这大大消除了将被粘接的部件2至6之间的粘合剂(称为旋压 (spinning))的不确定出现。先前在粘合膜16的固化之后通常所必需的部 件2至6的工作密集型后处理(如通过利用侵蚀性冷去污剂、化学粗加工装 置、研磨剂和/或抛光剂等的清洗操作)也能够不用替换地被基本去除。
因为将被粘接的部件2至6不需要蒸压器而被固化，即基本上仅在具有 相对低接触压力的真空袋12内被固化，所以支撑构架7能够更加容易地体 现为静止方式。不再需要如由钢铁制成的相对结实、昂贵并制造复杂的支 撑构架7。
图2示出了用于在蒸压器内将纵梁13粘接到蒙皮壁板(skin panel) l4
的先前必需的复杂结构的示例图。
在蒙皮壁板14和纵梁13之间形成实际机械连接的粘合膜16在连接点
15的区域内被放置在蒙皮壁板14和纵梁13之间。粘合销17用于初始固定纵 梁13关于蒙皮壁板14的位置，直到结束固化过程。结束固化过程之后，粘 合销17能够被去除。为了避免由于作用在蒸压器19内的工件的超高压使真 空膜18被穿透，粘合销17被胶带20覆盖。第一硅酮块22作为压力元件被放 置在纵梁13的下臂21的区域内以便增加在此区域内的局部接触压力。第二
硅酮块23作为压力元件被定位在纵梁13的上臂24与蒙皮壁板14之间，以防 止当施加压力时纵梁13倾斜。为了避免蒙皮壁板14上的连接点15被来自于 硅酮块22、 23的硅酮沉降物污染，第一硅酮块22被释放膜25包裹。相应地， 如果适当，第二硅酮块23也必须被这样的释放膜包裹。纵梁13的上臂24 和纵梁13的中心腹板26被粘合带27所覆盖以制造将被放置在蒸压器内的 结构或整个装置。用粘合带20、 27覆盖纵梁13的锐边区和粘合销t7防止由 于在蒸压器19内占优势的达到1000KPa的超高压使真空膜18被剌破或穿 透而损坏。整个结构或整个装置然后被放置在蒸压器19内，并且粘合膜16 在数小时的时间周期内在125℃-130℃的温度和达到1000KPa的压力下被 固化以最终将纵梁13连接到蒙皮壁板14。
图3示出了实现本发明方法目前所必需的所有的简化结构。 根据图2中的说明，纵梁13被装置在蒙皮壁板14上。粘合膜16在连接 点15的区域内布置在纵梁13和蒙皮壁板14之间。用于初始固定纵梁13在蒙 皮壁板14上的位置的粘合销17不再必须被先前所必需的胶带20所覆盖。上 述情况也适用于包括具有释放膜25的用于第一和第二硅酮块22、23的覆盖 物的第一和第二硅酮块22、 23。更进一步，用于覆盖纵梁13的上部锐边区 的粘合带27被删除。根据本发明方法，目前所必需的一切是为在连接点15 的区域内的蒙皮壁板14和纵梁13提供真空膜18，以使得用于制造或改装由 纵梁13、蒙皮壁板14、粘合膜16和真空膜18组成的结构的方法所产生的费 用被大大减少。
根据图3的结构的所述制造，由真空膜18形成的真空袋28被部分抽真 空到这样的程度以致在真空袋28内建立大约为70 kPa与100 kPa之间的内 部压力P内部，以通过外界空气压力P气压在纵梁13和蒙皮壁板14之间生成必需的机械接触压力。
用这种方法形成的结构被随后放置在用于最终固化的蒸压器内，以确 保在60分钟到90分钟的固化周期内在压力为70 kPa与100 kPa之间必需的
固化温度115℃到125℃。蒸压器在此处仅用于保持必需的固化温度在 115℃与125℃之间的范围内，.并根据本发明不再要求生成达到1000KPa的超压。
与此相反，在本发明方法被具体方便地应用在非加压的直通炉内的情 况下，图示的结构可以被固化，以提供连续并因此更节省成本的制造过程。
附图标记列表1结构部件
2部件(蒙皮外壳
3部件(纵梁)
4部件(纵梁)
5部件(纵梁)
6部件(纵梁)
7支撑结构
8支架
9支架
10下表面
11真空膜
12真空袋
13纵梁
14蒙皮壁板
15连接点
16
17粘合销
18真空膜
19蒸压器
20胶带
21下臂(纵梁)
22第一硅酮块
23第二硅酮块
24上臂(纵梁)
25释放膜
26中心腹板
27粘合带
28真空袋
权利要求
1. 一种用于将纵梁(13)免蒸压粘接到蒙皮壁板(14)以形成用于飞行器的大尺寸结构部件(1)的方法，所述方法包括以下步骤-在所述纵梁(13)和所述蒙皮壁板(14)的连接点(15)的区域内施加至少一个粘合膜(16)，且所述粘合膜(16)为浸渍有环氧树脂的衬底纤维；-在支撑结构(7)上定位并关于彼此相互对齐所述纵梁(13)和所述蒙皮壁板(14)；-用真空膜(11、18)覆盖所述已对齐的纵梁(13)和所述已对齐的蒙皮壁板(14)以形成真空袋(12、28)，且所述真空膜(11、18)被直接施加到将被粘接在一起的所述纵梁(13)和所述蒙皮壁板(14)；-施加部分真空p内部给所述真空袋(12、28)以通过外界空气压力p气压将充足的接触压力施加给所述纵梁(13)和所述蒙皮壁板(14)；以及-固化所述至少一个粘合膜(16)以最终相互粘接所述纵梁(13)和所述蒙皮壁板(14)，且所述至少一个粘合膜(16)的固化发生在室温以上的温度。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述至少一个粘合膜(16) 在70kPa与100 kPa之间的部分真空和在115。C与125。C之间的温度被固化。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述支撑结构(7) 的表面几何结构基本上对应于将被粘接在一起并由所述纵梁(13)和所述 蒙皮壁板(14)组成的所述结构部件(1)的表面几何结构。
4. 根据权利要求l-3任一项所述的方法，其特征在于，所述纵梁(13) 和所述蒙皮壁板(14)由铝合金和/或复合材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种免蒸压粘接部件(2-6)以具体地形成用于飞行器的大尺寸结构部件(1)的方法。因为用于连接纵梁(3-6)的至少一个粘合膜(16)的固化在70KPa与100KPa之间的较低部分真空的真空袋内免蒸压地发生，所以通过遮蔽锐边和/或布置压力元件以在部件的特定区域内增加局部接触压力的先前所必需的复杂结构被省去。
文档编号B29C70/44GK101384478SQ200780005820
公开日2009年3月11日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年2月17日
发明者奥拉夫·比肖夫, 威尼弗雷德·罗格林, 安德烈亚斯·施罗德, 海勒·诺贝斯 申请人:空中客车德国有限公司