一种用于制造复合材料部件的方法与流程

文档序号:26099171发布日期:2021-07-30 18:09阅读:86来源:国知局
一种用于制造复合材料部件的方法与流程

本发明涉及复合材料部件的制造,该复合材料部件通过对放置在形成模具的工具上的纤维材料预浸材料层进行堆叠以构成预成型件,并且在对组件进行抽真空和加热以聚合预成型件之前覆盖罩部。



背景技术:

在图1中,用于制造复合材料部件的装置1(以非常示意性的方式示出)示出了形成箱形模具2(所述箱形模具包括侧壁3和上壁4)的工具,该模具用于成形预浸材料的堆叠层6。

堆叠6在顶壁4上延伸,并且该堆叠的边缘折叠在侧壁3上,一旦如图1所示安装,它就构成待制造的部件的预成型件。在图1的情况下,部件象征性地呈箱形,其内表面由工具2的外表面界定。

堆叠6由称为预浸材料层的层形成,也就是说由纤维织物或排列(例如碳纤维)、具有可聚合基质的预浸材料构成,并辅以遮蔽元件(marouflage)。聚合通常通过加热至给定温度并持续预定持续时间来获得。

为了增加部件的机械强度,通过对堆叠6加压来进行聚合,以使基体密度最小化并增加纤维密度。这种加压是通过用罩部7覆盖叠层6来确保的,罩部的周边密封地连接到工具2的外表面,以界定围绕堆叠6的密封的围封部e。

在实践中,罩部7的周边与工具2的外表面的气密连接是通过插入密封接合件8来实现的,并且通过拧入工具2的螺钉9、11共同穿过该罩部和密封接合件8来确保固定罩部7。

通过在围封部e中建立真空来获得对堆叠6的加压,为此,工具2包括用于连接到真空泵(未示出)的喷嘴或阀12。

在图2示意性示出的大体平坦的部件的情况下,类似的布置包括大体平坦的工具16,工具支撑由罩部18覆盖的堆叠层17,罩部的边缘通过密封接合件19与工具16密封连接,不存在用于固定罩部的螺钉。

在图2的情况下,用于连接到真空泵(未示出)的由附图标记21标识的阀装备在罩部上,而不是装备在工具上。

通常,复合材料的演变需要提高聚合温度,而现有罩部可接受的温度被限制在所需聚合温度以下。在实践中,先有罩部可耐受320℃,而称为高温复合材料的复合材料在15巴的压力下的聚合温度为400℃。

有一些聚酰亚胺罩部设计为可承受400℃,但这些罩部在用于制造复杂几何形状的部件(例如图1)时,或当它们应被穿孔以安装阀(例如图2的情况)时,很容易撕裂。

在这方面,本发明的目的是提供一种在高于320℃的温度下进行抽真空以制造复杂几何形状的部件的解决方案,或在简单几何形状的情况下利于阀的集成的解决方案。



技术实现要素:

为此,本发明涉及一种复合材料部件的制造方法,包括以下步骤:

-将预浸复合材料层施加到工具上以构成预成型件;

-将罩部安装在预成型件上,并通过密封件(34,44)将该罩部密封地连接到工具;

-对由罩部和包含预成型件的工具界定的围封部进行抽真空;

-将组件加热到给定温度并持续预定时间,以使预浸料复合材料层(31,38)聚合;

其特征在于:

-所述方法包括以下步骤:在安装罩部之前(33,46),将至少一个由硅树脂或弹性体类型材料制成的料片施加到工具和/或预成型件的至少一个具有复杂几何形状的区域;

-罩部是包含至少一种聚酰亚胺和/或至少一种邻苯二甲腈家族的化合物的罩部。

使用这种解决方案,硅树脂或弹性体料片缓和了尖角形状,并且硅树脂或弹性体料片与罩部直接接触,使得硅树脂或弹性体料片在布置有它们的应力集中区域中增加罩部的机械强度。

本发明还涉及一种如下限定的方法,其中,使用由长纤维增强的硅树脂或弹性体类型材料制成的料片。

本发明还涉及一种如下限定的方法,其中,使用由玻璃纤维增强的硅树脂制成的料片。

本发明还涉及一种如下限定的方法,包括:将用于装备在所述工具上的阀装备在所述工具上的步骤,以及将所述料片施加到装备在所述工具上的所述阀的步骤。

本发明还涉及一种如下限定的方法,其中,阀包括主体和连接管,其中,罩部包括用于使连接管的通过的孔,并且其中,施加到阀的料片的尺寸大于主体的尺寸并且包括用于对连接管的定心和并使连接管通过的中心孔。

本发明还涉及一种如下限定的方法,其中,工具具有大致箱形的形状。

本发明还涉及一种如下限定的方法,其中,工具具有大致平坦的形状。

附图说明

图1示出根据现有技术用于制造复杂几何形状的复合部件的装置的示意图;

图2示出根据现有技术的用于制造简单复合部件(其中,真空阀集成到罩部中)的装置的示意图;

图3是本发明的用于制造复杂几何形状的高温复合部件的实施例的示意图;

图4是本发明的用于制造高温简单复合部件(其中,真空阀集成到罩部中)的实施例的示意图;

图5是根据本发明将阀集成到罩部中的俯视图;

图6是根据本发明将阀集成到罩部中的剖视图。

具体实施方式

本发明的背景下的构思是实施两种材料,以协同地实现避免一种材料的热降解并增加另一种材料的机械阻力。具体而言,将聚酰亚胺罩部与施加到预成型件和/或工具的角部分的硅树脂料片相关联使得能够构成真空袋状部,该真空袋状部在15巴下能承受400℃的烘烤温度,而不存在罩部撕裂或其他降解的风险。

在图3中,用于制造复合材料部件的装置23包括形成模具24的工具,该模具包括具有正方形或矩形轮廓的大体平坦的上壁26,侧壁27从所述上壁延伸,并且以通过从上壁延伸而围绕上壁的框架布置方式设置。

因此,该工具24具有箱体的总体形状,箱体的外表面界定待制造的部件的内表面。它实际上包括多个成角度的部分(即,四个脊,其中的两个脊由标记28和29标识),以及在由图3表示的截面图中不可见的四个顶点,这些构成了本领域中称为复杂几何形状的几何形状。

在制造过程中,预浸材料层堆叠在壁26的上表面上,并且延伸超出该壁的上表面以沿侧壁27突出,以构成待制造的部件的预成型件,该堆叠在图3中由标记31标识。

此外,未示出的遮蔽元件被添加到预浸材料层的堆叠,所述遮蔽元件局部地覆盖预成型件的一些部分以便例如局部改变预成型件中的厚度或形状。

根据本发明,由堆叠31和工具24限定的预成型件的尖角部分随后被图3中由标记32标识的硅树脂料片(coupons)局部地覆盖,以缓和这些尖角形状。因此,这些料片使得能够限制随后安装的罩部的应力集中,从而限制在聚合循环期间撕裂或损坏该罩部的风险。

如图所示,硅树脂料片布置在聚酰亚胺罩部可能被撕裂的区域,也就是说,布置在待制造的部件和/或使用的工具的拐角和尖角上。此处的料片为边长120毫米的正方形,但它们的尺寸和形状受待制造部件的结构和尺寸的限制。

一旦硅树脂料片32就位,聚酰亚胺罩部33安装在由工具24与堆叠31以及未示出的遮蔽元件和硅树脂料片32形成的组件上,并且该罩部的边缘通过密封接合件34密封地连接到工具16。

当所有这些部件都完全配置好,即所有这些部件安装在适当和受控的位置时,围绕堆叠31的密封围封部e通过连接到工具24所装备的阀36的真空泵来被抽真空。

这种真空使得能够使每个硅树脂料片的外表面与聚酰亚胺壁直接接触。实际上,在图中,示出了对围封部e抽真空之前的组件,但是当在围封部e中产生真空时,罩部与预成型件和料片的形状一致,以获得完全压靠在这些元件上的形状,于是围封部e的体积几乎为零。

在抽真空和加热过程中,硅树脂料片或弹性材料料片可以因此固定在聚酰亚胺罩部上,有助于提高罩部在复杂几何形状区域(即,在罩部中产生应力集中的区域)的机械强度。

在图4所示的平坦部件的示例中,工具37具有大致平坦的形状,并且预浸材料的层被堆叠在工具的上表面以构成待制造的部件的预成型件,该堆叠由标记38标识。此处,也可以将遮蔽元件(未示出)局部地添加在一些部分上。

如图4所示,阀39也安装在构成预成型件的堆叠38的边缘附近,最初平贴地设置在工具37的上表面上。

如图5和6中更详细地所示,该阀39包括大体平坦的主体41,该主体41装备有从其主体41垂直突出的连接管42,该管42旨在穿过罩部的相应的孔以能够连接到真空泵(未示出)。

为了加强与聚酰亚胺罩部的被管42穿过的孔对应的区域,也包括中心孔的硅树脂料片43以大范围突出超过主体41的轮廓的方式首先直接安装到阀39的上表面(即图4中与罩部相对的面)。因此,该料片43允许缓和主体41的外圆脊,以确保它不会构成可能损坏罩部的突出部分。

一旦阀39完全安装好,密封接合件44就被施加到工具37的上表面,并且完整地围绕由堆叠38和与堆叠相邻的阀39组成的组件。

当所述组件准备就绪时,预先形成有用于管42的孔的聚酰亚胺罩部46通过将管布置在孔中而被施加到组件上,以覆盖堆叠38以及阀39和密封接合件44。

当在围封部e中产生真空时,覆盖阀的主体的硅树脂料片43因此与聚酰亚胺罩部直接接触。因此,在由聚酰亚胺罩部和工具限定的围封部中建立真空,使得能够将聚酰亚胺罩部牢固地压靠在硅树脂料片43上。因此,料片被固定到罩部上以对罩部进行机械强化,从而防止罩部的由于被管42穿过的孔而被削弱的部分中发生撕裂。

通常,硅树脂料片使得能够缓和预成型件和/或使用的工具的突出形状,这使得能够在抽真空时限制罩部的应力集中。此外,使硅树脂与压靠在料片上的罩部紧密接触使得能够共同地对料片进行热保护,并且能够通过将料片固定到罩部来机械地增强聚酰亚胺罩部的强度。

所用的硅树脂料片,也称为贴片,有利地可以是用玻璃纤维增强的类型,这些料片可以由硅树脂罩部的用玻璃纤维增强的部分形成。

在已经描述的示例中,料片由硅树脂制成,但是根据本发明做出的特定应用中,由任何其他弹性材料(有利地,用长纤维增强的弹性材料)形成的耐受所需温度的料片也是合适的。

此外,本发明已经针对聚酰亚胺罩部进行了描述,但也适用于包含至少一种聚酰亚胺和/或邻苯二甲腈家族的化合物的任何罩部。

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