斩碎纤维复合材料分类和成型系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及斩碎纤维复合材料分类和成型。
【背景技术】
[0002] 采用斩碎纤维复合材料进行压缩成型被用在各个行业W产生各种零件。例如，航 空航天、地面车辆W及海运车辆工业越来越多地利用复合材料，并且压缩成型是用于制造 零件的唯一可用的工艺。例如，在航空航天行业，压缩成型可W被用于非关键零件，即，其失 效对于作为一个整体的较大装置来说不是灾难性的零件。W往，由于所利用的斩碎纤维复 合材料碎片中属性不同和/或存在缺陷，因此采用斩碎纤维复合材料进行压缩成型导致零 件具有低于期望的质量。因此，需要改进的斩碎纤维复合材料分类和成型系统及方法，可选 地用于产生关键零件，即其失效对作为整体的较大装置的完整性可能是重要的零件。
【发明内容】
[0003] 本发明公开了斩碎纤维复合材料系统和方法，其包含对斩碎纤维复合材料碎片进 行分类的系统和方法W及由斩碎纤维复合材料碎片成型纤维增强复合材料结构的系统和 方法。
[0004] 对斩碎纤维复合材料碎片进行分类的系统包含被配置为使斩碎纤维复合材料碎 片落下的输送机、相对于输送机被定位并且被配置为当斩碎纤维复合材料碎片从输送机上 落下时对其成像的成像器、相对于输送机被定位的多个容器、相对于输送机被定位并且被 配置为当个别斩碎纤维复合材料碎片从输送机上落下时将增压气流引导至个别斩碎纤维 复合材料碎片处的气动设备，W及与成像器和气动设备进行通信的控制器。该控制器被编 程W便在相应的特定斩碎纤维复合材料碎片从输送机上落下时，促使气动设备根据与该相 应的特定斩碎纤维复合材料碎片相关联并从成像器中接收的图像数据将特定增压气流引 导至该相应的特定斩碎纤维复合材料碎片处。根据从与相应的特定斩碎纤维复合材料碎片 相关的图像数据确定的预定标准，特定增压气流改变相应的特定斩碎纤维复合材料碎片进 入多个容器中的一个预定容器内的自由下落路径。
[0005] 使纤维增强复合材料结构成型的系统包含被配置为使斩碎纤维复合材料碎片落 下的输送机、相对于输送机被定位并且被配置为当斩碎纤维复合材料碎片从输送机上落下 时对其成像的成像器、相对于输送机被定位W便当斩碎纤维复合材料碎片从输送机上落下 时对其进行接收的模具、相对于输送机被定位并且被配置为当个别斩碎纤维复合材料碎片 从输送机上落下时将增压气流引导至该个别斩碎纤维复合材料碎片处的气动设备，W及与 成像器和气动设备进行通信的控制器。该控制器被编程W便在相应的特定斩碎纤维复合材 料碎片从输送机上落下时，促使气动设备根据与该相应的特定斩碎纤维复合材料碎片相关 联并且从成像器接收的图像数据将特定增压气流引导至该相应的特定斩碎纤维复合材料 碎片处。根据从与相应的特定斩碎纤维复合材料碎片相关联的图像数据确定的预定标准， 特定增压流改变相应的特定斩碎纤维复合材料碎片进入模具中的预定区域的自由下落路 径和/或改变相应的特定斩碎纤维复合材料碎片的取向。
[0006] 用于对斩碎纤维复合材料碎片进行分类的方法包含：使斩碎纤维复合材料碎片落 下；当个别斩碎纤维复合材料碎片落下时检测它们的特性；W及根据当相应的各个斩碎纤 维复合材料碎片落下时其一个或多个已检测特性将各个斩碎纤维复合材料碎片引导到预 定容器内。
[0007]用于使纤维增强复合材料结构成型的方法包含：使斩碎纤维复合材料碎片落下； 当个别斩碎纤维复合材料碎片落下时检测它们的特性；根据当相应的各个斩碎纤维复合材 料碎片落下时其一个或多个已检测特性将各个斩碎纤维复合材料碎片引导到模具的预定 区域内和/或改变各个斩碎纤维复合材料碎片的取向；压缩模具内的斩碎纤维复合材料碎 片；W及固化经压缩的斩碎纤维复合材料碎片W便限定纤维增强复合材料结构。
【附图说明】
[0008] 图1是用于对斩碎纤维复合材料碎片进行分类的系统的示意性表示。
[0009]图2是用于由斩碎纤维复合材料碎片成型结构的系统的示意性表示。
[0010] 图3是示意性表示用于对斩碎纤维复合材料碎片进行分类的方法和用于由斩碎 纤维复合材料碎片成型结构的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011] 本文公开了斩碎纤维复合材料系统和方法。通常，在附图中，有可能被包含在给定 示例内的元件用实线说明，而对给定示例是可选的元件用虚线说明。但是，用实线说明的元 件对本公开的所有示例不是必须的，并且用实线显示的元件可W从特定示例中省略而不脱 离本公开的范围。
[0012] 如本文使用的斩碎纤维复合材料"和"斩碎纤维复合材料碎片"通常指的是用在 压缩成型工艺中的一类复合材料，其中复合材料由数个小的（如，最大尺寸一般在5-20mm 的范围内）碎片、切片、薄片、板片和/或具有嵌入在聚合物内纤维的其他结构组成的。纤 维可W是碳纤维、棚纤维、芳绝（如，Kevlar'')纤维、玻璃纤维和/或其他材料，并且聚合 物可W是热固性塑料、热塑性塑料、树脂、环氧树脂和/或其他材料并且在压缩成型工艺前 可W被预固化、未固化或部分固化。斩碎纤维复合材料碎片的体积可W被放置在模具内，被 压缩，并且然后被加热W烙化并且将聚合物固化成模具的形式，从而产生纤维增强复合材 料结构、零件或组件。
[0013] 图1和图2根据本公开提供了斩碎纤维复合材料系统10的说明性且非排他性示 例的示意性表示。图1W系统12的形式说明系统10,系统12用于对斩碎纤维复合材料碎 片14进行分类，W便之后在压缩成型工艺期间使用，并且图2说明系统16,其用于由斩碎纤 维复合材料碎片14成型纤维增强复合材料结构。在本公开的范围内的是，系统12和系统 16可W彼此不同，系统12和系统16可W被组合成单个系统10,和/或系统12与系统16 共用组成部件。
[0014] 首先参考图1，用于对斩碎纤维复合材料碎片14进行分类的系统12通常包含输送 机18、成像器20、多个容器22、气动设备24W及控制器26。
[0015] 输送机18被配置为使斩碎纤维复合材料碎片14落下从而它们在重力的作用下落 向容器22。虽然在图1中W可选传送带28的形式对输送机18进行示意性说明，但是输送 机18可W是被配置为使斩碎纤维复合材料碎片朝向容器22落下的任何合适的结构或机 构。因此，输送机18可W额外地或替换地包含料斗或其他结构和/或是料斗或其他结构， 该料斗或其他结构直接使斩碎纤维复合材料碎片落下，而不是像传送带28的情况那样首 先平移它们。
[0016] 此外或替换地，输送机18可W被配置为在时间和/或空间上W隔开的间隔使斩碎 纤维复合材料碎片14落下。例如，输送机18可W被配置为连续地使单个斩碎纤维复合材 料碎片一个接一个地落下。此外或替换地，输送机18可W被配置为在某一时间期间内使不 多于最大数量的斩碎纤维复合材料碎片落下。作为说明性非排他性示例，输送机18可W被 配置为每秒使不多于100、不多于500、不多于1000、不多于5000或不多于10000的斩碎纤 维复合材料碎片落下。此外或替换地，输送机可W被配置为每小时使多达或至少1〇〇、500 或1000磅的斩碎纤维复合材料碎片落下。
[0017] 此外或替换地，输送机18可W被配置为在某一时间期间内使多达最小数量的斩 碎纤维复合材料碎片落下。作为说明性非排他性示例，输送机18可W被配置为每秒使多达 至少5、至少10、至少100、至少500、至少1000、至少5000或至少10000的斩碎纤维复合材 料碎片落下。而且，输送机18可W被配置为使多达此最小数量的斩碎纤维复合材料碎片落 下，同时针对系统10的功能使斩碎纤维复合材料碎片在时间和/或空间上适当地间隔开， 例如根据容器22和/或气动设备24的容量、局限性、属性、位置和/或特性。
[0018] 继续参考图1和系统12,成像器12相对于输送机18被定位并且被配置为当斩碎 纤维复合材料碎片14从输送机上落下时对其成像。如示意性地说明的，成像器12可W包 含一个或多个照相机30,其被定位W便当斩碎纤维复合材料碎片落下时对其成像。在一些 系统12中，至少两个照相机或至少Ξ个照相机可W被用于当斩碎纤维复合材料碎片从输 送机上落下时W不同的角度对其成像。
[0019] 任何合适的成像器和照相机可W被使用并被并入到系统12内。例如，一个或多 个照相机可W被描述为高速照相机并且可W被配置为W每秒至少100、500、1000、10000、 17000或更多幅图像的速率捕捉图像。
[0020] 系统12的容器22相对于18被定位并且可W采取任何合适的形式或结构，包含任 何合适的尺寸和容量，从而使它们被配置为接收和包含从输送机18上落下的斩碎纤维复 合材料碎片14。而且，任何合适数量的容器可W被提供并且被包含作为系统12的零件，诸 如取决于斩碎纤维复合材料碎片的期望分类。同样，如本文所论述的，并且如图1中通过具 有在其上的不同斩碎纤维复合材料碎片的示意图的个别容器示意性说明的，个别容器可W 与斩碎纤维复合材料碎片的特定特性相关，包含（但不限于）特性的此类说明性且非排他 性示例，如尺寸、厚度、体积、长度和宽度的纵横比、形状、颜色、纤维取向、纤维数量、缺陷的 存在、纤维模式、取向、反射率、不透明度、吸光率、几何结构W及速度。
[0021] 系统12的气动设备24被配置为当个别斩碎纤维复合材料碎片14从输送机18上 落下时将增压气流或气串化urstofgas)(例如，空气）引导至该个别斩碎纤维复合材料 碎片14处，从而将它们引导到特定的容器22内，如图1中示意性说明的。更具体地，气动 设备被配置为根据个别斩碎纤维复合材料碎片的一个或多个特性，将不同配置的增压气流 或气串选择性地引导至该个别斩碎纤维复合材料碎片处。运在图1中通过进入各个容器22 内的不同形状的斩碎纤维复合材料碎片的方向来示意性说明。在图中使用的斩碎纤维复合 材料碎片的示意形状仅用于说明目的，并且不将系统10限制为在所说明的示意形状之间 区分和分类。
[0022] 不同配置的增压气流可W基于压力、持续时间、方向、取向、位置、速度和溫度中的 一个或多个而不同。例如，与较低压力、较短持续时间和/或较慢速度的气流相比，较高压 力、较长持续时间和/或较大速度的气流可W将个别斩碎纤维复合材料碎片引导到被更远 地隔开的容器内。相似地，气流的方向或取向可W影响个别斩碎纤维复合材料碎片被引导 到哪个容器22。此外或替换地，气流的竖直位置可W影响个别斩碎纤维复合材料碎片被引 导到哪个容器22,例如，与较低放置的气流相比，较高放置的气流可W将斩碎纤维复合材料 碎片引导到更远的容器中。此外或替换地，诸如基于当个别斩碎纤维复合材料碎片从输送 机18中落下时其横向位置，气流的横向位置可W影响个别斩碎纤维复合材料碎片是否处 于将被气流引导或重新引导的位置。
[0023] 如图1中示意且可选地说明的，气动设备24可W包含多个分隔开的喷嘴32。每个 喷嘴可W被配置为引导唯一的增压气流，例如该唯一