用于结合复合材料结构的共固化工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于结合复合材料结构的共固化工艺。制造复合材料组件(200)的方法可包括以下步骤：提供第一层压件(206)和第二层压件(216)使之分别由第一复合材料层片(204)和第二复合材料层片(214)形成，并且具有相应的第一固化部分(208)和第二固化部分(218)以及相应的第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)。该方法(200)可进一步包括：使第一未固化部分(210)中的第一复合材料层片(204)与第二未固化部分(220)中的第二复合材料层片(214)交错，以形成界面区域(256)。
【专利说明】
用于结合复合材料结构的共固化工艺
技术领域
[0001]本公开总体涉及复合材料制造，更具体地涉及组装复合材料结构的方法。
【背景技术】
[0002]制造复合材料结构的传统方法包括使用紧固件或粘合剂组装固化型复合材料部件。紧固件的使用需要特殊的钻孔设备，以在将要结合的复合材料部件中形成紧固件孔。另夕卜，在多个紧固件孔中安装各个紧固件的过程是耗时而费力的过程。此外，结构组件中的多个紧固件增加了重量，减损了重量敏感结构(诸如飞行器)的性能能力。
[0003]通过使用粘合剂将复合材料部件粘合到一起来组装复合材料结构可能将该结构的使用限于不需要承载主要负荷的应用。依靠紧固件和/或粘合剂的组装技术可能需要在相对严格的几何公差内定位各个部件的配合(例如，搭接)表面。严格的几何公差的要求增加了制造成本并增加了制造时间。
[0004]形成相对较大和/或具有复杂几何形状的复合材料结构可能存在更多的挑战。例如，铺放大型复合材料结构的传统固化过程可能需要大型压热器可用于均匀地施加热量和压力。不幸地，大型压热器要求高的初始建设成本以及高的运行和维护成本，并且可能对于以高的生产速率生产复合材料零件存在限制。具有复杂几何形状的复合材料结构传统上需要单独铺放并固化各个部件，然后将所述部件紧固和/或以粘合剂粘合到一起，具有上述相关缺点。
[0005]如可以看到的，在本领域中需要有一种限制或避免使用紧固件和粘合剂来制造复合材料结构的方法，并允许制造相对较大和/或具有复杂几何形状的复合材料零件。
【发明内容】
[0006]与制造复合材料结构关联的上述需要由本公开具体解决并缓解，本公开提供了一种通过使两个或更多个复合材料层压件的未固化部分一体地共固化来制造复合材料组件的方法。所述方法可包括以下步骤:提供第一层压件和第二层压件，所述第一层压件和第二层压件分别由第一复合材料层片和第二复合材料层片形成，并且具有相应的第一固化部分和第二固化部分以及相应的第一未固化部分和第二未固化部分。所述方法可进一步包括以下步骤:使所述第一未固化部分中的所述第一复合材料层片与所述第二未固化部分中的所述第二复合材料层片交错，以形成界面区域。所述方法可另外包括以下步骤:使所述界面区域固化，以将所述第一层压件结合至所述第二层压件并且形成通用化的复合材料组件。
[0007]在另一实施方式中，公开了一种制造复合材料组件的方法，该方法包括以下步骤:铺放多个第一复合材料层片以形成第一铺层；以及铺放多个第二复合材料层片以形成第二铺层。所述方法可另外包括以下步骤:以形成相应的第一层压件和第二层压件使之各具有相应的第一固化部分和第二固化部分以及相应的第一未固化部分和第二未固化部分的方式使所述第一铺层和第二铺层固化。所述方法可进一步包括以下步骤:使所述第一未固化部分中的所述第一复合材料层片与所述第二未固化部分中的所述第二复合材料层片交错，以形成界面区域。所述方法还可包括以下步骤:使所述界面区域固化，以将所述第一层压件结合至所述第二层压件并形成通用化的复合材料组件。
[0008]在又一实施方式中，公开了一种制造复合材料组件的方法，该方法包括以下步骤:铺放多个第一复合材料层片和多个第二复合材料层片，以分别形成第一铺层和第二铺层。所述方法可另外包括以下步骤:使相应的所述第一铺层和第二铺层的第一未固化部分和第二未固化部分固化至完全固化。所述方法还可包括以下步骤:使相应的所述第一铺层和第二铺层的第一未固化部分和第二未固化部分部分地固化至大约5%。另外，所述方法可包括以下步骤:在所述第二未固化部分中的一对第二复合材料层片之间使所述第一未固化部分中的至少一个所述第一复合材料层片交错，以形成界面区域。所述方法可进一步包括以下步骤:使所述界面区域固化，以将所述第一层压件结合至所述第二层压件并形成通用化的复合材料组件。
[0009]已经讨论的特征、功能及优点可以在本公开的各种实施方式中独立实现，或者可在其它实施方式中进行组合，可以参考以下描述和下面的附图看到其中的进一步细节。
【附图说明】
[0010]在参考附图时，本公开的这些及其它特征将变得更明显，其中整个图示书中相同的附图标记表示相同的部分，并且其中:
[0011 ]图1是飞行器的立体图的图示；
[0012]图2是使用本文中公开的方法由复合材料制造的燃料箱的图示；
[0013]图3是使用本文中公开的方法由复合材料制造的水平尾翼的图示；
[0014]图4是图示可包括在制造复合材料组件的方法中的一个或多个操作的流程图；
[0015]图5是均具有固化部分和至少一个未固化部分的第一层压件和第二层压件的俯视图的图不；
[0016]图6是沿着界面区域结合的第一层压件和第二层压件的俯视图的图示，其中第一未固化部分与由通用化的复合材料组件固化的界面区域内的第二未固化部分交错；
[0017]图7是图6的界面区域的截面图的图示；
[0018]图8是示出包括多个第一复合材料层片并图示层片分离器的第一铺层的侧视图的图示，所述层片分离器分离第一未固化部分内的第一复合材料层片；
[0019]图9是示出了将热和压制压力施加至第一层压件的第一固化部分并图示温度控制装置的侧视图的图示，所述温度控制装置定位在第一层压件的第一未固化部分上，以防止其在使第一固化部分固化期间固化；
[0020]图10是在使相应的第一固化部分和第二固化部分固化之后第一层压件和第二层压件的侧视图的图示；
[0021]图11是在拆除层片分离器之后图10的第一层压件和第二层压件的侧视图的图示；
[0022]图12是组装好的第一层压件和第二层压件的侧视图的图示，并图示了界面区域在界面区域固化工具上被固化以形成通用化的复合材料组件，进一步图示了在使界面区域固化期间定位在第一部分和第二部分上的温度控制装置；
[0023]图13是用于组装第一层压件和第二层压件的替代构造的侧视图的图示，其中所有的第一复合材料层片都与第二复合材料层片交错；
[0024]图14是通过使图13所示的第一层压件和第二层压件的界面区域固化而形成的通用化的复合材料组件的侧视图的图示；
[0025]图15是第一层压件和第二层压件的45°层片的俯视图的图示，其中在每个第一层压件和第二层压件中的45°层片由单向带形成并具有锯齿状边缘；
[0026]图16是沿着界面区域结合的图15的第一层压件和第二层压件的俯视图的图示，并图示了第一层压件和第二层压件的单向带的带端部的交错；
[0027]图17是图16的界面区域的截面图的图示；
[0028]图18是第一层压件和第二层压件的另一实施方式的侧视图的图示，其被构造成接收复合材料拼接件以在界面区域内将第一复合材料层片和第二复合材料层片拼接在一起；
[0029]图19是在拆除层片分离器之后图18的第一层压件和第二层压件的侧视图的图示；
[0030]图20是组装到一起的图19的第一层压件和第二层压件的侧视图的图示，并图示了第一层压件的与第二层压件的一对紧邻的第二复合材料层片交错的第一复合材料层片中的一个；
[0031]图21是在施加多个复合材料拼接件层片期间的图20的第一层压件和第二层压件的侧视图的图示，所述多个复合材料拼接件层片使界面区域中的第一复合材料层片和第二复合材料层片搭接，以形成复合材料拼接件而将第一复合材料层压件和第二复合材料层压件拼接在一起；
[0032]图22是在使未固化的复合材料拼接件层片与界面区域中的第一复合材料层片和第二复合材料层片的未固化部分共固化期间图21的组装好的第一层压件和第二层压件的侧视图的图不；
[0033]图23是图3的水平尾翼的一部分的立体图的图示，示出了由未固化的复合材料蒙皮包封以形成闭合的复合材料结构的多个复合材料梁；
[0034]图24是沿着图23的线24截取的水平尾翼的端视图的图示，并图示了将复合材料梁定位在由蒙皮限定的水平尾翼的内部内；
[0035]图25是梁的端视图的图示，图示了梁的包括梁的第一固化部分的腹板，进一步图示了在腹板的相对两侧上包括梁的第一未固化部分的突出部和半径；
[0036]图26是复合材料层片铺放在铺层固化工具上以形成复合材料梁的侧视图的图示；
[0037]图27是将复合材料梁真空袋压成型在铺层固化工具上以使腹板的第一固化部分固化的侧视图的图示，并包括定位在复合材料梁的对应的一对第一未固化部分上以防止未固化部分固化的一对温度控制装置；
[0038]图28是定位在外模线(OML)工具的一对OML工具半体之间的水平尾翼的梁和蒙皮的侧视图的图示，进一步图示了定位在每个梁的每个突出部的相对两侧上的多个半径工具;
[0039]图29是用于使梁和蒙皮的复合材料组件固化以形成水平尾翼的OML工具的立体图的图示；
[0040]图30是沿着图29的线30截取的截面图的图示，并图示了将热和压制压力施加至梁和蒙皮的复合材料组件抵着OML工具的内侧表面以使每个梁的未固化部分与未固化的蒙皮共固化；
[0041]图31是图30的复合材料组件的一部分的放大图的图示，图示了与一个梁的复合材料层片交错的水平尾翼蒙皮的复合材料层片，进一步图示了在固化期间将压制压力施加至梁的未固化部分的半径工具；以及
[0042]图32是通过使梁的未固化部分与蒙皮共固化而形成的水平尾翼的通用化的复合材料组件的截面图的图示。
【具体实施方式】
[0043]现在参考出于图示本公开的各种实施方式的目的而提供的附图，图1示出了具有可使用本文中公开的方法进行制造的一个或多个复合材料组件200的飞行器100 ο例如，飞行器100可包括机身102，机身102具有一对机翼120，机翼120可容纳如图2所示的一个或多个相对较大的燃料箱122。使用本文中公开的方法，可有利地通过使复合材料层压件的复合材料层片的未固化部分交错而制造出相对较大部分的燃料箱122或整个燃料箱122。交错的复合材料层片可限定界面区域256，界面区域256可一体地共固化以结合层压件并形成单个通用化的复合材料组件200。本公开方法可允许减少通常为了组装各个部件以形成常规燃料箱而需要的紧固件和密封剂的量。在一些实例中，本公开方法可允许消除常规上为了结合复合材料部件而需要的紧固件和/或粘合剂。
[0044]还可实施该方法来形成具有相对复杂几何形状的复合材料组件200。例如，图3图示了水平尾翼104，其可设计为可在水平尾翼104的舷外端上闭合的闭合式盒形帽(boxhat)。水平尾翼104可由与复合材料蒙皮106—起组装的若干复合材料梁110组成。使用当前公开的方法，复合材料层片的组成梁110和蒙皮106的未固化部分可被交错并一体地共固化，以将水平尾翼104形成为单个通用化的复合材料组件200，而无需使用紧固件和/或粘合剂。在本公开中，复合材料层压件的未固化部分可被描述为可以是完全未固化的部分，或者该未固化部分可能部分地被固化至相对较低的固化状态(例如，小于完全固化的10%)。
[0045]虽然在制造诸如飞行器燃料箱122(图2)的大型复合材料组件200和/或制造诸如水平尾翼104(图3)的复杂复合材料组件200的背景下描述了本公开方法，但是非限制性地，可实施该方法来制造具有任何尺寸、形状和构造的复合材料组件200。虽然图中未示出，但是该方法还可包括:由一个或多个复合材料夹层结构制造通用化的复合材料组件200。复合材料夹层结构可被描述为具有夹在一对面板之间的芯材料(诸如轻木、蜂窝或泡沫)。一个或两个面板可由一个或多个复合材料层片形成，其中至少一个部分可能未固化或部分地固化(例如，小于完全固化的10%)，以允许面板的复合材料层片与另一复合材料部件(例如，复合材料层压件或另一夹层结构)的未固化或部分地固化的复合材料层片交错，随后共固化而形成通用化的复合材料组件200，至少在界面区域256中无需使用紧固件和/或粘合剂。
[0046]图4是图示一个或多个操作的流程图，所述一个或多个操作可包括在制造复合材料组件200的方法400的实例中。方法400的步骤402可包括:铺放多个第一复合材料层片204以形成第一铺层202。方法400的步骤404可包括:铺放多个第二复合材料层片214以形成第二铺层212。虽然在组装两个复合材料层压件以形成通用化的复合材料组件200的背景下描述了当前公开的方法，但是该方法可采取迭代方式进行应用以组装任何数量的复合材料层压件，从而形成下述通用化的复合材料组件200。
[0047]在本实例中，第一铺层202的第一复合材料层片204和/或第二铺层212的第二复合材料层片214可由纤维增强的聚合物基质材料形成。复合材料层片可由可预浸有树脂(例如，预浸料)的纤维构成。预浸料复合材料层片中的纤维可设置为各种各样的不同纤维形式中的任何一种形式，包括诸如位于单向带或单向片材中的连续纤维。复合材料层片还可设置为织造织物(例如，双向纤维)复合材料层片、编织纤维、短纤维层片、缝合纤维形式或各种各样的其它纤维形式的任何一种。
[0048]对于单向带或片材，铺层的复合材料层片中的纤维可布置为各种各样的不同纤维取向中的任何一种取向(例如，O度、22.5度、30度、45度、60度、75度、90度或其它纤维角度)。在一个实例中，该方法可包括:铺放复合材料层片以形成包含O度、±45度和90度层片的准各向同性复合材料层压件。每个第一铺层202和第二铺层212中的复合材料层片可根据预定的堆叠次序进行堆叠，以实现最终的复合材料组件200的期望的强度和刚度性能。
[0049]可形成纤维的材料可包括芳纶、聚烯烃、金属、玻璃、碳、硼、陶瓷、矿物及各种各样的其它材料或材料组合中的任何一种材料。树脂可设置为各种各样的材料组成中的任何一种，包括但不限于丙烯酸树脂、环氧树脂、碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺及其它材料组成。虽然在由热固性树脂形成的预浸料复合材料层片的背景下描述了本方法，但是在一些实例中，预浸料复合材料层片可包括热塑性树脂。在这方面，使各个铺层固化的下述步骤，以及使组装的层压件的未固化部分一体地共固化的步骤可涵盖预浸料热塑性层片的热塑性树脂的凝固。
[0050]方法400的步骤406可包括:分别以形成相应的第一层压件206和第二层压件216的方式使第一铺层202和第二铺层212固化。在这方面，第一铺层202可采取形成具有第一固化部分208和第一未固化部分210的第一层压件206的方式进行固化。同样，第二铺层212可米取形成具有第二固化部分218和第二未固化部分220的第二层压件216的方式进行固化。
[0051]图5是可单独铺放并固化的第一层压件206和第二层压件216的平面图。第一层压件206和第二层压件216均被示出为各具有一个O度层片244、一对90度层片246和一个45度层片248的铺层。第一层压件206的堆叠次序可与第二层压件216的堆叠次序互补(例如，等同)。第一层压件206具有第一固化部分208和第一未固化部分210。第二层压件216具有第二固化部分218和第二未固化部分220。在示出的实例中，每个层压件的固化部分可具有比未固化部分更长的长度。然而，层压件的固化部分和未固化部分可设置为任何比例，并且不限于使固化部分长于或大于未固化部分。使铺层固化的步骤可包括:使铺层或铺层的任何部分加固、压制和/或压实。例如，在使铺层的限定了固化部分的那部分固化之前或期间，可同时压制或压实铺层的固化部分和未固化部分。
[0052]—个或两个层压件的未固化部分可能完全未被固化，使得未固化部分处于未处理状态。替代地，一个或两个层压件的未固化部分可相对于完全固化状态进入低固化状态，诸如进入小于10%的固化状态，诸如进入大约5%的低固化状态。实现未固化部分的部分固化(例如，5%)可减少或消除来自未固化部分中的复合材料层片的粘着，和/或可通过增加层压件中的树脂的玻璃化转变温度而增加未固化部分中的复合材料层片的刚度。减少或消除未固化部分中的复合材料层片的粘着和/或增加其刚度可在使界面区域256固化之前组装层压件的步骤期间促进复合材料层片的交错。
[0053]方法400的步骤408可包括:使第一未固化部分210中的第一复合材料层片204与第二未固化部分220中的第二复合材料层片214交错，以形成界面区域256。例如，该方法可包括:将第一未固化部分210中的至少一个第一复合材料层片204插入第二未固化部分220中的一对第二复合材料层片214之间，以形成界面区域256。图6是组装好的第一层压件206和第二层压件216的俯视图，其中第一未固化部分210与第二未固化部分220交错以形成界面区域256。
[0054]方法400的步骤410可包括:使界面区域256固化，以将第一层压件206结合至第二层压件216并形成下面更详细描述的通用化的复合材料组件200。虽然界面区域256可与定位在压热器内侧的复合材料组件200—起固化，但是界面区域256的固化还可在不使用压热器的情况下执行。例如，界面区域256的在压热器外的固化可使用炉或压釜(press clave)332(图12)来执行，或者使用真空袋320(图9)以及散热垫和/或散热毯、热胆、辐射加热或用于局部施加热336和压制压力334以使界面区域256固化的其它装置及技术来执行。
[0055]图7是在第一未固化部分210和第二未固化部分220固化以完全固化之后的图6的界面区域256的截面图。如可以看到的，位于层片堆叠底部上的第一复合材料层片204在一对第二复合材料层片214之间被交错。对接接头264形成在位于层片堆叠中间的第一复合材料层片204和第二复合材料层片214之间。虽然对接接头264被示出为与另一对接接头垂直对准，但是对接接头264可优选地相对于彼此错开，还可相对于界面区域256中的其余接头错开，作为一种手段来避免拼接件或接头的积累堆积，其可能在结合的复合材料组件200(图6)中产生凸点或脊(未示出)。在图7中，在层片堆叠的顶部，第二复合材料层片214与第一复合材料层片204形成搭接接头262，该搭接接头被示出为与界面区域256中的其余接头错开。
[0056]图8示出了包括多个第一复合材料层片204的第一铺层202的实例。第一复合材料层片204被铺放在铺层固化工具250上。本方法可包括:在交错之前且在使第一固化部分208和第二固化部分218初始固化之前，将层片分离器252插入相应的第一层压件206和第二层压件216的至少一对相邻的第一复合材料层片204之间和/或至少一对相邻的第二复合材料层片214之间。该方法可包括:在使第一复合材料层片204和第二复合材料层片214交错且使界面区域256固化之前，拆除层片分离器252。如下所述，层片分离器252可有利地防止相邻复合材料层片的位于第一未固化部分210和/或第二未固化部分220中的树脂在使第一固化部分208和/或第二固化部分218固化期间彼此混杂并粘合。层片分离器252可由与复合材料层片中的树脂不起化学反应的任何材料形成。在一个实例中，层片分离器252可由氟化乙烯丙烯(FEP)形成。
[0057]图9是为了加固、压制和/或压实第一铺层202并且为了使第一铺层202的固化部分208固化而施加在第一铺层202上的真空袋320的截面图。第二铺层212可采取类似于本文中描述的第一铺层202的方式处理并固化。在图9中，真空袋320可包括非多孔或不可渗透的袋压成型薄膜322，该袋压成型薄膜322可使用诸如密封剂带的边缘密封剂324围绕第一铺层202的周界密封至铺层固化工具250。真空袋320可包括至少一个真空端口 326，该真空端口326可联接到真空源(未示出)，诸如真空栗或用于在袋压成型薄膜322内产生真空压力的真空发生器。诸如释放层(未示出)和一个或多个通气层328的附加层可被包括在第一铺层202与袋压成型薄膜322之间。将真空压力施加至真空袋320可导致压制压力334施加到第一铺层202上以抵着铺层固化工具250。施加压制压力334可在使第一铺层202固化期间促进空气和/或其它气体的去除，并且可促进第一铺层202的加固以防止产生孔隙或空隙，从而提高复合材料层压件的纤维体积分数。
[0058]图9图示了将热336和压制压力334施加至第一铺层202。在这方面，该方法可包括:分别加热第一铺层202和第二铺层212的限定了相应的第一固化部分208和第二固化部分218的相应部分；以及在使第一铺层202和第二铺层212固化期间防止加热相应的第一未固化部分210和第二未固化部分220。以这种方式，相应的第一层压件206和第二层压件216可形成为具有相应的第一固化部分208和第二固化部分218以及相应的第一未固化部分210和第二未固化部分220。将压制压力334施加至相应的第一铺层202和第二铺层212可在使相应的第一固化部分208和第二固化部分218中的树脂固化之前或同时促进相应的第一复合材料层片204和第二复合材料层片214的加固和/或压实。如上面所指出的，在分别使第一固化部分208和第二固化部分218固化的同时，可发生第一未固化部分210和第二未固化部分220的压制或压实。
[0059]图9另外图示了温度控制装置290，该温度控制装置290定位成邻近第一铺层202的第一未固化部分210，以在使第一固化部分208固化期间防止第一未固化部分210的固化。温度控制装置290可被构造成控制第一未固化部分210的温度，从而在分别使第一固化部分208和第二固化部分218固化时防止加热第一未固化部分210和第二未固化部分220 (例如，超过预定的温度阈值)。在一些实例中，温度控制装置290可定位成与第一未固化部分210直接接触，并且可构造成将第一未固化部分210的温度维持为低于预定值。在示出的实例中，温度控制装置290可被构造为冷却夹套292，该冷却夹套292被构造成符合第一未固化部分210并使冷却流体穿过冷却夹套292流通。例如，冷却夹套292可包括流体进口 294和流体出口 296，流体进口 294和流体出口 296可经由一个或多个软管流体联接至容纳冷却流体的流体贮存器(未示出)。对于使铺层在压热器内固化的应用，流体贮存器可选地位于压热器的外侧，并且一个或多个软管或流体导管可运送流体出入冷却夹套29 2。
[0060]如可认识到的，温度控制装置290可设置在用于在使铺层的固化部分固化期间吸收或排出铺层的未固化部分中的热量的各种各样的不同构造中的任何一种构造中。在一些实例中，一个或多个散热器或冷却夹套292可直接定位在真空袋320的顶部，覆盖未固化部分。一个或多个冷却夹套292也可直接定位在未固化部分下方并与未固化部分直接接触。虽然未示出，但是可选地包括用于监测离开流体出口 296的流体的温度的系统。这样的系统能够调节进入流体进口 294的流体的温度和/或流量，作为一种手段将未固化部分的局部温度维持在低于预定值。
[0061]如可认识到的，可实施其它方法以在使铺层的固化部分固化期间主动地或被动地控制未固化部分的温度。例如，可通过减少流入未固化部分的热量，诸如通过局部增加在真空袋的覆盖未固化部分的那部分中的通气层厚度，而控制未固化部分的温度，作为一种手段来减少传导到未固化部分中的热量。额外的方法可包括:使用空气流屏障(未示出)或盒结构(未示出)，至少部分地封闭或包围未固化部分以减少(或防止)传导到未固化部分中的热量。该方法还可包括:局部增加在未固化部分正下方的位置中的固化铺放工具的热质量(例如，工具容积)，以促进热量局部吸收到在未固化部分下面区域中的固化铺放工具中，从而减少输入到未固化部分中的热量。空气袋(未示出)也可整合到固化铺放工具中，以降低向未固化部分的热传导率。容纳相变材料的袋也可整合到固化铺放工具中，以在特定温度或温度范围内局部增加铺层固化工具250的潜热。
[0062]图10是在使相应的第一固化部分208和第二固化部分218固化之后的第一层压件206和第二层压件216的侧视图。层片分离器252被示出为插入在相应的第一复合材料层片204和第二复合材料层片214之间。层片分离器252可被定位成使得每个层片分离器252的端部终止于相应的第一未固化部分210和第二未固化部分220的边界处。层片分离器252的一部分可突出，以允许在组装第一层压件206和第二层压件216并使界面区域256固化之前拆除层片分离器252。
[0063]图11示出了在拆除层片分离器252之后且在组装第一层压件206和第二层压件216之前的图10的第一层压件206和第二层压件216。第一层压件206和第二层压件216可被共同设计成使得第一复合材料层片204可以期望的方式与第二复合材料层片214交错。在这方面，第一层压件206和第二层压件216可被共同设计成使得第一复合材料层片204和第二复合材料层片214的层片端部222终止于互补位置处，使得当组装第一层压件206和第二层压件216时，期望的层片接头构造260可形成在第一复合材料层片204和第二复合材料层片214之间。
[0064]图12示出了组装在界面区域固化工具266上的第一层压件206和第二层压件216，并图示了一个第一复合材料层片204在一对第二复合材料层片214之间的交错。该方法可包括:将界面区域256支撑在界面区域固化工具266上。第一层压件206和第二层压件216的其余部分(例如，第一固化部分208和/或第二固化部分218)可以不受界面区域固化工具266的支撑，而是可由一个或多个简单的层压件支撑件268支撑，或者采取不需要沿着复合材料组件200的长度的全工装(fulI tooling)的另一方式。
[0065]本公开方法包括:使第一未固化部分210中的第一复合材料层片204与第二未固化部分220中的第二复合材料层片214交错，以形成界面区域256。可在组装第一层压件206和第二层压件216之前拆除层片分离器252。如上所述，层片分离器252可允许各个第一复合材料层片204和第二复合材料层片214张开，以促进配合的复合材料层片在初始组装配合的层压件期间的部分插入。
[0066]在组装第一层压件206和第二层压件216期间，本方法可包括:在界面区域256内使第一未固化部分210的至少一个第一复合材料层片204与第二未固化部分220的至少一个第二复合材料层片214至少部分地搭接。在示出的实例中，底部的第一复合材料层片204的层片端部222可与底部的第二复合材料层片214搭接预定量，以促进负荷从第一层压件206转移到第二层压件216。第一复合材料层片204的层片端部222可与第二复合材料层片214搭接至少0.5英寸的距离，以允许在复合材料层片之间转移负荷。然而，交错的层片254可搭接小于0.5英寸的距离，并且仍然可提供在交错的层片254之间转移负荷的能力。
[0067]在图12中，层片堆叠中的两个中间复合材料层片均被示出为形成对接接头264。在本公开方法中，第一复合材料层片204和第二复合材料层片214均可包括非O度层片，具有非平行于复合材料组件200的主要负荷方向取向的纤维。使复合材料层片交错的步骤可包括:将第一层压件206的第一未固化部分210中的至少一个非O度层片与第二层压件216的第二未固化部分220中的至少一个非O度层片对接。
[0068]在一些实例中，第一铺层202和第二铺层212的层片端部222可终止，以在每个对接接头264处提供预定间隙。例如，第一铺层202和第二铺层212可被布置成使得当组装第一层压件206和第二层压件216时，第一复合材料层片204和对应的第二复合材料层片214的层片端部222之间的对接接头264提供层片端部222之间小于0.25英寸的间隙。在其它实例中，层片端部222之间的对接接头264的间隙可小于0.10英寸。横跨每个对接接头264(例如从第一复合材料层片204到第二复合材料层片214)的负荷转移可由位于对接接头264的正上方和/或下方的复合材料层片来提供。
[0069]对于图12所示的层压件，第一复合材料层片204和第二复合材料层片214均包括O度层片244，其中纤维平行于主要负荷方向取向。使第一复合材料层片204和第二复合材料层片214交错的步骤可包括:使第一层压件206的第一未固化部分210中的至少一个O度层片244与第二层压件216的第二未固化部分220中的至少一个O度层片244搭接，以形成搭接接头。然而，非O度层片244还可包括搭接接头262。
[0070]图12示出了通过将顶部的第二复合材料层片214搭接在第一复合材料层片204上而形成的搭接接头262。在搭接接头中，第一层片铺层和第二层片铺层可被布置成使得复合材料层片可与另一复合材料层片搭接至少0.5英寸的距离，以允许复合材料层片之间的负荷转移，但是可设置更小的搭接部。搭接接头262和交错的层片254允许横跨第一复合材料层压件和第二复合材料层压件的O度层片244转移负荷。
[0071]第一层压件206和第二层压件216可被定位并组装在界面区域固化工具266上，界面区域固化工具266的尺寸、形状和构造可以这样设置，S卩:在使界面区域256固化期间支撑界面区域256，以将第一层压件206结合至第二层压件216而形成通用化的复合材料组件200。界面区域固化工具266可稍微延伸(例如，若干英寸)超出第一层压件206和第二层压件216相应的未固化部分210、220的边界，并延伸进入第一固化部分208和第二固化部分218的一部分中，以避免如果界面区域固化工具266终止于相应的第一固化部分208和第二固化部分218的边缘较短处则可能在第一未固化部分210和第二未固化部分220的下侧出现的界线(mark-off)。每一个第一层压件206和第二层压件216的固化部分208、218可由一个或多个简单的层压件支撑件268支撑，从而不需要最终固化工具延伸达到通用化的复合材料组件200的完整长度和宽度。
[0072]一个或多个加热机构可对界面区域256实施局部加热。例如，一个或多个局部加热装置330可施加在界面区域256上。还可包括一个或多个局部加热装置330以对界面区域固化工具266进行直接加热(例如，使用诸如嵌入固化工具中的电阻丝的加热元件)，以施加热336使界面区域256固化。另外，可实施一个或多个压力施加机构将压制压力施加至界面区域256。例如，压釜332可施加在界面区域256上，以将热336和压制压力334施加至界面区域256供在压热器外固化。替代地，双真空袋压实组件(未示出)可施加在界面区域256上，以在压热器外的过程中将压制压力334施加至界面区域256。
[0073]在一些实例中，可实施传统的真空袋320以为复合材料铺层施加压制压力334，该复合材料铺层由为了诸如在压热器外固化过程中以小于I个大气压力进行固化而制定的树脂形成。然而，复合材料组件200可具有足够小的尺寸以装配在压热器的内侧，使得界面区域256可支撑在界面区域固化工具266上并被真空袋压成型，以在使用压热器加热来加热界面区域256的同时将增加的压制压力334施加至界面区域256。
[0074]在任何的上述固化实例中，使界面区域256固化的步骤可包括:加热界面区域256;以及在加热并固化界面区域256时防止加热铺层的限定了第一固化部分208和第二固化部分218的那部分。在这方面，一个或多个温度控制装置290可施加至或定位在第一固化部分208和/或第二固化部分218上(例如，上面和/或下面)，以防止这些部分在界面区域256固化期间过热。例如，上述的冷却夹套292可直接地定位在第一固化部分208和第二固化部分218的顶部上。诸如水的冷却流体可采取上述方式穿过冷却夹套292流通，以将第一固化部分208和/或第二固化部分218的温度维持为低于预定值。
[0075]图13示出组装第一层压件206和第二层压件216的实例，其中所有的第一复合材料层片204和第二复合材料层片214都可以是交错的。第一铺层202和第二铺层212可被布置成使得第一复合材料层片204的层片端部222与第二复合材料层片214的层片端部222在每一个搭接接头262中均搭接相同的量。
[0076]图14另外示出了层片堆叠中的搭接接头262在界面区域256内被错开，作为一种手段避免了界面区域256中的接头或拼接件的积累堆积。在一些实例中，本公开方法包括:在结合第一层压件206和第二层压件216的层片堆叠中错开至少两个层片接头260。在这方面，第一层压件206和第二层压件216可被构造成使得两个或更多个搭接接头262是未错开的，致使层片接头260与另一层片接头竖直对准。在其它实例中，所有的接头都可在界面区域256内相对于彼此错开。使层片接头260错开可优选作为一种手段来避免复合材料层压件的厚度的局部增加。
[0077]图15示出了45度层片246的俯视图，其可被包括在相应的第一层压件206和第二层压件216的第一复合材料层片204或第二复合材料层片214之一中。45度层片246可由布置为彼此平行的多条单向带242形成，使得单向带242的带侧面彼此抵接。单向带242的带端部243可被垂直于带侧面切割，以简化带铺放过程。例如，通过垂直于带侧面切割带端部243，自动铺带机284(ATLM)(参见图21)不需要在每个带端部处进行独特斜切，这可减少铺放复合材料层片所需要的时间量。在这方面，对于其中至少一个复合材料层片是由具有垂直的带端部243的单向带242形成的非O度层片或非90度层片(例如，+/-45度层片246)的任何铺层，锯齿状边缘240可沿着复合材料层片的一个或多个侧面，诸如沿着第一未固化部分210和/或第二未固化部分220的侧面形成，如图15所示。
[0078]图16示出了结合在界面区域256中的图15的第一层压件206和第二层压件216的组装，并图示了单向带242的带端部的交错。在本公开方法中，使第一层压件206和第二层压件216交错的步骤可包括:将第一复合材料层片204的单向带242的带端部插入一对第二复合材料层片214之间。45度的第一复合材料层片204的带端部可搭接45度的第二复合材料层片214的带端部。然而，具有不同纤维取向的第二复合材料层片214(例如，非45度层片)可搭接45度的第一复合材料层片204。
[0079]图17是示出图16的界面区域256的截面图，并图示了夹在一对第二复合材料层片214之间的第一复合材料层片204的带端部243。带端部243的搭接距离可类似于上述关于图12所示的搭接接头262的搭接距离。虽然未示出，但是界面区域256内的两个或更多个接头可被错开。例如，如果一个层(例如，层3)为具有锯齿状搭接接头262的45度层片248，并且另一层(例如，层5)为45度层片248，则两个45度层片的搭接接头262可相对于彼此且相对于其它层错开，以避免厚度的局部堆积，该局部堆积否则可能致使复合材料组件200中的凸点或脊。
[0080]图18示出了第一层压件206和第二层压件216的实施方式，其被构造成使用复合材料拼接件280进行结合，以在界面区域256内将第一复合材料层片204和第二复合材料层片214拼接在一起。第一铺层202和第二铺层212可单独铺放，使得层片端部222终止于错开布置中。层片分离器252可插入在位于相应的第一未固化部分210和第二未固化部分220内的一对或多对相邻的第一复合材料层片204和第二复合材料层片214之间，以在使固化部分208、218初始固化期间防止复合材料层片之间发生粘合。
[0081]图19示出了在拆除层片分离器252之后的图18的第一层压件206和第二层压件216。图20示出了组装到一起的第一层压件206和第二层压件216，并图示了第一层压件206的一个第一复合材料层片204与第二层压件216的一对紧邻的第二复合材料层片214交错。对接接头264可形成在位于交错的层片254上方的层片之间。其余的层片在第一复合材料层片204和第二复合材料层片214的层片端部222之间可具有越来越宽的间隙，以容纳(结合图21讨论的)复合材料拼接件280的拼接件层片282的倾斜角度。
[0082]图21是图20的第一层压件206和第二层压件216的侧视图，图示了在界面区域256中将一个或多个拼接件层片282铺放在第一复合材料层片204和第二复合材料层片214上的步骤。复合材料拼接件层片282可手动铺放或者以自动的方式(诸如用自动铺带机284(ATLM))铺放。然而，可实施其它自动过程(例如，纤维放置、丝线缠绕)以将拼接件层片282铺放在界面区域256内。与铺放的方式无关，铺放一个或多个拼接件层片282的步骤可包括:将至少一个拼接件层片282搭接在至少一个第一复合材料层片204和至少一个第二复合材料层片214上。
[0083]可在界面区域256中将多个复合材料拼接件层片282铺放在第一复合材料层片204和第二复合材料层片214上，以形成复合材料拼接件280而将第一层压件206和第二层压件216拼接在一起。第一铺层202和第二铺层212可被构造成使得带端部243以致使拼接件层片282的堆叠渐缩的方式终止。在这方面，第一铺层202和第二铺层212的带端部243可被错开，使得每一个复合材料拼接件层片282均与第一复合材料层片204和/或第二复合材料层片214以大于1:1的倾斜率进行搭接。倾斜率可被设计成避免应力集中，否则如果拼接件层片282与第一复合材料层片204和第二复合材料层片214之间所有的搭接接头262都发生在大约相同的位置中，则将会发生上述应力集中。
[0084]在一些实例中，第一铺层202和第二铺层212可被构造成使得拼接件层片282的铺放可提供大于20:1的倾斜率，诸如为大约30:1的倾斜率。每个拼接件层片282与第一复合材料层片204和第二复合材料层片214的搭接距离可类似于以上关于图12的搭接接头262所描述的搭接距离。在一个实例中，搭接接头262可允许拼接件层片282与第一复合材料层片204之间以及拼接件层片282与第二复合材料层片214之间搭接大约0.25英寸。然而，可在搭接接头262中提供任何的搭接量，包括大到0.50英寸以上的搭接。
[0085]图22示出了第一层压件206和第二层压件216在界面区域固化工具266上的组装。界面区域固化工具266的尺寸可被确定为并被构造成类似于关于图12所示的界面区域固化工具266描述的尺寸和构造。第一固化部分208和/或第二固化部分218的大部分可能总体不受界面区域固化工具266的支撑，而是可由简单的层压件支撑件268支撑。上面关于图12描述的任何一个加热机构和/或压力施加机构可实施局部加热，并将压制压力334施加至图22的界面区域256中的复合材料拼接件280以及第一未固化部分210和第二未固化部分220。在这方面，该方法可包括:在未固化部分210、220中使拼接件层片282与第一复合材料层片204和第二复合材料层片214的未固化部分210、220共固化，以形成第一层压件206和第二层压件216的通用化的复合材料组件200。
[0086]图23是水平尾翼104的立体图。水平尾翼104可由具有复杂几何形状并被设计成形成为单个一体式通用化的复合材料组件200的复合材料结构代表。在示出的实例中，水平尾翼104是具有复合材料外蒙皮106的闭合盒结构，该复合材料外蒙皮106由诸如复合材料梁110的多个内部复合材料部件支撑并且包封所述多个内部复合材料部件。
[0087]图24是沿着图23的线24截取的水平尾翼104的端视图，示出了内部部件108作为三个复合材料梁110，定位在由蒙皮106限定的水平尾翼104的内部内。在示出的实例中，每一个复合材料梁110具有C形横截面。每个C形横截面均包括将与蒙皮106相接的一对突出部114互连的腹板112。
[0088]应当指出的是，虽然本公开描述了一种用于使C形复合材料梁110与水平尾翼104的外蒙皮106的复合材料层片交错并共固化的方法，但是非限制性地，可实施本公开方法使具有任何尺寸、形状和构造的复合材料结构交错并共固化。进一步在这方面，本公开方法并不限于使闭合的盒结构交错并共固化，并且可延伸至使非闭合结构(诸如平的和/或弯曲的面板)交错并共固化，该非闭合结构可与一个或多个复合材料结构(诸如纵梁、加强筋、梁、夹子、支架、倍加装置或任何其它类型的复合材料结构)交错并共固化。
[0089]甚至进一步地，该方法可包括:使一个(或多个)附加铺层的额外未固化部分与第一层压件206和第二层压件216交错。例如，相应的第一层压件206和第二层压件216的第一未固化部分210和第二未固化部分220可被交错，并且所获得的界面区域256可与第三层压件(未示出)的第三未固化部分一体地共固化。在这方面，任何数量的复合材料层压件可被交错，并且所获得的界面区域256可使用本文中公开的方法一体地共固化。
[0090]图25是图24的一个梁110的端视图，示出了梁110的腹板112、突出部114和半径116。在示出的实例中，腹板112可包括梁110的第一固化部分208，并且位于腹板112每侧的突出部114和半径116均可包括梁110的第一未固化部分210。如下所述，梁110可设置成使得腹板112被完全固化，并且位于腹板112相对两侧的突出部114和半径116可设置成未固化状态或部分固化状态(例如，小于完全固化的10%)。另外，水平尾翼104的蒙皮106可设置成未固化状态(例如，未处理状态)。替代地，蒙皮106的与突出部114交界的区域可被部分固化成相对较低的固化状态(例如，小于完全固化的1 % )，以促进蒙皮106与突出部114的交错。
[0091]图26示出了将复合材料层片铺放在铺层固化工具250上，以铺放并固化复合材料梁110。多个层片分离器252之一可被包括在至少一对复合材料层片之间。层片分离器252可插入至未固化部分内的任何深度。如上面所指出的，梁的每个未固化部分均可包括突出部，并且可另外包括半径且可能包括腹板的一部分。层片分离器252可部分地插入突出部114的未固化部分中，或者层片分离器252可插入突出部114和半径116中，直至半径116与腹板112的过渡点。如上面所指出的，层片分离器252可在使梁的固化部分(例如，腹板112)固化期间防止相邻复合材料层片的粘合。层片分离器252可允许复合材料层片张开，以方便插入一个或多个蒙皮106复合材料层片。
[0092]图27图示了将复合材料梁110真空袋压成型在铺层固化工具250上，以使第一固化部分208(例如，腹板)固化。一对温度控制装置290可被定位在每一个第一未固化部分210(例如，每个突出部114和对应的半径116)上，以防止未固化部分的固化。如上面所指出的，未固化部分可以是完全未固化的，或者可进入部分固化状态(诸如小于完全固化的10%)。在一个实例中，未固化部分可进入大约5%的固化状态。
[0093]在本文公开的任何一个实例中，未固化部分可部分地被固化，使得未固化部分的玻璃化转变温度(Tg)高于室温(例如，大致70华氏度)，导致树脂成为玻璃状，并且致使未固化部分中的复合材料层片的刚度增加。在图27所示的梁110的情况下，突出部114和半径116复合材料层片的未固化部分的刚度增加可促进突出部114复合材料层片与蒙皮106复合材料层片的交错。另外，未固化部分的部分固化可减少或消除复合材料层片的未固化部分的粘着，这也可促进复合材料层片的交错。
[0094]在一些实例中，可实施计算机模拟工具，以在复合材料层压件在受热环境(诸如在炉或压热器中)中固化期间预测复合材料层压件的局部温度轮廓。这样的计算机模拟工具可允许在规定的固化温度轮廓期间预测复合材料层压件进入固化状态。以这种方式，可监测复合材料层压件的温度和时间参数，以在使固化部分完全固化的同时在未固化部分中实现限量的树脂固化。
[0095]图28是定位在一对外模线(OML)工具半体302之间的水平尾翼104的复合材料梁110和复合材料蒙皮106的侧视图。多个半径工具306可定位在每个突出部114的相对两侧和对应的半径116上。半径工具306可在固化期间促进将压制压力334局部施加到半径116、突出部114和蒙皮106上。
[0096]图29是包括一对OML工具半体302的OML工具300的实例的立体图WML工具半体302均可具有工具突出部304，用于沿着OML工具300的相对两侧上的接缝结合OML工具半体302。可实施OML工具300来加固并固化梁110和蒙皮106的复合材料组件200(抵着OML工具300的内表面)，以将水平尾翼104形成为通用化的复合材料组件200。
[0097]图30是OML工具300的截面图，示出了复合材料梁110和复合材料蒙皮106的组装。如上面所指出的，每个复合材料梁110的腹板112部分可在将梁110组装到蒙皮106的内侧之前完全被固化。蒙皮106可设置为未固化状态。替代地，蒙皮106的大部分可完全被固化，除了蒙皮106的与复合材料梁110的未固化部分交错和/或一体地共固化的区域。
[0098]图31示出了在一个梁110的对置突出部的一对复合材料层片之间交错的蒙皮106的复合材料层片。如上面所指出的，在使腹板112(例如，固化部分)固化之前，层片分离器252可初始被安装在突出部114(例如，未固化部分)的一个或多个复合材料层片之间，以防止突出部114复合材料层片彼此粘合，使得复合材料层片可在组装梁110和蒙皮106期间张开。
[0099]图31图示了可沿着每个梁110的位于每个突出部114的背面上的上突出部114和下突出部114的长度进行安装的半径填料118。在将半径工具306定位在每个突出部114的每侧上(如图所示)之后，真空袋320可安装在梁/蒙皮组件的每个湾部(bay)中。湾部可被描述为由一对梁110和上下蒙皮106表面包围的区域。真空袋320还可沿着OML工具接缝位于尾梁110与配合的OML工具半体302之间。
[0100]真空压力可施加至真空袋320，导致将压制压力334施加至蒙皮106以抵着OML工具300的内表面。另外，真空袋320可将压力施加至半径工具306，半径工具306又可将压制压力334施加至梁110的突出部114和半径116的未固化部分。可经由加热OML工具300将热施加至梁和蒙皮的未固化部分。例如，OML工具300可定位在压热器或炉内。来自OML工具300的热量可加热蒙皮106，蒙皮106又可加热每个梁110的未固化的突出部114和半径116，并且允许加固并最终固化梁110和蒙皮106。
[0101]有利地，使每个梁110的腹板112预先固化可减少必须传导热量以使梁的突出部和半径完全固化的距离。还可使用加热元件、辐射加热或任何其它类型的加热来加热复合材料组件。在完成固化之后，真空袋320和半径工具306可从水平尾翼104的内部拆除。OML工具半体可被分离，以允许拆除图32所示的通用化的水平尾翼104。
[0102]有利地，本公开方法减少了在其它情况下可能需要联接复合材料零件的紧固和/或粘合。紧固和/或粘合的减少可允许减少具有可能需要进行紧固和/或以粘合剂粘合这样的复合材料零件的严格尺寸公差的表面数目。如可认识到的，紧固件数量的减少、粘合的减少以及严格尺寸公差要求的减少可转换成与工装设计、零件组装和零件检测相关的成本和时间的减少。严格尺寸公差要求的减少还可减少或避免设计工装以适应可能由于复合材料零件固化而发生的零件翘曲的需要。另外，紧固件的减少可致使固化的复合材料组件的重量减少。
[0103]与在复合材料组件中减少或避免使用紧固件相关的进一步优点是提高了层压件机械性能。例如，某些复合材料结构可基于复合材料面板的开孔压缩(OHC)强度进行设计。OHC强度可应用于紧固结构的设计中，作为一种手段在失去紧固件的情况下防止结构失效。OHC强度的施加可能要求厚度的局部增加，这可转换成结构重量的增加。有利地，通过使用本文中公开的一体共固化方法而不是使用紧固件来结合复合材料零件，在设计复合材料组件时使用OHC强度可被减少或消除，并且可应用限制较少的设计因素，这可转换成结构重量的减少。对于诸如飞行器的重量敏感应用，结构重量的减少可转换成飞行器操作性能的改进，诸如增加了范围和/或提高了燃料效率。
[0104]进一步，本公开包括根据以下条款的实施方式:
[0105]条款1、一种制造复合材料组件的方法，所述方法包括以下步骤:
[0106]提供第一层压件和第二层压件，所述第一层压件和第二层压件分别由第一复合材料层片和第二复合材料层片形成，并且具有相应的第一固化部分和第二固化部分以及相应的第一未固化部分和第二未固化部分；
[0107]使所述第一未固化部分中的至少一个所述第一复合材料层片与所述第二未固化部分中的所述第二复合材料层片交错，以形成界面区域;以及
[0108]使所述界面区域固化，以将所述第一层压件结合至所述第二层压件并且形成通用化的复合材料组件。
[0109]条款2、根据条款I所述的方法，其中，交错的步骤包括:
[0110]将所述第一未固化部分中的至少一个所述第一复合材料层片插入所述第二未固化部分中的一对紧邻的第二复合材料层片之间。
[0111]条款3、根据条款I或2所述的方法，其中，使所述界面区域固化的步骤包括:
[0112]加热所述界面区域;并且
[0113]其中，当加热所述界面区域时，对所述第一固化部分和第二固化部分的加热少于对所述界面区域的加热。
[0114]条款4、根据条款1、2或3中的任一项所述的方法，其中，交错的步骤包括:
[0115]使所述第一未固化部分的至少一个所述第一复合材料层片与所述第二未固化部分的至少一个所述第二复合材料层片至少部分地搭接，以形成所述界面区域。
[0116]条款5、根据条款1、2、3或4中的任一项所述的方法，其中，交错的步骤包括:
[0117]使用于结合所述第一层压件和第二层压件的至少两个层片接头错开。
[0118]条款6、根据条款1、2、3、4或5中的任一项所述的方法，其中，所述第一复合材料层片和所述第二复合材料层片均包括至少一个O度层片，交错的步骤包括:
[0119]使所述第一层压件的所述第一未固化部分中的O度层片与所述第二层压件的所述第二未固化部分中的O度层片搭接，以形成搭接接头。
[0120]条款7、根据条款1、2、3、4、5或6中的任一项所述的方法，其中，所述第一复合材料层片和所述第二复合材料层片均包括至少一个非O度层片，交错的步骤包括:
[0121]使所述第一层压件的所述第一未固化部分中的非O度层片与所述第二层压件的所述第二未固化部分中的非O度层片对接，以形成对接接头。
[0122]条款8、根据条款1、2、3、4、5、6或7中的任一项所述的方法，其中，交错的步骤包括:
[0123]使至少一个附加铺层的额外未固化部分与所述第一未固化部分和第二未固化部分交错，以形成所述界面区域。
[0124]条款9、根据条款1、2、3、4、5、6、7或8中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括:
[0125]将一个或多个拼接件层片铺放在所述界面区域中的所述第一复合材料层片和所述第二复合材料层片上。
[0126]条款10、根据条款9所述的方法，其中，铺放一个或多个拼接件层片的步骤包括:
[0127]将至少一个所述拼接件层片搭接在至少一个所述第一复合材料层片的层片端部上以及至少一个所述第二复合材料层片的层片端部上。
[0128]条款11、根据条款10所述的方法，其中，铺放一个或多个拼接件层片的步骤包括:
[0129]以大于1:1的倾斜率将多个拼接件层片铺放在所述第一复合材料层片和第二复合材料层片上。
[0130]条款12、根据条款1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中的任一项所述的方法，其中，使用压热器、压釜、炉和散热毯中的至少一者来执行使所述界面区域固化的步骤。
[0131]条款13、根据条款1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中的任一项所述的方法，其中，使所述界面区域固化的步骤包括:
[0132]将所述界面区域支撑在界面区域固化工具上，所述第一层压件的其余至少一部分和所述第二层压件的其余至少一部分不受所述界面区域固化工具的支撑。
[0133]条款14、根据条款1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13中的任一项所述的方法，其中，所述第一层压件和第二层压件中的至少一个所述复合材料层片是由单向带形成且在相应的所述第一未固化部分和第二未固化部分中形成锯齿状边缘的非O度层片或非90度层片，交错的步骤包括:
[0134]将第一复合材料层片的所述单向带的带端部插入一对所述第二复合材料层片之间。
[0135]条款15、一种制造复合材料组件的方法，该方法包括以下步骤:
[0136]铺放多个第一复合材料层片以形成第一铺层；
[0137]铺放多个第二复合材料层片以形成第二铺层；
[0138]以形成相应的第一层压件和第二层压件使之各具有相应的第一固化部分和第二固化部分以及相应的第一未固化部分和第二未固化部分的方式使所述第一铺层和第二铺层固化；
[0139]使所述第一未固化部分中的所述第一复合材料层片与所述第二未固化部分中的所述第二复合材料层片交错，以形成界面区域;以及
[0140]使所述界面区域固化，以将所述第一层压件结合至所述第二层压件并形成通用化的复合材料组件。
[0141]条款16、根据条款15所述的方法，其中，使所述第一铺层和第二铺层固化的步骤包括:
[0142]加热所述第一铺层和第二铺层的限定了相应的所述第一固化部分和第二固化部分的相应部分;并且
[0143]其中，当加热所述第一铺层和第二铺层的限定了相应的所述第一固化部分和第二固化部分的所述相应部分时，对所述第一铺层和第二铺层的限定了所述第一未固化部分和第二未固化部分的那部分的加热少于对所述第一固化部分和第二固化部分的加热。
[0144]条款17、根据条款15或16所述的方法，其中，使所述第一铺层和第二铺层固化的步骤包括:
[0145]使所述第一未固化部分和第二未固化部分中的至少一个部分地固化至小于大约10%的部分固化状态。
[0146]条款18、根据条款17所述的方法，其中，部分地固化的步骤包括:
[0147]使所述第一未固化部分和第二未固化部分中的至少一个部分地固化，使得粘着得以减少。
[0148]条款19、根据条款15、16、17或18中的任一项所述的方法，其中，铺放所述第一复合材料层片和第二复合材料层片以及交错的步骤包括:
[0149]将层片分离器插入相应的第一未固化部分和第二未固化部分中的至少一对第一复合材料层片之间，和/或插入至少一对第二复合材料层片之间；
[0150]使所述相应的第一未固化部分和第二未固化部分至少部分地固化；
[0151]防止由于将所述层片分离器插入所述复合材料层片之间导致相应的所述第一未固化部分和第二未固化部分中的相应的所述第一复合材料层片和第二复合材料层片产生粘合；以及
[0152]在使所述第一复合材料层片和第二复合材料层片交错之前拆除所述层片分离器。
[0153]条款20、一种制造复合材料组件的方法，该方法包括以下步骤:
[0154]铺放多个第一复合材料层片和多个第二复合材料层片，以分别形成第一铺层和第二铺层；
[0155]使相应的所述第一铺层和第二铺层的第一未固化部分和第二未固化部分固化至完全固化；
[0156]使相应的所述第一铺层和第二铺层的第一未固化部分和第二未固化部分部分地固化至大约5% ；
[0157]在所述第二未固化部分中的一对第二复合材料层片之间使所述第一未固化部分中的至少一个所述第一复合材料层片交错，以形成界面区域;以及
[0158]使所述界面区域固化，以形成通用化的复合材料组件。
[0159]本公开的额外修改和改进对本领域普通技术人员可能是显而易见的。由此，本文中描述并图示的部分的特定组合旨在仅代表本公开的某些实施方式，并非旨在用来将替代实施方式或装置限制在本公开的精神和范围内。
【主权项】
1.一种制造复合材料组件(200)的方法，所述方法包括以下步骤: 提供第一层压件(206)和第二层压件(216)，所述第一层压件和第二层压件分别由第一复合材料层片(204)和第二复合材料层片(214)形成并且分别具有相应的第一固化部分(208)和第二固化部分(218)以及相应的第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)； 使所述第一未固化部分(210)中的至少一个所述第一复合材料层片(204)与所述第二未固化部分(220)中的所述第二复合材料层片(214)交错，以形成界面区域(256);以及 使所述界面区域(256)固化，以将所述第一层压件(206)结合至所述第二层压件(216)并且形成通用化的复合材料组件(200)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，交错的步骤包括: 将所述第一未固化部分(210)中的至少一个所述第一复合材料层片(204)插入所述第二未固化部分(220)中的一对紧邻的第二复合材料层片(214)之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使所述界面区域(256)固化的步骤包括: 加热所述界面区域(256);并且 其中，当加热所述界面区域(256)时，对所述第一固化部分(208)和第二固化部分(218)的加热少于对所述界面区域(256)的加热。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，交错的步骤包括: 使所述第一未固化部分(210)的至少一个所述第一复合材料层片(204)与所述第二未固化部分(220)的至少一个所述第二复合材料层片(214)至少部分地搭接，以形成所述界面区域(256)。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，交错的步骤包括: 使用于结合所述第一层压件(206)和第二层压件(216)的至少两个层片接头(260)错开。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一复合材料层片(204)和所述第二复合材料层片(214)均包括至少一个O度层片(244)，交错的步骤包括: 使所述第一层压件(206)的所述第一未固化部分(210)中的O度层片(244)与所述第二层压件(216)的所述第二未固化部分(220)中的O度层片(244)搭接，以形成搭接接头(262)。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一复合材料层片(204)和所述第二复合材料层片(214)均包括至少一个非O度层片(246，248)，交错的步骤包括: 使所述第一层压件(206)的所述第一未固化部分(210)中的非O度层片(246，248)与所述第二层压件(216)的所述第二未固化部分(220)中的非O度层片(246，248)对接，以形成对接接头(264)。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，交错的步骤包括: 使至少一个附加铺层的额外未固化部分与所述第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)交错，以形成所述界面区域(256)。9.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法进一步包括: 将一个或多个拼接件层片(282)铺放在所述界面区域(256)中的所述第一复合材料层片(204)和所述第二复合材料层片(214)上。10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用压热器、压釜(332)、炉和散热毯中的至少一者来执行使所述界面区域(256)固化的步骤。11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使所述界面区域(256)固化的步骤包括: 将所述界面区域(256)支撑在界面区域固化工具(266)上，所述第一层压件(206)的其余至少一部分和所述第二层压件(216)的其余至少一部分不受所述界面区域固化工具(266)的支撑。12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一层压件(206)中的至少一个所述复合材料层片(204)和所述第二层压件(216)中的至少一个所述复合材料层片(214)是由单向带(242)形成且在相应的所述第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)中形成锯齿状边缘(240)的非O度层片或非90度层片，交错的步骤包括: 将第一复合材料层片(204)的所述单向带(242)的带端部(243)插入一对所述第二复合材料层片(214)之间。
【文档编号】B29L31/30GK105936131SQ201610121523
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】K·D·洪费尔德, K·M·纳尔逊
【申请人】波音公司