专利名称：多层导管和相关制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明的背景1.本发明的领域本发明涉及一种用于空气调节系统中的空气分配的多层导管，所述空气调节系统尤其是，但不仅，用于飞行器。本发明进一步涉及一种用于制造这种导管的方法。
2.已有技术的描述使用材料层的重叠来构成导管壁的导管制造技术已被证实为利用了在先的复合材料，其形式为以具有所需厚度的卷和/或片材提供的所谓预浸渍体(prepreg)。
“预浸渍体”(预浸渍复合材料)在下文中是指一种浸渍有由各种性质的树脂，如热固性环氧树脂，酚醛树脂，聚酯等组成的聚合物基质，以卷和/或层压片材形式提供的织物，单向带，垫，束，无纺织物等。形成所述预浸渍基材，即，织物等的纤维可被极大地改变以实现结构任务，导电性等。
该材料能够在形成的起始步骤呈现为导管所需的任何形状；从具有圆形或椭圆形截面的圆柱形管道的最简单形状至更复杂的形状，如，岐管，接头，连接和类似物。
以织物，无纺织物或其它形式提供的结构纤维，如玻璃纤维，芳酰胺纤维，人造丝纤维或碳纤维的存在得到具有所需机械性能的导管。但这些材料的使用需要极大地关注导管的流体-(空气-)严密度。
实际上，预浸渍纤维层所表现出的孔隙率除了取决于热固性树脂和浸渍体系的种类，还基本上取决于所用的层的数目和/或相关厚度。因此，为了实现所需流体严密度，需要增加厚度，这明显因此增加单位表面积的重量(表示为g/m2导管外表面)。但可以理解，尤其在航空场合中，需要使每种组分的重量尽可能低。
因此，该制造工艺可提供非增强热固性树脂，即不基于预浸渍基材的树脂，通常液态酚醛树脂的层的应用。该应用明显使该工艺复杂，因为不可能在单个步骤中产生所需树脂厚度。实际上，这种树脂只能以最低厚度施用，例如为了在完成该施用的随后退火步骤过程中保持其稳定性和整体性。因此，需要多个树脂施用周期，分别与严密度试验交替。
严密度试验用于检查该导管在额定操作表压或在较高压力下是否具有所需严密度。在否定响应的情况下，另一树脂层使用相关的退火步骤施用。
本技术的一个示例性应用被描述于EP1,364,772A1，局限于玻璃和碳纤维的使用。
本发明的综述本发明的技术问题表现为需要得到尽可能轻质的导管，在流体严密度方面表现出适当的性能并利用一种简化工艺。
除了这些必要条件，其它的操作条件应该加以满足，如多层导管的结构一致性，与流体流动有关的低噪音和沿着导管的可有可无的导电性，以防流体(空气)与导管内壁摩擦所产生的静电荷的聚集。
该问题通过一种以上规定的多层导管而解决，该多层导管由层的重叠物制成，包括*一基本上流体-严密性的聚合物膜，确定导管的内壁；*至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；和*一层或多层可有可无的具有结构和/或功能纤维的预浸渍体的附加功能层。
加固结构层是指能够向导管提供所需结构性能的层。
用聚合物基质或热固性树脂预浸渍的结构纤维是指能够带来所述结构性能的纤维。示例性结构纤维是玻璃纤维，人造丝粘胶纤维，碳纤维，芳酰胺纤维等。
用聚合物基质或热固性树脂预浸渍的功能纤维是指能够向树脂层赋予其它性能，如，导电率，电绝缘，热绝缘，光学传输等的纤维。
在示例性导电纤维中，可以提及还能优异地产生结构功能(这是熟知的)的碳纤维，以及硼，钨，氧化铝，铜，其它导电金属的纤维等。建议相同纤维可同时实现结构和功能任务。因此，功能任务可以是所述加固层所固有的。
最后，在示例性电绝缘纤维中，可以提及玻璃纤维和芳酰胺纤维。
浸渍树脂可以是酚醛树脂，聚酯树脂，环氧树脂，聚酰亚胺树脂等。
根据本发明的导管的一个优选的实施方案具有以下层的重叠物，包括*一基本上流体-严密性的(fluid-tight)聚合物膜，确定导管的内壁；*至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；*至少一第一导电功能层，由包含用热固性树脂预浸渍的导电纤维的片材形成；和*至少一第二电绝缘功能层，由包含用热固性树脂预浸渍的合适的绝缘功能纤维的片材形成。
定义如上的多层导管的主要优点在于具有降低的厚度，和因此有限的每单位表面积的重量(面重量)，满足气密性的需求。同时，流体-严密性的树脂的附加层的应用变得多余。
根据相同的发明概念，本发明提供了一种用于制造如上所规定的导管的方法，该方法包括以下步骤*在具有合适的形状和截面的心轴上按顺序排列一基本上流体-严密性的聚合物膜，确定导管的内壁；至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；和一层或多层具有用热固性树脂预浸渍的附加结构和/或功能纤维的可有可无的功能层；*通过施加真空而抽取所述层中的空气和其它气体或挥发性物质；*将所述层在预设温度下加热预设时间，继续施加所述真空以抽取由于加热而产生的气体或任何挥发性物质；*冷却所述层；和*取出或以其它方式去除所述心轴。
根据所述工艺的优选实施方案，在所述聚合物膜在心轴上沉积之前，在心轴上施用通过喷雾而施用的脱离剂，如聚乙烯醇(PVA)树脂或聚酯，这样更容易去除心轴，但能够降低导管的内粗糙度，尤其在其中心轴是一次性非金属型的情况下。
本发明以下根据其优选的实施方案，通过非限定性例子和参考附图进行描述。
附图的简要描述*
图1是根据本发明的多层导管的部分截面透视图；*图2是应用到根据本发明的多层导管上的支撑元件的透视图；和*图3是图1导管的详细示意图。
本发明实施方案的详细描述参见附图，尤其用于航空场合的多层导管被表示为D，并为了显示构成它的各层而进行了描绘。
这些层共轴排列并从导管的内部开始描述，其中从导管的外部可面对气流的通道。所述导管截面的形状基本上是圆形的，但导管和其横截面的形状可以是任何一种。
导管D包含用于确定导管内壁的基本上流体-严密性的聚合物膜1。有利地(但不仅如此)，它由可在第一导管制造步骤中被卷绕到心轴周围的柔性聚合物材料制成。
聚合物材料可以是聚氟乙烯(PVF)，聚四氟化物(PTF，PTFE)，酚类或多元酚，聚磺酸和聚酰亚胺材料。优选，这种材料选自聚氟乙烯(PVF)和聚四氟化物(PTF，PTFE)。
根据优选实施方案，这种聚合物膜由厚度15至75μm的泰德拉(TedlarTM)制成，其提供形式为其中粘合剂表面朝向下述预浸渍体的接续层的挤出片材，所述粘合剂表面涂有聚酯-基，环氧-基或类似物的粘合剂层。
根据本实施方案，导管D进一步包含结构加固结构层2，该层由用树脂预浸渍的结构纤维层形成，包封所述聚合物膜1。
加固结构层2可具有单位表面积的重量50至150g/m2，且由如酚醛树脂中的人造丝粘胶纤维的无纺织物制成。
导管D进一步包含第一导电功能层3，由包含预浸渍导电纤维的织物的片材形成。
有利地，所述第一功能层3也是实现结构任务。在本实施方案中，所述第一层3由包含用酚醛树脂预浸渍的碳纤维的织物层制成。单位表面积的重量可以是250至400g/m2。另外，可使用芳酰胺纤维和碳纤维的混合织物，或甚至玻璃纤维和碳纤维的混合织物，其中单位表面积的重量基本上被包括在上述范围内。
导管D进一步包含第二电绝缘功能层4，由预浸渍体形式的合适的绝缘功能纤维的片材形成。
根据本实施方案，所述第二功能层4由最小厚度的用酚醛树脂预浸渍的玻璃纤维或芳酰胺纤维的层制成。该层的单位表面积的重量可＞60g/m2，如40g/m2。
该层重叠的厚度可使导管的总体厚度明显下降，从0.50至0.750mm，且单位表面积的总重量为约480g/m2，即传统技术所得到的值的约一半。
最后，导管D具有热绝缘材料的外层5，它以聚酰亚胺垫的形式提供，在制造工艺结束时，或在安装时加入。
关于图2和3，描述了可具有任何一种形状的导管D的支撑物6，包括一对粘附至导管D上的弧形瓣(curved flap)10。
在所述瓣10上，导管D包含增强层7，其形式为包围导管D的外周的长条。合适地沿着导管被间隔的所述局部增强物尤其对于被压低操作的，即具有负表压的导管是必需的。
有利地，为了最大利用类似材料之间的相容性，最外功能层(此时是第二电绝缘功能层4)，增强层7和支撑物6使用用酚醛树脂预浸渍的相同结构织物制成。
可以理解，所有的提及组分满足FTS对航空和非航空场合的非可燃性的要求。
以上描述导管具有几个优点，汇总如下*相对目前采用的其它方案，明显降低单位表面积的重量；*增加张力挺度因素，增加平均弯曲强度，压缩强度和拉伸强度；*提高冲击强度；*驱散通过气流(流体)的传输而产生的静电荷；和*与流体传输有关的噪音水平低，这意味着通过该导管的负荷损失明显下降。
后者优点通过使用所述聚合物膜而提供，该膜在它被插入的位置上不仅提供具有气密性的导管，而且将其内表面粗糙度降至最大10μm。
该特性尤其在使用非金属可处理心轴的情况下，通过在以上定义和描述的工艺中使用所述脱离剂而进一步改进。
另外在该工艺中，消除了要相应特别小心地喷雾施用的液态酚醛树脂的使用。另外，确保可该产品的再现性得到改进，这样再也不受重叠层孔隙率的任何局部变型的影响。
对于以上描述多层导管和制造工艺，本领域熟练技术人员为了满足其它的和偶然的需求可进行几种进一步的改进和变型，但所有这些被包括在例如由所附权利要求所确定的本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种用于空气调节系统中的空气分配的多层导管，所述空气调节系统尤其是，但不仅，用于飞行器，该多层导管由层的重叠物制成，包括*一基本上流体-严密性的聚合物膜，确定导管的内壁；*至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；和*一层或多层可有可无的具有结构和/或功能纤维的预浸渍体的附加功能层。
2.一种用于空气调节系统中的空气分配的多层导管，所述空气调节系统尤其是，但不仅，用于飞行器，该多层导管由层的重叠物制成，包括*一基本上流体-严密性的聚合物膜，确定导管的内壁；*至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；*至少一第一导电功能层，由包含用热固性树脂预浸渍的导电纤维的片材形成；和*至少一第二电绝缘功能层，由包含用热固性树脂预浸渍的合适的绝缘功能纤维的片材形成。
3.根据权利要求2的多层导管，其中用树脂预浸渍的所述结构纤维是玻璃纤维，人造丝粘胶纤维，碳纤维和/或芳酰胺纤维。
4.根据权利要求2的多层导管，其中所述导电功能纤维是碳，硼，钨，氧化铝，铜和或导电金属的纤维。
5.根据权利要求2的多层导管，其中所述电绝缘纤维是玻璃纤维和/或芳酰胺纤维。
6.根据权利要求2的多层导管，其中所述浸渍树脂是酚醛树脂，聚酯树脂，环氧树脂和/或聚酰亚胺树脂。
7.根据权利要求6的导管，其中所述浸渍树脂是酚醛树脂。
8.根据权利要求2的多层导管，其中在所述重叠物中，层是基本上共轴排列的。
9.根据权利要求2的多层导管，其中所述聚合物膜由柔性聚合物材料制成。
10.根据权利要求2的多层导管，其中所述聚合物膜由选自聚氟乙烯(PVF)，聚四氟化物(PTF，PTFE)，酚类或多元酚，聚磺酸和聚酰亚胺材料的聚合物材料制成。
11.根据权利要求10的导管，其中所述聚合物材料选自聚氟乙烯(PVF)和聚四氟化物(PTF，PTFE)。
12.根据权利要求11的导管，其中所述聚合物材料是厚度15至75μm的泰德拉。
13.根据权利要求12的导管，其中所述聚合物材料以其中粘合剂表面朝向接续层的挤出片材的形式被提供。
14.根据权利要求13的导管，其中所述粘合剂层是聚酯基的，环氧基的或类似物。
15.根据权利要求2的多层导管，其中所述加固结构层的单位表面积的重量是50至150g/m2。
16.根据权利要求2的多层导管，其中所述加固结构层由酚醛树脂中的人造丝粘胶纤维的无纺织物制成。
17.根据权利要求2的导管，其中所述第一功能层由包含用酚醛树脂预浸渍的碳纤维的织物层制成。
18.根据权利要求17的导管，其中所述第一功能层的单位表面积的重量是250至400g/m2。
19.根据权利要求17的导管，其中所述第一功能层包含芳酰胺纤维和/或玻璃纤维。
20.根据权利要求2的导管，其中所述第二电绝缘功能层由用酚醛树脂预浸渍的玻璃纤维和/或芳酰胺纤维织物的最小厚度的层制成。
21.根据权利要求20的导管，其中所述第二功能层(4)的单位表面积的重量低于60g/m2。
22.根据权利要求2的多层导管，包括*具有任何一种形状的支撑物，包括一对粘附至多层导管的外表面上的弧形瓣；和*在每个所述弧形瓣上的增强层，其形式为包围多层导管的外周的长条，其中最外层，增强层和支撑物是相互相容的，因为它们由相同的浸渍树脂体系制成。
23.一种制造用于空气调节系统中的空气分配的多层导管的方法，所述空气调节系统尤其是，但不仅，用于飞行器，该方法包括以下步骤*在具有合适的形状和截面的心轴上按顺序排列一基本上流体-严密性的聚合物膜，确定导管的内壁；至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；和一层或多层具有用热固性树脂预浸渍的附加结构和/或功能纤维的可有可无的功能层；*通过施加真空而抽取所述层中的空气和其它气体或挥发性物质；*将所述层在预设温度下加热预设时间，继续施加所述真空以抽取由于加热而产生的气体或任何挥发性物质；*冷却所述层；和*取出或以其它方式去除所述心轴。
24.根据权利要求23的方法，其中在所述聚合物膜在心轴上排列之前，在心轴上施用脱离剂，这使得更容易去除心轴，但仍能够降低导管的内粗糙度。
25.根据权利要求24的方法，其中所述脱离剂是聚乙烯醇(PVA)树脂或聚酯且它通过喷雾而施用。
全文摘要
本发明公开了一种用于空气调节系统中的空气分配的多层导管，所述空气调节系统尤其是，但不仅用于飞行器，该多层导管通过一种提供在先复合材料的重叠层的方法而制成，该复合材料包括一基本上流体－严密性的聚合物膜，确定导管的内壁；至少一加固结构层，由用热固性树脂预浸渍的结构纤维的片材形成，包封所述聚合物膜；和一层或多层可有可无的在热固性树脂的聚合物基质中预浸渍的结构和/或功能纤维的附加功能层。
文档编号B32B1/08GK1690496SQ200510067349
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月20日 优先权日2004年4月20日
发明者D·卡波切洛, F·因诺琴特 申请人:塞尔沃股份公司