专利名称：可附接的弹性体垫的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及弹性体材料，更具体地，涉及一种可调弹性体垫。
背景技术：
弹性体材料是一种具有粘弹性(俗称“弹性”)性质的材料，例如聚合物。弹性体材料的例子可包括橡胶。与其他材料相比，弹性体材料通常具有较低的杨氏模量和较高的屈服应变。弹性体材料典型地为具有在固化(curing)(即,硫化(vulcanizing))过程中交联的较长的聚合物链的热固性材料。
发明内容
根据一种实施方式的方法包括将弹性体材料压延成弹性体层，与压延之前的弹性体材料相比，该弹性体层具有更均匀的厚度。在压延之后，将该弹性体层硫化至复合垫片，该复合垫片包括至少一个加强层和至少一个胶粘剂层。本公开的具体实施方式
可提供一个或更多的技术优点。一种实施方式的技术优点可包括能够在不直接地将弹性体材料硫化至零件上的情况下将该弹性体材料附接至该零件。一种实施方式的技术优点还可包括能够减小用于将弹性体材料附接至零件上所需的热量和压力。一种实施方式的技术优点还可包括能够确保弹性体材料和零件之间的牢固结合同时限制零件暴露于弹性体模制成型工序。一种实施方式的技术优点还可包括能够制造用于之后附接至零件的弹性体垫。本公开的某些实施方式可包括上述优点中的一些、全部,或者不包括上述优点。通过包含在本文中的附图、说明书和权利要求书，一个或更多其它技术优点对于本领域技术人员而言将容易地看出。
为了提供对于本发明及其特征和优点的更全面的理解，请结合附图参考下文中的说明，附图中:图1示出用于将两个弹性体材料层直接地硫化至复合零件上的硫化系统；图2A示出根据一种实施方式的、具有可在无需直接硫化的情况下附接至图1的复合零件上的弹性体材料的弹性体垫的侧视图；图2B示出图2A的弹性体垫的立体图；图3示出根据一种示例性实施方式的、用于制造图2A的弹性体垫并将其附接至图1的复合零件的方法；以及图4A-4E示出在根据图3的方法的不同构造阶段中的图2A的弹性体垫和图1的
复合零件。
具体实施方式
图1示出硫化系统100。硫化系统100包括用于将弹性体层120硫化(例如，固化)至复合零件130的两个侧面上的工具100。弹性体层120可出于多种原因而被设置在复合零件130上。例如，复合零件130可承受冲击力，并且弹性体层120可在复合零件130上拉紧。弹性体层120还可减小在复合零件130上的冲击力和摩擦力。根据复合零件130的替换成本，减小作用于复合零件130上的力是特别重要的。弹性体层130和复合零件130可表现独特的物理和化学特性。弹性体层120为具有弹性性质的弹性体材料的层，例如橡胶的层。该弹性体材料可具有在固化——即硫化——过程中交联的较长的聚合物链。其弹性可源于该长链的重构和分配外施应力的能力。复合零件130为由具有不同的物理或化学性质的两种或更多种组成材料构造而成的零件。这些不同的组成材料可在构成之后在复合零件130内在宏观或微观尺度上保持为分开的且易于区别。存在两大类组成材料:基体和加强物。基体材料的例子可包括聚合物基体材料，也称作树脂溶液。加强材料的例子可包括纤维和磨细的矿物。复合零件130可包括由各个类别的组成材料构成的至少一部分。例如，玻璃纤维既具有基体材料(典型地为塑性基体，例如，环氧树脂、类似于聚酯或乙烯基酯的热固性塑料、或热塑性塑料)，也具有加强材料(玻璃的纤维)。在复合零件130中，基体材料可围绕加强材料并通过保持加强材料的相对位置来支承加强材料。加强材料可将给予它们的机械和物理性质以增强基体的性质。协同作用可产生无法从单独的组成材料获得的材料性质。复合零件130可通过将基体和加强材料组合在一起来经历融合事件而构成。用于热固性聚合物的基体材料的融合事件的一个实例为通过施加额外的热或化学活性而引发的固化反应。用于热塑性聚合物的基体材料的融合事件的一个实例为基体从先前熔融状态的固体化。在融合事件之后，复合零件130的形状基本固定。然而，复合零件130可在特定条件下变形。例如，让复合零件130经受额外的热可使基体材料再次熔融。作为另一实例，让复合零件130经受额外的压力可改变该复合零件130的形状。一些示例复合零件130可非常有价值。例如，复合零件130可为用于直升机旋翼系统的轭架。在直升机旋翼系统中，轭架将旋转能从动力传动系统传递至旋翼桨叶。因为复合直升机轭架制造昂贵，并且一旦安装之后难以替换，因此，在弹性体层120硫化到复合直升机轭架的过程中保护复合直升机轭架以及在安装到直升机旋翼系统中之后保护复合直升机轭架免于受损很重要。工具110通过施加热和/或压力而将弹性体层120硫化至复合零件130。在操作中，两个未固化的弹性体层120被放置到复合零件130的背对的两侧上。工具110向两个未固化的弹性体层120施加压力和/或热量并固化该弹性体层120，使得弹性体层120被硫化至复合零件130。然而，使用工具100将两个弹性体层120硫化至复合零件130可存在一些问题。例如，将弹性体层120硫化至复合零件130可能需要将该弹性体层120和复合零件130加热到280华氏度至300华氏度的温度。然而，出于若干原因，复合零件130在温度上会落后于弹性体层120。首先，工具110直接施加热量至弹性体层120而非复合零件130。另外，复合零件130可由用作绝缘体的加强材料制成。例如，玻璃纤维是一种抵抗从弹性体层120传热的绝缘体。如果在硫化期间，复合零件130没有热到接近与弹性体层120相同的温度，那么弹性体层120在固化后不会粘到复合零件130上。然而，增加更多的热以提高复合零件130的温度可引起附加的问题。例如，过度加热弹性体层120可使弹性体层120变脆并失去其弹性。此外，给复合零件130增加更多的热可使复合零件130在一些区域变形。例如，复合零件130的基体和加强材料可在350度下固化到一起，而如果复合零件130的一些部分接近350度，则这些部分可开始变形。将两个弹性体层120硫化至复合零件130的一个替代性方法可包括:首先通过直接将热施加至第一弹性体层120和复合零件130而将第一弹性体层120硫化至复合零件130的一个侧面，然后对复合零件130的背对的侧面上的第二弹性体层120重复该过程。然而，这种方法也存在问题。例如，对第二弹性体层120重复该过程很可能导致再次加热第一弹性体层120。然而，再次加热第一弹性体层120可使该弹性体层120老化并导致其变脆并失去其弹性。另一替代性方法可包括使弹性体层120与复合零件130分开地进行固化，然后使用液体胶粘剂将固化的弹性体层120粘合至复合零件130。然而，液体胶粘剂不能在弹性体层120和复合零件130之间形成足够牢固的连结，因而弹性体层120在粘合之后可能从复合零件130上分开。另外，变干的液体胶粘剂会变脆并从弹性体层120和/或复合零件130上脱离。而且，如果复合零件130弯曲或扭曲，变干的液体胶粘剂会断裂并破坏弹性体层120和复合零件130之间的连结。因此，直接将弹性体层120硫化至复合零件130可导致在弹性体层120和复合零件130之间的连结薄弱，和/或会在硫化过程中损坏复合零件130，并且液体胶粘剂可能不能够将固化的弹性体层120牢靠地附接至复合零件130。某些实施方式的教示认可在不用将弹性体材料直接硫化至零件的情况下在弹性体材料和该零件之间形成牢固连结的能力。图2A和2B示出根据一个示例性实施方式的弹性体垫200。图2A示出弹性体垫200的侧视图，图2B示出立体图。弹性体垫200包括垫片210和弹性体层220。弹性体层220可由与图1的弹性体层120类似的材料制成。例如，弹性体层220可为具有弹性性质的弹性体材料的层，例如橡胶的层。通过使用胶粘剂212将垫片210附接至零件，例如复合零件130，可将弹性体垫200附接至该零件。某些实施方式的教示表明将弹性体层220硫化至垫片210然后将垫片210附接至复合零件130可保护该复合零件130免受硫化过程的影响同时还保持弹性体层220和复合零件130之间的牢固的连结。在一些实施方式中，垫片210为由基体材料和加强材料构造而成的复合垫片。垫片210可包括与复合零件130相同的基体材料和/或加强材料。例如，垫片210和复合零件130都可具有编织的玻璃纤维加强材料。在一个示例性实施方式中，垫片210具有+/-45度玻璃纤维织物加强材料。与复合零件130相比，垫片210可相对较薄。某些实施方式的教示表明使用较薄的垫片210可允许垫片210在基本上不改变复合零件130的物理属性的情况下将弹性体层220附接至复合零件130。例如，垫片210可不改变复合零件130的刚度，从而允许复合零件130根据设计弯折和挠曲。另外，较薄的垫片210可提高弹性体垫200顺从于弯曲的零件的能力。在一个示例性实施方式中，垫片210为具有编织玻璃纤维加强材料的复合垫片。使用例如编织玻璃纤维的加强材料可允许垫片210顺从于零件而不承受来自于该零件的结构负载。在一个示例实施方式中，垫片210小于0.0025英寸厚(例如，为0.0015英寸厚)。替代性地，根据弹性体垫200的预期用途，在一些实施方式中，垫片210可为0.1英寸厚。例如，如果弹性体垫200将附接至复合零件130的平坦的表面上，则垫片210可以更厚。虽然与复合零件130相比，垫片210会相对较薄，但垫片210可仍然足够结实以支承弹性体层220。如果垫片210过于薄，例如，垫片210的部分可磨损或撕裂，从而有可能使得弹性体层220暴露于复合零件130。使弹性体层220暴露于复合零件130可减小在弹性体垫200和复合零件130之间的连结的强度。在一个示例性实施方式中，垫片210为具有三层编织玻璃纤维加强材料和四层胶粘剂基体的复合垫片。在一些实施方式中，垫片210至少为0.0004英寸厚。某些实施方式的教示表明，弹性体垫200可允许比通过工具110施加至复合零件130的弹性体层120更厚的弹性体层220。通常，如果整个材料未被加热至足够的温度，则弹性体材料不能恰当地固化。因为，垫片210可相对较薄，因此更容易施加热量至弹性体层220的两个侧面，这样可允许更厚的弹性体层220。胶粘剂212可将弹性体垫220固定至复合零件130。胶粘剂212可为结构胶粘剂，例如热固性改性环氧树脂结构胶粘剂，像3M Scotch-Weld结构胶粘剂膜AF163。在一个示例性实施方式中，胶粘剂212的膜被施加到垫片210和/或复合零件130上。在一些实施方式中，胶粘剂212可为与复合垫片210和/或复合零件130的基体材料相同的材料。在一个示例性实施方式中，胶粘剂212的层被设置在垫片210和复合零件130上。例如，在构造复合零件130时，可用胶粘剂212的层装衬复合零件130。在一个实施方式中，用于构造复合零件130的工具可装衬有附接至复合零件130的胶粘剂212的层。在一个实例中，用于构造复合零件130的工具装衬有大约0.0004英寸的胶粘剂212的层。图3示出根据一个示例性实施方式的、用于将弹性体材料附接至复合零件的两个侧面的方法300。图4A-4E示出在根据图3的方法300的不同构造阶段中的弹性体垫200和复合零件130。在步骤310中，弹性体材料被压延为弹性体层220，如图4A中所示。压延该弹性体材料可使弹性体层220与压延之前的弹性体材料相比具有更均匀的厚度。在步骤320中，将弹性体层220硫化至复合垫片210，如图4B中所示。在该实例中，胶粘剂212的层与弹性体层220相对地设置在复合垫片210上。在步骤330中，将垫片210连结至复合零件130。在一些实施方式中，通过固化胶粘剂212，将垫片210连结至复合零件130。在一些实施方式中，胶粘剂212可通过被称作真空袋压(vacuum bagging)的方法固化。根据真空袋压法,真空袋被密封在要固化的材料上，并且从真空袋内移除空气以将要固化的材料保持在适当位置直至它固化。真空袋压可允许垫片210顺从于复合零件130的轮廓。
在一个示例性实施方式中，通过将胶粘剂212加热到200度或更低的温度，使胶粘齐[J 212固化。因为，如果被加热到高于200华氏度，第一弹性体层220会变脆并失去其弹性，所以将胶粘剂212加热到高于200华氏度可使得弹性体层220老化。然而，弹性体层220的老化为热和时间的函数，并且，如果热仅被施加较短的时间，则可将胶粘剂212加热至高达250华氏度的温度而不使第一弹性体层220老化。因此，弹性体垫200可紧靠复合零件130固化而不使弹性体层220老化。另外，因为固化胶粘剂212所需的热量可小于复合零件130会变形的热量，因此弹性体垫200可紧靠复合零件130固化而不损坏复合零件130。另外，固化胶粘剂212所需的热量可小于构造复合零件130或硫化弹性体层220所需的热量。例如，复合零件130中的基体材料可在大于250华氏度(例如，350华氏度)的温度下固化。另外，弹性体层220可在大于250华氏度(例如，280华氏度)的温度下硫化。相应地，某些实施方式的教示表明，通过将弹性体层220硫化至垫片210然后将垫片210连结至复合零件130而将弹性体层220连结至复合零件130可保护弹性体层220和复合零件130免于损坏。另外，与在没有垫片210的情况下将弹性体层220直接粘合到复合零件130的情形相比，在弹性体层220和复合零件130之间设置垫片210可允许弹性体层220和复合零件130之间的附接更牢固。在制造过程中，弹性体垫200可包括过剩的垫片210。过剩的垫片210可被移除，如图4D中所示。例如，过剩的垫片210可用打磨装置打磨直至打磨装置触及复合零件130的结构性加强材料。在一些实施方式中，垫片210具有120织物干玻璃纤维(dry fiberglass)加强材料，其可在垫片210附接至复合零件130上之后打磨掉。在一些实施方式中，垫片210具有有色的基体材料(例如，紫色)，并且可打磨过剩的垫片210直至该有色的材料消失。在步骤340中，对第二弹性体层220’重复步骤310至步骤330。例如，第二弹性体垫200’可被制造并与弹性体层220相对地附接至复合零件140。在一些实施方式中，可在不干扰或过度加热弹性体层220的情况下将第二弹性体垫220’附接至复合零件130。虽然通篇描述的许多实例都论述将弹性体材料附接至复合零件，但某些实施方式的教示表明，弹性体垫200也可施加至其他的材料。例如，可能不容易将弹性体材料硫化至金属，例如钛。在该实例中，将垫片210附接至钛比将弹性体材料直接硫化至钛更容易。在不脱离本发明的范围的情况下，可对在此描述的系统和设备做出修改、添加或省略。这些系统和设备的部件可成整体或分开。而且，这些系统和设备的操作可由更多、更少或其他的部件执行。方法可包括更多、更少或其他的步骤、此外，步骤可以任何适合的顺序执行。虽然已经详细地示出并描述了若干个实施方式，但应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，依照所附权利要求的限定，多种替换和变型是可能的。
权利要求
1.一种用于将弹性体材料附接于复合零件的两个侧面的方法，所述复合零件包括基体和至少一层编织玻璃纤维，所述方法包括: 将第一弹性体材料压延成第一弹性体层，与压延之前的所述第一弹性体材料相比，所述第一弹性体层具有更均匀的厚度； 将所述第一弹性体层硫化至第一复合垫片，所述第一复合垫片包括三层编织玻璃纤维和四层胶粘剂，其中，所述第一复合垫片在所述硫化之后的厚度小于0.0025英寸； 将所述第一复合垫片连结至所述复合零件的第一侧面，其中，所述第一复合垫片比所述复合零件具有更高的弹性极限； 将第二弹性体材料压延成第二弹性体层，与压延之前的所述第二弹性体材料相比，所述第二弹性体层具有更均匀的厚度； 将所述第二弹性体层硫化至第二复合垫片，所述第二复合垫片包括三层编织玻璃纤维和四层胶粘剂，其中，所述第二复合垫片在所述硫化之后的厚度小于0.0025英寸；以及 将所述第二复合垫片连结至所述复合零件的与所述第一侧面背对的第二侧面，其中，所述第二复合垫片比所述复合零件具有更高的弹性极限。
2.—种方法，包括: 将弹性体材料压延成弹性体层，与压延之前的所述弹性体材料相比，所述弹性体层具有更均匀的厚度；以及 将所述弹性体层硫 化至复合垫片，所述复合垫片包括至少一个加强层和至少一层胶粘剂。
3.一种根据权利要求1的方法制造的产品。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合垫片包括三层编织玻璃纤维和四层胶粘剂。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合垫片在所述硫化之后的厚度小于0.0025 英寸。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合垫片在所述硫化之后的厚度为0.0014英寸至0.0016英寸。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述弹性体层硫化至所述复合垫片使所述弹性体层固化。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合垫片为预固化的玻璃纤维。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述弹性体层硫化至所述复合垫片使所述复合垫片固化。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合垫片为120型织物。
11.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述复合垫片连结至零件。
12.—种根据权利要求11的方法的产品。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述复合垫片连结至所述零件包括在250度或更低的温度下加热所述复合垫片。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述复合垫片连结至所述零件包括在200度或更低的温度下加热所述复合垫片。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述零件为包括基体和至少一层编织玻璃纤维的复合零件。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述复合垫片具有比所述零件高的弹性极限。
17.—种弹性体垫，包括: 复合垫片，所述复合垫片包括至少一个加强层和至少一层胶粘剂；以及 被硫化至所述复合垫片的弹性体材料。
18.根据权利要求17所述的弹性体垫，其中，所述复合垫片包括三层编织玻璃纤维和四层胶粘剂。
19.根据权利要求17所述的弹性体垫，其中，所述复合垫片在所述硫化之后的厚度小于0.0025英寸。
20.根据权利要求17所述的弹性体垫，其中，所述复合垫片在所述硫化之后为0.0014英寸至0.0016英寸。
全文摘要
根据一种实施方式的方法包括将弹性体材料压延成弹性体层，与压延之前的弹性体材料相比，该弹性体层具有更均匀的厚度。在压延之后，将该弹性体层硫化至复合垫片，该复合垫片包括至少一个加强层和至少一个胶粘剂层。
文档编号B32B17/12GK103203947SQ20131001128
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月11日 优先权日2012年1月13日
发明者丹尼尔·P·索蒂奥, 弗兰克·B·斯坦普斯, 帕特里克·R·蒂斯代尔, 特里·K·特姆普森, 洛恩·坦·沃 申请人:贝尔直升机德事隆公司