大型蜂窝芯增强复合结构体的低温、真空固化制造方法

专利名称：大型蜂窝芯增强复合结构体的低温、真空固化制造方法
技术领域：
本发明一般性涉及蜂窝芯增强复合结构体(honeycomb core stiffened composite stmcture)和该结构体的制造方法，更具体地，本发明涉及所述结 构体的制造方法，该方法使流体能够在固化过程中从蜂窝芯泡孔(cell)流出。 具有优势地，本发明的方法可用于利用热和真空而不利用超级大气压有效 地结合所述结构体的组件，由此而无需在高压釜(autoclave)中结合组件。
背景技术：
蜂窝芯夹层板或复合结构体由于其刚性/重量比(即"比刚性")和强度/ 重量比(即"比强度，，)高而在航空航天等应用中广泛地使用，所述蜂窝芯夹 层板或复合结构体典型地包括利用粘结剂共固化到蜂窝芯上的复合层压体 表层(laminate skins)。可利用各种复合成形方法制造蜂窝芯复合结构体。最常用的技术包括 使用真空袋成型装置(vacuum bag molding assembly),其中利用防渗膜或"真 空袋"加固复合表层并且保证其与放置在中部的蜂窝芯适当地粘结。更具 体地，将下或底复合表层、蜂窝芯以及上或面复合表层依次放置在刚性铸 模构件(rigid mold member)中，使上、下复合表层覆盖或包覆蜂窝芯。上、 下复合表层典型地由未固化的"预浸"(prepreg)或"B阶"(B-stage)层压体 形成，所述层压体包括置于结合聚合物基体(例如环氧、酚醛树脂或其它类 似的有机树脂材料)中的纤维增强体，例如石墨、芳族聚酰胺或玻璃纤维(例 如线、织物或所述两者)。薄膜粘结剂典型地构成上、下复合表层与蜂窝芯 之间的结合。将真空袋放在刚性铸模构件和封口(seal)之上，从而形成被未 固化/未结合复合叠层(lay-up)占据的模腔(mold cavity)。然后在铸模内将模腔 抽为负压，(在高压釜炉中)向外部施加超级大气压，升高复合叠层的温度而 在高压釜炉中对其进行固化。负内压和外部超级大气压的结合趋于加固复 合表层、除去空气和源自树脂粘结剂的挥发物并施加必要的压实压力 (compaction pressure)，以4呆i正叠层的充分、均匀地粘结。 在某些情况下，在复合结构体的形成过程中可能并不期望使用高压釜。 例如，固化过程中在复合体上施加超级大气压很可能造成蜂窝芯(典型地在 边缘附近)沿通常横切泡孔的方向移位、畸变或所述两者。此外，在形成相对较大的结构体(具有大于约lm"的例如大小、例如长度和宽度)的过程中，施加超级大气压需要非常大且昂贵的高压釜。在没有超级大气压的情况下， 由于层压层压实不充分、蜂窝芯和表层结合得不充分或所述两者，使得制 造具有足够强度和稳定性的结构体如果不是毫无可能的也是困难的。认为 这是至少部分地由于固化结合过程中结构体内气压的增大。具体地，除了空气根据普适性气体方程(P V=nRT)在泡孔中膨胀以外，挥发物的释放 (evolution)趋于增大泡孔内的压力，由此趋于使表层和蜂窝芯分离，所述挥 发物源自例如叠层的聚合物基体或蜂窝芯内的吸附水。因而，需要无需施 加超级大气压而仍为表层和蜂窝芯提供充分结合的蜂窝复合结构体形成方 法，特别是那些尺寸大于约ln^的蜂窝复合结构体的形成方法。发明内容本发明涉及蜂窝复合结构体的形成方法，所述蜂窝复合结构体包括第 一表层、第二表层以及置于第一和第二表层之间并与所述两者相连的蜂窝 芯，其中第一表层和第二表层均包括至少一个纤维片以及聚合物基体，并且均是固化或未固化的。所述方法包括将粗孔织品(scrim)放在蜂窝芯与第一 和第二表层中的至少一个之间，以在第一和第二表层中的至少一个与蜂窝 芯结合(bonding)的过程中使流体能够在蜂窝芯泡孔之间流动。此外，对第 一和第二表层中的至少一个穿至少一个排气孔(vent)，所述排气孔的尺寸在 第一和第二表层中的至少一个与蜂窝芯结合的过程中，在被聚合物基体密 封之前，使流体能够流动。此外，结合第一和第二表层中的至少一个与蜂 窝芯。本发明还涉及蜂窝复合结构体的形成方法，所述蜂窝复合结构体包括 面表层、底表层以及置于面表层和底表层之间并与所述两者相连的蜂窝芯。 所述方法包括在相结合的蜂窝芯和底表层之上形成面叠层，其中所述面叠 层包括蜂窝芯上的粗孔织品，蜂窝芯、所述粗孔织品以及与面叠层相连 的底表层的一部分之上的粘结剂层，和所述粘结剂层上的多个预浸片，所 述预浸片包括织物和聚合物基体。穿过覆盖蜂窝芯的面叠层的一部分形成
排气孔，其中确定所述排气孔的尺寸，以在共结合操作过程中，在被聚合物基体密封之前，使流体能够流动。穿过排气孔放置纤维排气灯芯(fibrous venting wick),其中在共结合操作过程中所述纤维灯芯的至少 一部分与面表 层成为一体。共结合面叠层，以层压多个预浸片而形成面表层并结合面表 层、蜂窝芯和底表层。此外，本发明涉及蜂窝复合体。所述蜂窝复合结构体包括第一表层、 第二表层以及置于第一和第二表层之间并与所述两者相连的蜂窝芯，其中第一和第二表层中的至少一个包括外表面；内表面，蜂窝芯的至少一部分与所述内表面相连；至少一个纤维片，所述纤维片包括基本上平行于外表 面、内表面或所述两者排列的纤维；聚合物基体；以及从内表面延伸至外 表面的邻近蜂窝芯的密封排气区，所述密封排气区包括聚合物基体和横切 外表面、内表面或所述两者的纤维。


图1为结合夹具(bondjig)的图解视图，该结合夹具包括用于减积(debulk) 的复合部分叠层(lay-up)。图2为结合夹具的图解视图，该结合夹具包括用于固化、结合或所述 两者的复合部分叠层。图3为排气蜂窝复合结构体叠层的图解视图。
具体实施方式
本发明一般性涉及蜂窝复合结构体的形成方法，其中在进行固化、结 合或所述两者中的至少一部分过程期间，所述复合体的内部是排气的。这 种排气使得在不向复合体外部施加超级大气压的情况下能够充分地结合一 个或多个表层和芯。因而，尽管可在高压釜基操作中采用本发明的排气方 法，但并不是所需的。通过免除高压釜，本发明是方便且具有成本效益 (cost-effective)的方法，用以形成充分结合的蜂窝复合结构体，特别是相 对较大的结构体(例如尺寸大于约lm2)。如上所述以及如本领域技术人员所知，蜂窝复合结构体的主要组件为 表层。本发明的方法中所用的表层或复合表层可为本领域技术人员已知的 任何类型。表层由至少一个，典型地由多个预浸片构成。尽管典型地使用
不止一个预浸片来制造表层，但预浸层的个数至少部分取决于所需结构体 组件的重量、强度、尺寸、最终用途或所述因素的组合。典型地，预浸层的厚度为约0.28 约0.38mm。通常，蜂窝芯上的表层厚度是在约四个和约 六个预浸层之间层压的结果。预浸片典型地包括浸渍有聚合物基体的纤维 织物(例如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化硅纤维和Kevlar⑧纤 维)。众所周知，合适的纤维织物可包括单向的或多向的纤维。此外，具体 的表层叠层可包括具有不同纤维取向的织物。合适的聚合物基体材料对于 本领域技术人员是已知的，并且包括，例如双马来酰亚胺(BMI)树脂、环氧、 酚醛树脂或其它类似的有机树脂材料。合适的预浸层的实例包括商购自 Advanced Composites Group的LTM45EL/CF0108和商购自Cytec Engineered Materials的Cycom-5215/WAS4C-5HS。其它主要组件为蜂窝芯，同样地，合适的蜂窝芯对于本领域技术人员 是已知的。合适的芯的实例包括包括例如铝和钛等金属或例如玻璃纤维/ 酚醛树脂和Nomex⑧等非金属的芯，或者由例如铝和钛等金属或例如玻璃纤 维/酚醛树脂和Nomex⑧等非金属制成或构成的芯，所述Nomex⑧为商购自 Chatsworth, California的Hexcel Corp.的芳族聚酰胺纤维或织物。通常，成 块购买蜂窝芯并使用微机数控加工设备将其加工成所需的形状和尺寸。例 如，蜂窝芯可具有将剪切负载逐渐传递至固化表层的倾斜表面(见，例如图 3)、直角表面、圆形表面、它们的组合。本发明的制造蜂窝复合结构体的方法，更具体地，包括穿过一个或多 个表层，具体地，穿过一个或多个表层邻近蜂窝芯泡孔的部分，形成至少 一个孔洞或排气孔，以在热驱动过程的一部分中使流体能够从所述结构体 的内部流出，其中在所述热驱动过程中，结合一个或多个表层和蜂窝芯、 固化或层压一个或多个表层、或它们的组合。结合一个或多个排气孔，被 结合的复合结构体在芯和与芯相连的表层之间还包括粗孔织品是优选的， 以使流体在多个蜂窝芯泡孔和至少 一个排气孔之间流动或连通。没有粗孔 织品的情况下，在各个蜂窝芯泡孔之上具有至少一个排气孔是优选的。由 于例如成本和结构完整性等原因，这种选择是不理想的。因而，非常希望 使用粗孔织品。出于上述考虑，当结合蜂窝芯和固化表层时，或者当固化 和结合至少一个叠层和蜂窝芯时(统称为共结合)，可实施本发明。尽管通过在预先固化、部分固化或B阶的表层或层压体中形成孔洞或形成)来实施本发明是可行的，但通常认为这不 是在结合一个或多个表层的过程中对复合结构体进行排气所期望的方式。 相反，本发明的方法优选包括在一个或多个未固化表层或叠层中形成孔洞或排气孔。例如， 一种具体的共结合制造方法通常包括层叠(layingup)并 固化底表层，结合固化底表层和蜂窝芯，将面表层层叠在蜂窝芯和自芯周 围延伸的底表层的至少一部分之上，在芯上的面叠层部分中形成至少一个 排气孔以及共结合面表层，而形成蜂窝复合结构体。可供选择地，实施本 发明的方法可包括形成底叠层，将蜂窝芯放在所述底叠层上，形成面叠 层，在所述面叠层、底叠层或所述两者中形成至少一个排气孔以及共结合 叠层和蜂窝芯，而形成蜂窝复合结构体。如上所述，本发明的方法包括在结合或共结合至少一个表层和蜂窝芯 的至少一部分中对所述结构体进行充分地排气。根据本发明对所述结构体 进行充分地排气包括形成至少一个孔洞、排气孔、空隙或基本没有穿过至 少一个表层(固化、部分固化或未固化)延伸的材料，并将粗孔织品放在芯和 与其相连的表层之间，使得与蜂窝芯相连的一个或多个表层形成充分地结 合。换言之，芯和表层之间以及穿过表层的开放空间或通道的数量优选足 以在固化-结合操作过程中使足够的气体(例如空气和挥发性化合物)从复合 体内部流出，由此防止所述结构体内部的显著增压，使得保持一个或多个 表层与芯之间的充分接触，以充分地结合它们。尽管可通过单个排气孔实现充分地排气，但到目前为止结果通常显示 多个排气孔是优选的。具体地，到目前为止结果显示优选排气孔的密集度 (concentration)至少为约每平方英尺0.5个排气孔(约每平方米5.4个排气孔)。 更优选地，排气孔的密集度至少为约每平方英尺0.75个排气孔(约每平方米 8个排气孔)。另一方面，通常期望最小化排气孔的个数，以最大化复合结 构体的强度或最小化对表层、结构体或所述两者物理性质的任何破坏。因 而，通常认为排气孔密集度优选不大于约每平方米21.5个排气孔(约每平方 英尺2个)，并且更优选不大于约每平方米16个排气孔(约每平方英尺1.5 个)。在本发明的一种实施方案中，在蜂窝芯之上或邻近蜂窝芯的表层中形 成密集度为约每平方米11个(约每平方英尺1个排气孔)的多个排气孔。如上所述，除了至少一个排气孔，本发明还包括将粗孔织品放在相结 合的蜂窝芯和表层之间，以使流体能够在蜂窝芯泡孔之间连通或流动，进 而使流体能够从多个泡孔和至少一个排气孔流出。所述粗孔织品可由具有开口(opening)的任何材料构成，所述开口足够小以保持流体连通。通常，通 过小于蜂窝芯泡孔的粗孔织品开口保持流体连通。例如，如果芯的泡孔为 横向约6.4mm(约0.25英寸)，那么开口的尺寸(即在沿开口外围的最远位置 横穿开口的距离)小于约6.4 mm(约0.25英寸)。另一方面，优选开口足够大 以使粘结剂(优选薄膜粘结剂、环氧或BMI)能够充分地接触用于结合的芯。 此外，优选粗孔织品的厚度没有过大而导致阻碍粘结剂结合表层和芯。换 言之，优选粗孔织品足够薄而使其被粘结剂"浸湿"。通常，随着薄膜粘结 剂重量的增大，粗孔织品的厚度可增大，同时仍能够使其被"浸湿"。此外， 优选粗孔织品是柔性的，使得它能够与芯的形状贴合。出于上述考虑，已 发现优选粗孔织品为由任何合适的材料(例如聚合物纤维或丝)制成的网眼 针织物(open knit fabric)。所述聚合物纤维或丝的实例包4舌尼龙和聚酯。在本发明的一种实施方案中，采用例如FM300-2等薄膜粘结剂结合芯 和表层。薄膜粘结剂FM300-2包括厚约0.18mm(约7mils)并且重约0.5 kg/m、约0.1 lbs/ft"的粗孔织品。薄膜粘结剂典型地包括粗孔织品以便于处 理。此外，所述组合体(assembly)优选在芯和表层之间包括"干"粗孔织 品(即未浸渍粘结剂的粗孔织品)。更具体地，优选各层的顺序为芯、粗孔织 品、薄膜粘结剂和表层。用于该实施方案的合适的干粗孔织品包括厚约0.13 ~约0.18mm(约5 约7 mils)的1191型尼龙和5602型聚酯。除了对所述结构体进行充分地排气以能够充分地结合以外，本发明的 方法能够形成至少基本上密封并且优选完全密封的复合结构体。通过仔细的最大距离)，来实现所述两个看起来对立的性质。例如，对于包括近柱状 表面的排气孔，排气孔的尺寸和横断面长度约等于外表层表面和空隙之间 近圓形界面的直径。例如在固化表层的情况下，可使用钻头形成所述近柱 状排气孔，或在未固化叠层的情况下，可使用锥子形成所述近柱状排气孔。 应当指出的是排气孔的横断面形状无需为圓形；排气孔可具有任何横断面 形状(例如类椭圆形、类正方形或类矩形)。还应当指出的是尽管排气孔典型 地基本上与表层的外表面垂直或正交，然而无需如此。排气孔仅需横切表 层。具体地，对排气孔的尺寸进行选择，使得存在充分的结合，同时使排
气孔能够在固化、结合或所述两过程中至少基本上被聚合物基体流密封。例如，到目前为止，目前为止的结果显示排气孔的尺寸优选不大于约3.2 mm(约0.125英寸)，以保证排气孔最终变为密封的。更优选地，排气孔的尺 寸优选不大于约2.5mm(约0.1英寸)。另一方面，优选排气孔的尺寸至少为 约1.3 mm(约0.05英寸)并优选至少为约2.3 mm(约0.09英寸)，以保证在固 化/结合操作过程中排气孔基本上保持开放(即在大量气体离开所述结构体 之前孔洞不变为密封的)。任选地，本发明的方法还包括将至少 一个纤维排气灯芯插进至少一个 排气孔。不受限于理论，认为将排气灯芯放在一个或多个排气孔中提供了 下述一个或多个益处例如通过阻碍排气孔被聚合物基体过早的密封或通 过阻碍在叠层纤维中的移位(可能趋于减小排气孔的尺寸或使排气孔闭合)， 而有助于保持气体从复合结构体中流出；通过使聚合物基体易于穿过空隙 流动，而有助于排气孔的最终密封；以及强化了密封排气孔，这有助于减 少可能由形成排气孔所造成的复合结构体强度或韧性的任何可能的下降。本质上可通过任何方法实现纤维排气灯芯的插入， 一种方法包括将灯 芯放进外表面处的排气孔的开口中或邻近外表面的排气孔的开口中，并进 一步将其推进或优选使其穿过排气孔，使得至少灯芯的一部分自表层(经固化或叠层)的内表面向外延伸。换言之，灯芯的一部分延伸进入蜂窝芯泡孔 是优选的。同样地，灯芯的一部分自表层的外表面向外延伸(即处于复合结 构体的外部)通常是优选的。优选地，自表层的外表面向外延伸的排气灯芯 的长度至少为约12.5 mm(约0.5英寸)，但不大于约19 mm(约0.75英寸)。 不受限于具体理论，认为当外部的长度塌落在外表面上时有助于使排气灯 芯保持在原位，使所述排气灯芯不会在固化/结合操作过程中落进排气孔。 对于处于复合结构体外部的灯芯部分，优选使纤维"散开"(即，使灯芯的 纤维分开并排列成近圆形，其中使所述纤维作为圆形的半径)，以最小化在 固化/结合操作过程中表层中或表层外表面上的"划痕"(mark-off)(即，压痕 的形成或纤维的局部嵌入)。在"散开"灯芯之前，使所述灯芯穿过一个或 多个隔离膜(release film)是优选的，以保证流体自蜂窝芯流出(见，例如图2 和图3)。如上所述，排气灯芯优选为纤维状的(即，所述排气灯芯包括多个纤维 或丝)。优选地，所述丝与表层的纤维和聚合物基体相容。此外，期望排气
灯芯丝可被聚合物基体润湿，以便于聚合物基体穿过灯芯迁移而有助于密 封排气孔。合适的排气灯芯材料的实例包括玻璃纤维、碳、芳族聚酰胺、碳化硅和Kevlar 。此外，纤维排气灯芯可由与表层相同或不同的纤维制成。 事实上，在本发明的一种实施方案中，表层包括碳纤维，并且期望排气灯 芯包括玻璃纤维，这是因为易于以相对较低的成本得到多种尺寸和构型的 玻璃纤维绳或线(可由所述玻璃纤维绳或线裁得灯芯)。就灯芯的尺寸或直径而言，优选使其具有在排气孔中紧密贴合的大小。 典型地通过选择直径约与排气孔横断面长度相等的绳得以实现。例如，对 于横断面长度不大于约3.2 mm(约0.125英寸)的排气孔，可由3 k的碳丝束 (carbon tow)(即，所述丝束由3000根碳丝制成)或由直径测得为约1.8 ~ 3.0 mm(约0.07 约0.12英寸)的玻璃纤维边缘通气丝(fiberglass edge breather string)裁得合意的排气灯芯。如上所述，如果存在的话，灯芯优选变为蜂窝复合结构体的一部分或 与蜂窝复合结构体成为一体。因而，根据本发明的方法形成的蜂窝复合结 构体可包括第一表层、第二表层以及置于所述表层之间并与所述表层相连 的蜂窝芯，其中所述表层中的至少一个包括外表面；内表面，至少部分 蜂窝芯与所述内表面相连；至少一个纤维片，其包括基本上平行于外表面、 内表面或所述两者排列的纤维；聚合物基体；以及至少一个密封排气区， 该排气区从内表面延伸至外表面并且包括横切外表面、内表面、或者所述 两者的纤维以及聚合物母体。优选地，本发明的蜂窝复合结构体反映了关 于本申请方法所述的优先选择(例如排气孔的形成，包括排气孔的尺寸和密 集度，灯芯材料等等)。固化/结合操作之后，通过切割或者其它方式切断表 层外表面处或接近表层外表面的灯芯而修整灯芯通常是优选的。本发明方法的进一步选择包括在一个或多个密封排气区之上形成、放 置以及结合相对较小(例如直径约25.4 约38.1mm(直径约1 1.5英寸))的 补片(patch)或顶盖(cover)，以进一步保证复合结构体被充分密封、结构完整 或所述两者。所述修补方法(patching process)对于本领域技术人员是公知的 并且是修补蜂窝复合结构体的标准方法，并通常包括轻轻砂磨(例如用180 粗砂纸)将与补片接触的表层表面(即密封排气区的外表面和附近的固化表 层)、清洁砂磨区域以除去粉尘、将用环氧粘结剂浸湿的直径约38mm(约1.5 英寸)的织物圓(即补片)放在清洁区域上、以及对补片进行固化。 应当指出的是，本发明方法的上述步骤可并入本质上任何用于制造或 形成蜂窝复合结构体的制造方法，并且应用本发明方法的上述步骤可利用 与其相关的本质上任何材料和装备(例如薄膜粘结剂，粗孔织品，真空泵，真空袋或尼龙装袋薄膜(baggingfilm)，真空袋密封材料，铸模或工具(tool), 脱模剂，无纺通气薄膜，双面带(double sided tape),例如由软木制成的边缘 屏障(edge dam)，例如由玻璃纤维、无孔隔离膜(release film)制成的排放层 (bleeder layer),无孔隔离织物，刚性均压板，例如环氧等其它粘结剂，例如 由玻璃纤维制成的边缘通气绳，等等)。所述制造方法和材料对于本领域技 术人员是已知的而无需本申请进行详细阐述。尽管不是必需的，以下仍给 出包括本发明实施方案的制造方法的一般性说明。 示范性蜂窝复合体制造方法该示范性方法通常包括形成复合层压体或固体层压底表层(solid laminate base skin)，使蜂窝芯与固化底表层相连，以及共结合复合面片或面 层而形成面表层并结合面表层和固化底表层-芯组合体。 A.形成复合层压体参考图1，所述方法典型地起始于制造结合夹具1。通过根据脱模剂厂 商的说明将均匀的脱模剂涂层2涂敷在结合工具4的表面3上，来制备结 合夹具1。示范性脱模剂包括可商购自Henkel Aerospace的FREKOTE 700NC。其次，使比复合部分6的未减积厚度高的软木屏障5与脱模剂相粘 结，并将双面带IO置于两者之间。接下来，通过将预浸片堆叠体(未在附图 中详细示出，但本领域公知)叠放在脱模剂2上并处于以软木屏障5为边界 的区域内，而形成复合部分6，在此情况下即底表层。根据形成中的复合结 构体适当地确定预浸片的尺寸、形状和位置。然后优选对预浸片堆叠体进行减积。可通过对预浸片堆叠体抽真空来 实现减积。其典型地包括先后用至少一层带孔隔离膜11、至少一层(ply)无 纺通气布12以及真空装袋薄膜13覆盖所述预浸片堆叠体。多个真空口 30(vacuum port)(附图中仅示出了其中之一)延伸穿过真空装袋薄膜13的外 周。真空口 30优选正好位于屏障外围以外，使得所述真空口与通气布12 接触。通过真空袋密封材料32，使真空装袋薄膜13附着于结合工具4的表 面3。真空袋密封材料32延伸出通气布12的外围几厘米或几英寸。真空软 管(未示出，但本领域公知)与真空口 30相连，并对真空装袋薄膜13抽真空 (例如至少约0.085 Mpa(约25英寸汞柱(in-Hg))以对预浸片进行减积。为了 对预浸片进行减积，典型地保持真空几分钟(例如约3 ~约15分钟)。尽管 不是所要求的，但典型地在减积之后用经浸渍的尼龙剥离层(未在附图中示 出)覆盖最后一片预浸片。参考图2,然后通过优选将经减积的预浸片放在空气环流炉(air circulating oven)(未在附图中示出)中以提高它们的温度，同时进行抽真空(例 如至少约0.091MPa(约27英寸汞柱))，来固化所述经减积的预浸片。经减积 的预浸片的固化装置与减积装置类似，但图2所示的装置包括无孔隔离膜 24,而不是如图1所示使用带孔隔离膜11。此外，尽管不是必须的，但是 经减积的预浸片的固化装置仍可包括边缘通气绳25(例如由纤维玻璃制成) 和排放层27(bleeder ply)(例如由120型或精编玻璃纤维织物制成)。将边缘 通气绳25放在软木屏障5和复合部分6之间的界面处，在此情况下所述复 合部分6为经减积的预浸片。接下来，将无孔隔离膜24放在复合部分6、 软木屏障5和边缘通气绳25之上。将排放层27放在无孔隔离膜24之上。 如本领域技术人员已知，但未画出，通气绳25穿过屏障6以便于在固化过 程中排出预浸片叠层内的空气。固化操作的温度分布将趋于根据例如被固化材料等因素而改变，但典 型地包括以不引发材料放热反应的速度(例如不大于约4。F/min)将预浸片加 热到固化温度(例如至少约170下(约76°C))，在固化温度下保温足够长的时 间(例如至少约6小时)，然后再以不过度压制材料或结构体的速度(例如不 大于约2T/min)冷却固化复合层压体。 B.结合固化表层和蜂窝芯固化表层和蜂窝芯的结合典型地起始于除去将放置蜂窝芯的经浸渍的 尼龙剥离层部分、砂磨固化表层的结合表面以及除去砂磨粉尘。然后将至 少一层薄膜粘结剂放在固化表层的表面上，以及如图1所示对所述组合体 进行减积，但复合部分6现包括固化底表层和薄膜粘结剂。接下来，将蜂 窝芯放在薄膜粘结剂上。然后如图1所示对所述组合体进行减积(采用不改 变芯形的真空度，典型地为约10 ~约15英寸汞柱)，但复合部分现包括固 化底表层、薄膜粘结剂和蜂窝芯。如图1所示结合处于蜂窝芯处的固化表 层薄膜粘结剂的减积组合体(现为复合部分6)。通过抽真空并将所述组合体 加热到结合温度(例如至少约190下(约82。C))并保温足够长的时间(例如约2 3小时)，其后，以不造成破坏的速度(例如不大于约2。F/min)冷却被结合 的组合体，来实现所述结合。 C.共结合复合面片共结合典型地起始于准备芯周围的底表层结合表面(例如除去剥离层、 轻砂磨以及除去砂磨粉尘)。接下来，进行面表层的层叠。如图1所示，在 组合体(相连的底表层和芯)处于结合工具4之上并被软木屏障5环绕的同 时，进行层叠。参考图3,层叠包括将至少一层千粗孔织品40放在蜂窝芯 41上，而不放在底表层42上。然后，将粘结剂层44放在粗孔织品40之上。 在将所述粗孔织品置于蜂窝芯上之前先将其定位(tacking)于薄膜粘结剂是 优选的。典型地，通过利用约5 约IO英寸汞柱的真空压力在平台上进行 减积，来实现定位。所述组合体现对应于图1的复合部分6并对该组合体 进行减积。减积之后，将面表层预浸片46放在粘结剂层44上，并且如图1所示对 该组合体进行减积。可将对预浸片进行减积称为校验(collation)。接下来， 穿过经校验的预浸片46以及位于面表层48外表面和蜂窝芯41之间的任何 其它层(例如粘结剂层44和粗孔织品40),而形成排气孔47。在形成排气孔 之后，将纤维排气灯芯59插入并穿过排气孔47。然后，如图2所示将所述 组合体装入袋中(bagged)以进行共结合(即，固化或层压面表层预浸片46以 及结合层压面表层、蜂窝芯41和固化底表层42的组合)而形成蜂窝复合结 构体。所述共结合操作趋于与形成复合层(例如底表层)的共结合操作相同或 相似。换言之，可等价采用上述示范性真空压力、温度和保温时间。出于上述考虑，可以看出实现并获得了本发明的一个或多个优势。因体用途的各种实施方案和各种改进最好地利用本发明。此外，由于在不脱 离本发明范围的情况下可对本申请所述或所示的构造和方法作出各种改 进，因而应认为上述说明所包含的或附图所示的所有物质是示例性的而不 是限制性的。因而，本发明的广度和范围不应受限于任何上述示范性实施 方案，而应根据下述所附权利要求及其等价物进行限定。
权利要求
1.一种形成蜂窝复合结构体的方法，所述蜂窝复合结构体包括第一表层、第二表层以及置于第一和第二表层之间并与所述两者相连的蜂窝芯，其中第一和第二表层都包括至少一个纤维片以及聚合物基体，并且都是固化或未固化的，所述方法包括将粗孔织品放在蜂窝芯以及第一和第二表层中的至少一个之间，以在结合第一和第二表层中的至少一个与蜂窝芯的过程中使流体能够在蜂窝芯的泡孔之间流动；对第一和第二表层中的至少一个穿至少一个排气孔，所述排气孔的尺寸在结合第一和第二表层中的至少一个和蜂窝芯的过程中，在被聚合物基体密封之前，使流体能够流动；以及结合第一和第二表层中的至少一个和蜂窝芯。
2. 权利要求l的方法，该方法还包括在结合第一和第二表层中的至 少一个和蜂窝芯之前，穿过所述至少一个排气孔，放置纤维排气灯芯，其中通过至少密封一个孔洞的聚合物基体，在结合过程中，纤维排气灯芯的 至少一部分与第一和第二表层中的至少一个成为一体。
3. —种形成蜂窝复合结构体的方法，该蜂窝复合结构体包括面表层、 底表层以及置于面表层和底表层之间并与所述两者相连的蜂窝芯，该方法 包括a. 在相结合的蜂窝芯和底表层之上形成面叠层，其中面叠层包括蜂 窝芯上的粗孔织品，蜂窝芯、粗孔织品以及与面叠层相连的底表层的一部 分上的粘结剂层，和粘结剂层上的多个预浸片，所述预浸片包括织物和聚 合物基体；b. 穿过覆于蜂窝芯之上的面叠层的一部分形成排气孔，其中确定所述 排气孔的尺寸，以在共结合操作过程中在被聚合物基体密封之前使流体能 够流动；c. 穿过排气孔放置纤维排气灯芯，其中在共结合操作过程中使纤维灯 芯的至少一部分与面表层成为一体；d. 共结合面叠层，以层叠多个预浸片而形成面表层并结合面表层、蜂 窝芯和底表层。
4. 权利要求3的方法，其中共结合面叠层的步骤包括将位于蜂窝芯 和底表层之上的其中有排气孔和纤维排气灯芯的面叠层装入真空袋，对其 抽真空，并将其温度升至固化温度保温足够长的时间，以层叠多个预浸片 而形成面表层并结合面表层、蜂窝芯和底表层。
5. 权利要求4的方法，其中真空度至少为约27英寸汞柱，固化温度 至少为约170°F，以及保温时间至少为约6小时。
6. 权利要求3的方法，其中所述排气孔的横断面长度不大于约0.125 英寸。
7. 权利要求6的方法，其中所述排气孔的横断面长度至少为约0.05 英寸。
8. 权利要求7的方法，其中所述纤维排气灯芯的标称横断面直径约等 于所述排气孔的横断面长度。
9. 权利要求3的方法，该方法还包括形成多个排气孔并在每个孔中都 放入纤维排气灯芯。
10. 权利要求9的方法，其中多个排气孔的密集度至少为约每平方英 尺0.5个排气孔。
11. 权利要求10的方法，其中排气孔的密集度不大于约每平方英尺2个排气孔。
12. 权利要求9的方法，其中所述多个排气孔的密集度至少为约每平 方英尺0.75个排气孔。
13. 权利要求12的方法，其中排气孔的密集度不大于约每平方英尺1.5 个排气孔。
14. 权利要求3的方法，其中面叠层包括外表面和与粘结剂层接触的 内表面，并且该方法还包括散开纤维排气灯芯从面叠层外表面向外延伸的 部分，以使在共结合过程中在面表层上形成的划痕最小化。
15. 权利要求14的方法，该方法还包括修整处于蜂窝复合结构体外部 的纤维排气灯芯部分。
16. 权利要求15的方法，该方法还包括在密封排气孔之上结合纤维补片。
17. 一种蜂窝复合结构体，该结构体包括第一表层、第二表层以及置 于第一和第二表层之间并与所述两者相连的蜂窝芯，其中第一和第二表层 中的至少一个包括外表面；内表面，蜂窝芯的至少一部分与所述内表面 相连；至少一个纤维片，所述纤维片包括基本上平行于外表面、内表面或 所述两者排列的纤维；聚合物基体；以及从内表面延伸至外表面邻近蜂窝 芯的密封排气区，所述密封排气区包括聚合物基体和横切外表面、内表面 或所述两者的纤维。
18. 权利要求17的蜂窝复合结构体，其中密封排气区的横断面长度不 大于约0.125英寸。
19. 权利要求18的蜂窝复合结构体，该结构体还包括密集度为约每平 方英尺1个密封排气区的多个密封排气区。
20. 权利要求19的蜂窝复合结构体，该结构体还包括与外表面相连的 纤维补片，其中所述纤维补片覆盖了所有密封排气区。
全文摘要
本发明披露制造蜂窝复合结构体(6)的方法，该方法使得流体在固化过程中能够从蜂窝芯(41)的泡孔流出。更具体地，该方法包括在所述结构体的表层(46)中形成一个或多个排气孔(47)，所述排气孔优选装有排气灯芯(54)，以在表层结合过程中在被聚合物基体密封之前使流体能够流动。此外，所述结构体优选包括使流体能够在蜂窝芯(41)多个泡孔之间流动的粗孔织品(40)。根据该方法制得的蜂窝复合结构体(6)包括密封排气区等，所述密封排气区包括聚合物基体和横切表层的纤维。
文档编号B29C70/44GK101151142SQ200680010135
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月1日 优先权日2005年2月2日
发明者丹尼·E·海涅曼, 卡伦·M·约斯特, 卡洛斯·A·弗拉恰, 杰弗里·波卢斯, 詹姆斯·A·托马斯 申请人:波音公司