通过树脂注射成型生产复合部件的压力保持设备和相关方法

通过树脂注射成型生产复合部件的压力保持设备和相关方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于树脂注射系统(100)的压力保持设备(10a、10b)，该树脂注射系统(100)包括连接至注射模具(20)的注射网路，其特征在于，所述设备包括增压装置，该增压装置适于将加压气体注射到通道(64)中；第一连接装置(11)，其适于与所述树脂注射网路连接，以及适于与所述通道(64)连接；第二连接装置(12)，其适于与所述注射系统(100)的所述注射模具(20)连接；所述第一连接装置(11)通过压力保持通道(13)与所述第二连接装置(12)连接，该压力保持通道(13)适于容纳在压力下注射的气体。
【专利说明】通过树脂注射成型生产复合部件的压力保持设备和相关方法
[0001]本发明涉及一种通过RTM(树脂传递模塑)注射生产复合部件的压力保持设备，以及一种通过RTM注射由复合材料生产部件的方法。
[0002]本发明特别地适用于航空领域。
[0003]RTM方法是利用具有高强度与质量比的复合材料(纤维/树脂)生产部件的公知方法。RTM方法通常包括以下基本过程:
[0004]-通过织造制备纤维的预制体；
[0005]-在注射模具中布置所述预制体；
[0006]-注射液体状态下的树脂；
[0007]-向所注射的树脂施加保压，并通过加热聚合部件。
[0008]使用的树脂是非常流动的，以使其很容易地在预制体的不同纤维之间渗透，即使它们以减弱的压力被注射。在加热影响下进行聚合期间，注射的树脂连续地从液体状态转到凝胶状态以及最后变为固体状态。
[0009]为了确保没有瑕疵和孔隙(特别地，由于在聚合期间树脂的除气(degas)引起的)的高质部件，维持保压直到完成部件的聚合是很必要的。
[0010]在公知的RTM注射系统中，通过树脂注射器确保增压。因此，保持注射器在适当的位置以及保持压力直到树脂已经完全凝结是必要的。因此，这些RTM注射系统不允许以高输出率生产部件，因为注射器的固定时间与树脂的聚合的时间有关联。因此，生产装置的实施时间很重要并且不能被减少。
[0011]另外，保持注射设备在适当的位置直到完成部件的聚合，增加了在注射设备内以及位于注射设备与模具之间的通道(channelling)内的树脂聚合的风险，其使得注射设备的清洁复杂化。
[0012]最后，在使用加热室作为加热装置的情况下，被包含在通道(该通道在注射设备与模具之间形成)中的树脂可以在模具中的树脂之前被聚合，模具中的树脂的厚度更大。因此，在通道中的凝结不能再确保将保压转移至模具，其导致在部件中出现孔隙。
[0013]在专利申请FR1154662中描述的压力保持设备已经被开发，并且使得在预制体的保持增压的阶段避免注射器内的树脂聚合成为可能。该文档提出使用被集成在注射装备中的或者位于特定的模块中的注射装备外的柔性膜来确保注射系统的增压，而不是通过注射器增压。
[0014]然而，在该专利申请中提出的解决方案需要制造特定的装备(与注射装备分开)，或者修改注射装备以用于压力保持设备的集成。另外，提出的解决方案需要准备随后的注射通道网路的时间，其使得提出的解决方案经济性较差。
[0015]基于此，本发明目的在于提出一种通过RTM注射利用复合材料生产部件的压力保持设备，所述设备使得经济地并快速地通过RTM注射生产没有孔隙的复合部件成为可能。
[0016]为此，本发明提出一种用于包括连接至注射模具的注射网路的树脂注射系统的压力保持设备，其特征在于，所述设备包括:[0017]-增压装置，其适于将加压气体注射到通道中；
[0018]-第一连接装置，其适于与所述树脂注射网路连接，并且适于与所述通道连接；
[0019]-第二连接装置，其适于与所述注射系统的所述注射模具连接；
[0020]所述第一连接装置通过压力保持通道与所述第二连接装置连接，该压力保持通道适于容纳在压力下注射的所述气体。
[0021]由于本发明的设备，再没有必要在树脂注射系统中通过注射器施加保压。因此，注射器从注射过程的结尾被释放，其使得在压力保持阶段能够避免在所述注射器内的树脂聚合成。注射器的实施时间也被减少，其使得能够提高这种注射器的生产率。
[0022]根据本发明的压力保持设备还可以具有以下特征中的一者或多者，单独地或以任何可行技术的组合考虑:
[0023]-所述第一连接装置和所述第二连接装置设置成使所述压力保持通道的纵轴是垂直的；
[0024]-所述压力保持通道的直径至少是所述树脂注射网路的通道的直径的两倍；
[0025]-所述压力保持设备包括压力传感器。
[0026]本发明还涉及一种能够利用复合材料生产部件的树脂注射系统，并且该系统包括:
[0027]-树脂注射器；
[0028]-注射模具，该注射模具包括能够容纳织造的预制体的空腔；
[0029]-由树脂入口通道和树脂出口通道形成的树脂注射网路，该树脂入口通道连接所述树脂注射器与所述注射模具，以及该树脂出口通道能够排放被注射到所述空腔中的过量的树脂；
[0030]-根据本发明的压力保持设备；
[0031]-用于在所述注射系统中产生真空的装置；
[0032]根据本发明的特定实施方式，所述压力保持设备被设置在所述注射模具的所述树脂入口通道上或者所述树脂出口通道上。
[0033]根据本发明的特定实施方式，所述注射系统包括被设置在所述树脂入口通道上的第一压力保持设备和被设置在所述树脂出口通道上的第二压力保持设备。
[0034]根据本发明的特定实施方式，所述压力保持设备和/或所述树脂入口通道和/或所述树脂出口通道是隔热的。
[0035]本发明还涉及一种通过RTM注射树脂的方法，该RTM借助于本发明的注射系统被实施，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0036]-通过能够在所述注射系统中产生真空的所述装置，在真空下放置所述树脂注射网路，该树脂注射网路至少由所述树脂入口通道、所述树脂出口通道以及所述注射模具的所述空腔形成；
[0037]-借助于所述注射器，将液体状态下的树脂注射到所述注射网路中，以达到所述注射模具内的设定点压力；
[0038]-借助于所述压力保持设备，在所述注射网路中施加保压压力直到所述树脂的聚
入
口 ο
[0039]本发明的其它特征和优势将会从下面参考附图给出的描述中变得更加清楚，该描述是示例性的，不具有限制性目的，其中:
[0040]-图1是示出了合并根据本发明的压力保持设备的RTM注射系统的实施方式的示意图；
[0041]-图2是图1中示出的根据本发明的压力保持设备的实施方式的示意图。
[0042]在所有的附图中，相同的元件由相同的参考数字标注，除非特别说明。
[0043]一般来说，实线箭头指示在注射系统100内的树脂的移动方向，以及虚线箭头指示气体的流通方向。
[0044]图1是示出了并入根据本发明的两个压力保持设备IOa和IOb的RTM注射系统100的实施方式的示意图。
[0045]系统100包括能够通过RTM注射利用复合材料生产部件的常规元件。为此，系统100包括:
[0046]-树脂注射器60；
[0047]-具有由上部分21和下部分22形成的两个部分的注射模具20，所述两个部分由连接面24分开，以及该注射模具20包括具有将要被生产的部件的形状的空腔23，并且织造的预制体25被插入到该空腔23中；
[0048]-树脂收集器(trap)50 ;
[0049]-注射通道61，该注射通道61将注射器60连接至注射模具20；
[0050]-树脂出口通道62，该树脂出口通道62将注射模具20连接至树脂收集器50；
[0051]-用于在注射系统100中产生真空的装置31；
[0052]-打开/关闭阀63a、63b、63c、63d，所述打开/关闭阀63a、63b、63c、63d能够控制系统100的不同的通道61、62的打开或关闭；
[0053]-用于对注射模具20加热以聚合树脂的装置30，例如加热室或者热压机(未示出)。
[0054]因此，通过RTM利用复合材料生产部件通常被分解成如下多个连续的步骤:
[0055]-准备应用脱模剂的注射模具20；
[0056]-准备预制体，该预制体是之前通过织造生产的纤维预制体25；
[0057]-将织造的预制体25放置在注射模具20的空腔23中；
[0058]-关闭注射模具20并准备注射通道61和树脂出口通道62;
[0059]-在加热室或者热压机中对注射模具20加热；
[0060]-通过能够在注射系统100中产生真空的装置31，在真空下放置通道61、62和注射模具20的空腔23的网路。
[0061]-借助于注射器60，将液体状态下的树脂注射至注射通道61中，以使树脂朝向注射模具20的空腔23的方向移动至注射通道61中，以及之后当空腔23已满时朝向树脂出口通道62移动，过量注射的树脂在树脂收集器50中被回收；因此，织造的预制体被树脂浸溃；
[0062]-一旦空腔23已满，向注射的树脂施加保压压力直到树脂的聚合，以继续织造的预制体25的浸溃，以及减少部件的孔隙；
[0063]-从模具中移除生产的部件。
[0064]图1中示出的注射系统100还包括布置在注射模具20的两侧的两个压力保持设备IOa和10b。根据本发明的设备10a、10b能够向树脂施加保压压力，这为了生产高质的部件是必要的。
[0065]根据另外一个实施方式(未示出)，注射系统可以包括单个设置在注射模具20的上游或者下游的本发明的压力保持设备。根据图1中示出的实施方式，压力保持设备IOa和IOb分别被设置在位于注射模具20的上游的注射通道61上，以及位于注射模具20的下游的树脂出口通道62上。
[0066]根据图1中示出的实施方式，压力保持设备IOa和IOb被优选地放置在加热室30中，以及被布置得与注射模具20邻近；然而，设备IOa和IOb还可以被放置在对注射模具加热的装置30的外面，如果加热装置由热压机形成。
[0067]压力保持设备10a和IOb优选地被设置得与注射模具20的入口和出口尽可能的近。
[0068]压力保持设备10a和10b还借助于通道64被连接至能够将加压气体(优选地，空气或者惰性气体)注射到通道64中的装置。
[0069]根据本发明的压力保持设备IOa在图2中被更详细地示出。
[0070]压力保持设备10a由第一 T形连接件11以及第二 T形连接件12形成，这两个T形连接件通过通道13被连接，该通道13适于被增压。
[0071]设备10的第一 T形连接件11被连接至与注射器60连接的注射通道61的部分，以及被连接至能够通过通道64注射加压气体的装置。
[0072]设备10的第二 T形连接件12被连接至与注射模具20连接的注射通道61的部分，以及所述第二 T形连接件12包括压力传感器14，该压力传感器14特别地能够检测注射模具20中的聚合的开始。
[0073]T形连接件11和12优选地被设置在注射系统100中，以使连接这两个T形连接件
11、12的通道13的纵轴被垂直设置(也就是说，沿着与重力方向平行的轴)。在注射网路(也就是说，由注射通道61、设备10a、10b、注射模具20的空腔23以及树脂出口通道62形成的组件)的增压期间，通过能够将气体注射到通道64中的装置，增压气体经由T形连接件11的上部分到达，向通道13中的树脂增压以将压力转移至预制体25。因此，通道13中的树脂被加压气体垂直地向注射模具20推送。通道13的垂直位置能够避免加压气体移动通过树脂(其将会导致复合部件中的孔隙)。
[0074]通道13的容积适于预制体25的容积，以在保持树脂的增压的步骤期间，在预制体的剩余填充的情况下，防止通道13排空，其将会导致复合部件中的孔隙。
[0075]通道13的直径Dl优选地至少是注射通道61 (树脂进入注射模具20的入口)的直径D2的两倍。
[0076]设备IOb与上面描述的设备IOa相一致。设备IOb与设备IOa的不同之处在于上面的T形连接件被连接至与树脂收集器50连接的树脂出口通道62的部分，以及下面的T形连接件12被连接至与注射模具20的出口连接的注射通道62的部分。
[0077]根据在图1中示出的实施方式，因此，在树脂进入注射模具20的进入点处以及在树脂从注射模具20的离开点处注射网路的增压能够产生预制体的优化的、持续的增压直到聚合开始。这个实施方式能够避免由于在注射网路的部分(注射模具20的上游或下游)中聚合的开始引起的注射网路的持续的增压的任何损失。[0078]然而，还应该设想的是，使用单个根据本发明的压力保持设备来对注射系统100进行增压。
[0079]T形连接件11、12优选地包括能够快速连接和断开通道61、62、64的装置。
[0080]根据本发明的压力保持设备的使用修改了上面描述的公知的RTM注射方法的一些步骤。
[0081]因此，在将树脂注射到注射网路的步骤的结尾，必须观测由注射器保持的增压的时间段，以确保预制体25的剩余填充。一旦由注射器保持的增压的时间段(该时间段是可变，其依赖于空腔23和预制体25的容积)已逝去，网路通过将加压气体经由增压通道13注射到网路中被增压。
[0082]只要注射网路已经通过通道13被增压，注射器60可以通过关闭阀63a、63b从网路断开，以及因此能够被容易地清理，因为树脂还没有被聚合。因此，能够使用相同的注射器将树脂注射到第二注射系统中，该第二注射系统与第一注射系统是类似的，尽管来自第一注射系统的部件的聚合还没有完成。
[0083]为了延迟树脂的凝结以及为了能够将压力尽可能地转移至注射模具，压力保持设备10和/或注射网路的通道61、62是完全隔热的。
[0084]假若在加热室中进行加热，因此，这将能够避免在温度增加的过程中树脂在压力保持设备10a、10b中以及在与注射模具连接的通道61、62的部分中聚合。
[0085]假若在压力机中进行注射，这将能够通过在与设备10中以及通道61、62中的空气接触时进行冷却来避免树脂凝固或者稠化。
[0086]特别地，本发明的其它优势如下:
[0087]-根据本发明的压力保持设备的迅速实施；
[0088]-降低的产品成本，其能够使用增压功能来制造原型部件。
【权利要求】
1.一种用于树脂注射系统(100)的压力保持设备(10a、10b)，该树脂注射系统(100)包括连接至注射模具(20)的注射网路，其特征在于，所述压力设备包括: -增压装置，该增压装置将加压气体注射到通道(64)中； -第一连接装置(11)，该第一连接装置(11)与所述树脂注射网路连接，以及与所述通道(64)连接； -第二连接装置(12)，该第二连接装置(12)与所述注射系统(100)的所述注射模具(20)连接； 所述第一连接装置(11)通过压力保持通道(13)与所述第二连接装置(12)连接，该压力保持通道(13)容纳所述在压力下注射的所述气体。
2.根据权利要求1所述的用于树脂注射系统(100)的压力保持设备(IOaUOb)，其特征在于，所述第一连接装置(11)和所述第二连接装置(12)被布置成使所述压力保持通道 (13)的纵轴是垂直的。
3.根据权利要求1或2所述的用于树脂注射系统(100)的压力保持设备(10a、10b)，其特征在于，所述压力保持通道(13)的直径(Dl)至少是所述树脂注射网路的通道出1、62)的直径(D2)的两倍。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的用于树脂注射系统(100)的压力保持设备(10a、10b)，其特征在于，所述压力保持设备(IOaUOb)包括压力传感器(14)。
5.一种能够利用复合材料生产部件的树脂注射系统(100)，所述树脂注射系统包括: -树脂注射器(60)； -注射模具(20)，该注射模具(20)包括能够容纳织造的预制体(25)的空腔(23)； -由树脂入口通道(61)和树脂出口通道(62)形成的树脂注射网路，该树脂入口通道(61)连接所述树脂注射器(60)与所述注射模具(20)，以及该树脂出口通道(62)能够排放被注射到所述空腔(23)中的过量树脂； -根据权利要求1至4中任一权利要求所述的压力保持设备(IOaUOb)； -用于在所述注射系统(100)中产生真空的装置(31)；
6.根据权利要求5所述的树脂注射系统(100)，其特征在于，所述压力保持设备(10a、10b)被设置在所述注射模具(20)的所述树脂入口通道(61)或者所述树脂出口通道(62)上。
7.根据权利要求5或6所述的树脂注射系统(100)，其特征在于，所述注射系统(100)包括设置在所述树脂入口通道(61)上的第一压力保持设备(IOa)以及设置在所述树脂出口通道(62)上的第二压力保持设备(10b)。
8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的树脂注射系统(100)，其特征在于，所述压力保持设备(IOaUOb)和/或所述树脂入口通道(61)和/或所述树脂出口通道(62)是隔热的。
9.一种通过借助于根据权利要求5至8中任一权利要求所述的注射系统实施RTM来注射树脂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: -通过能够在所述注射系统(100)中产生真空的所述装置(31)，将所述树脂注射网路置于真空下，该树脂注射网路至少由所述树脂入口通道(61)、所述树脂出口通道(62)以及所述注射模具(20)的所述空腔(23)形成；-借助于所述注射器(60)将液体状态下的树脂注射到所述注射网路中，以达到所述注射模具(20)内的设定点压力； -借助于所述压力保持设备(IOaUOb)，在所述注射网路中施加保压压力直到所述树脂 的聚合。
【文档编号】B29C70/54GK103917357SQ201280054565
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年11月8日
【发明者】理查德·马顿, 安东尼·飞利浦奥 申请人:斯奈克玛