制造挤压加固板的方法及实施装置制造方法

制造挤压加固板的方法及实施装置制造方法
【专利摘要】为制造包括由条带——条带本身由一个或多个浸有未聚合树脂的纤维的层片形成——形成的表皮(11)和至少一个加强筋(12)的复合材料零件(10)，该方法包括以下步骤：通过牵引条带穿过使表皮和加强筋成型及定位的挤压模(20)制造零件(10)的预成型坯(15)，其中在接触的第一条带和第二条带穿过挤压模(20)之前将聚合芯引入到接触的第一条带和第二条带之间；和使得到的预成型坯(15)在时间dt期间在加热压机(30)中压制，并在小于板长度的压制长度L上施加压力P和使条带树脂在加热压机中聚合的温度T。
【专利说明】制造挤压加固板的方法及实施装置
【技术领域】
[0001]本发明属于结构制造领域。
[0002]本发明更特别涉及制造小厚度复合材料加固板。
【背景技术】
[0003]在结构领域、特别是航空结构领域中，推荐使用高强度并尽可能轻的结构。
[0004]特别是，如飞机机身的结构或普通的壳体结构通常尤其由一些板构成，在这些板中，通过固定于表皮的加强筋(通常称为衍条)稳定与板的其它尺寸相比厚度较小的表皮，这增加了表皮的强度，尤其是增加了表皮的刚性并赋予表皮以可接受的抗弯曲强度。
[0005]这类加固板可以由金属材料制成，或者如越来越广泛使用的，特别是在航空领域中，由复合材料制成。
[0006]对这些应用采用的复合材料类型一般由层片叠体组成，层片包括被保持在硬的有机基质中的纤维，纤维通常为长纤维。
[0007]根据所考虑的层片，纤维沿可能不同的方向取向，以便使每个复合材料零件具有与引入零件中的力的方向相适应的机械特性。
[0008]为得到这些零件在考虑的应用中应具有的几何形状，复合材料零件在有机基质没有变硬的步骤过程中成型，有机基质一般为有机聚合物树脂，树脂或者为在后来的烧结过程时硬化的树脂，即所谓热固性树脂，或者树脂为当温度提升到足够值时处于塑化状态的树脂，即所谓热塑性树脂。
[0009]为制造复合材料、特别是热固性复合材料加固板，需要使加强筋与板表皮牢固地相固连，为此存在几种现在使用的技术。
[0010]第一种技术在于:独立地制造复合材料表皮和每个复合材料加强筋，并在硬化状态将加强筋组装在表皮上。则通过也用于金属材料的方式如粘接或铆接来实现组装。
[0011]该第一种技术的一个缺点在于这样的事实:其实施时间长，每个要组装的元件需要以足够的精度实现，以保证组装正确。实际上，为达到所需要的精度，其要求对每个要制造的零件使用既昂贵又专门的模具。
[0012]已知的第二种技术在于:在第一步骤制造复合材料加强筋，然后在第二步骤直接在预定位的加强筋上制造复合材料表皮，最后在第三步骤在表皮与加强筋粘合的同时使表皮硬化。
[0013]该技术可以保证表皮非常精确地贴靠在加强筋上，但是它要求在表皮制造过程中加强筋在模具中完全保持在位，在这种情况下，很难得到期望的最终板的精度和表面状态。
[0014]在该技术的一变型中，首先制造表皮，在第二步骤在表皮上制造加强筋，但是，SP便在这种情况下，一般更容易在与固定有加强筋的板表面相反的板表面上得到追求的表面状态，但相反地，更难对加强筋的就位得到令人满意的精度。
[0015]该第二种技术和它的变型另外需要在表皮/加强筋的界面处插入粘接膜，因此在表皮制造中需要一附加步骤。[0016]第三种技术在于:同时模制呈未硬化状态的表皮和加强筋，在烧结步骤的过程中同时实现表皮和加强筋的硬化，在该烧结步骤的过程中，在树脂聚合相时将加强筋组装于表皮。
[0017]该称为共硬化(英文术语为cocurring)的技术可以非常良好地组装加强筋和表皮，但在模具方面显得要求严苛，模具的尺寸需要与要制造的板相似，当要遵守的允差很窄时证明很难控制零件的尺寸。

【发明内容】

[0018]本发明的方法提出可以克服对于制造热固性复合材料零件的现有技术存在的主要缺陷的一种方法；这些复合材料在最终状态包括被保持在硬化树脂中的纤维层片，最常见的树脂为聚合有机树脂。
[0019]根据本发明的方法制造的零件例如为加固板。
[0020]根据本发明的方法制造的零件包括两个子组件:表皮和至少一个加强筋，一般有多个加强筋。表皮和所述至少一个加强筋相互固连。根据本发明，每个子组件利用至少一个条带形成。
[0021]因此，表皮利用至少一个第一条带形成，每个加强筋利用至少一个第二条带形成。当表皮或加强筋由多个条带形成时，则所述多个条带叠置。
[0022]第一和第二条带的尺寸与表皮和加强筋的尺寸相适应，并且一般不同，设置成使得多个加强筋可以组装在表皮上。
[0023]每个第一或第二条带由至少一个浸有树脂的纤维的层片形成，则树脂未硬化，SP未聚合。
[0024]复合材料零件为包括至少两种子组件即表皮和至少一个加强筋、一般为多个加强筋的零件，所述至少两种子组件组装在制成的零件中，本发明的制造该类复合材料零件的方法包括:
[0025]-通过沿纵向方向X牵引第一和第二条带穿过使条带成型及定位的挤压模来制成零件的预成型坯的步骤，每个条带由至少一个浸有未硬化状态树脂的纤维的层片、最通常地为层片堆叠体形成，使至少一个第一条带与至少一个第二条带接触，另外，在接触的第一条带和第二条带穿到所述挤压模中之前，将聚合芯引入到所述接触的第一条带和第二条带之间，当预成型坯从挤压模出来时进入下一步骤；
[0026]-在时间dt的期间在加热压机中压制得到的预成型坯以形成表皮和组装在表皮上的所述至少一个加强筋的步骤，在预成型坯压制长度L上在所述加热压机中，对所述预成型坯施加压力P和使第一和第二条带的树脂聚合的温度T，所述压制长度L视为沿纵向方向X的方向，压制长度相对于当预成型坯在牵引作用下从挤压模出来时制成的板的长度较短，优选小。
[0027]因此，当条带在挤压模中通过时，这些条带按照挤压模的几何形状被成形，挤压模的几何形状与零件和它的子组件的几何形状一致，子组件一方面为表皮而另一方面为加强筋，使这样成形的子组件相对于彼此准确定位，并且它们的表面应接触组装在一起。最后，随着它们从挤压模出来，形成零件的条带被压实并通过聚合硬化。
[0028]另外，在形成预成型坯时连续引入聚合芯。[0029]为制造大长度零件，在预定长度dL的预成型坯在牵引作用下离开挤压模时，以循环的方式实施硬化步骤的压力P。因此一个循环的持续时间对应于从挤压模出来的预成型坯和以希望的聚合状态从压机出来的零件的长度dL所需的时间，长度dL小于压制长度L。因此至少理论上可以制造这样的零件:零件的截面与挤压模的截面一致并且长度无限，长度实际上受制造零件所用的条带长度的限制。
[0030]为保证所需的树脂硬化，在一个循环时，在确定的持续时间dt期间实施硬化步骤，使得当预成型坯的一给定点从挤压模出来经过等于压制长度L的距离时，所述点在得到热固性树脂期望的聚合水平所必需的累积时间的期间承受了压力P和温度T。希望的硬化可以对应于零件的最终聚合，或树脂的部分聚合——例如如果设有以后的成形步骤。对于预成型坯的给定点，聚合在压制长度L上因此逐渐进行，其于是从所述给定点承受压力P和温度T的第一周期的未聚合状态转变到导致该点经过了压制长度L的最后周期的聚合状态。
[0031]根据一方法，当预成型坯在牵引作用下移动长度dL时，为使预成型坯移动，压力P在聚合步骤的一周期结束时中断，预成型坯在施加压力P的期间固定不动。
[0032]根据另一方法，在预成型坯移动的期间施加压力P，在这种情况下，预成型坯在牵引作用下被实现压力P和温度T施加的装置跟随、甚至带动，在预成型坯已移动长度dL时的聚合步骤一周期结束时，压力P中断，以进行下一周期。
[0033]在所有情况下，明白的是，预成型坯移动长度dL与以下因素相关联:沿牵引方向在下游产生相等补充长度的零件，在上游在挤压模中通过相同长度的条带，和产生离开挤压模的相同长度的预成型坯。
[0034]为保证零件在任何点都达到希望的聚合水平，长度dL严格地小于压制长度L，为可以进行基本连续的制造过程和沿零件长度方向的均匀聚合，长度dL优选等于或小于压制长度L的1/3。
[0035]在一实施方式中，聚合芯是可膨胀芯，例如呈气囊的形式，气囊能未膨胀地、以扁平形状进入挤压模的入口，在挤压模中其如条带表现。
[0036]有利地,聚合芯在其进入挤压模后，以大于设定实施该方法的工作间中的大气压的压力Pa膨胀。
[0037]有利地，在施加加热压机的压力P时，可膨胀聚合芯的内压被保持在明显大于环境大气压的水平，以避免条带被可膨胀聚合芯分离开或变形。
[0038]为限制牵引预成型坯时条带撕裂的危险，特别是当条带在挤压模中时，每个条带包括至少一个具有沿纵向方向X取向的长纤维的层片，纵向方向X相当于条带集成到预成型坯时的牵引方向。因此，如果条带只包括单一层片，则该层片包括沿条带长度取向的长纤维，如果条带由层片堆叠体形成，则这些层片中的至少一个层片包括沿条带长度取向的纤维。
[0039]当应在零件上局部地实现一些加固件时，有利地，在形成预成型坯之前，在一预先步骤时，在挤压模的上游，局部地在其中至少一个条带上铺设一个或多个加固层片或加固带，使得在制造方法中集成局部加固件，这些加固件与零件共硬化，而不需要在以后的步骤中形成局部加固件。
[0040]为保证加强筋的复合材料在硬化步骤时压实，有利地实现加强筋梁腹的侧压紧。[0041]在该方法的一实施方式中，确定作用于热固性树脂聚合的参数，特别是温度T、压制长度L、一周期时的移动长度dL和一周期的持续时间dt，以便在聚合步骤后得到所谓半硬化状态的零件，在该状态，树脂局部聚合，使得能以后在最终聚合步骤的过程中通过共硬化将该零件与其它零件组装在一起和/或进行零件热成形。
[0042]本发明还涉及根据本发明方法制造复合材料零件的装置，装置包括用于第一和第二条带成型及定位的挤压模，条带由浸有未硬化树脂的纤维的层片形成，条带从挤压模的上游被引入，以便在挤压模的下游、沿待制造零件的移动方向X形成预成型坯，并且装置包括加热压机，用以施加压实预成型坯层片的压力P和用以施加将预成型坯加热到树脂聚合温度的温度T。
[0043]另外，在本发明的装置中，加热压机安置在挤压模的下游，并且牵引装置作用在形成的零件上，和/或作用在预成型坯上，用以使条带沿从上游到下游的方向在挤压模中移动。
[0044]所述装置还包括用于分配至少一个聚合芯的分配装置，其构造成在挤压模的上游将每个聚合芯分配在第一条带与第二条带之间。
[0045]在可膨胀聚合芯的情况下实施该方法的实施方式中，所述装置包括使聚合芯的可膨胀气囊膨胀的膨胀系统，膨胀系统优选伺服于加热压机，使得可膨胀气囊只在加热压机在预成型坯上施加压力P时才膨胀。
[0046]加热压机以与预成型坯在牵引装置作用下移动协调的方式周期性地施加压力P，使得可以使零件移动并保证树脂逐渐聚合。
[0047]为保证成型不同子组件，挤压模包括辅助挤压模，一个辅助模对应于要通过装置制造的零件的一个子组件即表皮或加强筋。
[0048]必要时，挤压模包括用于在板的一边缘或每个边缘上形成凹槽的形廓，所述凹槽可以实现板的对齐组装。
[0049]有利的是，为获得大长度的条带和能仍在大长度上连续生产零件，必要时，制成的零件在通过加热压机后被切割成长度更小的板，条带成卷制备，所述装置包括用于在挤压模上游接收带卷的支架。
[0050]当加强筋需要使用聚合芯时，所述装置设有分配软的可膨胀气囊的装置，每个涉及的加强筋有至少一个气囊。未膨胀气囊以扁平形状引入到挤压模中，使得其位于空心区中，一旦聚合芯膨胀，则该空心区应被聚合芯充填。
[0051]和对条带一样，未膨胀气囊有利地也以安置于装置支架上的卷状准备。
[0052]为保证零件的移动，牵引装置是带有滚轮或履带或使加热压机平移的装置，这些不同的方式必要时可结合使用，对在加热压机的下游制成的零件上和/或在预成型坯上施加牵引。
[0053]在装置的一实施方式中，加热压机的至少一个台架在预成型坯上施加压力P的区域中包括可弹性变形元件，如弹性体材料块或可膨胀膜，或甚至安装在弹簧元件上的板。因此，获得令人满意的施压和令人满意的成形，甚至当零件子组件的局部厚度随沿方向X的长度变化时。
[0054]在一特别有利的应用中，所述装置构造成用于制造包括表皮和至少一个与表皮相固连的加强筋的复合材料自加固板。【专利附图】

【附图说明】
[0055]参照以下附图详细描述本发明的一实施方式，附图示意表示:
[0056]图1a:包括开放加强筋的复合材料加固板的例子；
[0057]图1b:包括封闭加强筋的复合材料加固板的例子；
[0058]图2:表示在包括封闭加强筋的简化形式中的本发明方法；
[0059]图3:从闭合在具有开放加强筋的复合材料板上的加热压机一端的视图；
[0060]图4:插入加强筋和表皮的预成型坯之间的型芯打开的顺序图a、b、C、d ;
[0061]图5:型芯打开的顺序图a、b、C、d ;
[0062]图6:针对包括三个封闭加强筋和一个局部加固件的平坦板例子表示本发明的方法;
[0063]图7:在压机处的与预成型坯在挤压模中的移动方向垂直的截面，其包括带有弹性变形元件的台架；
[0064]图8:表示在一模具上通过共硬化组装两个板(图a和b)和板结合区的细节(图c 和 d)。
【具体实施方式】
[0065]本发明的方法采用条带挤压成型原理，条带包括预先浸有未硬化树脂、即所谓新鲜状态预浸的纤维层片，用以连续制造加固板。
[0066]新鲜状态一般是用于形成复合材料零件、即在本发明中用于制造条带的不同层片按相继层布置的状态。每个层片的纤维在预备阶段浸有可聚合树脂。
[0067]在本情况下，考虑的层片包括沿确定方向取向的长纤维，优选是所谓单向层片，SP考虑的层片的所有纤维的朝向相同的层片。
[0068]图1a和Ib表示加固板10的两个例子，加固板包括表皮11，一些加强筋12固定在表皮的至少一个表面上。
[0069]在图1a的板的情况下，加强筋12为T形加强筋，其在相当于T形的水平杆的基部131处固定在表皮上，并且包括相当于T形的竖直杆并与表皮11基本局部垂直的梁腹132。
[0070]在图1b的板的情况下，加强筋12是Ω形加强筋，其在两个基部133处固定在表皮上，两个基部133通过两个梁腹134和一头部135连接在一起。Ω形加强筋是侧面上封闭的加强筋的例子，其与表皮11 一起确定空心容积14。还存在决定开放空心容积的加强筋，例如呈C形的加强筋，如从下面的描述所理解的，关于这些加强筋在实施该方法中所提出的问题，这些加强筋有利地被视为是封闭加强筋。
[0071 ] 表皮和每个加强筋构成被组装在制成板中的同样多的加固板子组件。
[0072]图2表示在板10的简化形式中根据本发明的复合材料零件制造方法的原理，其中该板的表皮较窄，对应板的表皮11，并只有一个板加强筋12。
[0073]该方法包括:
[0074]-制造条带111、112、121、122的第一步骤，每个条带由一些堆叠的基本层片构成；
[0075]-按步牵引条带穿过使条带成形并使子组件互相定位的挤压模20的第二步骤；
[0076]-在离开挤压模20时使用加热压机30以每步长压缩和加热条带的第三步骤。[0077]在制造条带111、112、121、122的第一步骤时，通过将基本层片堆叠成层制成每个条带，层片一般为浸有未硬化的、即未聚合的热固性有机树脂的单向纤维层片。这些堆叠作为用以制造复合材料零件的通常方式进行。
[0078]更特别的是，条带包括至少一个层片，所述至少一个层片包括沿条带纵向方向、SP条带在挤压模20中移动的方向X取向的长纤维，使得在实施该方法时能够在条带上施加牵弓丨，而不会导致条带撕裂。
[0079]每个条带有利地以相当于它用于的子组件的展开宽度的宽度制成。因此，用于形成表皮的条带的宽度一般大于用于形成加强筋的条带的宽度。
[0080]另外，层片分布在条带之间，使得实施该方法时的条带堆叠导致得到对于待制造零件的每个子组件所需的层片数量，在图1的例子中，表皮11的层片分布在条带111和112之间，加强筋12的层片分布在条带121与122之间。
[0081]在图1的例子中，表皮11的条带111、112与加强筋12的条带121、122分别组装在一起，但是也可同时组装表皮和加强筋的条带。
[0082]在该方法的一有利实施方式中，条带分别以需要的宽度制成，并且包装成安放于支架上的卷筒113、114、123、124，用以随着条带在挤压模20中通过而输送条带。
[0083]以与对于本领域技术人员已知的组坯机上的层片相同的方式进行包装成这种卷筒，在粘性材料的情况下使用分离膜，在本例中，卷筒的长度、因此卷筒的尺寸适于满足连续制造加固板的需要。
[0084]必要时，提前准备的卷筒低温储存，以便使预浸树脂的聚合延缓直到使用它们时。
[0085]在第二步骤时，在第一模具部分40上牵引条带111、112、121、122穿过挤压模20。
[0086]挤压模20本身包括辅助挤压模21、22，辅助挤压模每一个的形状与待形成零件的子组件即表皮或加强筋的形廓对应，在所示的例子中，即第一辅助挤压模21和第二辅助挤压模22，第一辅助挤压模21的形廓为表皮I的形廓，第二辅助挤压模的形廓为加强筋12的形廓。辅助挤压模相互间布置成，加强筋12在离开挤压模20时定位于表皮11上希望的位置，以便得到零件10。通过辅助成形系统保证在表皮上的空心加强筋的内部形廓，该系统例如可以是截面与加强筋内截面对应的针状件23，如图7所示，该图表示在加热压机30处的与预成型坯牵引方向X成横向的截面。
[0087]通过未示出的牵引装置牵拉所述条带111、112、121、122穿过挤压模20，牵引装置例如为滚轮装置或履带装置，位于挤压模20和压机30的下游侧、即与条带被引入所述挤压模的那侧相对的下游侧，这里移动以长度为dL的步行实现。
[0088]由于每个条带的至少一个层片包括纵向朝向的纤维并能够沿牵引方向X传递力，将条带带到挤压模20中的这种牵引成为可能，而且层片不会发生变形，特别是基本不会改变纤维朝向，或者层片不会断裂。
[0089]离开挤压模20时，组装在一起的条带111、112、121、122构成零件10的预成型坯，该预成型坯在第三硬化步骤的过程中在压机30处、优选尽量靠近挤压模20处，沿在挤压模20中移动的方向在压制长度L上，承受压力P和被加热到温度T。
[0090]实际上，压制长度L相对待制造的加固板的长度较小，例如小于I米，而生产的板理论上是没有长度限制的，实际上可以超过10米。
[0091]在预成型坯15在挤压模中两次相继平移运动之间、即在步长为dL的两步之间固定不动的时间dt期间，施加所述压力P和所述加热到温度T，使得在该第二步骤结束时，零件部位已经在T = dtX (L/dL)的累积固定不动时间的期间承受压力P和温度T，L/dL为预成型坯的一点经过距离L所需的步数，其中dL小于L。
[0092]因此，该时间由为实施该方法而选择的参数确定，取决于所用树脂的聚合周期。尽管可以在很大比例中改变，对于航空工业中最常使用的热固性树脂，预成型坯在挤压模20中的平均前进速度一般为每分钟几厘米。
[0093]长度dL必须小于压制长度L，以保证板的整个长度都会承受压力P和温度T。实际上，dL将小于压制长度L的1/3，例如为长度L的1/10或更小，以使树脂可以逐渐且均匀硬化。
[0094]施加压力P允许校准并稳定离开挤压模的预成型坯，并将条带的不同层片相互间进行压挤，以便在通过压机30后得到所需致密度(sant6)的复合材料。
[0095]施加温度T允许达到希望的树脂聚合水平，其可以是完全聚合或部分聚合，用于覆盖压制长度L的步长dL的步数以及保持压力P和温度T的持续时间选择成得到与获得该结果的条件对应的温度T的施加时间。
[0096]在施加温度T和压力P的阶段的过程中，承受共硬化的不同的条带即表皮和加强筋在聚合时组装在一起，如已经提到的，这种聚合根据情况为部分聚合或完全聚合。
[0097]如果需要，隧道炉可以布置在压机30的下游，用以保证材料的后聚合，以便使材料最大程度地具有寻求的其机械性能。
[0098]例如，通过由第二模具部分32形成的加热压机30施加压力P和温度T，其在所述第二模具部分与第一模具部分40之间压缩预成型坯15，更特别的是在第二模具部分与所述第一模具部分的同第二模具部分面对的压缩区42之间压缩预成型坯15。加热部件调节加热压机30的温度T，压缩区42有利地热隔绝，以避免带给加热压机30的热扩散到第一模具部分40的其余部分中。
[0099]在图2所示的例子中，为在对加固板的已形成部分或预成型坯进行牵引时不妨碍预成型坯15的移动和条带在挤压模20中的通过，中断压力P或至少足够减小压力，例如通过打开加热压机30、即使第二模具部分32离开压缩区42来实现这一点，加热压机的这两个部分沿零件10的移动和牵引方向X是固定的。
[0100]在另一未示出的实施方式中，加热压机30安装在随动装置上，随动装置在牵引预成型坯的期间伴随预成型坯的移动，甚至带动通过在距离dL上施加的压力P被保持住的预成型坯同时保持压力P和温度T，然后当已经过了所述距离dL时，则释放压力并向上游带返随动装置，然后对于新一随动周期重新施加压力P。利用该类装置，步长dL可以是小于或等于长度L的任何值，甚至相当于几乎连续带动零件。
[0101]在这两个实施方式中，在加热压机30与预成型坯15之间的相对平移运动时释放压力P。
[0102]应在通过挤压模20成型的条带的所有表面上，其中包括在与加强筋对应的表面上、特别是在加强筋梁腹的侧壁上，尽可能均匀施加第三步骤时所施加的压力P。
[0103]为施加压力P，有利地，根据加强筋是在打开加热压机30时可以使加强筋脱模的开放形廓，或者根据加强筋是不允许这种脱模的封闭形廓，优化实施部件。
[0104]在图1a的带有T形加强筋12的板10的情况下，第二模具部分32包括与基部321相固连的侧向压紧元件322,如图3所示。
[0105]侧向压紧元件322的尺寸和布置使得它们安置于加强筋的两个梁腹132之间，或者安置在板的侧向加强筋的梁腹的一侧上，所述侧向压紧元件与基部321相固连，使得它们能够在侧向地施加在最外部的侧向压紧元件上的力的作用下靠近。
[0106]因此，当在本方法的第三步骤期间通过第二模具部分32和压缩区42靠近来施加压力P时，同时施加侧向力，使得加强筋的梁腹132也被压缩。
[0107]在图1b的具有这里为Ω形截面的封闭加强筋12的板10的情况下，为了能够在Ω形加强筋的梁腹134和头部135上施加足够的压力，不能只使用第二模具元件32的侧向压紧元件，还需要使用刚性聚合芯，例如金属针状件，其用于占据表皮11与加强筋12之间的空心容积14。因此，这种刚性芯沿X方向从挤压模20延伸直到加热压机30中。
[0108]在用于占据空心容积14的聚合芯的实施方式中，使例如为聚酰胺、特富龙?或硅胶气囊的可膨胀软的气囊41就位于所述空心容积中，并承受膨胀压力Pa，例如高压釜压力或等效压力，使得气囊41贴靠在空心容积14的内表面上，见图4d和图5d，同时贴靠在表皮11和加强筋12上，其作用是以对材料的致密度已知的有利效应把层片压向压缩区42和第二模具部分32。
[0109]在通过加热压机30施加压力P的第三步骤时使用这种可膨胀聚合芯提供的可能性是可以制造厚度可变化的加强筋12。
[0110]在这种情况下，通过挤压模和第二模具部分32限定外部形状，可膨胀聚合芯适应加强筋的外部形状和厚度所导致的空心容积14的截面的形状。
[0111]当板的树脂的聚合在离开加热压机30时只是部分聚合(半硬化状态)时，还可将使用气囊41与使用刚性聚合芯如金属针状件相结合。
[0112]在这种情况下，在根据该方法制造加固板10的过程中，气囊41不一定膨胀，气囊被保持在空心容积14内，以便在以后的最终聚合步骤中膨胀该气囊，用以稳定加强筋，例如在板的弯曲和/或板的组装作业后，在该步骤中，板承受高压釜压力，该压力会在树脂达到足以获得足够刚性的聚合水平前使加强筋变形，而没有通过气囊得到的压力平衡。
[0113]该实施方式还可应用于包括不允许简单脱模的开放空心容积的加强筋，例如在具有C形型廓的加强筋的情况下。
[0114]在本发明方法的一应用中，气囊由以与条带111、112、121、122相同的方式引入挤压模20中的管形成。
[0115]为具有大长度气囊并保证连续生产如图1所示的加固板，以安置在卷轴411上的带的形式输送气囊41，管在卷轴中是扁平的。
[0116]例如，气囊41扁平状地被弓I入挤压模20中，位于形成表皮11的条带上，气囊在经过挤压模20后膨胀，按照图4所示的顺序(a)、(b)、(c)、(d)充填空心形状的容积。
[0117]可以注意到，未膨胀的气囊41是扁平的，利用形成所述气囊的管的壁实现折迭体，使得在扁平形状中，气囊所形成的带的宽度处于表皮上，其宽度小于或至多等于空心容积的内部宽度，因此不会夹在加强筋的基部133与表皮11之间。
[0118]扁平的气囊41还可位于形成加强筋12的条带下地被引入到挤压模20中，经过挤压模20后气囊膨胀，按照图5所示的顺序(a)、(b)、(c)、(d)充填空心形状的容积。
[0119]例如使用加压空气，将可以使气囊41膨胀的压力Pa由气囊41的自由端引入，该自由端沿板牵引方向X位于制造中的加固板10的下游，气囊的膨胀向上游侧受挤压模20限制，挤压模20保持将形成气囊41的管的壁夹紧。
[0120]在该实施方式中，需要气囊41 一旦膨胀所施加的压力不会导致加强筋12与表皮11分离，或不会导致其中一个或另一个发生不可接受的变形。
[0121]为避免这种分离或变形的危险，一方面只在施加加热压机的压力P时将压力Pa引入并保持在气囊41中，因此在气囊41中根据加热压机30施加的压力P的周期且与其步调一致地产生压力Pa，另一方面，在零件10从加热压机30出来时达到的聚合水平足以保证加强筋12附着在表皮11上，并足以得到限定空心容积14的壁的足够坚固性。
[0122]当制造中的板完工时，消除气囊41中的压力，必要时可以通过从板10的一端牵引取出瘪了的聚合芯。
[0123]在另一未示出的实施方式中，空心容积14被刚性芯占据，刚性芯例如针状件23，被固定在挤压模20处，沿板牵引方向X基本延伸直到加热压机30的最下游部分，使得所述加热压机施加的压力P还在限定空心容积14并通过刚性芯被保持的壁上产生压力。
[0124]刚才描述的在平坦加固板的特殊情况下的方法可以无困难地推广到任何复合材料结构元件。
[0125]图6表示在制造过程中的并包括三个Ω形加强筋的平坦板的例子。
[0126]该图中没有示出挤压模20的部分。
[0127]在图6所示的装置中，使用四个从卷筒113、114、113’、114’输出的条带制造表皮，并且每个加强筋利用两个条带123、124制造。
[0128]在这种情况下，支架适于接收使用的所有卷筒。
[0129]板还具有局部厚度变化，尤其是表皮。
[0130]复合材料中的厚度变化一般在于局部改变用于形成零件壁的层片数量。
[0131]当这种厚度变化在表皮的整个长度上恒定时——该情况未被示出，相应层片安置于宽度小于表皮宽度的一个或多个附加条带上，第一辅助挤压模21的形状适于考虑厚度差异。
[0132]当这种厚度变化位于板的部分长度上时，如图6所示的包括所需层片数量的条带115在准备条带时或者直接铺设在层片上或层片之间，或者根据使用条带时的需要进行铺设，例如在挤压模20中通过之前手动地或通过施加需要的层片的组坯机31进行。
[0133]当预成型坯在加强筋处包括这类局部超厚部时及零件在该零件离开时聚合到最终状态时，所述局部超厚部在压机30的作用下被推送向表皮11与加强筋12之间的板10的空心容积14的内部。则膨胀气囊41的变形能力可以吸收局部超厚部。通过压机成型的过程导致外表面、特别是制成板的外表面不会局部变形。
[0134]当零件在离开压机时聚合到半硬化状态以便在高压釜最终聚合时成形和/或组装时，超厚部有利地在高压釜中成形时被推开，以便得到与所用模具的表面一致的外表面。
[0135]为保证在预成型坯15上正确施加压力P—这是零件的良好压缩和良好成形的条件，有利地，加热压机30实现成接受压缩材料的厚度差异，例如通过实施至少一个带有弹性地可变形元件52的模具部分，其中所述可弹性变形元件52具有适当柔性，例如弹性体材料或如图7所示的可膨胀软膜。
[0136]在图7所示的例子中，压缩区42在所述压缩区的底座42a与这里为预成型坯状态的零件10之间包括可变形元件52，可变形元件52 —方面贴靠在底座42a上，另一方面贴靠在插在零件10与可变形元件52之间的半刚性中间板51上。
[0137]当压力P施加在加热压机30上时，可变形元件52在和由于被压缩零件的局部超厚部而发生的材料厚度变化和底座42a的反作用下发生变形，所述厚度变化通过中间板51传递。
[0138]半刚性中间板51 —方面保证零件材料中的厚度差异所引起的力的更好分散，在零件沿牵引方向X移动时便于零件10在加热压机30中滑动，保护例如为硅胶的可变形元件的材料，可以得到零件10的在其朝向底座42a的表面上的更好表面状态。
[0139]尽管在表示该方法的例子中板的表皮11被示出是平坦的，如图1a和Ib中所示板的情况下，有利地，在板的边缘上通过挤压模20和加热压机30的适合成型形成凹槽(soyage)160这种凹槽例如设置用于实现板的组装，而组装在一起的板的其中一表面没有不齐平。
[0140]得到的板还可具有通过挤压模和加热压机的相应形状赋予的简单曲形，甚至在它的长度上通过加热压机和牵弓I部件的适合形状形成弯曲。
[0141]在该方法的一实施方式中，预成型坯的树脂在方法的第三步骤时只是部分聚合，以便能够在温度重新上升时又处于塑性状态。
[0142]在这种情况下，在预硬化状态的板可以重新在模具中成形，例如以得到双重弯曲，承受冲压或其它局部处理，通过共硬化与在补充步骤过程中部分聚合或新鲜状态的材料构成的其它的板或子组件组装在一起，在补充步骤期间，提高板温度，当树脂达到塑性状态时成形板，然后保持板温度，直到保持树脂完全聚合，例如在高压釜中。
[0143]一应用例子针对飞行器机身的制造，其中根据该方法制造机身的加固板直到预硬化状态，然后在最终聚合步骤的期间，将这些加固板与例如可以由金属材料制成或由未硬化、或局部硬化或完全硬化的复合材料制成的机身框架或舷窗框或门框组装在一起。
[0144]图8中示出组装两个板IOa和IOb的特殊情况。在图8的图a和细节图c中，这两个板定位在具有组件的希望形状、必要时带有双曲度的模具的模子60上，然后在图8的图b和细节图d中，模子60和零件10a、10b的组合体进入到未示出的高压釜中，以使两个板共硬化聚合。
[0145]因此，该方法和装置可以利用与待制造零件长度无关的小尺寸部件、特别是加热压机，连续制造加固板，更一般地制造可以与加固板类似的任何类型的复合材料零件。
[0146]根据选择的材料聚合状态，在以后的步骤中，这些板可以在最终聚合时形成并与其它板或子组件组装在一起，例如用以制造飞行器机身。
【权利要求】
1.制造复合材料零件(10)的方法，所述复合材料零件包括表皮(11)和组装在所述表皮上的至少一个加强筋(12)，所述表皮利用至少一个第一条带形成，并且所述至少一个加强筋利用至少一个第二条带形成，每个第一和第二条带由至少一个纤维层片形成，所述纤维层片的纤维浸有未聚合树脂，所述方法包括以下步骤: -通过沿纵向方向X牵引所述至少一个第一条带和所述至少一个第二条带穿过用于使所述表皮和所述至少一个加强筋成型及定位的挤压模(20)来制成所述复合材料零件(10)的预成型坯(15)，其中使至少一个第一条带和至少一个第二条带接触，并在接触的第一条带和第二条带穿过所述挤压模(20)之前将聚合芯引入到所述接触的第一条带和第二条带之间，和； -将得到的所述预成型坯(15)在时间dt的期间在加热压机(30)中压制，以形成所述表皮(11)和组装在所述表皮上的所述至少一个加强筋(12)，在压制长度L上在所述加热压机中对所述预成型坯施加压力P和使第一和第二条带的树脂聚合的温度T，所述压制长度L视为沿预成型坯纵向方向X的方向并且小于板长度。
2.如权利要求1所述的制造复合材料零件(10)的方法，其特征在于，所述聚合芯是可膨胀的。
3.如权利要求2所述的制造复合材料零件(10)的方法，其特征在于，当在所述预成型坯上施加压力P时，将所述聚合芯的位于所述加热压机中的部分以大于大气压的压力Pa膨胀。
4.如上述权利要求中任一项所述的制造复合材料零件的方法，其特征在于，所述至少一个第一条带(111、112)和/或所述至少一个第二条带(121、122)包括具有沿纵向方向X取向的长纤维的至少一 个层片。
5.如上述权利要求中任一项所述的制造复合材料零件的方法，其特征在于，所述方法在制造预成型坯之前包括这样的步骤:在所述挤压模(20)的上游，局部地在所述至少一个第一条带(111、112)或所述至少一个第二条带(121、122)中的至少一个上铺设一个或多个加固层片(115)。
6.用于实施如上述权利要求中任一项所述的方法的制造复合材料零件(10)的装置，所述装置包括: -使所述至少一个第一条带(111、112)和所述至少一个第二条带(121、122)成型及定位的挤压模(20)； -施加压力P并产生温度T的加热压机(30)， 所述装置的特征在于: -所述加热压机(30)沿待制造零件的移动方向X布置在所述挤压模(20)的下游； -牵引装置构造成使所述至少一个第一条带(111、112)和所述至少一个第二条带(121、122)在所述挤压模(20)中沿待制造零件的移动方向X以从上游向下游的方向移动； 所述装置另外包括: -分配至少一个聚合芯的分配装置，其构造成将所述至少一个聚合芯在所述挤压模(20)的上游分配在第一条带与第二条带之间。
7.用于实施如权利要求3所述的方法的如权利要求6所述的制造复合材料零件的装置，其特征在于，分配所述至少一个聚合芯的所述分配装置构造成分配至少一个可膨胀聚合芯；并且，制造复合材料零件(10)的所述装置包括: -膨胀所述至少一个可膨胀聚合芯的膨胀系统，所述膨胀系统伺服于所述加热压机(30)，所述膨胀系统构造成当在预成型坯上施加压力P时使所述至少一个可膨胀聚合芯膨胀。
8.如权利要求6或7所述的制造复合材料零件的装置，其特征在于，所述挤压模(20)包括用于表皮的第一辅助挤压模(21、22)和用于所述至少一个加强筋每个的第二辅助挤压模。
9.如权利要求7或8所述的制造复合材料零件的装置，其特征在于，所述牵引装置是带有滚轮和/或履带和/或使加热压机(30)平移的装置。
10.如权利要求7至9中任一项所述的制造复合材料零件的装置，其特征在于，所述加热压机(30)的台架在将压力P施加于预成型坯(15)上的区域中包括可弹性变形元件(52)，如弹性体材料 块或可膨胀膜。
【文档编号】B29C70/46GK103958165SQ201280058134
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月11日 优先权日:2011年10月11日
【发明者】P·布洛, M·克内维莱 申请人:空中客车运营简化股份公司