本说明书中公开的主题涉及一种用于浸渍复合结构(infusingacompositestructure)的系统、方法和设备，并且更确切地说，涉及对通过流动介质的树脂的流动速率进行控制的用于浸渍复合结构的系统、方法和设备。
背景技术：
至少一些树脂浸渍系统被用在层压复合结构的制造和构造中，例如航天工业中用于复合机架(compositeairframes)和机架结构构件的构造。层压复合结构通常由多层材料或者“层片(plies)”构成，它们设置在模板上方并且浸透(saturated)或浸渍(infused)诸如环氧树脂等树脂以进行增强。
许多已知的树脂浸渍系统包括基底或者在一些情况下包括芯轴(mandrel)，其上设有用于树脂浸渍(resininfusion)的复合结构。真空袋可以设置在复合结构上方，并且密封在基底上。基底和真空袋设在高压釜或烘炉中，在所述点处引入树脂以浸渍所述复合结构。所述系统将树脂加热到与高压釜的温度对应的大体均匀温度，所述复合结构设置在所述高压釜内并且固化。所述树脂可以不均匀地从复合结构的表面上流过，产生气窝、气泡或者引起所述结构的层压表面厚度变化的其他因素。
技术实现要素：
在一个方面中，本发明提供一种用于浸渍复合结构的设备。所述设备包括用于接收树脂体积的贮存器、基底、配置成密封在所述基底之上的膜、以及与所述贮存器流体连通的流动介质。所述流动介质包括设置成与所述基底的至少一部分接触的第一流动介质部分；以及设置成与所述膜的至少一部分接触的第二流动介质部分。
其中，所述基底还包括近端和远端以及轴向设置在所述基底内的多个基底热场，并且其中所述多个基底热场配置成在一段时间内从所述近端轴向地朝向所述远端加热所述基底。
其中，所述膜包括多个膜热场，并且其中所述多个膜热场中的每个膜热场配置成独立地激活。
其中，所述膜包括多个膜热场，并且其中所述多个膜热场中的每个膜热场配置成根据预定激活序列激活。
其中，所述预定激活序列控制所述流动介质的所述第二流动介质部分内的所述树脂的流动速率。
其中，所述膜包括多个膜热场，并且其中第一膜热场调节到第一温度，并且第二膜热场调节到与所述第一温度不同的第二温度。
其中，所述膜还包括近端和远端以及轴向设置在所述膜内的多个膜热场，并且其中所述多个膜热场配置成在一段时间内从所述近端轴向地朝向所述远端加热所述膜。
在另一个方面中，本发明提供一种用于浸渍复合结构的方法。所述方法包括：将复合结构设置在基底上；将膜设置在所述复合结构上方；将所述膜密封在所述基底之上；加热至少一个基底热场(baseheatingfield)，以在设置于所述基底与所述复合结构之间的流动介质的第一流动介质部分内引起树脂流(flowofresin)；加热至少一个膜热场(membraneheatingfield)，以在设置于所述膜与所述复合结构之间的所述流动介质的第二流动介质部分内引起树脂流。
其中，所述激活序列控制所述流动介质的所述第一流动介质部分内的所述树脂流的流动速率。
所述方法还包括按顺序加热所述膜的多个膜热场，以控制所述流动介质的所述第二流动介质部分内的所述树脂流的流动速率。
所述方法还包括根据激活序列激活所述多个膜热场中的每个膜热场。
在又一个方面中，本发明提供一种用于浸渍复合结构的设备。所述设备包括：贮存器，所述贮存器配置成接收树脂体积；以及基底，所述基底包括：第一基底热场，所述第一基底热场配置成将树脂流引向所述基底的中心；以及第二基底热场，所述第二基底热场配置成将所述树脂流引向所述基底的周边。所述设备还包括膜，所述膜配置成密封在所述基底之上。所述膜包括：第一膜热场，所述第一膜热场配置成将所述树脂流从所述基底的所述周边引向所述膜的周边；以及第二膜热场，所述第二膜热场配置成将所述树脂流引向所述膜的中心。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面及优点，在附图中，相似字符表示附图中的相似部分，其中：
图1是用于浸渍复合结构的示例性设备的截面图；
图2是使用图1中所示的设备浸渍复合结构的过程的流程图；
图3是图1中所示的设备的截面图，其中对包括树脂体积的贮存器进行加热；
图4是图1中所示的设备的截面图，其中将多个基底热场激活；
图5是图1中所示的设备的截面图，其中将多个膜热场激活；
图6是用于浸渍复合结构的替代设备的截面图；
图7是图1中所示的设备的截面图，其中对包括树脂体积的贮存器进行加热；
图8是图1中所示的设备的截面图，其中将基底热场和膜热场激活；以及
图9是图1中所示的设备的截面图，其中将基底热场和膜热场激活；
图10是替代设备的基底的俯视透视图；以及
图11是图10所示的替代设备的膜的俯视透视图。
除非另作说明，否则本说明书中提供的附图旨在示出本发明公开的实施例的特征。可以相信这些特征适用于包括本发明一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意图包括所属领域中的普通技术人员已知的实践本说明书中公开的实施例所需的所有传统特征。
具体实施方式
在以下说明和随附权利要求中，将参考多个术语，这些术语的定义如下。
除非上下文另作明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也含有复数意义。
“可选”或“可选地”意指后续描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且所述说明同时包括事件发生或者不发生的情况。
本说明书和权利要求书中所用的近似语言可以用于修饰在允许的情况下可变化但不会造成相关基本功能改变的任何数量表示。因此，被一个或多个术语，例如“约”和“大体上”修饰的值并不限于所指出的精确值。在至少一些情况下，近似语言可能与用于测量值的仪器的精度对应。在此处以及说明书及权利要求书的各处中，范围限制可以组合和/或互换；除非上下文或语言另作说明，否则此类范围表示说明并且包括其中包含的所有子范围。
本发明公开的实施例涉及一种用于浸渍复合结构的设备。所述设备可促进树脂浸渍过程，其中树脂流的流动速率基于与一个或多个基底热场和一个或多个膜热场相关联的激活序列(activationsequences)进行控制并且可控。确切地说，根据激活序列激活一个或多个基底热场，以控制流动介质的第一流动介质部分内的树脂流的流动速率，并且根据另一个激活序列激活一个或多个膜加热元件，以控制所述流动介质的第二流动介质部分内的树脂流的流动速率。随着所述树脂流在所述第一流动介质部分和第二流动介质部分中的每一个内流动，所述复合结构与树脂浸渍在一起，使得树脂均匀分布在复合结构内。
尽管下文参考多个基底热场和膜热场来描述用于浸渍复合零件的设备，但是应了解，所述设备可以采用多种形状、并且可以包括任意数量的基底热场和/或膜热场，在一些实施例中包括无基底加热元件和/或无膜热场。例如，在一些实施例中，所述设备可以不包括任何膜热场，并且可以仅包括单个基底热场。因此，多个热场的数量和设置可以显著不同，并且不是理解本发明所必要的。
图1是用于浸渍复合结构102的示例性设备100的截面图。设备100包括贮存器104、基底106、膜108、流动介质110和真空孔(vacuumport)111。
复合结构102是由多层材料或者“层片”构成的层压复合结构，它们设置在模板或预成形坯之上(overaformorpreform)并且配置成浸透或浸渍树脂以进行增强。在一个实施例中，复合结构102是用于飞行器构造中的板或夹层板(panelorsandwichpanel)。在另一个实施例中，复合结构102是整片结构(monolithicstructure)。复合结构102包括上部152和下部154。
贮存器104是凹槽或坑，并且配置成接收树脂体积112，例如冷或冻结的树脂体积、室温树脂体积或者受热树脂体积。在所述示例性实施例中，贮存器104形成于基底106中。但是，在一些实施例中，贮存器104不形成于基底106中，而是设置成与基底106隔开并且与设备100流体连通。
贮存器104包括至少一个贮存器热场113。贮存器热场113包括一个或多个加热元件，例如，一个或多个电加热元件，可以向所述一个或多个加热元件供应电流，并且因此而产生热量。相应地，贮存器热场113连接到电源(未图示)。在替代实施例中，采用其他任何适当的加热机构，例如循环受热流体。
贮存器热场113对贮存器104进行加热，以使树脂体积112在贮存器104内受热。随着树脂体积112在贮存器104内受热，树脂体积112的粘性(viscosity)降低，以使树脂体积112能够流动形成树脂流150，如本说明书中所述。例如，在所述示例性实施例中，树脂流150在流体介质110内流动。在替代实施例中，树脂流150在其他任何适当的通道或表面内或之上流动，例如形成于基底106和/或膜108内的通道或表面。因此，在一些实施例中，省去流动介质110。
树脂体积112是适用于浸渍复合结构102的任何类型的树脂。例如，树脂体积112是设计用于复合结构浸渍或树脂传递模塑(resintransfermolding)的任何单组分或多组分树脂(monocomponentormulticomponentresin)。在一个实施例中，树脂体积112是hexflowrtm6树脂。
基底106是配置成接收复合结构102的安装结构。基底106包括近端114和远端116。在一些实施例中，贮存器104形成于基底106中，例如近端114处或附近。
基底106还包括与贮存器104流体连通并且大体上延伸在近端114与远端116之间的第一流动介质表面120。在一些实施例中，流动介质110设置在第一流动介质表面120上方或与其接触。在其他实施例中，流动介质110设置在形成于基底106内的通道或凹槽(未图示)内。
基底106还包括多个基底热场，例如，基底热场122和124。尽管图示了两个基底热场122和124，但是可以采用使设备100能够操作的任意适当数量的基底热场，如本说明书中所述。在一些实施例中，不包括任何基底热场，因为膜108仅被配置成提供用于浸渍复合结构102的热量。
在所述示例性实施例中，基底热场122和124设置在基底106内。在一个替代实施例中，基底热场122和124设置成与基底106的第一流动介质表面120接触。基底热场122和124包括一个或多个加热元件(未图示)，例如，一个或多个电加热元件，可以向所述一个或多个电加热元件供应电流，并且因此而产生热量。相应地，基底热场122和124连接到电源(未图示)。在替代实施例中，采用其他任何适当的加热机构，例如循环受热流体。
膜108是大体上不透气的柔性薄层(lamina)或护套，例如“真空袋”。膜108包括近端126和远端128。在所述示例性实施例中，膜108配置成密封在基底106之上，例如，通过在膜108与基底106之间抽真空。
膜108还包括与贮存器104流体连通并且延伸在近端126与远端128之间的第二流动介质表面132。在一些实施例中，流动介质110设置在第二流动介质表面132上方或与其接触。在其他实施例中，流动介质110设置在形成于膜108内的通道或凹槽(未图示)内。
膜108还包括多个膜热场，例如，膜热场134和136。尽管图示了两个膜热场134和136，但是可以采用使设备100能够操作的任意适当数量的膜热场，如本说明书中所述。在一些实施例中，不包括任何膜热场。
在所述示例性实施例中，膜热场134和136设置在膜108内。在一个替代实施例中，膜热场134和136设置成与膜108的第二流动介质表面132接触。膜热场134和136包括一个或多个加热元件(未图示)，例如，一个或多个电加热元件，可以向所述一个或多个电加热元件供应电流，并且因此而产生热量。相应地，膜热场134和136连接到电源(未图示)。在替代实施例中，采用其他任何适当的加热机构，例如循环受热流体。
流动介质110包括随着树脂体积112受热并且粘性降低而吸收和扩散所述树脂体积的任何材料。例如，在一些实施例中，流动介质110是吸收受热树脂并且使树脂流150能够流动通过其中的纤维状、多孔和/或网状材料。
在所述示例性实施例中，流动介质110是分叉的，并且包括第一流动介质部分(或第一分支)138和第二流动介质部分(或者第二分支)140。第一流动介质部分138设置在基底106的至少一部分上方，例如在第一流动介质表面120上方。类似地，第二流动介质部分140设置在膜108的至少一部分上方，例如在第二流动介质表面132上方。在包括树脂通道(未图示)的一个实施例中，第一流动介质部分138设置在形成于基底106内的第一树脂通道(未图示)内，并且第二流动介质部分140设置在形成于膜108内的第二树脂通道(未图示)内。此外，尽管示出了两个流动介质部分138和140，但是流动介质110可以限于单个流动介质部分(138或140)、并且/或者可以采用两个以上的流动介质部分。
真空孔(vacuumport)111是用于在基底106与膜108之间抽真空的真空孔。在所述示例性实施例中，真空孔111大体设置在膜108内的中心处。但是，真空孔111可以设置在膜108内的任何适当位置处，例如朝向膜108的近端126或远端128处。下文参考图6到9描述了所述实施例。
图2是示出用于浸渍复合结构102的浸渍过程(infusionprocess)200的流程图。下文中结合图3到图9描述图2，其中图3到图9是操作中的设备100的截面图并且用于示出浸渍过程200。相应地，在所述示例性实施例中，复合结构102设置或者安置在基底106上(步骤202)，并且树脂体积112设置在贮存器104内(步骤204)。膜108进一步设置在复合结构102上方(步骤206)并且密封在基底106之上形成真空(步骤208)，以使复合结构102包封或者密封在基底106与膜108之间。
图3是设备100的截面图，其中对包括树脂体积112的贮存器进行加热。确切地说，激活贮存器热场113(步骤210)以加热贮存器104内的树脂体积112。随着树脂体积112在贮存器104内受热，树脂体积112的粘性降低，并且树脂体积112流体化或半流体化。
图4是设备100的截面图，其中将基底热场122和124激活。例如，随着树脂体积112的温度在贮存器104内升高，则至少一个基底热场122和124被激活，以促进流动介质110的第一流体介质部分138内的树脂流150(步骤212)。具体来说，激活至少一个基底热场122和124，以使第一流动介质部分138受热。随着第一流动介质部分138的温度升高，树脂体积112以树脂流150的形式流出贮存器104，并且进入第一流动介质部分138中。此外，随着树脂流150流入第一流动介质部分138中，树脂流150经由流动介质110的第一流动介质部分138向上浸注到复合结构102中。
更确切地说，根据第一激活序列激活基底热场122和124，以控制树脂流150流动、浸注(infuses)或者行进通过第一流动介质部分138的速率。在多个实施例中，手动地、基于预编程序列、并且/或者基于从设置在基底106内的一个或多个树脂流传感器接收的反馈对所述第一激活序列进行控制。如果所述第一激活序列不手动执行，而是基于预编程序列或基于从一个或多个树脂流传感器接收的反馈，则连接到设备100的控制器(未图示)将执行预编程序列和/或接收反馈并且相应地调整激活序列。
例如，首先激活从基底106的近端114延伸的基底热场122，以使树脂流150流出贮存器104并且进入第一流动介质部分138的近端114中。随着树脂流150向上浸注通过第一流动介质部分138并且进入复合结构102中，激活位于近端114的轴向远侧的基底热场124，以使树脂流150继续经由/通过流动介质部分138流向基底106的远端116。热场122和124中的每一个的热输出可以单独或者独立地调整或者调节，以控制流动通过第一流动介质部分138的树脂流150的流动速率。例如，将基底热场122调节到第一温度范围，并且将基底热场124调节到与第一温度范围不同的第二温度范围。
图5是设备100的截面图，其中将膜热场134和136激活。在所述示例性实施例中，在基底热场122和124均已激活(如上文参照图4所述)之后激活膜热场134和136。因此，在一些实施例中，复合结构102的上部152中的浸渍开始于复合结构102的下部154的浸渍已经开始之后。但是，在其他实施例中，首先激活膜热场134和136，或者基底热场122和124与膜热场134和136大体上一起(inunisonwith)激活。此外，在一些实施例中，只有基底106或膜108中的一者配置成产生用于浸渍的热量。
相应地，激活至少一个膜热场134和136，以使第二流动介质部分140受热/被加热。随着第二流动介质部分140的温度升高，树脂流150流出贮存器104并且进入第二流动介质部分140中。此外，随着树脂流150流动通过第二流动介质部分140，树脂流150经由/通过流动介质110的第二流动介质部分140向下浸注到复合结构102中。
更确切地说，根据第二激活序列激活膜热场134和136，以控制树脂流150流动、浸注或者行进通过第二流动介质部分140的速率。在多个实施例中，手动地、基于预编程序列并且/或者基于从设置在膜108内的一个或多个树脂流传感器接收的反馈对所述第二激活序列进行控制。如果所述第二激活序列不手动执行，而是基于预编程序列或基于从一个或多个树脂流传感器接收的反馈，则连接到设备100的控制器(未图示)将执行预编程序列和/或接收反馈并且相应地调整激活序列。
例如，首先激活膜热场136。热场136的激活促使树脂流150流出贮存器104，并且进入第二流动介质部分140的近端126中。类似地，热场136的激活促使树脂流150从基底106的远端116向上流入第二流动介质部分140中。因此，树脂流150从贮存器104以及从基底106流入第二流动介质部分140中，如上所述，在激活膜热场134和136之前，所述树脂流浸渍复合结构102。此外，随着树脂流150向下浸注通过第二流动介质部分140并且进入复合结构102中，激活大体上位于膜108的中心的膜热场134，以使树脂流150继续经由第二流动介质部分140流向真空孔111。
热场134和136中的每一个的热输出可以单独或者独立地调整或者调节，以控制流动通过第二流动介质部分140的树脂流150的流动速率。例如，将膜热场134调节到第一温度范围，并且将膜热场136调节到与第一温度范围不同的第二温度范围。当树脂流150到达真空孔111时，孔111被夹封(clampedoff)，并且所有热场122、124、134和136的温度升高以固化复合结构102。
因此，基底热场122和124根据第一激活序列激活，并且膜热场134和136根据第二激活序列(上述)激活。由于第一激活序列和第二序列的原因，树脂流150在第一流动介质部分138和第二流动介质部分140内的流动速度可以受到控制。例如，如上所述，在第一激活序列期间，基底热场122的激活比基底热场124的激活早，以促使树脂流150以预期速率均匀地流动通过第一流动介质部分138。类似地，在第二激活序列期间，膜热场134的激活比膜热场136的激活早，以促使树脂流150以预期速率均匀地经由第二流动介质部分140向真空孔111流动。复合结构102因此以可控速率浸渍树脂，使树脂均匀分布在复合结构102内，无气泡、树脂厚度变化或者其他缺陷。
图6是用于浸渍复合结构102的替代设备600的截面图。设备600与设备100的结构和操作大体上类似，但是基底热场602和604以及膜热场606和608的数量、位置和/或尺寸不同，以使经由远端真空孔601(而不是位于中心的真空孔111，例如在设备100中)抽真空。在此类实施例中，可以改变基底热场602和604以及膜热场606和608，以适应真空孔601的位置。类似地，可以改变基底热场602和604以及膜热场606和608的数量、位置和尺寸。此外，尽管图示了两个基底热场602和604，但是可以采用使设备100能够操作的任意数量的基底热场，如本说明书中所述。类似地，尽管图示了两个膜热场606和608，但是可以采用使设备100能够操作的任意数量的膜热场，如本说明书中所述。
图7是设备600的截面图，其中对包括树脂体积112的贮存器104进行加热。如上所述，树脂体积112在贮存器104内受热，以使树脂体积112的粘性降低，并且树脂体积112变为流体或半流体。
图8是设备600的截面图，其中将基底热场602和膜热场606激活。确切地说，根据第三激活序列激活基底热场602和膜热场606，以控制树脂流150流动、浸注或者行进通过基底106的第一流动介质部分138和膜108的第二流动介质部分140的速率。例如，首先激活分别从基底106的近端114和膜108的近端126延伸的基底热场602和膜热场606，以使树脂流150流出贮存器104并且进入第一流动介质部分138和第二流动介质部分140中。
图9是设备600的截面图，其中将基底热场604和膜热场608激活。具体地说，根据第四激活序列激活基底热场604和膜热场608。例如，在根据第三激活序列(上述)激活基底热场602和膜热场606之后，激活基底热场604和膜热场608，以使树脂流150继续通过第一流动介质部分138朝向基底106的远端116流动、并且通过第二流动介质部分140朝向膜108的远端128流动。当树脂流150到达真空孔601时，孔601被夹封(clampedoff)并且所有热场602到608的温度升高以固化复合结构102。
图10是用于浸渍复合结构102的替代设备1001的替代基底1000的俯视透视图。基底1000与基底106大体上类似，但是基底1000还包括多个基底热场，例如，基底热场1002和1004。在所述示例性实施例中，基底热场1002大体上成t形，并且基底热场1004大体上成方形或者矩形，并且部分围绕基底1000的周边1006延伸。但是，基底热场1002和1004可以采用任何适当的形状。基底1000还包括贮存器1008，如上所述，所述贮存器由贮存器热场1010进行加热。
图11是用于浸渍复合结构102的替代设备1001的替代膜1100的俯视透视图。膜1100与膜108大体上类似，但是膜1100还包括多个膜热场，例如，膜热场1102和1104。在所述示例性实施例中，膜热场1102大体上成方形或者矩形并且大体上围绕膜1100的周边1106延伸，并且膜热场1104大体上成方形或矩形，并且大体上设置在膜1100的中心处位于真空孔1108下方。但是，膜热场1102和1104可以采用任何适当的形状。
在操作中，根据与上述第一激活序列类似的激活序列激活基底热场1002和基底热场1004。例如，首先激活基底热场1002，以便引导树脂流1012从贮存器1008流入设置在基底1000上方的流动介质1014的流动介质部分的中心部分1013中。随着树脂流1012被引导到流动介质1014的中央部分1013中，激活基底热场1004以引导树脂流1012流向基底1000的周边1006(流动介质1014内)。
类似地，根据与上述第二激活序列类似的激活序列激活膜热场1102和1104。膜1100的激活序列可在基底1000的激活序列发生之后执行。但是，在一些实施例中，膜1100的激活序列在基底1000的激活序列之前执行或者与基底1000的激活序列同时执行。
相应地，在所述示例性实施例中，首先激活膜热场1102，以引导树脂流1012从贮存器1008流入流动介质1014中。围绕周边1106延伸的膜热场1102也引导/抽吸树脂流1012从基底1000的周边1006向上流动。随着树脂流1012被引入围绕膜1100的周边1106的流动介质1014中，激活膜热场1104以引导树脂流1012流入、流向膜1100的中心。此外，如上所述，随着树脂流1012到达真空孔1108，真空孔1108被夹封，并且基底热场1002和1004以及膜热场1102和1104中的每一者的温度升高以固化复合结构102。
如上所述，所述设备的实施例可促进树脂浸渍过程，其中树脂流的流动速率基于与一个或多个基底热场和一个或多个膜热场相关联的激活序列进行控制并且可控。具体地说，根据激活序列激活一个或多个基底热场，以控制流动介质的第一流动介质部分内的树脂流的流动速率，并且根据另一个激活序列激活一个或多个膜加热元件，以控制所述流动介质的第二流动介质部分内的树脂流的流动速率。随着所述树脂流流入所述第一流动介质部分和第二流动介质部分中的每一者内，所述复合结构与树脂浸渍在一起，使得树脂均匀分布在复合结构内。
本说明书中所述的设备的示例性技术效果包括，例如：(a)控制流动介质的第一流动介质部分内的树脂流的流动速率；(b)控制流动介质的第二流动介质部分内的树脂流的流动速率；以及(c)控制设置在所述第一流动介质部分与所述第二流动介质部分之间的复合结构的浸渍。
以上已详细说明了设备及相关部件的示例性实施例。所述设备并不限于本说明书中所述的具体实施例，相反，系统的部件和/或方法的步骤可独立于本说明书所述的其他部件和/或步骤单独使用。例如，也可以不结合其他过程使用本说明书中所述的部件的构造，所述构造不限于采用本说明书中所述的设备及相关方法进行实践。相反，示范性实施例可与预期采用树脂浸渍的许多应用结合实施和使用。
尽管本发明各个实施例的具体特征可能在一些附图中示出而并未在其他附图中示出，但这仅是出于方便的考量。根据本发明公开的原则，附图的任何特征可结合其他任何附图的任何特征进行参考和/或提出权利要求。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明公开的实施例，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明所述的可获专利的范围由权利要求书所述加以限定，并且可以包括本领域的一般技术人员构想的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。