用于制造复合部件的方法与流程

本发明涉及一种由纤维强化塑料制造部件的方法以及一种具有至少一个此类部件的飞行器。

发明背景

为确保安全运行，纤维强化塑料制成的尤其用于飞行器的大尺寸部件配备有防雷器。此类的防雷器例如以嵌入树脂中的导电层的形式来实现。对此，导电层可以在此类大尺寸部件的外侧上结合到所述部件上。在已知的方法中，这可以通过组合用于防雷的含树脂导电层和预浸、预成型且未固化的部件(预浸料)以及通过随后固化所述复合物来实现。

为了使此类与导电层相邻的层或者预成型件充分地被树脂注入，通常使用流动辅助工具。例如已知用于在大面积区域上分散树脂的垫子，其被额外加入预成型件中。预成型件的紧贴成型模具的表面也设有流动辅助工具，以便向预成型件的所述侧面供应树脂。为了使由此制造的部件具有高表面质量，需要对固化后部件的至少一个侧面进行后续处理。

ep2222563a1公开了一种用于纤维强化塑料制成的飞行器结构的防雷系统，其中导电条被布置在飞行器结构的外侧。

技术实现要素：

所期望的是，能够在无需昂贵的流动辅助工具的情况下制造大尺寸部件，并且同时整合充分的防雷功能并实现高部件表面质量。

因此，本发明的目的在于，建议一种由纤维强化塑料制造尤其大尺寸部件的方法，其中尽管在材料中整合有防雷功能，但无需单独的流动辅助工具即可实现部件或者纤维织物的渗透。

这个目的通过一种具有独立权利要求1特征的由纤维强化塑料制造部件的方法来实现。优选的实施方式和改进方案可以自从属权利要求和以下说明书中得知。

所述方法具有以下步骤：提供第一成型模具和模具表面，将由干燥纤维形成的织物半成品制成的第一层定位在所述模具表面上，将由导电的、树脂可穿透的网格制成的第二层布置在所述第一层上，放置最上部的层组件，借助封闭装置将由多层构成的整个组件密封在所述成型模具上以形成成型件，向所述成型件中导入树脂以便用树脂渗透所有层，以及固化并取出所述部件。

所述方法原则上是一种树脂注塑法(树脂传递模制，rtm)或者真空灌注法(vari)。所述方法的基础是提供一种多层组件，所述组件通过封闭装置被密封在成型模具上。在此，所述封闭装置可以是柔性薄膜，所述柔性薄膜通过其他措施被密封在成型模具表面。此外，封闭装置可以实现为除了上述成型模具之外存在的、其他硬的或者形状稳定的成型模具段。

其目的在于，将多层组件以气密且形状稳定的方式封装在成型模具上。然后可以抽真空。接着，将树脂导入位于成型件中的多层复合体中。这可以单纯通过任选的抽真空后形成的抽吸力来进行或者通过对树脂施加外部压力来进行。

根据本发明的方法的核心方面在于在由织物半成品制成的第一层上使用由导电的、但树脂可穿透的网格制成的第二层。整合这个导电层造成了所述部件的期望的防雷效果。然而作为带有用于树脂的流过开口的网格是特别有利的，因为树脂能够轻易地流过第二层的网格。使用这种既非嵌入树脂中、自身也非不可穿透的导电层允许仅从待生产部件的一侧导入未固化的树脂。所有层仍然被树脂渗透。因此，这个导电层的树脂可穿透的实施方式有助于所述层作为流动辅助工具起作用。由此不再需要单独的流动辅助工具。导电层可以在其构造方面匹配并非由导电材料组成的已知的流动辅助装置。

流入上层(例如上文所述的最上部的层组件)或者下层(例如上文所述的第一层)的树脂可以经由树脂可穿透的导电层到达分别位于第二层的另一侧上的纤维。因此，导电层在渗透时也被树脂透过。在渗透后提供富含树脂层的第一层可以不依赖于树脂导入方向来安排。因此，导电层和最上部的层组件一起嵌入树脂中，从而不再需要提前涂覆导电层。

术语“树脂”在本发明的意义上是指任意的基质材料，其适合与纤维材料构成纤维复合部件。此外，基质材料也可以包含固化剂(多组份树脂体系)。树脂在狭义上可以是指硬质塑料，例如环氧树脂体系。但也不应排除使用热塑性塑料。

在本公开范围内所使用的表述“上方”和“下方”并不一定是指竖直的延伸方向，而应理解为“远离模具一侧”(上方)和“朝向模具一侧”(下方)。

此外，整个多层组件和通过成型模具与封闭装置形成的成型件不需要从两侧接近即可导入树脂。从所述组件的单个方向进行导入就是足够的，例如逆向于模具表面。但也可以从另一个方向进行。通过穿过整个多层复合体的有利的树脂扩散，用树脂覆盖的导电层的表面质量因此可以直接取决于模具表面的表面特性。

在一种有利的实施方式中，所述方法此外还具有将所述成型件抽真空的步骤。由此，树脂特别或者单独地通过由此形成的抽吸被吸入单独的层中以实现渗透。在上文所述的rtm方法中在某些情况下可能取消所述步骤，但在真空灌注方法中所述步骤是必需的。

在一种有利的实施方式中，树脂可穿透的导电的网格是由金属材料制成的织物。为优化防雷性能，所述网格具有特定的结构。这一类适当的结构可以通过实验或者根据已经存在的数据进行确定。网格的结构此外还决定性地确定了树脂在第一层中的流动行为。金属织物最简单的变体是二维织物，其中金属纤维、导线或者箔仅在一个平面内延伸。为了获得一定的穿透性，所述织物具有网眼。网眼宽度可以被优化，使得不仅可以在相邻的层之间实现足够的渗透，同时也可以实现足够的防雷效果。

在一种有利的实施方式中，树脂可穿透的导电的网格是由金属材料制成的三维网格。与二维结构相比，在三维的网格结构的情况下可以倾向于提供更大的流动开口，从而实现更好的穿透性。此外，流动开口也可以相对于网格的主延伸平面倾斜地延伸。网格的三维结构可以类似于延展金属网格来制造，其由具有错位布置的剖面的基础箔或者基础板通过延展或者拉伸成型为三维的规则或者不规则弯曲的结构。

在一种优选的实施方式中，金属材料为铜或者青铜。这些材料导电性能优异，因此特别适合用于防雷。

在另一种有利的实施方式中，第一层具有非编织纤维。所述层可以由与最上部的多层组件的材料相同的材料制成。所述第一层例如由定向纤维束组成。可以提出使用纤维残余物来实现第一层。第一层的目的在于提供富含树脂的层，所述层使得所制造的部件可以设置有漆层。因此，用第一层产生的树脂层构成部件的外侧。由于在注入所述外层时缺少额外的流动辅助工具，在无需其他措施的情况下即可实现特别优异的表面质量。此外，在对根据本发明的方法制造的部件进行开孔时，应避免最上部的层组件的纤维逸出。

在一种有利的实施方式中，第一层的纤维实施为短纤维。所述短纤维在横截面和其构造方面与最上部层组件的纤维相对应，但具有相对较短的、尤其在数厘米范围内的长度。由此可以制成非常均匀的富含树脂的层，在所述层中，纤维总体上沿所有方向走向并且由此具有高强度。

此外，所述方法还包含在导电的、树脂可穿透的网格与最上部的层组件之间放置中间层的步骤，其中所述中间层具有不导电纤维。不导电纤维例如可以玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、凯夫拉纤维、聚酯纤维或者类似纤维的形式实现。由此在导电层和由最上部的层组件构成的实际结构部件之间实现了绝缘层。通过所述绝缘层可以在遭受雷击时防止实际的结构部件受到损伤，这对于具有碳纤维的塑料尤其有利。

在根据本发明的方法中，所述层此外可以具有不耐高温的材料，所述材料在加热成型模具以固化所述部件时被分解或者溶解，从而使得其中包含的、未固化的树脂在固化前至少部分进入其余的层中。由此可以将第一层处的树脂层厚度降至最低。在渗透时有足够量的树脂进入第一层中。通过封闭装置和任选的抽真空，多层复合物被压紧，从而使得在随后的加热中，最下层的形状因纤维分解而变化。最下层的体积被缩小，并且其中包含的树脂可以进入相邻的材料层中。剩余树脂仍然留在最下层内并确保部件的朝向成型模具的一侧形成足够光滑的表面。

本发明此外还涉及一种飞行器，所述飞行器包含至少一个通过上述方法制造的部件。

所述至少一个部件可以是尾翼、机翼或者机身部件。

附图说明

本发明的其他特征、优点和应用可能性由以下对实施例和附图的说明得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意组合构成本发明的主题，而与其在单独权利要求中或其所引用的权利要求中的关系无关。在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。

图1示出了根据本发明方法的多层构造的示意图。

图2作为方框图示意示出了用于制造部件的方法的流程。

图3示出了一种飞行器，所述飞行器具有至少一个通过根据本发明的方法制造的部件。

具体实施方式

图1示出了具有模具表面4的成型模具2，在所述模具表面上制造部件。首先将由干燥纤维形成的织物半成品制成的第一层6定位在模具表面4上。第一层6被设计成在部件的外侧提供尽可能光滑、均匀的树脂层。所述外侧例如可以是飞行器的部件的在以后的使用中朝向外侧的表面。第一层6在部件从或者由成型模具2中取出后优选在无需进一步后续处理的情况下进行上漆。

在所述第一层上定位第二层8，所述第二层由导电的、树脂可穿透的网格组成。所述第二层例如可以由金属材料构造，所述金属材料尤其可以是铜或青铜。所述网格可以实施为二维的，其方式为，所述层的所有组成部分，即材料束、表面区域、箔区段和类似组成部分均在相同的平面内延伸。这个第二层8用于通过所述方法所制造的部件的防雷。

然而，替代地且优选地，网格8是三维网格，所述三维网格具有比简单的箔相比明显更大的厚度。这个第二层8例如可以实施为延展金属网格。所述延展金属网格具有流过开口，这些流过开口不仅允许树脂沿朝向成型模具2的方向而且允许树脂沿远离成型模具的方向进行穿透。如果树脂例如分布在第一层6和第二层8中，树脂流可以主要从朝向成型模具2的一侧顺利到达最上部层组件12的方向。当然，所述穿透也可以沿相反的方向进行。

任选地，在这个第二层8上也可以定位有不导电纤维制成的中间层10。由此，在第二层8与位于其上方的最上部层组件12之间形成电绝缘。

最上部层组件12可以具有沿相同或不同的方向走向的一个或多个纤维层。最上部层组件12用于制造具有期望的强度的结构部件。其构成实际部件的芯部。其中所使用的纤维尤其可以为碳纤维。

在布置所示的不同层(总体上可以被称作多层复合体)之后，在成型模具2上放置封闭装置14。多层复合体以气密方式被包围。在进行任选的抽真空后可导入树脂。虽然可以从层组件的远离成型模具2的一侧导入树脂，但可能希望的是通过朝向模具表面4的一侧导入树脂。因为所有层由于其或多或少的开放结构均允许树脂扩散，一侧导入的树脂可以被分布在整个层组件中。换言之，这意味着这些层共同地以及从一个方向被树脂渗透。

在此，第二层8除了实际的防雷功能，也可以被视为流动辅助工具，其允许用树脂渗透第一层6或者最上部层组件12。以此方式，可以在第二层8的整个侧向和竖直的尺寸上均匀地提供树脂。

在导入足够量的树脂后，所述部件被固化，尤其是通过相应的热量输入并且在将封闭装置14保持在模具表面4上的情况下。在此，尤其可以维持任选的真空。

通过所述方法制造的部件，由于最上部的层组件，不仅具有期望的强度而且具有向外指向的相应的防雷功能以及在防雷层与主结构部件之间的绝缘层。不需要从层组件的两侧输入树脂，也不需要额外的流动辅助工具。

图2在方框图中示出了根据本发明的方法的流程。首先提供16成型模具，然后将由干燥纤维形成的织物半成品制成的第一层定位18在模具表面上。将由导电、树脂可穿透的网格制成的第二层布置20在第一层上。接着将最上部的层组件定位22在网格上。多层组件或多层复合体借助于封闭装置密封24以形成成型件。接着，如果希望，可以抽真空26。然后导入树脂28，由此造成渗透30。在固化32后可以将部件取出34。在布置最上部层组件之前，可以布置或者放置36包含不导电纤维的中间层。

最后，图3示出了飞行器38，所述飞行器具有机身40、机翼42和尾翼44。可以至少部分地通过前文展示的方法制造一个或多个部件或仅制造此部件的一段。由此可以降低制造此类部件的耗费并优化成本。

补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个/一种”不排除多数。此外还可以指出，可以使用已经参照上述实施例之一描述的特征还有与上文描述的另外实施例的其他特征的组合。权利要求书中的参考数字不应视为限制。