使用低温热塑性薄膜融合连接复合部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及用于制造复合结构的过程，并且更具体地涉及使用低温热塑性树脂薄膜融合连接复合部件的方法。
【背景技术】
[0002]用于连接复合层压部件(诸如但不限于，在航空航天和其它应用中使用的子结构和加强筋)的各种技术是熟知的。例如，热固性树脂层压件能够通过共固化、粘合剂粘结或机械紧固连接在一起，而热塑性树脂层压件能够通过各种形式的焊接、熔化融合、粘合剂粘结和机械紧固连接在一起。使用机械紧固件的连接方法在一些应用中可能是不期望的，因为它们增加重量以及材料和安装成本。
[0003]不用机械紧固件的连接热塑性树脂层压件特别具有挑战性。通过使用耗时、先进的工艺(诸如等离子刻蚀或劳动密集型打磨)，热塑性材料的粘合剂粘结可以需要粘结表面的广泛的表面加工。焊接技术需要专业装备、定制装配夹具以维持部件形状，并且必需在粘结线处以相对高的温度(通常超过700° F)执行，这可以导致预固结部件的再熔化。部件的再熔化可以导致部件的形状和/或材料性质的不期望的变化。
[0004]连接两个热塑性层压部件的、被称为双树脂粘合的熟知过程由熔化PEI (聚醚酰亚胺)薄膜的层组成，该薄膜已经与有待连接的部件的粘合表面预固结。然而，该过程的应用受到限制，因为PEI薄膜的熔化需要将薄膜加热到大于475° F的温度。将预固结的热塑性层压部件加热到这些温度可以引起部件的不期望的软化、变形和/或熔化。
[0005]因此，需要一种连接复合部件(包括热塑性材料和热固性材料)的方法，该方法减小或消除对广泛的表面加工的需要，并且可以以相对低的温度执行，其中周期时间短于典型的热固性粘结粘合剂。还需要一种上述类型的方法，该方法允许热塑性复合层压件被连接到不同材料(诸如热固性树脂层压件、金属、陶瓷和其它材料)的部件。
【发明内容】
[0006]所公开的实施例提供一种使用低温热塑性薄膜融合将复合部件连接到集成的结构的方法。预固结的热塑性复合(TCP)部件可以以最小表面加工并且以低于TCP部件的熔化温度的相对低的加工温度连接在一起。因此，避免预固结的TCP部件的不期望的软化或预熔化，从而允许部件的初始形状和质量被维持。该连接方法可以减小周期时间、材料和人工成本，同时消除粘结粘合剂、剥离层片、广泛的表面加工和检测、专业工艺装备和/或昂贵的粘合夹具的需要。该连接方法可以在低于500° F的温度且相对低的压力下使用用于处理热固性复合材料的标准技术在烤炉或高压锅中执行。因此，所公开的方法允许TPC部件在固化热固性部件所要求的加工温度下被连接到热固性复合部件。在飞行器工业中，例如但不限于，预固结的热塑性子结构和加强筋能够在较低的温度下与热塑性和/或热固性蒙皮连接，而不需要预熔化热塑性部件，从而允许热塑性部件的初始形状和质量被维持。该方法还可以允许TPC部件连接到混合层压件、金属、陶瓷和其它材料。可以通过使用所公开的非晶状热塑性薄膜连接热固性复合部件改善热固性复合结构的抗冲击性，该薄膜表现为可以吸收由撞击、冲击和/或振动引起的能量的融合的热塑性接合部的形式。
[0007]根据一个公开的实施例，提供一种连接两个热塑性部件的方法。该方法包含通过将第一非晶状热塑性薄膜放置在热塑性预浸材料的第一叠层上并且共固结第一非晶状热塑性薄膜和热塑性预浸材料的第一叠层产生第一热塑性复合部件，以及通过将第二非晶状热塑性薄膜放置在热塑性预浸材料的第二叠层上并且共固结第二非晶状热塑性薄膜和热塑性预浸材料的第二叠层产生第二热塑性复合部件。该方法进一步包含装配第一和第二热塑性复合部件，包括将第一和第二非晶状热塑性薄膜彼此紧贴放置，并且通过将压力施加到第一和第二热塑性复合部件而彼此紧贴按压第一和第二非晶状热塑性薄膜，第一和第二非晶状热塑性薄膜在低于大约475° F的温度下融合在一起。
[0008]根据另一公开的实施例，提供一种连接热塑性复合部件与热固性复合部件的方法，该方法包含通过共固结非晶状热塑性薄膜与半晶状热塑性预浸材料的叠层形成第一复合部件，以及形成包含热固性预浸材料的叠层的第二复合部件。该方法还包括装配第一部件和第二部件，包括紧贴热固性预浸材料的叠层放置非晶状热塑性薄膜，以及固化热固性预浸材料的叠层。
[0009]根据另一公开的实施例，提供一种将热塑性复合部件粘附至非热塑性部件的方法。该方法包含共固结非晶状热塑性薄膜与半晶状热塑性预浸材料的叠层，以及通过装配共固结的非晶状热塑性薄膜和具有非热塑性部件的热塑性预浸材料的叠层(包括紧贴非热塑性部件放置非晶状热塑性薄膜)形成组件。该方法进一步包括将压力施加到该组件以迫使非晶状热塑性薄膜紧贴非热塑性部件，以及将非晶状热塑性薄膜注入到非热塑性部件。
[0010]根据进一步的实施例，提供一种连接两个热固性复合部件的方法，该方法包含形成热固性预浸材料的第一叠层，以及形成热固性预浸材料的第二叠层。该方法进一步包括将热塑性薄膜放置在热固性预浸材料的第一叠层和第二叠层之间，以及共固结在一起且热共固化热固性预浸材料的第一叠层和第二叠层与热塑性薄膜。
[0011]根据另一实施例，提供一种复合结构，该复合结构包含第一和第二共固化的热固性复合层压件，以及共固化的热固性复合层压件之间的一层热塑性材料。
[0012]根据进一步公开的实施例，复合结构包含热塑性复合层压件、热固性复合层压件和连接热塑性复合层压件与热固性复合层压件的非晶状热塑性薄膜层。
[0013]根据又一实施例，提供一种使第一热塑性复合部件连接到第二热塑性复合部件的方法。该方法包含在超过大约650° F的第一温度以及在等于或大于大约10psi的第一压力下共固结第一非晶状热塑性薄膜和第一纤维增强的半晶状热塑性聚合物基复合结构，以形成包括第一非晶状热塑性富聚合物表面的第一热塑性复合部件。该方法还包含在超过大约650° F的第二温度且以及在等于或大约10psi的第二压力下共固结第二非晶状热塑性薄膜和第二纤维增强的半晶状热塑性聚合物基复合结构，以形成包括第二非晶状热塑性富聚合物表面的第二热塑性复合部件。该方法包括使第一热塑性复合部件的第一非晶状热塑性富聚合物表面和第二热塑性复合部件的第二非晶状热塑性富聚合物表面配合，以及在大约450° F和500° F之间的温度下加热第一热塑性复合部件和第二热塑性复合部件并且在大约14.7和150psi之间的压力下将第一热塑性复合部件和第二热塑性复合部件压缩在一起一段时间，直至充分粘合第一非晶状热塑性富聚合物表面和第二非晶状热塑性富聚合物表面，而不损害第一热塑性复合部件和第二热塑性复合部件。
[0014]根据又一实施例，提供一种使热塑性复合部件连接到未固化的热固性复合部件的方法。该方法包含在超过大约500° F的温度下且在等于或大于大约10psi的压力下共固结非晶状热塑性薄膜和纤维增强的半晶状热塑性聚合物基复合结构，以形成包括非晶状热塑性富聚合物表面的热塑性复合部件。该方法进一步包括使热塑性复合部件的非晶状热塑性富聚合物表面与未固化的热固性复合部件配合。该方法还包括在大约350° F的温度下加热第一热塑性复合部件和未固化的热固性复合部件并且在等于或小于大约10psi的压力下使第一热塑性复合部件和未固化的热固性复合部件相互偏置一段时间，直至充分固化未固化的热固性复合部件且粘合到第一非晶状热塑性富聚合物表面，而不损害第一热塑性复合部件。
[0015]特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中独立地实现或可以结合其它实施例被实现，其中参考【具体实施方式】和附图能够了解实施例的进一步的细节。
【附图说明】
[0016]在随附的权利要求中阐明说明性实施例的特性具有的新颖性特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下【具体实施方式】，说明性实施例以及其优选的使用模式、进一步目标和优点将被更好的理解。其中:
[0017]图1是集成的复合结构的图解视图的图示说明，该集成的复合结构具有通过非晶状热塑性薄膜连接在一起的热塑性复合部件。
[0018]图2是示出形成图1中示出的集成的复合结构的一部分的热塑性复合部件和非晶状热塑性薄膜中的一者之间的横截面界面的显微照片的图形。
[0019]图3是示出集成的复合结构的热塑性复合部件之间的融合的横截面界面的显微照片的图形。
[0020]图4-7是示出制造图1中示出的集成的复合结构的方法的步骤的横截面图解视图的图示说明。
[0021]图8是制造图1中示出的集成的复合结构的方法的流程图的图示说明。
[0022]图9是放置在预固结的热塑性复合蒙皮上的预固结的热塑性复合帽纵梁的横截面视图的图不说明。
[0023]图10是类似于图9的图示说明，但其示出已经放置在蒙皮上的帽纵梁和被安装用于将热塑性薄膜压缩在一起的工具。
[0024]图11是以两个预固结的热塑性复合蒙皮装配的预固结的热塑性复合1-横梁的横截面视图的图示说明。
[0025]图12是类似于图11的图示说明，但其示出已经装配的1-横梁和蒙皮，以及已经安装的工具。
[0026]图13是复合结构的图解视图的图示说明，该复合结构具有通