CN101213061A - 真空装袋方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空装袋方法和系统。提供了具有增强密封性能的真空装袋方法、系统和组成。通常，本发明的系统和方法用于在底层材料(105)上方将足量的树脂密封层(106)应用到真空装袋系统(100)的至少一个结构元部件上，其中，密封层(106)可构造用于增强真空装袋密封的完整性。

Description

真空装袋方法和系统

相关申请

本申请要求2005年5月6日提交的、名称为“真空装袋方法和系统”的美国临时申请序列号60/678,691，以及2005年12月22日提交的、名称为“真空装袋方法和系统”的美国临时申请序列号60/753,608的权益，在这里通过引用结合了两个申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及增强真空装袋系统(vacuum bagging system)的密封性能或真空完整性的方法和系统。特别地，本发明涉及使用树脂密封层以增强真空装袋系统的密封性能或真空完整性。

背景技术

近年来，很多工业领域中注重开发具有高强度和轻便的组合部件。特别地，航空和航天工业关注重点在于制造用于飞机制造业中的各种组合部件(例如机身、机翼)。

人们已经提出了很多用于形成重量轻、结构完整的组合部件的方法。形成组合部件的大多数方法都需要多个步骤或者子过程来获得组合部件。一种这类子过程是真空装袋过程，其中，多层合成材料成形为预期的形状并由此形成预期的产品。典型的真空装袋过程包括将单个层的材料放在具有预定形状的模子上。传统的真空装袋方法起初将“释放层(脱模层，防粘层)”布置在模子表面上。该释放层减弱了组合部件与模子表面的粘结，从而方便移走。“预浸件(prepreg member)”(预浸渍增强纤维和/或纤维部件的缩写)提供组合部件的结构和加强。预浸料是干或湿敷层预浸元部件。干敷层(dry lay-up)通常是在布置到释放层上之前局部成形的预成形结构，而湿敷层(wetlay-up)是将织物或纤维布置在释放层上。随后在纤维上浇液体环氧成分以浸透纤维。在需要时，可以对预浸件局部固化。而且，在传统的真空装袋过程中，第二释放层和通气/泄放层通常分别设置在预浸件上。在复合敷层后，真空袋子被布置在包覆若干敷层元部件的模子上。然后，真空袋子放入压热器内，其中应用加热、负真空压力和外压处理若干敷层，以形成组合部件。真空袋子和元部件通常保留在压热器内，直至新的组合部件完全固化。

上述过程本身含有很多不足，包括很长的制备时间和很大的复杂性。通常，很多训练有素的技术人员也要花费几天的时间敷设组合部件。常常，预期形状的结构包含各种轮廓。当在模子表面上应用单个层时，技术人员将要仔细排除预期形状的轮廓上出现的气孔或缺口。例如，机身段的一段可包含几个折叠和拐角。技术人员将花费额外的时间敷设角落和折叠处的材料，确保该过程在应用另外的层之前没有气孔和缺口。因此，敷设过程能花费一组技术人员几天时间来准备制造组合部件。即使初始的技术团队已经完成了预备敷设过程，质量控制团队也必须复查敷层产品并核实该系统没有气孔或故障接合部。无法排除气穴、气孔、故障接合部或接缝会导致组合结构不牢固，这将会危害组合部件的结构完整性和美感。其他同样复杂的方法通过在突起和槽上覆盖材料来试图降低结构完整性失效的可能性。但是，这些方法造成材料浪费并且需要更长时间的准备工作。

现有的形成组合部件的方法容易发生真空袋子完整性失效以及压缩元部件材料的不充分真空密封。在传统的真空装袋过程中，由于敷层过程中轮廓引起的应力和应变，这种真空袋子完整性失效是不可预见的。有人通过在接头、接缝、折叠和裂缝等处应用过量的胶带和粘结胶以增强真空袋子和密封潜在的泄漏，从而克服上述不足和失效。此外，这些现有方法很容易生产出具有很多缺陷的组合部件。因此，前述方法增加了材料浪费。

现有真空装袋实践的另一不足主要在于成形工具的使用寿命。通常，成形工具容易恶化，即在真空装袋过程中磨损和损坏。通常，工具出现裂纹或缺陷即会被报废并更换，因此失去了真空完整性或能力，从而不能提供气密密封。这种行为可能导致较高的成本和较大的浪费。

因此，提供降低材料浪费、缩短准备时间以及改善真空装袋密封性能的不同方法和系统将是有利的。

发明内容

已经认识到，提供一种克服上述不利的更可靠和有效的方法和系统是有利的。本发明的方法目的在于克服这些缺点。本发明的方法涉及增强用于形成组合部件的真空装袋系统的密封性能。具体而言，该方法包括：i)组装真空装袋系统的元部件，该真空装袋系统包括至少成形工具、复合材料预浸敷层以及真空外壳；ii)在至少一个真空装袋元部件上应用树脂密封层；以及iii)固化密封树脂，该密封树脂构造用于改善真空装袋系统的密封完整性。

根据本发明的另一实施例，公开了一种可以构造用来形成组合部件的真空装袋系统。该真空装袋系统可包括具有工作表面的成形工具。可以将敷层部件应用到所述成形工具的工作表面的至少一部分上。随后，可将真空层应用到该敷层部件上，其中真空层形成外壳。该真空装袋系统还包括树脂密封层，树脂密封层可以应用在真空层上以形成真空外壳，从而实现牢固密封和附加的真空层完整性。也可以在真空层上连接真空口，该真空口与敷层部件连通，从而形成使外壳内压力降低的空气通道。

在本发明的另一实施例中，提供了一种增强用于形成组合部件的真空装袋系统的密封完整性的方法。该方法包括步骤：i)确定真空系统内容易发生泄漏或元部件失效例如裂纹和破裂的元部件；ii)在经确定的元部件上应用足量的树脂以增强该经确定的元部件的密封完整性；并且iii)使树脂固化以增强密封完整性。

在另一实施例中，本发明涉及具有增强密封性能的真空装袋系统。该系统包括具有工作表面的成形工具以及应用到该工作表面的至少一部分上的敷层部件。敷层部件可包括第一释放层、预浸件、第二释放层以及通气/泄放层。该系统还包括可应用到敷层部件上以形成真空外壳的真空薄膜层。此外，该系统包括可应用到真空薄膜层上的树脂密封层以及与通气/泄放层连通的真空口，其中，密封层用于增强系统的真空完整性和性能。

在本发明的另一示例实施例中，提供了一种真空模制组合部件的方法。该方法包括在成形工具上敷设复合成形生材料。随后，将通气/泄放层应用到复合成形生材料，由此提供气体和树脂通道。此外，围绕通气/泄放层设置真空层以形成真空外壳，并且在该外壳上应用密封树脂。另外，公开了降低外壳内的压力，使复合成形材料和密封树脂固化以形成组合部件。

在又一示例实施例中，一种密封真空装袋元部件表面的方法包括如下步骤：将密封树脂应用到至少一个元部件的外表面上。所述元部件可选自成形工具、复合材料预浸敷层、以及真空外壳。此外，还提供了使密封树脂固化以形成真空密封的步骤。

通过详细的描述以及通过举例方式描述本发明特征的附图，可以清楚地看出本发明的其他特征和有利效果。

附图说明

图1是本发明的真空装袋系统的一个实施例的局部图形横截面；

图2是本发明的真空装袋系统的另一实施例的类似图；

图3是本发明的真空装袋系统的另一实施例的类似图；以及

图4是描述增强真空装袋系统密封性能的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图中所示的示例性实施例，并且为描述所示实施例采用特定的语言。不过，应该理解，这并不是想借此对本发明的范围加以限制。本发明的本文中所述特征、工艺步骤以及材料变化和进一步的修改、还有本文所述的本发明原理的额外应用，对于熟悉本发明内容的、相关领域技术人员而言，这些都应被看成是在本发明的范围之内。还应该理解，这里所用的术语仅用于描述具体的实施例而不是意图对本发明加以限制。

在描述和限定本发明时，将会用到下面的术语。

除非上下文明确指出的其他方面，单数形式“一”和“该”包括复数指示对象。因此，举例来说，  “一聚合物”包括一种或多种这类材料。

当谈及数字值或范围时，术语“约”用来包含由测试过程中可能出现的试验误差造成的值。

本发明的术语“预聚物”或“准预聚物”指由具有NCO的二异氰酸酯和多元醇制备的NCO-封端的化合物及复合材料。

术语“预浸件(prepreg member)”是“预浸渍的增强纤维织物和/或纤维部件”的缩写。预浸料(坯)应用在很多应用领域，包括航空、汽车以及娱乐产品。通常，预浸料是纳入树脂溶液(例如，环氧、聚酯等)的增强纤维织物例如玻璃纤维、碳纤维以及它们的混合物。例如，预浸料可以是蜂窝状的纤维织物或泡沫，其中自粘树脂片应用在蜂窝芯部结构的外表面并且部分固化。

术语“敷层(树脂浸渍增强材料，lay-up)”意味一种准备过程，其中，元部件、成层的或成叠置的增强材料或树脂浸渍增强材料被施加在模表面，以准备形成组合部件。

术语“敷层部件(lay up member)”指一种主要由用于形成组合部件的任意适当的生材料形成的元部件。例如，敷层部件可以是下列元部件中的一种：第一释放层、预浸件、第二释放层、或通气/泄放层。

术语“增链剂”指延长聚合物分子主链从而造成端对端连接的化合物。增链剂化合物可用于增加聚合物的分子量。

术语“树脂”或“热固树脂”或“热固密封树脂”指至少两种成分，当混合了任何适当的材料时，其硬化成一定的预定形状。在本发明中，热固树脂是聚脲/聚氨酯树脂，但是，其他树脂，例如聚合的和热塑性的树脂也可以用于本发明。术语树脂可以包括衍生物、溶剂化物以及它们的混合物。

术语“通气/泄放(层)(breather/bleeder)”或“通气-泄放(层)”指在敷层元部件与真空薄膜层之间形成空气通道以供空气通过的多孔层或膜。通气/泄放层可以是独立的和单独的，例如通气层。通气/泄放层通常由毡制类材料组成。而且，通气/泄放层可吸收过量的树脂。

术语“生材料(未熟化的材料，green material)”指在复合结构的制造中使用的任何未固化或部分固化的材料。

术语“喷射”或“喷雾”指使用喷雾装置向目标射出物质或传播物质的运动。在本发明中，该术语指由喷雾装置分配物质，并使物质穿过空气射向基材，例如真空装袋系统的元部件。喷雾可以使用所属领域公知的任何普通喷雾方法执行。例如，可以使用无气、气溶胶、自动喷雾装置或其他机械喷雾装置和相应的过程来进行喷雾方法。

术语“真空外壳”指由真空薄膜或层、构造用来形成外壳的密封层、真空薄膜和密封层组合和/或其上具有预先施加的密封层的真空薄膜层所形成的气密外壳。

本发明提出了增强真空装袋系统密封性能的系统和方法。通常而言，本发明的方法使用了几个步骤来增强真空装袋系统的密封性能。例如，该方法包括步骤：i)组装真空装袋系统的元部件，该真空装袋系统包括至少成形工具、复合材料预浸敷层以及真空外壳；ii)在至少一个真空装袋元部件上施加树脂密封层；以及iii)固化密封层，其可以构造用于改善真空装袋系统的密封完整性。根据本方法，所应用的树脂是热固树脂或热固密封树脂，该树脂构造用于在固化时产生气密密封。在另一个实施例中，树脂可以是聚合树脂或热塑树脂。

在另一实施例中，本发明涉及具有增强密封性能的真空装袋系统。该系统包括具有工作表面的成形工具和敷层部件，所述敷层部件可以应用到工作表面的至少一部分上。此外，真空层可以应用到该敷层部件上，由此围绕敷层部件形成真空外壳。一方面，真空层可以是真空薄膜。另外，树脂密封层可以应用到至少成形工具、敷层部件或真空层、或它们的任何组合上。真空口可以通过真空层与敷层部件连通，从而形成空气通道，其中，空气可被抽吸，外壳内的压力可降低。在一个实施例中，真空外壳可以与密封层使用相同的材料形成。应用到敷层部件的第一树脂层可以形成真空层，由此形成真空外壳。一层或多层额外的树脂层可以应用到第一树脂层和真空层上增强密封性能。在本示例中，额外的树脂层实质上形成密封层。在一般意义上，树脂层形成本发明一个实施例的具有增强密封性能的多层系统。

在本发明的示例实施例中，提供了一种真空装袋系统。该系统包括：a)具有工作表面的成形工具；b)应用到工作表面上的敷层部件，其中，敷层部件可包括：i)第一释放层，ii)应用到第一释放层上的预浸件，其中，预浸件可以是预浸生材料，iii)应用到预浸件上的第二释放层，iv)应用到第二释放层上的通气/泄放层；以及c)应用到敷层部件上的真空层，其中真空层形成真空外壳；d)应用到真空层上的树脂密封层；以及e)通过真空层与通气/泄放层连通的真空口(vacuum port)。

本发明的另一方面在于，提供一种增加用于形成组合部件的真空装袋系统的密封完整性的方法。所述方法提供如下步骤：i)组装真空装袋系统的元部件，真空装袋系统至少包括成形工具、应用在成形工具上方的复合材料预浸敷层、以及围绕该预浸敷层的真空外壳，其他容易失效的元部件也可以包括在本步骤中；ii)确定容易泄漏或失效的元部件；iii)在至少一个经确定的元部件上施加足量的树脂，以增加该经确定的元部件的密封完整性；以及iv)使树脂固化以增加密封完整性。组装真空装袋元部件的过程可以通过各种方法实现，但是，手工敷层或机器组装过程可能是已知最常用的方法。通常，在经确定的元部件上应用足量的树脂可以增加元部件的完整性，并且降低失效的可能性。经确定的元部件的一个非限制性示例可以是成形工具、通气/泄放层或真空薄膜层。这种方法的使用可以提供更能预言元部件和真空失效的过程。

本发明的另一方面提供了一种真空模制组合部件的方法。相应地，该方法包括在成形工具上敷设复合成形材料，其中复合成形材料是基本未熟化的材料；将通气/泄放层施加到复合成形材料；围绕通气/泄放层设置真空层以形成外壳；在外壳上应用密封树脂；降低外壳内的压力；并且固化复合成形材料和密封树脂以形成组合部件。

在本发明的另一方面，公开了一种密封真空装袋系统元部件表面的方法。该方法包括如下步骤：将密封树脂施加到真空装袋系统的至少一个元部件的外表面上，元部件选自成形工具、覆盖成形工具的复合材料预浸敷层、以及围绕所述预浸敷层的真空外壳；并且固化密封树脂以形成真空密封。因此，在本发明的一个方面，该方法可以应用到具有损坏、开裂或破损表面的成形工具上。

现在参考附图，附图中，本发明的不同元件具有特定的数值标记并且下面将对其进行描述。应该理解，下面仅是对本发明原理的示例性进行描述，不应视为对所附权利要求的限制。

图1描述了具有成形工具118的真空装袋系统100的局部横截面视图，成形工具118的表面上具有敷层部件120。所述敷层部件可包括用于形成组合部件的任意适当的生材料。此外，敷层部件可包括下列元部件：(i)第一释放层116；(ii)未固化或局部固化的预浸件114；(iii)第二释放层112；以及(iv)通气/泄放层110。这些元部件中的至少一个是使用喷雾技术施加的。第一释放层是可以通过喷雾、刷、擦、滚或任何手工敷设手段施加到成形工具表面上的释放层。使用本发明的第一释放层有利于移走经固化的组合部件。

预浸件114可以喷射、刷或手工敷设在合适的位置，并且可包括干敷层预浸件(干树脂浸渍预浸件)或湿敷层预浸件(湿树脂浸渍预浸件)。为简化起见，本发明的预浸件是干敷层预浸件。干敷层意味着在真空装袋过程之前，增强材料容纳有树脂溶液并且局部成形或固化。湿敷层预浸件涉及在第一释放层116上应用增强材料，并且在增强材料上设置浸渍树脂。如上所述，敷层部件还可包括第二释放层112，该第二释放层可以定位在预浸件和通气/泄放层110之间。

通气/泄放层110通常是多孔材料，该多孔材料设置在第二释放层上方以在施加真空压力时提供空气或树脂的通道。真空口104通常与通气/泄放层直接接触或连通，并且可以通过真空层108与通气/泄放层连通。真空口104可以是任何能与真空装置连接或连通的设备或物件，例如连接器、阀或接头。此外，真空口限定出了开口102，并且可以联接到真空层108。

真空层108形成外壳(例如，袋子)，从而可以在敷层部件的未固化部分上施加真空压力，其中，可以从敷层部件移除微型气眼。胶带和粘接剂，例如热胶带(heat tape)124和铬酸盐胶带(chromate tape)122可以用来辅助将真空层108密封到成形工具118上。此外，真空层108可以包括预先施加在其上的密封层。

树脂密封层106随后应用在真空层108上，优选应用在底层材料105上方。该密封层106通过任何已知的敷料机所使用的任何已知的操作方法来施加，例如使用喷雾装置或敷料机喷雾，以提供额外的真空袋完整性和气密密封。在一个实施例中，树脂密封层可以施加在真空层上，结果有3mm厚。在另一实施例中，树脂密封层可以施加在厚度大于3mm的真空层上。在又一实施例中，真空外壳还可以包括真空薄膜层，该真空薄膜层上具有预先施加在其上的密封层，那么，如公知的和/或者此处所描述的，预先施加的真空薄膜层可以用在真空装袋系统中。在本实施例中，如同下面所讨论的，用在密封层中的树脂可以是热固树脂，并且可以由聚脲和聚氨酯化合物组成。密封层还可以是热塑性的、聚合的或者它们的衍生物。

对于这里所讨论的所有实施例，本发明还设想使用底层材料，底层材料可以施加或附着在任何一种或多种构造用于接收密封层的元部件的上方。换句话说，本发明包括在将密封层施加到真空装袋系统的成形工具元部件的表面上之前在所述表面上施加底层材料。底层材料具有很多优点，其中一个优点在于促进密封层和成形工具之间临时粘结。密封层应用在底层材料上方，在升高的温度下固化时，升高的温度起到激活底层材料的作用。一旦被应用，底层材料可以被干燥成连续薄膜。所形成的临时粘结用于促进真空外壳的气密密封。但是，一旦固化并且一旦组合物成形，那么，可以释放该粘结并且移去真空外壳。

在复合敷层中，真空外壳——不管其类型如何——不能在成形工具的表面提供足够的粘附力。底层材料的作用是提高真空外壳在成形工具的表面上的粘附力。为了提高粘附力，成形工具的表面在应用密封层之前，例如在真空外壳上喷射密封层(例如，真空薄膜层)之前，可以首先应用底层材料。该底层材料与密封层和成形工具的表面相互作用。

底层材料可包括应用的任意数量柔软的延性聚合物，其来自水中溶解的溶剂或水中的分散相，其中分散相公知为聚合物胶乳。在一个示例实施例中，底层材料可包括从水中应用的聚合物，因为它有相当低的环境影响。水溶聚合物倾向于具有高于0℃的玻璃化温度。尽管这些聚合物，例如聚乙烯醇，提高了粘附力，但是他们不如那些玻璃化温度低于0℃的有效。低玻璃化温度聚合物最适合用作胶乳。有效聚合物的示例包括但不限于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶乳，例如Air Chemicals的Air Flex 401、420和426，也不限于丙烯酸胶乳，例如Dow Chemicals的UCAR 163S。Air Chemicals的胶乳可以用作标准或者可以适用，它们可以与催化剂例如硫酸氢钠混合，以诱导交联，形成更能抵抗应力和应变的粘结。胶乳可以与水溶聚合物例如聚乙烯醇混合，以增加高温粘附力。底层材料的施加可以使用任何已知的操作方法，例如用刷子、滚筒或喷雾装置。

组合部件的固化通常由双组分树脂成分的催化反应提供，外壳内的温度增加范围在约68到约350之间，压力减小范围在约20到约30英寸汞柱之间，使得多层未熟化的元部件被压缩和固化，以形成组合部件。在替代实施例中，固化过程可以在压热器内完成，其中，真空袋子外面的压力可增加到约80到约90磅/每平方英寸(psi)。

图2示出本发明的一个替代实施例。在图2和图3中，相同的部件使用与前面相同的附图标记。因此，图2描述了制造在具有增强密封特性的真空装袋系统中的组合部件。该过程包括如下步骤：(i)提供具有工作表面的成形工具118；(ii)在工作表面上设置敷层部件120；(iii)在敷层部件上设置真空层元件108，其中，所述真空层形成外壳；(iv)向真空装袋系统的元部件中的至少一个(即，成形工具、通气/泄放或真空层)应用树脂密封层106；(v)降低外壳内的压力；并且(vi)固化敷层部件以形成组合部件。所述的密封层可以应用到通气/泄放层和/或者真空元件上，以提供形成组合部件所需要的真空和真空密封完整性。此外，如上所述，并且上述讨论结合在此，可在施加密封层之前应用底层材料。

成形工具118可以预制成具有大体平坦或成型的表面，并具有预期组合部件的形状。在一个实施例中，成形工具具有大致平坦的工作表面。在另一替代实施例中，成形工具提供了具有拐角、曲线或表面突起的成型工作表面。预成形的工作表面限定了经固化的组合部件的预期形状。此外，成形工具可以由各种材料例如金属、陶瓷、玻璃或复合材料组成。而且，成形工具可以是有孔或无孔材料。在一个实施例中，成形工具可以由金属材料组成。

根据本发明的另一实施例，成形工具118可包含可能弱化或使成形工具不可操作的不合需要的裂纹、孔隙或槽。本发明提供了一种通过在成形工具上应用树脂密封层的方法来密封或修补这种损坏的或破损的成形工具。树脂可应用到具有裂纹、孔隙或缺陷的成形工具的外表面上。在另一实施例中，密封树脂可应用到具有裂纹、孔隙或缺陷的成形工具的工作表面上。在又一实施例中，密封层可直接应用在成形工具的裂纹或孔隙上。在本实施例中，密封树脂可渗入裂纹或孔隙中，形成密封的或修补的表面。一旦应用并且固化，树脂可以为成形工具提供密封完整性，从而使工具在其它处理循环中可操作和可再使用。

根据本发明，敷层部件120可以应用到成形工具118的工作表面的至少一部分上。根据另一实施例，所述敷层部件可应用到成形工具的整个工作表面上。通常，敷层部件由几个生材料元部件组成。这里所用的“生”材料指未固化或部分固化的复合材料。例如，敷层部件的组成可以是：(i)第一释放层或垫116；(ii)应用到第一释放层的干或湿敷层预浸件114；(iii)应用到预浸件的第二释放层112；以及(iv)应用到第二释放层的通气/泄放层110。如上所述，这些元件中的至少一个可被喷射以形成敷层部件。典型地，释放层通过擦拭方法来应用，但是，如下面所讨论的，预浸件和通气/泄放部件可被喷射以形成敷层部件。

在准备将未固化或部分固化的敷层部件120应用到成形工具上时，第一释放层116可以设置在成形工具118和预浸件114之间。可以通过喷射、刷、手工敷设、擦拭或任何其他合适的方式实现第一释放层的设置。通常，第一释放层通过擦拭方法来施加。第一释放层的成分可以是硅树脂、蜡和各种聚合物。所述成分可以根据预期应用而改变。在一个实施例中，第一释放层成分可以是含氟聚合物。在替代实施例中，第一释放层的成分可以与第二释放层的成分相同。此外，第一释放层的厚度可在约0.01mm到约1mm的范围内。特别地，第一释放层的厚度为约0.01mm。但是，在另一实施例中，第一释放层的厚度可以小于0.01mm。第一释放层可以构造成防止预浸件粘结或粘附到成形工具的工作表面上。

预浸件114通常提供组合部件的结构增强。预浸件可以是各种浸有树脂的合成物。术语“预浸”是树脂预浸渍增强纤维织物和/或纤维的缩写。预浸件可包括任何“生”材料，包括合成物、聚合物、塑料或其中装袋作为其过程的一部分的任何其他材料。在本发明的一个实施例中，预浸件可以是干敷层预浸件。干敷层是在真空装袋过程之前预制的预浸件。例如，干敷层预浸件可具有蜂窝芯部结构，其中，芳族(aramide)、铝金属或泡沫可以构造成蜂窝形。蜂窝芯部可以被引入几个自粘附预浸件铺设材料。所述铺设材料可以应用到蜂窝芯部结构的顶部或底部以形成预浸件蜂窝结构。然后，所述预浸件蜂窝结构可以应用到成形工具上。在替代实施例中，干敷层预浸件可以由玻璃纤维增强复合材料制成，该复合材料在真空装袋前局部成形或固化。也可以应用其他适于复合成形过程的增强材料。

通常，增强材料以预定模式布置或定位，以对预浸件提供最佳增强支承。各纤维或增强层的方向性可以被操作以增强纤维的总体增强强度。例如，多层增强布可以手工放置在成形工具上。各层可以沿着相同的方向互相重叠放置，或者沿着相互交错的方向重叠设置。在替代实施例中，通过机器，增强层可以按预期的模式设置在成形工具上。此外，仔细确定增强纤维的层数以提供适当的纤维-树脂比率。

在本发明的另一实施例中，预浸件114可以由湿敷层过程制成。湿敷层过程涉及在模上应用增强纤维布。树脂(例如，环氧树脂)被手工地刷或者浇在增强纤维上以产生未固化的预浸件。湿敷层过程通常是被集成在传统的真空装袋过程中的副过程。根据本发明，预浸件可用所属领域技术人员知道的任何增强材料组成。例如，Kevlar、芳族聚酰胺纤维(aramidefibers)、布、塑料纤维、泡沫和玻璃纤维等等。

在另一实施例中，预浸件可以通过同时喷射由增强纤维和树脂组成的混合物来形成。喷射预浸件的作用使得预浸成形材料能适当地混合和配置。喷射由增强纤维和树脂组成的预浸成形合成混合物，生产出具有增强合成强度的有机预浸结构。用来生产预浸结构的树脂可以是环氧酯、聚氨酯、聚脲、聚酯、乙烯基酯或它们的混合物。在需要与成型模子表面一致的情况下，喷射预浸过程比干敷层过程好。通过喷射形成预浸结构的过程使用户能根据符合模子表面的需要应用或多或少的生材料。喷射预浸过程消除了干敷层或手工敷层过程中可能存在的折叠、折痕或接缝。此外，通过喷射过程，自然减少了气孔和缺口。尽管不是特有的，但是，可以设想，在某些情况下，在施加密封层之前可对系统施加预浸件。

在本发明的实施例中还可包括第二释放层112。在真空装袋系统中采用第二释放层避免了预浸件粘结或粘附到通气/泄放层上。第二释放层可以由含氟聚合物组成。特别地，含氟聚合物可以是氟化聚乙烯化合物。但是，第二释放层可以根据其预期应用改变组成和材料浓度。在一个实施例中，第二释放层可被成分改变的密封树脂化合物替代或更换。改变密封树脂的配方可使该配方实现第一或第二释放层的特性和功能。典型情况下，第二释放层的厚度范围在约0.01mm到约1mm内。在另一实施例中，第二释放层112的厚度可以小于0.01mm。与第一释放层相同，第二释放层也可以通过手工刷抹或者喷雾装置加以应用。

根据本发明，通气/泄放层110结合在真空装袋过程中。所述通气/泄放层提供了用于当真空压力应用到真空袋子外壳时供气体和过量树脂流出的气体或过量树脂通道。很多所属领域技术人员把通气/泄放层称作泄放层或通气层，意指独立和分开的层。根据本发明的一个实施例，通气/泄放层可以是独立的层。传统情形下，泄放层在多孔膜材料内设有吸收区，使得在抽真空过程中，可以从预浸件吸收过量的树脂。当真空压力应用到真空袋时，预浸件从若干生材料中分离出过量的树脂材料，树脂材料随后被泄放层所吸收。

另一方面，通气层与泄放层作用相同，但是，当在袋子外壳内抽真空压力时，通气层使气体能流出。如上所述，根据本发明，通气/泄放层指能完成所有上述功能的单独层。而且，所述通气/泄放层通常由多孔或含纤维材料例如毡制类材料组成。这种材料厚度通常约1mm到约10mm，更优选为约3mm到约5mm。顺便提及的是，真空口104和真空口孔102应该与通气/泄放层直接接触或连通，以便能从空间中抽出空气，由此降低外壳的压力。

在又一实施例中，通气/泄放层可以手工地施加、刷涂或喷射。通过喷射技术获得通气/泄放层需要喷雾装置，该喷雾装置同时喷射纤维和润湿剂例如树脂。在优选实施例中，晶态纤维在接触润湿剂之前通电。电荷诱发并促进晶体增长，直至与润湿剂接触。一旦该配方与预期表面接触，则结果形成通气/泄放层。在具有很多突起和折叠的情况下，使用喷射技术来形成通气/泄放层是有益的。此外，喷射方法可以减轻其他手工敷设过程必然导致的折叠、折痕或接缝。

在未固化的生材料被压缩和固化之前，真空层108可以手工地敷设或设置在敷层部件120上以形成真空外壳。在示例实施例中，真空外壳可以是真空薄膜层。通常，胶带和粘接剂可以与真空外壳结合使用，以围绕成形工具的边缘密封。真空外壳可以包括对于真空装袋系统中所用生材料而言为惰性的、不可渗透的材料。按照惯例，真空材料可以由所属领域技术人员通常所用的任何已知真空材料组成。特别地，真空材料为薄膜，并且可以为尼龙基材料。在本发明的另一实施例中，树脂密封层106可应用到敷层部件上而不是真空层上，以形成如图3所示的真空外壳。在替代实施例中，树脂密封层可应用到真空层上以增强密封性能和完整性，同时降低真空外壳的真空袋子失效，如图1和图2所示。在另一示例实施例中，真空层和密封层可由相同的树脂配方组成。在本实施例中，多层树脂形成真空层和密封层。

在本发明的一示例性实施例中，树脂密封层106可以被喷射到真空装袋系统的至少一个元部件(例如，成形工具、预浸复合材料、真空层等)上。密封层可施加在底层材料上，从而促进粘结并且进一步增强真空装袋系统的密封或真空完整性，如在此结合上面已经讨论的。树脂密封层可以是具有相当快的固化时间和高拉伸强度的热固树脂。所述树脂可以包括聚脲/聚氨酯成分。树脂可以是一种惰性合成物，其主要包括：a)包括芳族或脂肪族二异氰酸酯预聚物化合物的第一成分；以及b)包括增链剂和化合物的混合物的第二成分。所述化合物选自伯二胺、仲二胺、羟基封端的化合物及它们的混合物。但是，树脂合成物中也可以包括其他添加剂。树脂除了真空装袋外可以有各种应用。例如，热固树脂可用在船体生产、弹道飞弹生产和汽车生产中。热固树脂的适当应用取决于配方和该配方中包含的添加剂，例如压电材料、金属纤维、玻璃纤维等。

可以通过各种方法例如擦、滚、蘸、刷、喷射等完成或执行前面所述的应用树脂密封层。可以使用一个或多个装置、压力或马达驱动敷料机(例如，喷雾装置)、甚至使用自动系统来手动地施加密封层。通常，密封树脂配方包括两种成分，正如这里进一步描述的。两种成分通常混合在一起以开始固化反应。树脂通常在混合过程中固化，但是，根据成分的比率或者成分某一或某些方面的改变，固化能变缓。因此，应该在混合过程中施加树脂。在示例性实施例中，两种成分在喷雾设备或喷射装置中彻底混合。喷射密封树脂用于促进树脂材料的均匀分布或应用。随后，密封树脂混合物被喷射到成形工具、通气/泄放层、或者真空袋子外壳上，这样增强接收元部件的密封完整性。

热固密封树脂的机械属性能增强组合部件的结构完整性，因为热固密封树脂材料柔软到能够延伸足够长，使得在应用到工作表面的轮廓上时能减少复合材料破裂。发明者已经发现，这些属性对真空装袋过程是有利的。在传统的真空装袋过程中，真空薄膜被仔细地敷设在包含裂缝、突起或轮廓的区域周围。由于生材料固化，布置在这些区域的真空薄膜受压，使薄膜容易发生真空或元部件失效。但是，使用本身具有某些弹性特征的密封树脂，能使该过程具有一种更牢固的密封方法。因此，应该向真空装袋系统施加足量的密封树脂，从而提供增强的密封性能并增强密封或真空完整性。在一个实施例中，树脂可以在真空装袋系统上施加3mm厚。在另一实施例中，施加的密封树脂的厚度大于3mm。根据树脂的配方，热固密封树脂106的固化时间可以小到30秒。额定固化时间用于促进整个真空装袋系统中的时间缩短。

在本发明另一实施例中，密封树脂可用来修补传统真空袋子外壳。例如，密封树脂可以应用在可重复使用的、显示真空薄膜受到撕扯、破坏和磨损的真空袋子表面上。施加密封树脂可获得复原的密封胶层。

如图2所示，树脂密封层106可以施加在真空层108和通气/泄放层110上。图3显示了施加在通气/泄放层上，优选为在底层材料上以形成真空外壳的密封层。在真空装袋过程中在不同元部件上应用树脂密封层减少了气穴、缺口、气孔。将密封树脂施加在真空层108上能密封真空层接缝和边缘，由此增强真空层的完整性并减少袋子失效。这样，树脂密封层能作为真空装袋系统的保护层。增强真空装袋系统的密封性能减少去除气孔、缺口或气穴所需要的时间，并能降低对质量控制技术员的需求，从而显著地改善总的准备时间。

在一个示例实施例中，热固树脂配方包括第一成分和第二成分。第一成分可以是芳族或脂肪族二异氰酸酯预聚物化合物，而第二成分提供了增链剂与伯或仲二胺化合物的混合物。所述二异氰酸酯预聚物化合物选自4，4-亚甲基联苯二异氰酸酯(MDI)、2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4，4′-二环已基甲烷二异氰酸酯(HMDI)以及它们的混合物。通常，所述二异氰酸酯预聚物化合物包括4，4-亚甲基联苯二异氰酸酯，其已经与多元醇(例如，胺封端的预聚物或羟基封端的预聚物)部分聚合。第二成分的伯或仲二胺化合物的混合物通常是双官能或三官能的胺封端的聚醚化合物。此外，增链剂是二乙基甲苯二胺(DETDA)化合物。而且，热固树脂可以由与对于真空装袋系统的生材料而言呈惰性或无反应性的材料组成。每种成分的重量百分比根据应用而变化。例如，在一个实施例中，热固树脂合成物可以包括约50％体积的第一成分和50％体积的第二成分。

可以采用适于各自预期应用的任何已知方法完成或执行将双组分树脂应用到真空装袋系统上。例如，如上所述，可以通过擦、刷、滚、浇、蘸、喷射或通过机械系统或装置施加所述树脂。在本发明的一个实施例中，可以通过压缩空气、无气的、气溶胶或机器人的喷雾系统或装置喷射树脂。在具体实施例中，采用无气喷雾系统或装置应用树脂。此外，双组分树脂合成物可以在通过喷雾枪装置的喷嘴进行喷雾时混合。在一个实施例中，树脂在从喷嘴中排出之前可以在附接于喷雾装置的预混腔内混合。在传统情况下，传统喷雾装置是在双组分树脂从喷雾枪装置排出之后进行混合。

图4示出描述用于增强真空装袋系统的密封性能的方法400的流程图。相应地，方法400包括组装真空装袋系统元部件的步骤402、在至少一个所述元部件上施加树脂密封层的步骤404、以及使密封层固化的步骤406，其中真空装袋系统包括至少成形工具、复合材料预浸敷层以及真空外壳，密封层构造用来改善真空装袋系统的密封完整性。

下面的示例示出本发明的至少一个实施例。但是，应该理解，下面仅是本发明原理应用的示例或例证。所属领域技术人员在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对组成、方法和系统做出各种修改和替换。所附的权利要求意在覆盖这种修改和布置。因此，尽管上面已经对本发明进行了特征性描述，但下面的示例将会提供更多的细节。

示例

4英尺×4英尺的大致平坦组合部件通过预制具有预期产品形状的成形工具而成形。包括含氟聚合物的释放层用作第一释放层。该释放层敷设在成形工具表面上。干预浸敷层部件被手工地布置在释放层上，确保所有轮廓和气孔基本被排除。包括含氟聚合物的第二释放层应用到预浸件上。因此，毡制通气/泄放层被手工地布置在第二释放层上，而真空薄膜层设置在整个突起上方。在“生”材料上方密封真空层，以形成真空袋子外壳。真空口设置成与通气/泄放层直接接触。包括50％w/w聚脲以及50％w/w聚氨酯的热固树脂被喷射到乳胶底层材料上方的真空薄膜上，从而形成密封层，由此防止泄漏或袋子完整性失效。然后，将真空袋子系统布置在压热器上，其中袋子内的压力降低到约20到30英寸汞柱，外部压力增加到约90psi，温度增加到约350℃。组合部件随后被固化，并且在压热器内约2到4小时之后从模子中移走。那么，一旦固化，由底层材料引起的临时粘结得到释放，因此，允许从成形工具上轻松地移走真空外壳。

尽管已经参考某些优选实施例描述了本发明，所属领域技术人员将会意识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以进行各种修改、变化、省略和替代。例如，还可以使用其他热固树脂、预浸件、成形工具。因此，本发明的保护范围只由所附权利要求的范围所限定。

Claims (34)

1.一种增强真空装袋系统的密封性能的方法，该真空装袋系统用于形成组合部件，该方法包括如下步骤：

组装真空装袋系统的元部件，该真空装袋系统包括至少成形工具、复合材料预浸敷层以及真空外壳；

在所述元部件中的至少一个上应用树脂密封层；以及

固化密封层，其中，密封层构造用于改善真空装袋系统的密封完整性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在进行应用树脂密封层的步骤之前，将底层材料应用在成形工具上，所述底层材料构造成与密封层和成形工具相互作用以增强密封完整性。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过促进密封层和成形工具之间的临时粘结，底层材料被构造成与密封层和成形工具相互作用。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，底层材料包括胶乳基底层材料。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空装袋系统还包括通气/泄放层元部件。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用选自擦、蘸、刷、滚和喷射的操作方法实施所述应用树脂密封层步骤。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应用密封层的步骤还包括在通气/泄放层上应用树脂。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，真空外壳元部件包括真空薄膜层。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空外壳包括所述密封层。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空外壳包括真空薄膜层和在真空薄膜层上面附着的密封层。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，应用密封层的步骤还包括在真空外壳上应用密封层。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固化密封层的步骤被进一步构造用于形成气密外壳。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，应用密封层的步骤还包括在成形工具的裂纹或孔隙上应用密封层。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：应用密封层的步骤包括在成形工具的外表面上应用密封层。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，应用密封层的步骤包括将密封层应用到具有裂纹或孔隙的成形工具的工作表面上。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一种树脂成分选自热固树脂、聚合树脂以及热塑树脂。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂包括热固树脂。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，树脂包括：

a)包括芳族或脂肪族二异氰酸酯预聚化合物的第一成分；以及

b)包括增链剂和化合物混合物的第二成分，所述化合物选自伯二胺、仲二胺、羟基封端的化合物及它们的混合物。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述二异氰酸酯预聚化合物选自4，4-亚甲基联苯二异氰酸酯(MDI)、2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)以及4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述二异氰酸酯预聚化合物包括4，4-亚甲基联苯二异氰酸酯。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述二异氰酸酯预聚化合物与多元醇部分聚合。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多元醇包括胺封端的化合物或羟基封端的化合物。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，伯或仲二胺化合物的混合物是具有至少两种功能的胺封端的聚醚化合物。

24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，真空外壳包括真空薄膜层，真空薄膜层上具有预先应用的密封层。

25.一种具有增强的密封性能的真空装袋系统，该系统包括：

具有工作表面的成形工具部件；

应用到该工作表面的至少一部分上的敷层部件；

应用到敷层部件上的真空层，其中，真空层形成真空外壳；

在应用于成形工具表面上的底层材料上方的前述部件中至少一个上应用的树脂密封层，所述底层材料促进所述真空层、所述密封层与所述成形工具之间的粘结，以及

与敷层部件连通的真空口。

26.如权利要求25所述的真空装袋系统，其特征在于，所述敷层部件包括预浸生材料以及至少一个选自第一释放层、第二释放层以及通气/泄放层的元件。

27.如权利要求25所述的真空装袋系统，其特征在于，至少一种树脂成分选自热固树脂、聚合树脂和热塑树脂。

28.如权利要求25所述的真空装袋系统，其特征在于，

a)包括芳族或脂肪族二异氰酸酯预聚化合物的第一成分；以及

b)包括增链剂和化合物混合物的第二成分，所述化合物选自伯二胺、仲二胺、羟基封端的化合物及它们的混合物。

29.一种真空装袋系统，包括：

具有工作表面的成形工具；

应用到该工作表面的敷层部件，其中，敷层部件可以包括：

i)第一释放层，

ii)应用到第一释放层上的预浸件，

iii)应用到预浸件上的第二释放层，

iv)应用到第二释放层上的通气/泄放层；

应用到敷层部件上的真空层，其中该真空层形成真空外壳；

设置在成形工具表面上的底层；

在底层上方应用到真空层上的树脂密封层；以及

通过密封层与通气/泄放层连通的真空口。

30.一种增强真空装袋系统的密封或真空完整性的方法，该真空装袋系统用于形成组合部件，该方法包括：

组装真空装袋系统的元部件，所述真空装袋系统包括至少成形工具、在成形工具上方的复合材料预浸敷层、以及围绕所述预浸敷层的真空外壳；

确定至少一个可能泄漏或失效的元部件；

在所述至少一个经确定的元部件上应用足量的树脂，以增加该经确定的元部件的密封完整性；并且

使树脂固化以增加密封完整性。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括在成形工具上应用树脂之前在成形工具上应用底层材料。

32.一种真空模制组合部件的方法，包括如下步骤：

在成形工具上敷设复合成形材料；

在复合成形材料上应用通气/泄放层；

围绕通气/泄放层设置真空层以形成真空外壳；

在真空外壳上应用密封树脂；

降低真空外壳内的压力；并且

固化复合成形材料和密封树脂以形成组合部件。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括：在应用密封树脂之前，在成形工具上方应用底层材料。

34.一种密封真空装袋系统元部件表面的方法，包括如下步骤：

在设置于成形工具表面上的底层材料上方将密封树脂应用在真空装袋系统的至少一个元部件的外表面上，所述至少一个元部件选自成形工具、覆盖成形工具的复合材料预浸敷层、以及围绕所述预浸敷层的真空外壳；并且

固化密封树脂以形成真空密封。

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