CN101247948B - 制造夹层构件的方法及压机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造包含开口芯结构(2)和施加到其两侧的覆盖层(1、3)的夹层构件的方法，所述层(1、3)用可固化的塑性材料形成，并且所述夹层构件在密闭装置中在压力下固化。根据本发明，在覆盖层(1、3)至少部分固化之前，将填充气体特别是氮气或空气引入到芯结构(2)中，并且选择填充气体压力p_填充气体使其小于或等于密闭装置的操作压力p_操作，以显著地在很大程度上防止在覆盖层(1、3)中形成凹痕。在夹层构件的固化期间以适当方式控制芯结构(2)中的填充气体的填充气体压力p_填充气体能够制造具有几乎最佳表面特征的夹层构件，特别是在芯结构(2)的覆盖层(1、3)上没形成凹痕，(所述凹痕通常由由于冷却过程而在芯结构(2)的室中产生的负压引起)。这避免以前所需的夹层构件的复杂机械后处理，例如磨削或填充。本发明还涉及一种实施所述方法的压机。

Description

制造夹层构件的方法及压机

技术领域

本发明涉及一种制造具有开口芯结构和施加到其每一侧的覆盖层的夹层构件，其中用可固化的塑性材料形成所述覆盖层，并且在密闭装置中在压力下固化所述夹层构件。

此外，本发明涉及一种用于实施根据本发明方法的压机，所述压机具有两个通过至少一个加热器可控制温度的压区，所述压区由框围绕，以便将其封闭，其中可以将芯结构以及用可固化的塑性材料形成的至少两个覆盖层放置在框中的适当位置，以便形成夹层构件。

背景技术

通常，由将覆盖层施加到其每一侧的芯结构形成用在轻型结构尤其是航空器结构领域中的夹层构件。覆盖层通常由预制的所谓的“预浸”材料制成。该预浸材料是织造增强纤维材料、夹层增强纤维稀松布，或者包含在工厂中已用可固化塑性材料(例如环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂或BMI树脂)预浸渍的不连续的增强纤维。预浸材料具有有限的保存寿命，甚至在低储存温度下也是如此，并且必须在短时间内处理。通常使用蜂窝结构或包含各种几何形状的折叠的蜂窝结构。

为了制造夹层构件成品，例如平坦的夹层板，优选把覆盖层放置在芯结构每一侧的适当位置上。根据刚度要求，覆盖层可以包含将一层放在另一层之上的多层，所述多层含有预浸材料。然后在合适的装置中尤其是在压机或高压釜中在高温高压下，在精确限定的时间内固化该结构，以便形成夹层构件成品。

由于与环境温度相比时所需的固化温度例如140℃是高的，所以芯结构的每个室中的内部压力升高。因为包含在覆盖层中的可固化塑性材料在固化过程中改变其粘度，所以起初内部过压力可以从室中逸出。当在固化过程完成后夹层构件冷却时，在芯结构的各个室中产生微小的负压，所述负压在芯结构的每个室之上导致凹痕。上述行为与所用的可固化塑性材料或树脂体系无关。

为了确保最终的夹层构件(尤其是用作用于航空器客舱的内衬构件)的足够的表面品质，通常需要一些精细的表面再加工，例如磨削和平整。此外，在固化过程期间，由于蒸汽的形成，塑性材料或预浸材料可以在至少部分区域中起泡，使得在覆盖层内表面的区域中影响覆盖层和芯结构之间的机械连接。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制造夹层构件的方法，所述方法可以制造具有最佳表面的夹层构件。

该目的首先由具有权利要求1的特征的方法实现。

通过在覆盖层的至少部分固化之前，将填充气体尤其是氮气或空气引入到芯结构中，能够制造具有几乎最佳表面特征的夹层构件，这通常不需要任何机械再加工，其中选择填充气体压力使其小于或等于密闭装置的操作压力，以便尤其是在至少很大程度上防止在覆盖层中形成凹痕。

根据本发明方法的一个实施方案提供作为覆盖层固化度函数的通过控制和调节装置可改变的填充气体压力。这样能够非常精确地控制根据本发明方法的进展，所述控制得到夹层构件的几乎最佳的表面，尤其是没有任何凹痕等。

本发明的另一个有利的实施方案使得填充气体的温度降低，以便减少夹层构件在装置中的停留时间。因为缩短了固化夹层构件的冷却时间，所以这能够加快整个生产方法。

根据本发明的其它实施方案，用压机或高压釜固化夹层构件。为了实施根据本发明的方法，首先把至少一个覆盖层、随后把必需的开口芯结构、以及至少一个另外的覆盖层放置在压机中，并在高温高压下固化，其中所述芯结构填充有填充气体。在该方法中，填充气体的压力必须不超过压机的操作压力，以便在固化过程中使覆盖层充分地适合于芯结构并由此使覆盖层足够强地结合到芯结构上。在一种可替代的方法中，也可以在高压釜中进行夹层构件的固化。在该方法中，必须再次选择高压釜的内部压力，使得其超过填充气体的压力。

根据本发明方法的另一个有利的实施方案提供可通过控制和调节装置得到的覆盖层的固化度，尤其是覆盖层的粘度状态，并由此改变填充气体的压力。

这样通过增加填充气体的压力几乎可以完全抑制覆盖层中凹痕的形成，所述凹痕在冷却过程期间在芯结构的室中出现，并且出现凹痕时将必需精密的机械再加工。在该方法中，当与通过根据经验确定的在每种情况下所用的预浸材料或所用的树脂体系的例如与时间相关和/或与温度相关的固化曲线来间接地确定各自的固化度相比时，直接测量覆盖层的固化度能够更精密地控制夹层构件的芯结构中的填充气体压力，所述填充气体压力是避免凹痕所必需的。

根据另一个有利的实施方案，通过相对介电常数的改变由控制和调节装置确定至少一个覆盖层的粘度状态。在用可固化塑性材料(例如环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、BMI树脂等)形成的覆盖层的固化过程中，覆盖层的相对介电常数改变，可通过控制和调节装置以简单的方式获得所述相对介电常数，例如通过合适地设置在密闭装置(例如压机等)中的传感器获得。

根据本方法的另一个有利的实施方案，为了形成夹层构件的一体化的边界密封，在密闭装置中进行固化之前，使至少一个覆盖层的突出超过芯结构的至少一个边界部分至少在一些部分中相对于芯结构的至少一个边缘和/或相对于另一个覆盖层放置(例如相互贴靠地放置)。为了形成一体化的边界密封，必须使至少一个覆盖层具有比芯结构的顶部或底部大的面积。为了形成一体化的边界密封，突出的边界部分至少相对于芯结构的边缘放置。因此所述边界部分必须“弯曲”90°。如果边界部分的宽度足够的话，那么所述边界部分可以相对于芯结构的两个边缘和相对于另一个覆盖层的顶部放置，以便产生一体化的边界密封与芯结构和覆盖层之间的非常好的结合。将以这种方式形成的包含芯结构以及相应的“弯曲”覆盖层的结构例如放置在合适的挤压装置的框中。在该布置中，框必须与所得夹层构件的尺寸精确匹配，使得一方面在填充气体的供应期间，围绕芯结构边缘放置的覆盖层不凸出。另一方面，框不能太小，这是因为必须充分考虑到至少一个覆盖层的相对于芯结构的边缘放置的边界区域的另外的材料厚度，使得待固化的夹层构件可以放置在框中。如果夹层构件的所有四个侧面均被覆盖层的预浸材料包封，则用于填充气体的连接装置或入口和出口空气连接件变得必须至少在一侧穿透放置在芯结构边缘周围的覆盖层。

本方法其它有利的实施方案包含在其它权利要求中。

此外，通过用于实施根据权利要求8的方法的压机实现根据本发明的目的。

由于为了在夹层构件固化期间尤其是至少部分防止在覆盖层出现凹痕，框包含至少一个用于使得填充气体进入和/或离开芯结构的连接装置，所以可以以简单的方式制造具有良好表面品质的夹层构件，所述夹层构件特别是不需要通过磨削、平整等的任何机械再加工。

有利的压机设计提供压机的操作压力和/或可通过控制和调节装置改变的填充气体压力。

这使得能够精确地控制填充气体压力，使得尤其可以在很大程度上防止在固化过程期间在覆盖层中形成凹痕。

根据压机的另一个有利的实施方案，通过控制和调节装置可改变至少一个压区的温度。该实施方案能够精确地并且最重要的是可靠地重复固化过程，所以总是确保所制造的夹层构件具有相同的机械特征。

另一个有利的实施方案提供可通过控制和调节装置改变的填充气体温度。这样可以缩短整个生产过程的持续时间，这是因为为了冷却，在快到固化过程结束时使填充气体的温度下降，使得可以较早地从压机中取出最终的固化夹层构件。

根据本发明的压机的另一个有利的实施方案，可以通过控制和调节装置获得覆盖层的固化度，尤其是覆盖层的粘度状态。当与通过根据经验确定的与时间相关和/或与温度相关的固化曲线(特征粘度图)等间接地确定覆盖层的固化度相比时，直接测量粘度状态能够更精确地控制固化过程。

根据本发明压机的其它有利实施方案公开于所附的权利要求中。

附图说明

附图说明如下：

图1是用于实施根据本发明的方法的压机的示意图。

参照图1，解释根据本发明的方法和用于实施本方法的压机。

图1是具有待制造夹层构件的子构件的用于实施本方法的压机的透视图。

具体实施方式

在所示的示例性实施方案中，夹层构件包括覆盖层1、芯结构2和另一个覆盖层3。覆盖层1、3包含预浸材料。所谓的预浸材料可以是已用可固化塑性材料预浸渍的不连续的增强纤维、织造增强纤维材料或夹层增强纤维稀松布。具体地，可以将碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等用作增强纤维。具体地，将环氧树脂、聚酯树脂、BMI树脂等用作用于预浸材料的可固化塑性材料。随着提供热量，预浸材料可以固化。在所示的示例性实施方案中，芯结构2是有槽的蜂窝状芯。可以使用任何所需的开口三维芯结构，即特别是可排放的芯结构替代有槽的蜂窝状芯，例如树脂稳定的针织织物、树脂稳定的机织织物、穿孔的芯结构、开孔的塑料泡沫、折叠的蜂窝状芯、机织材料的成形隔离物(例如处于蛋类包装盒的形式)等。

在夹层构件的制造中使用的压机包括顶部压区4、底部压区5和以耐压方式围绕待制造的夹层构件的框6。为了制造一维弯曲或二维弯曲的夹层构件，压区4、5可以包含不同于所示的平面形状的几何形状，例如其可以是球面的。压区4、5和框6包含加热器装置(未示出)。通过驱动装置(未示出)，例如液压缸等，可以以限定的机械力F将至少上压区4下降到下压区5上。由于作用于顶部压区4的机械力F，所以在压机中出现操作压力p_操作。操作压力p_操作至多15巴。通过控制和调节装置7可以控制或调节至少作用于顶部压区4的机械力F以及用于控制顶部压区4和底部压区5的温度的加热器。在压机的外面存在标准环境大气压力p_环境和标准环境温度T_环境。

为了实施根据本发明的方法，将用于形成最终夹层零件的包含覆盖层1、3和芯结构2的结构放置到框6中。随后使用力F相对于底部压区5向下压至少顶部压区4，使得覆盖层1、3牢固地压到芯结构2上。这样在芯结构2和覆盖层1、3之间得到机械上很能承受负荷的连接。如此，通过加热装置，设置压区4、5的温度T_压区，使得用于形成覆盖层1、3的预浸材料在用于各自的预浸材料或树脂体系的最佳固化温度下固化。

在所示的示例性实施方案中，压机的框6包括三个连接装置8～10，通过所述连接装置可以使填充气体以预定的填充气体压力p_填充气体进入或离开芯结构2。可以通过合适的控制阀控制填充气体压力p_填充气体，而所述控制阀可以通过控制和调节装置控制，所述控制阀影响来自压缩气体存储装置的流入。为了能够以限定的方式降低芯结构2中的压力，可能必须提供气体输送装置例如泵等。通过控制阀(未示出)由控制和调节装置7控制填充气体通过连接装置8～10的流入和流出，尤其是控制填充气体压力p_填充气体以及控制填充气体的供给量和移出量。甚至在施压步骤期间在压区4、5移动期间，框6通过密封元件(未示出)以明显耐压的方式密封压区4、5，以便在芯结构2中可得到比环境空气压力p_环境高的填充气体压力p_填充气体。所述三个连接装置8～10能够快速地设定在芯结构2中的预定填充气体压力。一些其它个数的连接装置也能充分地作用于该布置。

可以将例如空气、氮气或一些其它化学惰性气体用作填充气体。为了实施根据本发明的方法，在夹层构件的固化过程期间，控制和调节装置7持久地获得覆盖层1、3的固化度或粘度状态。

例如可以通过在固化过程期间测量用于形成覆盖层1、3的塑性材料或预浸材料的相对介电常数的变化，来得到固化度。为此将合适的电传感器设置在压区4、5或覆盖层1、3的区域中。

作为替代方案，也能够根据经验确定与时间相关的、与温度相关的和与压力相关的各种预浸材料的固化曲线。然后将这些固化曲线存储在控制和调节装置7中。通过测量固化过程的持续时间，然后控制和调节装置7可以确定例如在每种情况下作为压区4、5的温度(所述温度已经通过加热器确定)的函数的覆盖层1、3在当时的固化度或在当时的粘度状态。

然后由如此确定的覆盖层1、3在当时的固化度或各自的粘度状态，确定所需的填充气体压力p_填充气体，以可靠地防止在固化过程期间在覆盖层1、3上出现凹痕。在这个步骤中，必须考虑到覆盖层1、3和芯结构2之间的粘合连接的机械载荷能力随着固化过程向前推进随覆盖层1、3固化度的增加而增加，使得填充气体压力p_填充气体可以逐渐地作为覆盖层1、3增加的固化度的函数而增大。

优选选择填充气体压力p_填充气体(其由于压力F而由压机施加到覆盖层1、3或芯结构2上)不超过压机的操作压力p_操作，以实现覆盖层1、3在芯结构2上的仍然足够的接触压力。需要该操作压力p_操作或接触压力，以在覆盖层1、3和芯结构2之间产生粘合连接，该粘合连接提供足够的机械载荷能力，并且因此对于待制造夹层构件可达到的总强度来说是必需的。

通过控制和调节装置7相应地控制作为固化过程进展并因此作为覆盖层1、3增加的固化度的函数的填充气体压力p_填充气体，能够制造具有几乎最佳表面品质的夹层构件，换句话说，尤其是没有任何凹痕等。因此可以避免对夹层构件表面进行通过磨削、平整等的昂贵的机械再加工，到目前为止该再加工是必需的，尤其是将夹层构件用作航空器客舱中的内部衬里构件时。

为了从一开始就为待制造的夹层构件提供边界密封，例如能够使覆盖层1包括比芯结构2的顶部11或底部12大的面积。然后将该额外的覆盖层材料放置到芯结构2的边缘13～16上，并且在固化过程期间连接到边缘13～16以形成边界密封。此外，可以从顶部11开始将额外的覆盖层材料拉到边缘13～16的周围，正好到芯结构2的下侧12。边界密封的整体制造需要相应的精确配合的框6，其中必须考虑用于形成覆盖层1、3的材料的材料厚度。通过根据本发明的该方法，例如能够不进行通过用刮刀或某些其它涂覆工具涂覆密封材料的边界密封的后续处理。

在所示的示例性实施方案中，本方法需要用作填充气体的入口空气连接件和出口空气连接件的连接装置8～10至少穿透靠着芯结构2的边缘16放置的覆盖层材料。固化后，必须用相应的材料密封这些通孔(尤其在制造内部衬里构件的过程中，优选选择所述通孔的位置使得在最终的安装过程中所述通孔不可见)，以便防止任何水分和/或外部颗粒进入。

此外，如果必要的话，可以通过温度控制装置尤其是组合的加热和冷却装置以靶向方式降低填充气体的温度T_填充气体，使得在这种情况下通过冷却夹层构件以确保较快地从压机中移出所述夹层构件的能力，并尤其确保特别是制造过程的缩短。

根据所用的树脂体系，压区4、5的温度为例如140℃，以便确保足够快的固化过程。优选填充气体压力p_填充气体小于6巴，以得到覆盖层1、3对芯结构2的仍然足够强的机械连接。

作为替代方案，也可以在高压釜中进行夹层构件的固化。

附图标记列表

1覆盖层

2芯结构

3覆盖层

4压区(顶部)

5压区(底部)

6框

7控制和调节装置

8连接装置

9连接装置

10连接装置

11顶部(芯结构)

12下侧(芯结构)

13边缘

14边缘

15边缘

16边缘

Claims (15)

1.一种制造具有开口芯结构(2)和施加到其两侧的覆盖层(1、3)的夹层构件的方法，其中用可固化的塑性材料形成所述覆盖层(1、3)，并且在密闭装置中在压力下固化所述夹层构件，其中在所述覆盖层(1、3)的至少部分固化之前，将能够通过控制和调节装置(7)改变的填充气体引入到所述芯结构(2)中，其中选择小于或等于所述密闭装置的操作压力的填充气体压力，以防止在所述覆盖层(1、3)中形成凹痕，和其中通过所述控制和调节装置(7)改变所述填充气体压力，使得所述填充气体的压力作为所述覆盖层增加的固化度的函数而增大。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述填充气体是氮气或空气。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中降低所述填充气体的温度，以降低所述夹层构件在所述装置中的停留时间。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中将压机或高压釜用作固化所述夹层构件的装置。

5.如权利要求1所述的方法，其中通过所述控制和调节装置(7)得到所述覆盖层(1、3)的固化度，并且其中相应地改变所述填充气体压力。

6.如权利要求5所述的方法，其中通过所述控制和调节装置(7)得到所述覆盖层(1、3)的粘度状态。

7.如权利要求1所述的方法，其中通过相对介电常数的变化由所述控制和调节装置(7)确定至少一个覆盖层(1、3)的所述粘度状态。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中为了形成所述夹层构件的一体化的边界密封，在所述密闭装置中进行固化之前，使至少一个覆盖层(1、3)的突出超过所述芯结构(2)的至少一个边界部分至少在一些部分中相对于所述芯结构(2)的至少一个边缘(13、14、15、16)和/或相对于另一个覆盖层(1、3)放置。

9.一种实施如权利要求1～8中任一项所述的方法的压机，包括两个通过至少一个加热器可以控制温度的压区(4、5)，所述压区(4、5)由用于密封的框(6)围绕，其中为了形成夹层构件，可以将芯结构以及使用可固化的塑性材料形成的至少两个覆盖层(1、3)放置在框(6)中的适当位置并可以施加压力，其中所述框(6)包括至少一个用于使填充气体进入和/或排出所述芯结构(2)的连接装置(8、9、10)，以在所述夹层构件的固化过程期间，至少部分防止在所述覆盖层(1、3)中出现凹痕，

其中所述压机的操作压力p_操作和/或填充气体压力p_填充气体可以通过控制和调节装置(7)改变，和

其中为了至少部分防止在所述覆盖层(1、3)中形成凹痕，通过所述控制和调节装置(7)可以改变作为使用所述可固化塑性材料形成的所述覆盖层(1、3)的粘度状态的函数的所述填充气体压力p_填充气体。

10.如权利要求9所述的压机，其中通过所述控制和调节装置(7)可以改变至少一个压区(4、5)的温度T_压区。

11.如权利要求9或10所述的压机，其中通过所述控制和调节装置(7)可以改变所述填充气体的温度T_填充气体。

12.如权利要求9或10所述的压机，其中通过所述控制和调节装置(7)可以得到所述覆盖层(1、3)的固化度。

13.如权利要求12所述的压机，其中通过所述控制和调节装置(7)可以得到所述覆盖层的粘度状态。

14.如权利要求9或10所述的压机，其中通过测量相对介电常数由所述控制和调节装置(7)可以得到所述覆盖层(1、3)在固化过程期间的所述粘度状态。

15.如权利要求9或10所述的压机，其中通过所述控制和调节装置(7)可以控制所述固化过程的进展。