CN101472731B - 生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明指导一种优选用于生产两层带状离轴复合预浸渍体材料的方法和装置，该离轴复合预浸渍体材料的纤维方向相对于基底纸张纵向成正负5度角。这种离轴预浸渍体复合材料带材的用途是制造长宽比较大的部件，诸如飞行器的复合机翼桁条或翼梁。

Description

生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置
技术领域
本发明涉及复合材料，更特别涉及为制造飞行器复合部件生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置。 
背景技术
目前存在用来生产多层带材和制造交叉层结构材料的方法和装置。这种已知方法包括使用许多层具有标准层片纤维取向角度的碳带材，诸如0度，正负45度和90度。新近的调查显示，利用非标准层片纤维取向角度，对于飞行器复合部件来说，可以非常显著地节省重量，诸如正负5度、和正负65度片材取向角度。65度片材取向角度容易利用现有设备布置。但是，正负5度的片材角度对于目前的布置过程带来了困难，特别是对于更为狭窄的飞行器复合部件，诸如桁条布置。利用目前的预浸渍体层压设备在预浸渍体带材上制作角度非常小的切口不切实际或者无法实施。可以通过让运行路线离开部件边缘来避免进行小角度切割，但是这样会浪费大量材料。目前，为了获得小角度布置的重量优势，需要进行手工切割和布置。甚至对于手工切割来说，也难于实现，原因在于切口长度(即，6英寸宽的带材的切口大约69英寸长)以及产生难于控制的长捆(wispy)尾部。优选方式是获得预浸渍体材料辊子，其已经布置成一层为正5度带材，而第二层为负5度带材。但是，这种产品结构还不为人所知，或者尚未实现。 
研究表明，使用非标准层片取向角度可以显著节省重量。但是实施方法有限。手工布置价格昂贵，而利用现有设备进行布置又显著浪费材料，特别是对于狭窄的部件。如果能有效地生产正负5度材料，则可以利用传统带材布置设备进行铺设。实际上，可以增加生产力，因为可以同时铺设两层。 
因此，需要一种改进的生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置，且该方法和装置不具有已知方法和设备中存在的问题。 
发明内容
本发明满足了这种需求，提供了一种改进的生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置，并且提供了一种独特的、非显而易见的、具有优势的生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置。现有方法和设备都未能提供本发明的众多优势之全部。与已知方法和设备不同，生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置提供以下优势：提供了一种以狭窄带材生产两层单向离轴复合预浸渍体材料的方法和装置，该狭窄带材相对于基底纸张的纵向具有小角度纤维方向，即大约正负5度；提供了生产具有纤维取向不同的若干片材的复合预浸渍体材料辊子的方法和装置；提供了改善部件布置生产力的方法和装置，因为若干层可以同时布置，而非单独布置；提供了简化所需布置设备的方法和装置，因为可以不需要单独的交叉片材层压过程，原因在于，交叉片材包含在所铺设的材料中；并且提供了有效并廉价地生产离轴带材的方法和装置，主要用于制造长宽比较大的部件，诸如飞行器的复合机翼桁条。由于离轴带材可以沿着部件长度应用，所以避免了因单向预浸渍体带材离开部件边界而导致的大量三角形预浸渍体废料。除了浪费材料，离开部件边缘运行也延长的设备运行时间。 
在本发明的第一方面，提供了一种生产两层带状离轴复合预浸渍体材料的装置，该装置包括：安装在第一辊子座上的基底纸张辊子；适配成解绕基底纸张并将基底纸张卷绕在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围的至少一个纸张导向件；独立于心轴支撑并设计成以彼此相反的方向在心轴周围同轴旋转的至少两个应用轮，每个轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和预浸渍体供应辊子位于相对于心轴中轴线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮设计成从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张上同步铺设带材层；压紧部件，其用于将预浸渍体材料压紧并挤压到基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件；切割设备，其用于切割预浸渍体管件；和开启部件，其用于打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的两层带状离轴复合预浸渍体输出材料，其中该带材卷绕起来，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。在本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的装置，除了该装置形成带状的3层或更多层离轴复合预浸渍体材料，并且具有3个或更多个应用轮，每个轮上具有一个预浸渍体供应辊子。
在本发明的另一方面，提供了一种生产两层带状离轴复合预浸渍体材料的方法，该方法包括步骤：解绕安装在第一辊子座上的基底纸张辊子，并将基底纸张绕制在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围；在心轴周围以彼此相反的方向同轴旋转至少两个应用轮，每个应用轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和供应辊子位于相对于心轴中心线法向量处于离轴位置的轴线上，而且每个轮从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张铺设带材层；利用压紧部件将预浸渍体材料压紧在基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件；以切割部件切割预浸渍体管件；以开启部件打开并铺平预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的两层带状离轴复合预浸渍体材料；和卷起该复合预浸渍体带材，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。在本发明的另一方面，提供了一种如上所述的方法，除了该方法形成3层或更多层带状离轴复合预浸渍体材料，并且具有3个或更多个应用轮，每个轮具有一个预浸渍体供应辊子。 
1.一种生产两层带状离轴复合预浸渍体材料的装置，该装置包括： 
安装在第一辊子座上的基底纸张辊子； 
适配成解绕基底纸张并将基底纸张卷绕在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围的至少一个纸张导向件； 
独立于心轴支撑并设计成以彼此相反的方向在心轴周围同轴旋转的至少两个应用轮，每个轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和预浸渍体供应辊子位于相对于心轴中轴线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮设计成从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张上同步铺设带材层； 
压紧部件，其用于将预浸渍体材料压紧并挤压到基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件； 
切割设备，其用于切割预浸渍体管件；和 
开启部件，其用于打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的两层带状离轴复合预浸渍体输出材料，其中该带材卷绕起来，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。 
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括加热器部件，其靠近所述预浸渍体辊子，用来加热所述预浸渍体辊子，以软化它。 
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言为大约正5度，而对于第二预浸渍体层而言，为大约负5度。 
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约小于30度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为大约小于30度的负值。 
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约小于85度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为大约小于85度的负值。 
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在该装置中，一个应用轮中仅有一个预浸渍体供应辊子。 
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个应用轮包括4个预浸渍体供应辊子。 
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，应用轮的数目为3或更多。 
9.如权利要求1所述的装置，进一步包括第二压紧部件，用于在复合预浸渍体带材卷绕在输出辊子周围之前，压紧并挤压复合预浸渍体带材。 
10.一种生产三层或更多层带状离轴复合预浸渍体材料的装置，该装置包括： 
安装在第一辊子座上的基底纸张辊子； 
适配成解绕基底纸张并将基底纸张卷绕在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围的至少一个纸张导向件； 
独立于心轴支撑并设计成以彼此相反的方向在心轴周围同轴旋转的多个应用轮，应用轮数目等于需要形成的复合预浸渍体材料的层数，每个轮中安装纸张剥离辊子和一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和预浸渍体供应辊子位于相对于心轴中轴线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮设计成从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张上同步铺设带材层； 
压紧部件，其用于将预浸渍体材料压紧并挤压到基底纸张上，形成卷绕 在心轴周围的预浸渍体管件； 
切割部件，其用于切割预浸渍体管件；和 
开启部件，其用于打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的三层或更多层带状离轴复合预浸渍体输出材料，其中该带材卷绕起来，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。 
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述三层或更多层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约介于5度到85度之间的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为大约介于5度到85度之间的负值。 
12.一种生产两层带状离轴复合预浸渍体材料的方法，该方法包括步骤： 
解绕安装在第一辊子座上的基底纸张辊子，并将基底纸张绕制在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围； 
在心轴周围以彼此相反的方向同轴旋转至少两个应用轮，每个应用轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和供应辊子位于相对于心轴中心线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张铺设带材层； 
利用压紧部件将预浸渍体材料压紧在基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件； 
以切割部件切割预浸渍体管件； 
以开启部件打开并铺平预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的两层带状离轴复合预浸渍体材料；和 
卷起该复合预浸渍体带材，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。 
13.如权利要求12所述的方法，在压紧步骤之前，进一步包括步骤： 
以第一加热器部件加热所述预浸渍体供应辊子，以软化它。 
14.如权利要求12所述的方法，在切割步骤之前，进一步包括步骤： 
以第二加热器部件加热预浸渍体供应辊子，以软化它。 
15.如权利要求12所述的方法，在卷绕步骤之前，进一步包括步骤： 
压紧并挤压所述复合预浸渍体。 
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述两层离轴复合预浸 渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言为大约正5度，而对于第二预浸渍体层而言，为大约负5度。 
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约小于30度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为大约小于30度的负值。 
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约小于85度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为大约小于85度的负值。 
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，应用轮的数目为3或更多。 
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，应用轮的数目等于需要形成的离轴复合预浸渍体材料层的数目。 
附图说明
本发明的前述和其他优势及特征以及实现它们的方式，将在结合附图考虑以下本发明的详细说明之后，变得更加清楚明白，所述附图示出了优选和示例的实施方式，但是并不是依据比例绘制，其中： 
图1是透视图，示出了根据本发明一种实施方式用来生产离轴复合预浸渍体材料的装置； 
图2是透视图，示出了包含加热器部件的本发明的装置的轮部分； 
图3是预浸渍体供应辊子相对于心轴轴线的取向角度处于正5度和负5度的视图； 
图4是5度片材铺平时，预浸渍体辊子相对于心轴轴线的取向角度的视图； 
图5是65度片材铺平时，预浸渍体辊子相对于心轴轴线的取向角度的视图； 
图6是4个预浸渍体供应辊子位于应用轮内侧的视图，在心轴周围应用一个完整的片材。 
具体实施方式
现在将参照附图更为全面地说明本发明，附图中示出了本发明的一些实施方式，但不是全部。实际上，本发明可以以若干不同形式实施，且不应当理解为限制于文中所述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开全面且完整，将向本领域技术人员完整传达本发明的范围。类似的附图标记始终指代类似的元件。 
现在参照附图，特别是图1，示出了根据本发明的一种实施方式，用来生产两层带状离轴复合预浸渍材料的装置和系统10。本发明指导一种方法和装置，将零度复合预浸渍体(商品材料配置)辊子优选转化为带有正负5度取向的两个层的材料辊子。产生的产品可以装载到现有的布置设备中，诸如传统复合带层压设备，并像传统零度材料那样发放。转换设备的配置可以与材料零售商或部件制造商所用的设备相同。术语“预浸渍体”在文中作为术语“预先浸渍过”的简写。预浸渍材料是衬垫、织物或非纺织材料与通常固结的树脂的结合体。标准预浸渍体包含比完工部件所希望的量更多的树脂，并且在固结过程中将多余的树脂排出。净树脂预浸渍体包含的树脂量与完工部件所希望的量相同，并且在固结过程中没有树脂排出。包含化学增稠剂的预浸渍体称为模制片材，而那些呈片状的称为片材模制混合物。 
图1示出了本发明的装置10。该装置包括安装在第一辊子座14上并由其支撑的基底纸件12辊子。优选，基底纸件是设置在纸板管件或芯部上的具有非粘性涂层的纸质材料。装置10进一步包括至少一个纸张导向件16，其适配成解卷或解绕基底纸张12，并将基底纸张卷绕在由至少两个心轴座20支撑的柱状心轴18周围。装置10进一步包括至少两个应用轮22，所述应用轮独立于心轴18支撑并设计地在心轴周围同轴旋转，优选方向彼此相反。每个轮22由驱动辊子24支撑并驱动。每个轮22承载纸张剥离辊子26以至少一个具有预浸渍体材料的预浸渍体供应辊子28。纸张剥离辊子26安装在轴30上。预浸渍体供应辊子安装在轴32上。轴30、32相对于心轴中心线的法向量略微倾斜。轮22向相对方向旋转，每个轮以螺旋取向围绕心轴铺设预浸渍体带材。每个轮22设计地随着其沿着心轴移动，而从预浸渍体供应辊子向基底纸张上同步铺设螺旋取向的带材层。轮沿着心轴移动时，其旋转与基底纸张的线性运动机械同步或电气同步。这样保证了每个螺旋层 100％覆盖心轴。每个应用轮可以包括一个、两个、三个、四个或更多个预浸渍体供应辊子，取决于供应材料的可用宽度。在另一种样式中，3个或更多个应用轮可以用在该装置中，提供3层或更多层离轴复合预浸渍体材料或预浸渍体带材。在该装置的另一种样式中，可以仅在该装置中使用一个应用轮，以提供一层复合预浸渍体材料或预浸渍体带材。该装置可以构造地仅仅具有一个应用轮。可以选择的是，该装置可以构造有两个应用轮，其中一个轮脱开不使用。可以选择的是，该装置构造有3个或更多个应用轮。供应辊子所需宽度取决于片材角度，相对于轴线较小的片材角度比较大的片材角度需要更宽的带材。所需带材宽度可以从应用轮上的超过一个供应辊子获取。优选，供应辊子上的预浸渍体材料厚度从0.007英寸到约0.0085英寸，更优选预浸渍体材料宽度为0.008英寸。优选，基底纸张宽度为24英寸、厚度约为0.005英寸。但是，也可以使用其他合适的基底纸张宽度。在各种情况下，心轴直径必须等于或小于基底纸张宽度除以π(π等于3.14159265)，以确保基底纸张完全覆盖心轴。 
装置10进一步包括第一压紧部件34，用来将预浸渍体材料压紧并挤压到基底纸张12上，形成卷绕在心轴18周围的预浸渍体管件36。压紧部件34优选呈轨道压紧辊子形式，位于应用轮22下游较远处。任选，辐射或对流热源(未示出)可以用来软化压紧部件上游的预浸渍体带材，以协助压紧过程。该装置可以进一步包括切割部件38，用来切割预浸渍体管件36。优选，切割部件38呈切刀轮形式，用来在基底纸张边缘汇合的地方切断预浸渍体管件36。装置10还包括开启部件(未示出)，用于将切断的预浸渍体管件36打开并铺平，形成输出产品或辊子40，该辊子取出时，成为基本上平坦的两层离轴复合预浸渍体材料，带有基底纸张。预浸渍体管件36逐渐打开，形成平坦片材，并缠绕或卷绕在输出辊子40周围，该输出辊子安装在第二辊子座42上。优选，输出辊子的宽度为24英寸宽，且通常双层预浸渍体厚度为0.15英寸。但是，也可以使用其他适当宽度。在输出辊子之前，可能希望整合另外的切割部件(未示出)，并且使用多个辊子缠绕输出材料。例如，24英寸的宽度可以切割成4件6英寸宽的输出辊子。这种切割和绕制过程在工业上经常使用。装置10还包括第二压紧部件44，用于在复合预浸渍体材料或带材卷绕在输出辊子周围之前，将其压紧并挤压。此外，可以应用各种辊子和热源(未示出)以促使预浸渍体管件向平坦片材的过渡。 
图2是透视图，示出了本发明的装置的轮22，其包含加热器部件46。优选，该加热器部件是辐射加热器，诸如石英灯，该加热器可以用来加热预浸渍体供应辊子，以改善树脂的粘性。优选，加热器部件的位置靠近预浸渍体供应辊子，以加热预浸渍体供应辊子来软化它。优选，加热预浸渍体辊子所用的温度大约小于150华氏度，更优选该温度为90华氏度。根据心轴座之间的心轴跨度，可能需要心轴支撑辊子48来防止心轴下垂。由于辊子48将接触预浸渍体材料，所以其可以具有非粘性表面，诸如碳氟塑料材料。优选，生成的两层离轴预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体中的单向碳纤维，碳纤维在树脂基体中相对于基底纸张中轴线的取向角度对于第一预浸渍体层而言大约为正5度，而对于第二预浸渍体层而言为负5度。此外，生成的复合材料可以包括两层离轴预浸渍体材料，该预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体中的单向碳纤维，碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层来说可以为大约5度到大约85度之间的任何角度，而对于第二聚集体层来说，可以是从大约5度到大约85度之间的任何对应负角度。更优选，对于第一预浸渍体层来说，碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度小于30度，而对于第二预浸渍体层来说，取向角度为小于30度的对应负角度。 
图3是预浸渍体供应辊子相对于心轴轴线的取向角度50为正5度和负5度的情形。但是，可以利用不同的设备设置来产生各种其他角度，从5度到85度。片材数目可以从1到6或更多发生变化，只要实施方式具有对应数目的串联轮即可。 
图4是当5度片材52铺平时，预浸渍体供应辊子相对于心轴轴线的取向角度。每个片材的取向要求不同宽度的预浸渍体供应辊子。较小的片材角度，诸如5度，要求预浸渍体供应辊子基本上与输出辊子宽度一样，如图4所示。图中示出了供应辊子宽度54，以及心轴18。 
较大的片材角度，诸如65度，要求如图5所示更为狭窄的预浸渍体供应辊子。图5是65度的片材56铺平时，预浸渍体供应辊子相对于心轴轴线的取向角度。图中还示出了供应辊子宽度54。如果预浸渍体辊子相对较宽，则可以使用两个或更多个较为狭窄的预浸渍体供应辊子，而非单一供应辊子，以提供所需的宽度。 
图6是4个预浸渍体供应辊子28位于应用轮(未示出)内侧的图示， 在心轴18周围应用完整的片材。因此，本发明的装置可以包括4个独立的应用轮。 
在本发明的另一种样式中，提供了用来生产3层或更多层带状离轴复合预浸渍体材料的装置。该装置包括安装在第一辊子座上的基底纸张辊子，和至少一个适配成解绕基底纸张并将其卷绕在柱状心轴周围的纸张导向件，心轴支撑在至少两个心轴座上。该装置进一步包括多个应用轮，数量等于需要形成的复合预浸渍体材料的层数，每个应用轮于独立于心轴支撑，并设计成在心轴周围旋转。在每个轮内安装纸张剥离辊子和一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和支撑辊子位于各轴线上，所述的各轴线相对于心轴中心线法向量处于离轴位置。此外，每个轮设计成从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张上铺设带材层。该装置进一步包括压紧元件，用于将预浸渍体材料压紧和挤压在基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件。该装置进一步包括切割部件，用于切割预浸渍体管件。该装置进一步包括开启部件，用于打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、以基底纸张和复合预浸渍体形成的三层或更多层带状离轴复合预浸渍体材料，其中带材卷绕起来，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。三层或更多层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，处于大约正5度和正85度之间，而对于第二预浸渍体层而言，处于负5度到负85度之间。 
在本发明的另一种样式中，提供了一种用于以输出辊子或带材形式生产两层离轴复合预浸渍材料的方法。该方法类似于现有使用传统复合带材层压设备的方法，该设备连续编织一管材料，然后将其切开并作为连续带条卷起。不同之处在于，本发明生产较之编织过程生产的产品而言，以更小的纤维锐角生产非纺织产品。本发明的方法包括步骤：首先将安装在第一辊子座14上的基底纸张12辊子解绕，并将基底纸张绕制在由至少两个心轴座20支撑的心轴18周围。该方法进一步包括步骤：在该心轴周围以彼此相反的方向同轴旋转至少两个应用轮22，每个应用轮中安装纸张剥离辊子26和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子28，纸张剥离辊子和供应辊子位于各轴线上，所述各轴线相对于心轴中心线法向量而言处于离轴位置。每个轮从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴铺设预浸渍体带材。每个应用 轮中包括一个、两个、三个、四个或更多个预浸渍体供应辊子。如上所述，优选复合预浸渍体带材为6英寸宽。此外，该方法包括一个、两个、三个、四个或更多个应用轮。该方法进一步包括步骤：利用第一压紧部件34将预浸渍体供应辊子压紧并挤压在基底纸张上，形成围绕心轴卷绕的预浸渍体管件36。该方法另外包括步骤：以切割部件38切割预浸渍体管件。该方法另外包括步骤：以开启部件(未示出)打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的两层带状离轴复合预浸渍体材料。该方法进一步包括步骤：将该复合预浸渍体材料卷起，形成安装在第二辊子座42上的输出产品或辊子40。在压紧步骤之前，该方法可以进一步包括步骤：以第一加热器部件加热所述预浸渍体辊子，以软化之。在切割步骤之前，该方法可以另外包括步骤：以第二加热器部件加热预浸渍体辊子，以软化之。优选，用于加热预浸渍体供应辊子的温度大约小于150华氏度，更优选为90华氏度。在卷绕复合预浸渍带材的步骤之前，该方法可以进一步包括步骤：以第二压紧部件44压紧并挤压复合预浸渍体。 
优选，本发明的方法形成包括处于树脂基体内的单向碳纤维的两层离轴复合预浸渍体材料，碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约正5度，而对于第二预浸渍体层而言，大约为负5度。此外，本发明的方法形成包括处于树脂基体内的单向碳纤维的两层离轴复合预浸渍体材料，碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为大约小于30度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，大约为小于30度的负值。此外，当一个应用轮中仅存在一个预浸渍体供应辊子时，本发明的方法形成包括处于树脂基体内的单向碳纤维的一层离轴复合预浸渍体材料。形成预浸渍体复合材料输出产品的平均速率约为每分钟2000-5000英寸。 
本发明提供了生产具有单层非零纤维取向片材的材料辊子，或具有多种取向的多层带材的辊子，诸如具有正5度、负5度、正65度、负65度片材的产品，全部结合在材料辊子中。该辊子的每一层在多个方向具有强度。本发明的方法和装置还生产具有单层正负5度取向的材料的材料辊子。这种离轴预浸渍体复合材料带材主要用来制造长宽比较大的部件，诸如飞行器的复合机翼桁条或翼梁。 
本发明的许多改动方案和其他实施方式将进入本发明所属技术领域人 员的思想，并具有前述说明和相关附图教导的优势。因此，应该理解，本发明并非限于所公开的具体实施方式，改动方案和其他实施方式应当包含在附带的权利要求书的范围之内。虽然文中采用了具体的术语，但是它们仅用于概括和说明的意思，而不用于限制。 

Claims (10)

1.一种生产带状的两层离轴复合预浸渍体材料的装置，该装置包括：
安装在第一辊子座上的基底纸张辊子；
适配成解绕基底纸张并将基底纸张卷绕在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围的至少一个纸张导向件；
独立于心轴支撑并设计成以彼此相反的方向在心轴周围同轴旋转的至少两个应用轮，每个轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和预浸渍体供应辊子位于相对于心轴中轴线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮设计成从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张上同步铺设带材层；
压紧部件，其用于将预浸渍体材料压紧并挤压到基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件；
切割设备，其用于切割预浸渍体管件；和
开启部件，其用于打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的带状的两层离轴复合预浸渍体输出材料，其中带状材料卷绕起来，形成安装在第二辊子座上的输出辊子；
其中所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为小于30度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为小于30度的负值。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括加热器部件，其靠近所述预浸渍体供应辊子，用来加热所述预浸渍体供应辊子，以软化它。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在该装置中，一个应用轮中仅有一个预浸渍体供应辊子。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个应用轮包括4个预浸渍体供应辊子。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，应用轮的数目为3或更多。
6.如权利要求1所述的装置，还包括一压紧部件，用于在复合预浸渍体带材卷绕在输出辊子周围之前，压紧并挤压复合预浸渍体带材。
7.一种生产带状的两层离轴复合预浸渍体材料的方法，该方法包括步骤：
解绕安装在第一辊子座上的基底纸张辊子，并将基底纸张绕制在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围；
在心轴周围以彼此相反的方向同轴旋转至少两个应用轮，每个应用轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和供应辊子位于相对于心轴中心线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮从预浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张同步铺设带材层；
利用压紧部件将预浸渍体材料压紧在基底纸张上，形成卷绕在心轴周围的预浸渍体管件；
以切割部件切割预浸渍体管件；
以开启部件打开并铺平预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复合预浸渍体形成的带状的两层离轴复合预浸渍体材料；和
卷起该复合预浸渍体带材，形成安装在第二辊子座上的输出辊子；
其中所述两层离轴复合预浸渍体材料包括处于未固结树脂基体内的单向碳纤维，所述碳纤维相对于基底纸张中轴线的取向角度，对于第一预浸渍体层而言，为小于30度的正值，而对于第二预浸渍体层而言，为小于30度的负值。
8.如权利要求7所述的方法，在压紧步骤之前，进一步包括步骤：
以第一加热器部件加热所述预浸渍体供应辊子，以软化它。
9.如权利要求7所述的方法，在切割步骤之前，进一步包括步骤：
以第二加热器部件加热预浸渍体供应辊子，以软化它。
10.如权利要求7所述的方法，在卷起该复合预浸渍体带材步骤之前，进一步包括步骤：
压紧并挤压所述复合预浸渍体。
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