CN101873922B - 多阶段挤压并压实厚复合维修层压件 - Google Patents
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Abstract
一种制造维修复合部件的层压件的方法，所述复合部件具有暴露表面，所述方法包括：向所述暴露表面施加释放膜，在所述释放膜上形成未固结敷层叠置件组件。通过形成并压实一系列未固结敷层叠置件而形成所述未固结敷层叠置件组件。然后从所述暴露表面去除所述释放膜和敷层叠置件组件。然后将结合材料施加到所述暴露表面，并将所述未固结敷层叠置件组件施加到所述结合材料。然后固结所述敷层叠置件组件和结合材料。
Description
技术领域
本发明涉及以聚合物基体复合材料制造层压件的方法。
背景技术
以聚合物基体复合材料制成的部件在现代汽车、航空和航海工具中形成许多部件，并且在其他类型的设备和结构中形成许多部件。这些部件可能不时发生损坏，因此需要维修或更换。通常要求维修损坏的部件或者维修损坏的部件比更换部件至少更节约成本。维修聚合物基体复合部件的传统方法要求使用专门的工具和双真空工具/过程，这要求多阶段操作和固结循环，或者专门的铺设工具和压热器处理，这种工具昂贵且在用来加速维修方面通常不切实际。
本领域还存在许多熟知的方式来维修损坏的聚合物基体复合部件，但是，都存在严重的缺陷。
附图说明
被认为是本发明特征的新颖特征在说明内容中论述。但是，在结合附图阅读时，通过参照以下详细说明，将最清楚地理解本发明本身以及优选使用方式还有本发明的进一步目标以及优势，在附图中，附图标记中最左侧的有效数字表示该附图标记首次出现的附图，其中：
图1是根据本发明的方法，应用到复合部件的未固结敷层的侧视图；
图2是根据本发明的方法，包裹复合部件上的敷层叠置件的密封袋的侧视图；
图3是根据本发明的方法，位于复合部件上的多个敷层叠置件的侧视图；
图4是根据本发明的方法，设置在敷层叠置件和复合部件之间的结合层的侧视图；
图5是根据本发明的方法，包裹复合部件上的多个敷层叠置件的密封袋的侧视图；
图6是根据本发明的方法，复合部件上的固结复合层的侧视图；
图7是根据本发明的方法，复合部件的替代实施方式的侧视图。
具体实施方式
虽然本发明容易进行各种改动并具有替代形式，但是本发明的具体实施方式作为示例在附图中进行例示并在下文中详细描述。但是，应该理解，描述具体实施方式的目的并不是将本发明限制于所公开的特定形式，而是相反，本发明应该覆盖落入文中所述发明的精神和范围内的全部改动、等同方案和替代形式。
以下描述本发明的例述实施方式。为了清晰起见，并非实际实施方案的全部特征均在说明书中描述。当然应该理解，随着任何所述实际实施方式的发展，可以针对具体的实施方案做出许多决定，以实现开发者的具体目的，诸如符合有关系统和有关商业的约束条件，这些约束条件在实施方案彼此之间并不相同。此外，应该理解，这种研发工作可能过程复杂且耗费时间，但是仍然是本领域技术人员根据本文公开内容所从事的常规工作。
本发明指导一种用于多阶段挤压并压实以一种或多种聚合物基体复合材料制成的复合维修厚层压件的方法。在一种实施方式中，所述方法应用与维修现有的复合部件。所述方法提供一种满足层压件相同质量要求的复合部件，因为厚层压件利用高压压热器处理制成。为了描述的目的，术语“厚层压件”指的是以超过10个聚合物基体复合材料敷层制成的层压件。
参照附图中的图1，示出了预先存在的复合部件101。要注意，复合部件101可以是平面形式或非平面形式。释放膜层103应用到复合部件101，而聚合物基体复合材料制成的多个未固结第一敷层105(为了清楚，在图1中仅标出了1个敷层)应用到释放膜103。在优选实施方式中，构成多个未固结第一敷层105的未固结敷层105的数目不超过大约10个敷层。多个未固结第一敷层105构成第一敷层叠置件107。未固结敷层105可以包括“湿式铺设”的敷层或预先浸渍的敷层，即“预浸渍”敷层。
现在参照图2，放气材料(未示出)和密封袋201以传统方式施加在第一敷层叠置件107和释放膜103上。密封袋201连接到复合部件101的暴露表面203，在暴露表面203和密封袋201之间形成基本上气密的密封件。真空端口205通过密封袋201延伸，允许从密封袋201上位于密封袋201和暴露表面203之间的基本上气密的密封件内抽走气体。真空组件(未示出)连接到真空端口205，从密封袋201的密封空间内抽走气体，如箭头207所示。在优选实施方式中，2到3英寸汞柱水平的真空施加在密封袋201的密封空间。除了施加真空之外，热源209将至少第一敷层叠置件107加热到期望的挤压和压实温度。在优选实施方式中，利用热源209向第一敷层叠置件107施加足够的热量，将第一敷层叠置件107的温度升高到大约125华氏度的温度。第一敷层叠置件107在真空中，例如1到2英寸汞柱的真空中，保持在所述期望温度，例如大约125华氏度，持续足够长的时间，以挤压并局部压实第一敷层叠置件107。在优选实施方式中，第一敷层叠置件107在真空中保持在期望温度并持续大约1小时。随后，第一敷层叠置件107优选在完全真空中，例如大约28英寸汞柱的真空中，保持在期望温度，持续大约30分钟的时间期间，从而进一步压实第一敷层叠置件107。在期望的挤压和压实时间期间之后，密封袋201、呼吸材料以及任何其他辅助处理材料从第一敷层叠置件107和复合部件101上除去。现在，第一敷层叠置件107被挤压并压实了。
要注意，挤压和压实温度是低于聚合物基体复合材料固结温度的温度。
现在参照图3，多个敷层叠置件，诸如第一敷层叠置件107、第二敷层叠置件301和第三敷层叠置件303，组合成敷层叠置件组件305。敷层叠置件组件305可以包括任何适当、期望数量的敷层叠置件，诸如敷层叠置件107、301和303。在例述实施方式中，通过向第一敷层叠置件107施加多个敷层，优选不超过大约10个敷层，而形成第二敷层叠置件301。袋，诸如密封袋201，则施加到第一敷层叠置件107和第二敷层叠置件301。然后根据参照图2所述的方法，向袋装的第一敷层叠置件107和第二敷层叠置件301施加真空和热量。第三敷层叠置件303以及除第三敷层叠置件303之外的任何期望的敷层叠置件，通过与形成第二敷层叠置件301相同的方法形成。
参照图4，释放膜103(在图1-3中示出)去除并以结合材料401替代。结合材料401设置在敷层叠置件组件305和复合部件101暴露表面203之间。注意，在这种结构中，一种将敷层叠置件组件305年结合到暴露表面203的方法。结合材料401还包括，且不限于：设置在敷层组件305和暴露表面203之间的粘性膏料层或粘性膜层；和/或设置在敷层叠置件组件305内的粘性材料。
如图5所示，放气材料和密封袋501以传统方式应用到敷层叠置件组件305和结合材料401上。密封袋501连接到复合部件101的暴露表面203，在暴露表面203和密封袋501之间形成基本上气密的密封件。真空端口503通过密封袋501延伸，允许气体从密封袋501内位于密封袋501和暴露表面203之间的基本上气密密封件内抽出。真空组件(未示出)连接到真空端口503，从所述密封袋501的密封空间内排出气体，如箭头505所示。在优选实施方式中，完全真空，例如大约28英寸汞柱的真空，应用到密封袋501的密封空间。除了应用真空之外，热源507将至少敷层叠置件组件305加热到希望的固结温度，所述固结温度取决于所用的特定复合材料。在一种实施方式中，热源507将足够的热量应用到敷层叠置件组件305，将敷层叠置件组件305的温度升高到大约250华氏度的温度。敷层叠置件305在完全真空中保持在期望温度，持续足够长的时间期间，以充分固结敷层叠置件组件305和结合材料401，从而形成复合层压件601，如图6所示。在优选实施方式中，敷层叠置件组件305在真空中保持在期望温度持续大约2小时。在持续期望的固结时间之后，密封袋501、呼吸材料以及任何其他辅助处理材料从复合层压件601上去除，如图6所示。随着固结的敷层叠置件组件305粘性结合到现有形式的复合部件101，固结的敷层叠置件组件503和以前的复合部件101现在形成复合层压件601的组成部分。
应该注意，本发明的方法也适用于制造新的复合部件，而非维修复合部件。例如，复合部件101可以被铺设工具取代。在固结敷层叠置件组件305之前，并不使用结合材料401来替换释放膜103，所以可以从铺设工具上取下固结的复合层压件601。
还应该注意，损坏的复合部件701，如图7所示，可以机加工或斜切口，以限定凹部703，敷层叠置件组件705接收在凹部中，固结并粘性结合到复合部件701，从而形成复合层压件707。
上述特定实施方式仅仅为了例述，根据本文的教导，可以通过本领域技术人员理解的不同但等同的方式改动和实践本发明。因此，显然上述特定实施方式可以改变或改动，并且所有这种变体都认为落入本发明的范围和精神内。因此，本发明所要求保护的内容在说明书内容中论述。显然，这里已经说明并例述了具有显著优势的发明。虽然本发明以有限的形式示出，但是并不仅限于这些形式，而是在不脱离本发明构思的前提下，容易实施各种变化和改动。
Claims (18)
1.一种制造维修复合部件的层压件的方法，所述复合部件具有暴露表面，所述方法包括：
向所述暴露表面施加释放膜；
向所述释放膜施加第一敷层叠置件，所述第一敷层叠置件具有多个未固结第一敷层，其中所述第一敷层叠置件接触所述释放膜，且所述释放膜接触所述暴露表面；
压实所述多个未固结第一敷层；
向所述第一敷层叠置件施加第二敷层叠置件，第二敷层叠置件具有多个未固结第二敷层；
压实所述多个未固结第二敷层；
从所述复合部件去除所述释放膜和第一敷层叠置件和第二敷层叠置件；
向所述暴露表面施加结合材料；
向所述暴露表面上的所述结合材料施加包括第一敷层叠置件和第二敷层叠置件的敷层叠置件组件；和
固结所述敷层叠置件组件和所述结合材料，且
其中所述多个未固结第一敷层和所述多个未固结第二敷层至少其中之一包括聚合物基体复合材料，并且在压实过程中的温度低于所述聚合物基体复合材料的固结温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一敷层叠置件和所述第二敷层叠置件至少其中之一包括少于10个未固结敷层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压实所述第一敷层叠置件的步骤包括：将所述第一敷层叠置件至少局部包裹在密封袋中，并将所述密封袋连接到所述暴露表面，从而在所述第一敷层叠置件周围形成气密密封件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，压实所述第一敷层叠置件的步骤包括：从所述密封袋内排出气体。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，压实所述第一敷层叠置件的步骤包括：将所述密封袋内的真空压力升高到第一压力水平，持续第一预定时间量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，压实所述第一敷层叠置件的步骤包括：将所述密封袋内的真空压力升高到第二压力水平，持续第二预定时间量。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，压实所述第一敷层叠置件的步骤包括：将所述密封袋内的温度升高到第一温度，持续第一预定时间量。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压实所述第一敷层叠置件的步骤包括：将所述第一敷层叠置件的温度升高到第一温度，持续第一预定时间量。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固结所述敷层叠置件组件的步骤包括：
将所述敷层叠置件组件至少局部包裹在密封袋中，并将所述密封袋连接到所述暴露表面，从而在所述敷层叠置件组件周围形成气密密封件；
升高所述密封袋内的真空压力；和
将所述密封袋内的温度升高到所述固结温度。
10.一种制造维修复合部件的层压件的方法，所述复合部件具有暴露表面，所述方法包括：
向所述暴露表面施加释放膜；
形成未固结敷层叠置件组件，所述敷层叠置件组件包括多个未固结敷层叠置件，形成未固结敷层叠置件组件包括，对于每个未固结敷层叠置件：
在所述暴露表面上形成未固结敷层叠置件，所述未固结敷层叠置件包括多个未固结敷层，所述未固结敷层中的一个或多个包括聚合物基体复合材料；和
在所述暴露表面上形成另一个未固结敷层叠置件之前，在所述聚合物基体复合材料的固结温度之下向已经形成的未固结敷层叠置件施加真空和热量，
其中第一个形成的敷层叠置件被施加以接触所述释放膜且所述释放膜接触所述暴露表面，并且
每一个后续形成的敷层叠置件施加到先前形成的敷层叠置件；
从所述复合部件去除所述释放膜和所述未固结敷层叠置件组件；
向所述暴露表面施加结合材料；
将所述未固结敷层叠置件组件施加到所述暴露表面上的所述结合材料；和
固结所述未固结敷层叠置件组件和结合材料。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述未固结敷层叠置件至少其中之一包括少于10个未固结敷层。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，形成所述未固结敷层叠置件组件进一步包括，对于每个未固结敷层叠置件，将所述未固结敷层叠置件至少局部包裹在密封袋中，并将所述密封袋连接到所述暴露表面，从而在所述未固结敷层叠置件周围形成气密密封件。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，施加真空包括从所述密封袋中排出气体。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，施加真空包括将所述密封袋中的真空压力升高到第一压力水平，持续第一预定时间量。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，施加真空包括将所述密封袋中的真空压力升高到第二压力水平，持续第二预定时间量。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，施加热量包括将所述密封袋中的温度升高到第一温度，持续第一预定时间量。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，施加热量包括将所述敷层叠置件的温度升高到第一温度，持续第一预定时间量。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，固结所述未固结敷层叠置件组件包括：
将所述未固结敷层叠置件组件至少局部包裹在密封袋中，并将所述密封袋连接到所述暴露表面，从而在所述未固结敷层叠置件组件周围形成气密密封件；
升高所述密封袋中的真空压力；和
将所述密封袋中的温度升高到所述固结温度。
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