CN102006985A - 用于生产平面多轴复合产品的方法以及所得到的产品 - Google Patents

用于生产平面多轴复合产品的方法以及所得到的产品 Download PDF

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Abstract

一种用于生产多轴平面复合产品的方法，所述方法尤其包括下列步骤：(a)形成具有纵向方向和横向方向的垫子(13)，多层的形成至少包括下列步骤：将包括并置的预浸渍有树脂的单向增强纤维带的第一层铺设在制造支承面上，所述第一层的带相对于所述垫子的纵向方向具有第一角度；将包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带的至少一个第二层(11，12)铺设在所述第一层(10)上，所述第二层的带相对于所述垫子的纵向方向具有第二角度；(b)在所述至少两个层上进行压紧；(c)将所述垫子(13)切割为至少一个平面多轴复合产品，该产品对于双曲率来说尤其具有均匀的形变特性，从而使得能够制造形状复杂的构件。

Description

用于生产平面多轴复合产品的方法以及所得到的产品
技术领域
本发明涉及一种复合半成的产品以及用于制造这种半成的复合产品的方法。
背景技术
近来，用于制造复合构件并且尤其是制造具有翘曲或曲线部分的复合构件的主要方法基本有三种。
“复合构件”或“复合材料”的意思是通常由纺织纤维或无纺纤维增强结构制成的以及由保证结构的粘合和向增强结构传递力的(热固性或热塑性)材料制成的构件或材料。
每种方法都有具有特定的优点以及相关联的缺点。
预浸渍的实施方法包括设置包括单向纤维构成的带或纺织带的组。
在预浸渍方法中，单向带或织物被层叠且在压力下进行聚合。
这种方法使得生产具有高的体积分数的纤维的构件；这对于所获得的构件的机械特性方面是非常有利的。
在构件具有简单形状的情况下，所述构件可以是单向预浸渍带，或可以是预浸渍纺织织物。
在构件具有复杂形状的情况下，人们一般使用预浸渍织物，通常为能够在特定范围内形变的2/2斜纹织物。为了使机械性能最优化并且减小构件的成本以及重量，可以考虑单向带铺设；然后，其应当具有大量并置的宽度较窄的带的若干连续层。
但是，在基本元件是平面带且因此不会采用复杂的几何形状时，这种方法不完全适用于生产复杂构件。此外，这种构件的制造循环时间可能较长。因此，这种方法非常不适于以工业速率制造构件。
RTM(树脂传递成型)方法是一种受压成型方法，其中，干燥纤维预制件(玻璃、碳、芳族聚酰胺纤维)被置于模具中，且能够结合有体质颜料的树脂被注射至模具中。一旦树脂聚合，就能够打开模具并且移出构件。这种方法的优点在于生产具有两个完成表面的构件。
但是，这种方法需要昂贵的模具，并且预制件制造步骤很难与工业生产率的需要相一致。
真空袋树脂浸泡方法使得能够生产大型构件。这种方法提供了模具增强层的干燥的铺设，并且在利用密封膜防漏之后，树脂被传递到分配网络与一个或多个抽吸点之间的增强带中。
但是，这种方法的缺点在于生产出仅具有一个功能面的构件。此外，通过这种方式形成的构件对层间剪切力的抵抗力可能较差。
因此，现有的各种方法都具有功能上和/或工业上的限制。
发明内容
在这样的技术背景下，本发明的一个目的是提供一种用于实现半成的复合产品的方法，所述半成的复合产品能够用于制造具有复杂几何形状的承重构件。
根据第一方面，本发明涉及一种制造多轴平面复合产品的方法，所述方法尤其包括下列步骤：
(a)形成具有纵向方向和横向方向的多层的垫子(matelas)，至少包括下列步骤：
将包括并置的预浸渍有树脂的单向增强纤维带的第一层铺设在制造支承面上，所述第一层的带相对于所述垫子的纵向方向具有第一角度；
将包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带的至少一个第二层铺设在所述第一层上，所述第二层的带相对于所述垫子的纵向方向具有第二角度；
(b)在所述至少两个层上实施压紧；
(c)将所述垫子切割为至少一个多轴平面复合产品，该多轴平面复合产品具有形变特性，所述变形特性使得能够制造形状复杂的构件。
因此，本发明提出了通过能够大规模自动化的方法制造复合产品；通过根据本发明的方法获得的半成的产品的关键点是由于其多层结构而表现出的可形变性，在所述多层结构内，能够在带之间或带内部进行滑动。这种能力能够实施为用于实现具有复杂形状的构件，例如，展示出渐进曲率和/或具有双曲率的曲线。已经叙述了能够通过自动化方式在一个位置制造根据本发明的复合产品，接着将其运输至可以位于远处的第二位置，以实施使复合产品形变的方法。
根据本发明的优选实施方式，形成垫子的步骤(a)包括以下步骤：
将包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带的第三层铺设在第二层上，所述层相对于垫子的纵向方向具有第三角度。
因此，获得的所述半成的产品为三层产品。
根据本发明的实施方法规定通过相对于垫子纵向方向在10°至90°之间的角定向实现第一层的铺设。
第二层的铺设通过相对于垫子的纵向方向等于90°的角度定向而实现。
第三层的铺设通过相对于垫子的纵向方向在-10°至-90°之间的角度定向而实现。
根据一种可能性，所述方法可以包括铺设偶数个层的步骤，所述偶数个层布置在将垫子分成两半的中央平面的每一侧上，相同地位的两个层相对于所述平面根据相反角度而定向。“相反角度”表示绝对值相等但是相对于垫子的纵向方向为反向的角度。因此，在本文中，例如具有+30°朝向的层和具有-30°朝向的层表示第一层相对于垫子的纵向方向形成+30°的角度，而第二层相对于垫子的纵向方向形成-30°或+150°的角度。
还可以考虑这样的铺设偶数个层的步骤，所述偶数个层布置在将垫子分成两半的中央平面的每一侧上，相同地位的两个层相对于所述平面根据相同角度而定向。
根据另一种可能性，所述方法包括这样的铺设偶数个层的步骤，所述偶数个层设置在相对于垫子的纵向方向定向为90°的中央层的每一侧上，相同地位的两个层相对于中央层根据相反角度而定向。
本发明规定将单向预浸渍增强纤维带铺设在支承件上，所述带沿垫子的纵向方向连续移动。
具体地，所述方法能够提供为用于形成宽度为大约2000mm的垫子。
根据第二个方面，本发明涉及一种设备，该设备尤其包括：传送机，该传送机具有连续移动的支承面；以及至少两个用于分配所述带的设备，所述至少两个用于分配所述带的设备相对于传送机分别根据第一角度和第二角度而定向。
此外，可以规定所述设备包括根据第三角度而定向的第三带分配设备。
此外，所述设备具有用于将垫子切割为多层产品的装置。
根据第三个方面，本发明涉及一种通过上述方法获得的复合半成多轴产品，所述复合半成多轴产品包括至少两个单向预浸渍增强纤维叠加的层，所述两层分别根据10°至90°之间的角度而定向。
因此，根据本发明的产品没有定向为0°的带，即，没有沿其纵向方向而定向的带。由于其因此能够通过使用带的和纤维的在其间滑动的能力以及通过优选地沿垂直于产品的纵向方向的方向进行形变而使产品具有翘曲形状，这种设置被证明是对产品形变能力来说很重要的。根据本发明的半成多轴复合产品没有沿其纵向方向设置的纤维，该纤维在用于制造复杂构件时能够防止尤其是曲线或具有双弯曲的产品的光滑形变。因此，在形变之后，产品的所有位置中的纤维分数仍然很高并且均匀。
根据一种可能性，半成多轴复合产品包括偶数个层，所述偶数个层设置在将层分为两半的中央平面的每一侧上，相同地位的两层相对于所述平面根据相反角度而定向。
根据另一种可能性，半成多轴复合产品包括偶数个层，所述偶数个层布置在相对于产品的纵向方向定向为90°的中央层的每一侧上，相同地位的两层相对于所述中央层根据相反的角度而定向。
优选地，所述复合半成品包括下列的叠加：
第一层，该第一层包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带，所述第一层相对于所述产品的纵向方向具有第一角度；
第二层，该第二层包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带，所述层第二相对于所述产品的纵向方向具有第二角度；
第三层，该第三层包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带，所述第三层相对于所述产品的纵向方向具有第三角度。
此外，规定将所述第一层相对于所述产品的纵向方向根据10°至90°之间的角度而定向，将所述第二层设置为相对于所述产品的纵向方向以等于90°的角度而定向，而将所述第三层相对于所述产品的纵向方向以与所述第一层的角度相反并且在-10°至-90°之间的角度而定向。
在优选方式中，参与根据本发明的产品的成分的单向纤维是预浸渍有热固性树脂或热塑性树脂的碳纤维，所述碳纤维使得半成产品在后续阶段之后用作承重构件，尤其是在航空应用中是这样。
附图说明
为了正确理解，参照本文的附图对本发明进行说明，所述附图作为非穷尽示例，示出了多轴平面复合产品的制造方法的若干种实施方式。
图1是示出所述方法的一种实施方式的示意图；
图2是制造过程中复合产品的俯视图；
图3是示出所述方法的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于实施根据本发明的方法的设备。
因此，所述设备包括传送皮带2以及用于开卷单向预浸渍纤维增强带7、8和9的三个设备3、4和5。这些用于开卷单向纤维增强带7、8和9的设备3、4和5相对于传送机2精确定向。
在所示示例中，具有三个这样的开卷设备3、4和5，所述开卷设备3、4和5相对于传送机2的行进方向分别定向为+30°、90°和-30°。
开卷设备3、4和5可以是卷轴或用于递送带的其它系统。开卷设备3、4和5可以包括能够使特定长度的带开卷的伺服电机。
通过手动或自动方式，预浸渍有树脂的单向增强纤维带的第一层10置放至传送机2上。在图1所示的实施方式中，第一层10定向为相对于传送机的运动方向成30°角。传送机的运动方向将构成垫子13的纵向方向，所述垫子13通过对预浸渍增强纤维的单向带的连续层进行层叠而获得。
随着传送机向前运动，来自第一层10的带以相对于传送机2的运动方向为30°角而并置。
各个单向预浸渍增强纤维带7、8和9被切割为传送机的宽度，该宽度将形成通过根据本发明的方法而获得的垫子13的宽度。
在下一个位置，传送机运动方向的下游，具有第二设备4，该第二设备4用于分配相对于传送机2的运动方向成90°角的单向预浸渍增强纤维带。
遵循同样的原理，单向预浸渍增强纤维带8被并置以形成垫子的第二层11。这些带8被切割为传送机的宽度。
位于前一位置下游的分配单向预浸渍增强纤维带的第三位置定向为相对于传送机的行进方向成-30°角。
遵循同样的原理，单向预浸渍纤维带9的第三层12通过纤维单向带的并置形成。
在分配位置的下游提供将由所述三个层构成的垫子压紧的步骤。这一压紧阶段能够通过使垫子通过两个滚筒之间而实现，可选地对所述滚筒进行加热。压紧步骤还能通过将工作台安置于温度处于20℃-70℃之间的烤箱中的可能带有通路的真空中来实现。
根据本发明，由所述三个层构成的垫子13接着被切割为单个产品1，所述单个产品1的宽度可以等于150mm并且其长度可以等于工作台的长度，即等于10m。
通过这种方式形成的元件是由三轴定向的纤维合成的三层元件。
接下来能够使用这种平面多轴复合元件并且使其形变为翘曲形状以便实施成U形、Z形、C形或Ω形的增强型元件，所述增强形元件具有非线性弯曲。
当然，本发明并不限于上述实施方式，而是包括所有变型实施方式。
特别地，能够构想出实施用于包括相对于垫子的纵向方向定向为相反角度的两个单向预浸渍纤维带的层的垫子的方法。与图1中所示的实现示例不同，通过这种方式形成的垫子不需要定向为90°的中间层。图3示出了本发明的两层带叠加的这种实施；在所示示例中，第一层单向预浸渍纤维带与产品的纵向方向成30°角，而第二层单向预浸渍纤维带与产品的纵向方向成-30°角。
还能注意到，能够通过等于2、4、6、或8等的多个层来实施本发明，假设在相对于中央层或对称平面为相同地位的一对层中，所述层的带定向为相反角度，所述多个层设置在相对于通过这种方式形成的垫子的纵向方向定向为90°的中央层的每一侧上(在垫子包括奇数个层的情况下)或者设置在对称平面的每一侧上(在垫子包括偶数个层而没有中央层的情况下)。
还能够构想到，除了中央层本身之外的一个层或若干层相对于产品的纵向方向定向为90°。

Claims (19)

1.一种用于生产多轴平面复合产品(1)的方法，所述方法的特征在于，该方法尤其包括下列步骤：
(a)形成具有纵向方向和横向方向的多层的垫子(13)，包括至少下列步骤：
将包括并置的预浸渍有树脂的单向增强纤维带的第一层铺设在制造支承面上，所述第一层的带相对于所述垫子的纵向方向具有第一角度；
将包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带的至少一个第二层(11，12)铺设在所述第一层(10)上，所述第二层的带相对于所述垫子的纵向方向具有第二角度；
(b)在所述至少两个层上实施压紧；
(c)将所述垫子(13)切割为至少一个多轴平面复合产品，该多轴平面复合产品具有均匀的尤其双曲率变形特性，所述变形特性使得能够制造形状复杂的构件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述垫子的所述步骤(a)包括下列步骤：
将包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带的第三层(12)铺设在所述第二层上，所述层相对于所述垫子的纵向方向具有第三角度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一层(10)的铺设通过相对于所述垫子的纵向方向成10°至90°之间的角度而实现。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二层(11)的铺设通过相对于所述垫子的纵向方向成等于90°的角度而实现。
5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第三层(12)的铺设通过相对于所述垫子的纵向方向成-10°至-90°之间的角度而实现。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括铺设偶数个层的步骤，所述偶数个层设置在将所述垫子分成两半的中央平面的每侧上，相同地位的两个层相对于所述平面根据相反角度定向。
7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括铺设偶数个层的步骤，所述偶数个层设置在将所述垫子分成两半的中央平面的每侧上，相同地位的两个层相对于所述平面根据相同角度定向。
8.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括铺设偶数个层的步骤，所述偶数个层设置在相对于所述垫子的纵向方向定向为90°的中央层的每侧上，相同地位的两个层相对于所述中央层根据相反角度定向。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述预浸渍增强带铺设在沿所述垫子的纵向方向连续运动的支承件上。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法能够提供形成宽度为大约2000mm的垫子(13)。
11.一种用于实施如权利要求1至10中任一项所述的方法的设备，其特征在于，所述设备尤其包括：传送机(2)，该传送机(2)具有连续运动的支承面；以及至少两个用于分配所述带的设备(3，5)，所述至少两个用于分配所述带的设备(3，5)相对于所述传送机分别根据所述第一角度和所述第二角度定向。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备包括根据所述第三角度定向的第三带分配设备(4)。
13.如权利要求11或权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所述垫子切割为半成的多层产品的装置。
14.一种通过如权利要求1至10中任一项所述的方法获得的半成的多轴复合产品，其特征在于，所述半成的多轴复合产品包括分别以10°至90°之间的角度定向的至少两个预浸渍单向增强纤维的叠加层(10，11)。
15.如权利要求14所述的半成多轴复合产品，其特征在于，该半成的多轴复合产品包括偶数个层，所述偶数个层设置在将所述层分成两半的中央平面的每侧上，相同地位的两个层相对于所述平面根据相反角度定向
16.如权利要求14所述的半成多轴复合产品，其特征在于，所述半成的多轴复合产品包括布置在相对于所述产品的纵向方向以90°定向的中央层(11)的每侧上的偶数个层，相同地位的两个层相对于所述中央层根据相反角度定向。
17.如权利要求15所述的半成的多轴复合产品，其特征在于，所述半成的多轴复合产品包括下列层的叠加：
第一层(10)，该第一层(10)包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带，所述第一层相对于所述产品的纵向方向具有第一角度；
第二层(11)，该第二层(11)包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带，所述第二层相对于所述产品的纵向方向具有第二角度；
第三层(12)，该第三层(12)包括并置的预浸渍有树脂的增强纤维单向带，所述第三层相对于所述产品的纵向方向具有第三角度。
18.如权利要求17所述的半成多轴复合产品，其特征在于，所述第一层相对于所述产品的纵向方向根据10°至90°之间的角度定向，所述第二层相对于所述产品的纵向方向以等于90°的角度定向，所述第三层相对于所述产品的纵向方向以与所述第一层的角度相反并且处于-10°至-90°之间的角度定向。
19.如权利要求14至18中任一项所述的半成多轴复合产品，其特征在于，所述单向纤维是预浸渍有热固性树脂或热塑性树脂的碳纤维。
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