CN102186655B - 一种制作复合材料件的方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作包含有一块浸润在基质中的纤维预制件(50)的复合材料件的方法，该方法在于把预制板(50)置放在由第一半密封壁面(56)限定的第一安全罩(54)内，即透气但阻止适于组成基质的物质通过；在于吸取由第二气密壁面(60)和第一半密封壁面(56)所限定的第二安全罩(58)内的气体，以便适于组成基质的物质在预制件(50)中得以扩散，其特征在于：可以利用至少一块板材(70)作为第一半密封壁面(56)，板材上有开通在至少一块板材两侧上多个形似喇叭口的管路(72)和至少一个叠放在至少一块板材(70)上的半密封隔膜(74)。

Description

一种制作复合材料件的方法及相关装置

技术领域

本发明涉及一种制作复合材料件的方法，尤其涉及一种采用适于组成基质的物质来喷涂或浸渍一块纤维预制板以确保对其均匀浸渍的方法和设备。

背景技术

复合材料的完成件包括一种基质，诸如由纤维加固的树脂基质。根据一种广泛应用的实施模式，纤维以纤维预制件的形式出现，由预先浸渍或未浸渍的一个或数个编织或未编织的纤维折层。

在聚合阶段之前，组成基质的物质应以均匀的方式浸渍这个预制件，使其具有最佳的特性。

根据第一种被称作喷涂的操作方式，组成基质的物质一般是树脂，喷涂在预制件的一点或数点上，甚至喷涂在预制件的整个表面上，必要时可添加一种扩散剂。

根据另一种被称作浸制(infusion)的操作方式，组成基质的物质被纳入预制件中，例如它们以一个或数个插入或粘接在构成上述预制件折层内的树脂膜形式出现。

要进行这项浸渍工序，主要采用US2004/0219244或US2005/0031720文献中所描述的工具，如图1所示。

根据上述文献，预制件10置放在一个由托板14和第一半密封隔膜16限定的第一安全罩12内，即通气但阻止适于组成基质的物质通过，至少一个供给点18预置在上述第一安全罩12内。

进一步地，工具包括第二安全罩20，一方面它被第二气密隔膜22限定，另一方面又被第一半密封隔膜16限定。上述安全罩20至少有一个吸气孔24，吸取上述第二安全罩20内存在的气体，同样还吸取上述第一安全罩12内存在的气体。

吸取第一安全罩12内的气体会引起适于组成基质的物质扩散在整个预制件内。

这样在浸制(infusion)阶段或喷涂阶段，预制件在没有吸取适于组成基质的物质时，第一半密封隔膜16确保预制件的最佳充气和排气。

预置的密封件26确保托板14和第一半密封隔膜16之间的密封性，同样地，密封件28确保托板14和第二密封隔膜22之间的密封性。

进一步地，一块引流织物30可置放在第二安全罩内，以利于气体的排放。

为了使与第一半密封壁面16相接触的预制件表面平滑，可在第二安全罩20内使用一块抛光板32，插入在引流织物和第一半密封壁面16之间。鉴于它的功能，这块抛光板32是实心的，上面没有任何通孔。同样，抛光板可以使预制板上的压力均匀。

根据一种实施方式，半密封隔膜16由一块有微孔的织物组成，该微孔的微小孔径允许气体通过，但阻止例如适于组成基质的物质的粘稠液体通过。

在聚合过程中，适于组成基质的物质趋于固化，并封闭住与完成件接触的那个面上的微孔，致使有微孔的织物的隔膜有单一作用。

根据一种问题，由于有微孔的织物仅存在于有限宽度上，大体积部件在与有微孔的织物带的结合区上有表面暇疵。

根据另一种问题，由于有微孔的织物较少变形，在不可伸展的曲面上安放有微孔的织物会出现问题，导致在完成件上产生一些皱折，出现表面暇疵。

根据另一种问题，在有微孔的织物的隔膜16应用到弯曲半径小的区域内时，有可能改变微孔的形状，增大它们的尺寸，导致在上述区域内丧失对适于组成基质的物质的密封性。

最后，组成基质的物质有粘在有微孔的织物的隔膜16上的趋势，不得不使用一种被称作《peel ply》的可剥离的薄膜，导致在完成件上会生成表面暇疵。

由于纤维的皱缩，完成件上的表面暇疵表现为机械特性的降低，当完成件表面与飞行器机身外表面相应时，同样，完成件上的表面暇疵表现为空气动力特性的降低。

另外，这些表面暇疵不利于对这些完成件的检测，尤其是利用航空工业中常用的波反射技术进行裂纹和孔隙度的探测。

发明内容

同样，本发明旨在消除现有技术的缺陷，提出一种制造复合材料件的方法和装置，通过喷涂或浸制(infusion)适于组成上述基质的物质的方式，利用一块浸润在基质中的纤维预制件为基材来制造复合材料件，这样可以降低生产成本，优化该完成件的特性。

为此，本发明涉及一种制造包含有一块浸润在基质中的纤维预制件的复合材料件的方法，该方法在于把上述预制板置放在由第一半密封壁面限定的第一安全罩内，即透气但阻止适于组成基质的物质通过；在于吸取第二气密壁面和上述第一半密封壁面限定的第二安全罩内的气体，以便适于组成基质的物质在预制件中得以扩散，其特征在于：可以利用至少一块板材作为第一半密封壁面，板材上有开通在上述至少一块板材两侧上的形似喇叭口的多个管路，，和至少有一个在上述至少一块板材上的半密封隔膜。

附图说明

结合附图，下面将通过举例的方式对本发明的其他特性和优点进行描述，其中，

图1示出了根据现有技术的工具的剖面图；

图2示出了根据本发明的一种简化变型制作的装置的剖面图，该装置通过喷涂或浸制(infusion)适于组成上述基质的物质的方式，利用一块浸润在基质中的纤维预制件为基材来制造复合材料件；

图3示出了根据本发明的另一种变型制作的装置的剖面图；

图4详细地示出了一块组成半密封壁面部分的板材上孔洞的剖面图。

具体实施方式

图2和图3用50表示至少一块浸润在诸如树脂的基质中的纤维预制件，从而在聚合后得到一块组成飞行器部件的复合材料件。当然，本发明方法不仅限于航空领域。

根据各种变型，预制件可通过堆置多层纤维，或者聚集数个纤维板获得，纤维可以先被浸渍或不被浸渍，可以按照一定的条理排列或者随意排列。

因为本领域的技术人员熟知预制件，所以不再详述，而且，预制件可以有不同形状，由不同性质的纤维组成。

基质由一种易感物质组成，例如树脂；该物质在第一状态时为液态，而在第二状态时则为固态。

因为本领域技术人员熟知适于组成基质的物质，所以不再详述，然而，它的一些所需的特性在功能上可以变化。

本发明旨在提出一种方法和一种与此方法相关的装置，能把纤维预制件浸入到一种适于组成基质的物质中，并将上述物质扩散到预制件中。

根据第一种被称作喷涂的操作模式，远离预制件的容器提供适于组成基质的物质并且它被喷涂到预制件上，如图3所示。

根据另一种被称作浸制的操作模式，适于组成基质的物质以固态形式被置放在预制件中，例如，至少以一种薄膜的形式出现，如图2所示。

制作复合材料件的装置包括托板52、第一安全罩54和第二安全罩58，其中，预制件50直接或间接放置在所述的托板52上；所述的第一安全罩54内放置预制件50且被上述托板52和第一半密封壁面56所限定，即透气但阻止适于组成基质的物质通过；所述的第二安全罩58由第二气密壁面60和上述第一半密封壁面56所限定，因此，一些部件62用于吸取第二安全罩58内气体。

托板52可以是平的或不是平的。一般来说，托板的外形要与和上述托板52接触的待完成件的外形相适配。因为本领域技术人员熟知该托板，所以不再详述，然而，托板尤其可以根据待完成件的功能具有不同的构型。

吸取气体的部件62至少包括一条管路，通过至少一个孔洞64与第二安全罩58相通。因为本领域技术人员熟知这些部件62，所以不再详述。

在喷涂操作模式的情况下，装置至少包括一个通过至少一个通至第一安全罩54的孔洞适于供给组成基质的物质的供料器66，。因为本领域技术人员熟知知晓这种供料器，所以不再详述，然而，供料器尤其可以根据适于组成基质的物质和/或待完成件的功能有不同的构型。

第二气密壁面60可以以柔软的和密封的隔膜的形式出现，如现有技术中的装置那样。

根据一种实施方式，第二气密壁面60覆盖工具中全部的其他元件，包括与托板52接触的周围区域，一些密封件68很好地保证了上述第二壁面60和上述托板52之间的密封性。

因为本领域技术人员熟知这个第二壁面，所以不再详述。

根据本发明，第一半密封壁面56包括至少一块板材70和至少一个半密封隔膜74，所述至少一块板材70具有开通在上述至少一块板材70两侧的管路72，所述至少一个半密封隔膜74叠放在所述至少一块板材70上。

与使用不穿孔抛光板的现有技术完全不同，这种至少一个半密封隔膜74与至少一块穿孔的或微型穿孔的板材70的组合能够做到从表面吸取气体，因而使预制件得到较好的脱气，从而使适于组成基质的物质得到更好的扩散。

根据一种实施方式，管路72由穿孔或微型穿孔来实现。

带开通管路72的板材70不仅能按照现有技术的抛光板的方式使与上述板材接触的待完成件的表面光滑，而且还能吸取第一安全罩54内的气体，以确保适于组成基质的物质在整个预制件50中扩散。

与现有技术中不穿孔抛光板在板材周边吸取气体的方式不同，带开通管路72的板材70可以吸取表面气体，适于组成基质的物质在预制件中得到更好的扩散，这样有利于改善完成件的特性。

管路72的截面尤其要与待完成件上所施加的压力相匹配，以便于在部件上不留印迹。这样，管路72的截面与施加的压力成反比。

管路可以预置在整个板材70上，或者仅在至少一个区域内。

管路72的分布可以是均匀或不均匀的。

板材70可以覆盖整个预制件或者只覆盖部分预制件50。作为变型，半密封壁面56可以包括多个并置的板材70。

板材70可以是平的，或者与待完成件相适配的外形。

板材70可以是金属的或者是另外一种有些刚性的材料制成，最好其厚度E在0.1mm到25mm之间。

根据各种情况，板材70在其周边可放置至少一块安置在预制件周边的边缘挡块76，以便待完成件获得更准确的尺寸。

与待完成件接触的板材70的表面可根据它的材质以及适于组成基质的物质的情况包括一个抗粘附保护层或被涂抹上一种脱模剂。

根据本发明的另一个特性，当板材70相对厚度E大于或等于约10mm时，管路72为喇叭口型，有利于上述管路72在适于组成基质的物质聚合后从管路中脱模。这个特性有利于板材70的再利用，从而降低生产成本。

根据图4所示的一种实施方式，管路72为有利于脱模的截锥形。

管路72最好为截锥形，以限制适于组成基质的物质在第二安全罩58内留下印迹，小截面朝向第一安全罩54，大截面朝向第二安全罩58。

根据一种实施方式，隔膜74由有微孔的织物组成，例如一种Gore-tex

类织物。

根据本发明的一个重要特性，半密封隔膜74置于与待完成件相接触的表面相对的板材70的表面。

这样，半密封隔膜74仅仅在对应于开通管路72表面的小表面上与适于组成基质的物质相接触。

这样隔膜60可将隔膜74平贴在抵靠住边缘挡块76的板材70上，这些挡块抵住托板52，有利于确保这些不同部件之间的密封性。

进一步地，该装置在预制件两侧有一些有利于完成件脱模的可剥离织物78，还有一个带抗粘附保护层的格状物80，它与托板52直接接触，有利于在喷涂前适于组成基质的物质在预制件中的扩散。

一些预置的密封件82确保托板52和上述半密封隔膜74之间的密封性。

进一步地，可以在第二安全罩58中置放一个便于排除气体的引流织物84，最好夹在第二壁面60和半密封隔膜74之间。

Claims (7)

1.制作包含有一块浸润在基质中的纤维预制件(50)的复合材料件的方法，该方法在于把所述预制板(50)置放在由第一半密封壁面(56)限定的第一安全罩(54)内，即所述第一安全罩透气但阻止适于组成基质的物质通过，以及吸取第二气密壁面(60)和所述第一半密封壁面(56)限定的第二安全罩(58)内的气体，以便适于所述组成基质的物质在所述预制件(50)中得以扩散，其特征在于：可以利用至少一块板材(70)作为第一半密封壁面(56)，所述板材上有开通在所述至少一块板材两侧上的形似喇叭口的多个管路(72)和至少一个叠放在所述至少一块板材(70)上的半密封隔膜(74)，所述管路的小截面朝向所述第一安全罩(54)。

2.根据权利要求1所述的制作复合材料件的方法，其特征在于：所述半密封隔膜(74)置于与所述待完成件相接触的表面相对的所述板材(70)的表面。

3.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的制作复合材料件的方法，其特征在于：在所述板材(70)下的所述预制件的周边使用至少一块边缘挡块(76)。

4.利用一块浸润在基质中的纤维预制件(50)来制作复合材料件的装置，所述装置包括由第一半密封壁面(56)限定的第一安全罩(54)和由第二气密壁面(60)和所述第一半密封壁面(56)所限定的第二安全罩(58)，所述预制件(50)置放在所述第一安全罩内，即所述第一安全罩透气但阻止适于组成基质的物质通过，因此一些部件(62)用于吸取所述第二安全罩(58)内的气体，其特征在于：所述第一半密封壁面(56)包括至少一块板材(70)，所述板材(70)上有开通在所述至少一块板材两侧上的形似喇叭口的多个管路(72)和至少一个叠放在所述至少一个板材(70)上的半密封隔膜(74)，所述管路的小截面朝向所述第一安全罩(54)。

5.根据权利要求4所述的制作复合材料件的装置，其特征在于：所述管路(72)为截锥形。

6.根据权利要求4至5中任一项权利要求所述的制作复合材料件的装置，其特征在于：所述半密封隔膜(74)置于与所述待完成件相接触的表面相对的所述板材(70)的表面。

7.根据权利要求6所述的制作复合材料件的装置，其特征在于：在所述板材(70)下的所述预制件的周边包括至少一块边缘挡块(76)。

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