CN103492164B - 真空辅助式树脂传递模制工艺以及带有可重复使用式树脂分配管线的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于与树脂传递模制设备结合使用的可重复使用式树脂分配管线的方法和设备。所述设备包括软工具（712）和硬工具（712）（即模具）。在软工具的一侧上布置有两个可膨胀囊（562），其中，桥状件（764）横越所述囊。软工具联接到桥状件。当囊膨胀时，桥状件运动远离硬工具运动，在两个囊之间的区域中吸动软工具远离硬工具。这样产生临时通路或可重复使用式树脂分配管线，用于将树脂分配到布置在软工具与硬工具之间的加强成分。

Description

真空辅助式树脂传递模制工艺以及带有可重复使用式树脂分配管线的设备

相关申请的交叉参考

本案要求享有2011年3月24日提交的美国专利申请序列No.13/070618的优先权，该美国专利申请是2009年6月15日提交的美国专利申请序列No.12/484779的部分继续，并且通过参考包含于此。

技术领域

本发明涉及复合材料和结构的生产。

背景技术

纤维加强的聚合物基质复合材料用于各种结构应用场合。经由模制操作形成这些包括基质成分（典型为树脂）和加强成分（典型为纤维束或机织织物）的复合材料。

一种用于形成复合材料的方法是称为“树脂传递模制”或“RTM”的工艺。在该工艺中，树脂在压力下被添加到闭合模腔模具中。在最简单版本的RTM中，空气在树脂注入之前留在纤维中。随着纤维用树脂填充，一些但非全部的空气通过通风孔驱出。为了在存在该残余空气的情况下获得可接受的空隙含量，有时在树脂固化的同时施加非常高的压力（约275psig）。施加压力的意图是使任何剩余空气空隙的尺寸收缩到可接受的水平。这个大的内部压力产生显著作用力，趋向于将相对的模具表面推开。对于小模具而言，该问题使用相对便宜的压力机来解决。但是当用大模具处理时，该方法变得不切实际地昂贵。

另一种液态树脂工艺是真空辅助式树脂传递模制（“VARTM”）。在该工艺中，通过将加强成分放置在真空条件下而将空气从加强成分驱出。图1示出水平取向的传统VARTM模制设备100的简化表示图。

如图1中所示，设备100包括硬工具102（即，模具）和软工具112，所述软工具112传统上实施为柔性膜，例如是尼龙真空装袋膜、硅橡胶片或类似材料。术语“工具加工”或“工具”涉及到固体实体/表面，抵靠该固体实体/表面模制复合材料；随着液态树脂转变成固体，其形成模制制品（“工件”）的形状。软工具被密封到硬工具或其它适当表面以产生气密室114。在操作期间，从室114抽空空气；为此，柔性膜有时称为“真空袋”。

树脂被引入到室114中以浸透已经布置在该区域中的加强部件，该加强部件典型地为纤维/织物108（以下称为“纤维预成型件”108）。在室114中还布置有模具释放（作为液体或固体施加）膜104、脱模布106、树脂分配介质110、树脂分配管线117和真空分配管线118。脱模布和释放膜提供释放界面，以从成品工件更容易地分开各个层（例如，树脂分配介质等）。树脂分配介质110是敞口结构的粗糙介质，其最初用作真空路径以在树脂输注之前从干燥的纤维预成型件抽空空气。如其名称所暗示地，树脂分配介质110主要用于将树脂迅速且均匀地分配给纤维预成型件108。

因而，在室114中，纤维预成型件108被夹持在硬工具102与软工具112之间。操作时，在室114中经由真空管线118抽出真空，由此吸引软工具112抵靠树脂分配介质110。软工具两侧的压差（在一侧上是大气压，在另一侧上是真空）产生压紧纤维预成型件的压紧压力。要求该操作以获得具有受控的、期望的纤维体积分数的复合物。树脂通过软工具112经由一个或多个树脂入口管线116引入。树脂从树脂入口管线116进给到树脂分配管线117。树脂分配管线提供横过树脂分配介质110分配树脂的路径。树脂沿着树脂分配介质110迅速地渗透，并输注到整个纤维预成型件上，然后树脂被固化。

在传统VARTM系统中，树脂入口管线116和树脂分配管线117保持被填充有树脂。这些管线中的树脂被允许随同固化中的工件一起固化。典型地，这些管线在工件从模具去除之后被丢弃，并且对于每个随后的VARTM模制操作安装新的树脂入口管线和树脂分配管线。照此，这些管线事实上是一次性使用的管线。

对于每个模制进程而言替换树脂入口和分配管线是耗时的。而且，在同一个几何结构上重复地使用VARTM工艺的应用场合中，替换管线似乎特别低效和昂贵。

现有技术已经通过开发出临时的或可重复使用的树脂分配管线而解决了一次性使用的树脂分配管线的问题。已经提出了针对可重复使用式树脂分配管线的若干不同配置/方法。

在图2A至2D中示出的一种方法是称为“FASTRAC”的工艺。如同传统VARTM工艺一样，FASTRAC设备200包括硬工具202和软工具212，在硬工具202与软工具212之间夹持有纤维预成型件208。初级真空管线218可操作成在软工具212“下方”从第一气密室214抽出空气。

现在参照图2A和参照图2B的“放大”图，与传统VARTM工艺不同，FASTRAC设备200还包括FASTRAC层220。该层是半刚性的支撑层，其具有形成在表面222中的多个通道224。FASTRAC层220布置在软工具212的“外侧”。FASTRAC层被密封到硬工具或其它适当的表面以在软工具212上方产生第二气密室226。次级真空管线228可操作成从该第二气密区域226抽空空气。因而，FASTRAC设备200包括两个“真空袋”，即，由软工具212产生的一个真空袋和经由FASTRAC层220产生的第二真空袋。

现在参照图2C和参照图2D的“放大”图，在操作中，首先在第二室226中抽出真空。这使软工具212变形到FASTRAC层220的通道224中。该操作产生通道230，通过所述通道230树脂横过预成型件208的顶部流动和分配。在通道230形成之后，按照标准VARTM工艺，第一室214中的压力减小以抽空空气。大气压将FASTRAC层220保持抵靠纤维预成型件208，而同时通道230由于半刚性的FASTRAC层而维持通道的形状。然后，树脂被注入第一室中（例如，经由树脂入口管线216）。树脂根据FASTRAC层220中的通道230的几何形状而流动。在注入适当量的树脂之后，第二室中的真空被释放，以便使第二室继而处于大气压下。第二室中的大气压导致通道230塌陷，驱使软工具212抵靠纤维预成型件208。这迫使树脂进入纤维预成型件中。

因此，FASTRAC工艺通过形成通道230而避免使用传统的一次性使用的树脂分配管线以及树脂分配介质。但是该工艺是复杂的；对第一室214和第二室226中亚大气压水平的准确控制是与树脂注入速率有关的关键且耗时的问题，并且对第二室的重新加压也是非常重要的问题。

在公布的美国专利申请2007/0063393中提出了用于产生可重复使用式树脂分配管线的第二种方法。该参考文献公开了一种VARTM工艺，在该工艺中，在纤维预成型件的顶面上产生流动通道以加速树脂流动和减少树脂注入时间。根据该参考文献，通过经由压差提升软工具而产生通道。

参照图3，图3示出美国专利申请2007/0063393中公开的设备，设备300包括硬工具302和软工具312，在硬工具302与软工具312之间夹持有纤维预成型件308。初级真空管线318可操作成在软工具312“下方”从纤维预成型件308抽出空气。该工艺的独特之处在于，在软工具312上方布置有硬壳320。次级真空管线328能够在硬壳320与软工具312之间的区域326中抽出真空。树脂入口管线316将树脂输送到高渗透性的通道332。

在操作中，经由初级真空管线318减小在软工具312下面的压力。这吸引软工具抵靠纤维预成型件308，从而压紧纤维预成型件。在软工具312下面的区域维持在减小的压力下的同时，软工具上方的区域326经由次级真空管线328减小到甚至更低的压力。这导致软工具312远离纤维预成型件308的顶部伸展，产生流动通道314，如图3中所示。

树脂通过树脂入口管线（多个树脂入口管线）316被输送到高渗透性的区域332。由于纤维预成型件308具有对于流动而言更大的阻力，所以树脂优先地从高渗透性的区域流到流动通道314。在所需量的树脂被输送到流动通道314之后，软工具312上方的区域326被加压到大气压。区域326中的正压力使软工具312压靠纤维预成型件308，从而将树脂输送到纤维预成型件中。

US2007/0063393中公开的工艺和设备通过形成流动通道314而避免使用传统的一次性使用的树脂分配管线以及树脂分配介质。然而，所采取的方法在工件质量（免除空隙和干点）、纤维体积分数和复杂性方面很是问题。至于工件质量，软工具312上方的真空必须强于软工具下方的真空（以提升软工具，从而产生流动通道）。由于按照定义不能产生大于1个大气压的真空，在纤维预成型件308中在软工具下面必将有某一局部空气压力。对于VARTM而言，在利用纤维预成型件内的可能最高真空时得到最高的工件质量（即，最低空隙含量）。这在纤维预成型件中留下最少量的残余空气。残余空气特别在受困于复杂几何结构的情况下会导致完成的部件中存在空隙。在极端的情况下，残余空气会收集在“死区域”（未连接到真空端口的区域）中，所述“死区域”会导致在纤维预成型件中出现“干”（树脂较少）的区域。

美国专利申请2007/0063393甚至公开到，由于没有压紧纤维预成型件，纤维体积分数将是低的。虽然讨论了某些缓解措施，但是最终在许多情况下，纤维体积分数会小于所期望的纤维体积分数。此外，所需要的壳（即图3：壳320）必须支撑内部真空；换言之，约14.7psi的净内部压力。当制造较大的复合部件时，该压力支撑壳必将非常厚重且昂贵。并且，对于复杂形状的部件而言，会非常难以形成壳，尤其难以形成较大的壳。

因此，本技术领域将从解决一次性使用的树脂分配管线的问题且避免上述方案缺点的模制工艺得到益处。

发明内容

本发明提供一种可重复使用式树脂分配管线（“RRDL”），其避免现有技术的许多缺点。

基于VARTM的传统模制设备典型地包括软工具，所述软工具联接到硬工具，如上所述。在软工具与硬工具之间，在软工具的第一侧上布置有纤维预成型件，所述纤维预成型件待被输注树脂以形成复合物。根据本发明示意性实施例的基于VARTM的模制设备还包括用于RRDL形成装置（以下称为“RRDL形成装置”）。在所示实施例中，RRDL形成装置设置在软工具的第二侧上。RRDL形成装置包括：两个间隔开的、可膨胀囊；和跨越两个囊的材料（以下称为“桥状件”），所述桥状件桥接两个囊之间的空间。软工具联接到桥状件。树脂入口导管在一个位置处穿透桥状件和软工具，从而树脂可以被输送到纤维预成型件。

在操作中，在软工具与硬工具之间的区域中建立起真空。该真空吸引软工具抵靠布置在该区域中的树脂分配介质/纤维预成型件。软工具的第二侧暴露于至少大气压下。该压差，即在软工具的第二侧上的大气压或更大的压力与在软工具的第一侧上的真空之间的压差，产生作用在纤维预成型件上的压紧压力。为了帮助将树脂输送到纤维预成型件，在软工具与树脂分配介质/纤维预成型件之间形成通路——即树脂分配管线。

为了形成RRDL，使RRDL形成装置的可膨胀囊膨胀。由于桥状件覆在囊之上，桥状件随着囊膨胀而运动远离树脂分配介质/纤维预成型件。由于软工具联接到桥状件，软工具在两个囊之间的区域中随桥状件而被拉动远离树脂分配介质/纤维预成型件。这产生出通路，即RRDL。树脂从树脂入口管线输送到RRDL。一旦树脂在RRDL内部，则树脂容易地沿着RRDL的长度行进，渗透树脂分配介质，并且继而输注整个纤维预成型件。

在已经输送所需量树脂之后，囊缩小以使RRDL塌陷。由于在软工具的第二侧上保持大气压或更大的压力，而软工具的第一侧是处于真空下，所以残留在RRDL中的任何树脂正好在塌陷之前被驱策到树脂分配介质和纤维预成型件中。在塌陷之后，没有留下RRDL的痕迹。

接着树脂固化，并且树脂入口被去除，然后RRDL形成装置和软工具从固化的材料分离。

本发明的某些实施例提供一种树脂传递模制方法，其中，树脂被输注到纤维预成型件中，其中，输注树脂的操作包括：（a）通过使两个间隔开的囊膨胀而形成可重复使用式树脂分配管线，其中，当两个囊膨胀时，在两个囊之间形成通路；和（b）使树脂流入通路中，以便将树脂输注到纤维预成型件中。

本发明的又一些实施例提供一种树脂传递模制方法，其包括将树脂输注到纤维预成型件中，其中，输注树脂的操作包括：（a）在软工具的第一侧上建立并维持小于大气压的压力；（b）在软工具的第二侧上建立并维持不小于大气压的压力；（c）在软工具的第一侧上形成临时通路，所述临时通路将树脂源放置成与纤维预成型件流体连通；和（d）在树脂输送到纤维预成型件之后但在树脂已经固化之前，使临时通路塌陷。

在又一些实施例中，本发明提供一种树脂传递模制设备，其中，所述设备包括：

（1）模制区域，其中，所述模制区域包括软工具和硬工具；

（2）用于形成可重复使用式树脂分配管线的装置，其中，所述装置包括：

（a）间隔开的可膨胀囊；和

（b）桥状件，所述桥状件覆于囊之上，其中，软工具物理性地联接到桥状件；和

（3）树脂入口，其中，当囊膨胀时，树脂入口输送树脂通过桥状件和通过软工具至通路中，所述通路形成在软工具与工件之间，并位于两个囊之间的空间内。

在某些额外的实施例中，本发明提供一种用于形成复合制品的树脂传递模制设备，其中，所述设备包括：

（1）软工具；和

（2）用于形成可重复使用式树脂分配管线的装置，其中，所述装置包括：

（a）间隔开的可膨胀囊；和

（b）桥状件，所述桥状件覆于囊之上，其中，软工具物理性地联接到桥状件。

附图说明

图1示出水平取向式传统VARTM设备的侧剖视图；

图2A至2D示出现有技术中的、用于在水平取向式VARTM设备中提供可重复使用式树脂分配管线的第一方法；

图3示出现有技术中的、用于提供在水平取向式VARTM工艺中使用的可重复使用式树脂分配管线的第二方法；

图4示出在SN12/484,779中公开的竖直取向式基于VARTM的模制设备的俯视剖视图；

图5A示出竖直取向式基于VARTM的模制设备的一部分的侧剖视图，所述模制设备合并有根据本发明示意性实施例的用于形成RRDL的装置；

图5B示出用于形成图5A的模制设备的RRDL的装置的桥元件的透视图，其中，桥元件示出为环绕模制设备的软工具；

图5C示出用于形成RRDL的装置的额外细节，并且示出由此形成的RRDL；

图5D示出流动通过RRDL的树脂；

图6A示出竖直取向式基于VARTM的模制设备的一部分模制区域的剖视图，其中示出了在实际形成树脂流动通路之前的用于形成树脂流动通路的装置；

图6B示出图6A的所述一部分模制区域，其中，用于形成RRDL的装置的可膨胀囊膨胀以形成RRDL；

图6C示出图6A的所述一部分模制区域，其中，树脂经由RRDL引至纤维预成型件；

图6D示出图6A的所述一部分模制区域，其中，树脂完全地输注整个纤维预成型件；

图6E示出图6A的所述一部分模制区域，其中，树脂已经固化以形成成品工件；

图6F示出图6A的所述一部分模制区域，其中，从用于形成RRDL的设备去除树脂入口管线；

图6G示出图6A的所述一部分模制区域，其中，软工具和用于形成RRDL的设备运动远离成品工件；

图7示出水平取向式基于VARTM的模制设备的剖视图，所述模制设备包括根据本发明备选实施例的用于形成RRDL的装置；和

图8示出根据本发明教导的树脂传递模制方法的操作和子操作的流程图。

具体实施方式

定义。以下出现的术语具有以下用在本说明书和所附权利要求书中的明确定义。

“射击（shot）”指的是要填充模制区域或模腔的树脂量。“多重射击”制品要求在模腔内进行多次的、顺序的树脂填充和固化。

“工件”意思是在模制区域中在单次射击中所产生的结构或将形成该结构的组件（例如，芯、纤维、树脂）。因此，在多重射击制品的情况下，工件表示一部分或一区段的最终复合制品（例如，冷水管的一区段等）。

复合材料的“加强成分”为复合物提供某些特征属性（通常是相关的强度和/或硬度，但也有密度、电阻系数、导热系数等）。加强成分典型地是基于纤维的，从而产生纤维加强的复合材料。

“纤维预成型件”指的是用作加强成分的纤维材料构造。纤维材料例如具有单向性纤维束、平织织物、综缎织物、辫状织物和针织织物的形式。常用的纤维不受限制地包括：玻璃纤维，其在市场上可从OwensCorningTechnicalfabrics，PPG，AGY获得；和碳化纤维，其在市场上可从Zoltek获得；和其它类似物。在本说明书和所附权利要求书中，术语“纤维预成型件”用作术语“加强成分”的同义词。照此，术语“纤维预成型件”将采用扩展的定义，该定义与本领域技术人员在复合材料的上下文中所理解的术语“加强成分”的含义一致。

复合材料的“基质成分”具有用于输注到加强成分中的液体形式，其在固化之后凝固。基质成分包围加强成分，将加强成分（例如纤维、织物等）保持在期望的位置和取向中。基质成分还用作在复合物内的加强成分之间的载荷转移介质。基质成分典型地是树脂。在本说明书和所附权利要求书中，术语“树脂”用作术语“基质成分”的同义词。照此，术语“树脂”将采用扩展的定义，该定义与本领域技术人员将在复合材料的上下文中所理解的术语“基质成分”的含义一致。

本发明提供一种可重复使用式树脂分配管线（RRDL），其尤其与真空辅助式树脂传递模制（“VARTM”）工艺结合使用。

在所示实施例中，用于形成可重复使用式树脂分配管线的装置被“添加”到例如在美国专利申请SN12/484779中公开的竖直取向式基于VARTM的模制设备。在图4中示出在SN12/484779中公开的模制设备的俯视剖视图，所述模制设备在此示为模制设备400。该设备用于制造非平面的复合部件；具体而言，该设备被用来形成筒形结构以便产生长的、大直径的制品。包括用于形成RRDL的装置的模制设备400的“修改”方案在此称为模制设备500，并且被绘出在图5A至5C和图6A至6G中。

将应当理解，在此公开的可重复使用式分配管线和形成该可重复使用式分配管线的装置通常不限于与设备400一起使用，或不限于竖直取向式VARTM类型的工艺。事实上，在某些实施例中，例如在图7中示出的实施例中，在此公开的用于形成RRDL的装置与水平取向式基于VARTM的模制设备结合使用。因而，本发明提供一种可重复使用式树脂分配管线，该树脂分配管线可以与几乎任何的基于VARTM的设备结合使用，无论该基于VARTM的设备是竖直取向式还是水平取向式，也不管由此生产的工件的特殊形式/形状。

为了为描述本发明的示意性实施例（即模制设备500）提供背景内容，首先提供对模制设备400及其操作的说明。图4示出模制设备400的通过其模制区域的俯视剖视图。

模制设备400包括模制区域，该模制区域被限定在外硬壁440和内硬壁440’之间。可以观察到该模制区域具有两个子区域：外模制区域442和内模制区域442’。外模制区域442被限定在硬工具或模具402的第一表面与外硬壁440之间。内模制区域442’被限定在硬工具402的第二表面与内硬壁440’之间。在设备400中，硬工具402包括共同地限定出一筒形形状的多个弧形区段。

除了内模制区域442’具有相对减小的直径和内外模制区域彼此成镜像以外，外模制区域和内模制区域相同。在外模制区域442内布置有外软工具412，并且在内模制区域442’内布置有内软工具412’。内软工具和外软工具二者由弹性材料制成，所述弹性材料例如是硅橡胶或类似物，所述弹性材料拉伸以配合工件，并容易地从固化的复合制品（即，成品工件）释放。

在外硬壁440与外软工具412之间限定出区域444。本文所涉及的区域444处于外软工具的“后面”。在外软工具412与硬工具402之间限定出区域446。本文所涉及的区域446处于外软工具412的“前面”。

类似地，在内硬壁440’与内软工具412’之间限定出区域444’。并且，在内软工具412’与硬工具402之间限定出区域446’。本文所涉及的区域444’处于内软工具的“后面”，而本文所涉及的区域446’处于内软工具的“前方”。软工具后面的区域444和444’与软工具前面的相应区域446和446’流体地隔离（即，区域444和444’与区域446和446’是气密性的和液密性的）。

纤维预成型件408布置于外模制区域442内靠近硬工具402。类似地，纤维预成型件408’布置于内模制区域442’内靠近硬工具402。

模制设备400还包括液体供给导管448和448’、树脂供给导管416和416’以及气体导管452和452’。另外地，模制设备400包括在图4中未示出的真空导管。

以下说明模制设备400的操作。为了简洁起见，仅相对于外模制区域442提供操作的细节。然而，将应当理解，在外模制区域和内模制区域二者中发生相同的操作。

在模制设备400中，硬工具402变成成品工件的一部分；即，硬工具402形成经由设备400所形成的每个筒形区段的芯。照此，通过将共同地形成筒形硬工具402的弧形区段和已经被施加到硬工具的织物预成型件布置在模制区域中，来开始每个模制进程。

为了帮助该操作，在软工具后面的区域444中抽出真空，以便拉动软工具远离硬工具402（即，在模制区域442中被径向向外地拉动），从而允许硬工具和织物预成型件408落到模制区域内的适当位置中。可以经由气体导管452或经由单独的真空管线（未绘出）抽出真空。在模制区域中随同织物一起布置树脂分配介质（未示出）。树脂分配介质位于在软工具412与纤维预成型件408之间以帮助在纤维预成型件的全部范围上快速地散布树脂。适当的树脂分配介质的示例是可从北卡罗来纳州的Enka，Colbond-USA获得的商标流动介质。

区域444中的真空被破除，然后经由真空管线（未绘出）从软工具412前面的区域446抽空空气。将空气抽空尽可能地降低了所得工件的空隙含量。

在抽空空气之后，模制区域中的织物预成型件408（和树脂分配介质）抵靠硬工具402而被压紧。该压紧操作的目的是产生出具有受控的、期望的纤维体积分数的复合物。通过在软工具412后面施加压力来实现压紧。在所示实施例中，通过将液体引入软工具412后面的区域444中来施加压力。在所示的实施例中，通过液体供给导管448输送液体。在某些实施例中，液体暴露于额外的增压下，例如，暴露于大气压或增压气体下。

在某些其它欠优选的实施例中没有使用液体，而是可以经由气体导管452将增压气体供给到区域444。如果使用增压气体，则在软工具后面的区域中将没有压力梯度（这是由于没有液头）。照此，压紧压力从模制区域的顶部到底部将是不均匀的。例如，参见通过参考包含于此的美国专利申请S.N.12/951239。

树脂经由树脂供给导管416沿着模制区域的底部引入区域446中。典型地，使催化剂（用于固化）和树脂按正确比例组合的计量混合泵（未绘出）将树脂供给到树脂供给导管。各种树脂可以与本发明结合使用；适用于VARTM类型工艺的常用低粘度树脂例如包括聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺和聚酰胺。本领域的技术人员将理解如何根据生产中制品的功能来适当地选择树脂。

在软工具412后面仍然施加有压力且区域446保持在真空下的情况下，树脂输注纤维预成型件408，并朝向模制区域的顶部上涨。被引入模制区域中的树脂量被控制，以便使得流的前部（即，织物预成型件中的树脂上液位）停止在软工具后面的液体液位处或液体液位以下，以便使树脂保留在正施加压紧压力的区域中。这样，在模制区域内的每个地方，形成中工件的几何形状得到控制。

在优选的实施例中，压紧液体被选择成使得压紧液体的比重尽可能接近于树脂的比重。例如，如果选择在市场上从肯塔基州的Covington，AshlandInc.可获得的乙烯基酯树脂8084用作树脂，则压紧液体可以是6%的糖/水溶液，所述6%的糖/水溶液的比重具几乎等于该树脂的比重。通过将压紧液体选择成使得压紧液体具有与液态树脂的比重大约相同的比重，可以在所有高度处对受到树脂输注的纤维预成型件408维持均匀的压紧压力。例如，参见美国专利申请S.N.12/951239。

然后，树脂被固化（例如，经由催化剂/时间/加热）。在树脂固化的同时，在软工具后面的区域444中维持压紧压力。

在树脂固化成自支撑的固体之后，释放区域444中的压力。通过将真空施加到软工具后面的区域444，拉动软工具412远离工件。在某些实施例中，在释放软工具之前或之后，工件被“后固化”。如果在释放软工具之前执行后固化，则典型地通过对用于加压区域444的液体加热并使该液体循环流动而执行后固化。如果在释放软工具之后执行后固化，则典型地通过使热空气在工件与软工具412之间循环流动而实现后固化。

在工件完全固化之后，从模制区域去除工件。如果生产中的制品是多重射击式制品，使得所生产的工件是最终制品中的许多区段中的一个区段，那么，假设需要更多的区段，则通过将更多的区段（即，硬工具402）和更多的织物布置到模制区域中以制造另一个工件来重复该工艺。值得注意的是，在例如美国专利申请S.N.12/484779中所公开的维持“纤维的连续性”的实施例中，当从设备降下工件时，加强成分被“自动地”拉入模制区域中。

本发明的示意性实施例。图5A示出根据本发明示意性实施例的模制设备500的一部分的侧剖视图。除了模制设备500还包括用于形成可重复使用式树脂分配管线570（以下称为“RRDL形成装置560”）以外，模制设备500在结构方面与模制设备400相同。图5A中所示的模制设备500的这部分与图4的模制设备400的外模制区域442相对应。设备500的模制区域通过概念性密封件550和552界定。

现在参照图5A，RRDL形成装置560包括间隔开的可膨胀囊562A和562B以及覆于囊之上的桥状件564。软工具512（例如经由粘合剂等）联接到桥状件564。树脂入口管线516在一个位置处穿透桥状件564和软工具512。

图5A示出的囊完全膨胀，以便形成可重复使用式树脂分配管线（“RRDL”）570。如经由RRDL570得以便利地，树脂经由树脂入口管线516被引入在软工具512与硬工具502之间的区域546。用于提供压紧压力的液体经由液体入口管线548输送到区域544。为了清楚起见，图5A中夸大了软工具512与纤维预成型件508之间的分离。由于在区域546中抽吸出真空，软工具在模制操作期间实际邻接树脂分配介质（未示出）/纤维预成型件。软工具与树脂分配介质/纤维预成型件之间的任何显著间隙（约0.5英寸至1.0英寸）所处的唯一位置在RRDL570内。

图5B示出环绕着硬工具502的RRDL形成设备560的桥状件564，图5B省略了软工具和纤维预成型件以更好地示出与本发明密切相关的特征。树脂入口566穿透桥状件564和软工具512，使得树脂入口管线516在联接到树脂入口566时可以将树脂提供给RRDL570。

也提供有限细节的图5C绘出了RRDL570，该RRDL570是随着软工具512（该图仅示出软工具512的区段）被吸动远离树脂分配介质/纤维预成型件（图5C中未绘出）而产生的通路。随着囊562A和562B（图5C中未绘出）膨胀而产生该“吸动”，导致桥状件564运动远离树脂分配介质/纤维预成型件，从而吸动软工具。图5D绘出树脂（实心箭头）在通过树脂入口566引入之后通过RRDL570围绕硬工具502的周边流动。

当桥状件564具有闭环的形式时，例如模制设备500中桥状件环绕硬工具502时，桥状件须构造成使得桥状件的直径/周长可以扩张和收缩。即，须允许沿桥状件长度的入平面方向运动（in-planemovement）。必须如此以应对桥状件564的直径/周长因囊562A和562B膨胀而发生的变化。此外，桥状件564的直径/周长的变化将随着树脂输注纤维预成型件而发生。虽然要求能够进行面内运动，但是桥状件还必须具有足够的刚度以抵抗或限制“出平面方向（out-of-plane）”运动，从而使桥状件在其吸动软工具远离树脂分配介质时不会朝着树脂分配介质弯曲。将应理解的是，一些少量的弯曲是可以接受的，只要在软工具与树脂分配介质之间在桥状件的“下方”维持可接受尺寸的间隙（即，至少约10毫米）即可。

在所示实施例中，桥状件564包括多个单独的刚性区段568。这些区段由任何相对坚固且硬的材料形成，所述材料例如但非限制性地是铝合金。在所示实施例中，每个区段568与囊562A和562B联结。由于被要求接纳扩张和收缩，离散的区段568相对于彼此自由地在入平面方向运动，如上所述。在某些其它实施例中，区段通过弹性的、有回弹力的材料彼此联接，其中，所述材料使区段能够相对于彼此在入平面方向运动。各个区段的刚度抵抗出平面方向的运动。如上所述，可以适当地使用任何允许入平面方向的纵向运动但抵抗出平面方向运动的构造。但是任何这样的构造必须确保软工具512在扩张和收缩期间保持联接到桥状件。

在所示的实施例中，可膨胀囊562A和562B是与软工具512不同的、离散的构件。在某些备选实施例中，囊被整合到软工具自身中。还应当理解，虽然在所示实施例中示出单个RRDL形成装置，但是可以采用多个这样的装置以用于形成多个RRDL。

除了与RRDL570的形成和塌陷相关的操作以外，设备500的操作基本上与设备400的操作相同，以下参照图6A至6H说明与RRDL570的形成和塌陷相关的操作。

图6A至6G示出执行图8中所示方法800的各种操作。图6A至6G示出了图5A所示模制设备500的模制区域的下部分的放大图。图6A至6G中所示的构件主要包括：硬壁540；树脂入口管线516；芯材料或硬工具502₁和502₂；软工具512；树脂分配介质610；纤维预成型件508；下密封件550；和RRDL形成设备560，其包括桥状件564、可膨胀囊562A和562B、以及膨胀管574。

图6A示出在形成RRDL之前的模制设备500。树脂分配介质610和纤维预成型件508处于真空下。还没有膨胀的可膨胀囊562A和562B扁平地置于桥状件564与软工具512之间。膨胀管574流体地联接到可膨胀囊以向其提供被压缩的气体（例如空气等）。未示出的液体已被引入到硬壁540与软工具512之间的区域544。如参照设备400所述，液体提供压紧压力，以驱使软工具512抵靠树脂分配介质610和纤维预成型件508。硬工具502₂抵抗该压紧压力。

在图6A的下半部分中示出了在下密封件550下方延伸的成品工件676₁。该成品工件包括复合材料678₁和粘附有复合材料的芯材料（即，硬工具502₁）。复合材料是在上一次“射击”的、输注之前处于下密封件550上方的模制区域中的树脂分配介质和纤维预成型件的树脂固化之后所得到的复合材料。随着成品工件676₁从模制区域释放，额外的芯材料和纤维预成型件被引入模制区域中。例如会是具有大直径的管道的成品工件将由许多这种筒形工件构成。在所示的实施例中，随着每个相继的工件形成和从模制区域释放，形成中的制品“向下”生长。该构造例如可以设置在海上平台上，其允许“生长中的”制品向下延伸进入海洋中，例如参见S.N.12/484779。

现在参照图6B，为了帮助输送树脂，通过使可膨胀囊562A和562B膨胀而形成RRDL570。随着囊通过经管线574接收增压气体而膨胀，桥状件564径向地远离树脂分配介质610运动。囊必须膨胀到大于在区域544中在囊的水平高度处的流体压力的压力。囊应当被加压到比现行流体压力至少大约10psi的压力。

由于就桥状件564的全长而言，软工具512联接到囊之间的桥状件564，软工具随同桥状件一起远离树脂分配介质运动。结果在软工具512与树脂分配介质610之间形成通路路径——即，形成RRDL570。将应理解，对于适于形成筒状工件的模制设备500而言，RRDL形成设备（和所得到的RRDL）也将存在于硬工具502的“右”侧上（例如，参见图4，其绘出了在硬工具402的两侧上的模制区域）。

图6C示出了树脂引入到纤维预成型件508中。具体地，树脂通过树脂入口管线516引入到RRDL570。树脂围绕开始形成的工件的周长流动通过RRDL。树脂从RRDL570流到树脂分配介质610。由于流过树脂分配介质的阻力非常低，所以树脂迅速地分配遍布树脂分配介质，然后输注纤维预成型件508。

在已经添加足够的树脂到纤维预成型件508之后，囊562A和562B缩小，如图6D中所示。随着囊缩小，RRDL570塌陷。液体保留在区域544中，并且照此，由液体施加在软工具512上的压紧压力将任何留在现处于塌陷中的RRDL570内的树脂挤压到树脂分配介质和纤维预成型件中。树脂完全输注整个纤维预成型件508，并且一些树脂保留在树脂分配介质610和树脂入口管线516中，然后树脂固化。

图6E示出了树脂完全固化，从而在工件676₁上方形成新的工件676₂。新的工件包括复合材料678₂以及芯材料（硬工具）502₂。复合材料678₂当然是在被引入到树脂分配介质610和纤维预成型件508中的树脂固化成固体之后所得到的复合材料。

在液体从区域544去除之后，从RDDL形成装置560的树脂入口566去除树脂入口管线516，如图6F中所示。

图6G示出了RRDL形成装置560和软工具518正通过在区域544内施加弱真空而被吸动离开成品工件676₂。

图7示出了水平取向式基于VARTM的模制设备700，所述模制设备700包括根据本发明的RDDL形成装置。如图7中所示，设备700包括：硬工具702（即，模具）；纤维预成型件708；树脂分配介质710；软工具712；树脂入口管线716；真空管线718；和RDDL形成装置760。如同在竖直取向式模制设备500中一样，RDDL形成装置包括桥状件764、可膨胀囊562A和562B、以及膨胀管线574。

软工具712被密封到硬工具702以产生液密室714。树脂分配介质710和纤维预成型件708布置在软工具712“下面”的室714内。

在操作中，在室714中经由真空管线718形成真空，该真空吸动软工具712抵靠树脂分配介质710。软工具712的外部暴露于大气压下。由软工具712两侧的压差提供对树脂分配介质和纤维预成型件的压紧。使可膨胀囊562A和562B膨胀，从而以先前参照模制设备500所述的方式形成RDDL570。树脂经由树脂入口管线716引入RDDL570中，并沿着RRDL的长度扩散。树脂从RDDL570通行至高度多孔的树脂分配介质710并且继而进入纤维预成型件708中。

一旦已经输送足够的树脂，则囊缩小，由此使RDDL570塌陷。然后，树脂固化以形成成品工件。在固化之后，去除树脂入口管线716，然后随同软工具一起去除RDDL形成装置760。

水平取向式基于VARTM的模制设备典型地用于生产平面工件。照此，桥状件764将不必如同筒形模制设备500的桥状件564那样具有闭环形式。结果，与设备500中的桥状件的用法不同，RDDL形成装置760的桥状件不必是可扩张的/可塌陷的。即，桥状件不必构造成能够在入平面方向纵向地运动。然而，桥状件应当以上述方式抵抗出平面方向的运动。

借助模制设备700的水平取向，模制设备700容易地分别与图2A至图2D和图3中所示的现有技术的水平取向式基于VARTM的模制设备200和300形成对照。

两个现有技术的设备建立起两个亚大气压或真空环境：一个亚大气压或真空环境在软工具的“下面”，而另一个亚大气压或真空环境在软工具的“上方”。在现有技术设备的操作中，软工具上方的真空必须大于软工具下方的真空，以便吸动软工具远离纤维预成型件，以有效地产生可重复使用式树脂分配管线。这阻止在树脂输注之前将完全的真空施加到预成型件。结果，不太可能去除受困于织物预成型件中的所有残余空气，该残余空气在最终的工件中产生出空隙。这是非常不期望的。

另一方面，根据本发明的实施例，没有建立起这种第二真空环境。然而，根据本发明的教导，囊膨胀，从而借助覆于其上的桥状件吸动软工具离开树脂分配介质和纤维预成型件。由于仅建立起单个真空环境，所以本文所公开的方法能够在树脂输注之前将完全的真空施加到预成型件。这确保从预成型件去除基本所有的残余空气，并且具有超越现有技术的显著优点。

图8是根据本发明教导的用于树脂传递模制的方法的流程图。已经参照设备500和700说明了以下提及的图8中所示的各种操作和子操作。图8所示方法800阐述了“将树脂输注到纤维预成型件中”的操作（操作802）和“使树脂固化”的操作（操作804）。

在某些实施例中，经由子操作902和904执行操作802，所述子操作902和904分别阐述了“将软工具的第一侧暴露于小于大气压的压力下”和“在维持软工具的第二侧上的至少大气压的同时形成可重复使用式树脂分配管线”。

在某些实施例中，经由子操作1002和1004执行子操作904，所述子操作1002和1004分别阐述了“布置横跨两个间隔开的囊的桥状件”和“使囊膨胀”。

在某些实施例中，方法800的操作804包括子操作1102，所述子操作1102阐述了“使囊缩小”。

将应理解，本公开仅教导示意性实施例的一个示例，并且本发明的许多变型方案可以由本领域的技术人员在阅读本公开之后容易设计出来，并且本发明的范围将由所附权利要求书确定。

Claims (17)

1.一种树脂传递模制方法，其中，树脂被输注到纤维预成型件中，其中，输注树脂的操作包括：

通过使间隔开的两个囊膨胀来形成能重复使用式树脂分配管线，其中，当所述两个囊膨胀时，在所述两个囊之间形成通路；和

让所述树脂流动进入所述通路中，并通过所述通路以输注到所述纤维预成型件中，

其中，形成能重复使用式树脂分配管线的操作还包括：在所述两个囊膨胀之前，横跨所述两个囊布置桥状件，

其中，形成能重复使用式树脂分配管线的操作还包括：在所述囊之间的空间中，将软工具的第一侧联结到所述桥状件的第一侧。

2.根据权利要求1所述的模制方法，其中，在所述囊之间，在软工具的第一侧与硬工具之间形成所述通路，并且其中，输注树脂的操作还包括：将所述软工具的第一侧暴露于小于大气压的压力下。

3.根据权利要求1所述的模制方法，其中，输注树脂的操作还包括：将所述桥状件暴露于至少为大气压但小于膨胀的所述囊的内部压力的压力下。

4.根据权利要求3所述的模制方法，其中，输注树脂的操作还包括：将所述桥状件暴露于大于大气压但小于膨胀的所述囊的内部压力的压力下。

5.根据权利要求3所述的模制方法，其中，将所述桥状件暴露于至少为大气压的压力下的步骤还包括：将所述桥状件暴露至液体。

6.根据权利要求1所述的模制方法，其中，当足够的树脂已经流入所述通路中时，输注树脂的操作还包括：使所述囊缩小。

7.根据权利要求6所述的模制方法，还包括：在所述囊缩小之后，去除将树脂输送到所述通路中的树脂入口管线。

8.根据权利要求6所述的模制方法，还包括：在所述囊缩小之后，去除所述囊。

9.一种树脂传递模制方法，包括将树脂输注到纤维预成型件中，其中输注树脂的操作包括：

在软工具的第一侧上建立并维持小于大气压的压力；

在所述软工具的第二侧上建立并维持不小于大气压的压力；

在所述软工具的第一侧上形成临时通路，所述临时通路将树脂源放置成与所述纤维预成型件流体连通；和

在树脂被输送到所述纤维预成型件之后但是在树脂已经固化之前，将所述临时通路塌陷。

10.一种树脂传递模制设备，其中，所述设备包括：

模制区域，其中，所述模制区域包括软工具和硬工具；

用于形成能重复使用式树脂分配管线的装置，其中，所述装置包括：

(a)间隔开的能膨胀的囊；和

(b)桥状件，所述桥状件覆于所述囊之上，其中所述软工具物理性地联接到所述桥状件；和

树脂入口，其中，当所述囊膨胀时，所述树脂入口将树脂通过所述桥状件和通过所述软工具输送到通路中，该通路形成在所述软工具与所述硬工具之间，并位于两个所述囊之间的空间内。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述软工具具有第一侧和第二侧，并且其中，能膨胀的所述囊布置在所述软工具的第一侧上，并且所述硬工具布置在所述软工具的第二侧上。

12.根据权利要求10所述的设备，还包括树脂入口管线，所述树脂入口管线可去除地联接到所述树脂入口。

13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述桥状件包括多个区段。

14.一种用于形成复合制品的树脂传递模制设备，其中，所述设备包括：

软工具；和

用于形成能重复使用式树脂分配管线的装置，其中，所述装置包括：

(a)间隔开的能膨胀的囊；和

(b)桥状件，所述桥状件覆于所述囊之上，其中，所述软工具物理性地联接到所述桥状件。

15.根据权利要求14所述的设备，还包括用于将增压空气输送到所述囊的管。

16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述树脂传递模制设备竖直地取向并且还包括：

硬工具，其中，所述硬工具径向地布置在所述软工具的内部；和

树脂入口管线，其中，所述树脂入口管线穿透所述桥状件和所述软工具，并且所述树脂入口管线与所述软工具与所述硬工具之间的区域流体连通以当所述囊膨胀时将树脂输送到所述区域。

17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述树脂传递模制设备水平地取向并且还包括：

硬工具，其中，所述硬工具布置在所述软工具的下面；和

树脂入口管线，其中，所述树脂入口管线穿透所述桥状件和所述软工具，并且所述树脂入口管线与所述软工具与所述硬工具之间的区域流体连通以当所述囊膨胀时将树脂输送到所述区域。