CN103561942B - 用于通过注入树脂和相关方法产生复合部件的压力保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于树脂注入系统（100）的压力保持装置（10），其特征在于它包括：第一室（17，117，217），该第一室可与加压装置相连，并可与真空装置相连；第二室（18，118，218），该第二室可通过树脂注入管（61）和树脂出口管（62）而与所述注入系统（100，200）的树脂注入网络相连，所述第一室（17，117，217）和所述第二室（18，118，218）设置为互相无法漏入对方中；柔性主体（19，219），该柔性主体能够将所述第一室（17，117，217）的增压传送至所述第二室（18，118，218），以对所述注入系统的所述注入网络应用压力；穿孔的刚性板（14，214），该刚性板在所述真空在所述第一室（17，117，217）中产生时能够限制所述柔性主体（19，219）的变形。

Description

用于通过注入树脂和相关方法产生复合部件的压力保持装置

技术领域

本发明涉及用于制造通过RTM（树脂转换模制）注塑制成的复合零件的压力保持装置，以及用于制造通过RTM注塑由复合材料制成的部件的方法。

本发明可具体应用于航空学领域。

背景技术

RTM方法为已知的用于制造具有高强度质量比的由复合材料（纤维-树脂）制成的零件的方法。在传统方式中，该RTM方法包括以下基本操作：

-通过编织准备一纤维预成型件；

-将该预成型件放置在一注塑模具中；

-注入液态的树脂；

-在被注入的树脂上应用一压力保持装置，并通过加热使该部件聚合。

所使用的树脂非常具有流动性，以很好地在该预成型件的不同纤维之间穿透，即使当它们在减小的压力下被注入时。在热的作用下聚合的过程中，被注入的树脂从液态转换为凝胶态，最终转换为固态。

为了保证高质量部件，无缺陷并且无气孔，特别是由于在聚合过程中树脂的去气现象，有必要保持压力，直到该部件完全聚合。

在已知的RTM注入系统中，加压由树脂注入器来保证。因此必须将该注入器保持就位，保持压力，直到树脂完全固化。这样，这些RTM注入系统无法以高速度生产部件，因为该注入器的固定时间指示树脂的聚合时间。该生产装置的占据时间因此是重要的和不可压缩的。

另外，该注入装置的保持就位，直到该部件完全聚合，增加了树脂在该注入装置中和在位于该注入装置与模具之间的管道中聚合的风险，这导致清洁该注入装置的操作的复杂性。

最后，在使用加热室作为加热装置的过程中，在注入装置与模具之间包含在管道中的树脂可在包含于模具中的厚度较大的树脂之前发生聚合。此在管道中的固化使得无法再确保保持压力传送到模具，这导致部件中气孔的出现。

发明内容

在本文中，本发明的目的在于通过提出一种用于生产通过RTM注入而由复合材料制成的部件的压力保持装置来解决前述问题。

为此，本发明提出一种用于树脂注入系统的压力保持装置，其特征在于它包括：

-第一室，该第一室可与加压装置相连，并可与真空装置相连；

-第二室，该第二室可通过树脂注入管道和树脂出口管道而与注入系统的树脂注入网络相连，所述第一室和所述第二室设置为互相无法漏入对方中；

-柔性主体，该柔性主体能够将所述第一室的压力传送至第二室，以对所述注入系统的所述注入网络应用压力；

-穿孔的刚性板，该刚性板在所述真空产生在所述第一室中时能够限制所述主体的变形。

由于本发明，不再需要通过注入器在树脂注入系统中保持一维持压。这样，该注入器在注入的末端被去除，这使得可避免在压力保持阶段过程中树脂在该注入器内聚合。该注入器的占有时间也减少，从而使得可增加每个注入器的生产率。

由于本发明，通过穿孔刚性板的存在，使空气可穿过，在真空在该注入系统中的产生过程中该柔性主体的变形被限制，乃至被消除。该穿孔的刚性板因此使得可确保在该系统中产生真空的功能，同时无由于所述柔性主体的变形而导致管道堵塞的任何风险。

单独考虑或根据其可能的任何技术结合，根据本发明的压力保持装置还可具有一个或多个以下特征：

-所述第一室能够接收加压空气；

-所述柔性主体为一弹性膜。

本发明的主题还是一树脂注入系统，其可制造由复合材料制成的部件，其包括：

-树脂注入器；

-注入模具，该注入模具包括能够容纳编织预成型件的腔；

-树脂注入网络，该树脂注入网络由连接树脂注入器和所述注入模具的树脂入口管和能够排出注入所述腔中的过剩树脂的出口管形成；

-根据本发明的压力保持装置；

-在所述注入系统中的用于产生真空的装置；

-在所述压力保持装置的第一室中产生真空和/或给所述压力保持装置的第一室加压的装置。

单独考虑或根据其任何可能的技术结合，根据本发明的能够制造由复合材料制成的部件的树脂注入系统还可具有一个或多个以下特征：

-所述压力保持装置定位于所述树脂入口管的水平或所述树脂出口管的水平；

-所述压力保持装置设置在所述注入模具内；

-所述压力保持装置设置在所述注入模具内，以使所述装置的所述第二室与所述注入模具的所述腔连通；

-所述压力保持装置设置在所述注入模具内，以使所述第二室与所述腔中的所述预成型件相接触；

-所述压力保持装置和/或所述树脂入口管是隔热的。

本发明的主题还是一利用根据本发明的注入系统实现的通过RTM来注入树脂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-在所述压力保持装置的所述第一室中产生真空；

-在至少由所述树脂入口管、所述树脂出口管、所述注入模具的所述腔所形成的所述树脂注入网络中，通过所述能够在该注入系统中产生真空的装置产生真空；

-将液态的树脂通过所述注入器注入所述注入网络中，以在所述注入模具内达到一设定压力；

-利用所述压力保持装置在该注入网络中应用一维持压力，直到所述树脂的聚合。

根据一有利实施例，所述第一室在所述树脂的注入过程中被同时加压，所述加压的进行使得所述第一室内的压力保持低于所述注入网络内的所述压力。

附图说明

通过以下参照附图而进行的说明性而非限定性的描述，本发明的其他特征和优点将变得更清楚，所述附图为：

图1为表示结合根据本发明的压力保持装置的一RTM注入系统的第一实施例的示意图；

图2为根据图1所示第一实施例的压力保持装置的透视图；

图3为沿图2中所示的压力保持装置的切割面A-A的截面图；

图4为表示结合根据本发明的压力保持装置的一RTM注入系统的第二实施例的示意图；

图5为在树脂注入阶段过程中图4中所示的注入模具的截面图；

图6为在该部件的聚合过程中在保持该注入系统的压力过程中图4中所示的该注入模具的截面图；

图7为表示在注入树脂阶段过程中，结合根据本发明的压力保持装置的一注入模具的第三实施例的示意图；

图8为表示在该部件的聚合过程中，在保持该注入系统的压力的过程中，结合根据本发明的压力保持装置的一注入模具的第三实施例的示意图。

具体实施方式

在所有附图中，除非另外说明，相同的元件采用相同的附图标记。

图1为表示结合根据本发明的压力保持装置10的一RTM注入系统100的第一实施例的示意图。

该系统100包括常规元件，使得可通过RTM注入制造由复合材料制成的部件。为此，该系统100包括：

-树脂注入器60；

-注入模具20，该注入模具具有上部分21和下部分22这两部分，通过连接表面24分开，并包括腔23，该腔具有待制造部件的形状，在该腔中插入一编织的预成型件25；

-树脂池50；

-注入管61，该注入管将注入器60与注入模具20相连；

-树脂出口管62，该树脂出口管将注入模具20与树脂池50相连；

-用于在注入系统100中产生真空的装置31；

-打开/关闭阀63a,63b,63c,63d，使得可控制该系统100的不同管61，62的打开或关闭；

-用于加热所述注入模具20的装置30，例如加热室，以加速聚合。

这样，以常规方式，通过RTM由复合材料制成的部件的制造可分解为多个连续步骤，包括：

-通过应用模具释放剂来准备注入模具20；

-通过编织来准备一预先形成的纤维预成型件25；

-将该纤维预成型件25放置就位于所述注入模具20的腔23中；

-关闭该注入模具20，并准备树脂注入管61和树脂出口管62；

-在加热室中或在热压下加热该注入模具20；

-通过能够在该注入系统100中产生真空的装置31在管网61，62中以及注入模具20的腔23中产生真空；

-利用注入器60将液态的树脂注入该注入管61中，使得树脂移入注入管61中，至注入模具20的腔23，随后在该腔23充满时至树脂出口管62，被注入的过剩树脂回收到树脂池50中；该编织的预成型件于是用树脂来灌注；

-在充注腔23的末端，在注入的树脂上应用一持续压力，直到树脂聚合，以使该编织的预成型件25的灌注连续，并减少该部件的气孔；

-从该模具去除制成的部件。

该注入系统100还包括压力保持装置10，使得可在制造一质量部件所需的树脂上应用所述持续压力。

根据图1所示的第一实施例，该压力保持装置10是独立于注入模具20，并位于注入器60与注入模具20之间的注入管61上。

在图1中，该压力保持装置10有利地设置在该加热室中，并位于注入模具20附近；然而，该装置10还可放置在该加热室之外。

该压力保持装置10还通过管64与能够注入加压空气或能够在无管64的情况下抽真空的网络相连。

装置10在图2和3中以更精确的方式显示。图2为该压力保持装置10在打开位置的透视图，图3为该压力保持装置在关闭位置沿切割面A-A的截面图。

压力保持装置10由通过例如螺纹紧固装置组装的上部分11和下部分12形成。上部分11包括限定称作空气室的第一室17的腔15，以相同方式，下部分12包括限定称作树脂室的第二室18的腔16。

该两个室17和18由柔性主体19和能够在管网中，特别是在第一室17中产生真空的过程中限制该柔性主体19的变形的装置14分开。

两个室17和18之间的密封通过挤压该柔性主体19的端部而在装置10关闭的过程中得到保证。

能够限制该柔性主体变形的装置14例如为穿孔的板14，优选为包括多个几毫米直径，通常为2-3毫米量级直径的通孔的不锈钢板。该穿孔板14的孔从而使空气可穿过它，特别是在产生真空和给该注入系统加压的阶段过程中。

该柔性主体19优选为一弹性膜，例如能够传送压力和承受高温（即高于180℃的温度）的密封膜。该膜19优选为一几毫米厚的硅树脂型的弹性膜。

一附加密封件13使得可确保室17、18与装置10的外部之间的密封。

树脂室18，设计为在注入过程中接收树脂，向上游与通过一连接元件66连接到注入管61的第一部分61’的第一管道8连通，向下游与也通过连接元件66连接到注入管61的第二部分61”的第二管道9连通。

空气室17在其上游部分与一空气供应管道7连通，该空气供应管道7通过一连接元件66与管64相连。

连接元件66为有利的装置，使得可迅速连接和断开管61’、61”、64。

在图2和3中，箭头1表示装置10内树脂的移动方向，箭头2表示空气在管64中的两个循环方向（即真空在空气室17中的产生过程中和空气室17的加压过程中）。

压力保持装置10的使用改变了之前描述的已知RTM注入方法的所有步骤。

这样，在通过装置31在管网61，62中，以及在注入模具20的腔23中产生真空的步骤过程中，也必须经管64在空气室17中产生真空，以避免弹性膜19在此操作过程中的任何过大变形。实际上，不在空气室17中产生真空，使得可将膜19压靠穿孔板14，该膜19将冒被吸入树脂室18中并阻塞管道8、9中的一个，从而阻碍真空在系统100中产生，特别是在该压力保持装置与注入器60之间产生的风险。

在树脂注入该注入管61的开始，当管网仍处于真空条件下，空气室17保持在真空下，以使弹性膜19保持压靠穿孔板14。树脂因此开始通过吸入而移入管61中，随后进入装置10中。

当该注入网络中（即由管61、装置10的树脂室18、注入模具20的腔23和树脂出口管62形成的组件中）的压力超过一阈值（通常高于大气压）时，空气室17可开始被加压。为此，加压空气被注入管64中，以给空气室17加压。

有利地，该注入网络的压力通过位于管61的部分61”上的装置10的出口处的压力传感器41来确定。

为了避免弹性膜19的退化，有必要在注入树脂的阶段过程中以渐进的方式给空气室17加压。另外，在注入网络的空气室17中的压力与树脂室18中的压力之间的压力差的产生使得可保证弹性膜19持续压靠穿孔板14。这样，例如与树脂室18中的压力比较，保持空气室17中的相对压力低于0.5bar是合理的。为此，一真空/压力传感器42被设置在管64上。

在注入树脂步骤的末端，换句话说，当注入模具20充满树脂时，以及当在该模具中的持续压力到达其设定值时，注入器60可通过关闭阀63a和63b，从而通过其在连接元件66水平处的断开而与注入网络隔离。

压力保持装置10随后通过空气室17的加压而接替。空气室17的压力随后经弹性膜19传送至树脂室18并传送至注入模具，该弹性膜19变形并压在树脂室18中的树脂上。这样，该压力保持装置使得可确保在该注入模具中的持续压力，直到该部件完成聚合。

由于该注入器在注入步骤末端被隔离，其可被容易地清洁，因为树脂还未聚合，还可被用来将树脂注入一与第一注入系统并列的第二注入系统中，即使第一系统的部件的聚合尚未结束。

为了延迟树脂的固化，并使压力在该注入模具中可尽可能长地传递，该压力保持装置10和包含在该装置10与注入模具20之间的管61的部分61”完全隔离。

这样，在加热室中加热的情况下，这可使树脂在升温过程中避免在装置10中和管61”中聚合。

在处于压力下注入的情况下，这使得可避免树脂通过与装置10中和管61”中的空气接触被冷却而造成凝固或增稠。

图4、5和6表示本发明的第二实施例。在此第二实施例中，该压力保持装置被插入注入模具120中。

图4更具体地表示整体的注入系统200，图5和6表示在树脂注入阶段过程中（图5）和在该部件聚合，在该注入系统中保持压力的过程中（图6）合并压力保持装置110的注入模具120的截面图。

该注入系统200与之前描述的注入系统100相似，共同的元件使用相同的附图标记。

在另一方面，注入系统200与注入系统100通过注入模具120而不同。

该注入模具120为一两部分的模具，上部分121和下部分122，由连接表面124分开，并包括腔123，该腔123具有待制造部件的形状，其中插入一编织的预成型件125。

下部分122，其中设置腔123，向上游与通过一连接元件66连接到下部分122的注入管61连通，向下游与通过第二连接元件66连接到下部分122的树脂出口管62连通。

以上述相似的方式，该压力保持装置110由空气室117和树脂室118构成。该空气室117由设置在注入模具120的上部分121内的腔形成。该空气室117在其上游部分与通过连接元件66连接到管64的一空气供应管道107连通。

该树脂室118主要设置在注入模具120的下部分122中，以与腔23连通。

保持装置110的树脂室118优选设置在腔123的上游；然而，还可定位该保持装置110，使得树脂室118位于腔123的下游。

树脂室118向上游与连接到注入管61的第一管道108连通，向下游与腔123连通。

与第一实施例的描述相似，在真空在注入系统200中产生的过程中，真空在空气室117中产生，以使膜19保持压靠穿孔板14。

在图6中所示注入树脂步骤的末端，该压力保持装置110通过给空气室117加压而接替。空气室117的压力随后经弹性膜19传送至树脂室118，并传送至腔23，该弹性膜19变形并压在树脂室118中的树脂上。这样，该压力保持装置使得可保证注入模具120中的持续压力，直到该部件完成聚合。

图7和8表示本发明的第三实施例。在此第三实施例中，该压力保持装置210合并到注入模具220中与预成型件25接触。

在此第三实施例中，压力保持装置210设置为使树脂室218位于腔223上方，并与预成型件25接触。

以与图4、5、6中所示的前述实施例相似的方式，空气室217由设置在注入模具220的上部分221内的腔形成。空气室117在其上部分与通过连接元件66连接到管64的一空气供应管道107连通。

此第三实施例用于该部件的几何标准足以容纳形状缺陷的情况。有利地，该压力保持装置位于将在随后废弃的该预成型件的一个端部。

这样，根据图7和8中所示的优选实施例，该穿孔板214包括合适的形状，优选为弧形或圆形，其凸面朝向空气室217，以在预成型件25与弹性膜219之间形成树脂室218。膜219与预成型件25之间的体积将在加压步骤过程中扩散到该预成型件内（图8），这将消除在此步骤过程中过压缩树脂的任何风险。

根据此实施例的变例，弹性膜219可直接与预成型件25接触。在此情况下，树脂室由在注入过程中充满树脂的注入模具220的腔23构成。

一般来说，考虑限定树脂室体积的树脂的体积取决于注入该部件中的树脂的总体积。这样，作为一个例子，该树脂室的体积大于或等于被注入树脂总体积的5%。此树脂体积主要对应于在注入末端该预成型件仍能够吸收的残余注入体积，即使该持续压力已到达其额定值，并且注入速度接近零。此注入，称作残余注入，物理地对应于最终埋满以及该编织预成型件的股内空间。

本发明已具体描述具有用于在注入装置中传送压力的柔性弹性膜；然而，压力在该压力保持装置中的传送还可是刚性膜、瓣或任何特别装置，使得能够传送压力。

本发明已通过将该压力保持装置定位在注入管或注入模具的树脂出口的水平而具体描述；然而本发明还可通过将该压力保持装置定位在树脂出口管的水平而应用。

Claims (10)

1.一种用于树脂注入系统的压力保持装置，其特征在于它包括：

-第一室，该第一室与加压装置及真空装置相连；

-第二室，该第二室通过树脂注入管和树脂出口管而与所述注入系统的树脂注入网络相连，所述第一室和所述第二室设置为互相无法漏入对方中；

-所述第一室和第二室由相互邻接的柔性主体和穿孔的刚性板分隔开，该柔性主体靠近所述第二室，并能够将所述第一室的增压传送至所述第二室，以对所述注入系统的所述注入网络应用压力；该刚性板靠近所述第一室，并在真空在所述第一室中产生时能够限制所述柔性主体的变形。

2.根据权利要求1所述的用于树脂注入系统的压力保持装置，其特征在于，所述第一室能够接收加压空气。

3.根据权利要求1或2所述的用于树脂注入系统的压力保持装置，其特征在于，所述柔性主体为一弹性膜。

4.一种树脂注入系统，其可制造由复合材料制成的部件，其包括：

-树脂注入器；

-注入模具，该注入模具包括能够容纳一编织的预成型件的腔；

-树脂注入网络，该树脂注入网络由连接所述树脂注入器和所述注入模具的树脂入口管和能够排出注入所述腔中的过剩树脂的树脂出口管形成；

-根据权利要求1-3中任何一项所述的压力保持装置，该压力保持装置位于所述树脂注入器与所述注入模具之间的所述树脂入口管上或设置在所述注入模具内；

-在所述树脂注入系统中产生真空的装置，以在所述树脂入口管、树脂出口管，以及所述腔(23，123，223)中产生真空；

-所述压力保持装置的第一室通过管道与能够注入加压空气或抽真空的网络相连。

5.根据权利要求4所述的树脂注入系统，其特征在于，所述压力保持装置定位于所述树脂入口管的水平或所述树脂出口管的水平。

6.根据权利要求4所述的树脂注入系统，其特征在于，当所述压力保持装置设置在所述注入模具内时，所述压力保持装置的所述第一室由设置在所述注入模具的上部分内的空腔形成，该第一室在其上游部分与通过连接元件连接到所述管道的一空气供应管道连通，所述压力保持装置的第二室设置在所述注入模具的下部分中，以与所述腔连通。

7.根据权利要求4所述的树脂注入系统，其特征在于，当所述压力保持装置设置在所述注入模具内时，所述压力保持装置的所述第一室由设置在所述注入模具的上部分内的空腔形成，该第一室在其上游部分与通过连接元件连接到所述管道的一空气供应管道连通，所述压力保持装置的第二室位于所述腔的上方，其底部即为所述预成型件的上表面。

8.根据权利要求4-7中任何一项所述的树脂注入系统，其特征在于，所述压力保持装置和/或所述树脂入口管是隔热的。

9.一种利用根据权利要求4-7中任何一项所述的注入系统实现的通过RTM来注入树脂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-在所述压力保持装置的所述第一室中产生真空；

-在至少由所述树脂入口管、所述树脂出口管、所述注入模具的所述腔所形成的所述树脂注入网络中，通过所述能够在该注入系统中产生真空的装置产生真空；

-利用所述注入器将液态的树脂注入所述树脂注入网络中，以在所述注入模具内达到一设定压力；

-当注入模具充满树脂时，以及当在该注入模具中的持续压力到达其设定值时，所述注入器与所述树脂注入网络隔离；

-通过管道给所述第一室加压，所述第一室的压力随后经所述柔性主体传送至所述第二室，并传送至所述注入模具，该柔性主体变形并压在所述第二室中的树脂上，以确保在该注入模具中的持续压力，直到所述树脂的聚合。

10.根据权利要求9所述的通过RTM来注入树脂的方法，其特征在于，所述第一室在所述树脂的注入步骤过程中被同时加压，所述加压的进行使得所述第一室内的压力保持低于所述树脂注入网络内的压力。