CN106132673A - 使用透气聚乙烯真空膜形成复合叠层堆叠的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种形成成形复合结构的方法。所述方法包括将复合叠层堆叠(12)放置于模具(18)上,其中所述复合叠层堆叠(12)包括织物叠层(14、16)和树脂且其中所述模具(18)呈现预定形状;将包含聚乙烯的真空膜(22)覆盖于所述复合叠层堆叠(12)上,从而在所述真空膜(22)与所述模具(18)之间建立可抽空体积;对介于所述模具(18)与所述真空膜(22)之间的所述可抽空体积施加吸力以在所述可抽空体积内建立至少部分真空,从而经由响应于所述可抽空体积内的所述至少部分真空而施加至所述真空膜(22)的压力来压缩所述复合叠层堆叠(12);以及在向所述可抽空体积施加吸力的同时加热所述复合叠层堆叠(12),从而至少部分地加固所述叠层堆叠(12)。
Description
对相关申请的交叉引用
本国际PCT专利申请依赖于2014年3月4日提交的美国临时专利申请序号61/947,716的优先权,所述美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
发明领域
本发明有关于使用透气聚乙烯真空膜形成复合叠层堆叠的方法和装置。
对相关技术的描述
已知在构建复合材料时,将多个复合叠层材料层堆叠至模具上。还将复合叠层堆叠在彼此顶部,并且使用利用真空膜(有时也称为“真空袋”)施加的真空进行压缩。为了可以从真空膜与模具之间的间隔中去除空气,将透气材料插入复合叠层与真空膜之间。在施加真空时,同时加热复合叠层。热和压力的施加(通过真空和/或正压)将复合叠层加固至复合叠层结构中。
按照惯例,真空膜是由硅酮或尼龙基材料制成,所述材料是柔性的并且可建立合适的密封,从而在介于真空膜与模具之间的间隔内建立部分真空。
利用硅酮的一个困难在于,用于热成形应用的硅酮倾向于延伸和变形,从而导致叠层厚度由于不均匀的压力分布而变化,尤其是在施加真空和/或热时。尽管这个问题未必在每一种建造复合叠层结构的情况下都成问题,但是当将复合叠层材料放到模具上以便形成具有更复杂的形状的纵梁,诸如Δ形纵梁或Ω形纵梁时,所述问题被放大。
仅供参考,纵梁是一种结构强化元件,其被附接至另一个元件,诸如整流罩,以便强化该另一个元件并且提高该另一个元件的强度和刚度。尽管纵梁可能具有许多种形状中的任一种,但是可以将纵梁构建成具有Δ形状或Ω形状,对于复合纵梁来说,这些被视为复杂形状。
迄今为止,现有技术尚未提供硅酮真空膜的合适的代替物。
发明概要
本发明解决了关于现有技术所指出的一个或多个缺陷。具体来说,本发明提供了一种形成成形复合结构的方法。所述方法包括将复合叠层堆叠放置于模具上,其中所述复合叠层堆叠包括织物叠层和树脂且其中所述模具呈现预定形状;将包含聚乙烯的真空膜覆盖于所述复合叠层堆叠上,从而在所述真空膜与所述模具之间建立可抽空体积;对介于所述模具与所述真空膜之间的所述可抽空体积施加吸力以在所述可抽空体积内建立至少部分真空,从而经由响应于所述可抽空体积内的所述至少部分真空而施加至所述真空膜的压力来压缩所述复合叠层堆叠;以及在向所述可抽空体积施加吸力的同时加热所述复合叠层堆叠,从而至少部分地加固所述叠层堆叠。
在一个预期实施方案中,使所述树脂预先浸入所述复合叠层堆叠的至少一部分中。
在另一个预期实施方案中,所述加热步骤包括至少透过所述真空膜施加在约700nm至1mm、2至10μm或1.5至8μm中的至少一者之间的波长范围内的红外电磁辐射。
再进一步,预期所述加热步骤发生在约110至130℉(43.33至54.55℃)之间、约115至125℉(46.11至51.67℃)之间或约120℉(48.89℃)中的至少一者的温度下。
关于所述模具,所述预定形状可以包括Ω形或Δ形表面中的至少一者。
预期所述织物叠层可以包含碳纤维以及其他类型的纤维。
另外,预期所述真空膜的一侧包括通道的图案,从而允许在向所述可抽空体积施加所述吸力时将气体抽出。所述图案可以是所述通道的直线网格图案或所述通道的菱形图案中以及其他图案。
本发明还提供了一种真空膜,其适用于抵靠模具压实至少两个纤维层的复合叠层堆叠。所述真空膜包括聚乙烯,其具有第一表面和第二相对表面;和表面图案,其被安置在所述第一表面和所述第二表面中的至少一者上。所述表面图案包括适用于从所述真空膜与所述模具之间抽出气体的通道网络。
在一个预期实施方案中,所述真空膜具有介于9.5密耳(0.24mm)±10%之间的厚度,可透过波长在约700nm至1mm范围内的红外电磁辐射,在纵向方向上具有介于约500%至550%之间的拉伸伸长率,在横向方向上具有介于约650%至700%之间的拉伸伸长率,在所述纵向方向上具有介于约3300psi至3500psi之间的拉伸强度,在所述横向方向上具有介于约2700psi至2900psi之间的拉伸强度,在所述纵向方向上具有介于约0.6至0.8磅/密耳之间的埃尔曼多夫撕裂强度,且在所述横向方向上具有介于约0.9至1.1磅/密耳之间的埃尔曼多夫撕裂强度。另外,预期所述通道具有介于约11.2密耳(0.28mm)±10%之间的宽度、介于约6密耳(0.15mm)±10%之间的深度并且被安置为彼此相隔介于约84.8密耳(2.15mm)±10%之间的间隔距离。。
预期所述表面图案可以具有所述通道的直线网格图案或所述通道的菱形图案。
另外,预期所述真空膜可以在所述纵向方向上具有约525%的拉伸伸长率且在所述横向方向上具有约675%的拉伸伸长率。
此外,预期所述真空膜可以在所述纵向方向上具有约3400psi的拉伸强度且在所述横向方向上具有约2800psi的拉伸强度。
然后,所述真空膜可以在所述纵向方向上具有约0.7磅/密耳的埃尔曼多夫撕裂强度且在所述横向方向上具有约1.0磅/密耳的埃尔曼多夫撕裂强度。
而且,预期所述真空膜在约110至130℉(43.33至54.55℃)之间、约115至125℉(46.11至51.67℃)之间或约120℉(48.89℃)中的至少一者的温度范围内可抵抗变形。
本发明还提供了一种形成成形复合结构的方法。预期所述方法包括将复合叠层堆叠放置于模具上,其中所述复合叠层堆叠包括织物叠层和树脂且其中所述模具呈现预定形状;将真空膜覆盖于所述复合叠层堆叠上,从而在所述真空膜与所述模具之间建立可抽空体积;对介于所述模具与所述真空膜之间的所述可抽空体积施加吸力以在所述可抽空体积内建立至少部分真空,从而抵靠所述模具压缩所述复合叠层堆叠;以及在向所述可抽空体积施加吸力的同时加热所述复合叠层堆叠,从而至少部分地加固所述叠层堆叠。预期所述真空膜在暴露于具有约700nm至1mm范围内的波长的红外电磁辐射和约110至130℉(43.33至54.55℃)之间的温度范围时可抵抗变形。
所述真空膜可以由聚乙烯以及其他材料制成。
所述真空膜的一侧可以包括通道的图案,从而允许在向所述可抽空体积施加所述吸力时将气体排出。
所述图案可以是所述通道的直线网格图案或所述通道的菱形图案以及其他可能的图案。
本发明的其他方面将由随后的论述中显而易见。
附图简述
现在将结合本发明的附图来描述本发明,其中:
图1是用于根据现有技术制造加固型复合叠层堆叠的组件布置的横截面图解表示;
图2是用于根据本发明制造加固型复合叠层堆叠的组件布置的横截面图解表示;
图3是可施加至被放在用于形成加固型复合叠层堆叠的模具上的Ω形特征上的真空膜的各种应力点的图解横截面侧视图;
图4是根据本发明的透气真空膜的一部分的顶视图的图解表示;
图5是图4中所示的透气真空膜的第一种预期构建的图解横截面侧视图;以及
图6是图4中所示的透气真空膜的第二种预期构建的图解横截面侧视图。
对本发明实施方案的详细描述
现在将结合一个或多个实施方案来描述本发明。对任何一个具体实施方案或相关特征的讨论都不意图限制本发明。相反,对具体实施方案和特征的讨论意在说明本发明的广度和范围。许多变化形式和等效方案将由随后的论述中显而易见。本发明的范围意在涵盖那些变化形式和等效方案,就如同在本文中加以描述。
关于结合具体实施方案所论述的各种特征,应注意,不希望所述特征彼此排除。相反,如对于本领域技术人员应显而易见,若干个特征可以组合在与以下所描述的具体实施方案不同的布置中。预期那些组合属于本发明的范围内。
图1是加固装置10的现有技术中的一个实例的横截面的图解侧视图,这在本文中被定义为用于制造加固型复合叠层堆叠的组件布置。
加固型复合叠层堆叠可以具有许多种应用并且适用于许多设备中的任一种。其中,加固型复合叠层堆叠可以用于制造飞机组件。所述飞机组件可以是纵梁、机身壁板、发动机整流罩或任何其他组件。
典型地,复合叠层堆叠12由至少两个纤维叠层14、16组成,举例来说,所述纤维叠层可以是碳纤维叠层。虽然图1和图2中为了简化起见示出了两个碳纤维叠层14、16,但应该理解,在不背离本发明的范围的情况下,可以采用更多个碳纤维叠层14、16。在制造飞机的纵梁时,举例来说,将复合叠层堆叠12包括在约九至二十个碳叠层之间并不罕见。碳纤维叠层14、16可以包括预浸渍叠层。
如图1中所示,碳纤维叠层14、16被堆叠在模具18的顶部。在所示出的实例中,模具包括Δ形特征20。模具18确定由加固装置10产生的加固型复合叠层堆叠12的形状。
为了可以加固碳纤维叠层14、16,通过施加由在真空膜22与模具18之间施加真空(或部分真空)而产生的压力P来压实碳纤维叠层14、16。真空膜22与模具18之间的间隔也被称为可抽空体积24。在加固装置10的这种现有技术版本中,真空膜22是由硅酮或尼龙基材料制成。
将透气材料26和第一脱模层28插在复合叠层堆叠12与真空膜22之间。透气材料26典型地由布料或叠层制成。透气材料26在真空膜22与复合叠层堆叠12之间建立空气体积,从而促进从可抽空体积24中去除空气。
为了使硅酮真空膜22和透气材料24容易与复合叠层堆叠12分离,典型地将第一脱模层28插在透气材料24与复合叠层堆叠12之间。类似地,为了促进分离复合叠层堆叠12与模具18,典型地将第二脱模层30插在复合叠层堆叠12与模具18之间。
为了在介于真空膜22与模具18之间的可抽空体积24中施加真空或部分真空,真空膜22设有通过真空管线36连接至真空源34的连接装置32。密封件38可以围绕真空膜22周围设置,以确保围绕模具18实现气密性密封。
在加固复合叠层堆叠12期间,在介于真空膜22与模具18之间的可抽空体积24中施加真空。同时,加热复合叠层堆叠12。可以从模具18内的区域和/或从模具18外部的来源施加热。举例来说,可以通过模具18内的加热元件来施加热。另外,可以通过位于模具18附近(例如,在模具18上方)的热灯在真空膜22外部施加热。可以用如本领域技术人员应该显而易见的其他方式来施加热。
现有硅酮真空膜的一个缺陷在于,当将其用于形成Δ形纵梁18,诸如所示出的纵梁(或Ω形纵梁)且施加热时,硅酮倾向于在形状进行明显过渡的区域中,诸如在Δ的顶点处或在Ω(其中末端过渡至呈水平取向的特征)的底部末端附近发生延伸和变形。硅酮真空膜的变形可能产生不当成形的纵梁(或其他组件),这最终可能导致组件拒绝服务。
图3是与被放在作为用于形成加固型复合叠层堆叠12(在此视图中被省略)的模具18的一部分的Ω形特征76上的真空膜44相关的各种应力点S的图解横截面侧视图。应力点S与如以上所指出的过渡区相关。在真空膜44是硅酮真空膜的情况下,同样如所指出,硅酮材料倾向于在应力点S处延伸和变形。这可能导致不当成形的复合叠层堆叠12。
根据本发明的一个非限制性实例,复合叠层堆叠12典型地预浸有树脂(也被称为预浸渍材料)。在施加热和压力期间,树脂渗入材料纤维并迁移,使得复合叠层堆叠12中的相邻复合层14、16彼此粘附。这个过程在本文中被称为加固或接合。在停止热和压力并且使复合叠层堆叠12冷却之后,已加固的复合叠层堆叠12保持模具18的形状。
现在参考图2,其参考如结合图1所示和论述的常规实例描述了本发明。
作为引言,且与图1中所示的加固装置相比,应注意,对于本发明的加固装置40,已增加了脱模条42。另外,已经用自动透气真空膜44(在本文中也被称为透气膜44)替换真空膜22。另外,已经剔除了透气材料26。
在本发明的加固装置40中,为了建立呈预定形状的加固型复合叠层堆叠12,预期复合叠层堆叠12将被放在模具18的顶部(包括例如Δ形部分20)上。尽管预期单独叠层14、16可以在模具18上堆叠在彼此顶部上,但期望将在放到模具18上之前形成复合叠层堆叠12,且随后作为一个单元放到模具18上。
关于复合叠层14、16,应注意这些层14、16仅代表可以在堆叠在彼此顶部上以形成复合叠层堆叠12之前堆叠和压实(在平坦或不平坦表面上)的多个复合叠层14、16。如以上所指示,预期复合叠层堆叠12将包括不只两个单复合叠层14、16。事实上,预期大约十二个或更多个复合叠层14、16可以堆叠在彼此顶部上以形成加固型复合叠层堆叠12。
在本发明的内容中,预期复合叠层14、16将由预浸有树脂的单向碳纤维叠层制成。然而,应注意,复合叠层14、16可以由非编织叠层制成。复合叠层14、16分别可以由除碳纤维以外的材料制成。举例来说,在不背离本发明的范围的情况下,可以采用芳纶纤维和对芳纶纤维(包括KevlarTM(E.I DuPont de Nemours and Company的商标))和其他合适的材料。再进一步,如本领域技术人员应该显而易见,复合叠层14、16可以由碳纤维、芳纶纤维、对芳纶纤维和其他材料的组合制成。
树脂可以是可被本领域技术人员视为合适的任何材料。树脂包括但不限于环氧树脂、聚酯树脂、乙烯酯树脂等等。
预期复合叠层14、16可能不包括树脂。而是可以用在不使用树脂的情况下促进加固的方式来处理复合叠层14、16。换句话说,本发明不应该被视为限于各复合叠层14、16预浸有树脂的实施方案。
还预期属于本发明的范围内的变化形式。举例来说,复合叠层14、16中每隔一个可以预浸有树脂。复合叠层14、16分别可以不含树脂,所述树脂可以在施加热和压力之前引入。再进一步,复合叠层14、16可以在其选定面积、区或区域上预浸有树脂。
在本发明的加固装置40中,自动透气真空膜44包含聚乙烯。如将从随后的论述中显而易见,在不背离本发明的范围的情况下,还可以使用其他材料。
包含聚乙烯(且在一些情况下主要包含聚乙烯)的真空袋与硅酮相比具有改进的脱模特征。举例来说,当暴露于真空和热时,聚乙烯能够抵抗变形和/或伸长,从而允许抵靠模具18的小半径曲线来充分压实复合叠层堆叠12。
参考图4,预期自动透气真空膜44在其至少一个表面上设有凹槽图案46。设置凹槽图案46以在自动透气真空膜44与复合叠层堆叠12之间(即,在可抽空间隔24内)建立空气通道,从而允许从可抽空间隔24中去除空气。凹槽图案46可以视要求或视需要包括凹槽48的任何重复或非重复图案。此外,凹槽图案46在自动透气真空膜44上的不同地方可以变化。换句话说,不需要在自动透气真空膜44的整个表面上施加均一的凹槽图案46。自动透气真空膜44被呈现为根据本发明的自动透气真空膜44的非限制性第一实施方案。
参考图5,示出了根据本发明的自动透气真空膜的非限制性第二实施方案且标记为44'。在这个实施方案中,真空膜44'包括多个凸起50,各凸起在真空膜44'中形成单独凹槽48。因为凹槽48是通过凸起50形成,所以顶表面52和底表面54包括凸起50。在顶表面52上,凸起50是凸出的,而在底表面54上,凸起50是凹入的,从而在真空膜44'中建立凹槽48。
参考图6,示出了自动透气真空膜的非限制性第三实施方案且标记为44"。这里,凹槽48是通过在自动透气真空膜44"的底表面54中切割、模制或以其他方式形成的单独通道56而形成。
如应该从上文显而易见,在不背离本发明的范围的情况下,可以通过任何合适的制造技术在自动透气真空膜44、44'、44"中建立凹槽48。然而,预期将至少在真空膜44、44'、44"的底表面54上形成凹槽48,以便在紧邻加固装置40中的复合叠层堆叠12处建立空气通道。
重新参考图2,应注意到,将脱模条42施加至复合叠层堆叠12的诸多区域以在向可抽空体积24施加真空期间促进复合叠层堆叠12滑动。
如以上所指出,预期自动透气真空膜44、44'、44"由具有合适的脱模特征的聚乙烯材料制成。因此,本发明的加固装置40可能不需要第一脱模层28。预期将在复合叠层堆叠12与模具18之间设置第二脱模层30。此外,如以上所指出,在选定位置上,预期可添加脱模条42以在加固期间促进复合叠层堆叠12相对于模具18滑动。
重新参考图4,示出了凹槽48呈菱形图案形式46。尽管这个图案46被视为适用于自动透气真空膜44、44'、44",但不背离本发明的范围的情况下,凹槽48可以在遵循任何其他合适的图案。举例来说,凹槽48可以布置在直线图案中,如一张方格纸。在不背离本发明的范围的情况下,还可以采用其他图案,包括弯曲凹槽48。
关于施加至真空膜44、44'、44"的菱形图案46,预期单独菱形58将具有宽度60和高度62并且彼此相隔间隔距离64。预期宽度60是约74.4密耳(一英寸的千分之74.4)(1.89mm)±10%。预期高度62是约129.7密耳(3.29mm)±10%。预期间隔距离64是约84.8密耳(2.15mm)±10%。替代地,宽度60可以是约74.4密耳(1.89mm)±5%,高度62可以是约129.7密耳(3.29mm)±5%,且间隔距离64可以是约84.8密耳(2.15mm)±5%。在另一个替代方案中,宽度60可以是约74.4密耳(1.89mm)±2%,高度62可以是约129.7密耳(3.29mm)±2%,且间隔距离64可以是约84.8密耳(2.15mm)±2%。如显而易见,在所示出的实施方案中,宽度60可以是约74.4密耳(1.89mm),高度62可以是约129.7密耳(3.29mm),且间隔距离64可以是约84.8密耳(2.15mm)±2%。
参考图5,自动透气真空膜44'可以具有约9.5密耳(0.24mm)的厚度66与约6密耳(0.15mm)±10%的凹槽深度68。替代地,自动透气真空膜44'可以具有约9.5密耳(0.24mm)的厚度66与约6密耳(0.15mm)±5%的凹槽深度68。在另一个实施方案中,自动透气真空膜44'可以具有约9.5密耳(0.24mm)的厚度66与约6密耳(0.15mm)±2%的凹槽深度68。如可以显而易见,在所示出的实施方案中,自动透气真空膜44'的厚度66是约9.5密耳(0.24mm)且凹槽深度68是约6密耳(0.15mm)。
参考图6,自动透气真空膜44"可以具有约9.5密耳(0.24mm)的厚度70与约6密耳(0.15mm)±10%的凹槽深度72。替代地,自动透气真空膜44"可以具有约9.5密耳(0.24mm)的厚度70与约6密耳(0.15mm)±5%的凹槽深度72。在另一个实施方案中,自动透气真空膜44"可以具有约9.5密耳(0.24mm)的厚度70与约6密耳(0.15mm)±2%的凹槽深度72。如应该显而易见,在所示出的实施方案中,自动透气真空膜44"的厚度70是约9.5密耳(0.24mm),而凹槽深度72是约6.5密耳(0.15mm)。
如以上所指出,自动透气真空膜44、44'、44"中的凹槽48在可抽空间隔24内建立了空气通道,从而允许从可抽空间隔24中去除空气。具体来说,预期凹槽48所具有的尺寸、密度和间隔将足以确保可接受的从可抽空间隔24中去除空气的速率,且从而确保形成具有理想加固特征的加固型叠层堆叠12。以这种方式,自动透气真空膜44、44'、44"组合了图1中所示的真空膜22与透气材料26的功能性。
结合自动透气真空膜44"的厚度70,应该注意,厚度70可能属于约5至12密耳(0.13mm至0.30mm)的大得多的范围内。较小的厚度70不可能提供合适的量的自动透气膜材料以用于形成足够的凹槽48。厚度70大于12密耳(0.30mm)可能因刚性过大而无法用作自动透气真空膜44"。
参考自动透气真空膜44、44'、44"的各实施方案,预期凹槽48可以具有约11.2密耳(0.28mm)±10%的宽度。替代地,凹槽48的宽度74可以是约11.2密耳(0.28mm)±5%。在另一个实施方案中,宽度74可以是约11.2密耳(0.28mm)±2%。如可以显而易见,在所示出的实施方案中,凹槽48的宽度74是约11.2密耳(0.28mm)。
如以上所指示,自动透气真空膜44、44'、44"的组合物包含聚乙烯。在不背离本发明的范围的情况下,聚乙烯中可以包括添加剂。举例来说,聚乙烯可以包括二氧化钛(<5.0%)、铅(<1.0%)和铬(<0.1%)以及其他添加剂材料。适用于真空袋的一种材料是由Bloomer Plastics公司(如2011年8月11日的材料安全性数据表中所报告,营业地址是1710North Industrial Drive,Bloomer,Wisconsin 54724-0005)出售的被称为“压花聚乙烯膜”的材料(产品码DC500A)。
本发明预期自动透气真空膜44、44'、44"将具有足够的厚度,以帮助在介于真空膜44、44'、44"与模具18之间的可抽空间隔24中建立足够的真空。此外,预期自动透气真空膜44、44'、44"由于其是由聚乙烯制成而将在施加真空时抵抗变形。
如以上所指出,为了形成复合叠层堆叠12,在向介于自动透气真空膜44、44'、44"与模具18之间的可抽空体积24施加真空期间向复合叠层14、16施加热。
可以通过任何类型的加热器来施加热。然而,预期将施加呈辐射热形式的热。为了确保最大程度地将热传输至复合叠层14、16,预期真空膜44、44'、44"可透过红外电磁辐射。更具体来说,预期自动透气真空膜44、44'、44"可透过具有700nm至1mm的波长和430THz至300GHz的频率的红外电磁辐射。更具体来说,如果热源是陶瓷加热元件,则预期自动透气真空膜44、44'、44"可透过具有在约2至10μm范围内的波长的红外电磁辐射。如果利用石英热灯,则预期自动透气真空膜44、44'、44"将可透过具有在约1.5至8μm之间的范围内的波长的红外电磁辐射。如应该显而易见,可以采用能产生在其他波长范围内的红外电磁辐射的其他热源。
尽管被视为不限制本发明,但应注意到,诸如聚氯乙烯和聚乙烯之类的塑料在3500nm左右对红外电磁辐射具有峰值吸收。相应地,预期将选择红外电磁辐射源以避免在3500nm左右的波长内产生热,从而避免被聚乙烯吸收。
应理解,用于自动透气真空膜44、44'、44"的材料的吸收性质可以取决于并入聚乙烯中的添加剂而变化。相应地,可能有必要针对自动透气真空膜44、44'、44"的性质来调整热源,使得自动透气真空膜44、44'、44"在由加热器所发出的主要波长下表现出透过性。
还预期自动透气真空膜44、44'、44"将由在加固过程期间基本上可透过红外电磁辐射的材料制成。具体来说,预期自动透气真空膜44、44'、44"在介于约110至130℉(43.33至54.55℃)之间、介于约115至125℉(46.11至51.67℃)之间或约120℉(48.89℃)的升高温度下可透过红外电磁辐射。换句话说,为了使形成复合叠层堆叠12的复合叠层14、16由于在这些温度中的一个或多个下进行加热而可以接合(或被加固),预期聚乙烯在这些温度下将可透过(或基本上可透过)红外电磁辐射。应注意,在加固过程中施加的温度与所采用的树脂有关。相应地,预期与本文中所描述的那些不同的温度属于本发明的范围内。
另外,预期自动透气真空膜44、44'、44"在介于约110至130℉(43.33至54.55℃)之间、介于约115至125℉(46.11至51.67℃)之间或约120℉(48.89℃)的这些相同温度下将抵抗变形、伸长和蠕变。由于在这些操作温度下抵抗变形、伸长和蠕变,自动透气真空膜44、44'、44"将抵抗其形状变化,且因此将有助于抵靠模具压实复合叠层堆叠12,直至复合叠层堆叠12被加固成与模具18互补的形状。
关于凹槽48,预期凹槽48(不考虑在自动透气真空膜44、44'、44"中形成其的方式)将具有足够坚固的横截面和足够大的分布,以便从复合织物堆叠12中去除空气,从而促进层14、16的加固(或接合)。如可以显而易见,如果凹槽48过小或凹槽48过少,则凹槽图案46不能提供足以去除空气的通道。如果是这样的话,则自动透气真空膜44、44'、44"可能不能够对复合叠层堆叠12施加足以使复合叠层14、16接合(或加固)成一体的压力P。
分别预期可以采用自动透气真空膜44、44'、44"在室温下或附近加固复合叠层堆叠12。具体来说,自动透气真空膜44、44'、44"可用于加固前的压实操作。压实操作基本上与以上所描述相同,除了没有施加热来激活树脂。作为替代,可以将自动透气真空膜44、44'、44"放在复合叠层堆叠12的顶部上,以便可以向可抽空体积24施加真空。采用压实操作来压实复合叠层堆叠12,随后使用热进行加固。应注意,使用自动透气真空膜44、44'、44"压实复合叠层堆叠12使压实提高了3-4%或更多(与使用尼龙膜和透气材料的现有技术相比)。应注意,在由多个单独织物层构建复合叠层堆叠12期间,可以视需要重复压实操作。
如以上所指出,已经结合若干个实施方案和变化形式描述了本发明。本发明不希望受限于本文中所描述的任何一个具体实施方案或任何一个具体特征。相反,本领域技术人员将结合本发明而了解到许多变化形式和等效方案。本发明意图涵盖那些变化形式和等效方案。
Claims (19)
1.一种形成成形复合结构的方法,其包括:
将复合叠层堆叠放置于模具上,其中所述复合叠层堆叠包括织物叠层和树脂且其中所述模具呈现预定形状;
将包含聚乙烯的真空膜覆盖于所述复合叠层堆叠上,从而在所述真空膜与所述模具之间建立可抽空体积;
对介于所述模具与所述真空膜之间的所述可抽空体积施加吸力以在所述可抽空体积内建立至少部分真空,从而经由响应于所述可抽空体积内的所述至少部分真空而施加至所述真空膜的压力来压缩所述复合叠层堆叠;以及
在向所述可抽空体积施加吸力的同时加热所述复合叠层堆叠,从而至少部分地加固所述叠层堆叠。
2.如权利要求1所述的方法,其中使所述树脂预先浸入所述复合叠层堆叠的至少一部分中。
3.如权利要求1所述的方法,其中加热包括至少透过所述真空膜施加在约700nm至1mm、2至10μm或1.5至8μm中的至少一者之间的波长范围内的红外电磁辐射。
4.如权利要求3所述的方法,其中加热发生在约110至130℉(43.33至54.55℃)之间、约115至125℉(46.11至51.67℃)之间或约120℉(48.89℃)中的至少一者的温度下。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述预定形状包括Ω形或Δ形表面中的至少一者。
6.如权利要求1所述的方法,其中所述织物叠层包含碳纤维。
7.如权利要求1所述的方法,其中所述真空膜的一侧包括通道的图案,从而允许在向所述可抽空体积施加所述吸力时将气体抽出。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述图案包括所述通道的直线网格图案或所述通道的菱形图案中的至少一种。
9.一种真空膜,其适用于抵靠模具压实至少两个纤维层的复合叠层堆叠,所述真空膜包括:
聚乙烯,其具有第一表面和第二相对表面;和
表面图案,其被安置在所述第一表面和所述第二表面中的至少一者上且包括适用于从所述真空膜与所述模具之间抽出气体的通道网络。
10.如权利要求9所述的真空膜,其中:
所述真空膜具有介于9.5密耳(0.24mm)±10%之间的厚度;
所述真空膜可透过波长在约700nm至1mm范围内的红外电磁辐射;
所述真空膜在纵向方向上具有介于约500%至550%之间的拉伸伸长率;
所述真空膜在横向方向上具有介于约650%至700%之间的拉伸伸长率;
所述真空膜在所述纵向方向上具有介于约3300psi至3500psi之间的拉伸强度;
所述真空膜在所述横向方向上具有介于约2700psi至2900psi之间的拉伸强度;
所述真空膜在所述纵向方向上具有介于约0.6至0.8磅/密耳之间的埃尔曼多夫撕裂强度;
所述真空膜在所述横向方向上具有介于约0.9至1.1磅/密耳之间的埃尔曼多夫撕裂强度;
所述通道具有介于约11.2密耳(0.28mm)±10%之间的宽度;
所述通道具有介于约6密耳(0.15mm)±10%之间的深度;
所述通道被安置为彼此相隔介于约84.8密耳(2.15mm)±10%之间的间隔距离。
11.如权利要求9所述的真空膜,其中所述表面图案包括所述通道的直线网格图案或所述通道的菱形图案中的至少一种。
12.如权利要求9所述的真空膜,其中所述真空膜在所述纵向方向上具有约525%的拉伸伸长率且在所述横向方向上具有约675%的拉伸伸长率。
13.如权利要求9所述的真空膜,其中所述真空膜在所述纵向方向上具有约3400psi的拉伸强度且在所述横向方向上具有约2800psi的拉伸强度。
14.如权利要求9所述的真空膜,其中所述真空膜在所述纵向方向上具有约0.7磅/密耳的埃尔曼多夫撕裂强度且在所述横向方向上具有约1.0磅/密耳的埃尔曼多夫撕裂强度。
15.如权利要求9所述的真空膜,其中所述真空膜在约110至130℉(43.33至54.55℃)之间、约115至125℉(46.11至51.67℃)之间或约120℉(48.89℃)中的至少一者的温度范围内可抵抗变形。
16.一种形成成形复合结构的方法,其包括:
将复合叠层堆叠放置于模具上,其中所述复合叠层堆叠包括织物叠层和树脂且其中所述模具呈现预定形状;
将真空膜覆盖于所述复合叠层堆叠上,从而在所述真空膜与所述模具之间建立可抽空体积;
对介于所述模具与所述真空膜之间的所述可抽空体积施加吸力以在所述可抽空体积内建立至少部分真空,从而抵靠所述模具压缩所述复合叠层堆叠;以及
在向所述可抽空体积施加吸力的同时加热所述复合叠层堆叠,从而至少部分地加固所述叠层堆叠;
其中所述真空膜在暴露于具有约700nm至1mm范围内的波长的红外电磁辐射和约110至130℉(43.33至54.55℃)之间的温度范围时可抵抗变形。
17.如权利要求17所述的方法,其中所述真空膜包含聚乙烯。
18.如权利要求18所述的方法,其中所述真空膜的一侧包括通道的图案,从而允许在向所述可抽空体积施加所述吸力时将气体排出。
19.如权利要求19所述的方法,其中所述图案包括所述通道的直线网格图案或所述通道的菱形图案中的至少一种。
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