CN106232315B - 制造复合材料部件的方法 - Google Patents

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Abstract

制备纵梁(101)和面板(103)铺层的方法，包括以下步骤：提供纵梁预成型件(303)、面板预成型件(508)、填充物(309)和模具(307)。模具适于限定纵梁的内表面。所述方法进一步包括以下步骤：布置纵梁预成型件(303)以接触模具(307)，将填充物(309)材料放置于模具(307)表面和纵梁预成型件(303)之间，并且使增强材料(303)与面板预成型件(508)接触。将模具(307)的形状构造为控制填充物(309)位置和/或填充物形状和/或填充物体积。

Description

制造复合材料部件的方法
引言
本发明涉及形成航空航天结构的纵梁加强铺层的方法，特别但不排他地涉及由此形成的纵梁加强面板，和涉及其制备中使用的模具。
背景技术
飞机结构内置有纵梁(也称为加强件)以增加结构对载荷、特别地弯曲载荷的抗性。纵梁经常联接至机翼或机身蒙皮并且通常在沿机翼内部或沿机身长度的翼展方向上延伸。纵梁可以以各种不同截面形状和大小提供，其包括但不限于I型梁形截面和/或帽形截面。帽形纵梁也称为ω纵梁。帽形或ω纵梁包含两个粘合至面板的翼缘部，从这些翼缘部延伸出两个腹板，所述两个腹板从翼缘向上延伸，所述腹板通过帽连接，所述帽与腹板和面板结合围成梯形截面。
复合材料由于相对轻的重量和有利的物理性质而广泛用于航空航天应用。飞机制造中使用的这样一种复合材料为预浸料。预浸料为‘预浸渍材料’的缩写，预浸料是指纤维增强材料，典型地碳纤维织物，预浸料结合基体材料例如环氧树脂以形成浸渍纤维织物，将浸渍纤维织物在使用时铺叠在模具中并且固化以形成复合材料部件。
预浸料制备的飞机部件通常需要放置在高压釜中进行固化。高压釜的高压力差降低最终固化部件中的孔隙度。这是必要的，因为复合材料的孔可用作应力集中点，其为裂纹扩展的起始位点。另外，高压釜价格昂贵，并且也为部件制备引入尺寸限制因素。因此，优选使用树脂传递模塑(RTM)或类似树脂灌注工艺制备一些航空航天部件。在这种工艺中使用干纤维预成型件替代预浸料，以及在固化之前将液体树脂灌注入封闭模具中以使干纤维预成型件完全浸湿。灌注允许制备低孔隙率复合材料结构而不需要高压釜。
通常纵梁首先通过铺叠预浸料制备，所述预浸料在模具表面上形成面板结构。然后将限定纵梁内部形状的可充气气囊或刚性模芯放置于面板铺层的顶部。此外，将预浸料层放置于气囊之上以形成纵梁。使气囊充气以及将均压面板(caul panel)放置于组件顶部以保持固化期间纵梁的外部形状。均压面板也更均匀分布组件表面上的压力。然后将组件真空装袋和在高压釜中固化以使帽形纵梁共固化至蒙皮(参见例如US2010007056A1)。在类似工艺中纵梁可单独固化，在第二步骤中于面板固化阶段期间将经固化的纵梁共同结合。
形成纵梁加强面板的替代方法是首先将预浸料放入凹型模具中，所述凹型模具限定纵梁外部形状。将限定纵梁内部形状的气囊放置于模具内部的预浸料顶部。然后将预浸料的片材放置于气囊顶部以形成面板。最后将扁平的均压面板放置于组件顶部。使气囊充气，将组件真空装袋和在高压釜中固化。气囊施加内部压力至纵梁，同时真空袋上的压力梯度加固组件。US2011084428 A1为该方法的实例。
上述方法可适于与树脂灌注工艺一起使用，在这种情况下使用干纤维增强材料的预成型件以替代预浸料。将预成型件用可固化树脂灌注，固化以形成加强的纵梁面板。
纵梁加强面板通常表现出一些纤维变形。当面板使用灌注工艺制备而不是由预浸料制成时，这特别明显。这是因为在干增强材料灌注期间，干增强材料可容易地移位，特别是在纵梁和面板增强材料接触的情况下。
特别是在纵梁连接面板的情况下发生纤维变形。这里的缺陷表现为面板空气动力表面上可见的平行槽。这些缺陷位于翼缘过渡为腹板和不再与面板接触的位置。因为这些缺陷位于空气动力表面上，所以如果缺陷超过由飞机制造商规定的大小则变得需要填充缺陷。通常如下进行填充：使缺陷用环氧胶(epoxy paste)平滑化，然后用表面涂层精加工。这增加部件的处理时间、成本和重量。纤维排列不齐的缺陷也导致非必要地降低部件的机械性质。
除上述问题之外，由灌注方法制成的纵梁还可特别表现出过度浸渍的区域。这些区域倾向于在腹板的内部表面和纵梁的帽端上，或通过气囊接触的面板上。
因此，需要开发制备缺陷较少的复合材料纵梁的方法。
本发明旨在克服上述问题和/或一般性地提供改善。
发明内容
根据本发明，提供所附权利要求中任一项定义的制成纵梁和面板铺层的方法和纵梁加强面板。
本发明的一个实施方式为制备纵梁和面板铺层的方法，包括以下步骤：
a.提供纵梁预成型件、面板预成型件、填充物和模具，模具适于限定纵梁的内表面，
b.布置纵梁预成型件以接触模具，
c.将填充物材料放置于模具表面和纵梁预成型件之间，
d.使增强材料与面板预成型件接触，
其中模具的形状构造为控制填充物位置和/或填充物形状和/或填充物体积。
在本发明的另一个实施方式中，然后可以将铺层通过以下步骤加工成完整的纵梁加强面板：
e.将铺层真空装袋，
f.任选地用可固化树脂灌注，和
g.使灌注树脂或预浸料树脂固化。
纵梁预成型件和面板预成型件各自包含增强材料。增强材料优选为纤维增强材料。
填充物合并到铺层中防止固化阶段期间发生纤维排列不齐。填充物通过占据空间而起作用，所述空间否则使得纤维会移位进入该空间和会导致排列不齐纤维形式的缺陷。
本发明的方法可用于制备缺陷程度降低的复合材料组件。
在本发明的一个实施方式中，所述方法用于形成结合至面板的固化复合材料ω纵梁。这种组件可以适合用作机身上的结构。优选由上述方法制备的纵梁加强面板适合使用在机身的机翼或机身的本身上。
根据本发明，也提供用于制备纵梁和面板铺层的模具，其中模具的形状构造为控制填充物位置和/或填充物形状和/或填充物体积。
在本发明的一个实施方式中，模具构造为形成纵梁预成型件的增强材料和模具之间的空间。该空间控制填充物相对纵梁预成型件的增强材料的位置。这能够使纵梁加强铺层在更准确定位填充物的情况下形成，这进而允许使用较少填充物，减轻最终部件的重量。
根据一个进一步的发明，提供包含网纹表面的片材。网纹表面促进除去空气和/或树脂灌注。
在一个优选的实施方式中，网纹表面包含压纹。压纹可以为通道的形式。通道可以在一个方向或多个方向上延伸。通道可以是平行的。片材可以适合作为真空箔或真空袋。
在一个进一步的实施方式中，片材形成模具，优选气囊。
本发明的片材可以形成本申请所述任何发明中的真空袋或模具或气囊，或可以与本申请所述的任何实施方式结合使用。模具和/或真空袋和/或气囊可以是可重复使用的。
根据另一个发明，提供表面材料，其包含具有允许除去空气的透气性结构的片材，所述表面材料可位于面板预成型件的外表面上。渗透性片材可以包含导电材料例如金属。渗透性片材可以为导电箔(ECF)材料的形式。这具有增加结合面板和纵梁的制造效率的重大优势，因为这避免了在其固化之后将导电材料施用至面板预成型件的需要，也消除使用额外真空耗材例如吸胶材料(bleeders)和可剥保护层(peel ply)的需要。
渗透性片材优选与模具或工具的表面接触。这避免分布网孔和/或可剥保护层的需要。
在本发明的一个实施方式中，渗透性片材存在于前述发明面板预成型件的表面上，所述表面与工具或模具接触。
根据本发明的一个进一步实施方式中，预成型件面板包含树脂预浸渍纤维增强材料(预浸料)，所述预浸料进一步包含渗透性片材。预浸料可以包含至少一个粘性表面。该粘性表面的优点是原位保持面板预成型件。
在本发明的另一个实施方式中，渗透性片材设置在预浸料表面上，所述表面接触模具或工具。
具体实施方式
在本发明的一个实施方式中，模具构造为控制填充物的位置和/或形状和/或体积。模具成形为用作引导填充物的位置和/或形状的模板。在本发明的一个实施方式中，模具占据纵梁和蒙皮壁板之间的减去填充物放入其中的体积的体积。
在本发明的一个实施方式中，模具提供与增强材料相邻的空间，其中所述位置对应于缺陷的预期位点。在本发明的一个优选实施方式中，模具构造为控制模具和纵梁预成型件之间填充物的位置，其中纵梁预成型件的腹板接触面板预成型件。
本发明的模具提供准确定位填充物位置的装置。这意味着纤维排列中的较小缺陷可通过要求准确布置填充物得到解决。本发明的模具也提供准确控制用于防止缺陷的填充物的量，以使用户能够仅施用最小量。使用内部模具也防止使用的填充物过剩(填充物过剩可引起缺陷形成)以及防止增加不必要的重量。可通过反复试验确定填充物的最佳量和位置。
在本发明的一个实施方式中，模具保持在原位直到铺层已经固化。
在本发明的一个实施方式中，模具可以为固体材料，例如软木、聚合物、橡胶、聚合物泡沫或木材。也可以为填充流体的物体，例如用空气或液体填充的气囊。在模具留置在原位直到部件固化之后的实施方式中，优选可变形材料例如软木或泡沫或流体的气囊以帮助除去。
在一个优选实施方式中，模具为长形，具有基本等腰梯形截面。优选模具截面为改进的等腰梯形截面，其中已经除去锐角的角。优选已经除去1至50mm锐角的角，更优选3至25mm。除去角的范围确定可施用到所述区域的填充物的体积。填充物的最佳体积和位置可简单地通过反复试验确定。每个部分可在视觉上或通过公知的显微镜技术检查。如果需要，模具可进行重塑以调节使用的填充物的位置和体积。因此可确定填充物的最小量及其最佳位置以解决缺陷。
在一个替代实施方式中，形成纵梁和蒙皮铺层的方法包括移除模具和将模具用填充流体的气囊替代的步骤。在填充物已经放置于铺层上、优选固定在原位之后，移除模具。然后将气囊放置于先前由模具占据的空腔中。然后使气囊充气以占据受增强材料和填充物所限制的体积。然后模具可重复使用。
在一个优选实施方式中，充气时将气囊预成形或热成形以具有与模具相同的形状。使气囊形状与模具适配，改善由气囊对于增强材料和填充物施加的压力分布。这进而导致树脂在最终固化组件中的更均匀分布。预成形气囊降低气囊不完全占据内部体积的可能性。未能完全占据内部体积导致灌注期间积累的树脂的区域，这进而引起最终组件中的缺陷。
气囊优选由热塑性片材形成。气囊表面可以有织纹或压花。我们已经发现，这改善除去空气和促进用树脂灌注干预成型件。
在本发明的一个实施方式中，填充物可以由适合用作纵梁或面板预成型件的任何材料形成，例如填充物可以包含预浸料、干纤维或预固化纤维增强的聚合物。填充物也可以由材料例如塑料、木材、金属或任何其他固体材料形成。
在一个优选实施方式中，将填充物用粘合剂或固有粘性填充物材料固定在原位。在一个特别优选的实施方式中，填充物包含干增强纤维，所述干增强纤维具有至少一个热塑性涂层。热塑性材料可熔化以原位‘焊接’增强材料纤维。
填充物可以包含短切纤维。填充物可以包含纤维束。填充物也可以包含纤维与树脂的组合。树脂可以包含热固性树脂或热塑性树脂。填充物也可以包含干灌注带状材料，例如由Hexcel Composites提供的
Figure BDA0001132277780000061
或由Cytec提供的TX1100。
在本发明的一个实施方式中，将填充物合并到最终复合材料组件中。在一个替代实施方式中，将填充物配置为在纵梁和面板已经固化之后移除。具有低表面能涂层(例如PTFE)的填充物将能够进行这样的除去。或者，填充物可以包含可分离层，可分离层保持结合到复合材料中同时除去剩余填充物。
在气囊用作模具或模具用气囊替代的实施方式中，优选可以将刚性或半刚性片材放置于气囊和增强材料之间。使用这种片材促进增强材料上来自气囊的压力的均匀分布。压力的均匀分布促进灌注阶段期间树脂的均匀分布，降低出现由于过度浸渍引起的缺陷。在一个优选的实施方式中，刚性或半刚性片材具有网纹表面以促进除去空气和树脂流动。这避免需要常规渗料层(bleeder layer)或分布网孔以促进除去空气和树脂流动。刚性或半刚性片材可以包含压纹，优选为通道的形式。
刚性或半刚性材料可以包含与复合材料组件类似的材料，例如刚性或半刚性材料可以为预浸料、或固化纤维增强的聚合物。刚性或半刚性材料也可以由固体片材如塑料、木材或金属形成。优选刚性材料包含低表面能涂层，这可以例如为用PTFE涂布的纤维增强的层压体。刚性材料可以包含单层或多层，并且可以成形为纵梁内部表面的轮廓。刚性或半刚性材料可以在灌注和固化步骤之后合并到固化组件中，或优选将刚性或半刚性材料在固化之后除去。
在本发明的一个优选实施方式中，一旦已经放置填充物，使纵梁预成型件与面板预成型件接触。
在本发明的一个实施方式中，纵梁预成型件包含至少一层干纤维增强材料，其中‘干’是指材料不含树脂。干纤维增强材料可以包含织造的、非卷曲或单向织物。干纤维增强材料可以通过以下铺放：手工铺叠、自动纤维铺放或自动铺带。干纤维增强材料也可以包含增韧剂，例如US2010 0228001 A1和FR2 937 583 A1中所述的那些增韧剂，将两者文献并入本申请中作为参考。在一个优选实施方式中，增韧剂可在施加热时熔化，紧靠模具或相邻纤维层铺放，然后在铺叠期间允许冷却以固定增强材料在原位。在一个实施方式中，纤维增强材料可通过使用自动铺带铺层装置熔化而固定在原位。
在本发明的一个实施方式中，至少一层纵梁预成型件材料可以用可固化树脂预浸渍。浸渍的纵梁预成型件层可以包含结合可固化树脂的织造的、非卷曲或单向织物。增强材料可以包含预浸渍增强材料和干纤维增强材料两者。
在本发明的一个实施方式中，将纵梁预成型件布置为与纵梁模具接触。这可以首先通过将纵梁预成型件材料直接施用至纵梁模具表面而实现。或者，增强材料可以首先施用至第一模具。实例为使均压板成形为纵梁外部表面。将作为本发明的模具并且因此配置为铺放填充物的第二模具紧靠纵梁预成型件放置在第一模具中。在该实施方式中，将第一模具的空腔配置为与第二模具适配。第一模具可以包含网纹表面以促进除去空气和树脂流动。这避免需要常规渗料层或分布网孔以促进除去空气和树脂流动。模具可以包含压纹，优选为通道的形式。
在本发明的一个实施方式中，面板预成型件包含至少一层干增强材料。干增强材料可以包含织造的、非卷曲或单向织物。面板增强材料可以放置于紧靠基本扁平模具而铺放，基本扁平模具限定面板的外部形状。这可以通过以下紧靠模具而铺放：手工铺叠、自动纤维铺放或自动铺带。
根据另一个发明，提供表面材料，其包含具有允许除去空气的透气性结构的片材，所述表面材料可位于面板预成型件的外表面上。渗透性片材可以包含导电材料例如金属。渗透性片材可以为导电箔(ECF)材料的形式。ECF材料优选为膨胀铜箔的形式。替代的导电片材可以包含铝、黄铜、铜、铬镍铁合金、镍合金、磷青铜、不锈钢、钛、锌和/或合金或前述金属的组合。适合产品的实例为
Figure BDA0001132277780000071
由Dexmet Inc.提供。
渗透性片材具有增加结合面板和纵梁制造效率的重大优势，因为这避免在固化之后将导电材料施用至面板预成型件的需要。渗透性片材优选与模具或工具表面接触。这避免分布网孔和/或可剥保护层的需要，并且因此消除使用额外真空耗材例如吸胶材料和可剥保护层的需要。
在本发明的一个实施方式中，面板预成型件可以包含至少一层用可固化树脂预浸渍的增强材料。浸渍的增强材料可以包含结合可固化树脂的织造的、非卷曲或单向织物。这可以通过以下紧靠模具而铺放：手工铺叠、自动纤维铺放或自动铺带。
在本发明的一个进一步实施方式中，预成型件面板包含预浸料层，其中预浸料层包含至少一个粘性表面。该粘性表面的优点在于使面板预成型件保持在原位。
在本发明的一个实施方式中，面板预成型件可以包含至少一层预固化层压体。预固化层压体可以包含结合固化树脂的纤维增强材料。
在本发明的一个实施方式中，面板预成型件可以包含固化层压体、预浸渍增强材料和干增强材料中的任一种。在一个优选实施方式中，蒙皮层包含与纵梁预成型件相同的增强材料。
面板预成型件的或纵梁预成型件的纤维增强材料可以选自混杂或混合纤维体系，其包含合成或天然纤维、或其组合。纤维增强材料可以优选选自任何适合材料例如玻璃纤维、碳纤维或芳香族聚酰胺(aramid)(芳香族聚酰胺(aromatic polyamide))纤维。纤维增强材料优选碳纤维。
纤维增强材料可以包含裂化(即即拉伸-破裂)或选择性不连续纤维、或连续纤维。纤维增强材料可以为织造的、非卷曲、非织造、单向、或多轴织物结构的形式。编织形式可以选自平纹、缎纹或斜纹编织风格。非卷曲和多轴形式可以具有多个层和纤维取向。这种风格和形式在复合增强材料领域中是公知的，可商购自许多公司，包括Hexcel Reinforcements(Les Avenieres,France)。
单向纤维束的示例性层由
Figure BDA0001132277780000081
碳纤维制成，
Figure BDA0001132277780000082
碳纤维可得自Hexcel Corporation。适合的用于制成单向纤维束的
Figure BDA0001132277780000083
碳纤维包括：IM7碳纤维，其可以以包含6,000或12,000根长丝和重量分别为0.223g/m和0.446g/m的丝束得到；IM8-IM10碳纤维，其可以以包含12,000根长丝和重量为0.446g/m至0.324g/m的丝束得到；和AS7碳纤维，其可以以包含12,000根长丝和重量为0.800g/m的丝束得到，可以使用包含多至80,000或50,000(50K)根长丝的丝束。
增强材料纤维可选自可以单独使用或组合使用的以下可商购的高性能纤维中的任一种：-芳香族聚酰胺(例如KevlarTM)、玻璃、碳、陶瓷、大麻或聚烯烃。碳纤维为优选的材料，特别是3,000至24,000根长丝每纤维丝束的标准或中间模量的纤维。需要的增强材料形式为150至1,000gm-2纤维面积重量的织造或非卷曲织物结构。典型的编织样式包括平纹、缎纹和斜纹编织。非卷曲或多轴增强材料可具有多个层和纤维取向，例如+45/-45；0/+45/-45；0/+45/-45/90。这种样式在复合增强材料领域中是公知的，可得自许多公司，包括Hexcel Reinforcements,Les Avenieres,France。优选增强材料纤维排列为单向织物。纤维增强材料内的表面质量纤维通常为80至4,000g/m2，优选100至2,500g/m2，特别优选150至2,000g/m2。碳长丝数每丝束可为3,000至320,000，更优选6,000至160,000，最优选12,000至48,000。对于玻璃纤维增强材料，600至2,400特的纤维是特别合适的。
在本发明的一个实施方式中，将纵梁和面板铺层进行处理以形成完整的纵梁加强面板。在一个优选实施方式中，将铺层用可固化树脂灌注，随后固化。在一个特别优选的实施方式中，可以将纵梁和面板一次性灌注和固化。
适合于本发明的RTM工艺包括所有已知的树脂灌注工艺，其包括ScRIMP(Seeman复合材料树脂灌注模塑工艺)、VaRTM(真空辅助树脂传递模塑)、VAP(真空辅助加工)和RFI(树脂膜灌注)工艺。在这种灌注方法中，基体树脂的粘度使得树脂注射阶段期间，树脂穿过纤维增强材料。这些技术描述于“Manufacturing Processes for Advanced Composites”,F.C.Campbell,Elsevier,2004的第9章中。
一旦铺层进行组合，然后真空装袋和在炉或高压釜中固化。如果将部件通过灌注和预浸渍的组合进行处理，则预浸料可以用灌注树脂共固化。可将预浸料和任选的灌注树脂通过暴露至外部施加的升高温度和任选地在升高的压力进行固化以制备固化纵梁和面板，所述外部施加的升高温度通常在70℃至110℃范围内，优选70℃至200℃范围内，更优选120℃至180℃和/或前述范围的组合。
在接近大气压的压力固化可通过所谓的真空袋技术来实现。这涉及将纵梁和面板组件放置于气密袋中以及在气密袋内部上产生真空，然后灌注树脂和通过外部施加热固化以制备模制品。使用真空袋具有如下效果：铺层经历多至大气压的固结压力，这取决于施加的真空度。组件也可以在较高温度在高压釜固化。真空也使干增强材料和/或预浸料体积缩小(de-bulks)。
一旦固化，铺层变为复合材料部件，其适用于结构应用，例如航空航天结构的应用。这种复合材料层压体可包含结构纤维的含量为80体积％至15体积％，优选58体积％至65体积％。
在本发明的一个优选实施方式中，基体包含热固性树脂，优选环氧树脂。各种环氧树脂适用于本发明的基体。环氧树脂为每个分子中具有平均至少1.5个、通常至少2个反应性1,2-环氧基团的有机材料。这些环氧树脂每个分子中可具有平均为多至6个、优选多至4个、最优选多至3个反应性1,2-环氧基团。这些环氧树脂可为单体或聚合物、饱和的或不饱和的、脂肪族、脂环族、芳香族或杂环，并且如果需要，可以用除环氧基团之外的其他取代基进行取代，所述其他取代基例如羟基、烷氧基或卤素原子。
适合的实例包括来自以下反应得到的环氧树脂：多元酚和表卤代醇、多元醇和表卤代醇、胺和表卤代醇、含硫化合物和表卤代醇、多元羧酸和表卤代醇、多异氰酸酯和2,3-环氧-1-丙醇(缩水甘油基)的反应，以及烯键式不饱和化合物环氧化反应。
优选环氧树脂为多元酚和表卤代醇的反应产物、多元醇和表卤代醇的反应产物或多元羧酸和表卤代醇的反应产物。多元酚、多元醇、胺、含硫化合物、多元羧酸和/或多异氰酸酯的混合物也可与表卤代醇反应。本申请中有用的环氧树脂的说明性实例描述于TheHandbook of Epoxy Resins by H.Lee and K.Neville,published in 1967by McGraw-Hill,New York附件4-1的第4-56页中，将其并入本申请中以作参考。
对于双酚-A型环氧树脂，平均环氧当量有利地为约170多至约3000，优选约170多至约1500。平均环氧当量为树脂的平均分子量除以每个分子中环氧基团的个数。分子量为重均分子量。
优选RTM工艺的热固性基体为环氧树脂或双马来酰亚胺(BMI)，其中适合的环氧树脂实例为
Figure BDA0001132277780000101
RTM 6或RTM 120。典型的BMI基体为
Figure BDA0001132277780000102
RTM 651。
Figure BDA0001132277780000103
VRM 34可以用于真空辅助树脂传递模塑(VaRTM)应用。所有上述材料可得自Hexcel Composites,Duxford,UK。
特别适合与预浸渍增强材料一起使用的环氧树脂的优选实例为平均环氧当量为约170至约200的那些环氧树脂。这种树脂可商购自The Dow Chemical Company,如D.E.R.330、D.E.R.331和D.E.R.332环氧树脂。进一步优选的实例为具有较高环氧当量的树脂，例如D.E.R.667、D.E.R.669和D.E.R.732，所有这些可商购自The Dow ChemicalCompany，或例如Araldite MY0500、MY0150、MY0600、MY0610、MY721，得自Huntsman。
可用于树脂基体的另一类聚合物环氧树脂包括酚醛环氧树脂。酚醛环氧树脂可通过以下得到：优选在碱性催化剂例如氢氧化钠或氢氧化钾存在下，将表卤代醇例如表氯醇与醛例如甲醛和一元酚例如苯酚自身或多元酚的树脂状缩合物的反应。涉及这些酚醛环氧树脂的性质和制备的进一步详细内容可得自于Lee,H.and Neville,K.Handbook of EpoxyResins,McGraw Hill Book Co.New York,1967中，将其教导的内容并入本申请中以作参考。其他有用的酚醛环氧树脂包括可分别商购自The Dow Chemical Company的D.E.N.431、D.E.N.438和d.E.N.439树脂的那些树脂。
在替代实施方式中，来自以下类别的任何树脂也可以用作热固性树脂：苯并噁嗪树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚类树脂、蜜胺树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂和脲醛树脂。适合用作反应性交联热固性涂料的反应物的任何树脂适用于基体。
各种胺固化剂可用于基体。可以使用的胺固化剂主要为多官能、优选双胺能官六胺能、特别胺双胺能官特胺能的伯胺。这各胺固化剂的实例包括但不限于，异佛尔酮二胺(IPDA)、乙二胺、二胺二苯砜、四乙胺、2,4-二氨基甲苯(DAT)二胺和双氰胺(DICY)。也可使用两种或更多种胺固化剂的混合物。其中胺与大大过剩环氧树脂反应的改性硬化剂也是胺固化剂的良好替代物。适合用作反应性交联热固性涂料反应物的任何固化剂适用于基体。
基体也可以包含促进剂。这种促进剂在本领域中是已知的。适合的促进剂例如为胺，优选乙二胺、二亚乙基三胺、双氰胺、三亚乙基四胺、氨乙基哌嗪，有机酸例如二元羧酸、酚化合物，咪唑及其衍生物，基于脲的固化剂例如商品名为
Figure BDA0001132277780000111
的那些固化剂，和硝酸钙。
现将仅通过实施例并且参考以下附图描述本发明，其中：
图1为根据本发明一个实施方式的安装在面板或蒙皮上的ω纵梁或加强件的示意性图；
图2为形成根据本发明另一个实施方式的纵梁加强面板的方法流程图；
图3为根据图2中所述方法步骤203的组件的示意性图；
图4为根据本发明另一个实施方式的模具的示意性图；
图5A和图5B披露在真空袋内部允许树脂灌注的蒙皮面板预成型件和纵梁预成型件组件，其中蒙皮面板的表面构造已经改变；和
图6为显微图A:不含填充物的固化纵梁和面板截面，和显微图B:具有填充物的固化纵梁加强面板截面，由根据本发明进一步实施方式的方法制成。
图1的示意性图说明结合至面板103的ω纵梁101。纵梁包含两个翼缘108、109，帽111和两个腹板114、115。翼缘提供接触区域以使纵梁结合至面板。参考附图2、3、4和5描述加强面板的制造。
图2中，所述方法包括以下步骤：首先紧靠均压板布置增强材料以形成加强件预成型件201。使均压板成形为纵梁的外部尺寸。该步骤为任选的，因为材料能直接放置入内模具上。优选使用多层干纤维增强材料，但是也可以包括至少一层预浸料。模具紧靠均压板内的增强材料放置202。然后将填充物放置于内模具和增强材料纤维之间并放置于模具和纵梁预成型件之间形成的空间中203。然后可以将模具由气囊替代204，所述气囊成形为具有与模具充气时形状相同的整体形状。可以将层压体放置于气囊和增强材料之间以更均匀分布压力。理解的是，模具保持在原位而不用气囊替代也是本发明的实施方式。将增强材料层铺叠在成形为面板所需外部形状的模具上以形成面板预成型件205。面板预成型件可以包含干纤维增强材料、预浸料或两者的组合。
然后使面板和纵梁预成型件在一起以形成面板和纵梁铺层206。然后可将组件真空装袋，任选地放置在高压釜或炉中以及用可固化树脂一次性灌注。硅插入物(增强剂)可放置于均压板的角落中以均匀分布来自真空袋的固结力。将灌注树脂固化以得到完整的面板表面没有缺陷的纵梁加强面板。
图3说明图2的步骤203之后的组件。组件包含均压板301、纤维增强材料层303、模具307和两个填充物309。
图4说明模具截面401，截面的锐角403配置为控制填充物材料位置。
图5A中，蒙皮和面板预成型件508的组件500存在于真空袋518的内部。在真空包封518内部在模具501上设置一层分布网孔或通气孔510与可剥保护层514结合以确保面板预成型件表面进行良好抽真空，从而促进树脂灌注以及允许预成型件在固化之后从模具脱模并且具有需要的表面性质。气囊504位于纵梁预成型件内。该气囊504起到如前所述的作用。为了清晰起见，本申请中未显示填充物。也将可剥保护层514与穿孔箔512和分布网孔510的组合一起施用于预成型件508的不与模具501接触的侧上以再次促进排气和灌注树脂。外纵梁模具506位于纵梁预成型件508上。该纵梁模具包含孔522以允许在其自身真空包封522内施加灌注树脂。该组件另外设置在第一包封516内，另外的分布网孔510位于真空袋518内部的第一包封516上。经由真空口502在真空袋518内施加真空。
通过入口520施用灌注树脂和通过出口522除去。
使用中，组件500通过铺叠图6A中所示的相关材料而制备，从与模具501表面接触的材料开始(因此从模具表面向上铺叠)。经由真空口502施加真空，这允许从组件内除去空气，随后经由入口520流入灌注树脂例如RTM6(由Hexcel Corporation制备)。一旦预成型件充满树脂，树脂从出口522流出，通过关闭出口522停止流入灌注树脂，随后也可以关闭入口520。
保持部件上的真空压力和升高灌注预成型件的温度以促进树脂固化。此后，将固化预成型件从模具501移除并且准备用于进一步精加工。
图5B显示类似组件600。为了清晰起见，图5B中相同部件的附图标记与图5A中相同部件的附图标记相同。但是，组件600与组件500的不同之处在于，可剥保护层514和分布网孔510已经由Dexmet膨胀铜箔形式的膨胀导电箔530替代。该表面材料与分布网孔510所起的作用相同，均允许除去空气并且对蒙皮面板预成型件树脂灌注，同时避免对固化预成型件进一步表面处理以使其能够导电的需要。
使用中，将组件600抽真空并且以与图5A的组件500相同的方式灌注。
实施例
将
Figure BDA0001132277780000131
材料(由Hexcel Reinforcements,Les Avenieres提供)以多层形式沉积在均压板的内表面上，以形成纵梁预成型件，所述均压板成形为ω型纵梁或加强件的外表面。
Figure BDA0001132277780000132
为包含单向碳纤维束的干带材，单向碳纤维束在所述纤维束的每一侧上均具有热塑性罩纱(veil)以有利于铺叠期间热粘合所述胶带。
使内模具与纵梁预成型件接触。该内模具具有等腰梯形的截面积，除去等腰梯形中锐角的角。
在一个实施方式中，不使用填充物材料(对比例)。在另一个实施方式中，使用填充物材料(实施例)。将填充物材料(也称为
Figure BDA0001132277780000141
)放置于纤维增强材料和模具之间沿模具侧边的空间中。将填充物材料通过使热塑性罩纱熔化成点而固定在原位。
在对比例和实施例两者中，均将模具移除和用可充气气囊替代，随后使可充气气囊充气。气囊成形为在充气时占据与模具相同的体积。
在对比例和实施例两者中，面板预成型件均通过将
Figure BDA0001132277780000142
铺叠在面板模具的表面上而制备，所述面板模具成形为面板需要的形状。将包括气囊和均压板的面板预成型件和纵梁预成型件组件进行组合。将两个压力分布块体紧靠均压板而放置。然后将组件真空装袋，用
Figure BDA0001132277780000143
RTM 6灌注，根据推荐的RTM 6固化程序进行固化。
图6B的显微图显示实施例的固化纵梁和面板组件的截面。明显的是，其中翼缘过渡至腹板的面板上纤维不变形。相比之下，对于不使用填充物形成的图6A的对比例，显著变形是明显的。

Claims (25)

1.制备纵梁或加强件和面板组件的方法，所述方法包括制备纵梁或加强件和面板干纤维铺层，其包括以下步骤：
a.提供纵梁预成型件、面板预成型件、填充物和模具，所述模具适于限定纵梁的内表面，
b.布置所述纵梁预成型件以接触所述模具，
c.将填充物材料放置于所述模具表面和纵梁预成型件之间，和
d.使所述纵梁预成型件的增强材料与所述面板预成型件接触；
并且随后将所述干纤维铺层用可固化树脂灌注和然后固化；
其中将所述模具的形状构造为控制填充物位置和/或填充物形状和/或填充物体积；
包括以下另外的步骤：移除所述模具，并且用可充气气囊替代所述模具，
其中将所述模具在所述面板预成型件和/或纵梁预成型件的树脂灌注之前移除，或在所述面板预成型件和/或纵梁预成型件的灌注之后、固化之前移除。
2.根据权利要求1的方法，其中所述模具限定所述纵梁的内表面。
3.根据权利要求1的方法，其中所述模具的体积等于：所述纵梁的封闭体积减去所述填充物的体积。
4.根据权利要求1的方法，其中所述纵梁预成型件包含至少一层干增强纤维。
5.根据权利要求2的方法，其中所述纵梁预成型件包含至少一层干增强纤维。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述面板预成型件包含至少一层干增强纤维。
7.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中填充物材料包含干纤维、预浸料或固化的复合材料。
8.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中按顺序进行步骤b、c和d，其中步骤b在步骤c和d之前。
9.根据权利要求8的方法，其中步骤c在步骤d之前。
10.根据权利要求1至5中任一项的方法，其中所述模具为气囊的形式。
11.根据权利要求10的方法，其中所述气囊为含流体的气囊。
12.根据权利要求10的方法，其中使所述气囊成形为填充与所述模具充气时相同的体积。
13.根据权利要求1-5中任一项的方法，其包括以下另外的步骤：将至少一种刚性或半刚性片材放置于所述面板预成型件和气囊之间，或放置于所述面板预成型件和模具之间。
14.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中将成形为所述纵梁外部形状的均压板放置于所述纵梁预成型件和模具之上。
15.根据权利要求14的方法，其中所述均压板包含至少一个网纹表面以促进树脂灌注。
16.根据权利要求13的方法，其中在固化之后将所述刚性或半刚性片材移除。
17.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中将所述铺层一次性灌注和固化。
18.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述纵梁为ω纵梁。
19.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述面板预成型件包含表面材料，所述表面材料包含具有允许除去空气的透气性结构的片材，所述表面材料位于所述面板预成型件的外表面上。
20.根据权利要求19的方法，其中所述片材包含导电材料。
21.根据权利要求19的方法，其中所述片材包含金属。
22.根据权利要求19的方法，其中所述片材为导电箔的形式。
23.根据权利要求19的方法，其中所述片材为膨胀铜箔(ECF)材料的形式。
24.根据权利要求19的方法，其中所述预成型件面板包含树脂预浸渍纤维增强材料，所述树脂预浸渍纤维增强材料进一步包含渗透性片材。
25.根据权利要求24的方法，其中所述树脂预浸渍纤维增强材料包含至少一个粘性表面。
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