CN107283706B - 用于层压纤维束的装置以及利用该装置制备产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于层压纤维束的装置以及利用该装置制备产品的方法，该装置包括：供给单元，其被配置成供给浸渍有树脂的纤维束；以及层压单元，其被配置成沿着层压物体的表面移动，并被配置成提供减震功能，从而将从供给单元供给的纤维束层压到层压物体的表面上。

Description

用于层压纤维束的装置以及利用该装置制备产品的方法

技术领域

本发明公开一种用于层压(laminate)纤维束的装置，该装置在层压纤维束的同时沿着所层压的、具有圆形部的物体的表面移动，并被配置成提供减震功能。

背景技术

通常地，用于层压纤维束的装置并不具有减震功能。然而，在组件表面上层压纤维束的单个辊具有较大的直径，因此仅可使用在具有平坦的或者具有较大曲率的部件上。因此，在诸如机翼等大部件上已应用减震功能，并且已被证明难以应用到具有急弯曲线的机动车组件上。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明公开一种用于在层压纤维束的同时沿着所层压的具有圆形部的物体的表面移动，并具有减震元件的装置。

根据本发明的一个方面，一种用于层压纤维束的装置，可包括：供给单元，其被配置成供给浸渍有树脂的纤维束；以及层压单元，其被配置成沿着层压物体的表面移动，并被配置成提供减震功能，从而将从供给单元供给的纤维束层压到层压物体的表面上。供给单元可包括：线轴架，缠绕有纤维束；浸渍器，其被配置成利用树脂浸渍从线轴架展开的纤维束；以及冷却器，其被配置成通过降低树脂的温度，使纤维束中的树脂固化。层压单元可包括：本体，其布置在层压物体的上方，并被配置成沿着层压物体的表面移动；减震器，其具有结合到本体的上端；旋转轴部件，其结合到减震器的下端，并具有沿着本体的宽度方向布置的旋转轴；以及压辊，其结合到旋转轴部件，并被配置成围绕旋转轴旋转，并且通过滚动将从供给单元供给的纤维束层压到层压物体的表面上。减震器可包括：杆，其结合到本体的底部和旋转轴部件，并从本体的底部以可变的长度向下延伸；以及弹性部件，其围绕位于本体的底部与旋转轴部件之间的杆，并被配置成为杆提供弹性。多个减震器、旋转轴部件和压辊沿着本体的纵向方向布置并间隔开，其中减震器被配置成单独地减震。

层压单元还可包括整合辊，该整合辊被配置成对从供给单元供给的多个纤维束进行整合，并将经整合的纤维束引导至压辊。层压单元还可包括导辊，该导辊沿本体的移动方向布置在本体的前方，并被配置成将从供给单元供给的纤维束引导至压辊。整合辊在本体的前方布置在导辊的上方，并被配置成在使纤维束穿过整合辊和导辊之间的同时，保持纤维束中的张力。层压单元还可包括加热器，该加热器沿本体的移动方向布置在本体的前方，并被配置成加热纤维束中的树脂。层压单元还可包括旋转轴，该旋转轴沿本体的移动方向结合至本体的后侧，与压辊的旋转轴线垂直地布置，并被配置成旋转本体。

根据本发明的另一个方面，一种利用用于层压纤维束的装置制造产品的方法，包括以下步骤：利用被配置成提供减震功能的用于层压纤维束的装置，沿着模具的内侧层压纤维束；通过闭合模具并压制纤维束，从而形成具有预期形状的产品；以及使所形成的产品从模具中脱模。一种利用用于层压纤维束的装置制造产品的方法，包括以下步骤：利用包含减震元件的用于层压纤维束的装置，沿着由金属或塑料制成的部件的表面层压纤维束。部件可以由塑料制成，可以将纤维束局部层压到部件的表面上，以便局部地增强部件。

根据本发明的具有减震功能的用于层压纤维束的装置，可以在沿着具有弯曲部的层压物体的表面移动时层压纤维束。此外，设有用于层压纤维束的多个压辊和多个减震器，并可以被配置成单独地移动，从而在层压物体的表面上无间隙地层压纤维束。

附图说明

通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：

图1为示例图，示意性地示出根据本发明一个示例性实施方式的用于层压纤维束的装置；

图2为示例图，示出根据本发明一个示例性实施方式的层压单元的操作；

图3为示例图，示出根据本发明一个示例性实施方式的层压单元的操作；

图4为示例图，示出根据本发明一个示例性实施方式的层压单元的操作；

图5为示例图，示出根据本发明一个示例性实施方式的层压单元；

图6为根据本发明一个示例性实施方式的层压单元的示例性横截面图；

图7为示例图，示出根据本发明一个示例性实施方式的层压有纤维束的隔板。

具体实施方式

下文将参考附图，详细描述本发明示例性的实施方式。

本发明将在下文参考附图进行更加全面的描述，其中示出本发明示例性的实施方式。虽然本发明将结合示例性的实施方式进行描述，但是将会理解的是，本说明并不意图将本发明限定至这些示例性的实施方式。与之相反，本发明意图不仅覆盖所述示例性的实施方式，还覆盖不同的变形、改进、等价形式和其它实施方式，其可被包括在如通过所附权利要求定义的本发明的精神和范围内。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。例如，为了清楚地描述本发明，未示出不相关的部分，并且出于清楚的目的，层和区域的厚度被夸大。此外，当提及一个层位于另一层或基底之上时，所述层直接位于另一层或基底上方，或者第三层可被置于其间。

除非明确指出或可从上下文明显看出，否则如本文中使用的术语“约”被理解为在本领域中的正常公差范围内，例如，在平均数的两个标准偏差内。“约”可以被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文可以明确知道，否则本文所提供的所有数值都可由术语“约”修正。

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。

如图1所示，根据本发明的用于层压纤维束的装置可包括：供给单元100，其被配置成供给浸渍有树脂的纤维束10；和层压单元200，其被配置成减小震动，用于在层压物体20上移动的同时，将从供给单元100供给的纤维束10层压到层压物体20上。纤维束10可以包括细丝、纤维、具有多条纤维的纤维束、以及纤维带。纤维束10的纤维可以是高强度纤维，例如碳纤维、玻璃纤维，诸如芳纶纤维(aramid fiber)等硬纤维，但不限于此。层压物体(lamination object)20可以包括要层压的物体，也可以是组件或模具。然而，层压物体并不限于此。

可包括供给纤维束10的组件的供给单元100，可以包括缠绕纤维束10的线轴架110；浸渍器120，被配置成使从线轴架110展开的纤维束10浸渍树脂；以及冷却器130，其被配置成通过降温使纤维束10中的树脂固化。纤维束10可以围绕线轴架110缠绕，并且线轴架110可以被配置成围绕具有固定位置的轴旋转，纤维束10可被展开并供给。从线轴架110展开的纤维束10可被配置成移动至浸渍器120。浸渍器120可以具有存储树脂的内腔，从线轴架110展开的纤维束10通过位于顶部的顶孔进入内腔，浸渍有树脂并经过内腔的纤维束10通过位于底部的底孔而退出。底孔可以具有使浸渍有树脂的纤维束10能够通过的大小，从而防止树脂渗漏(例如，孔可以与树脂的尺寸相对应)。

浸渍器120中的树脂可包含尚未硬化的树脂，可以是诸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA6)、聚乙烯(PE)和聚碳酸酯(PC)等热塑性树脂，或者是诸如环氧树脂、聚氨酯和聚丙烯酸等热固性树脂，但是不限于此。一个示例性的实施方式可以包括，当为每个浸渍器120提供多个线轴架110时，从线轴架110展开的纤维束10首先可通过浸渍器120而被整合。浸渍器120还可包括辊，其牢固地结合首先通过浸渍器120而被整合的纤维束10。

此外，还可以包括被配置成切割纤维束10的切割器。当纤维束10完成在一个方向上的层压时，纤维束10可被切割以便层压层压物体20的、尚未沿该方向层压的表面。可选地，层压物体20的表面可以在另一个方向上被层压。浸渍树脂的纤维束10可以被配置成移动经过冷却器130，借此，树脂温度可下降，并固化(例如硬化)至预定程度的硬度。硬化至预定程度的硬度的树脂的流动性会下降，并且不会与纤维束10分离。当预先浸渍树脂的预浸料坯被用于层压层压物体20的表面时，整个预浸料坯的温度可被维持在预定的程度或更低，从而防止预浸料坯硬化。然而，在本发明中，浸渍树脂的纤维束10的温度会立即降低，并且能效可被改善，而且制造成本可被降低。

如图2至5所示，层压单元200可以被配置成在层压物体20的表面上层压从供给单元110供给的纤维束10。从供给单元110供给的纤维束10可以浸渍有树脂，并且可以包括几层。特别地，层压单元200可以包括本体210，其布置在层压物体20的上方，并被配置成沿着层压物体20的表面移动；减震器220，具有连接至本体210的上端；旋转轴部件230，连接于减震器220的下端，并具有沿着本体210的宽度方向布置的旋转轴；以及压辊240，连接至旋转轴部件230，并被配置成围绕旋转轴旋转，并通过滚动在层压物体20的表面上对供给单元100供给的纤维束10进行层压。本体210可以从从层压物体20的表面分离，并且可被配置成沿着将利用纤维束10层压的层压物体20的表面移动。本体210的底部可以被布置成靠近层压物体20的表面。

压辊240可以沿着本体210的宽度方向布置，并且可被配置成将从供给单元100供给的纤维束10层压到层压物体20的表面上。纤维束10可被供给到压辊240与层压物体20的表面之间，并且随着压辊240的滚动，纤维束10可被层压到层压物体20的表面上，并且可从供给单元100供给另一个纤维束10。压辊240可以包括不同的直径，在某些示例性实施方式中，压辊可以具有约10mm或更小的直径，从而与利用一个大辊将纤维束10层压在层压物体20的表面上相比，能够更加有效地与层压物体20表面的弯曲部分相匹配。因此，纤维束10可被层压到层压物体20的表面上。压辊240可被结合至旋转轴部件230，而旋转轴部件230可以包括轴，该轴被配置成对辊240加压并使压辊240围绕旋转轴在层压物体20的表面上滚动。

减震器220可以被配置成，即使在压辊240被配置成通过本体210的移动而在层压物体20的表面上滚动时，在层压物体20的表面的弯曲部上方移动的情况下，也能在不进行高度调节的情况下，水平地移动本体210。此外，减震器220可以被配置成以垂直整合的方式，调节旋转轴部件230和压辊。因此，压辊240可以稳固地将纤维束10层压到具有弯曲部的层压物体20的表面上。旋转轴部件230和压辊240可单独地结合至减震器220。特别地，可以根据层压物体20的表面的弯曲部，调节压辊240的直径和数量。

在其它示例性实施方式中，减震器220可以包括：杆221，连接本体210的底部和旋转轴部件230，其可以从本体210的底部以可变的长度向下延伸；以及弹性部件222，在本体210的底部与旋转轴部件230之间围绕杆221，并且可被配置成为杆221提供弹性。杆221可以调节与本体210的底部的距离，当压辊240移动至层压物体20的表面的弯曲部的上方时，旋转轴部件230和压辊240的竖直位置可被调节，而不会改变本体210的高度。

图6中示出图5中所示的沿着A-A线的示例性横截面，由于围绕杆221的弹性部件222布置在本体210的底部与旋转轴部件230之间，因此当压辊240移动至层压物体20表面的向上凸起的上方时，弹性部件222可以被配置成与之接触并使杆221缩回。此外，当压辊240移动至层压物体20的表面向下凸起的上方时，弹性部件222可以被配置成返回至原始形状，并且杆221拉伸。弹性部件222可以是弹簧，压辊240可以利用弹性部件222的弹性作用，压靠层压物体20。特别地，压辊240可以在压力作用下，利用纤维束10层压层压物体。可以沿着本体210的纵向方向设置多个减震器220、旋转轴部件230和压辊240，并间隔开，并且减震器220可被配置成单独地吸收冲击(减震)。为了在层压物体20的表面上无间隙地层压纤维束10，减震器220、旋转轴部件230和辊240可被配置成第一组，并与本体210的底部间隔开。此外，减震器220可被配置成，当辊240在层压物体20的表面的弯曲部上方移动时，单独地减震。

层压单元200还可包括整合辊250，其被配置成对从供给单元100供给的多个纤维束10进行整合，并将经整合的纤维束10引导到压辊240。当供给单元100包括多个线轴架110、浸渍器120和冷却器130时，多个纤维束10可被配置成利用整合辊250穿过浸渍器120和冷却器130，并且可被配置成将经整合的纤维束10引导至压辊240，其可以被整合以便平滑地供给纤维束10。

层压单元200还可以包括导辊260，其沿着本体210的移动方向布置在本体210的前方，并且可被配置成将从供给单元100供给的纤维束引导至压辊240。与压辊240类似，导辊260可以包括布置在本体210的宽度方向上的旋转轴。因此，从供给单元100供给的纤维束10可被配置成通过滚动而引导到压辊240。此外，由于纤维束10与本体210的前方下端之间存在干预，因此可防止纤维束10发生损坏。整合辊250可布置在本体210的前方、导辊260的上方，并且可以在使纤维束10穿过整合辊250和导辊260之间的同时，保持纤维束10中的张力。

如图5所示，因为整合辊250和导辊260并未对齐，并且纤维束10穿过整合辊250与导辊260之间，因此辊可以在将纤维束10引导至压辊240的同时，保持纤维束10中的张力。因此，纤维束10可更平滑地层压到层压物体20的表面上。层压单元200还可包括加热器270，其沿着本体210的移动方向布置在本体210的前方，并且可被配置成加热纤维束10中的树脂。如上所述，可以将浸渍有树脂的纤维束10供给到层压单元200。当树脂为诸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA6)、聚乙烯(PE)和聚碳酸酯(PC)等热塑性树脂时，可以通过加热树脂来提高树脂的流动性，从而将纤维束10更加平滑地层压到层压物体20的表面上。

层压单元200还可包括旋转轴280，其沿着本体210的移动方向结合到本体210的后侧，可以与压辊240的旋转轴线垂直布置，并可被配置成使本体210旋转。本体210可被结合到固定本体(未示出)，并且本体210和固定本体(未示出)可被调节成层压纤维束10。本体210和固定本体(未示出)可以通过旋转轴280连接，并且旋转轴280可以包括与压辊240的旋转轴线相垂直的旋转轴线。由于本体210可以通过旋转轴280而旋转，因此当层压物体20表面的弯曲部沿着本体210的移动方向倾斜时，或者当弯曲部垂直于本体210的移动方向倾斜时，层压物体20的表面上的纤维束10可以通过旋转本体210而由压辊240层压。

一种利用用于层压纤维束的装置来制造产品的方法可以包括：利用包括减震元件的、用于层压纤维束的装置，在模具的内表面上层压纤维束10；通过闭合模具，对经层压的纤维束10进行加压形成具有预期形状的产品；并将成型的产品从模具中分离。根据利用用于层压纤维束的装置来制造产品的方法的另一个示例性实施方式，该方法还可以包括利用具有减震元件的、用于层压纤维束的装置，在金属或塑料部件的表面上层压纤维束10。此外，部件可以由塑料形成，并且可以通过在部件的表面上局部地层压纤维束10而部分地增强。

因此，在下文中，将描述根据本发明的用于层压纤维束的装置的示例性实施方式，并将由根据本发明一个示例性实施方式的通过用于层压纤维束的装置而局部增强的复合材料形成的隔板，与由通过本发明的方法制造的复合材料形成的隔板进行比较。

(实施方式)

根据第一示例性实施方式，可被配置成利用由碳纤维制成的纤维束10来层压层压物体20，打开模具，并利用根据本发明的用于层压纤维束的装置将纤维束10层压到模具的内表面上。在完成层压步骤之后，关闭模具，随后将经层压的纤维束10压制成具有预期形状的产品。具体地，为了更好地将产品从模具中分离，可以在沿模具的内表面层压纤维束10之前，将脱膜剂施加到模具的内表面上。

根据第二个示例性实施方式，将由碳纤维形成的纤维束10层压到由钢制成的部件的表面上，可以利用根据本发明的用于层压纤维束的装置，在由钢制成的部件的表面上层压纤维束10。具体地，可以施加防锈油来防止金属在层压纤维束10之后锈蚀。

根据第三个示例性实施方式，被配置成在由钢制成的部件的表面上层压由热塑性材料形成的纤维束10，可以利用根据本发明的用于层压纤维束的装置，在由热塑性材料形成的部件的表面上需要增强的部分层压纤维束10。

根据第四个示例性实施方式，可以以与如上所述的示例性实施方式相同的方式制造产品，并且可以利用根据本发明的用于层压纤维束的装置，在需要几层的部分选择性地层压纤维束10。

(实施方式&比较例)

如图7所示，在一个示例性实施方式中，与第三个示例性实施方式类似，利用根据本发明的用于层压纤维束的装置，通过沿0°、90°、90°和0°的方向层压成本较低的玻璃纤维，随后注入聚丙烯树脂来制造由复合材料形成的部件，来制造利用由碳纤维制成的纤维束10层压的隔板。在一个比较例中，通过沿0°、90°、90°和0°的方向层压成本较高的碳纤维并注入聚丙烯树脂来制造隔板。在表1中示出示例性实施方式和比较例中因扭转载荷而产生的偏移。

表1

如表1所示，与比较例相比，在示例性实施方式中，因扭转载荷而产生的偏移基本一致。然而，比较例的制造成本要大于示例性实施方式，由此，示例性实施方式的制造成本减半。

尽管已经参考本发明的示例性实施方式，对发明进行详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，还可以对这些实施方式进行修改，本发明的范围被限定在所附的权利要求及其等价形式中。

Claims (11)

1.一种用于层压纤维束的装置，包括：

供给单元，其被配置成供给浸渍有树脂的纤维束；以及

层压单元，其被配置成沿着层压物体的表面移动，并被配置成提供减震功能，从而将从所述供给单元供给的纤维束层压到所述层压物体的表面上，

其中所述层压单元包括：

本体，其布置在所述层压物体的上方，并被配置成沿着所述层压物体的表面移动；

减震器，其具有结合到所述本体的上端；

旋转轴部件，其结合到所述减震器的下端，并具有沿着所述本体的宽度方向布置的旋转轴；以及

压辊，其结合到所述旋转轴部件，并被配置成围绕所述旋转轴旋转，并且通过旋转运动将从所述供给单元供给的纤维束层压到所述层压物体的表面上，并且

其中所述减震器包括：

杆，其结合到所述本体的底部和所述旋转轴部件，并从所述本体的底部以可变的长度向下延伸；以及

弹性部件，其围绕位于所述本体的底部与所述旋转轴部件之间的杆，并被配置成为所述杆提供弹性。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述供给单元包括：

线轴架，缠绕有纤维束；

浸渍器，其被配置成利用树脂浸渍从所述线轴架展开的纤维束；以及

冷却器，其被配置成通过降低树脂的温度，使纤维束中的树脂固化。

3.如权利要求1所述的装置，其中多个减震器、旋转轴部件和压辊沿着所述本体的纵向方向布置并间隔开，其中所述减震器被配置成单独地减震。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述层压单元还包括整合辊，所述整合辊被配置成对从所述供给单元供给的多个纤维束进行整合，并将经整合的纤维束引导至所述压辊。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述层压单元还包括导辊，所述导辊沿所述本体的移动方向布置在所述本体的前方，并被配置成将从所述供给单元供给的纤维束引导至所述压辊。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述整合辊在所述本体的前方布置在所述导辊的上方，并被配置成在使纤维束穿过所述整合辊和所述导辊之间的同时，保持纤维束中的张力。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述层压单元还包括加热器，所述加热器沿所述本体的移动方向布置在所述本体的前方，并被配置成加热纤维束中的树脂。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述层压单元还包括旋转轴，所述旋转轴沿所述本体的移动方向结合至所述本体的后侧，与所述压辊的旋转轴线垂直地布置，并被配置成旋转所述本体。

9.一种利用如权利要求1所述的用于层压纤维束的装置制造产品的方法，包括以下步骤：

利用被配置成提供减震功能的所述用于层压纤维束的装置，沿着模具的内表面层压纤维束；

通过闭合所述模具并压制纤维束，从而形成具有预期形状的产品；和

使所形成的产品从所述模具中脱模。

10.一种利用如权利要求1所述的用于层压纤维束的装置制造产品的方法，包括以下步骤：

利用被配置成提供减震功能的所述用于层压纤维束的装置，沿着由金属或塑料制成的部件的表面层压纤维束。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述部件由塑料制成，将纤维束局部层压到所述部件的表面上，以便局部地增强所述部件。

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