CN107839252A - 用嵌入在树脂中的多个纤维层来制造复合部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用嵌入在树脂中的多个纤维层来制造复合部件的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：通过将所述多个纤维层在模具中加以覆合(110)来形成初步复合部件(10)；通过堆叠包括至少一个气密膜、泄流织物和覆盖片的层来铺叠(120)所述初步复合部件(10)；通过施加温度循环和压力循环来对安排在高压釜式设备的包壳(80)的工作台(30)上的初步复合部件(10)进行聚合(130)，所述包壳装备有用于测量所述包壳(80)内的温度T的装置；对原始复合部件进行脱模(140)；对所述原始复合部件的尺寸和缺陷率进行测试(150)；其特征在于，所述聚合步骤(130)包括一旦所述包壳(80)中的温度T大于或等于阈值温度Ts就在所述包壳(80)中施加压力P。

Description

用嵌入在树脂中的多个纤维层来制造复合部件的方法
本发明涉及一种用复合材料制造部件的方法，其目的是限制边缘效应。
由复合材料制成的部件由嵌入在树脂基体中的纤维形成。
根据图1所示的已知实施例，由复合材料制成的部件可以由预先浸渍以树脂(环氧树脂或聚酯树脂或类似物)的纤维增强材料(其可由碳、芳族聚酰胺或任何其它合适的材料制成)制成。在称为覆合阶段的第一阶段中，预浸渍层被安排在反形状上，以形成称为预成型件或坯件的初步部件1。然后可以在称为压实步骤的任选步骤中将初步部件1在真空中预固结。在接下来称为铺叠阶段的阶段中，初步部件1被安排在工具2上。包裹在泄流织物4中的密封件3围绕初步部件1安排，然后被夹持在第一组楔块与第二组楔块之间并且被覆盖以一叠5薄膜(称为铺叠件)。
所述铺叠件包括：
-仅安排在初步部件1上的一片释放织物5a；
-覆盖在释放织物5a、包裹在泄流织物4中的密封件3a和安排在由制成的格栅7上的称作边缘楔块的第一组楔块6上的气密膜5b；
-覆盖在气密膜5b和安排在格栅7下方称为夹紧楔块的第二组楔块8上的泄流织物5c；以及
-也称为“囊”的覆盖片5d，该覆盖片覆盖所述组件并被固定到密封件9上，以确保铺叠件的气密性。
在称为聚合阶段的第三阶段期间，铺叠好的初步部件1被安排在抽空的包壳中并经受温度和压力循环，以便被固结并形成由复合材料制成的所谓的原始部件(未示出)。
通常，该温度和压力循环包括环境温度升高到第一温度水平的第一次升温和升高到第二温度水平的第二次升温。聚合的最后阶段是将所得部件冷却至最小脱模温度。从第一次升温开始直到循环结束为止都施加了压力。
聚合后，将原始部件脱模并进行测试(针对缺陷率、表面状况和尺寸)。
常规地，测试原始部件包括复合部件的各种尺寸(宽度、长度、中心和边缘的厚度)测量以及通过NDT(即，“非破坏性测试”)方法进行的缺陷率测量，例如使用超声波设备(根据文献FR 1459875中所述的方法)。
由嵌入在树脂基体中的纤维形成的复合材料制成的部件的聚合可能引起称为“边缘效应”的现象，该现象的特征为周缘厚度低于所希望厚度的部件。这种现象是由聚合过程中在通过施加压力来压实树脂时树脂的蠕变造成的。
受边缘效应影响的周缘区域可能较大或较小，这取决于由复合材料制成的部件的尺寸、树脂的性质和所使用的聚合方法。
为了符合组装公差，通常需要添加对原始部件进行机加工的步骤，以生产出具有所希望的尺寸的复合部件成品。此步骤旨在去除周缘区域，而仅保留厚度恒定的中心部分。
因此必不可少的是，覆合出所具有的尺寸比复合部件成品的所希望尺寸更大的初步部件1，以允许机加工步骤。
因此，这种边缘效应现象对部件的最终成本具有相当大的影响(由于覆合时间、材料损失和增补的机加工步骤)。
文献FR 2961739提出了用于制造复合部件的方法，其目的是限制边缘效应。该方法包括在复合预成型件1的周缘添加预浸渍层的预聚合步骤，以补偿由于边缘效应现象引起的厚度变化。该方法要求知晓受影响的周缘区域的表面积，以确定要添加的层数。如果预浸渍层的数量太低或太高，就将仍然需要对聚合的预成型件加工的步骤。这种方法就时间和原材料而言是昂贵的。
本发明提出了一种没有现有技术缺点的用复合材料制造部件的方法。
为此，本发明是一种用嵌入在树脂中的多个纤维层来制造复合部件的方法，该方法包括以下步骤：
-通过将所述多个纤维层在模具中加以覆合来形成初步部件；
-对所述初步部件进行铺叠；
-对安排在包壳中的所述初步部件进行聚合，所述包壳装备有用于测量所述包壳内的温度T的装置；
-对所述初步部件进行脱模；
-对尺寸和缺陷率进行测试。
根据本发明的方法的显著之处在于，所述聚合步骤包括一旦温度T大于或等于预先确定的阈值温度就在所述包壳中施加压力P。
因此，是在树脂的粘度水平高于现有技术方法中施加压力时的粘度水平时向初步部件施加压力。这种粘度水平使得作用在树脂上的压力的影响可以减小，因而减小称为“边缘效应”的现象。
有利地，根据本发明的方法的铺叠步骤包括在所述初步部件上铺设释放织物和边缘楔块、气密膜、一组夹紧楔块、泄流织物和覆盖片的随后的子步骤，该方法还包括以下预备子步骤：
-在所述初步部件的自由面上和边缘上放置一片释放织物，所述释放织物的尺寸大于所述初步部件的尺寸，使得所述释放织物覆盖所述初步部件的整个自由面和整个边缘以及所述工作台的一部分；以及
-在这片释放织物的覆盖所述工具的工作台的所述部分上安排一组边缘楔块。
优选地，根据本发明的方法的阈值温度由参考表确定，该参考表允许复合部件的关重尺寸和对所述复合部件所规定的缺陷率。
根据变体实施例，在铺叠步骤之前，初步部件经受在真空中的预固结步骤，称为压实。
根据另一个变体实施例，测试温度的范围是通过根据所使用的温度循环测量材料的收缩率(由于在覆合步骤中抽出捕获的空气)来确定的。
通过阅读以下对示例性实施例的描述，本发明的上述特征以及其他特征将更加清楚透彻，所述描述是与附图相关地提供的，在附图中：
-图1，如上所述，是根据现有技术的制造复合部件的方法的步骤的示意图；
-图2是展示根据本发明的制造复合部件的方法的步骤的示图；
-图3是展示根据本发明的方法的步骤的细节的示意图；并且
-图4是展示用于执行根据本发明的方法的步骤的工序的示图。
图2表示了根据本发明的用于制造复合部件(未示出)的方法100。方法100包括第一步骤110：将多个预先浸渍的(例如用环氧树脂或聚酯树脂浸渍的)纤维(例如碳纤维或芳族聚酰胺纤维)层在反形状上加以覆合，以形成初步部件10。此步骤110与现有技术中的覆盖步骤相同，并且将不再赘述。
根据变体实施例，该方法包括压实步骤115，与现有技术中描述的压实步骤相同。
方法100包括对初步部件10进行铺叠的步骤120。在图3所示的铺叠步骤120中，初步部件10以其称为接触面20a的一个面安排在工作台30上，并且在与接触面20a相反的自由面20b上覆盖以一组薄膜。
铺叠步骤120包括第一铺叠子步骤120-1，在该子步骤中，将一片释放织物40(例如以销售的通用的干脱模布，60BR)铺放在初步部件10的自由面20a上和边缘20c上。如图3所示，释放织物40的尺寸大于初步部件10的尺寸，使得所述织物的周缘覆盖初步部件10的整个自由面20b和整个边缘20c并覆盖所述工具的工作台30的一部分50。
铺叠步骤120包括第二铺叠子步骤120-2，其包括在该片释放织物40的覆盖了工作台30的部分50上安排一组边缘楔块60。边缘楔块60因此被定位成与覆盖有释放织物40的初步部件10的边缘20c相距距离D。基于聚合循环中的楔块的膨胀来确定距离D，使得边缘楔块60在聚合期间与边缘20c齐平。
铺叠步骤120还包括在现有技术中已经描述过的子步骤，其包括在由初步部件10、释放织物40和边缘楔块60形成的组件上相继安排穿孔织物70a、一组夹紧楔块(未示出)、然后是泄流织物70b、并且最后是覆盖片70c，该覆盖片通过例如形成有胶质的密封件90固定在工作台30上。
根据本发明的方法100包括将安排在高压釜型设备的包壳80中的初步部件10聚合的步骤130。这种包壳80装备有用于测量包壳80内的温度T的装置。
该聚合步骤130包括施加到包壳80中存在的初步部件10上的温度和压力循环。此温度循环与现有技术中的温度循环相同。
在根据本发明的方法100中，一旦包壳80中的温度T已经达到阈值Ts，就对初步部件10施加压力P。
根据本发明的方法100还包括对已经成为原始部件的初步部件10进行脱模的步骤140以及测试原始部件10的步骤150。这些步骤140和150与现有技术中执行的脱模和测试步骤相同，并且将不再赘述。
根据本发明，阈值温度Ts是通过将树脂的蠕变特性与复合部件的规定用途所要求的缺陷率Vd的值进行比较来确定的。
因此，使用具有装备有加热装置、力传感器和热电偶的工作台的冲压工具(例如机械或液压冲床)，通过以下步骤来确定阈值温度Ts，如图4所示：
-步骤210，形成与初步部件10相同的参考初步部件10；
-步骤220，对参考初步部件10施加与聚合循环的压力相同的压力；
-步骤230，使参考初步部件10升温；
-步骤240，测量参考初步部件10的粘度和温度，粘度例如通过初步部件10的树脂施加在力传感器上的力来测量的；
-步骤250，确定树脂蠕变的温度范围，也就是所测粘度降低时的温度T1与所测粘度稳定在所谓的平台值时的温度T2之间的范围中的温度值；
-步骤260，根据上述步骤110至140形成多个参考部件PR1,……,PRn，针对这些参考部件，在聚合步骤130中，一旦包壳80的温度达到取值在T1与T2之间的参考温度TRi,……,TRn，就施加压力；以及
-步骤270，测量每个参考部件Pr1,……,Prn的缺陷率以及中心和边缘处的厚度。
以此方式构件参考表。此参考表示出了与温度TRi至TRn相对应地测量的关键尺寸，例如中心处的厚度、边缘处的厚度和缺陷率。阈值温度Ts的值对应于展现出部件中心处的厚度与部件边缘的厚度之间的最小差(最小的“边缘效应”)而同时符合规定的缺陷率Vd的、从TRi,……,TRn中选择的温度。
根据变型实施例，在步骤220之前，对经受热循环的一系列初步复合部件进行膨胀测量，以便限定测试温度的范围。也可以在参考部件PR1,……,PRn上进行这些膨胀测量。
以举例方式，对于其中树脂是环氧树脂的初步部件10，阈值温度Ts为100℃，并且施加的压力为7.5巴。
显然，本发明不限于上述实施例，而是可以延伸至符合其原理的任何变体。

Claims (2)

1.用嵌入在树脂中的多个纤维层来制造复合部件的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：
-通过将所述多个纤维层在模具中加以覆合(110)来形成初步部件(10)；
-对所述初步部件(10)进行铺叠(120)；
-对安排在包壳(80)中的所述初步部件(10)进行聚合(130)，所述包壳装备有用于测量所述包壳(80)内的温度T的装置；
-对所述初步部件(10)进行脱模(140)；
-对尺寸和缺陷率进行测试(150)；
所述方法的特征在于，所述聚合步骤(130)包括一旦温度T大于或等于阈值温度(Ts)就在所述包壳(80)中施加压力P，所述阈值温度由参考表确定，所述参考表允许所述复合部件的关重尺寸和对所述复合部件所要求的缺陷率。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，所述铺叠步骤包括在所述初步部件(10)上铺设释放织物(40)和边缘楔块(60)、气密膜(70a)、一组夹紧楔块、泄流织物(70b)和覆盖片(70c)的铺叠子步骤(120)，所述方法(100)的特征在于，所述铺叠步骤(120)还包括以下预备子步骤：
-在所述初步部件(10)的自由面(20b)上和边缘(20c)上放置(120-1)一片释放织物(40)，所述释放织物(40)的尺寸大于所述初步部件(10)的尺寸，使得所述释放织物(40)覆盖所述初步部件(10)的整个自由面(20b)和整个边缘(20c)以及所述工作台(30)的一部分(50)；以及
-在这片释放织物(40)的覆盖所述工具的工作台的所述部分(50)上安排(120-2)一组边缘楔块(60)。
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