CN110114206A - 用于形成加强复合部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成复合部件的方法，其包括提供芯体(22)，提供一组纤维带(24)，将一组纤维带(24)放置在一组预定位置，以及经由使用粘合剂材料(诸如树脂)将一组纤维带(24)固定在一组预定位置。

Description

用于形成加强复合部件的方法
背景技术
复合面板可以包括设计或构造成包括在结构中的预先设计或预先形成的子面板或子部件。例如，复合面板可以包括在交通工具(诸如基于地面、水或空气的交通工具)中。在诸如飞行器的交通工具中，复合面板可以被用以构建用于较大航空结构(诸如机身或机翼)的预先组装的面板或子结构。
发明内容
在一方面，本公开涉及一种用于形成加强复合部件的方法，该方法包括从展开的纤维带切下第一长度的相对短的纤维带段，将相对短的纤维带段放置在芯体上的一组预定位置处，以及经由使用粘合剂材料将相对短的纤维带段固定在一组预定位置处。
在另一方面，本公开涉及一种形成复合面板组件的方法，该方法包括在第一组预定位置安置长纤维带段的第一层；邻近于第一层安置芯体；将短纤维带段的第二层安置在邻近于芯体的第二组预定位置处，其中，短纤维带段比长纤维带段短；以及经由使用粘合剂材料固定第一层和第二层。
附图说明
在附图中：
图1图示根据文中所描述的各个方面的复合面板组件的示例横截面视图。
图2图示根据文中所描述的各个方面的安置图1的复合面板组件的第一层的示例步骤。
图3图示根据文中所描述的各个方面的安置图1的复合面板组件的第二芯体层的示例步骤。
图4图示根据文中所描述的各个方面的安置图1的复合面板组件的第三层的示例步骤。
图5图示根据文中所描述的各个方面的图1的复合面板组件的边缘的示例横截面视图。
图6是展示根据文中所描述的各个方面的用于形成复合面板组件的方法的流程图示例。
图7是展示根据文中所描述的各个方面的用于形成复合面板组件的另一方法的流程图示例。
具体实施方式
本公开的各方面可以在运用面板、复合面板或加强复合面板(文中称之为“复合面板”)的任何环境或装置中实施。本公开的各方面还可以在用于形成、制造、构造复合面板等等的方法中实施。
虽然将描述“一组”各种元件，但是，将理解“一组”可以包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。附加地，虽然将描述“层”，但是，将理解“层”可以包括一组分层元件，不限于单层的相应元件。
连接参考(如，附接、联接、连接和连结)将被广义地解释，除非另有指示，否则可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动。这样，连接参考不一定推定两个元件直接连接并且彼此为固定关系。示范性附图仅出于图示的目的，并且附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
图1图示加强复合面板组件10的横截面视图。复合面板组件10可以包括复合面板12，复合面板12具有组装以形成加强结构的一组层。在本公开的一个非限制性方面，复合面板12可以包括第一层(诸如第一碳纤维层14)、第二层(诸如芯体22或芯体层16)、第三层(诸如第二碳纤维层18)以及第四层(诸如第三碳纤维层19)。如文中所使用的，碳纤维层14，18，19或其子集可以包括干碳纤维材料，包括但不限于碳纤维片材、预制碳纤维结构、多层或单层碳纤维组合物、或者已知的其他纤维元件或结构。
在一个非限制性示例构造中，第一碳纤维层14可以包括第一碳纤维20的组装层。类似地，第二碳纤维层18和第三碳纤维层19可以分别包括第二碳纤维24的组装层和第三碳纤维21的组装层。可以包括本公开的非限制性方面，其中，第一碳纤维20、第二碳纤维24或第三碳纤维21可以包括相同的碳纤维材料、碳纤维结构或碳纤维特性。在本公开的另一非限制性方面，第一碳纤维20、第二碳纤维24、第三碳纤维21或其子集可以包括不相似或不同的碳纤维材料、碳纤维结构或碳纤维特性。在一个非限制性构造中，碳纤维20,24,21的至少一个子集可以经由使用粘合剂材料来选择或构造成被粘附、固定、结合等等。比如，当用组合、混合、充注或包括有粘合剂材料(诸如胶或树脂)时，碳纤维20,24,21的至少一个子集可以固定到碳纤维20,24,21的另一个。
如所示出的，芯体层16或芯体22可以包括结构上支撑性的芯体材料，包括但不限于泡沫芯体40。泡沫芯体40可以包括但不限于，具有或包括在30和120千克每立方米(Kg/m3)之间的密度的材料。在另一非限制性示例中，与仅有泡沫的芯体40相比，泡沫芯体40还可以包括插入或集成的一组泡沫芯体束带42，以提供改进或增加的结构或刚性。例如，束带42可以借助于针刺预先构造或预先组装在芯体22或泡沫芯体40中。束带42可以视所需进一步向芯体22或泡沫芯体40提供预定的或可选择的结构增强或刚性。在美国专利号8,356,451中描述了具有一组束带42的泡沫芯体40结构的一个非限制性示例。可以包括附加的芯体22构造或结构。
图2至图5图示用于复合面板组件10或复合面板12的一组非限制性组装步骤。
图2图示部分组装的复合面板组件26的初始叠置步骤。可以为组装的复合面板组件10提供复合面板框架28、模板或模具，以引导、限定、关联或提供参考。在该意义上，复合面板框架28可以为部分组装的复合面板组件26限定预先限定的形式或预先限定的特性。例如，复合面板框架28可以包括与组装的复合面板12的期望尺寸对应或关联的边缘29。预先限定的形式或预先限定的特性可以包括二维或三维形状，包括但不限于表面形状、轮廓、角度、尺寸(长度、宽度)等等。虽然文中描述了复合面板框架28，但是，本公开的各方面可以包括，其中，复合面板组件10或部分组装的复合面板组件26在没有框架元件的情况下布置或组装。
部分组装的复合面板组件26初始可以用第一碳纤维20叠置。在一个非限制性示例中，第一碳纤维20可以从第一碳纤维材料源23(诸如展开的纤维带或碳纤维卷)接收。在另一非限制性示例中，第一碳纤维材料源23可以包括一组预先限定、预先切割或预先选择的碳纤维元件，诸如第一碳纤维20的预定大小的片材。第一碳纤维20可以借助于自动工具或机器(诸如第一自动臂组件30)布置、叠置、安置、定位(等等)在复合面板框架28上。例如，第一自动臂组件30可以选择第一碳纤维20的预定大小的片材的一个以上的部分、层或条带，并将它们叠置或安置在复合面板框架28中以限定或组装第一碳纤维层14。在该意义上，第一碳纤维20的安置运用自动纤维放置构造。在一个示例构造中，第一碳纤维20的自动纤维放置构造可以包括每分钟安置数米的第一碳纤维20。
在另一非限制性方面，第一自动臂组件30可以构造成从碳纤维材料源23中选择或接收连续的碳纤维卷的一部分，并且将连续的卷的该一部分切割、修剪(等等)成第一碳纤维20的合适或预先选择的尺寸。
不管方法或第一碳纤维20的单独段选择，第一碳纤维20都可以根据预定图案或一组预定位置安置在复合面板框架28上。本公开的非限制性方面可以包括将第一碳纤维20安置或布置成重叠邻近的第一碳纤维20片材(如32以虚线图示的重叠)，或者与复合面板组件10或复合面板框架28的最终尺寸重叠(如34所图示的重叠)。可以包括重叠32，34的尺寸或布置，作为预定图案的部分。在一个非限制性示例构造中，重叠(32或34)的尺寸可以是近似80毫米。可以包括附加的或替换性的重叠32，34尺寸。
图3图示部分组装的复合面板组件26的另一步骤，其中，芯体22相对第一碳纤维层14放置、提供、就位或安置。芯体22的大小、形状、轮廓或尺寸可以由复合面板组件10或复合面板12限定。比如，可以包括本公开的各方面，其中，芯体22自动或手动地定尺寸或放置在部分组装的复合面板组件26处。
图4图示将部分组装的复合面板组件26(诸如第一碳纤维层14和芯体22)与第二碳纤维层18叠置的步骤。在一个非限制性示例中，第二碳纤维24可以从第二碳纤维材料源52(诸如展开的纤维带或碳纤维卷)中接收。在另一非限制性示例中，第二碳纤维材料源52可以包括一组预先限定、预先切割或预先选择的碳纤维元件，诸如第二碳纤维24的预定大小的片材或补片。第二碳纤维24可以借助于自动工具或机器(诸如第二自动臂组件50)布置、叠置、安置、定位(等等)在第一碳纤维层14或芯体22上。例如，第二自动臂组件50可以选择第二碳纤维24的预定大小的片材的一个以上的部分、层或条带，并将它们叠置或安置在复合面板框架28中以限定或组装第二碳纤维层18。在该意义上，第二碳纤维24的安置运用自动纤维补片放置构造。
在另一非限制性方面，第二自动臂组件50可以构造成从第二碳纤维材料源52中选择或接收连续的碳纤维卷的一部分，并将连续的卷的该一部分切割、修剪(等等)成第二碳纤维24的合适的或预先选择的尺寸。
不管方法或第二碳纤维24的单独段的选择，第二碳纤维24可以根据预定图案安置在复合面板框架28、第一碳纤维层14或芯体22上。本公开的非限制性方面可以包括将第二碳纤维24安置或布置成重叠邻近的第二碳纤维24片材，或者与复合面板组件10或复合面板框架28的最终尺寸重叠。可以包括重叠的尺寸或布置，作为预定图案的部分。在一个非限制性示例构造中，用于第二碳纤维24的重叠的尺寸可以是近似30毫米。可以包括附加的或替换性的重叠32，34尺寸。
在另一非限制性示例构造中，与远离复合面板框架28安置的第一碳纤维层14或者第二碳纤维层18的部分中的至少一个相比，第二碳纤维层18可以与靠近或邻近复合面板组件10、部分组装的复合面板组件26或复合面板框架28的边缘29的多个第二碳纤维24片材叠置以提供附加的或增加的结构刚性。如文中所使用的，“邻近”于边缘29可以包括芯体22和边缘29之间的距离跨度。
如所示出的，第一碳纤维20的相对大小可以由第一碳纤维宽度54和第一碳纤维长度55限定，第二碳纤维24的相对大小可以由第二碳纤维宽度56和第二碳纤维长度58限定。可以包括本公开的非限制性方面，其中，与第二碳纤维宽度56或第二碳纤维长度58相比，第一碳纤维宽度54可以更大。在该意义上，第二碳纤维24可以包括第一长度58，并且可以认作是相对短的，而第一碳纤维20可以具有第二长度55，并且可以认作是相对长的。在前面提及的示例中，当彼此相比时，第一长度58可以比第二长度55短。
在安置第二碳纤维层18后面，该处理可以包括以与第一碳纤维20的第一碳纤维层19实质上相同的方式安置第三碳纤维21的第三碳纤维层19。在该意义上，第三碳纤维21安置在第一碳纤维层14、芯体22、第二碳纤维层18或其组合上。为简洁起见，未图示第三碳纤维层19的安置。
图5图示邻近于复合面板12的边缘29截取的复合面板组件10的横截面视图。如所示出的，与第一碳纤维层14中的至少一个相比，跨越芯体22和边缘29之间的距离并且与复合面板框架28的至少一部分重叠的复合面板组件10的邻近于边缘29的一部分60可以包括第二碳纤维24的一组多个层以提供附加的或增加的结构刚性，如先前所阐释的。可以包括本公开的非限制性方面，其中，复合面板在边缘29处被修剪。可以包括本公开的附加的非限制性方面，其中，安装孔、支架或机械紧固件可以包括在该一部分60中并且构造成将复合面板连接到更大的结构或航空结构，诸如飞行器的机身或机翼。
虽然虚边缘29被示出为平直边缘29，但是，可以包括切割、修剪(等等)本公开的非限制性方面，其中，边缘29借助于附加的或替换性的方法或切割工具形成。比如，在一个非限制性示例中，在边缘29处的修剪可以包括相对第一碳纤维20以非垂直角度修剪。非垂直角度可以包括但不限于20度、40度、80度、110度等。在另一非限制性示例中，在边缘29处的修剪可以包括例如借助于倒角的非平直切割，诸如圆形或圆的边缘。在又一非限制性示例中，非平直边缘可以是圆形或倒角的，以在第一角度和第二角度之间变化，诸如倒角成从在相对复合面板组件10的第一位置处的20度到相对复合面板组件10的第二位置处的40度。
图6图示演示用于形成加强复合部件的一个非限制性方法100的流程图。方法100通过在110处提供芯体22开始。在120处，方法100通过从展开的纤维带(诸如，第二碳纤维24)切下相对短的纤维带段而继续。接下来，方法100包括，在103处，诸如根据预定图案，将相对短的纤维带段放置在芯体22上的一组预定位置处。方法100还可以包括，在140处，经由使用粘合剂材料(诸如树脂)将相对短的纤维带段固定在该一组预定位置处。
图7图示展示用于形成复合面板组件10的另一非限制性方法200的流程图。方法200通过在210处将相对长的纤维带段的第一层(诸如第一碳纤维20)安置在第一组预定位置或图案处开始。在220处，方法200通过将芯体22邻近于第一层安置(诸如，在第一层的表面上)而继续。接下来，方法200包括，在230处，将相对短的纤维带段的第二层(诸如第二碳纤维24)安置在邻近于芯体22的第二组预定位置处。可选地，方法200可以包括，在240处，类似于第一碳纤维20，安置相对长的纤维带段的第三层(诸如第三碳纤维21)的另一步骤。方法200可以包括，在250处，经由使用粘合剂材料(诸如树脂)至少固定第一层和第二层。
所描绘的次序仅出于说明性目的，并不意味着以任何方式限制方法100、200，因为应要理解，在不与所描述的方法偏离的情况下，可以以不同的逻辑顺序进行该方法的各部分，可以包括附加的或介入的部分，或者，可以将该方法中所描述的各部分划分成多个部分，或者，可以省略该方法中所描述的各部分。
可以包括本公开的各方面，其中，碳纤维层14，18，19的至少一个子集、芯体22或其组合可以使用粘合材料(诸如树脂)粘合在一起。粘合可以在多步骤处理中(诸如，在每一层14、16、18、19的叠置之后)或在单个步骤中(诸如，在组装复合面板12之后)发生。粘合可以视需要包括附加的步骤，诸如运用真空或真空泵从复合面板组件10中去除空气，以确保恰当的一体性或粘合材料的硬化。
除了上面附图中示出的之外，通过本公开，可以预期许多其他可能的方面和构造。例如，本公开的一个非限制性方面预期，公共纤维源23、52或公共自动臂组件30、50被本公开运用以施行文中描述的所有组装。在本公开的另一非限制性方面，可选地，第三碳纤维层19可以包括在复合面板组件10或复合面板12中。
文中公开的各方面提供用于组装加强复合部件、元件或面板的方法及构造。上述各方面中可以得到的一个优点是，上述各方面可以以自动的方式组装，与使用通过手来叠置复合层或碳纤维的手动处理相对。通过自动叠置复合面板组件，面板组件的总体成本将减少。自动化可以进一步增加与自动化关联的组装处理的生产率和质量，同时依由预定层叠图案的精度减少废料。
上述各方面的另一优点是运用第一碳纤维层和第三碳纤维层的自动纤维放置，这在大区域上快速放置较大的碳纤维选择上是有效和高效的。相似地，上述各方面可以进一步运用描述用于第二碳纤维层的纤维补片放置构造，以绕着非线性或非标准形状(诸如，围绕芯体)快速布置或安置较小的碳纤维选择，同时确保复合面板组件的足够的或所需的一体性。纤维补片放置的运用进一步提供使之能够选择性地增强关键区域(诸如，边缘所就位的位置，或者将连接紧固件的位置)的优点。
可以得到的另一优点是运用所描述的泡沫芯体，可以从复合面板组件中消除包括蜂窝结构的常规芯体材料。蜂窝芯体结构可以捕获和困住粘合剂材料(诸如树脂)，造成面板组件的平衡或结构一体性问题。
在尚未描述的范围内，各种方面的不同特征和结构可以视所需彼此组合地使用。在所有方面中不能图示一个特征并不意味着被诠释为它不能有，而是为了描述的简洁起见而做出的。因而，可以视所需混合和匹配不同方面的各种特征以形成新的方面，无论是否明确地描述了新的方面。本公开涵盖文中描述的各特征的组合或置换。
本书面描述使用示例来公开本公开的各方面，包括最佳模式，还使本领域技术人员能够实践本公开的各方面，包括制成和使用任何设备或系统，并施行任何并入的方法。本公开的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例意在包括于权利要求书的范围内，如果该示例具有与权利要求书的文字语言并无不同的结构元件的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等效结构元件的话。

Claims (20)

1.一种用于形成加强复合部件的方法，其特征在于，所述方法包含：
从展开的纤维带切下第一长度的相对短的纤维带段；
将所述相对短的纤维带段放置在芯体上的一组预定位置处；以及
经由使用粘合剂材料将所述相对短的纤维带段固定在所述一组预定位置处。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在设置所述芯体之前，放置第二长度的相对长的纤维带段，其中，所述第一长度比所述第二长度短。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述芯体设置在所述相对长的纤维带段上，并且其中，放置所述相对短的纤维带段包括：与所述相对长的纤维带段相对地将所述相对短的纤维带段放置在所述芯体上。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，放置所述相对短的纤维带段包括：放置具有比所述相对长的纤维带段的宽度尺寸短的长度尺寸或宽度尺寸中的至少一个尺寸的相对短的纤维带段。
5.如任一在前权利要求所述的方法，其特征在于，进一步包括提供复合部件框架。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，设置所述芯体包括将所述芯设置到所述复合部件框架，并且其中，放置所述相对短的纤维带段包括：相对于所述框架，将所述相对短的纤维带段放置在一组预定位置处。
7.如权利要求5或6中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述相对短的纤维带段的多个层放置在所述复合部件框架的预定位置处。
8.如任一在前权利要求所述的方法，其特征在于，其中，放置所述相对短的纤维带段包括：借助于自动臂组件将所述相对短的纤维带段放置在一组预定位置处。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中，切下所述相对短的纤维带段包括：借助于所述自动臂组件切下相对短的纤维带段。
10.如任一在前权利要求所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于模板修剪所述加强复合部件的一部分。
11.如任一在前权利要求所述的方法，其特征在于，其中，所述加强复合部件是航空电子部件。
12.如任一在前权利要求所述的方法，其特征在于，其中，固定所述相对短的纤维带段包括：经由使用树脂粘合剂材料将所述相对短的纤维带段固定在所述一组预定位置处。
13.一种形成复合面板组件的方法，其特征在于，所述方法包含：
将长纤维带段的第一层安置在第一组预定位置处；
邻近于所述第一层安置芯体；
将短纤维带段的第二层安置在邻近于所述芯体的第二组预定位置处，其中，所述短纤维带段比所述长纤维带段短；以及
经由使用粘合剂材料固定所述第一层和所述第二层。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，其中，安置所述第二层包括：安置短纤维带段的第二层，其中，所述短纤维带段被选择成包括比所述长纤维带段的宽度尺寸短的长度尺寸或宽度尺寸中的至少一个尺寸。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，进一步包括提供复合面板框架。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，安置所述第一层包括：将所述第一层安置到所述复合部件框架上。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，其中，安置所述第二层包括：将所述短纤维带段的多个重叠层安置在所述复合面板组件的与所述复合面板框架重叠但不与所述芯体重叠的部分处。
18.如权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，其中，安置所述第一层或安置所述第二层中的至少一个包括借助于自动臂组件安置。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，其中，安置所述第一层或安置所述第二层中的至少一个包括借助于所述自动臂组件切割所述纤维带段。
20.如权利要求13至19中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括基于模板修剪所述复合面板组件的一部分。
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