CN110315780A - 用于形成复合结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于形成复合结构的方法，该方法包括以下步骤：将纤维增强聚合物膏形成干纤维预制件结构的腔的形状；将在所述腔中具有所述纤维增强聚合物的所述干纤维预制件结构加热至灌注温度；将树脂灌注到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围；并且在高于所述灌注温度的固化温度下固化所述树脂灌注的干纤维预制件结构和所述纤维增强聚合物。

Description

用于形成复合结构的方法
技术领域
本申请涉及用于形成复合结构的方法，并且特别涉及用于使用干纤维预制件结构和纤维增强聚合物膏形成树脂灌注的加强结构的方法。
背景技术
具有复合机身(即纤维增强聚合物或树脂机身)的飞行器的出现促进对用于装配这种机身的复合结构元件(例如其蒙皮、翼梁、肋、框架和桁条)的系统和方法的需求。作为实施例，纵梁、框架、桁条、加强件和其它飞行器结构元件可由平坦的复合叠层制成。为了对其进行加强，它们可以设置有复杂的横截面形状，例如L形、U形、洋葱形、帽形、I形、T形、J形和Z形，这些横截面形状主要取决于结构元件设计承载的载荷的类型和量。上面列出的复杂的横截面形状可以由折叠成形状的平坦复合部分形成。这些折叠具有需要被填充的折叠圆角。例如，“I”部分可以形成有两个背对背的“C”部分，还形成有顶板和底板。“C”部分的弯折圆角形成上腔和下腔的两侧，顶板和底板形成第三侧。腔通常是三面的。
在其一个可能的实施方式中，复合结构可以通过将两个复合纤维预制件的支腿相抵接来装配，以便在它们的连接处形成腔，然后用填料填充腔。
目前，公知为面条(noodle)的传统填料不太理想。
因此，本领域技术人员继续在用于形成复合结构的方法的领域中进行研究和开发。
发明内容
在一个实施方式中，形成复合结构的方法包括以下步骤：(1)将纤维增强聚合物膏形成干纤维预制件结构的腔的形状；(2)将在所述腔中具有所述纤维增强聚合物的所述干纤维预制件结构加热至灌注温度；(3)将树脂灌注到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围；并且(4)在高于所述灌注温度的固化温度下固化树脂灌注的所述干纤维预制件结构和所述纤维增强聚合物。
根据以下详细说明、附图和所附权利要求，所公开的用于形成复合结构的方法的其它实施方式将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个实施方式的复合结构的示意性剖视图；
图2是根据本公开的一个实施方式的复合圆角填料的示意图；
图3A是复合结构构件的示意性立体图；
图3B是具有轴向取向的连续纤维的圆角填料的示意性侧剖视图；
图3C是根据本公开的一个实施方式具有不同尺寸的纤维的圆角填料的示意性侧剖视图；
图4是根据本公开的一个实施方式用于形成复合结构的方法的流程图；
图5是用于形成复合结构的示例性系统的图；
图6是飞行器生产和服务方法的框图；以及
图7是飞行器的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的一个实施方式的复合结构100的示意性剖视图。复合结构100包括第一干纤维预制件110、第二干纤维预制件120、第三干纤维预制件130以及由纤维增强聚合物膏形成的复合圆角填料150。第一干纤维预制件110、第二干纤维预制件120和第三干纤维预制件130沿一定长度延伸(如在图1中看到的，延伸到页面中；也参见图3A)。
如在图1中看到的，第一干纤维预制件110和第二干纤维预制件120具有大致L形横截面，在L的弯折处具有圆角。L形第一干纤维预制件110和L形第二干纤维预制件120背对背放置，第三干纤维预制件130大致水平地横跨由干纤维预制件110、120的L形横截面的底部限定的基部下方延伸。所描绘的复合圆角填料150布置在干纤维预制件110、120、130之间，并且沿着它们的长度(例如，如在图3A中看到的长度308)与干纤维预制件110、120、130连结，以填充沿着长度308延伸的纵向腔309(如在图3A中看到的)。
在图1中所示的实施方式中，三个构件与复合圆角填料150连结，以形成这样的结构，其中两个构件弯折或弯曲并因此形成圆角。当两个构件与平坦的第三构件背对背地布置时，创建腔。复合圆角填料150构造成以有效传递载荷的结构填充腔。复合圆角填料150用于与干纤维预制件连结以形成包括干纤维预制件和复合圆角填料150的复合组件。在使用复合结构100之前，用树脂灌注复合组件(例如，与复合圆角填料150连结的干纤维预制件110、120、130)并固化。
注意，图1中所示的部件的特定形状是以说明而非限制的方式提供的，并且在各种实施方式中可采用其它数量、尺寸、形状和/或布置。其它实施方式包括更少或更多的干纤维预制件，这些干纤维预制件限定腔，复合圆角填料布置在该腔中。
各种实施方式提供改进的机械性质，例如在横向于沿复合结构的长度延伸的轴线的一个或多个方向上的改进的机械性质。各种实施方式还提供复合结构的改进组装，例如通过提供呈纤维增强聚合物膏形式的圆角填料，其在原位添加至干纤维预制件或者模制并在组装时或组装之后转移至干纤维预制件的腔。在一个实施例中，与具有连续长纤维的圆角填料相比，纤维增强聚合物膏是更各向同性的或更均匀。由纤维增强聚合物膏形成的圆角填料可以用作自动化制造过程的一部分。
在一个方面中，各种类型的添加剂或增强剂添加至用于形成纤维增强聚合物膏的树脂。树脂包括热固性树脂或热塑性树脂，优选热固性树脂。添加添加剂以改善树脂系统的机械性质。添加添加剂以改变或改善物理性质，例如热膨胀系数(CTE)、导热率、电阻率、摩擦、耐磨性或阻燃性等。可以使用各种类型的添加剂。在一个实施例中，添加剂由陶瓷、金属、塑料、碳或玻璃等中的一种或多种制成。添加剂可以以不同的形状提供，例如颗粒、薄片或纤维等。当选择添加剂时可以考虑的各种参数包括纵横比、体积分数、添加剂化学作用和添加剂/树脂界面。注意，添加剂也可以改变树脂基质的一些性质，例如，可添加增韧剂，增韧剂混合到树脂中，改变其性质。
在所示的实施方式中，纤维增强聚合物膏由树脂、分散在树脂中的第一组纤维和分散在树脂中的第二组纤维制成。在一个实施例中，树脂是环氧树脂，或者作为另一个实施例，是酚醛树脂。在各个实施方式中，树脂包括或由与一种或多种干纤维预制件的材料相容的材料形成(例如，用于灌注一种或多种干纤维预制件的树脂中使用的材料)。注意，用于纤维增强聚合物膏的树脂材料可以与用于灌注干纤维预制件的树脂材料相同，或者树脂材料可以不同但是相容。如本文中使用的，当树脂材料之间的物理和可能的化学相互作用在材料接触时不会不利地影响固化动力学，或者不利地影响固化产物的物理和化学特性时，树脂材料是相容的。物理和化学特性的实施例包括但不限于机械性质和/或耐化学性质。许多因素影响树脂的相容性。化学结构以及分子量和分布是通常影响相容性的因素的实施例。动态力学分析(DMA)是一种用于测量流变学和识别树脂/聚合物系统的相容性特征的工具。在一些实施方式中，树脂材料是或包括与一种或多种干纤维预制件共有的材料。例如，如果干纤维预制件灌注有环氧树脂，则相同或相似的环氧树脂可以用于纤维增强聚合物膏。作为另一实施例，如果干纤维预制件灌注有酚醛树脂，则酚醛树脂可以用于纤维增强聚合物膏。注意，纤维增强聚合物膏可以使用另外的和/或另选的填料或添加剂。本文中结合图2论述关于各种实施方式中使用的各种树脂、纤维和另外的填料或添加剂的额外论述。
回到图1，所示实施方式中的第一组纤维的纤维具有对应于横向方向上的典型面条尺寸的长度。纤维长度可以对应于复合圆角填料的实际宽度或复合圆角填料的设计或预期宽度。例如，复合圆角填料150可以具有10mm宽、20mm宽或40mm宽等的宽度。然而，第一组纤维可以具有小于10毫米的长度。在各个实施方式中，第一组纤维可以具有在横向尺寸(例如，复合圆角填料的宽度、复合圆角填料的高度)的0.25倍到横向尺寸的2倍的范围内的长度(或长度组)。第二组纤维可以具有小于横向尺寸的长度(或长度组)，例如在横向尺寸的0.05至0.25倍的范围内。此外，第一组纤维中的纤维可以各自具有约100：1至2000：1之间的纵横比(纤维长度与纤维直径的比率)。在一些实施方式中，第一组纤维可以具有基本均匀的长度，而在其它实施方式中，第一组纤维可以包括具有不同长度的纤维的混合物。在各个实施方式中，如本文中所论述的第一组纤维的使用可以提供改善的弹性。另外，如本文中所论述的第一组纤维的使用可以沿复合结构100的轴向方向或长度提供改进的机械性质(例如，较低的热膨胀系数(CTE))。另外，如本文中所论述的第一组纤维的使用还可以促进呈纤维增强聚合物膏的形式的复合圆角填料150的添加。如在所示实施方式中看到的，横向尺寸151可以被定义为复合圆角填料150布置在干纤维预制件110、120、130之间时的总宽度或最大宽度。另选地，横向尺寸152可以被定义为复合圆角填料150布置在干纤维预制件110、120、130之间时的中间高度处的宽度。在其它实施方式中，横向尺寸可以被定义为平均宽度。在各种实施方式中，可以另外地或另选地使用其它横向尺寸(例如，高度)。
第二组纤维的长度小于第一组纤维的长度。可以基于给定的应用选择来自第二组纤维的纤维的特定长度，例如以提供长度足够短以允许第二组纤维在横向于复合结构100的长度的一个或多个方向上对准(例如，短于干纤维预制件之间的预期横截面积的横向尺寸，或横向尺寸的预定百分比，例如5％、20％或25％等)的第二组纤维。在各个实施方式中，如本文中所论述的第二组纤维的使用允许沿横向方向改善机械性质(例如，强度或弹性、较低的CTE)，改善各向同性特性或改善机械性质的均匀性。例如，因为第二组纤维的相对于横向尺寸的长度小于第一组纤维的长度，所以第二组纤维可以在另外的取向上取向，或者比第一组纤维提供的取向相对于横向尺寸更随机地取向。
图2提供了用作根据本公开的一个实施方式形成的复合圆角填料材料200的纤维增强聚合物膏的示意图。所示实施方式的复合圆角填料材料200可用于例如原位添加(例如，形成为纤维增强聚合物膏，其可以在组装干纤维预制件时添加至干纤维预制件)或者用于模制成预制件之间的腔的形状并转移至腔。所描绘的复合圆角填料材料200由纤维增强聚合物膏形成，该纤维增强聚合物膏包括树脂210、分散在树脂210内的第一组纤维220、分散在树脂210内的第二组纤维230、分散在树脂210内的第三组纤维240、分散在树脂210内的触变颗粒250以及分散在树脂210内的增韧剂260。例如，复合圆角填料材料200可以用于提供复合圆角填料150。
通常，将各种添加剂中的一种或多种(例如，第一组纤维220、第二组纤维230、第三组纤维240、触变颗粒250、增韧剂260)添加至树脂210以改善产生的复合圆角填料材料200的一种或多种性质。例如，可以使用添加剂中的一种或多种来降低复合圆角填料材料200的CTE。作为另一实施例，可以使用添加剂中的一种或多种来改善复合圆角填料材料200的弹性模量。作为另一实施例，可以使用添加剂中的一种或多种来改善复合圆角填料材料200的拉伸强度。作为又一个实施例，可以使用添加剂中的一种或多种来对于与复合圆角填料材料200结合使用的结构的可制造性保持适当的流动粘度。
在各种实施方式中，选择复合圆角填料材料200的特定构造(例如，纤维的长度、纤维的比例、纤维材料、不同类型和/或不同长度的纤维的比例、附加的添加剂等)以平衡给定应用的期望特性。一般而言，复合圆角填料材料200构造成在所有方向上具有高强度或弹性、低CTE、低模量和/或在所有方向上(例如，沿着结构的长度以及沿着横向于结构的长度)具有期望的机械性质。某些材料或尺寸的添加剂可以有利地影响一种期望的性质，同时不利地影响另一期望的性质。因此，在各个实施方式中，基于所期望的性质的平衡来选择给定材料的比例。
例如，可以选择树脂210以匹配或对应于用于灌注干纤维预制件的树脂。举例来说，可以采用环氧树脂、酚醛树脂、苯并恶嗪树脂或双马来酰亚胺(BMI)树脂。
为了改善树脂210的弹性和/或CTE，可以添加诸如纤维之类的填料。例如，纤维可以包括碳纤维和/或玻璃纤维中的一种或多种。例如，添加CTE显著低于典型的树脂材料的诸如碳纤维或玻璃纤维之类的纤维会降低复合圆角填料材料200的CTE(从而降低冷却(例如始于固化温度)过程中的收缩量)。
此外，添加诸如碳纤维和/或玻璃纤维之类的纤维也会改善典型树脂材料的强度。然而，纤维可以具有高水平的刚度或模量。如果复合圆角填料材料200的刚度或模量过高，则由复合圆角填料材料200制成的圆角填料可能不能充分拉伸。因此，在各个实施方式中，纤维的百分比(例如，纤维体积相对于树脂体积或总填料体积的百分比)可以选择成足够高以提供改善的强度和CTE，然而可以选择成足够低以提供不过高的模量。
此外，可以注意到，对于较长的纤维长度(例如，沿整个长度或基本上整个长度连续延伸的纤维长度)，纤维可以在一个方向(例如轴向)上而不在其它方向(例如横向)上提供足够的或期望的强度、CTE或其它性质。因此，在各个实施方式中，选择纤维长度或纵横比以提供经由纤维赋予的改善的性质均匀性。例如，可以将至少一些纤维的长度选择成小于要使用该材料的圆角填料的预期横截面或横向尺寸，或者以其它方式确定尺寸以提供所期望的量的纤维，这些纤维将与圆角填料的长度横向(例如，至少部分地横向)对准。
例如，至少一些纤维的长度可以是由复合圆角填料材料200形成的圆角填料的预期横截面的宽度和/或高度的1/2以下。在各个实施方式中，第一组纤维用于提供改善的轴向拉伸强度，而较短的第二组纤维用于提供改善的横向拉伸强度和较低的CTE。纤维的纵横比可以选择或构造成足够高以提供所期望的强度和/或CTE，而选择或构造成足够低以提供改善的均质性，或改善纤维的取向分布(例如，轴向和横向)以提供改善的机械或结构性质的均匀性。
所描绘的第一组纤维220具有第一长度222。可以注意到，第一长度222可以对应于平均长度、最大长度或代表第一组纤维220的长度的其它长度。第一组纤维220的各个纤维的数量可以基本相同，或者可以不同。例如，在一些实施方式中，第一组纤维220的长度可以在3毫米至6毫米之间变动，或者作为另一实施例，第一组纤维可以具有3毫米至25毫米之间的长度。还可以注意到，可以基于横向尺寸(或预期的横向尺寸，例如最大高度或宽度，或平均高度或宽度等)来选择纤维的长度，因此可以包括与这里明确提到的那些相比附加的或不同的数值。
已经发现，对于各种纤维，随着纵横比增加，复合圆角填料材料200的模量增加。对于100：1的纵横比或接近100：1的纵横比的某些纤维，一般实现大部分模量增加。还发现，对于各种纤维，随着纵横比增加，复合圆角填料材料200的强度增加。对于500：1的纵横比或接近500：1的纵横比的某些纤维，一般实现大部分强度增加。因此，通过使用约500：1的纵横比的纤维，强度可以处于或接近最大值，同时仍允许相对短的纤维改善纤维分布和纤维取向的分布。与长纤维相比，较短的纤维相对容易加工，例如通过挤出而加工。
通过使用另外的较短纤维可以实现对纤维分布(以及所得到的性质分布)的进一步改善。在一些实施方式中，第一组纤维的纵横比为2000：1以下。在一些实施方式中，第一组纤维的纵横比为500：1以下。在一些实施方式中，第一组纤维的纵横比可以在100：1至2000：1的范围内。可以注意到，通常，与在所有方向(轴向和横向)上具有更随机的取向的第二组纤维相比，第一组纤维在轴向方向上更加对准。
所描绘的第二组纤维230具有第二长度232。所示实施方式中的第二长度232小于第一长度222。可以注意到，第二长度232可以对应于平均长度、最大长度或代表第二组纤维230的长度的其它长度。第二组纤维230的各个纤维的长度可以基本相同，或者可以不同。例如，在一些实施方式中，第二组纤维230的长度可以在1毫米和3毫米之间变动。在一些实施方式中，第一组纤维220的平均长度可以约是第二组纤维230的平均长度的两倍或更多。在一些实施方式中，第一组纤维220的纵横比(或者平均纵横比)可以为500：1，并且第二组纤维230的纵横比(或平均纵横比)可以为100：1。
在各个实施方式中，可以选择第一组纤维220的纵横比(和/或长度)以提供期望的强度和/或CTE，并且可以基于通过使用圆角填料材料200提供的圆角填料的预期尺寸选择第二组纤维230的纵横比(和/或长度)。(例如，第二组纤维230的长度可以选择成小于预期的横向尺寸，或者选择成小于预期横向尺寸的预定百分比，例如横向尺寸的5％、横向尺寸的10％或横向尺寸的20％等)。
因此，第一组纤维220可以用于赋予一种或多种所期望的物理性质，并且第二组纤维230可以用于改善纤维相对于一个或多个横向方向的取向的分布。例如，500：1的纵横比可有利于获得所期望的强度和/或模量性质。对于直径为5微米的纤维，这种纵横比将导致2.5毫米的长度。然而，相对于用复合圆角填料材料200形成的复合圆角填料的横向尺寸，这样的长度可能太长。例如，直径为5微米且纵横比为500：1的纤维可以具有可导致关于典型面条横向尺寸部分地对准的长度。这种部分对准可能降低横向方向的性能。例如，纤维的对准可以导致横向方向上的CTE增加。作为另一实施例，纤维的对准可能导致横向方向上的拉伸强度低于所期望的拉伸强度。因此，如果第一组纤维具有500：1的纵横比，则可以将较低的纵横比用于第二组纤维以改善纤维取向的分布，或改善纤维取向的随机性。通过在所有方向上布置纤维，与在单一方向上对准比较，可以获得较低的CTE，同时还降低了所需的纤维体积分数。
通常，可以选择第一组纤维220和第二组纤维230的长度以提供横向和轴向性质之间的平衡。图3A至图3C示意性地描绘了纤维的轴向和横向分布和/或纤维取向的改善了的平衡，这可以通过使用如本文中所述的第一组纤维和第二组纤维来实现。图3A描绘了复合结构300的示意性立体图。复合结构300包括第一干纤维预制件302、第二干纤维预制件304和第三干纤维预制件306，它们沿着长度308与复合圆角填料310或350连结。图3B中描绘了复合圆角填料310的实施例。与本文中公开的各个实施方式相比，图3B中描绘的复合圆角填料310包括连续纤维320(例如，沿复合结构的长度308连续延伸的纤维)。图3C中描绘了复合圆角填料350的实施例。
对于图3A中描绘的视图，轴向方向或长度方向390沿长度308延伸，而横向方向392垂直于轴向方向390延伸。除图3A中所示的横向方向392之外或作为另选，可以径向定义横向方向。可以注意到，图3A仅为了说明的目的而示意性地提供，并且各种部件或尺寸的特定布置或比例在实践中可以不同。例如，在一些实施方式中，长度308可以是20米，而复合圆角填料的横截面积可以小于10cm 2。沿图3A的线3-3示出图3B和图3C的视角。
图3B是复合圆角填料310的示意性侧剖视图，该复合圆角填料310具有嵌入或分散在树脂330内的连续纤维320，连续纤维320轴向取向。因此，复合圆角填料310与本文中公开的具有不沿面条的整个长度延伸的较短纤维长度的复合圆角填料不同。如在图3B中看到的，连续纤维320基本上横跨复合圆角填料310的长度延伸。然而，图3B的纤维320仅沿方向321(或如在图3B中看到的水平地)轴向延伸而不沿方向322(例如，如在图3B中看到的竖直地)横向延伸。因此，由纤维320赋予的性质对于复合圆角填料310通常可以在方向321上轴向赋予，但不在方向322上横向赋予，导致性质分布低于所期望的。例如，复合圆角填料310的CTE可能基本上低于轴向树脂330(例如，单独的树脂或在没借助纤维增强的情况下)的CTE，但复合圆角填料310的CTE可以与横向树脂330(例如，单独的树脂或在没借助纤维增强的情况下)的CTE大致相同。在一方面中，连续纤维320通常在用于形成复合圆角填料310的成型过程(例如挤出过程)期间取向。
图3C是根据本公开的实施方式的复合圆角填料350的示意性侧剖视图，该复合圆角填料350具有分散在树脂380中的不同尺寸的纤维。如在图3C中看到的，纤维包括第一组纤维360和第二组纤维370。第一组纤维360的长度大于第二组纤维370的长度。复合圆角填料350的纤维360、370的基本上短于图3B中描绘的复合圆角填料310的连续纤维320。因此，复合圆角填料350的纤维360、370(尤其第二组纤维370)能够在许多不同方向(包括除轴向方向381之外的横向方向382)上取向，而复合圆角填料310的连续纤维320仅沿方向321轴向取向。在一方面中，作为用于形成复合圆角填料350的诸如挤出之类的过程的结果，具有较大长度的第一组纤维360通常沿纵向腔309在第一方向上取向，而第二组纤维370以许多不同方向取向，包括横向于第一方向的方向。
例如，在各个实施方式中，第一组纤维的长度可以比第二组纤维的长度大2、3或5倍等。如在所示实施方式中看到的，第二组纤维370的长度足够小，以允许第二组纤维370在复合圆角填料310内横向取向。第一组纤维360示出成在图3C中轴向取向。因此，图3C中描绘的复合圆角填料350的纤维360、370赋予的性质可以横向地和轴向地赋予，从而相对于图3B中描绘的复合圆角填料310改善性质的一致性和/或分布。例如，复合圆角填料350的轴向和横向的CTE可以基本上低于树脂330的CTE。
可以注意到，图3C是出于说明性目的而提供的，并且为了容易和清楚地图示，示出了仅轴向地或仅横向地取向的各种纤维。在实践中，具体取向可以变动(例如，第二组纤维370的一部分可以轴向对准，或者可以部分轴向和部分横向对准)。尽管在各个实施方式中轴向和横向性质可能不完全相等，但是在各个实施方式中通过使用长度足够短以允许实质上或充分横向取向的第二组纤维仍然可以基本上改善横向性质。因此，第二组纤维370可以随机地在各个维度上(例如，方向381和382)均匀地分布。第一组纤维360可以足够长，使得第一组纤维360比第二组纤维370更轴向地(例如，沿着方向381)取向。然而，第一组纤维360可以足够短，使得第一组纤维360可以与轴向方向381以外的方向(例如，部分地沿着横向方向382)部分对准。如本文中所论述的，第一组纤维360和第二组纤维370可以离开组装位置与树脂混合成纤维增强聚合物膏，然后原位添加至组件。
可以注意到，第二组纤维中的较短纤维赋予改善的横向机械性质。因此，较短的纤维在改善纵向(纵向是两组纤维都可能存在的方向)材料强度方面可能不如第一组纤维的较长纤维有效。例如，较长的纤维提供与树脂的更多的粘合表面，以允许与较短的纤维相比更多的载荷从树脂传递至较长的纤维。在各个实施方式中，可以选择第一和第二组纤维相对于彼此的比例以提供轴向和横向性质的所期望的平衡。附加地或另选地，可以选择第一和第二组纤维相对于彼此的比例以提供期望水平的轴向性质，同时将第一和第二组纤维的总体积维持在期望的范围内(例如，复合圆角填料材料200的总体积的40％至50％)。例如，在一些实施方式中，第一组纤维220可以具有第一组纤维220和第二组纤维230的组合体积的20％至40％之间的体积。第二组纤维230可以具有第一组纤维220和第二组纤维230的组合体积的60％至80％之间的体积。
在另一方面中，复合圆角填料可以包括如图3B中所示的连续纤维320以及如图3C中所示的比连续纤维短的纤维。
回到图2，如本文中所论述的，第一组纤维220和第二组纤维230可以包括例如由诸如碳纤维、E玻璃、S2玻璃、或之类的材料等制成的纤维。在一些实施方式中，第一和/或第二组纤维可以由单一类型的纤维制成，而在其它实施方式中，可以采用混合的纤维类型。一般而言，与玻璃纤维相比，碳纤维具有非常低的CTE和更高的强度。玻璃纤维可以具有略高于碳纤维的CTE，但可以显著更具有伸缩性和弹性。例如，玻璃纤维可以允许两倍于碳纤维允许的拉伸量。因此，可以基于给定应用的复合圆角填料所期望的具体性质来选择纤维材料。在一些实施方式中，碳纤维和玻璃纤维的混合物可以用于在各个性质之间提供平衡。例如，在一些实施方式中，第一和第二组纤维可以各自包括碳纤维和玻璃纤维两者。
可以注意到，纤维的使用将增加添加该纤维的典型树脂材料的模量。因此，可以选择添加至树脂的纤维的比例以充分改善强度和/或CTE，同时限制模量增加。例如，借助复合圆角填料材料200的体积的约10％的纤维，增加的强度和/或CTE可能小于期望的。然而，借助复合圆角填料材料200的体积的90％的纤维，所得填料可能比期望的更刚硬。因此，可以选择纤维(例如，第一组纤维和第二组纤维的总和)的体积分数以提供对强度和/或CTE的所期望量的改善，同时限制刚度或模量增加。例如，在各个实施方式中，第一组纤维220和第二组纤维230的组合体积可以在复合圆角填料材料200的总体积的40％和50％之间。
作为另一实施例，在各个实施方式中，第一组纤维220和第二组纤维230的组合体积可以在复合圆角填料材料200的总体积的30％和60％之间。
可以注意到，为给定应用选择的具体体积可能受可生产性的影响。例如，如果添加太多纤维，则由于粘度增加和/或由于纤维堵塞诸如挤出之类的过程，复合圆角填料材料200可能变得不容易或实际上不可成形。另一方面，如果纤维含量太低，则填料材料可能在固化过程中流动，这可能引起关于维持所期望形状的问题。因此，可以基于本文中论述的各种因素的平衡来选择所使用的纤维的百分比。
可以注意到，如本文中所论述的第一和第二组纤维的使用可以为复合圆角填料提供总体改善的性质和性质的均匀性；然而在实践中，纤维的分布可能不是完全均匀的，这可能导致局部区域缺少来自第一或第二组纤维的纤维，或者局部区域的来自第一和第二组纤维的纤维少于所期望的量。这些局部区域可以称为树脂袋。
在各个实施方式中，第三组纤维240可以添加至树脂210以形成复合圆角填料材料200，以帮助处理任何树脂袋。所示实施方式中的第三组纤维240包括长度比第二组纤维230短的纤维，以改善在复合圆角填料材料200中形成的任何树脂袋的性质或特性。第三组纤维240可以比第一组和第二组纤维短得多，以允许改善第三组纤维240的均匀分布。所描绘的第三组纤维240包括碳纳米管。第三组纤维240的直径可以是例如50纳米以下。在一些实施方式中，全部或一部分第三组纤维240的直径可以是100微米以下。在一些实施方式中，全部或一部分第三组纤维的直径可以是30微米以下。第三组纤维240的添加允许在加工之前短纤维在纤维增强聚合物膏中更均匀地分布，并在腔中产生所期望的分布。
例如，在一些实施方式中，第三组纤维240可以包括长度在100和200微米之间的碳纳米管。第三组纤维240的长度相对于面条的尺寸足够短，使得第三组纤维240在整个面条中随机取向。在一些实施方式中，碳纳米管可以具有150微米以下的长度。第三组纤维240的比例可以相对小。例如，在一些实施方式中，按体积计，第三组纤维240可以占不到复合圆角填料材料200的1％。
在图2描绘的实施方式中，复合圆角填料材料200包括分散在树脂210内的触变颗粒250。在一些实施方式中，触变颗粒250可以包括纳米颗粒251。例如，纳米颗粒251与较大的触变颗粒相比可以改善弹性或强度。通常，触变颗粒250构造成改善复合圆角填料材料200的粘度，以提高在组装部件期间添加至干纤维预制件的纤维增强聚合物膏的使用方便性。通常，复合圆角填料200的粘度可以构造成支持可制造性。例如，复合圆角填料200的粘度可以构造成足够低以填充将添加有由复合圆角填料200制成的面条(具有期望纤维长度的树脂)的腔中的任何尖角。粘度也可以足够高以提供足够的支撑并使固化过程中形成的层褶皱最少化。在各个实施方式中，复合圆角填料在100℃至140℃的温度范围内可以具有300至9000泊之间的粘度。例如，对于三侧壁结构(例如，使用图3A至图3C的干纤维预制件302、304、306的结构)，可以使用两个构件(例如，302、304)形成腔，该腔施加复合圆角填料200，并且根据期望定位第三构件(例如，306)。因此，可以使用两个构件来帮助形成复合圆角填料或面条。
在各种实施方式中，触变颗粒的添加允许在施加的加工压力下平滑、方便和有效地加工(例如通过挤出)复合圆角填料材料200，但也允许复合圆角填料材料200在加工后硬化或凝固。
通常，可以选择用于触变纳米颗粒的材料和触变纳米颗粒的量以提供这样的粘度，该粘度足够低以填充腔中的尖角(或干纤维预制件之间的空间)，并且该粘度足够高以为复合或层压结构提供足够的支撑并且在固化过程中最小化或减少层皱褶的形成。例如，触变纳米颗粒可以有助于在固化期间增加粘度，这可以有助于防止正固化的材料在固化期间变形。层皱褶可能由变形期间不充足的支撑引起。例如，如果粘度下降太多，则面条材料在腔中在固化期间可能表现得像液体，从而允许干纤维预制件相对于彼此移动。防止由触变颗粒提供的变形有助于最小化或减少层皱褶。在一些实施方式中，触变颗粒250可包括纳米二氧化硅。
在图2中描绘的实施方式中，复合圆角填料材料200包括增韧剂260，增韧剂260构造成改善树脂的弹性。例如，在各个实施方式中，增韧剂260可以包括羧基封端的聚丁二烯丙烯腈(CTBN)、核-壳纳米颗粒或纳米强度嵌段共聚物中的一种或多种。
图4提供了根据本描述的实施方式的使用纤维增强聚合物膏形成复合结构的方法400的流程图。例如，方法400可以采用或由本文中论述的各个实施方式的结构或方面(例如，系统和/或方法和/或处理流程)来执行。在各个实施方式中，可以省略或添加某些步骤，可以组合某些步骤，可以同时执行某些步骤，可以将某些步骤分成多个步骤，可以以不同的顺序执行某些步骤，或者可以以迭代方式重新执行某些步骤或一系列步骤。
通常，例如，可以将一种或多种增韧剂添加至树脂，然后同时添加触变颗粒(例如，纳米颗粒)和碳纳米管，然后添加第二组(或较短的)纤维，然后添加第一组(或较长的)纤维。
在402处，提供树脂(例如，树脂210)。例如，可以选择树脂以匹配或对应于用于灌注干纤维预制件结构的树脂。举例来说，可以采用环氧树脂、酚醛树脂、苯并恶嗪树脂或双马来酰亚胺树脂(BMI)。
在404处，将第一组纤维(例如，第一组纤维220)混合至树脂。第一组纤维可以具有对应于2000：1以下的纵横比的第一长度。第一组纤维的长度可以与面条的横向尺寸相当。在一些实施方式中，第一组纤维可以具有在3至6毫米之间的长度。
在406处，将第二组纤维(例如，第二组纤维230)混合至树脂。如本文中所论述的，第二组纤维具有第二长度，该第二长度小于第一组纤维的第一长度。可以注意到，第一和第二长度可以对应于平均长度或者可以对应于一系列长度。在各个实施方式中，可以选择或构造第一和第二组纤维相对于彼此的比例和/或相对于复合填料材料的总体积，以提供性质或特性(例如，强度、CTE、模量、均质性)的所期望的平衡。例如，在一些实施方式中，第一组纤维占第一和第二组纤维的组合体积的20％至40％，并且第二组纤维占第一和第二组纤维的组合体积的60％至80％。附加地或另选地，在一些实施方式中，第一和第二组纤维的组合体积占复合圆角填料的总体积的30％至60％。
在408处，将第三组纤维(例如，第三组纤维240)混合至树脂。第三组纤维可以包括碳纳米管(例如，具有200微米以下的长度)，并且可以添加该第三组纤维以改善可能形成在复合圆角填料材料中的潜在树脂袋的性质(例如，强度和/或CTE)。
在410处，将触变颗粒(例如，触变颗粒250)混合至树脂。通常，选择或构造触变颗粒以改善纤维增强聚合物膏的粘度，从而改善施加的容易性和有效性。
在412处，将增韧剂(例如，增韧剂260)混合至树脂。通常，增韧剂构造成改善纤维增强聚合物膏的弹性或降低脆性。如本文中所论述的，增韧剂260可以包括CTBN、核-壳纳米颗粒或纳米强度嵌段共聚物中的一种或多种。
在一方面中，纤维增强聚合物膏可以制备成一批次的纤维增强聚合物膏，将这一批次的纤维增强聚合物膏分离成较小部分的纤维增强聚合物膏，并提供给多个腔以提高效率。
在414A处，或者另选在414B处，将在步骤402至412处制备的纤维增强聚合物膏形成为由一个或多个干纤维预制件形成或布置的干纤维预制件结构的腔的形状。
关于414A，通过具有适当横截面的喷嘴挤出纤维增强聚合物膏，并且在415A处，在完全组装起复合结构之前，将挤出的纤维增强聚合物放置在桁条或腔中。
关于414B，在完全组装起复合结构之前，将纤维增强聚合物膏直接注入腔中至近净形状
在416处，施加压力以使纤维增强聚合物膏形成最终形状。因此，纤维预制件的壁可以用于帮助将纤维增强聚合物膏形成腔的最终形状。
在一个实施例中，将纤维增强聚合物膏形成腔的形状包括挤出纤维增强聚合物膏，同时将挤出的纤维增强聚合物膏定位到干纤维预制件结构的腔中。在一方面中，在完全组装起复合结构之前，将挤出的纤维增强聚合物膏定位到两个干纤维预制件之间形成的开放腔中。例如，参考图3A，挤出的纤维增强聚合物膏310或350可以沿着复合结构300的长度308定位在由第一干纤维预制件302和第二干纤维预制件304形成的纵向腔309中，然后，可以连结第三干纤维预制件306以完成复合结构300。
在另一实施例中，将纤维增强聚合物膏形成为腔的形状包括将纤维增强聚合物膏模制成腔的形状并将模制的纤维增强聚合物转移至腔。在这种情况下，可以使用具有与复合结构中所需腔相同的横截面的模具和工具挤出纤维增强聚合物膏。该过程可以通过例如使用在轨道上平移的机器人臂来自动化。在一方面中，在完全组装起复合结构之前，将模制的纤维增强聚合物膏定位到两个干纤维预制件之间形成的开放纵向腔309中。例如，参考图3A，模制的纤维增强聚合物膏310或350可以沿着复合结构300的长度308定位在由第一干纤维预制件302和第二干纤维预制件304形成的纵向腔309中，然后可以连结第三干纤维预制件306以完成复合结构300。
在418处，将在腔中具有纤维增强聚合物膏的干纤维预制件结构加热至灌注温度。
在420处，将树脂灌注到纤维预制件结构中并灌注到纤维增强聚合物膏周围。该树脂可以与用于制备纤维增强聚合物膏的树脂相同或不同。
在422处，树脂灌注的纤维预制件结构和纤维增强的聚合物膏的组件在高于灌注温度的固化温度下固化。例如，可以在预定压力下将组件加热至预定的固化温度达预定的时间量以固化组件。固化后，可以冷却组件(例如，冷却至室温)。
在施加压力以使纤维增强聚合物膏形成最终形状时，在模制或挤出之后可以使用纤维预制件中的机械辊或通过单独成形的工具辊压提供至腔的纤维增强聚合物膏(即面条腔中的面条)以进一步将面条固结并形成所需的横截面几何形状。
注意，由于粘度是温度的函数，可以控制温度以提供所期望的粘度。例如，在一些实施方式中，可以将纤维增强聚合物膏加热(例如，加热至190℉)以软化从而挤出到腔中。还注意，例如，在将纤维增强聚合物膏放置在桁条中之后，可以对纤维增强聚合物膏施加压力，例如以帮助迫使纤维增强聚合物膏进入尖角中。
方法400可以进一步包括在步骤414之后并且在步骤416之前添加另外的纤维预制件以完成叠层，用干纤维层完全包封面条，然后进行树脂灌注。
如果将纤维增强聚合物膏模制成腔的形状并将模制的纤维增强聚合物转移至腔，则使用中间工具，并且环氧树脂可选地经历B-分级操作以部分地固化纤维增强聚合物膏，以便在随后转移至纤维预制件结构的腔时保持维持由模制提供的几何形状。如果使用中间工具，则从中间工具运输部分固化的面条并将其放置在加强件的干纤维叠层内。
在一方面中，面条由体积分数在约30％至70％范围内的碳和玻璃层组成，其余为环氧树脂基质。
根据本描述，在树脂灌注期间存在面条和干纤维预制件，而不是在树脂灌注之后添加面条。由于在树脂灌注期间存在面条和纤维预制件，促进了更完整的结构而不存在其它方法的应力问题。然后，将灌注过的组件升高至较高的第二固化温度，并且将面条和树脂灌注的纤维预制件的树脂同时固化，形成化学粘合和固化的整合复合结构，从而以低成本的复合叠层提供高性能面条。
根据本描述，提供了低成本的面条制造，从而产生稳健的无裂缝面条。这消除或减少了由于固化收缩和残余热应力引起的面条开裂，并改善了所得到的复合结构的结构性能。
根据本描述，能够维持常见的面条制造过程和材料规格，因为干纤维叠层的其余部分保持干燥增强和树脂灌注的成形、叠层、材料成本和沉积速率益处。与作为传统面条刀具的一种固定形状的硬切割钢刀具相比，制造设备能够支持一系列面条几何形状，能够支持多个项目。
本公开的实施方式提供改善的复合圆角填料材料。例如，在各个实施方式中改善了机械或结构性质。作为另一实施例，各个实施方式提供了一种复合圆角填料，其可以在组装结构组件期间方便、有用且有效地原位添加。
图5示出了用于形成复合结构的示例性系统500。如图5中所示，该系统包括：面条形成装置502，其用于将纤维增强聚合物膏形成为干纤维预制件结构的腔的形状；部分腔形成装置504，其用于形成其中具有部分腔的干纤维预制件结构；面条放置装置506，其用于将形成的面条放置到部分腔中；全腔形成装置508，其用于完全组装复合结构以封闭部分腔；压实装置510，其用于压实设置至干纤维预制件结构的腔的纤维增强聚合物；树脂灌注装置512，其用于将树脂灌注到干纤维预制件结构中并灌注在纤维增强聚合物周围；以及固化装置514，其用于固化树脂灌注的干纤维预制件结构和纤维增强聚合物。
面条形成装置502可以包括例如用于将纤维增强聚合物膏直接灌注到腔中的挤出装置或用于将纤维增强聚合物膏模制成腔的形状的挤出装置。在后一种情况下，系统500还包括面条放置装置506，用于将模制的纤维增强聚合物转移至腔。
部分腔形成装置504包括用于将干纤维预制件结构形成为其中具有开放腔的任何设备。
面条放置装置506包括用于将模制的纤维增强聚合物转移至腔的任何设备。
全腔形成装置508包括用于将干纤维预制件结构封闭成为在放置在其中的纤维增强聚合物周围具有封闭腔的任何设备。
压实装置510包括用于压实提供给干纤维预制件结构的腔的纤维增强聚合物的任何设备。
树脂灌注装置512包括用于将树脂灌注到干纤维预制件结构中和纤维增强聚合物周围的任何设备。
固化装置514包括用于在固化温度下固化树脂灌注的干纤维预制件结构和纤维增强聚合物的任何设备。
可以在如图6中所示的飞行器制造和保养方法1100和如图7所示的飞行器1102的背景下描述本公开的实施例。在前期生产过程中，示例性方法1100可以包括飞行器1102的规格和设计(框1104)及材料采购(框1106)。在生产过程中，可以进行飞行器1102的部件和子组件制造(框1108)以及系统整合(框1110)。此后，飞行器1102可以经过检定和交付(框1112)以便投入服役(框1114)。在服役时，飞行器1102可以被安排进行例行维护检修(框1116)。维护检修可以包括飞行器1102的一个或者多个系统的改造、重构、翻新等。
可由系统集成商、第三方及/或操作员(例如客户)进行或执行示例性方法1100的各个过程。为了本描述之目的，系统集成商可以包括但不限于任一数量的飞行器制造商与主系统分包商；第三方可包括但不限于任一数量的供应商、转包商以及供货商；并且操作员可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。例如，本文中公开的各个方面可以在方法1100的步骤1106、1108或1110中的一个或多个期间使用，和/或与飞行器1102的元件1118或1122中的一个或多个结合使用。
如图7中所示，由示例性方法1100生产的飞行器1102可以包括具有多个高级系统1120与内饰1122的机身1118。高级系统1120的实施例包括推进系统1124、电气系统1126、液压系统1128以及环境系统1130中的一个或多个。可以包括任一数量的其它系统。尽管示出了航空航天的实施例，但是本文中公开的原理可以应用于诸如汽车工业之类的其它工业。因此，除了飞行器1102之外，本文中公开的原理可以适用于其它交通工具，例如陆地交通工具，海上交通工具，航天器等。
在本文中示出或描述的设备与方法可以在制造和维护方法1100的任一个或多个阶段中采用。特别地，所公开的用于形成复合结构的方法至少可以在部件和子组件制造(框1108)、系统整合(框1110)以及例行维护检修(框1116)期间使用，并且所公开的用于形成复合结构的方法至少可以用于飞行器1102的机身1118和内饰1122。例如，能以类似飞行器1102在服务中生产部件或子组件的方式装配或制造对应于部件和子组件制造1108的部件或子组件。而且，可以在生产阶段1108和1110期间利用所述设备、方法的一个或多个方面或者这些方面的组合，例如大幅地加快飞行器1102的组装或减少飞行器1102的成本。类似地，可以在例如但不限于飞行器1102在保养时(例如维护检修(框1116))利用所述设备、方法的一个或多个方面或者这些方面的组合。
在下面的条款中也提到了本设备和方法，这些条款不应与权利要求相混淆。
A1.一种用于形成复合结构的方法(400)，该方法包括以下步骤：
将纤维增强聚合物膏形成(414A、414B)干纤维预制件结构的腔的形状；
将在所述腔中具有所述纤维增强聚合物的所述干纤维预制件结构加热(418)至灌注温度；
将树脂灌注(420)到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围；并且
在高于所述灌注温度的固化温度下固化(422)树脂灌注的所述干纤维预制件结构和所述纤维增强聚合物。
A2.还提供设备A1的方法(400)，其中，将所述纤维增强聚合物膏形成(414A、414B)所述干纤维预制件结构的所述腔的所述形状的所述步骤包括将所述纤维增强聚合物膏直接挤出(414B)到所述腔中。
A3.还提供设备A2的方法(400)，其进一步包括压实(416)提供给所述干纤维预制件结构的所述腔的所述纤维增强聚合物。
A4.还提供设备A2的方法(400)，其进一步包括在将所述纤维增强聚合物提供至所述干纤维预制件结构的所述腔之后并且在灌注所述树脂之前，施加一个或多个另外的干纤维预制件。
A5.还提供设备A1的方法(400)，其中，将所述纤维增强聚合物膏形成(414A、414B)所述干纤维预制件结构的所述腔的所述形状的所述步骤包括将所述纤维增强聚合物膏模制(414A)成所述腔的所述形状并将所述模制的纤维增强聚合物转移至所述腔。
A6.还提供设备A5的方法(400)，其进一步包括在将所述模制的纤维增强聚合物转移(415A)至所述腔之前部分地固化所述模制的纤维增强聚合物。
A7.还提供设备A5的方法(400)，其进一步包括将提供给所述干纤维预制件结构的所述腔的所述纤维增强聚合物压实(416)。
A8.还提供设备A5的方法(400)，其进一步包括在将所述纤维增强聚合物提供至所述干纤维预制件结构的所述腔之后并且在灌注所述树脂之前，施加一个或多个另外的干纤维预制件。
A9.还提供设备A1的方法(400)，其进一步包括通过将纤维组混合到树脂中来制备所述纤维增强聚合物膏。
A10.还提供设备A9的方法(400)，其中，所述制备的纤维增强聚合物膏制备成一批次的纤维增强聚合物膏，分离这一批次的纤维增强聚合物膏并提供给多个腔。
A11.还提供设备A9的方法(400)，其中，所述将纤维组混合到所述树脂中的所述步骤包括：
在所述树脂内添加(404)第一组纤维，所述第一组纤维具有第一长度，其中所述第一组纤维的纵横比为2000以下；和
在所述树脂中添加(406)第二组纤维，所述第二组纤维具有比所述第一长度短的第二长度。
A12.还提供设备A11的方法(400)，其中，所述第一组纤维包括长度在3毫米至6毫米之间的纤维。
A13.还提供设备A11的方法(400)，其中，所述第一组纤维占所述第一和第二组纤维的组合体积的20％至40％；所述第二组纤维占所述第一和第二组纤维的所述组合体积的60％至80％。
A14.还提供设备A11的方法(400)，其中，纤维的组合体积占所述纤维增强聚合物膏的总体积的30％至70％。
A15.还提供设备A11的方法(400)，其进一步包括将第三组纤维添加(408)至所述树脂，所述第三组包括碳纳米管。
A16.还提供设备A11的方法(400)，其进一步包括将触变纳米颗粒添加(410)至所述树脂。
A17.还提供设备A11的方法(400)，其进一步包括将增韧剂添加(412)至所述树脂。
A18.还提供设备A1的方法(400)，其中，所述纤维增强聚合物膏包括环氧树脂、酚醛树脂、苯并恶嗪和双马来酰亚胺(BMI)树脂中的一种或多种。
A19.还提供设备A1的方法(400)，其中，所述纤维增强聚合物膏包括碳纤维和玻璃纤维中的一种或多种。
A20.还提供设备A1的方法(400)，其中，所述复合结构是飞行器结构元件。
A21.还提供设备A1的方法(400)，其中，所述复合结构是加强的蒙皮结构。
根据本设备或方法的另一方面，提供：
B1.一种用于形成复合结构的系统(500)，该系统包括：
面条形成装置(502)，用于将纤维增强聚合物膏形成为干纤维预制件结构的腔的形状；
部分腔形成装置(504)，用于形成其中具有部分腔的干纤维预制件结构；
面条放置装置(506)，用于将形成的面条放置到所述部分腔中；以及
全腔形成装置(508)，用于完全组装复合结构以封闭所述部分腔。
B2.还提供设备B1的系统(500)，其进一步包括树脂灌注装置(512)，用于将树脂灌注到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围。
B3.还提供设备B2的系统(500)，其进一步包括固化装置(514)，用于在高于所述灌注温度的固化温度下固化树脂灌注的所述干纤维预制件结构和所述纤维增强聚合物。
B4.还提供设备B1的系统(500)，其进一步包括压实装置(510)，用于压实提供给所述干纤维预制件结构的所述腔的所述纤维增强聚合物。
根据本设备或方法的另一方面，提供：
C1.一种用于形成复合结构(300)的设备，该设备包括：
干纤维预制件结构，其中具有腔(309)；
纤维增强聚合物膏(310、350)，其被形成所述干纤维预制件结构的所述腔的形状；以及
树脂(330)，其被灌注到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围。
C2.还提供设备C1的设备，其中，所述纤维增强聚合物膏包括混合到树脂中的纤维组。
C3.还提供设备C2的设备，其中，所述纤维组包括：
第一组纤维，其具有第一长度，其中，所述第一组纤维的纵横比为2000以下；和
第二组纤维，其具有短于所述第一长度的第二长度。
C4.还提供设备C3的设备，其中，所述第一组纤维包括长度在3毫米至6毫米之间的纤维。
C5.还提供设备C3的设备，其中，所述第一组纤维占所述第一和第二组纤维的组合体积的20％至40％；并且所述第二组纤维占所述第一和第二组纤维的所述组合体积的60％至80％。
C6.还提供设备C3的设备，其中，纤维的组合体积占所述纤维增强聚合物膏的总体积的30％至70％。
C7.还提供设备C3的设备，其中，所述纤维组还包括第三组纤维，所述第三组纤维包括碳纳米管。
C8.还提供设备C3的设备，其中，所述树脂进一步包含触变纳米颗粒。
C9.还提供设备C3的设备，其中，所述树脂进一步包含增韧剂。
C10.还提供设备C1的设备，其中，所述纤维增强聚合物膏包含环氧树脂、酚醛树脂、苯并恶嗪和双马来酰亚胺(BMI)树脂中的一种或多种。
C11.还提供设备C1的设备，其中，所述纤维增强聚合物膏包括碳纤维和玻璃纤维中的一种或多种。
C12.还提供设备C1的设备，其中，所述复合结构是飞行器结构元件。
C13.还提供设备C1的设备，其中，所述复合结构是加强的蒙皮结构。
根据本设备或方法的另一方面，提供：
D1.一种复合结构(300)，包括：
纤维预制件结构，其中具有纵向腔；
在所述纤维预制件结构的所述纵向腔中的纤维增强聚合物，所述纤维增强聚合物至少包括第一组纤维和第二组纤维，所述第一组纤维通常沿所述纵向腔的指向取向，所述第二组纤维沿多个方向取向；和
固化树脂，该固化树脂进入所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围。
D2.还提供设备D1的复合结构，其中，所述纤维增强聚合物包括在固化树脂基质中的所述第一和第二组纤维。
D3.还提供设备D2的复合结构，其中，所述第一组纤维具有第一长度，其中所述第一组纤维具有2000以下的纵横比，并且其中所述第二组纤维具有比所述第一长度短的第二长度。
D4.还提供设备D3的复合结构，其中，所述第一组纤维包括长度在3毫米至6毫米之间的纤维。
D5.还提供设备D3的复合结构，其中，所述第一组纤维占所述第一和第二组纤维的组合体积的20％至40％；所述第二组纤维占所述第一和第二组纤维的所述组合体积的60％至80％。
D6.还提供设备D3的复合结构，其中，纤维的组合体积占所述纤维增强聚合物膏的总体积的30％至70％。
D7.还提供设备D3的复合结构，其中，所述纤维组进一步包括第三组纤维，该第三组纤维包括碳纳米管。
D8.还提供设备D3的复合结构，其中，所述固化树脂基质进一步包括触变纳米颗粒。
D9.还提供设备D3的复合结构，其中，所述固化树脂基质进一步包含增韧剂。
D10.还提供设备D1的复合结构，其中，所述纤维增强聚合物包括环氧树脂、酚醛树脂、苯并恶嗪树脂和双马来酰亚胺树脂(BMI)中的一种或多种。
D11.还提供设备D1的复合结构，其中，所述纤维增强聚合物包括碳纤维和玻璃纤维中的一种或多种。
D12.还提供设备D1的复合结构，其中所述复合结构是飞行器结构元件。
D13.还提供设备D1的复合结构，其中所述复合结构是加强的蒙皮结构。
D14.还提供设备D1的复合结构，其中所述复合结构是飞行器的桁条。
尽管已经示出和描述了用于形成复合结构的所公开方法的各个实施方式，但是本领域技术人员在阅读说明书后可能进行修改。本申请包括这些修改，并且仅受权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种用于形成复合结构的方法(400)，该方法包括以下步骤：
将纤维增强聚合物膏形成(414A、414B)干纤维预制件结构的腔的形状；
将在所述腔中具有所述纤维增强聚合物的所述干纤维预制件结构加热(418)至灌注温度；
将树脂灌注(420)到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围；并且
在高于所述灌注温度的固化温度下固化(422)树脂灌注的所述干纤维预制件结构和所述纤维增强聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，将所述纤维增强聚合物膏形成(414A、414B)所述干纤维预制件结构的所述腔的所述形状的所述步骤包括将所述纤维增强聚合物膏直接挤出(414B)到所述腔中。
3.根据权利要求2所述的方法(400)，该方法进一步包括压实(416)提供给所述干纤维预制件结构的所述腔的所述纤维增强聚合物。
4.根据权利要求2所述的方法(400)，该方法进一步包括在将所述纤维增强聚合物提供至所述干纤维预制件结构的所述腔之后并且在灌注所述树脂之前，施加一个或多个另外的干纤维预制件。
5.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，将所述纤维增强聚合物膏形成(414A、414B)所述干纤维预制件结构的所述腔的所述形状的所述步骤包括将所述纤维增强聚合物膏模制(414A)成所述腔的所述形状并将所述模制的纤维增强聚合物转移至所述腔。
6.根据权利要求1所述的方法(400)，该方法进一步包括通过将纤维组混合到树脂中来制备所述纤维增强聚合物膏。
7.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述复合结构是飞行器结构元件。
8.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述复合结构是加强的蒙皮结构。
9.一种用于形成复合结构的系统(500)，该系统包括：
面条形成装置(502)，该面条形成装置用于将纤维增强聚合物膏形成为干纤维预制件结构的腔的形状；
部分腔形成装置(504)，该部分腔形成装置用于形成其中具有部分腔的干纤维预制件结构；
面条放置装置(506)，该面条放置装置用于将形成的面条放置到所述部分腔中；以及
全腔形成装置(508)，该全腔形状装置用于完全组装所述复合结构以封闭所述部分腔。
10.根据权利要求9所述的系统(500)，该系统进一步包括树脂灌注装置(512)，该树脂灌注装置用于将树脂灌注到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围。
11.根据权利要求10所述的系统(500)，该系统进一步包括固化装置(514)，该固化装置用于在高于所述灌注温度的固化温度下固化树脂灌注的所述干纤维预制件结构和所述纤维增强聚合物。
12.根据权利要求9所述的系统(500)，该系统进一步包括压实装置(510)，该压实装置用于压实提供给所述干纤维预制件结构的所述腔的所述纤维增强聚合物。
13.一种用于形成复合结构(300)的设备，该设备包括：
其中具有腔(309)的干纤维预制件结构；
纤维增强聚合物膏(310、350)，该纤维增强聚合物膏(310、350)被形成所述干纤维预制件结构的所述腔的形状；以及
树脂(330)，该树脂被灌注到所述干纤维预制件结构中以及所述纤维增强聚合物周围。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述纤维增强聚合物膏包括混合到树脂中的纤维组。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述纤维组包括：
第一组纤维，该第一组纤维具有第一长度，其中，所述第一组纤维的纵横比为2000以下；和
第二组纤维，该第二组纤维具有短于所述第一长度的第二长度。
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