CN113172827A - 复合部件和在纤维预制件接缝处利用磁力制造复合部件的方法 - Google Patents

复合部件和在纤维预制件接缝处利用磁力制造复合部件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合部件和在纤维预制件接缝处利用磁力制造复合部件的方法。根据本公开的各个方面的制造复合部件的方法包括将纤维预制件设置在模具中。纤维预制件包括具有第一边缘的第一部分和具有第二边缘的第二部分。第一边缘和第二边缘配合以至少部分地限定间隙。第一部分或第二部分中的一个包括第一铁磁材料，并且第一部分或第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件。该方法还包括通过从第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合间隙。该方法还包括将聚合物前体注射到模具中。该方法还包括通过使聚合物前体固化以形成聚合物来形成复合部件。复合部件包括纤维预制件和聚合物。

Description

复合部件和在纤维预制件接缝处利用磁力制造复合部件的 方法
政府支持
本发明是在政府的支持下根据由能源部授予的DE-EE0006826完成的。政府在本发明中拥有某些权利。
引言
本部分提供了与本公开相关的背景信息，该信息不一定是现有技术。
技术领域
本公开涉及通过在模具中采用纤维预制件来制造聚合物复合部件的方法。
背景技术
有利的是，汽车或其他车辆的部件是轻质的，以提高燃料效率。然而，这种部件在使用期间表现出足够的强度也是有利的。聚合物复合部件可以理想地是轻质的，同时表现出高强度。
发明内容
本部分提供了本公开的概述，而不是对其全部范围或所有特征的全面公开。
本公开涉及复合部件和在纤维预制件接缝处利用磁力制造复合部件的方法。
在各个方面，本公开提供了一种制造复合部件的方法。该方法包括将纤维预制件设置在模具中。纤维预制件包括具有第一边缘的第一部分和具有第二边缘的第二部分。第一边缘和第二边缘配合以至少部分地限定间隙。第一部分或第二部分中的一个包括第一铁磁材料，并且第一部分或第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件。该方法还包括通过从第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合间隙。该方法还包括将聚合物前体注射到模具中。该方法还包括通过使聚合物前体固化以形成聚合物来形成复合部件。复合部件包括纤维预制件和聚合物。
在一个方面，第一磁性或可磁化部件包括电磁回路。电磁回路包括至少部分地限定内部区域的导电线圈和至少部分地设置在内部区域内的芯。芯包括第二铁磁材料。
在一个方面，闭合包括向感应器供应电流以从电磁回路产生磁场。
在一个方面，感应器联接到可移动臂。
在一个方面，该方法还包括在闭合之前将可移动臂移动到第一位置。该方法还包括在闭合后将可移动臂移动到不同于第一位置的第二位置。在闭合期间，可移动臂处于第一位置。
在一个方面，第一磁性或可磁化部件包括永磁体。
在一个方面，第一铁磁材料包括铁、镍、钴或它们的任意组合。
在一个方面，模具包括第二磁性或可磁化部件。
在一个方面，该方法还包括：在闭合之前，通过从第二磁性或可磁化部件产生磁场来对齐模具中的纤维预制件。
在一个方面，该方法还包括：在闭合之后，通过从第二磁性或可磁化部件产生磁场来将间隙保持在闭合位置。
在一个方面，第一铁磁材料沿着第一边缘的第一长度是基本上连续的。第一磁性或可磁化部件沿着第二边缘的第二长度是基本上连续的。
在一个方面，第一边缘和第二边缘是非线性的，并且限定互补的形状。
在一个方面，第一铁磁材料设置在第一部分中的第一多个区域中。第一磁性或可磁化部件设置在第二部分中的第二多个区域中。第一多个区域被构造成在闭合之后分别与第二多个区域对齐。
在一个方面，闭合包括在第一边缘和第二边缘之间形成对接接头。
在一个方面，闭合包括在第一边缘和第二边缘之间形成搭接接头。
在一个方面，间隙的最大尺寸大于或等于约1mm至小于或等于约10mm。
在一个方面，该方法还包括在注射之前确定间隙是否闭合。
在一个方面，该确定包括利用光学传感器检测纤维预制件的第一部分和纤维预制件的第二部分中的至少一个的存在。
在一个方面，纤维预制件包括包含第一部分的第一纤维预制件和包含第二部分的不同的第二纤维预制件。
在各个方面，本公开提供了一种制造复合部件的方法。该方法包括将纤维预制件设置在模具中。纤维预制件包括包含第一边缘的第一部分和包含第二边缘的第二部分。第一边缘和第二边缘配合以至少部分地限定间隙。第一部分或第二部分中的一个包括第一铁磁材料。第一部分或第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件。模具包括第二磁性或可磁化部件。该方法还包括通过从第二磁性或可磁化部件产生磁场来对齐模具中的纤维预制件。该方法还包括：在对齐之后，通过从第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合间隙。该方法还包括：在闭合之后，通过从第二磁性或可磁化部件产生磁场来将间隙保持在闭合位置。该方法还包括确定间隙是否闭合。该方法还包括在确定之后将聚合物前体注射到模具中。该方法还包括通过使聚合物前体固化以形成聚合物来形成复合部件。复合部件包括纤维预制件和聚合物。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1. 一种制造复合部件的方法，所述方法包括：
将纤维预制件设置在模具中，所述纤维预制件包括包含第一边缘的第一部分和包含第二边缘的第二部分，所述第一边缘和所述第二边缘配合以至少部分地限定间隙，所述第一部分或所述第二部分中的一个包括第一铁磁材料，并且所述第一部分或所述第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件；
通过从所述第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合所述间隙；
将聚合物前体注射到所述模具中；和
通过使所述聚合物前体固化以形成聚合物来形成所述复合部件，所述复合部件包括所述纤维预制件和所述聚合物。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一磁性或可磁化部件包括电磁回路，所述电磁回路包括至少部分地限定内部区域的导电线圈和至少部分地设置在所述内部区域内的芯，所述芯包括第二铁磁材料。
技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，所述闭合包括向感应器供应电流以从所述电磁回路产生磁场。
技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其中，所述感应器联接到可移动臂。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，还包括：
在所述闭合之前将所述可移动臂移动到第一位置；和
在所述闭合之后将所述可移动臂移动到不同于所述第一位置的第二位置，其中，在所述闭合期间所述可移动臂处于所述第一位置。
技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一磁性或可磁化部件包括永磁体。
技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一铁磁材料包括铁、镍、钴或它们的任意组合。
技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述模具包括第二磁性或可磁化部件。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，还包括：在所述闭合之前，通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来对齐所述模具中的所述纤维预制件。
技术方案10. 根据技术方案8所述的方法，还包括：在所述闭合之后，通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来将所述间隙保持在闭合位置。
技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一铁磁材料沿着所述第一边缘的第一长度是基本上连续的，并且所述第一磁性或可磁化部件沿着所述第二边缘的第二长度是基本上连续的。
技术方案12. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一边缘和所述第二边缘是非线性的，并且限定互补的形状。
技术方案13. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一铁磁材料设置在所述第一部分中的第一多个区域中，并且所述第一磁性或可磁化部件设置在所述第二部分中的第二多个区域中，所述第一多个区域被构造成在所述闭合之后分别与所述第二多个区域对齐。
技术方案14. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述闭合包括在所述第一边缘和所述第二边缘之间形成对接接头。
技术方案15. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述闭合包括在所述第一边缘和所述第二边缘之间形成搭接接头。
技术方案16. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述间隙的最大尺寸大于或等于约1mm至小于或等于约10mm。
技术方案17. 根据技术方案1所述的方法，还包括在所述注射之前确定所述间隙是否闭合。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述确定包括利用光学传感器检测所述纤维预制件的所述第一部分和所述纤维预制件的所述第二部分中的至少一个的存在。
技术方案19. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述纤维预制件包括包含所述第一部分的第一纤维预制件和包含所述第二部分的不同的第二纤维预制件。
技术方案20. 一种制造复合部件的方法，所述方法包括：
将纤维预制件设置在模具中，所述纤维预制件包括包含第一边缘的第一部分和包含第二边缘的第二部分，所述第一边缘和所述第二边缘配合以至少部分地限定间隙，所述第一部分或所述第二部分中的一个包括第一铁磁材料，并且所述第一部分或所述第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件，并且所述模具包括第二磁性或可磁化部件；
通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来对齐所述模具中的所述纤维预制件；
在所述对齐之后，通过从所述第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合所述间隙；
在所述闭合之后，通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来将所述间隙保持在闭合位置；
确定所述间隙是否闭合；
在所述确定之后，将聚合物前体注射到所述模具中；和
通过使所述聚合物前体固化以形成聚合物来形成所述复合部件，所述复合部件包括所述纤维预制件和所述聚合物。
从这里提供的描述中，另外的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
图1A至图1C描绘了根据本公开的各个方面的纤维预制件；图1A是处于第一构型的纤维预制件的俯视图；图1B是处于第一构型的纤维预制件的第一和第二部分的俯视图；并且图1C是处于第二构型的纤维预制件的俯视图；
图2是根据本公开的各个方面的处于第一构型的另一种纤维预制件的第一和第二部分的俯视图；
图3是根据本公开的各个方面的又一种纤维预制件的第一和第二部分的俯视图；
图4是根据本公开的各个方面的又一种纤维预制件的第一和第二部分的俯视图；
图5是根据本公开的各个方面的又一种纤维预制件的局部俯视图；
图6是描绘根据本公开的各个方面制造复合部件的方法的流程图；和
图7A至图7H是描绘根据本公开的各个方面制造复合部件的示例方法的示意图；图7A描绘了提供纤维预制件；图7B描绘了将纤维预制件设置在模具中；图7C描绘了将感应器移动到邻近纤维预制件的区域；图7D描绘了闭合纤维预制件中的间隙以形成接缝；图7E描绘了闭合模具；图7F描绘了将聚合物前体注射到模具中；图7G描绘了通过使聚合物前体固化形成复合部件；并且图7H描绘了从模具中移除复合部件。
贯穿附图的几个视图，对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
提供示例性实施例，使得本公开将是彻底的，并将范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、部件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的彻底理解。对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用具体的细节，示例性实施例可以以许多不同的形式实施，并且这两者都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的设备结构和众所周知的技术。
本文使用的术语仅仅是为了描述特定的示例性实施例，而不旨在进行限制。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定所陈述的特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。尽管开放式术语“包括”应理解为用于描述和要求保护本文所述各种实施例的非限制性术语，但是在某些方面，该术语可以替代地理解为更具限制性和约束性的术语，例如“由...组成”或“基本上由...组成”。因此，对于列举组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本公开还具体包括由这些列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤组成或基本上由它们组成的实施例。在“由...组成”的情况下，替代实施例排除了任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本上由...组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特征的任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤被排除在这样的实施例之外，但是实质上不影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤可以被包括在该实施例中。
除非被特别标识为执行顺序，否则本文所述的任何方法步骤、过程和操作都不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应当理解，除非另有说明，否则可以采用附加的或替代的步骤。
当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，它可以直接在另一个部件、元件或层上、接合、连接或联接到另一个部件、元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可能不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式来解释(例如，“在...之间”对“直接在...之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。
虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部段，除非另有说明，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部段不应受这些术语的限制。这些术语可能仅用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部段。除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语当在本文中使用时并不暗示顺序或次序。因此，下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部段可以被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部段，而不脱离示例性实施例的教导。
为了便于描述，这里可以使用诸如“在...之前”、“在...之后”、“内部”、“外部”、“在...下方”、“在...下面”、“下部”、“在...上方”、“上部”等的空间或时间上相对的术语来描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，如图所示。除了图中所描绘的取向之外，空间或时间上相对的术语可以旨在包括使用或操作中的设备或系统的不同取向。
贯穿本公开，数值表示范围的近似度量或限制，以包含与给定值的微小偏差和具有大约所提及的值以及那些具有所提及的精确值的实施例。除了在详细描述末尾提供的工作示例之外，本说明书(包括所附权利要求)中的所有参数的数值(例如，数量或条件的数值)应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在数值之前。"约"表示所述数值允许一些轻微的不精确(在值上有一些精确的接近；近似地或合理地接近该值；几乎)。如果由“约”提供的不精确性在本领域中没有被理解为具有这种普通的含义，那么本文所用的“约”至少表示可能由测量和使用这种参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包括小于或等于5%、任选地小于或等于4%、任选地小于或等于3%、任选地小于或等于2%、任选地小于或等于1%、任选地小于或等于0.5%以及在某些方面任选地小于或等于0.1%的变化。
此外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括为所述范围给出的端点和子范围。
现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。
制造复合部件的一些方法涉及使用诸如纤维织物的纤维预制件。通过将纤维预制件的边缘并在一起(例如，在狭缝处)以形成期望的形状，然后注射聚合物前体并使聚合物前体固化以形成部件，可以制造具有复杂三维几何形状的部件。然而，在注射聚合物前体时，可能难以将预制件的边缘保持在一起，这可能导致预制件边缘之间的间隙处的富含树脂的区域。与具有纤维的周围区域相比，富含树脂的区域可能相对较弱。另外，该过程可能是基本上人工的和耗时的。
在各个方面，本公开提供了一种通过在后续处理步骤期间使用磁场将边缘保持在一起来制造具有复杂形状的复合部件的方法。该方法包括使用具有限定在两个部分或边缘之间的间隙的纤维预制件。分别地，部分中的一个包括铁磁材料，并且部分中的另一个包括磁性或可磁化部件，诸如永磁体或磁路。该方法还包括通过从磁性或可磁化部件产生磁场来吸引铁磁材料并将这些部分并在一起来闭合间隙。该方法还包括将聚合物前体注射到模具中以及使聚合物前体固化以形成复合部件。该部件可以具有三维或非平面几何形状，包括轮廓和/或褶。
参考图1A至图1C，提供了根据本公开的各个方面的纤维预制件10。纤维预制件10包括多根纤维12。纤维预制件10包括第一接合部分或第一部分14、第二接合部分或第二部分16以及主要部分或第三部分18。第一部分14、第二部分16和第三部分18中的每一个都包括纤维12。第一部分具有第一边缘20，并且第二部分16具有第二边缘22。
如图1B最佳所示，第一部分14包括铁磁材料30。铁磁材料30可以包括铁、镍、钴或它们的组合。铁磁材料30联接到纤维12的一部分。例如，铁磁材料30可以呈一个或多个片材、线或棒的形式，其嵌入纤维预制件10内或附接到纤维预制件10的外表面。在某些方面，铁磁材料30可以呈第一部分14中的纤维12的一部分上的多个颗粒或涂层的形式。
第二部分16包括能够产生磁场的磁性或可磁化部件36。当磁性或可磁化部件36包括磁性部件时，磁场是固有的。磁性部件可以包括永磁体，如图1B所示。可磁化部件的一个示例在下面结合图2的讨论中描述。磁性或可磁化部件36联接到纤维12。例如，磁性或可磁化部件36可以嵌入纤维预制件10中或附接到纤维预制件10的外表面。
纤维预制件10可以在如图1A至图1B所示的第一或打开构型和如图1C所示的第二或闭合构型之间可移动。在第一构型中，第一边缘20和第二边缘22至少部分地限定间隙或狭缝40。在某些变型中，第一边缘20和第二边缘22可以在间隙40的近端42处相遇，如图1A至图1B所示。第一边缘20和第二边缘22可以在间隙40的远端44处分离。在各种替代变型中，第一边缘20和第二边缘22可以在横跨间隙40彼此间隔开。
在某些方面，间隙40可以在远端44处限定最大尺寸46。最大尺寸46是第一边缘20和第二边缘22之间的最大距离。当第一边缘20和第二边缘22沿着整个间隙40彼此间隔开时，最大尺寸46可以垂直于第一边缘20和第二边缘22中的一个或两个。在某些方面，最大尺寸46可以大于或等于约1mm至小于或等于约10mm，任选地大于或等于约2mm至小于或等于约6mm，或者任选地大于或等于约3mm至小于或等于约4mm。
在某些方面，铁磁材料30可以沿着第一部分14的长度基本上连续地延伸，诸如在近端42和远端44之间。磁性或可磁化部件36可以沿着第二部分16的长度基本上连续地延伸，诸如在近端42和远端44之间。然而，在各种替代方面，铁磁材料30和/或磁性或可磁化部件36可以包括分立的多个铁磁元件，如结合图5的讨论中所述。
参考图1C，在第二构型中，第一边缘20和第二边缘22在接缝50处联接到彼此，从而闭合间隙40(图1A至图1B)。在闭合构型中，纤维预制件10可以具有三维或非平面形状，其可以包括轮廓和/或褶。铁磁材料30可以与第一边缘20基本上对齐。磁性或可磁化部件36可以与第二边缘22基本上对齐。相应地，接缝50可以是对接接头。
第一边缘20被由磁性或可磁化部件36发出的磁场吸引到第二边缘22。第一部分14和第二部分16可以直接接触。在某些方面，第一边缘20和第二边缘22可以是基本上相同的长度。接缝50的位置可以根据要由纤维预制件10形成的部件的特定用途而优化为处于非关键位置。例如，接缝50可以设置在预计不经受高应力的位置。
举例来说，纤维12可以包括碳纤维、玻璃纤维(例如，纤维玻璃、石英)、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维(例如，KEVLAR®、聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO))、聚乙烯纤维(例如，高强度超高分子量(UHMW)聚乙烯)、聚丙烯纤维(例如，高强度聚丙烯)、天然纤维(例如，棉、亚麻、纤维素、蜘蛛丝)或它们的任意组合。纤维可以制成织造织物、连续无规织物、连续股单向层片、定向精梳不连续长纤维织物、定向编织织物、具有Z方向缝合的短切无规毡或它们的任意组合。当纤维12导电时，诸如当纤维12包括碳纤维时，磁性或可磁化部件36(图1B)可以诸如通过玻璃膜或屏障(未示出)与纤维12电绝缘。
参考图2，提供了根据本公开的各个方面的另一种纤维预制件60的一部分。纤维预制件60包括具有第一边缘64的第一部分62和具有第二边缘68的第二部分66。第一部分62包括第一铁磁材料70。除非另有说明，纤维预制件60可以类似于图1A至图1C的纤维预制件10。
第二部分66包括可磁化部件，其可以是电磁回路80。电磁回路80能够产生磁场，如下文更详细描述的(参见结合图7C至图7D的讨论)。在一些示例中，电磁回路80包括至少部分地限定内部区域84的导电线圈82，芯86设置在内部区域84中。芯86包括第二铁磁材料。第二铁磁材料可以与第一铁磁材料70相同或不同于第一铁磁材料70。如上所述，当纤维预制件60的纤维导电时，电磁回路80可以是诸如通过玻璃膜或屏障电绝缘的。
纤维预制件的第一和第二部分可被构造成形成对接接头，如图1A至图2所示。然而，在本公开的范围内也可设想其他接头。参照图3，提供了根据本公开的各个方面的又一种纤维预制件110的一部分。纤维预制件110包括具有第一边缘114的第一部分112和具有第二边缘118的第二部分116。除非另有说明，纤维预制件110可以类似于图1A至图1C的纤维预制件10。
第一部分112包括铁磁材料120。第二部分116包括磁性或可磁化部件122。铁磁材料120可以与第一边缘114基本上对齐。磁性或可磁化部件122可以从第二边缘118偏移。在某些方面，第二边缘118和磁性或可磁化部件122之间的偏移量124可以大于或等于约1mm至小于或等于约15mm，任选地大于或等于约3mm至小于或等于约10mm，或者大于或等于约5mm至小于或等于约6mm。相应地，在闭合构型中，第一部分112和第二部分116被构造成形成搭接接头。在各种替代方面，铁磁材料120可以从第一边缘114偏移，并且磁性或可磁化部件122可以与第二边缘118基本上对齐。
参考图4，提供了根据本公开的各个方面的又一种纤维预制件130的一部分。纤维预制件130包括具有第一边缘134的第一部分132和具有第二边缘138的第二部分136。除非另有说明，纤维预制件130可以类似于图1A至图1C的纤维预制件10。
第一部分132包括铁磁材料140。第二部分136包括磁性或可磁化部件142。铁磁材料140从第一边缘134偏移。磁性或可磁化部件142从第二边缘138偏移。偏移量可以类似于图3的偏移量124。相应地，在闭合构型中，第一部分132和第二部分136被构造成形成搭接接头。
参考图5，提供了根据本公开的各个方面的又一种纤维预制件150的一部分。纤维预制件150包括具有第一边缘154的第一部分152和具有第二边缘158的第二部分156。第一部分152包括多个铁磁元件160。第二部分156包括多个磁性或可磁化部件162。
在打开构型中，如图5所示，第一边缘154和第二边缘158间隔开以限定间隙163。在某些方面，第一边缘154和第二边缘158可以是非线性的。第一边缘154和第二边缘158可以限定互补的形状。
例如，第一边缘154可以包括第一多个凹形区域164和第一多个凸形区域166。第一凹形区域164和第一凸形区域166可以交替地设置。多个铁磁元件160可以分别沿着多个凹形区域164设置。第二边缘158可以包括第二多个凹形区域168和第二多个凸形区域170。第二凹形区域168和第二凸形区域170可以交替地设置。多个磁性或可磁化元件162可以分别沿着第二多个凸形区域170设置。
当纤维预制件150处于闭合构型时，第一多个凹形区域164与第二多个凸形区域170对齐。第一多个凸形区域166与第二多个凹形区域168对齐。当纤维预制件150从打开构型移动到闭合构型时，特别是在多个分立铁磁元件160和分立磁性或可磁化部件162的情况下，区域164、166、168、170可以有利于第一部分152和第二部分156的正确对齐。
参考图6，提供了根据本公开的各个方面制造包括复合预制件的复合部件的方法。该制造方法可以基本上自动化。该方法大体上包括：在210，提供纤维预制件(参见图7A和伴随的讨论)；在214，将纤维预制件设置在模具中(参见图7B和伴随的讨论)；在218，闭合预制件中的间隙(参见图7C至图7D和伴随的讨论)；在222，闭合模具(参见图7E和伴随的讨论)；在226，注射聚合物前体并使聚合物前体固化以形成复合部件(参见图7F至图7G和伴随的讨论)；以及在230，从模具中移除复合部件(参见图H和伴随的讨论)。
在某些方面，该方法可以包括：树脂传递模制(RTM)，诸如高压树脂传递模制(HP-RTM)、压缩树脂传递模制(C-RTM)或真空辅助树脂传递模制(VARTM)；压缩模制，诸如直接长纤维热塑性塑料(DLFT)压缩模制；或者注射模制。当使用热固性压缩模制时，铁磁材料(例如，呈粉末或丝线形式)可以例如在模制之前添加到热固性预浸料材料中。当使用热塑性压缩模制时，铁磁材料可以在模制之前添加到纤维预制件。当使用注射模制时，铁磁材料可以在模制之前添加到纤维预制件。替代地，可以采用两步注射模制方法。在两步过程中，呈粉末形式的铁磁材料可以在第一操作中在适当位置处注射到纤维预制件中。然后，在第二操作中，纤维预制件可以被移动到注射模制站，在那里，间隙闭合，并且聚合材料被注射。
参照图7A，该方法包括提供纤维预制件240。纤维预制件240包括具有第一边缘244的第一部分242和具有第二边缘248的第二部分246。第一边缘244和第二边缘248间隔开以限定间隙或狭缝250。第一部分242和第二部分246中的一个包括铁磁材料(未示出)，并且第一部分242和第二部分246中的另一个包括第一磁性或可磁化部件(未示出)。在某些方面，纤维预制件240可以类似于上述纤维预制件10、60、110、130、150中的任何一种。在各种替代方面，纤维预制件可以包括多个纤维预制件，诸如包括第一部分的第一纤维预制件和包括第二部分的第二纤维预制件。第一和第二部分可以联接以接合第一和第二纤维预制件。
提供纤维预制件240可以任选地包括形成纤维预制件240。在某些方面，纤维预制件240可以通过诸如定制纤维放置(TFP)的已知技术形成。在另一个示例中，纤维预制件240可以通过从卷上分离一部分制成的(例如，织造的)纤维来形成。
形成纤维预制件240可以包括形成狭缝250。在一个示例中，诸如当使用TFP形成纤维预制件240时，狭缝250可以在光纤放置的同时形成(例如，通过选择性地放置纤维以避开狭缝240的区域)。在另一个示例中，诸如当纤维预制件240从更大的制成的纤维的卷上分离时，狭缝可能被切入纤维。狭缝的位置、形状和尺寸可以基于要形成的复合部件的期望的三维形状来确定(例如，通过织物悬垂分析)。
形成纤维预制件240可以包括将铁磁材料和磁性或可磁化材料联接到纤维。可以使用自动化操作将铁磁材料和第一磁性或可磁化部件放置在纤维预制件240内(即嵌入)或其上。当预制件的纤维包括导电材料时，该方法还可以包括诸如通过玻璃屏障或膜将第一磁性或可磁化部件与纤维隔离。例如，自动化操作可以用于放置第一玻璃膜，然后是磁性或可磁化部件，然后是第二玻璃膜。铁磁部件、第一磁性或可磁化部件以及任选地玻璃屏障可以通过缝合联接到纤维。在某些替代变型中，铁磁材料可以作为与纤维界面结合的涂层施加到纤维的一部分。
参考图7B，提供了根据本公开的各个方面的系统260的一部分。系统260包括模具262，模具262包括第一部分或底部部分264。模具可以由非磁性和不可磁化的材料形成。例如，模具262可以包括铝或复合材料。系统260还包括感应器266。在某些方面，感应器266联接到可移动臂268。尽管可移动臂268示出为联接到模具262，但是它可以替代地与模具262分开。
该方法包括将纤维预制件240设置在模具262中。更具体地，该方法可以包括将纤维预制件240设置在底部模具部分264的空腔269中。例如，纤维预制件240可以披盖在底部模具部分264的空腔269中。
将纤维预制件240设置在模具262中可以任选地包括将纤维预制件240在空腔269中对齐。在某些方面，底部模具部分264可以包括第二磁性或可磁化部件270，诸如永磁体或电磁回路。第二磁性或可磁化部件270可以被构造成发出磁场(即，固有磁场或产生的磁场)。纤维预制件240的铁磁材料被拉向磁场，以使模具262中的纤维预制件240对齐。当第二磁性或可磁化部件270是永磁体时，磁场有利于整个制造过程中的对齐。当第二磁性或可磁化部件270是磁路时，它可以为制造过程的全部或一部分产生磁场。在一些示例中，临时产生磁场以有利于空腔269中的纤维前体的初始对齐。
参照图7C至图7D，该方法包括闭合间隙250以形成接缝280。闭合间隙250包括将纤维预制件240从第一或打开构型(图7C)移动到第二或闭合构型(图7D)。在某些方面，第一磁性或可磁化部件包括诸如电磁回路的可磁化部件。因此，在纤维预型件240的第一磁性或可磁化部件中产生磁场之前，第一和第二部分不相互吸引，并且纤维预型件240保持处于打开构型。
在某些方面，闭合间隙250可以包括经由可移动臂268将感应器266移动到邻近纤维预制件240的第一位置。第一位置可以足够靠近纤维预制件的电磁回路，以在电磁回路中产生磁场。更具体地，在第一位置，电流被供应到感应器266，以在感应器266中产生第一磁场。感应器266中的第一磁场在纤维预制件240的电磁回路中产生电流，该电流又在纤维预制件240中产生第二磁场。第二磁场吸引纤维预制件240的铁磁材料，以将第一部分242和第二部分246并到一起，从而将纤维预制件240移动到闭合构型并形成接缝280。
在各种替代方面，当第一磁性或可磁化部件包括诸如永磁体的磁性部件时，闭合间隙可以与将纤维预制件240设置在底部模具部分264中同时进行。当第一部分242和第二部分246紧密靠近时，来自永磁体的固有磁场吸引铁磁材料，从而闭合第一部分242和第二部分246之间的间隙250。当纤维预制件240的第一部分242和第二部分246紧密靠近时，间隙250可以自动闭合。
在某些方面，在感应器266停止接收电流或移开之后，电磁回路可以发出残余磁场。残余磁场可以有利于在模具262闭合之前和/或在整个制造过程中将纤维预制件240保持在闭合位置。在其他方面，第二磁性或可磁化部件270可以产生磁场以在模具262闭合之前和/或在整个制造过程中将纤维预制件240保持在闭合构型。
参考图7E，该方法还包括闭合模具262。更具体地，处于闭合构型的纤维预制件240设置在底部模具部分264和第二或顶部模具部分284之间。该方法还可以包括经由臂268将感应器266从第一位置(图7C至图7D)移动到远离模具262的第二位置(图7E)。闭合模具262和移动感应器266可以同时或顺序进行，其中模具262在感应器266移动之前闭合，或者感应器266在模具262闭合之前移动。
在某些方面，该方法可以任选地包括确定纤维预制件240是否处于闭合构型。确定纤维预制件240是否处于闭合构型可以包括检测在间隙250或接缝280的位置处第一部分242和第二部分246中的至少一个的存在。例如，模具262可以包括具有发射器286和接收器288的光学传感器。发射器286可以设置在底部模具部分264或顶部模具部分284中的一个中。接收器288可以设置在底部模具部分264或顶部模具部分284中的另一个中。
确定纤维预制件240是否处于闭合构型可以包括从发射器286发出光信号290。由接收器288接收到光信号290表明间隙250尚未闭合。相反，如果接收器288没有接收到光信号290，那么光信号可能被纤维预制件240的第一部分242和/或第二部分246中断，表明间隙250闭合。
参照图7F，该方法还包括将聚合物前体注射到模具262中以形成前体部件300。聚合物前体可以包括用于形成聚合物(例如用于形成热固性聚合物(例如，热固性树脂)或热塑性聚合物(例如，热塑性树脂))的任何合适的聚合物前体。合适的热固性聚合物可以包括：苯并噁嗪、双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(PF)、聚丙烯酸酯(丙烯酸酯)、聚酰亚胺(PI)、不饱和聚酯、聚氨酯(PUR)、乙烯基酯、硅氧烷、它们的共聚物和它们的组合。合适的热塑性聚合物可以包括：聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酰胺(PA)(例如，尼龙6、尼龙66、尼龙12)、己内酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚苯硫醚(PPS)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚酮酮(PEKK)、它们的共聚物和它们的组合。
参考图7G，该方法包括使聚合物前体固化(例如，冷却、反应、交联)以形成聚合物。在冷却之后，形成包括聚合物和纤维预制件240(图7A至图7E)的复合部件310。
参照图7H，将复合部件310从模具262中移除(图7G)。复合部件310可以具有复杂的三维几何形状，其基本上没有富含树脂的区域、褶皱和外部接缝。因此，复合部件310可以具有高强度。
在各个方面，复合部件310是用于诸如汽车的车辆的部件。举例来说，该部件可以包括支柱、结构面板、悬架部件、挤压罐、保险杠梁、结构前轨、结构框架、横向车梁、底架部件以及它们的组合。除了汽车应用之外，复合部件310还可以用于其他应用中，诸如其他车辆应用(例如，摩托车和娱乐车辆)、航空工业(例如，飞机、直升机、无人机)、航海应用(例如，船舶、水上摩托、码头)、农业设备、工业设备等。复合部件310和制造方法也可以适用于非车辆应用。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施例的前述描述。它并不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以用在选定的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样的情况也可能以多种方式变化。这些变化不应被视为偏离本公开，并且所有这些修改都旨在包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种制造复合部件的方法，所述方法包括：
将纤维预制件设置在模具中，所述纤维预制件包括包含第一边缘的第一部分和包含第二边缘的第二部分，所述第一边缘和所述第二边缘配合以至少部分地限定间隙，所述第一部分或所述第二部分中的一个包括第一铁磁材料，并且所述第一部分或所述第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件；
通过从所述第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合所述间隙；
将聚合物前体注射到所述模具中；和
通过使所述聚合物前体固化以形成聚合物来形成所述复合部件，所述复合部件包括所述纤维预制件和所述聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一磁性或可磁化部件包括电磁回路，所述电磁回路包括至少部分地限定内部区域的导电线圈和至少部分地设置在所述内部区域内的芯，所述芯包括第二铁磁材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述闭合包括向感应器供应电流以从所述电磁回路产生磁场。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述感应器联接到可移动臂。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
在所述闭合之前将所述可移动臂移动到第一位置；和
在所述闭合之后将所述可移动臂移动到不同于所述第一位置的第二位置，其中，在所述闭合期间所述可移动臂处于所述第一位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一磁性或可磁化部件包括永磁体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一铁磁材料包括铁、镍、钴或它们的任意组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具包括第二磁性或可磁化部件。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述闭合之前，通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来对齐所述模具中的所述纤维预制件。
10.一种制造复合部件的方法，所述方法包括：
将纤维预制件设置在模具中，所述纤维预制件包括包含第一边缘的第一部分和包含第二边缘的第二部分，所述第一边缘和所述第二边缘配合以至少部分地限定间隙，所述第一部分或所述第二部分中的一个包括第一铁磁材料，并且所述第一部分或所述第二部分中的另一个包括第一磁性或可磁化部件，并且所述模具包括第二磁性或可磁化部件；
通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来对齐所述模具中的所述纤维预制件；
在所述对齐之后，通过从所述第一磁性或可磁化部件产生磁场来闭合所述间隙；
在所述闭合之后，通过从所述第二磁性或可磁化部件产生磁场来将所述间隙保持在闭合位置；
确定所述间隙是否闭合；
在所述确定之后，将聚合物前体注射到所述模具中；和
通过使所述聚合物前体固化以形成聚合物来形成所述复合部件，所述复合部件包括所述纤维预制件和所述聚合物。
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