CN113733599A - 用于固化热固性复合材料的系统和方法 - Google Patents

用于固化热固性复合材料的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于固化热固性复合材料的系统和方法。用于固化热固性复合材料的系统可以包括：加工模具，该加工模具被构造成接收和支撑未固化的热固性复合部件并加热未固化的热固性复合部件；压力介质袋，该压力介质袋被构造成放置在被设置于加工模具上的未固化的热固性复合部件之上并且包括压力介质；以及机械压力机，该机械压力机被构造成向设置在加工模具上的未固化的热固性复合部件施加固结压力，压力介质袋可以被构造成将由机械压力机施加的固结压力分配到设置在加工模具上的未固化的热固性复合部件。

Description

用于固化热固性复合材料的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及热固性复合材料的制造，并且更具体地涉及用于热固性复合材料的热固化和加压固化的系统和方法。
背景技术
聚合物复合材料是通过将两种或更多种功能组分例如结合在聚合物树脂基体中的增强纤维结合而产生的坚韧、轻质材料。热固性复合部件的制造通常需要施加压力和热量以完成固化和固结过程。例如，不同的压力和温度分布，即作为时间函数的变化，可以用于处理未固化的热固性复合部件或预制件。
通常，未固化的热固性复合部件的固化在加压高压釜中进行，在加压高压釜中在施加固结压力之前或同时，热源如电阻加热元件通过对流向未固化的热固性复合部件供应热量。生产速率显著地受到在整个固化周期时间内，在施加固结压力之前，使高压釜升温至一定温度并加热未固化的热固性复合部件所需的时间的影响。另外，使用高压釜需要附加的空间和基础设施，并且可能增加热固性复合材料的生产成本，因为当使用高压釜时能量和消耗品的消耗较高。
复合材料的高压釜固化的替代方案包括烘箱固化或加热的匹配模具固化。然而，烘箱固化中的压力限于真空，其通常不足以移除所有孔隙；而烘箱固化仍然需要加热加工。类似地，厚度的局部变化可在匹配模具加工中引起压力差。例如，在匹配模具加工中(接近)垂直于压制方向的表面通常没有获得足够的压力来适当地固化复合材料。
因此，需要通过提供用于处理未固化的热固性复合部件的更有效的系统和方法、可以有效地将热量和压力施加到未固化的热固性复合部件的系统和方法、并且特别地，用于不需要高压釜来固化热固性复合材料的系统和方法来减少未固化的热固性复合部件的固化周期时间，允许加工的快速加热并且允许在固化期间将更均匀的压力施加到未固化的热固性复合部件的所有表面，包括在高于1巴的压力下。
发明内容
本发明内容仅旨在介绍本公开的一个或多个实现方式的一些方面的简化发明内容。该发明内容不是广泛的综述，也不旨在标识本教导的关键或重要元素，也不旨在描绘本公开的范围。相反，其目的仅在于以简化形式呈现一个或多个概念作为以下详细描述的序言。
本公开中体现的前述和/或其它方面和效用可以通过提供一种用于固化热固性复合材料的系统来实现，该系统包括：加工模具，该加工模具被构造成接收和支撑未固化的热固性复合部件并加热未固化的热固性复合部件；压力介质袋，该压力介质袋被构造成放置在被设置于加工模具上的未固化的热固性复合部件之上并且包括压力介质；以及机械压力机，该机械压力机被构造成向设置在加工模具上的未固化的热固性复合部件施加固结压力，其中，压力介质袋被构造成将由机械压力机施加的固结压力分配到设置在加工模具上的未固化的热固性复合部件。
加工模具可以包括加热表面，该加热表面被构造成接触由加工模具支撑的未固化的热固性复合部件的至少一部分并且将未固化的热固性复合部件的至少一部分加热到预定温度。
加工模具的加热表面可以包括智能感受器，并且其中，智能感受器可以具有对应于预定温度的居里温度。
压力介质袋可以包括加热表面，该加热表面被构造成接触未固化的热固性复合部件的至少一部分并且将未固化的热固性复合部件的至少所述部分加热到预定温度。
压力介质袋的加热表面可以包括智能感受器，并且其中，智能感受器可以具有对应于预定温度的居里温度。
压力介质袋可被构造成保持压力介质，并且其中，压力介质袋包括被构造成承受并分配由机械压力机施加的固结压力的柔性材料。
压力介质袋可以包括一个或多个真空端口，并且压力介质袋可以被构造成当被放置在未固化的热固性复合部件和加工模具之上时用作真空袋。
压力介质可包括多个压力介质。
压力介质可包括约0.5mm至约5mm或更小的平均粒径。
压力介质可以包括隔热材料。
压力介质可包括凝胶状介质。
压力介质可包括砂、玻璃和陶瓷材料中的一种或多种。
压力介质袋可包括柔性材料，该柔性材料被构造成承受和分配由机械压力机施加的固结压力。
压力介质袋可以包括一个或多个分隔部，并且其中，一个或多个分隔部可以被构造成限制压力介质的移动，以维持一个或多个分隔部内的固结压力。
该系统还可包括压实机，其中，该压实机可包括与加工模具和未固化的热固性复合部件中的至少一者的形状对应的形状，并且其中，该压实机可被构造成将由机械压力机施加的固结压力分配到压力介质袋和未固化的热固性复合部件。
本公开中体现的前述和/或其它方面和效用还可通过提供一种用于固化热固性复合材料的方法来实现，所述方法包括：将未固化的热固性复合部件放置在加工模具上；将压力介质袋放置在被设置于加工模具上的未固化的热固性复合部件之上，压力介质袋包含压力介质；将未固化的热固性复合部件加热至预定温度；向未固化的热固性复合部件施加固结压力；以及经由压力介质袋分配施加到设置在加工模具上的未固化的热固性复合部件的固结压力。
该方法还可包括将压实机放置在压力介质袋之上，并且其中，压实机还分配施加到压力介质袋和设置在加工模具上的未固化的热固性复合部件的固结压力。
加工模具和压力介质袋中的至少一者可包括加热表面，并且未固化的热固性复合部件可由加工模具上的加热表面和压力介质袋上的加热表面中的至少一者加热至预定温度。
加工模具上的加热表面和压力介质袋上的加热表面中的至少一者可包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器可具有对应于预定温度的居里温度。
压力介质可包括约0.5mm至约5mm的平均粒径，并且其中，压力介质包括隔热材料。
从下文提供的详细描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施方式，但仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本教导的实现方式，且与描述内容一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1至图2示出了根据本公开的实现方式的用于固化热固性复合材料的系统。
图3示出了根据实现方式的使用智能感受器的感应加热。
图4示出了根据实现方式的用于固化热固性复合材料的系统。
图5示出了根据实现方式的用于固化热固性复合材料的系统。
图6示出了根据实现方式的用于固化热固性复合材料的方法
图7示出了飞行器生产和维修方法的流程图。
图8示出了飞行器的方框图。
应当注意，附图的一些细节已经被简化并且被绘制以便于理解本教导而不是维持严格的结构精度、细节和比例。
具体实施方式
现在将详细参考本教导的说明性实现方式，其示例在附图中示出。通常，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
未固化的热固性复合部件，也称为“预制件”，通常通过根据规定所施加的压力、温度以及压力和温度被维持的持续时间的预定固化计划使其经受热量和压力的组合而固化。这些计划温度和压力有时被称为固化温度分布和固结压力分布。
如本文所用，术语“未固化的热固性复合部件”或“预制件”是指用树脂浸渍的一个或多个复合材料的片层。例如，未固化的热固性复合部件可以是纤维增强的未固化热固性聚合物复合部件。
对于纤维增强热固性聚合物复合材料部件，固化通常是指施加热量和/或压力以使纤维增强热固性聚合物复合材料部件的纤维交联和固结。虽然热固性树脂可以在不施加压力的情况下部分固化(即交联)，但它通常导致固结差的部件。因此，如本文所用，术语“固化”包括施加热量(以固化/交联)和施加压力(以固结)纤维增强热固性聚合物复合材料部件，诸如本公开的热固性复合部件。
在其它实例中，未固化的热固性复合部件可以是预浸料。如本文所用，术语“预浸料”是指复合片层的预浸渍叠堆，诸如环氧树脂浸渍的单向复合条带。预浸料可以是柔性的，直到其固化，通常通过热量和压力固化或在高压釜内固化。
下面描述需要施加热量和压力来固化热固性复合材料的系统和方法的方面。虽然关于未固化的热固性复合部件进行了系统和方法的以下描述，但是请注意，本公开不限于此。下面描述的系统和方法可应用于需要施加热量和压力来固化的其它材料，例如，固化用于结构结合的粘合剂和固结热塑性纤维增强复合材料。
图1至图2示出了根据本公开的实现方式的用于固化热固性复合材料的系统。如图1至图2所示，用于固化未固化的热固性复合部件100的系统10被示出为包括加工模具200、压力介质袋300和机械压力机400。系统10被示出为还包括控制器260、传感器262和电力供应装置264，尽管这些部件不是所有实现方式都需要的。其它实现方式可以包括附加部件。例如，图4示出了根据另一实现方式的用于固化热固性复合材料的系统。如图4所示以及如以下更详细讨论的，在一些实现方式中，系统10还包括压实机500。
未固化的热固性复合部件100可以是预制件。未固化的热固性复合部件100可以包括未固化的纤维增强热固性聚合物复合材料。例如，未固化的热固性复合部件100可以包括纤维增强聚合物树脂的层压片层，例如碳纤维环氧树脂，或必须被加热到预选温度以便实现固化的其它热固性材料。
在其它实现方式中，未固化的热固性复合部件100包括交织的线织物(IWWF)、纤维金属层压材料和/或由复合材料包围的蜂窝或泡沫芯。
加工模具200被构造成接收未固化的热固性复合部件100。例如，加工模具200可以被构造成在固化过程期间接收和支撑未固化的热固性复合部件100。加工模具200可以包括接收面211，该接收面的形状基本上匹配未固化的热固性复合部件100的形状。例如，加工模具200包括接收面211，该接收面具有与待固化的未固化的热固性复合部件100的下侧面102基本匹配的形状。
在一些实现方式中，加工模具200被构造成接收和支撑压力介质袋300。例如，加工模具200可以包括壁220，该壁被构造成将压力介质袋300保持在未固化的热固性复合部件100之上的受限位置，以限制压力介质袋300的移动。在其它实现方式中，加工模具200被构造成抵靠压力介质袋300密封，并且压力介质袋300被构造成用作真空袋。
加工模具200可以被构造成加热未固化的热固性复合部件100。加工模具200可以采用各种加热技术中的任何一种来产生将未固化的热固性复合部件100加热到预定温度所需的热量，所述预定温度例如固化温度或温度分布。例如，加工模具200可以包括加热表面214，该加热表面被构造成将未固化的热固性复合部件100加热到预定温度。加热表面214可设置在接收面211上，并且可覆盖接收面211的至少一部分。在其它实现方式中，接收面211包括加热表面214。加热表面214可以被构造成接触由加工模具200支撑的未固化的热固性复合部件100的至少一部分。
加工模具200可以通过电感应产生热量，并且所产生的热量可以传递到未固化的热固性复合部件100的至少一部分。例如，如图1至图3所示，磁性材料的磁性特性与高频交流电功率的应用结合使用以产生热量。如下面更详细描述的，加工模具200可以包括感应加热和智能感受器以加热未固化的热固性复合部件100。例如，加热表面214包括一个或多个感应加热元件252，该感应加热元件包括电导体254和周围的智能感受器套筒256，该智能感受器套筒具有预选的居里温度，电导体和智能感受器套筒同轴地布置。加热表面214被构造成将未固化的热固性复合部件100的至少一部分加热到预定温度，诸如固化温度或温度分布。
因此，在一个实现方式中，加工模具200包括加热表面214，该加热表面被构造成接触未固化的热固性复合部件100并将未固化的热固性复合部件100的至少一部分加热到预定温度。加热表面214可以包括智能感受器，并且智能感受器可以具有与预定温度对应的居里温度。
在一个实现方式中，预定温度或温度分布是从刚好高于室温(80°F)到大约820°F。预定温度或温度分布可根据未固化的热固性复合部件100的组成和/或形成未固化的热固性复合部件100的树脂或复合片层的固化要求而变化。例如，预定温度或温度分布可以是从刚好高于室温(80°F)到约350°F。
如图3所示，加热表面214包括具有填充有热传导材料250的内部的上面板246和下面板248。
上面板246和下面板248可以包括合适树脂的刚性层，例如环氧树脂或双马来酰亚胺(BMI)，该刚性层包围一个或多个感应加热元件252。树脂的刚性层可以形成加热表面214的上面板246，并且可以被构造成匹配被设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100的下侧面102。在其它实现方式中，采用其它树脂来制造上面板246和下面板248，包括但不限于聚苯并嗪(BXA)。在一些实现方式中，加热表面214形成适合特定应用或未固化的热固性复合部件100的永久的、非柔性的形状。例如，加热表面214和/或上面板246和下面板248可以包括金属。
如上所述，感应加热元件252可嵌入材料250内。感应加热元件252可包括同轴布置的电导体254和周围的感受器套筒256。电导体254可以包括例如但不限于利兹线，螺旋型感受器套在该利兹线上。感受器套筒256可以基本上延伸电导体254的整个长度。电导体254和感受器套筒256之间的轴向间隔使感受器套筒256与电导体254电绝缘。感受器套筒256由流过电导体254的交流电流感应地加热。感应加热的感受器套筒256将热量传导到材料250，材料又通过加热表面214将热量传导到未固化的热固性复合部件100。
材料250可以包括铁磁或超顺磁颗粒(未示出)以帮助加热材料250。在使用铁磁颗粒的情况下，通过铁磁颗粒的滞后加热将材料250加热到基本上低于颗粒的居里温度的温度。在超顺磁颗粒结合到材料250中的情况下，通过材料250传导的热量通过超顺磁颗粒的弛豫加热(relaxation heating)而产生，该弛豫加热对应于与超顺磁颗粒的尺寸或直径相关的居里温度范围。
如图1所示，合适的布线258将加热表面214中的一个或多个加热元件252连接到交流电力供应装置264，该交流电力供应装置可以是便携式或固定电力供应装置。电力供应装置264连接到电源，例如但不限于常规的60Hz、110伏或220伏插座(未示出)。电力供应装置264向电导体254供应交流电，优选地，交流电的范围从大约1,000Hz到大约300,000Hz，尽管更高的频率也是可能的。一个或多个热传感器262可以设置在加热表面214上以监测加热表面214的温度，以便有助于调节供应至电导体254的交流电流的幅值或频率。电力供应装置264可以由适当的控制器260基于热传感器262所监测的温度来调节。
如图1至图3所示，感受器套筒256由具有居里温度的磁性材料形成。感受器套筒256可以形成为圆柱形布置的实心或整体部件。感受器套筒256可以实现为智能感受器套筒256。
交流电流流过电导体254导致产生围绕感受器套筒256的磁场268。由于电导体254暴露于磁场268，在电导体内产生涡流电流270，并且这些涡流电流270引起感受器套筒256的感应加热。然后，来自感受器套筒256的热量通过材料250和加热表面214被传导到未固化的热固性复合部件100。形成感受器套筒256的磁性材料优选具有高磁导率和对应于未固化的热固性复合部件100将被加工模具200加热到的期望温度的居里温度，即未固化的热固性复合部件100的固化温度。优选地，感受器套筒256和电导体254的尺寸和构造被设置成使得在低于感受器套筒256的居里温度的温度下，磁场268由于感受器套筒的磁导率而集中在感受器套筒256中。
在施加交流电流期间继续加热感受器套筒256，直到形成感受器套筒256的磁性材料达到居里温度。在达到居里温度后，感受器套筒256变成非磁性的，在该点处磁场268不再集中在感受器套筒256中。感应的涡流电流270和相关的电阻加热减小到足以将感受器套筒256的温度维持在居里温度的水平，因此未固化的热固性复合部件100和/或加工模具200在固化循环的持续时间内保持被加热到期望的固化温度，在该点处从导体254去除交流电流。
虽然一些实现方式在加工模具200中使用感应加热，但是本公开不限于此，并且可以使用其它加热方法来加热加工模具200，诸如电阻加热、强制通风、加热油等。
压力介质袋300被构造成被放置在被设置于加工模具200上的未固化的热固性复合部件100之上，并且包括压力介质320。压力介质袋300包括接收面311，并且压力介质袋被构造成基本上符合未固化的热固性复合部件100的形状。例如，压力介质袋300可以基本上符合待固化的未固化的热固性复合部件100的上侧面103。
压力介质袋300被构造成将来自机械压力机400的固结压力分配到设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100。如本文所用，固结压力的分配是指确保未固化的热固性复合部件100的所有点处的固结压力基本上相似。也就是说，如图2和图4所示，由机械压力机400施加的固结压力由压力介质袋300均匀地分配，使得基本相似量的固结压力被施加到未固化的热固性复合部件100的与压力介质袋300接触的所有表面。
相反，在其中使用机械压力机来施加固结压力而没有压力介质袋300的常规方法中，加工模具或机械压力机的几何形状可导致固结压力的不均匀施加。当热固性复合部件具有复杂的形状或轮廓时，尤其是这种情况。例如，如图2和图4所示，压力介质袋300增强了由机械压力机400施加到垂直于机械压力机400或与机械压力机400成一定角度的表面的压力的分配，如箭头388所示。类似地，鉴于未固化的热固性复合部件100的厚度的可变性或未固化的热固性复合部件100的几何形状与机械压力机400之间的不匹配，压力介质袋300允许基本上相似量的固结压力被施加到未固化的热固性复合部件100，所述不匹配可另外在缺乏压力的情况下产生压力热点或区域。
压力介质袋300被构造成容纳压力介质320。
压力介质袋300可以包括柔性材料，该柔性材料被构造成承受来自机械压力机400的固结压力并将该固结压力分配到未固化的热固性复合部件100。压力介质袋300的柔性材料可以与未固化的热固性复合部件100相容。例如，压力介质袋300可包括硅树脂、韧化橡胶、聚氨酯或其它合适的弹性体，其为压力介质袋300提供尺寸稳定性，同时维持足够的柔性以允许通过压力介质320分配固结压力。
压力介质袋300可以实现为一个或多个压力介质袋300。压力介质袋300可以具有被划分或分隔的内部容积。例如，在一些实现方式中，压力介质袋300包括限定一个或多个分隔部340的一个或多个分隔器335，并且一个或多个分隔部340被构造成限制压力介质320中的至少一个的移动，以维持和/或分配一个或多个分隔部340内的固结压力。在一些实现方式中，限定一个或多个分隔部340的一个或多个分隔器335被构造成维持压力介质袋300的形状。
在一些实现方式中，压力介质袋300包括一个或多个垫板333。垫板可以被实现为结合到压力介质袋300的表面的金属带，并且被构造成在固化过程期间增加或去除未固化的热固性复合部件100上的纹理效果。在其它实现方式中，一个或多个垫板333被放置在压力介质袋300和未固化的热固性复合部件100之间。一个或多个垫板333可以是热传导的，以容易地传递来自加工模具200和/或压力介质袋300的热量。
压力介质320可包括多个压力介质320。例如，压力介质320可包括固体颗粒、凝胶状材料和液体中的至少一种。
压力介质320可包括凝胶状介质，例如硅凝胶。压力介质320可包括液体。压力介质320可包括多个固体颗粒。例如，压力介质320可包括沙子、玻璃、泡沫聚苯乙烯、二氧化硅气凝胶、橡胶、金属和陶瓷颗粒中的一种或多种。压力介质320可具有约0.5mm至约5mm的平均粒径。例如，压力介质320可具有约4mm或更小、3mm或更小、2mm或更小、或1mm或更小的平均粒径。
在一些实现方式中，压力介质320包括隔热材料。例如，压力介质320可以被构造成使未固化的热固性复合部件100隔热以减少热损失的量。压力介质320可具有1W/mK或更小的热导率。
压力介质袋300可以被构造成加热未固化的热固性复合部件100。压力介质袋300可以采用各种加热技术中的任何一种来产生将未固化的热固性复合部件100加热到预定温度所需的热量，例如固化温度或温度分布。例如，压力介质袋300可以包括加热表面314，该加热表面被构造成将未固化的热固性复合部件100加热到预定温度。在一些实现方式中，加热表面314包含与上述用于加工模具200的加热表面214相同的元件并以相同的原理操作。
加热表面314可以设置在接收面311上，并且可以覆盖接收面311的至少一部分。在其它实现方式中，接收面311包括加热表面314。加热表面314可以被构造成接触由加工模具200支撑的未固化的热固性复合部件100的至少一部分，例如上侧面103。因此，压力介质袋300可以包括加热表面314，该加热表面被构造成接触未固化的热固性复合部件100的至少一部分并且将未固化的热固性复合部件100的至少所述部分加热到预定温度。
压力介质袋300可以通过电感应产生热量，并且所产生的热量可以传递到未固化的热固性复合部件100的至少一部分。例如，加热表面314可以包括智能感受器，并且智能感受器可以具有与预定温度对应的居里温度。
如图1至图3所示，压力介质袋300包括感应加热和智能感受器以加热未固化的热固性复合部件100。例如，加热表面314包括一个或多个感应加热元件352，所述一个或多个感应加热元件包括电导体354和周围的智能感受器套筒356，该智能感受器套筒具有预选的居里温度，所述电导体354和周围的智能感受器套筒356同轴地布置。加热表面314包括具有填充有热传导材料350的内部的上面板346和下面板348。
加热表面314可以被构造成将未固化的热固性复合部件100的至少一部分加热到预定温度，诸如固化温度或温度分布。
上面板346和下面板348可以由具有相对高的热导率和相对低的电导率的柔性弹性材料形成。例如，上面板346和下面板348可以包括硅树脂、橡胶、聚氨酯或其它合适的弹性体，其为加热表面314提供尺寸稳定性，同时维持足够的柔性以允许压力介质袋300符合未固化的热固性复合部件100的表面的至少一部分，包括不规则或波状外形的表面。在一个实现方式中，材料350包括围绕感应加热元件352铸造的弹性体。智能感受器套筒356可包括呈围绕导体354的套筒构造的编织材料，以便增强加热表面314和/或压力介质袋300的柔性。
如图1所示，合适的布线258将加热表面314中的一个或多个加热元件352连接到电力供应装置264。一个或多个热传感器262可以设置在加热表面314上以监测加热表面314的温度，以便有助于调节供应至导体354的交流电流的幅度或频率。电力供应装置264可以由适当的控制器260基于热传感器262所监测的温度来调节。
在一些实现方式中，系统10从两侧加热设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100。例如，系统10可以包括加工模具200上的加热表面214和压力介质袋300上的加热表面314，并且加热表面214和314两者都向未固化的热固性复合部件100施加热量。在其它实现方式中，系统10从一侧加热设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100。例如，系统10仅包括加工模具200上的加热表面214或压力介质袋300上的加热表面314，并且加热表面214和314中的仅一者向未固化的热固性复合部件施加热量。在另一个示例中，系统10可以包括加工模具200上的加热表面214和压力介质袋300上的加热表面314两者，但是加热表面214和314中的仅一者向未固化的热固性复合部件100施加热量。
通常，在未固化的热固性复合部件100的固化期间施加固结压力，以去除由热固性树脂的交联反应产生的截留空气或挥发物。固结压力还有助于确保最终固化的热固性复合部件内的增强纤维和树脂的紧密接触。
因此，在一些实现方式中，机械压力机400向未固化的热固性复合部件100施加预定的压力。例如，机械压力机400被构造成向压力介质袋300和设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100施加固结压力。
机械压力机400被构造成向未固化的热固性复合部件100施加固结压力持续预定的时间段。施加固结压力的预定时间段可以仅在未固化的热固性复合部件100被加热到预定温度例如固化温度之后开始。在其它实现方式中，在未固化的热固性复合部件100被加热到预定温度之前，开始施加固结压力的预定时间段。在一些实现方式中，固结压力根据温度和压力分布作为时间和温度的函数而增加或降低。
在一个实现方式中，机械压力机400施加约1巴至约8巴压力的固结压力(或载荷)。例如，机械压力机400可以施加高达约8巴、高达约7巴、高达约6巴、高达约5巴、高达约4巴、高达约3巴、高达约2巴或高达约1巴的固结压力。
如图3所示，在一些实现方式中，系统10还包括压实机500。压实机500可具有与加工模具200和/或未固化的热固性复合部件100的形状对应的形状。压实机500被构造成还将由机械压力机400施加的固结压力分配到压力介质袋300和未固化的热固性复合部件100。
压实机500可为隔热的。也就是说，压实机500可被构造成防止未固化的热固性复合部件100在固化操作期间的热损失。压实机500可包括典型的加工材料，例如钢、殷钢和纤维增强复合材料。
系统10可包括真空袋组件600(未示出)。在一些实现方式中，真空袋组件600安装在被设置于加工模具200上的未固化的热固性复合部件100之上。例如，真空袋组件600可包括覆盖未固化的热固性复合部件100的装袋膜，该装袋膜可借助于密封剂密封到加工模具200和/或未固化的热固性复合部件100的上表面。在一些实现方式中，从真空袋组件600抽真空以施加负压并抽出挥发物和可能由于未固化的热固性复合部件100的固化过程而产生的其它气体。在其它实现方式中，真空袋组件600被放置并密封在未固化的热固性复合部件100之上，以在固化过程期间将未固化的热固性复合部件100抵靠加工模具200压实。
在其它实现方式中，压力介质袋300被构造成用作真空袋。图5示出了根据实现方式的用于固化热固性复合材料的系统。如图5所示，系统10包括一个或多个密封件380，该密封件被构造成将压力介质袋300密封到加工模具200。一个或多个密封件380可以在压力介质袋300中的至少一个上集成到加工模具200。例如，当压力介质袋设置在未固化的热固性复合部件100和加工模具200之上时，一个或多个密封件380可以产生气密密封。在一些实现方式中，由机械压力机400施加的压力还增强由一个或多个密封件380产生的气密密封。
如图5所示，压力介质袋包括一个或多个真空端口390。一个或多个真空端口390被构造成当压力介质袋被设置在未固化的热固性复合部件100和加工模具200之上时抽空空气，并且通过一个或多个真空端口390抽吸负压。因此，压力介质袋300可以包括一个或多个真空端口390，并且压力介质袋300可以被构造成当被放置在未固化的热固性复合部件100和加工模具200之上时用作真空袋。
图6示出了根据实现方式的用于固化热固性复合材料的方法。图6示出了例如可以与上述以及图1至图5中所示的系统10一起使用的方法的示例。因此，以下讨论将参考图1至图5中所示的各种部件。
如图6所示，用于固化未固化的热固性复合部件100的方法800开始于在操作810中将未固化的热固性复合部件100放置在加工模具200上。在一些实现方式中，加工模具200包括加热表面214，并且未固化的热固性复合部件100的至少一部分设置在加工模具200的加热表面214之上。
操作820包括将压力介质袋300放置在被设置于加工模具200上的未固化的热固性复合部件100之上。在一些实现方式中，压力介质袋300包括加热表面314，并且未固化的热固性复合部件100的至少一部分与压力介质袋300的加热表面314接触。在一些实现方式中，真空袋组件600放置在被设置于加工模具200上的未固化的热固性复合部件100之上，并且压力介质袋300被放置在真空袋组件600之上。操作820还可以包括使未固化的热固性复合部件100经受真空。例如，压力介质袋300可以包括一个或多个真空端口390，并且压力介质袋300可以被构造成当被放置在未固化的热固性复合部件100和加工模具200之上时用作真空袋，并且通过一个或多个真空端口390抽吸负压。
操作830包括将未固化的热固性复合部件100加热到预定温度。预定温度可以是对应于未固化的热固性复合部件100的成分的固化温度。在其它实现方式中，预定温度对应于沿着未固化的热固性复合部件100的固化温度分布的温度。加工模具200可包括加热表面214，压力介质袋300可包括加热表面314，未固化的热固性复合部件100可由加热表面214和314中的一者或两者加热到预定温度。例如，加工模具200和压力介质袋300中的至少一者可以包括加热表面(214或314)，并且未固化的热固性复合部件100可以由加工模具200上的加热表面214和压力介质袋300上的加热表面314中的至少一者加热到预定温度。
在一些实现方式中，加工模具200上的加热表面214和压力介质袋300上的加热表面314中的至少一者包括智能感受器，并且所述智能感受器可以具有对应于预定温度的居里温度。
操作840包括向未固化的热固性复合部件100施加固结压力。机械固结压力可以通过机械压力机400施加。在一些实现方式中，一旦未固化的热固性复合部件100达到预定温度，就施加固结压力。在其它实现方式中，在未固化的热固性复合部件100达到预定温度之前施加固结压力。
操作850包括经由压力介质袋300分配被施加到设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100的固结压力。例如，压力介质袋300可以分配被施加到设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100的固结压力。在一个实现方式中，压力介质袋300将由机械压力机400施加的固结压力分配到设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100。
压力介质袋300被构造成保持压力介质320。压力介质320可包括约1mm或更小的平均粒径，并且压力介质320可包括隔热材料。
在其它实现方式中，系统10还包括压实机500。方法800还包括将压实机500放置在压力介质袋300之上，并且压实机500还将固结压力分配到压力介质袋300和设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100。例如，压实机500被构造成将由机械压力机400施加的固结压力分配到压力介质袋300和设置在加工模具200上的未固化的热固性复合部件100。
本公开的实现方式可以在各种潜在应用中找到用途，特别是在运输工业中，包括例如航空航天、船舶、汽车应用和其中进行热固性复合材料的热固化的其它应用。因此，现在参考图7和图8，本公开的实现方式可以用于图7所示的飞行器制造和维修方法1000和图8所示的飞行器2000的环境中。在预生产期间，说明性方法1000可包括飞行器2000的规格和设计1102以及材料采购1104。在生产期间，发生飞行器2000的部件和子组件制造1106和系统集成1108。此后，飞行器2000可以经历认证和交付1110，以便投入服役1112。当通过客户处于服役中时，飞行器2000安排进行日常维护和维修1114，其也可包括修改、重新构造、整修等。
方法1000的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或实行。为了本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统转包商；第三方可以包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供货商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、维修组织等。
如图8所示，由说明性方法1000生产的飞行器2000可包括具有多个系统2118的机身2115和内饰2120。系统2118的示例包括推进系统2122、电气系统2124、液压系统2126和环境系统2128中的一种或多种。可以包括任何数量的其它系统。虽然示出了航空航天示例，但是本公开的原理可以应用于其它行业，诸如船舶和汽车行业。
在飞行器制造和维修方法1000的任何一个或多个阶段期间，可以采用本文示例的系统和方法。例如，对应于生产过程1106的部件或子组件可以以类似于当飞行器2000在服役中时生产的部件或子组件的方式制造或生产。而且，在生产阶段1106和1108期间，例如通过充分加快飞行器2000的组装或降低其成本，可以利用一个或多个设备示例、方法示例或其组合。类似地，在飞行器2000在服役中时，例如但不限于，维护和维修1114，可以利用一个或多个设备示例、方法示例或其组合。
虽然图7和图8描述了关于飞行器和飞行器制造和维修的公开内容，但是本公开内容不限于此。本公开的用于固化热固性复合材料的系统和方法还可用于航天器、卫星、潜艇、水面舰船、汽车、坦克、卡车、发电厂和任何其它合适类型的物体。
在整个说明书和权利要求中，除非上下文另外明确规定，否则以下术语采用与本文明确关联的含义。如本文所使用的短语(例如，“在实现方式中”、“在某些实现方式中”和“在一些实现方式中”)不一定指代相同的(一个或多个)实现方式，尽管它们可以指代相同的(一个或多个)实现方式。此外，如本文所使用的短语“在另一实现方式中”和“在一些其它实现方式中”不一定指代不同的实现，尽管它们可以指代不同的实现。如下所述，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以容易地组合各种实现方式。
如这里所使用的，术语“或”是包含运算符，并且等同于术语“和/或”，除非上下文清楚地另外指出。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的附加因素，除非上下文另外清楚地规定。在说明书中，对“A、B和C中的至少一者”的叙述包括包含A、B或C、A、B或C的多个示例、或A/B、A/C、B/C、A/B/B/B/B/C、A/B/C等的组合的实现方式。此外，在整个说明书中，“一”、“一个”和“所述”的含义包括复数引用。“在…中”的含义包括“在…中”和“在…上”。类似地，本公开的实现方式可以适当地包括元件A、B、C等，由元件A、B、C等组成，或者基本上由元件A、B、C等组成。
还将理解，尽管术语第一、第二等等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一物体、部件或步骤可以被称为第二物体、部件或步骤，并且类似地，第二物体、部件或步骤可以被称为第一物体、部件或步骤。第一物体、部件或步骤和第二物体、部件或步骤分别都是物体、部件或步骤，但是它们不被认为是相同的物体、部件或步骤。还将理解，术语“包括”、“具有”“包含”和/或“含有”在本说明书中使用时指定所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。此外，如本文所使用的，术语“如果”可以被解释为意味着“当”或“在”或“响应于确定”或“响应于检测”，这取决于上下文。
除非另有说明，否则下文定义的所有物理性质都在20℃至25℃下测量。
当在此提及任何数值范围时，这样的范围被理解为包括在所述范围的最小值和最大值之间的每个和所有数字和/或分数，以及端点。例如，0.5％至6％的范围将明确地包括例如0.6％、0.7％和0.9％的所有中间值，所有这些值一直到并且包括5.95％、5.97％和5.99％，以及许多其它值。除非上下文另外明确指出，否则相同的情况适用于本文所述的每个其它数值性质和/或元素范围。
另外，所有数值都是“约”或“近似”所示的值，并且考虑到本领域普通技术人员所预期的实验误差和变化。应当理解，本文公开的所有数值和范围都是近似值和范围。关于量或测量值的术语“约”或“基本上”和“基本上地”或“近似”是指所述的特性、参数或值不需要精确地实现。相反，偏差或变化，包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其它因素，可以以不排除该特性旨在提供的效果的量出现。
除非另有说明，本文和说明书中其它地方所表示的所有百分比和量都应理解为是指重量百分比。所给的百分比和量基于材料的有效重量。例如，对于以溶液形式提供的有效成分，所给出的量基于有效成分的量而没有溶剂的量，或者可以通过溶剂蒸发后的重量损失来确定。
关于根据一些实现方式的程序、方法、技术和工作流，可以组合本文公开的程序、方法、技术和工作流中的一些操作和/或可以改变一些操作的顺序。
本公开包括根据以下条款的说明性实施方式和实现方式：
条款1.一种用于固化热固性复合材料的系统10，所述系统包括：
加工模具200，所述加工模具被构造成接收和支撑未固化的热固性复合部件100并且加热所述未固化的热固性复合部件100；
压力介质袋300，所述压力介质袋被构造成被放置在设置在所述加工模具200上的所述未固化的热固性复合部件100之上并且包括压力介质320；以及
机械压力机400，所述机械压力机被构造成向设置在所述加工模具200上的所述未固化的热固性复合部件100施加固结压力，
其中，所述压力介质袋300被构造成将由所述机械压力机400施加的所述固结压力分配到设置在所述加工模具200上的所述未固化的热固性复合部件100。
条款2.条款1所述的系统，其中，所述加工模具200包括加热表面214，所述加热表面被构造成接触由所述加工模具200支撑的所述未固化的热固性复合部件100的至少一部分并且将所述未固化的热固性复合部件100的至少一部分加热到预定温度。
条款3.条款2所述的系统，其中，所述加工模具200的所述加热表面214包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器具有对应于所述预定温度的居里温度。
条款4.条款1至3中任一项所述的系统，其中，所述压力介质袋300包括加热表面314，所述加热表面被构造成接触所述未固化的热固性复合部件100的至少一部分并且将所述未固化的热固性复合部件100的至少所述部分加热至预定温度。
条款5.条款4所述的系统，其中，所述压力介质袋300的所述加热表面314包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器具有对应于所述预定温度的居里温度。
条款6.条款1至5中任一项所述的系统，其中，所述压力介质袋包括被构造成保持所述压力介质320的介质袋310，并且
其中，所述介质袋310包括柔性材料，所述柔性材料被构造成承受并分配由所述机械压力机400施加的所述固结压力。
条款7.条款6所述的系统，其中，所述压力介质袋300包括一个或多个真空端口390，并且所述压力介质袋300被构造成当被放置在所述未固化的热固性复合部件100和所述加工模具200之上时用作真空袋。
条款8.条款6或7所述的系统，其中，所述压力介质320包括多个压力介质320。
条款9.条款8所述的系统，其中，所述压力介质320包括约0.5mm至约5mm或更小的平均粒径。
条款10.条款8所述的系统，其中，所述压力介质320包括隔热材料。
条款11.条款8所述的系统，其中，所述压力介质320包括凝胶状介质。
条款12.条款8所述的系统，其中，所述压力介质320包括砂、玻璃和陶瓷材料中的一种或多种。
条款13.条款1至12中任一项所述的系统，其中，所述压力介质袋300包括一个或多个压力介质袋300。
条款14.条款8所述的系统，其中，所述压力介质袋300包括一个或多个分隔部340，并且
其中，所述一个或多个分隔部340被构造成限制所述压力介质320中的至少一个的移动，以维持所述一个或多个分隔部340内的所述固结压力。
条款15.条款1至14中任一项所述的系统，所述系统还包括压实机500，其中，所述压实机500包括与所述加工模具200和所述未固化的热固性复合部件100中的至少一者的形状对应的形状，并且其中，所述压实机500被构造成将由所述机械压力机400施加的所述固结压力分配到所述压力介质袋300和所述未固化的热固性复合部件100。
条款16.一种用于固化热固性复合材料的方法900，所述方法包括：
将未固化的热固性复合部件100放置在加工模具200上；
将压力介质袋300放置在被设置于所述加工模具200上的所述未固化的热固性复合部件100之上，所述压力介质袋300包含压力介质320；
将所述未固化的热固性复合部件100加热到预定温度；
向所述未固化的热固性复合部件100施加固结压力；并且
经由所述压力介质袋300分配被施加到设置在所述加工模具200上的所述未固化的热固性复合部件100的所述固结压力。
条款17.条款16所述的方法，其中，所述方法还包括将压实机500放置在所述压力介质袋300之上，并且其中，所述压实机500还分配被施加到所述压力介质袋300和设置在所述加工模具200上的所述未固化的热固性复合部件100的所述固结压力。
条款18.条款17所述的方法，其中，所述加工模具200和所述压力介质袋300中的至少一者包括加热表面214/314，并且所述未固化的热固性复合部件100由所述加工模具200上的所述加热表面214和所述压力介质袋300上的所述加热表面314中的至少一者加热至所述预定温度。
条款19.条款18所述的方法，其中，所述加工模具200上的所述加热表面214和所述压力介质袋300上的所述加热表面314中的至少一者包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器具有对应于所述预定温度的居里温度。
条款20.条款16至19中任一项所述的方法，其中，所述压力介质320包括约0.5mm至约5mm的平均粒径，并且其中，所述压力介质320包括隔热材料。
已经参考说明性实施方式和实现方式描述了本公开。尽管已经示出和描述了一些实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离前述详细描述的原理和精神的情况下，可以对这些实施方式进行改变。本公开内容旨在被解释为包括所有这样的修改和改变，只要它们落在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种用于固化热固性复合材料的系统(10)，所述系统包括：
加工模具(200)，所述加工模具被构造成接收和支撑未固化的热固性复合部件(100)并且加热所述未固化的热固性复合部件(100)；
压力介质袋(300)，所述压力介质袋被构造成放置在被设置于所述加工模具(200)上的所述未固化的热固性复合部件(100)之上并且包括压力介质(320)；以及
机械压力机(400)，所述机械压力机被构造成向设置在所述加工模具(200)上的所述未固化的热固性复合部件(100)施加固结压力，
其中，所述压力介质袋(300)被构造成将由所述机械压力机(400)施加的所述固结压力分配到被设置于所述加工模具(200)上的所述未固化的热固性复合部件(100)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模具(200)包括加热表面(214)，所述加热表面被构造成接触由所述加工模具(200)支撑的所述未固化的热固性复合部件(100)的至少一部分并且将所述未固化的热固性复合部件(100)的至少一部分加热到预定温度。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述加工模具(200)的所述加热表面(214)包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器具有对应于所述预定温度的居里温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述压力介质袋(300)包括加热表面(314)，所述加热表面被构造成接触所述未固化的热固性复合部件(100)的至少一部分并且将所述未固化的热固性复合部件(100)的至少所述部分加热至预定温度。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述压力介质袋(300)的所述加热表面(314)包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器具有对应于所述预定温度的居里温度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述压力介质袋包括被构造成保持所述压力介质(320)的介质袋(310)，并且
其中，所述介质袋(310)包括柔性材料，所述柔性材料被构造成承受并分配由所述机械压力机(400)施加的所述固结压力。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述压力介质袋(300)包括一个或多个真空端口(390)，并且所述压力介质袋(300)被构造成当被放置在所述未固化的热固性复合部件(100)和所述加工模具(200)之上时用作真空袋。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述压力介质(320)包括多个压力介质(320)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述压力介质(320)包括约0.5mm至约5mm或更小的平均粒径。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述压力介质(320)包括隔热材料。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述压力介质(320)包括凝胶状介质。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述压力介质(320)包括砂、玻璃和陶瓷材料中的一种或多种。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述压力介质袋(300)包括一个或多个压力介质袋(300)。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述压力介质袋(300)包括一个或多个分隔部(340)，并且
其中，所述一个或多个分隔部(340)被构造成限制所述压力介质(320)中的至少一个的移动，以维持所述一个或多个分隔部(340)内的所述固结压力。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，所述系统还包括压实机(500)，其中，所述压实机(500)包括与所述加工模具(200)和所述未固化的热固性复合部件(100)中的至少一者的形状对应的形状，并且其中，所述压实机(500)被构造成将由所述机械压力机(400)施加的所述固结压力分配到所述压力介质袋(300)和所述未固化的热固性复合部件(100)。
16.一种用于固化热固性复合材料的方法(900)，所述方法包括：
将未固化的热固性复合部件(100)放置在加工模具(200)上；
将压力介质袋(300)放置在被设置于所述加工模具(200)上的所述未固化的热固性复合部件(100)之上，所述压力介质袋(300)包含压力介质(320)；
将所述未固化的热固性复合部件(100)加热到预定温度；
向所述未固化的热固性复合部件(100)施加固结压力；并且
经由所述压力介质袋(300)分配被施加到设置在所述加工模具(200)上的所述未固化的热固性复合部件(100)的所述固结压力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括将压实机(500)放置在所述压力介质袋(300)之上，并且其中，所述压实机(500)还分配被施加到所述压力介质袋(300)和设置在所述加工模具(200)上的所述未固化的热固性复合部件(100)的所述固结压力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述加工模具(200)和所述压力介质袋(300)中的至少一者包括加热表面(214/314)，并且所述未固化的热固性复合部件(100)由所述加工模具(200)上的所述加热表面(214)和所述压力介质袋(300)上的所述加热表面(314)中的至少一者加热至所述预定温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述加工模具(200)上的所述加热表面(214)和所述压力介质袋(300)上的所述加热表面(314)中的至少一者包括智能感受器，并且其中，所述智能感受器具有对应于所述预定温度的居里温度。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，所述压力介质(320)包括约0.5mm至约5mm的平均粒径，并且其中，所述压力介质(320)包括隔热材料。
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