CN114599505A - 用于由纤维复合材料生产构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由纤维复合材料生产构件(1)的方法，包括以下步骤：将用基质浸渍的纤维(1)引入到在内模具(7)和外模具(8)之间形成的模具空间的内模具(7)上；将分离膜(14a)引入到用基质浸渍的纤维(1)上，从而在外模具(8)和分离膜(14a)之间形成沿外模具(8)的侧表面(14)延伸的空腔(15)；以大于环境压力的压力向空腔(15)供应导热油(17)，使得导热油(17)在该压力下作用于分离膜(14a)；将导热油(17)加热到高于基质的玻璃化转变温度，和将导热油(17)冷却到低于基质的玻璃化转变温度，其中至少在冷却到低于玻璃化转变温度期间，作用于分离膜(14a)的导热油(17)的压力实质上保持恒定。

Description

用于由纤维复合材料生产构件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于由纤维复合材料生产构件的方法，包括将用基质浸渍的纤维引入到在内模具和外模具之间形成的模具空间的内模具上的步骤。
背景技术
属于纤维复合材料的有机片材在现有技术中是已知的，并且主要用于飞机、船舶和汽车制造中，以便获得与传统材料相比相当更轻的构件以及可比较的或甚至改进的刚度。这种有机片材通常具有嵌入热塑性基质中的纤维织造织物或无纬纤维网(laid fiberweb)，并且作为纤维基质半成品，通常具有玻璃、芳族聚酰胺或碳作为纤维材料。由于有机片材可以借助于已知的金属加工方法以简单的方式热成形，因此与传统的热固性纤维复合材料相比，加工时间更短。
通常，这种有机片材用于飞机、船舶或车辆制造领域，以便由纤维复合材料单独预制构件并在随后的最终组装步骤中组装它们。因此，构件通常借助于内模具和外模具在压机中形成，其中内模具和外模具之间的模具空间对应于要模制的构件。
在通过压制生产构件时，由于非常轻微的不均匀性以及所使用的内模具和外模具不完全一致，可能会出现压制压力在构件上的不同压力分布。在生产期间存在较低压制压力的区域种，成品构件的稳定性通常较低，因为由于压力较低，材料能够形成较少的内部键，也可以称为桥。特别是对于具有复杂形式的构件，即，例如具有多个曲率的构件，所描述的问题更加突出，因为在具有复杂形式的外模具和内模具中，由于在生产内模具和外模具时制造误差较低，不平整度增加并且内模具和外模具之间的一致性降低。
发明内容
由此出发，本发明解决的问题是提供一种方法，借助于该方法能以特别简单的方式由纤维复合材料制造具有高强度和复杂形式的部件。
本发明解决的问题由独立权利要求的特征处理。在从属权利要求中发现有利的配置。
因此，本发明涉及一种用于由纤维复合材料制造构件的方法，包括以下步骤：将用基质浸渍的纤维引入到在内模具和外模具之间形成的模具空间的内模具上，将分离膜引入到用基质浸渍的纤维上使得在外模具和分离膜之间形成沿外模具的侧表面延伸的空腔，在大于环境压力的压力下将导热油(thermal oil)供应到空腔中使得导热油在该压力下作用于分离膜，将导热油加热到高于基质的玻璃化转变温度，将导热油冷却到低于基质的玻璃化转变温度，其中至少在冷却到低于玻璃化转变温度期间，导热油在分离膜上的压力实质上保持恒定。
与借助于现有技术已知的压机的成形方法相比，例如C型框架压机包括固定的内模具和仅在竖直方向上可移动的外模具，用于产生仅具有竖直分量的压制压力，所提出的方法的特征在于，由于导热油作用在分离膜上并因此作用在用基质浸渍的纤维上的压制压力在分离膜的法线方向上，因此同样在要获得的构件或用基质浸渍的纤维的法线方向上作用于分离膜的每个点。通过在分离膜和外模具之间形成的空腔中使用导热油，基质上的压制压力因此与外模具和/或内模具的任何不均匀性无关。与已知的压机相比，成形所需的压制或固结压力不由压机产生或仅部分由压机产生，而是完全或实质上由导热油产生。
借助于所提出的将导热油加热到高于基质的玻璃化转变温度，随后将导热油冷却到低于基质的玻璃化转变温度，其中导热油在分离膜上的压力至少在冷却到低于玻璃化转变温度期间实质上保持恒定，确保所获得的构件变得特别稳定并具有改进的结构和高的断裂强度。特别地，借助于所提出的方法，获得了具有>98％的内键含量的构件。在本发明的含义内，保持恒定的压力意味着导热油的压力在冷却阶段期间优选地相同。实质上保持恒定的压力优选意味着在冷却阶段中压力变化不超过+/-5％。
因此，所提出的方法可以以特别简单的方式将用基质浸渍的纤维在压力和温度下形成特别稳定的构件，因为由于在生产期间均匀的压力分布，可以在用基质浸渍的纤维的材料中形成许多桥。以这种方式生产的构件因此特别适用于飞机、轮船和/或车辆。从在外模具和分离膜之间的空腔中使用导热油作为压力和加热介质以及至少在冷却到低于玻璃化转变温度期间保持导热油的压力实质恒定的基本概念出发，可以在整个分离膜上获得相等的固结压力，可以在材料中以积极的方式强制形成桥，并且可以生产出非常稳定的构件。
通常，内模具和外模具可以具有任何形状，尤其是要获得的构件的负形(negativeshape)，如圆柱体和/或横截面为半圆形或半圆形状的，扁平的，具有单个或多个曲率和/或弓形。该方法可以使用压机实施，其中内模具构成下模(lower die)，外模具构成上模(upper die)。更优选地，在它们的边缘处彼此搁置的内模具和外模具以压力密封和/或密封的方式封闭和/或彼此搁置以便在它们的边缘处接触。在这种情况下，该方法优选地包括将外模具定位在内模具上使得外模具和内模具在它们的边缘处以密封方式彼此搁置以形成模具空间的另一步骤。
虽然该方法通常可以用任何用基质浸渍的纤维实施，但这些纤维优选地被设计为玻璃纤维、聚芳酰胺纤维和/或碳纤维。最特别优选地，纤维用热塑性基质浸透或用热塑性基质浸渍。特别地，用基质浸渍的纤维被设计为纤维基质半成品、纤维复合材料和/或有机片材，这些术语有时在本发明的上下文中同义地使用。用基质浸渍的纤维优选被设计为用热塑性基质浸透的纤维和/或为玻璃纤维增强铝，也称为GLARE，作为混合材料。通常，玻璃纤维增强铝具有许多层，每层只有十分之几毫米厚，并且交替地由铝和玻璃纤维层压板构成，例如玻璃纤维增强塑料材料。
更优选地，用基质浸渍的纤维可以被配置为无纬纤维网或机织织物，其中增强纤维嵌入在塑料基质中。无纬稀松布(laid scrim)同样可以作为纤维提供，特别是以单轴或单向的无纬稀松布的形式，其可以通过固定一股平行线来获得，以双轴无纬稀松布的形式，其中两股平行线固定在两个轴的方向上，或者以多轴无纬稀松布的形式，其中多股平行线固定在不同轴的方向上。与机织织物相比，无纬网的特点是通过省略机织织物中不可避免的起伏而带来更大的强度。此外，机织织物可以包含多种组织类型，诸如平纹组织或斜纹组织。
用基质浸渍的纤维可以包含所谓的预浸材料和/或可以形成为带。优选地，用基质浸渍的纤维以连续材料的形式提供。基质可以是环氧树脂或热塑性基质以及它们的混合物。例如，基质可以包含聚苯硫醚或聚醚酮，诸如聚芳醚酮(PAEK)或聚醚醚酮(PEEK)，作为热塑性聚合物。预浸材料优选具有50μm至200μm，例如约180μm的厚度，其中包含的碳纤维优选具有0.1μm至20μm，例如6μm至9μm的厚度。
如已经提到的，在该方法期间，将导热油的温度增加到高于基质的玻璃化转变温度。在本发明的含义内，玻璃化转变温度Tg是在温度增加或加热期间发生的逐渐且可逆的转变，在基质的无定形区域中从硬且相对脆的状态到粘性或橡胶状状态。基质的玻璃化转变温度可以通过动态差示量热法测定，这是一种用于测量当基质被加热或冷却时被输出或吸收的热的量的热分析方法。基质的玻璃化转变温度Tg可以根据例如DIN 51007标准来确定。
更优选地，在该方法期间，将导热油的温度加热至高于基质的熔点。基质的熔点优选地是基质变得非常软并且不再尺寸稳定，即不能再恢复到其原始形状的温度。优选地，导热油的温度比基质的熔点高至少10℃、20℃、50℃、100℃或200℃。
基质的玻璃化转变温度和熔点取决于基质的化学组成。在聚醚酮中，醚和碳基团的可变比例尤其决定了物理性质，诸如玻璃化转变温度和熔点的水平。在聚醚醚酮(PEEK)中，熔点为约335℃，玻璃化转变温度为约143℃。在聚芳醚酮(PAEK)中，熔点为约373℃，玻璃化转变温度为约152℃。然而，玻璃化转变温度和熔点的水平可以取决于生产方法和塑料材料的确切组成而改变。
当在高于环境压力的压力下将导热油供应到空腔时，导热油在分离膜上的压力优选地比环境压力大至少1巴、2巴、5巴或10巴。更优选地，导热油在分离膜上的压力可以增加到优选地比环境压力大至少5巴、10巴、20巴、30巴或40巴的压力。更优选地，在将导热油加热到高于基质的玻璃化转变温度的同时，压力也可以保持恒定。
根据另一优选的改进，在加热导热油期间的加热速率高于在冷却导热油期间的冷却速率。加热速率或冷却速率表明导热油温度变化的速率。缓慢冷却可以优选地导致在材料中形成更多的桥并且构件变得特别稳定。快速加热尤其导致生产过程不会被不必要地延长。优选地，导热油的加热速率为20℃/分钟，冷却速率为10℃/分钟。更优选地，导热油的加热速率为15℃/分钟，冷却速率为5℃/分钟。导热油的30℃/分钟的加热速率和20℃/分钟的冷却速率也是可能的。
如已经提到的，该方法提供加热和冷却导热油。在这些步骤之间并且根据优选的进展，该方法包括将导热油的温度保持在高于基质的玻璃化转变温度至少10分钟、优选至少20分钟、更优选至少40分钟的步骤。“维持温度”尤其是指温度在维持阶段不发生变化。这优选地意味着在维持阶段温度变化不超过+/-5％。更优选地，维持阶段期间的温度不仅高于基质的玻璃化转变温度，而且高于基质的熔点。更优选地，导热油的温度维持在高于基质的熔点至少10分钟，优选至少20分钟，更优选至少40分钟。优选地，导热油的温度维持在比基质的熔点高至少10℃、20℃、50℃、100℃或200℃。
因此，用于生产构件的温度曲线优选地包括三个阶段：加热阶段、维持阶段和冷却阶段。当温度曲线表示在图表上时，即当导热油的温度相对于时间作图时，温度曲线可以是梯形的。这意味着加热阶段和冷却阶段需要一定的时间长度，并且优选地，导热油不被瞬时或突然加热或冷却。优选地，加热阶段的长度为20分钟、30分钟、40分钟或60分钟。更优选地，冷却阶段的长度为20分钟、30分钟、40分钟、60分钟、80分钟或120分钟，其中冷却阶段优选地比加热阶段长。
如已经提到的，该方法包括将导热油冷却到低于基质的玻璃化转变温度的步骤。优选地，冷却后的导热油的温度比基质的玻璃化转变温度低至少10℃、20℃、50℃或100℃。特别地，冷却后的温度基本上是室温，即在15至35℃的范围内。
根据另一个优选的发展，该方法包括将导热油加热至≥250℃、≥300℃或≥400℃的温度，并将导热油冷却至≤80℃、≤100℃、≤150℃或≤200℃的温度的步骤。优选地，取决于所使用的基质及其玻璃化转变温度和熔点选择导热油的温度。更优选地，导热油在维持阶段维持在≥250℃、≥300℃或≥400℃的温度。优选地，将导热油以350℃至410℃的温度供应至空腔，并且将导热油冷却至30℃。
在构件的生产期间，优选地不仅改变导热油的温度，而且改变导热油对分离膜产生的压力。根据优选的发展，该方法包括在加热到高于基质的玻璃化转变温度之前、期间和/或之后将导热油在分离膜上的压力增加到≥3巴、≥5巴或≥10巴的步骤。优选地，在导热油的加热阶段增加导热油的压力。可以在达到玻璃化转变温度之前、在达到玻璃化转变温度时或在超过玻璃化转变温度之后增加压力。特别优选地，在温度的维持阶段中增加导热油的压力。这优选地意味着在超过基质的玻璃化转变温度之后特别优选地增加导热油的压力。
该方法还可以包括将导热油在分离膜上的压力维持在≥3巴、≥5巴或≥10巴至少80分钟、优选至少120分钟、更优选至少180分钟的步骤。特别是，在该维持阶段压力保持恒定，即，例如其值在+/-5％内不变化。
根据另一个优选的发展，该方法包括在将导热油冷却到低于基质的玻璃化转变温度之后将导热油在分离膜上的压力基本上降低到环境压力的步骤。特别地，可以在导热油的冷却阶段之后降低导热油的压力。
类似于温度曲线，压力曲线优选地包括三个阶段，压力增加阶段、压力维持阶段和压力降低阶段。当压力相对于时间绘制在图表上时，压力曲线可以是梯形的。或者，压力曲线可以几乎是成直角的，即可以包括几乎瞬时的压力增加和压力降低。
优选地，在增加导热油在分离膜上的压力时的压力增加率基本上对应于在降低导热油在分离膜上的压力时的压力降低率。这意味着压力的建立和释放基本上同样迅速。具体地，这意味着压力增加率与压力降低率相同或与压力降低率±5％相同。
更优选地，压力的维持阶段在温度的维持阶段之前或期间开始。换言之，这优选地意味着，在第一种情况下，在导热油仍然被加热的同时，压力已经基本保持在≥3巴、≥5巴或≥10巴的压力下。在第二种情况下，这优选地意味着仅在温度高于基质的玻璃化转变温度的导热油的温度维持阶段中，压力基本被维持恒定在≥3巴、≥5巴或≥10巴的压力下。
根据另一个优选的发展，该方法包括增加导热油的压力、降低导热油的压力、加热导热油和冷却导热油的步骤，其中导热油在分离膜上的压力可以独立于导热油的温度而改变。具体地，压力可以独立于温度变化而变化，并且温度可以独立于压力变化而变化。换言之，这优选地意味着导热油的压力不会因为导热油被加热而升高，或者压力不会因为导热油被冷却而下降。
根据另一优选配置，该方法包括特别是在引入用基质浸渍的纤维之前，将纵梁、框架和/或加厚部分引入到内模具的凹部中的步骤。纵梁、框架和/或加厚部分可以是局部加强件，例如用于车辆、船舶或飞机中的窗户、门和/或舱口开口，和/或当生产成型零件时可以借助于所提出的方法步骤并入的结构支架。通过并入纵梁、框架和/或加厚部分，构件可以采用任何复杂的形状。当通过在高于基质熔点的温度下向空腔供应导热油来熔化用基质浸渍的纤维时，纵梁、框架和/或加厚部分的连接接触表面被熔化并以这种方式连接到纤维复合材料。凹部优选地通过例如铣削工艺形成，使得当纵梁、框架和/或加厚部分被放置到凹部中时，其与内模具的侧表面齐平。纵梁、框架和/或加厚部分优选地插入凹部中作为预制固结的构件。
根据优选的发展，该方法包括将内模具冷却到≥150℃、≥200℃或≥250℃的温度的步骤，或者在前述步骤之后，在纵梁、框架和/或加厚部分的区域中将内模具冷却到≤150℃、≤200℃或≤250℃的温度。优选地，为此目的，在纵梁、框架和/或加厚部分的区域中设置多个供应管道，这些供应管道轴向延伸穿过内模具并且围绕凹部布置。这可以确保设置在凹部中的纵梁、框架和/或加厚部分确实由于加热的导热油而熔化到相关的连接接触表面上，但是纵梁、框架和/或加厚部分的剩余部分保持低于软化温度。
关于要形成的构件，根据优选的发展，使用具有内模具和外模具的压机来实施该方法，其中内模具和/或外模具被设计成模制飞机构件、船舶构件或车辆构件。通常，内模具和外模具可以具有任何形状，其中内模具和外模具优选被设计成生产飞机、轮船或车辆的构件。此外，构件可以是飞机或风力涡轮机的转子叶片。
根据优选的发展，提供具有内模具和外模具的压机，特别是C形框架压机，和/或在引入分离膜之后，该方法包括使内模具和外模具相对于彼此张紧直到形成模具空间的步骤。外模具和内模具优选地被设计成使得在张紧之后模具空间是压力密封的。压机优选地包括压机框架，特别是C形框架，其包括上水平C形腿、下水平C形腿和垂直C形底座，该底座互连上C形腿和下C形腿。
优选地，经由压缸，内模具作为下模以固定方式支撑在下水平C形腿上，并且外模具作为上模支撑在上C形腿上，从而通过致动压缸，内模具和外模具可以相对于彼此张紧，直到形成模具空腔。C形框架优选地被设计成框架结构，多个C形的、相互连接的压机框架能够在纵向方向上一个接一个地设置。各个压机框架优选地通过夹紧件相互连接。除了上述压缸支撑在上C形腿上的下冲程压机之外，该压机同样可以具有上冲程结构，使得内模具可以通过压缸相对于设置在上C形腿上的外模具张紧。
根据优选的发展，用基质浸渍的纤维包括预固结的半成品壳和/或预固结的单独层。特别是用热塑性基质浸透的纤维也可以包括嵌入热塑性基质中的纤维机织织物和/或无纬纤维网。在机织织物和无纬网中，纤维可以彼此成直角延伸，以便以与现有技术中已知的材料诸如金属板相比改进的方式限定机械性能诸如刚性、强度和/或热膨胀。
最特别优选地，相同的导热油用于加热，即在以高于基质熔点的温度将导热油供应到空腔时，以及用于随后的冷却。换言之，在空腔中发现的导热油优选在泵送过程期间被冷却并再次被供应到空腔，同时导热油在高于环境压力的压力下继续作用于分离膜。
根据优选的发展，该方法包括特别是在引入用基质浸渍的纤维之前，将外模具和/或内模具预热到基础温度的步骤。为此，可以在外模具和/或内模具中设置加热和/或冷却管道，用于在固化之前和/或固化期间相关模具的温度控制。加热管道和/或冷却管道优选地在轴向方向上以规律的间隔延伸和/或以便分布在相关模具的整个侧表面上。为了向空腔供应导热油，优选地为导热油提供供应通道，该供应通道在径向方向上延伸穿过外模具。
根据更优选的配置，该方法包括向内模具的侧表面施加负压的步骤。优选地，内模具沿侧面以规律的间隔设置有多个负压管道，所述负压管道沿径向方向延伸穿过下模具和/或连接至真空泵，借助于该真空泵可以生成负压。以类似的方式，可以提供加热和/或冷却设备，以便借助于加热和/或冷却管道将外模具和/或内模具预热或冷却到基础温度。
通常，存在用于配置内模具和/或外模具的各种选项。根据特别优选的发展，内模具和/或外模具由因瓦(invar)制成。因瓦是一种具有极低热膨胀系数的铁镍合金，这意味着由这种材料制成的内模具和/或外模具的特征在于由于导热油引起的温度变化而具有极低的膨胀。
由于在将导热油加热到高于基质的玻璃化转变温度的温度和在将导热油冷却到低于基质的玻璃化转变温度时，压力都大于环境压力，因此优选地在形成期间没有无压阶段。特别是用热塑性基质浸透的纤维优选具有与空腔的厚度相当的厚度，使得由于其显著更高的热容量，导热油足以引起用于形成特别是用热塑性基质浸透的纤维的熔融过程。
附图说明
在下文中，将结合附图基于优选的实施方案更详细地说明本发明，其中：
图1是用于实施根据本发明的一个实施方案的由纤维复合材料成产构件的方法的装置的示意性透视图，
图2是图1所示的装置的细节的示意性剖视图，包括内模具和外模具，
图3示出了根据本发明的一个实施方案的方法的示例性的压力和温度曲线，
图4显示了根据本发明的另一实施方案的方法的示例性的压力和温度曲线，和
图5示出了根据本发明的又一实施方案的方法的示例性的压力和温度曲线。
具体实施方式
图1示出了C形框架压机形式的装置，该装置用于执行用于由作为纤维复合材料的有机片材生产飞机构件的方法。C形框架压机包括设计为C形框架2的压机框架，具有上水平C形腿3、下水平C形腿4和垂直C形底座5，该底座互连上C形腿3和下C形腿4。压机被设计为框架结构，并且包括多个相互连接的C形压机框架6，压机框架6在压机的纵向方向上一个接一个地排列。
圆柱体状的内模具7设置在下C形腿4上。内模具7为凸形的，横截面被设计为半圆形，圆柱体直径为6m。在纵向上方向，内模具7在其端部之间以15m的圆柱体高度延伸。在内模具7上方设置与内模具7一致的外模具8，即同样为圆柱体状并因此是凹形的。多个压缸9支撑在上C形腿3上并作用于外模具8。通过这种方式，外模具8可以通过压缸9在垂直方向上以横梁的方式移动，即打开模具空间以便从以此配置的装置中去除构件1，如箭头10所指示。
参考如图2所示的内模具7和外模具8的细节的示意性剖视图，在图1所示的外模具8距离内模具7一定的距离情况下，将如图2所示的分离剂10喷射在内模具7上。然后将用热塑性基质，特别是玻璃纤维、聚芳酰胺纤维和/或碳纤维浸透的纤维施加到内模具7上，内模具7为预固结的半成品壳的形式或预固结的单个层，即所谓的有机片材的形式，使得有机片材7覆盖圆柱体状的内模具7的整个侧表面12直到内模具7的边缘。
在可选步骤中，将分离薄膜13以抗粘附层的形式施加到用热塑性基质浸透的纤维1上。分离薄膜13又覆盖有由金属制成的分离膜14，该分离膜14同样覆盖内模具7的整个侧表面12。
如图2所示，然后将外模具8布置在内模具7上方，使得在外模具8的侧表面14之间形成空腔15。这样，空腔在外模具8的整个侧表面14上延伸，并且具有2至5mm的大致一致的厚度。内模具7和外模具8由因瓦铁镍合金制成，并且被构造成当外模具8如图2所示搁置在内模具7上形成空腔15时，内模具7和外模具8以密封方式闭合或彼此搁置以在它们各自的侧表面12、14的边缘处接触。
该装置包括导热油温度控制和压力设备16，其首先设计成将导热油17供应到空腔15，使得由于导热油17而在分离膜上施加一定的压力。导热油17可以沿外模具8的整个侧表面14在空腔15内自由分布，压力在内模具7的侧表面12的法线方向上和在用热塑性基质浸透的纤维1的延伸方向上作用于分离膜14a的每一点。此外，可以通过导热油温度控制和压力设备16对导热油进行温度控制，即加热和冷却。
因此，导热油17用作压力、加热和冷却介质，以便对在整个分离膜14a上对热塑性基质浸透的纤维施加恒定的固结压力，并允许对用热塑性基质浸透的纤维1进行有针对性的、一致的加热和有针对性的、一致的冷却。由于其热容量显著高于用热塑性基质浸透的纤维1的热容量，因此借助于导热油17以这种方式实现用热塑性基质浸透的纤维1的熔化过程。
该制备方法规定，导热油17被加热到高于基质的玻璃化转变温度和被冷却到低于基质的玻璃化转变温度，其中至少在冷却到低于玻璃化转变温度期间，导热油17在分离膜14a上的压力基本保持恒定。
图3、4和5示出了三个示例性的压力曲线24和温度曲线25。导热油17的压力和温度的值相对于时间26被绘制在图表上。在本实施方案中，用热塑性基质浸透的纤维1为预浸材料。在本实施方案中，塑料基质由聚芳醚酮(PAEK)制成，并且玻璃化转变温度为147℃，熔点为305℃。这种纤维是碳纤维。
在图3中，导热油17被从室温加热到350℃。从这个意义上说，导热油被加热到高于基质的玻璃化转变温度和熔点，加热速率为约20℃/分钟。在加热期间，导热油17的压力从环境压力增加到18巴。压力增加基本上是突然发生的，即在非常短的时间范围内，从而图3示出压力曲线24的垂直升高。导热油的压力增加发生在200℃的温度下。因此，当温度超过玻璃化转变温度147℃但尚未达到熔点305℃时，压力增加。压力增加后，压力被保持恒定在18巴。在持续80分钟的压力维持阶段期间，导热油17被进一步加热直到达到350℃的温度。该温度被保持12分钟。然后导热油17的冷却阶段开始，其中导热油以10℃/分钟的冷却速率冷却。导热油17被冷却到100℃，即低于玻璃化转变温度147℃，同时导热油的压力被保持恒定。在100℃时，导热油的压力降低，这基本上与压力增加一样是突然发生的。图3中的压力曲线24因此基本上是矩形的，而温度曲线25是梯形的。
在图4中，导热油17被从25℃加热到365℃。导热油17因此被加热到高于基质的玻璃化转变温度和熔点，加热速率为约10℃/分钟。加热阶段持续约35分钟。然后导热油17的温度在365℃下被维持40分钟。在整个加热阶段期间，压力为约2巴。仅在温度维持阶段期间，压力从2巴增加到10巴。这种压力增加基本上是突然发生的，即在非常短的时间范围内，因此图4显示了压力曲线24的垂直上升。一旦导热油17在365℃下被保持10分钟，就发生导热油17的压力增加。压力增加后，压力被保持恒定在20巴。温度的维持阶段在40分钟后结束，导热油17以3℃/分钟的冷却速率冷却。在冷却期间，压力继续保持恒定在20巴。导热油17被冷却到100℃，即低于玻璃化转变温度147℃，同时导热油的压力保持恒定。冷却阶段持续约85分钟。然后导热油的压力降低到环境压力，这基本上与压力增加一样是突然发生的。
图5示出了另一个示例性的压力和温度曲线。类似于图4，导热油17被从25℃加热到365℃，即加热到高于基质的玻璃化转变温度和熔点，加热速率为约10℃/分钟。加热阶段持续约34分钟。然后导热油17的温度在365℃下被保持50分钟。在加热开始时，前17分钟的压力为2巴。然后将压力增加到12巴，并保持在该值。当导热油达到约200℃时，压力增加。压力增加不突然发生，而是以约1巴/分钟的压力增加速率持续约10分钟。因此，在温度为365℃的维持阶段之前，达到了12巴压力的维持阶段。温度的维持阶段在50分钟后结束，并且导热油17以5℃/分钟的冷却速率冷却至温度100℃。在冷却期间，压力继续保持恒定在12巴。冷却阶段持续约50分钟。在此之后，即当达到约100℃时，导热油的压力降低，这基本上是突然发生的。
图2还示出了径向延伸穿过外模具8的各种供应管道18，其被设置用于将导热油17引入外模具8的空腔15中。对于加热和冷却，轴向延伸的加热和/或冷却管道19设置在内模具7和外模具8中，因此可以对相应的模具进行预热、冷却和/或温度控制。借助于设置在内模具7中并径向延伸穿过内模具7的真空管道20，负压可以被施加到内模具7的侧表面12。
如图2所示，在内模具7中设有凹部21，凹部中插入纵梁22(左侧)和加厚部分23(右侧)。围住相关的凹部19的冷却管道19与相应的凹部21相邻设置。在纵梁22或加厚部分23的连接接触表面被导热油17熔化并且可以连接到用热塑性基质浸透的纤维1时，布置在凹部21周围的冷却管道19用于冷却纵梁22或加厚部分23，使得它们保持低于软化温度。
在成型的构件1固化后，可以使外模具8升高，如图1所示，并且将成型的构件1从由内模具7和外模具8形成的模具空间去除。如图1所示，内模具7和外模具8可以被设计成模制飞机机身的一半，但也可以借助于所提出的方法和装置以特别简单的方式模制任何其他部件，例如飞机机翼或飞机螺旋桨。
所描述的实施方案仅仅是可以在权利要求的上下文中以各种方式修改和/或补充的实施例。已经针对特定实施方案描述的任何特征可以单独使用或与任何其他实施方案中的其他特征结合使用。已针对特定类别中的实施方案描述的任何特征也可以以相应的方式用于另一类别中的实施方案中。
附图标记列表
构件，用基质浸渍的纤维 1；
C-形框架 2；
上C形腿 3；
下C形腿 4；
C形底座 5；
压机框架 6；
内模具 7；
外模具 8；
箭头 9；
箭头 10；
分离剂 11；
(内模具的)侧表面 12；
分离薄膜 13；
(外模具的)侧表面 14；
分离膜 14a；
空腔 15；
导热油温度控制和压力设备 16；
导热油 17；
供应管道 18；
加热/冷却管道 19；
真空管道 20；
凹部 21；
纵梁 22；
加厚部分 23；
压力曲线 24；
温度曲线 25；
时间轴 26。

Claims (15)

1.一种由纤维复合材料生产构件(1)的方法，包括以下步骤：
将用基质浸渍的纤维(1)引入到在内模具(7)和外模具(8)之间形成的模具空间的所述内模具(7)上；
将分离膜(14a)引入到所述用基质浸渍的纤维(1)上，从而在所述外模具(8)和所述分离膜(14a)之间形成沿所述外模具(8)的侧表面(14)延伸的空腔(15)；
以大于环境压力的压力向所述空腔(15)供应导热油(17)，使得所述导热油(17)在所述压力下作用于所述分离膜(14a)；
将所述导热油(17)加热到高于所述基质的玻璃化转变温度，和
将所述导热油(17)冷却到低于所述基质的所述玻璃化转变温度，其中
至少在冷却到低于所述玻璃化转变温度期间，所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力实质上保持恒定。
2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在加热所述导热油(17)期间的加热速率高于在冷却所述导热油(17)期间的冷却速率。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：
将所述导热油(17)的温度保持在高于所述基质的所述玻璃化转变温度至少10分钟，优选至少20分钟，更优选至少40分钟。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：
将所述导热油(17)加热至温度≥250℃、≥300℃或≥400℃，和将所述导热油(17)冷却至温度≤80℃、≤100℃、≤150℃或≤200℃。
5.根据前述权利要求所述的方法，包括以下步骤：
在加热到高于所述基质的所述玻璃化转变温度之前、期间和/或之后，将所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力增加到≥3巴、≥5巴或≥10巴。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：
将所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力保持在≥3巴、≥5巴或≥10巴至少80分钟，优选至少120分钟，更优选至少180分钟。
7.根据前述权利要求所述的方法，包括以下步骤：
在将所述导热油(17)冷却到低于所述基质的所述玻璃化转变温度之后，将所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力实质上降低至环境压力。
8.根据前述权利要求所述的方法，其中在增加所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力时的压力增加速率实质上对应于在降低所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力时的压力降低速率。
9.根据前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：增加所述导热油(17)的压力、降低所述导热油(17)的压力、加热所述导热油(17)和冷却所述导热油(17)，其中所述导热油(17)在所述分离膜(14a)上的压力能独立于所述导热油(17)的温度而改变。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：
将所述外模具(8)和/或所述内模具(7)预热到基础温度，特别是在引入所述用基质浸渍的纤维(1)之前，和/或
将负压施加到所述内模具(7)的侧表面(12)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：将纵梁(22)、框架和/或加厚部分(23)引入到所述内模具(7)的凹部中，特别是在引入所述用基质浸渍的纤维(1)之前。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述内模具(7)冷却到温度≥150℃、≥200℃或≥250℃的步骤，或者基于根据前述权利要求的方法，包括在所述纵梁(22)、所述框架和/或所述加厚部分(23)的区域中将所述内模具(7)冷却到温度≤150℃、≤200℃或≤250℃的步骤。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括具有所述内模具(7)和所述外模具(8)的压机，特别是C形框架压机(6)，和/或在引入所述分离膜(14a)之后，将所述内模具(7)和所述外模具(8)相对于彼此张紧直到形成所述空腔(15)的步骤。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述用基质浸渍的纤维(1)包括预固结的半成品壳和/或预固结的各个层。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括具有所述内模具(7)和所述外模具(8)的压机，其中所述内模具(7)和/或所述外模具(8)被设计成模制飞行器构件、船舶构件或车辆构件。
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