CN1297379C - 预成形件制作方法、预成形件和用其模制的复合材料结构 - Google Patents

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Abstract

一种制作纤维预成形件(18)的方法,包括把纤维和粘结剂(14)这样地分散到一成形支承表面上,即先对这些材料进行调理而后将其涂覆到复合材料固化的表面。纤维之类的增强材料与热塑性或热固性材料的粘结剂混合而粘附成有粘着力的混合物。然后以可控制的预定重量比把有粘着力的混合物分散到支承表面上,混合物粘结于支承表面并冷却而固化。也可以在完全固化之前将沉积的混合物进一步整形成所需要的最终形状。这一工艺过程不需要用真空或封闭气室系统来使增强材料保持在位。预成形件可制作成任一形状,包括型材形状和不对称的形状。

Description

预成形件制作方法、预成形件和用其模制的复合材料结构
技术领域
本发明是关于预成形件的制作方法,尤其是关于用在复合的模制制品中的预成形件的制造方法。该方法特别是关于与聚合物材料一起使用的结构预成形件的制作。
背景技术
现今,高强度聚合物材料在许多应用场合中被越来越多地用于替代诸如金属之类的传统的结构材料。较之金属材料,聚合物材料有重量轻、价格低和耐久性好等优点。但是,聚合物材料的强度一般比金属材料的低得多。聚合物材料若不用某种方式增强,其往往不能满足所替代的金属的强度要求。
因此,聚合物复合材料现已发展到能满足这样的强度要求。这些复合材料的特征是有连续的聚合物基质,其中内埋藏着增强材料,而增强材料通常是具有一定刚性的长径比很高的材料,例如玻璃纤维。
这些复合材料典型地是被模制成预定的形状,且在许多情况中形状是不对称的。为把增强材料放入复合材料内,通常是在一个第一步骤中把增强材料放入模子内,随后将模子合拢,然后注入流体模制树脂。模制树脂注入模子内,包括充满纤维之间的空隙,然后通过冷却或固化而变硬,从而形成所需要的复合材料。或者,可以在模制之前将模制树脂涂覆于增强纤维,而后将涂有树脂的增强纤维放入模子内,进行加热和加压,使树脂固化而制成所需的复合材料。
当然希望增强材料在复合材料中的分布是均匀的。否则,在缺少增强材料的地方,复合材料就会有局部强度不足。因此,正确准备增强材料,使各根纤维在整个复合材料内均匀分布是很重要的。此外,在模制树脂进入模子的过程中应能使各根纤维保持在位而不被模制树脂冲走或冲歪以保持纤维的均匀分布。
鉴于这些原因,通常的作法是先在模子外面把增强纤维成形为一个席子,然后将预成形的席子放入模子内,并且或者用树脂灌注而制成最终的复合材料制品,或者简单地加热和加压而制成密度很低的复合材料制品。席子一般是通过增强纤维成形为与模子的内部相匹配的形状并在纤维上涂以粘结剂来制备的。在某些情况中,预涂热固型的粘结剂,然后在将纤维成形为席子之后进行固化。
在其他方法中,有的是涂覆热塑型的粘结剂,以便在随后的工序中可将粘结剂加热软化而使席子成形。这种粘结剂把各根纤维相互“胶粘”起来,使形成的席子在被放入模子时保持其形状,以便进一步加工。在流体模制树脂注入模子时粘结剂还帮助各根纤维保持其位置。在某些情况中,也可以将模制树脂在模制之前涂于增强纤维,把带有粘结剂和树脂的纤维放入模子内,随后在其中加温加压,使树脂固化而制成所需的复合材料制品。
通常用的粘结剂主要有三种类型,各有各的缺点。应用最多的粘结剂一直是溶剂调和的聚合物,也就是液体,例如环氧树脂和聚脂树脂。通常是用“空气引导”的方法把用溶剂调和的粘结剂喷涂到席子上,然后加热席子使溶剂挥发,以及如果必要,使粘结剂固化。这意味着粘结剂的应用至少是一个两步骤的过程,从节省观点来考虑,它是不合理的。还有,使用溶剂也是个麻烦,它会引起环境、暴露和回收问题。处理这些问题可能明显地增加生产过程的费用。这样的生产过程也是能源密集型的,因为整个席子必须被加热而仅仅是为了使溶剂挥发出去和使粘结剂固化。固化步骤也使得生产过程耗时较长。
溶剂调和的聚合物粘结剂的使用是极端脏乱的。为了保持工作区域和用以在其上成形席子的网屏清洁还需要很高的维护费用。在这种情况中,其中粘结剂可能是低粘度的流体,其倾向于到处流而涂盖纤维的大部分表面。在随后从用这种方式制作的预成形件制成复合材料制品时,粘结剂往往与纤维和连续的聚合物相之间的粘结作用发生冲突而伤害最终复合材料制品的物理性能。
粘结剂的第二种形式是粉状的粘结剂,它们可以先与纤维混合,随后一起成形为预成形件形状,一起被现场加热而使粘结剂固化。或者可以将粉状粘结剂喷涂到纤维上。但是,在空气引导法中简单地替代粉状的粘结剂会引起一些问题。例如,除非先给网屏加一个面罩来防止粘结剂颗粒被吸入,否则,不可以喷涂粉状粘结剂。这又增加了总的成本和生产过程步骤。悬浮于空气中的粉末还可能引起健康问题和爆炸危险,这决定于使用条件。粉状粘结剂的使用还需要在其被喷涂到纤维上之后进行一加热步骤以熔化粘结剂颗粒。加热使这一生产过程成为能量密集型的。
第三种粘结剂是加热的热塑性材料,其可以被熔化并作为粘结剂来喷涂。这类材料的使用可以不需要任何随后的加热步骤,因为粘结剂不需要用热来达到对纤维的某种不确定的粘结程度。这种方法的问题是可能出现“腾空”现象,或者说是预成形件的紧密度不足。腾空现象通常之所以会发生是因为一般是随意地将热塑性材料加热至其熔点以上一个任一温度,导致其冷却过程中缺乏均匀性以及在纤维表面上的过分流动。这会允许某些纤维在它们被起固化作用的热塑性材料固定在位之前“弹跳回来”,这可能导致形成的预成形件的密度比预期的低,整个预成形件的密度不一致,以及纤维和纤维之间的粘结力不足。
鉴于上述问题,本文援引美国专利6,030,575中揭示的一种已有技术的方法,以供参考,它是把加热的粘结剂涂到已被支承在一支承表面上的纤维上,同时在该支承表面的另一侧施加真空度。用这种方法,纤维被真空的吸力保持在位,同时用喷射器以高压喷涂粘结剂。这种对纤维施压的方法可使得形成一种结实的增强结构。随着喷涂,并在由真空产生的空气流的协助下,粘结剂冷却并固化成所需要的预成形件形状。但是,应用真空需要封闭气室形式的附加设备,还需要附加的控制功能和附加的正确应用纤维和真空的劳动力。所以,物资和操作成本都增加了。
鉴于这些已有技术方法存在的问题,需要提供一种比较简单的制作预成形件的方法,用这种方法,与溶剂调和的、粉状的和热塑性的粘结剂的使用有关的问题都可尽可能地减小或完全克服。也需要提供一种操作简单因而易于实现自动化的生产成本低的方法。在一个更简单的成形过程中,甚至可能取消把预成形件转移到模制工具的步骤和/或取消对成形表面施加真空的需要。
发明内容
本发明的一个方面是提供了一种可借以有效而低成本地制作高强度结构预成形件的方法。
本发明的另一个方面是提供了一种不需要使用溶剂的制作预成形件的方法。
本发明的再一个方面是提供了一种可制作各种形状的预成形件包括不对称的零件或零件的不对称局部的方法。
本发明的又一个方面是提供了一种采用较少的部件因而可降低资本投入和运营生产成本的方法。
本发明很容易适应于自动化生产和/或控制。
本发明的一种方法包括供给增强材料、供给粘结剂材料、把增强材料和粘结剂材料混合起来以使粘结剂材料粘附于增强材料、将混合物流涂覆于支承表面进而使混合物粘附于支承表面、以及使混合物固化而形成预成形件的步骤。
具体地说,该方法是关于用在成形一结构零件中的预成形件的制作,在这一方法中,供给纤维型的增强材料流,通过把加热的粘结剂材料流提供给纤维型增强材料流使微粒粘结剂材料粘附于增强材料而形成有粘着力的混合物,以及将增强材料和粘结剂材料的有粘着力的混合物喷涂到一支承表面上而使混合物粘附于该支承表面并固化成预成形件。
按照这里所述的方法及其变动方法制作的预成形件也属于本发明的内容。
应该理解,这里描述的本发明可以用多种方式来改变而不限于这里所描述的几个具体实施例。本发明意欲总地包括在制作过程中先将纤维材料和粘结剂材料混合起来随后将混合物涂覆于支承表面然后固化成所需要的形状的任何实施例。
附图简述
下面将结合各附图对本发明作更详细的描述。各附图中:
图1是按照本发明的一个方面用于将材料涂布在一用以制作预成形件的表面上的一个末端执行器的立体示意图。
图2是按照本发明的一个方面正在被制作的一个预成形件的立体示意图。
图2A是用于本发明的方法的成形表面之一种型式的局部放大剖面图。
图2B是用于本发明的方法的成形表面之另一种型式的局部放大剖面图。
图2C是用于本发明的方法的成形表面之另一种型式的局部放大剖面图。
图2D是用本发明的方法成形的预成形件的局部放大剖面图。
图3是用于本发明的方法的一个实施例的末端执行器的前视图。
图4是图3的末端执行器的侧视立体视图。
图5是用于本发明的方法的另一个实施例的末端执行器的前视立体视图。
具体实施方式
下面将以用在造船工业中的预成形件的成形为例说明本发明,例如建造诸如舱口和舱口盖、甲板、甲板分段或船体等玻璃纤维增强制品。但是,应该理解,这仅是示例性的实施例,实际上,该方法可以应用于需要用高强度结构件的各种场合。例如,按照所揭示的本发明的实施例制作的预成形件可以用在汽车、飞机和建筑工业中,或用作诸如家用电器之类的家用物品的元件。再者,尽管这里给出了具体的材料示例,但是任何合适的材料都可以用。
如图1所示,用于实践本发明的方法的预成形件制作组件10包括一个材料涂覆机12,它可将预成形件的材料混合物14涂覆于支承表面16用以制成预成形件18。在这一应用中,术语“预成形件”是指覆盖住用作复合结构零件内的增强埋入物或结构支承件的任何结构,所述复合结构零件最好是但不必一定是一个模制件。这样一个预成形件18可以用在模子内或作为模子支承结构的一部分。例如,预成形件18可以放在合拢的模子内或放在开着的模子(例如盘槽或底座)上用以形成复合材料零件。或者预成形件18可以用作基础结构,其上再粘合或模制以其它材料,这样它就起一个骨架或盘槽的作用,并且可消除对模子底座或模制工具的需要。预成形件18可以是任何所需要的形状。拿最简单的来说,它像一个成形的席子。
图1中的材料涂覆机12包括一个机器人控制的带有一个末端执行器22的臂20,由末端执行器22将预成形材料混合物14送到支承表面16上。预成形材料混合物14由末端执行器以任何已知的涂覆方法,包括例如喷涂、吹涂、蒸汽涂、喷射涂、分层涂或覆盖等方法来涂覆。
如图1所示,支承表面16可以是包括整个零件形状或零件的部分的任何表面。支承表面16可以包括取向于任一平面内的表面。这一方法特别适用于把材料涂覆于垂向表面24。例如,图2示出,预成形件被成形为一整个船体,其将被用作模制过程中的自由站立结构基础。在这一情况中,被涂布于支承表面16的预成形件材料混合物14包括随机取向的由一种热塑性粘结剂保持在位的切断玻璃纤维,如图2D所示。
大家将会认识到,支承表面16可以用任何适当的材料制作,包括玻璃纤维、金属或陶瓷,尤其是那些已知的用在模制工具中的材料。如果需要,也可以对这一表面进行预处理。例如,如果预成形件18将仅被压缩和加热而应用之,不再有附加的模制步骤,可能需要粉末覆层支承表面16。还有,也可以采用用于模制的表面处理,诸如用胶质覆层、脱模剂、脱壳剂或面罩,可以单独使用一种或几种组合使用。很明显,预成形件18的预定用途决定着支承表面16的具体结构。
图2A-2C示出了可用于本发明的各实施例的方法的支承表面16的各变化形式。支承表面16可以是开有许多孔28的板类构件26,如图2A所示,在涂覆过程中这些孔28允许空气从中流过。下面将会说明,虽然支承表面16处没有控制的空气流,但是在涂覆过程中集留在支承表面16和混合物14之间的环境空气会通过孔28跑出,这样就在混合物14的涂覆过程中提供了更多控制,也会使预成形件18更紧密。
或者,支承表面16可以是如图2B所示的硬质网状物30。在这一实施例中,混合物14可以粘附于网状物30并使网状物30结合入预成形件结构,这样就增加了刚性。网状物30还有附加的优点,就是其允许环境空气在涂覆混合物14的过程中从网孔中流过。网状物30可以是任何合适的材料的,包括玻璃纤维、塑料、金属、木材以及它们的任意组合。网状物30由于有空隙还为随后的模制过程提供了一些优点,因为模制时涂覆的树脂可流进那些空隙并粘固在其内。
图2C示出了适用于本方法的支承表面16的第三种型式。在这一情况中,支承表面16是一个实密的板32。图1中也示出了实密板表面32,该图中正在成形一个用于一零件的一个预成形件。在涂覆过程中混合物14直接粘附于板32。用这种板可以得到紧密的预成形件结构18,因为混合物14是被压到板32上。还有,在这一情况中,固化的混合物14可有便于以后处理的平滑的外表面。
支承表面16不必定形为最终需要的预成形件18的形状。因为混合物14是在粘稠状态下涂覆,通过控制涂覆时的粘度,可以在混合物14固化之前将其压成所需要的不同于支承表面16的形状。由于预成形件18不是严格地遵循支承表面16的形状,这就给预成形件的形状提供了很大的灵活性。
可以用任何合适的材料制作预成形件18。增强材料也可以是能够起增强作用的任何材料。增强材料最好是相对刚性、长径比高的材料。在这一较佳实施例中,增强材料是切断的纤维材料,例如玻璃纤维。增强材料可以以切断状态提供,或者也可以在涂覆过程中或恰在其之前把纤维切断。较好的是增强材料提供一个带有空隙的表面,以利于随后涂覆的模制材料能紧密地粘附于增强材料。
粘结剂可以是市售的微粒粘结剂材料,包括热塑性的和热固性的聚合物、细胞状的和非细胞状的聚合物、玻璃、陶瓷、金属或多组分的活化系统。例如,一种适当的粘结剂是热塑性环氧混成物。粘结剂在使用过程中占大部分时间的环境温度下最好是真正的固体或过冷的液体,这样溶剂之类的挥发性有机物就不会大量存在。以此,就可以避免与溶剂有关的环境问题。再者,粘结剂最好是一种不需要为了固化而进行后热处理的材料,这样可以减少时间和能量要求。特定的材料可以是任何已知的粘结剂,最好是一种可以调理的、熔化时不会有明显的分解、一冷却就能粘附于增强材料的、而且在模制过程中的典型温度范围内性能稳定的粘结剂。具体的粘结剂可以根据所需要的预成形件的特性及其最终预定用途来选择。
一种适当型式的末端执行器22详示于图3和4。末端执行器22可以是能够按照本发明的方法及其在本文中所揭示的改变形式送出材料的任何器件。末端执行器22最好是装在机器人臂20上,但是很明显它也可以手动地或以其它方式支承。在这一方法中,采用了双加热器件结构。从图3可见,一个平衡的拼合式供料头33将燃料最好是天然气供给到两个燃烧器34和36。平衡头33把一个主头分成两路分别供给燃烧器34和36,以维持燃气混合物的均匀等量供给,以及维持制作过程中的进口压力状态。
燃烧器34和36分别有一个燃烧器点火元件38和40,其可以是能够程序驱动点火或手动远程控制的。下面将说明,双燃烧器结构可在点火元件38和40喷出的火焰内产生一个热包络区42。
例如,燃烧器34或36或两者最好能提供一个受控的、可变的并均匀的温度型面,且其标称容量应约为10,000BTU每燃烧器直线英寸。燃烧器34或36或两者可有一个带有传感器的燃气混合物供应控制室,其可以连续地监测和校正火焰混合物质量和氧气含量。这样可将火焰质量控制在预定的界限内。可设置当超过规定的参数或出现不安全的混合物状态时自动关断功能。当然,根据所需要的热区42的尺度和结构,可以用任何数量的燃烧器。从成本和效率考虑,用天然气较好,但也可以用任何其它燃料。也可以采用低压火焰,例如,火焰速度可以是1000英尺每分左右。
增强材料由材料切断装置44供应。根据被切断的材料的类型,切断装置可以改变。切断装置44可与过程控制系统完全作成一体,以允许根据控制程序要求或来自过程监测系统的过程传感器和控制系统信号进行过程中起动、停止和运行参数调整。切断装置44也可以是手动控制的或由操作员的输入来改变的。如果需要,也可以用预先切断的材料或其它颗粒材料。
切断的材料46通过材料形状管48供给。切断的材料46,也称为“断丝”可以用吹、落下、喷射或以其它方式从送料管48送出。送料管48应设计成可提供一个单独的可控区域,用于准备把切断材料46导入材料流的材料处理。也可以为任何可能需要的材料调理介质提供一个可控的容积。从图3可见,切断材料46是以材料流的形式进入热区42。供料管48有一个空气进口50,以帮助切断材料46随着其被从送料管48送出形成切断材料流。
粘结剂导入口52和54把粘结剂56以粘结剂流的形式向热区42沉积。导入口52和54最好设计成能把来自一计量配给装置的空气携带粘结剂导入材料流。粘结剂56可以是微粒形式的或任何常规形式的,只要其能与上面所述的切断材料46相混合即可。在这一结构布置中,粘结剂56以双股流供应,其在进入热区42之前被分散入切断纤维流46中。
另一种末端执行器组件示于图5,这一末端执行器60是安装在机器人臂20上。在这一结构布置中,设置了一个带有一单个点火元件64和燃烧器面板66的中心燃烧器器件62。一对增强材料切断装置68和70定位于燃烧器器件62的两侧并分别通过送料管72和74把切断纤维流46送至热区42的焦点。邻近增强材料送料管72、74设置的四个粘结剂导入口E把粘结剂流送到该焦点。借此,增强材料流46和粘结剂流56被分层地一起进入热区42而混合起来并形成具有粘着力的混合物。
或者,在粘结剂56被导入增强材料流46之前用调理装置例如加热器对粘结剂56进行调理。在这一情况中,将不再需要热区,相应地,也就不需要燃气控制室和控制装置、独立的计量的粘结剂供给装置、燃烧器供应头以及燃烧器和点火元件。这样的粘结剂供应头能热处理材料,并随后将空气吹过表面,以喷射加入的粘合剂颗粒。
在使用中,只要能将增强材料送到一个区域并且在这一区域其能够与加热的粘结剂56相混合,可以改变具体的末端执行器。混合可使送入的材料成为具有粘着力的混合物14。具有粘着力的混合物14沉积到支承表面16上并在其上固化成预成形件18。用不同的末端执行器结构布置可以得到不同的预成形件性能。用不同数量的增强材料46和粘结剂56的流或层将可改变最终的预成形件性能。类似地,在把粘结剂56加热之后或在其加热之前或在其加热过程中混合粘结剂56都可以改变预成形件的最终性能。
当然,任何适用的末端执行器22都可以用,只要其能够做到充分的混合和恰当的加热控制。从上述可以理解,通过控制热区、粘结剂的温度、增强材料的切断程度、和末端执行器至支承表面的距离,可将预成形件18制作成具有不同的性能。例如,可以通过控制材料的混合使混合物14在粘稠状态或稍粘的状态碰撞到支承表面上,这样其可快速固化。或者,通过控制混合可使混合物14在足够粘度的状态碰撞支承表面16而粘附于支承表面16但仍处于可模塑状态,以便可将其压成所需要的最终形状。
可以手动或自动控制各个要素和参数。如果是自动控制,可以用已知的编程技术在诸如微处理机的控制器或处理装置中设置一个系统。可以用机器人控制信号、过程传感器反馈信号、过程材料调节、材料选择和预设技术条件等来实现过程控制,特别是机器人控制。
影响预成形件的制作的参数包括:热源或火焰的控制程度,火焰、粘结剂和切断材料的导入速度,这些成分之间的比例,以及末端执行器22至支承表面16的距离。例如,如果需要混合物14的粘度较低,可将粘结剂56加热到一个较高的温度。用此方法可控制混合物14的涂覆。混合物14也可不必以高速和高压来涂覆。由于混合物14粘附于支承表面16,混合物14甚至可以在支承表面16上作成褶状(draped)以使预成形件18具有不同的质地。
由于混合物14是依靠混合操作中的调理粘附于支承表面16,就不需要以任何附加的方法来使增强材料46保持在位。这就消除了对任何真空或封闭气室的需要。而且由于采用低压火焰速度,就不存在把增强材料吹到支承表面16之外或吹到支承表面上的别的地方的问题。加之,由于可以严格控制混合物14,可以做到使预成形件18具有不同的形状和厚度。
因此,可以明白,用本发明的这一方法及其变化方式可以很容易地直接在成形表面上模制出复杂的形状。这就简化了预成形件18的制作工艺过程,从而也简化了用预成形件18进行最终模制的工艺过程。一个整体的预成形件,甚至是诸如船体的大件也可以成形。这就降低了劳动成本和生产时间,并且能制作出强度较高的复合材料零件。
按照上述任一实施例成形的预成形件18可以用在制作复合材料结构零件的模制过程中。例如,预成形件18可用在真空模制过程中,在此过程中,借助于真空将树脂涂覆于预成形件18,随后将复合材料结构固化。或者,可将诸如树脂的模制材料涂覆于预成形件18,随后加热和/或加压以形成复合材料零件。也可以直接对预成形件18加热和/或加压,将混合物14压缩,使预成形件18本身成为一个零件。
例如,按照本发明制作的预成形件可以用在有下列基本步骤的模制过程中:在预成形件固化后,将预成形件放在模子里并涂覆诸如树脂的模制材料,模子可以是一个开模或闭模,将模制工具先施加于模子而后将树脂导入,在模子完全充满树脂后使树脂固化,随后从模子中取出制品,可将制品以其当时状态使用或为适应随后的制造工艺过程而进行进一步处理或整形。也可以在导入模制材料之前,在预成形件完全固化之前对其进行整形或加热整形以符合所需要的模制状态。此外,在进行模制之前,可以将几个单独的预成形件一起用来形成一个结构基础。本发明的预成形件可以用在诸如树脂传递模制(RTM)或结构树脂注入模制(S-RIM)等模制工艺过程中。在使用这样的预成形件的模制工艺过程中可以采用加热和/或加压模制步骤。
前已提到,可以制作可用在造船工业或应用玻璃纤维增强制品的其它行业中的各种零件。例如,部分船壳、整个或部分船船甲板、舱口、舱口盖、发动机罩壳、船舶附件之类的制品都可以用按照这一工艺过程制作的预成形件来制造。类似地,诸如客运小船之类的其它船舶可以用以这一工艺过程制作的零件来制造,包括例如发动机罩壳、整个或部分船壳、舱口和舱口盖等等。按照这一工艺过程制作的零件也可用在汽车工业中用来制造车辆的内部和外部部件或车体零件。这类零件的应用不限于车辆,因为这类零件可用在诸如贮藏容器或建筑构件的任何结构制品中。
应该理解,本发明的精髓不限于这里所描述的几个具体实施例,而是应扩展至所附权利要求可包括的其它实施例和变型。

Claims (39)

1.一种制作预成形件的方法,它包括:
供给包括切断纤维的增强材料;
供给粘结剂材料;
将所述增强材料和所述粘结剂材料混合以使所述粘结剂材料粘附于所述增强材料,其中增强材料和粘结剂材料的混合步骤包括喷出增强纤维流和喷出粘结剂流并将这两种流相混合;
将所述混合物流涂覆于一密实支承表面以使所述混合物粘附于所述密实支承表面;以及
使所述混合物固化而形成所述预成形件。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述混合物流涂覆于所述支承表面的所述步骤是在所述支承表面处不存在强制空气流的情况下进行的。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述混合物流涂覆于所述支承表面的所述步骤不用封闭气室系统进行。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,涂覆所述混合物流的所述步骤包括将所述混合物喷涂到所述支承表面上。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述涂覆步骤中,不对所述密实支承表面施加真空。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,切断纤维包括切断的玻璃纤维。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,供给所述增强材料的所述步骤包括喷出切断纤维流。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,供给所述粘结剂的所述步骤包括喷出粘结剂微粒流。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,供给所述粘结剂的所述步骤包括在将所述粘结剂混合于所述增强材料之前对所述粘结剂进行调理。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,调理所述粘结剂包括加热所述粘结剂。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,喷出所述增强纤维流和所述粘结剂流包括喷出多股流,所述多股流层叠在一起。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,混合所述增强材料和所述粘结剂包括施加热量。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,先将所述增强材料和所述粘结剂混合而后施加热量。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,在施加热量的同时混合所述增强材料和所述粘结剂。
15.如权利要求12所述的方法,其特征在于,施加热量包括产生火焰。
16.如权利要求12所述的方法,其特征在于,施加热量包括形成一个可控制的热区以及将所述增强材料和所述粘结剂供入所述热区。
17.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述混合物涂覆于所述支承表面的所述步骤包括将所述混合物涂覆于一垂向的支承表面。
18.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述混合物涂覆于所述支承表面的所述步骤包括将所述混合物涂覆于一处在环境空气状态中的支承表面。
19.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述混合物涂覆于所述支承表面的所述步骤包括将所述混合物涂覆于一其上有通孔的支承表面。
20.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括在将所述混合物涂覆于所述支承表面之后并在其固化之前对所述混合物进行整形。
21.如权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述混合物固化的所述步骤包括冷却所述混合物以使其符合所述支承表面的形状。
22.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括将可模制的材料涂覆于所述预成形件从而形成复合材料并将所述复合材料固化成零件。
23.如权利要求22所述的方法,其特征在于,还包括在所述零件固化之前对所述复合材料施加真空。
24.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括对所述预成形件施加热量和压力两种作用中的至少一种而使其成为一模制零件。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,还包括在对所述预成形件施加热量和压力两种作用中的至少一种之前对所述预成形件添加树脂。
26.一种按照权利要求1所述的方法成形的预成形件。
27.一种制作用于成形一结构零件的预成形件的方法,它包括:
供给纤维型的增强材料流;
通过对所述纤维型的增强材料流供给加热的粘结剂材料流使微粒粘结剂材料粘附于所述增强材料从而形成有粘着力的混合物;以及
将所述增强材料和所述粘结剂材料的所述有粘着力的混合物喷涂到一密实支承表面上从而使所述混合物粘附于所述密实支承表面并固化成所述预成形件,其中在所述喷涂中,不对所述密实支承表面施加真空。
28.如权利要求27所述的方法,其特征在于,喷涂是在所述支承表面处没有强制空气流的情况下进行。
29.如权利要求27所述的方法,其特征在于,喷涂是在不存在封闭气室系统的情况下进行的。
30.如权利要求27所述的方法,其特征在于,使所述粘结剂材料粘附于所述增强材料包括用热量调理所述粘结剂材料和迫使调理好的粘结剂材料进入所述增强材料流。
31.如权利要求27所述的方法,其特征在于,使所述粘结剂材料粘附于所述增强材料包括建立一个热区和将所述增强材料和所述粘结剂材料供入所述热区。
32.如权利要求27所述的方法,其特征在于,使所述粘结剂材料粘附于所述增强材料包括在有火焰存在的条件下使所述增强材料流和所述粘结剂材料流层叠。
33.如权利要求27所述的方法,其特征在于,供给纤维型材料流包括吹供切断的玻璃纤维。
34.如权利要求27所述的方法,其特征在于,喷涂有粘着力的混合物包括把所述混合物喷涂到一垂向的支承表面上。
35.如权利要求27所述的方法,其特征在于,喷涂有粘着力的混合物包括把所述混合物喷涂到一密实的表面上。
36.一种制作用于形成结构件的预成形件方法,它包括:
供给纤维型的增强材料流;
通过对所述纤维型的增强材料流供给加热的粘结剂材料流使微粒粘结剂材料粘附于所述增强材料从而形成有粘着力的混合物;以及
将所述增强材料和所述粘结剂材料的所述有粘着力的混合物喷涂到一有通孔支承表面上,并且在所述喷涂中,不对所述有通孔支承表面施加真空,并使所述混合物固化成所述预成形件,所述预成形件包括所述有通孔支承表面。
37.如权利要求27所述的方法,其特征在于,喷涂有粘着力的混合物包括把所述混合物喷涂到处于环境空气的状态中的所述支承表面上。
38.一种按照权利要求27的方法成形的预成形件。
39.一种模制在按照权利要求27的方法成形的预成形件上的复合材料结构。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2762298B1 (en) * 2001-01-25 2017-03-08 Quickstep Technologies Pty, Ltd. Method of producing composite components
US20050161861A1 (en) * 2003-09-26 2005-07-28 Brunswick Corporation Apparatus and method for making preforms in mold
US8000837B2 (en) 2004-10-05 2011-08-16 J&L Group International, Llc Programmable load forming system, components thereof, and methods of use
DE102005018477B4 (de) * 2005-04-21 2008-01-17 Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh Garn mit mineralischen Fasern
GB0623047D0 (en) * 2006-11-18 2006-12-27 Bentley Motors Ltd A moulded product and method of producing it
US7691311B2 (en) 2007-04-27 2010-04-06 Vec Industries, L.L.C. Method for manufacturing a glass fiber reinforced article, and a glass fiber reinforced article
US8826957B2 (en) 2012-08-31 2014-09-09 General Electric Company Methods and systems for automated ply layup for composites
US20180186043A1 (en) 2017-01-04 2018-07-05 Brunswick Corporation Systems and Methods for Manufacturing Boat Parts

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034181A (en) * 1989-09-27 1991-07-23 Process First, Inc. Apparatus for and method of manufacturing preforms
US5093059A (en) * 1991-01-18 1992-03-03 Shell Oil Company Method for the transport of a homogeneous mixture of chopped fibers
US6030575A (en) * 1991-10-21 2000-02-29 The Dow Chemical Company Method for making preforms

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1472052A (fr) * 1965-07-29 1967-03-10 Cefilac Nouveau procédé pour fabriquer des joints d'étanchéité et joints nouveaux obtenus par ce procédé
US4673594A (en) * 1984-10-12 1987-06-16 Manville Service Corporation Method for applying a layer of fiber on a surface and a refractory material produced thereby
US5045251A (en) * 1987-06-15 1991-09-03 Ford Motor Company Method of resin transfer molding a composite article
US4762740A (en) * 1987-06-15 1988-08-09 Ford Motor Company Resin transfer molding core, preform and process
KR920006298B1 (ko) * 1990-04-30 1992-08-03 삼성전자 주식회사 인덱스 서취장치
US5320870A (en) * 1991-08-28 1994-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fire protective coating and method for applying same to a structure
US5413750A (en) * 1992-04-08 1995-05-09 Davidson Textron Inc. Method of fabricating a preform
US5307992A (en) * 1992-11-18 1994-05-03 Usbi Co. Method and system for coating a substrate with a reinforced resin matrix
US5664518A (en) * 1994-01-14 1997-09-09 Compsys, Inc. Composite structures and method of making composite structures
US6367406B1 (en) * 1999-09-24 2002-04-09 Larson/Glastron Boats, Inc. Boat and method for manufacturing using resin transfer molding
AUPQ859000A0 (en) * 2000-07-06 2000-07-27 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Apparatus for surface engineering
US6582773B2 (en) * 2001-04-17 2003-06-24 Fts, L.L.C. Method and apparatus for treating substrate plastic parts to accept paint without using adhesion promoters

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034181A (en) * 1989-09-27 1991-07-23 Process First, Inc. Apparatus for and method of manufacturing preforms
US5093059A (en) * 1991-01-18 1992-03-03 Shell Oil Company Method for the transport of a homogeneous mixture of chopped fibers
US6030575A (en) * 1991-10-21 2000-02-29 The Dow Chemical Company Method for making preforms

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