CN1871106A - 在模中制作预型体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

制备纤维预型体的装置和方法，将纤维和粘合剂分散在成型载体表面上，使得材料达到规定要求然后涂覆到该复合材料固化的表面上。将增强材料例如纤维与粘合剂例如热塑性或热固性材料混合，使得材料粘结。然后，以受控的预定重量比将粘合混合物分散到载体表面上，冷却并固化，其中混合物粘附在载体表面上。沉积的混合物可以是在纤维之间具有间隙的开口毡片。在完全固化之前，沉积的混合物还可以进一步成型为最终所需的形状。该方法消除了对溶剂的需求及其相关的问题。该方法不需要真空或增压系统以使增强材料固定就位。预型体可以制作为任意形状，包括部件或不对称构型，并在保留在模中的同时被进一步加工为复合材料模制品。

Description

在模中制作预型体的装置和方法

发明领域

本发明涉及制作预型体的装置和方法，特别是用于复合材料模制件的预型体，本发明还涉及复合材料模制件。该装置和方法具体涉及利用聚合物材料制作结构预型体。

发明背景

在许多应用中，高强度聚合物材料日益被用来替代传统结构材料例如金属。与金属相比，聚合物材料具有重量更轻的优点，并且通常较便宜且更耐用。但是聚合物材料在强度上比金属低很多。除非聚合物材料以某种方式被增强，否则它们一般达不到替代金属所需的强度要求。

因此，已经开发了聚合物复合材料以满足强度要求。这些复合材料的特征在于具有嵌入增强材料的连续聚合物基体，所述增强材料通常是相对刚性、高纵横比的材料，如玻璃纤维。

这种复合材料通常模制成型为预定形状，该形状在多数情况下是不对称的。为了将增强材料放入复合材料中，增强材料通常首先被置于模具中，接着闭合该模具，然后引入流体模塑树脂。模塑树脂填充模具，包括纤维之间的间隙，并且硬化(通过冷却或固化)以形成所需的复合材料。作为选择，模塑树脂可以在模塑前涂覆到增强纤维上。然后将其上涂覆有树脂的增强材料置于施加一定温度和压力的模具中，固化树脂以制备所需的复合材料。

理想的是使增强材料均匀分布于整个复合材料中。否则，复合材料在缺乏增强物之处将具有弱点。因此，重要的是制备增强材料使得各个纤维均匀地分布于整个复合材料。另外，各个纤维应该保持在一定位置上，以阻止当模塑树脂进入模具时随着模塑树脂一起流动，这将会破坏纤维分布。

由于这些原因，传统上已经将增强物在模具外部形成为毡片。然后将预成型毡片置于模具中或用树脂浸渍以制作最终的复合材料制品，或者简单地加热和加压以制作密度非常低的复合材料制品。通常通过将增强材料形成为与模具内部相匹配的形状并将粘合剂涂覆到纤维上而制备毡片。在一些情况下，预涂覆热固性粘合剂，接着，在将纤维成型为毡片之后固化。

在其它的方法中，涂覆热塑性粘合剂，使得在后续操作中可以加热并软化粘合剂，并随后将毡片成型。这种粘合剂使各个纤维相互“粘合”，使得当将得到的毡片转移到模具中以进一步加工时，所述毡片保持其形状。粘合剂还有助于在将流体模塑树脂引入到模具中时，使各个纤维保持其位置。在某些情况下，作为选择，可以在模塑前将模塑树脂涂覆到增强纤维上。将具有粘合剂和树脂的纤维置于模具中，然后施加一定的温度和压力，固化树脂以制备所需的复合材料。

一般使用的粘合剂主要有三种，每一种均具有各种缺点。最常用的粘合剂是溶剂型聚合物，即液体，例如环氧和聚酯树脂。通常利用“空气引导”法将溶剂型粘合剂喷射到毡片上，然后加热毡片以使溶剂挥发并且根据需要固化粘合剂。这意味着粘合剂的施用是至少两步过程，从经济的角度考虑这是不理想的。而且，溶剂的使用遇到环境、暴露和回收问题。处理这些问题潜在地显著增加该方法的费用。由于整个毡片必须被加热直至闪蒸溶剂和固化粘合剂，因此该程序还是耗能的。固化步骤还使得该方法耗时更长。

溶剂型粘合剂的使用是极为肮脏的。还存在与保持工作区和筛网清洁相关的高维护费用，其中在所述工作区和筛网上形成毡片。在这种情况下，当粘合剂可以是低粘度流体时，它将流过并覆盖纤维的大部分表面。当随后由用该方法制成的预型体来制备复合材料制品时，粘合剂通常妨碍纤维和连续聚合物相之间的粘合，从而损害最终复合材料的物理性能。

第二种形式的粘合剂是粉末粘合剂。这些粘合剂可以与纤维混合，然后将混合物形成为预型体形状，加热以原位固化粘合剂。作为选择，可以喷射这些粘合剂以接触纤维。但是，在空气引导法中简单替换粉末粘合剂产生问题。例如，不能涂覆粉末化粘合剂，除非首先将屏蔽物涂覆到筛网以防止粘合剂颗粒被抽吸穿过。而且，这增加了总成本并增加了加工步骤。根据使用的条件，气载粉末还可以产生健康和爆炸危害。粉末粘合剂的使用还需要加热步骤以在将粘合剂颗粒涂覆到纤维之后将其熔化。加热使得该方法耗能。

第三种粘合剂是加热热塑性材料，可以将其熔化并作为粘合剂喷射。这些材料的使用使得任何后续加热步骤变得不必要，这是由于粘合剂不需要热来实现对纤维粘合的某些未定指施。该方法具有“放样”(lofting)或预型体压实不足的问题。放样经常发生，这是由于热塑性材料通常被加热到超出其熔点之上的任意温度，导致它们的冷却图案和沿纤维表面的大面积迁移缺乏均匀性。这使得一些纤维在通过固化热塑性材料而被定位之前发生“反弹”。这可以导致形成密度比所需密度更低的预型体、遍及预型体的密度梯度和纤维之间的不良粘合。

考虑到本文中所述的问题，通过应用并入本文的美国专利6,030,575中公开的一种现有技术方法将加热的粘合剂涂覆到已经负载在载体表面上的纤维上，同时在载体表面的另一面施加真空。通过这种方法，利用真空将纤维固定，同时利用喷涂装置在高压下涂覆粘合剂。所述涂覆对纤维施加压力，由此形成固体增强结构。涂覆时，并且在来自真空的气流辅助下，粘合剂冷却并固化成为所需的预型体形状。但是，真空涂覆需要充气装置形式的附加设备，并且还需要附加的控制功能和劳动，以恰当地施用纤维和真空。因此，材料和操作成本增加。

考虑到这些现有技术方法，可能需要提供一种用于制作预型体的更简单的装置和方法，其中与利用溶剂型、粉末或热塑性粘合剂相关的问题被最小化或被克服。还可能需要提供一种装置和方法，其中避免预型体材料从高垂直或接近垂直的表面上下陷、滑塌和分离。还可能需要提供易于操作并由此更有利于自动控制的成本更低的方法。在更简单的成型方法中，甚至可能不需要将预型体转移到模塑工具中和/或不需要对成型表面施加真空。

发明内容

本发明的一个方面提供装置和方法，其中可以有效并低成本制作高强度结构预型体和复合材料模制品。

本发明的另一方面提供制作预型体和/或复合材料模制品的装置和方法，所述预型体和/或复合材料模制品不需要使用附加量的有机溶剂。

本发明的另一方面提供制作预型体和/或复合材料模制品的装置和方法，该预型体和/或复合材料模制品可以呈现各种形状，包括不对称部件和部分部件。

本发明的另一方面提供使用更少组件和由此减少资金投入和运行生产成本的装置和方法。

可容易地使本发明适合于自动生产和/或控制。

根据本发明的方法包括下列步骤：提供增强材料、提供粘合剂材料、混合增强材料和粘合剂材料使得粘合剂材料粘附于增强材料、将混合物流涂覆到载体表面由此将混合物粘附于载体表面和使混合物固化以形成预型体。

具体地，本方法涉及制作用于形成结构部件的预型体，其中提供纤维增强材料流，通过在文丘里管中将粘合剂材料提供至纤维增强材料流中以将颗粒或液态或雾化的粘合剂材料粘附于增强材料，从而形成粘合混合物，并将增强材料和粘合剂材料的粘合混合物热喷涂到载体表面，任选随后通过将冷却介质施加到刚热喷涂和沉积的粘合混合物上，使得混合物粘附于载体表面并固化成预型体。

根据本方法制作的预型体和复合材料模制品及其在本文中所描述的变体也包含在本发明之内。

应该理解，本文所述的发明可以通过各种方式进行变化并且不受限于本文所描述的具体实施方案。本发明旨在一般性包括任意实施方案，其中在将纤维和粘合剂材料涂覆到表面之前先将它们结合，然后在该表面上使混合物固化为所需的形状。

附图说明

结合下列附图更加详细地描述本发明：

图1是将材料沉积到表面上以制作根据本发明一个方面的预型体的末端执行器的示意性透视图；

图2是根据本发明一个方面制作的预型体的示意性透视图；

图2A是根据本发明方法所采用的一种成型表面的放大局部区段；

图2B是根据本发明方法所采用的另一种成型表面的放大局部区段；

图2C是根据本发明方法所采用的另一种成型表面的放大局部区段；

图2D是通过根据本发明的方法制备的预型体放大局部区段；

图3是根据本发明方法的实施方案所采用的末端执行器局部侧视图；

图4是图3末端执行器的局部透视图；

图5是根据本发明方法的实施方案所采用的末端执行器局部侧面透视图；

图6是表示装配用于涂覆冷却介质幕(curtain)的元件的末端执行器的局部透视图；

图7是用于提供冷却介质幕的末端执行器和布置的局部端视图；

图7A是一对文丘里管装置的横截面图；

图8和8a以及图8c和8d分别是安装在图6末端执行器上的切碎机喷枪(choppergun)组件的局部视图和从图6末端执行器分离的切碎机喷枪的局部视图；

图9描绘了运行中的具有加热器的末端执行器，其产生加热区并且增强纤维和粘合剂的混合物流经该加热区；

图10描绘了安装在自动控制机械臂上的末端执行器，用于制作船体预型体；

图11图示了自动控制机械臂，该自动控制机械臂具有用于将纤维/粘合剂涂覆到涂有凝胶的模具的末端执行器；

图12图示了船体预型体，该预型体在完成了根据图11的纤维/粘合剂涂覆之后在第一模具中获得；

图13图示了在第一模具中的船体预型体，其中该预型体被修整用于随后制造最终复合材料模制品；

图14图示了在引发树脂传递成型以制造组合模制品之前，在具有配合第二模具的支撑第一模具中的修整船体预型体；和

图15说明在制作预型体中多个末端执行器的使用。

优选实施方式

下面将结合预型体的成型来描述本发明，该预型体用于船舶业以构建玻璃纤维增强制品，例如船用发动机外壳、舱口盖、甲板、甲板部件或船体。但是，应该理解，这仅是示例性实施方案，本方法可用于使用高强度结构部件的各种应用中。例如，根据本发明的公开实施方案制作的预型体可用于汽车、航空或建筑工业或作为家用商品如电气用具的部件。此外，虽然本文提供了材料的具体实例，但是可以使用任意合适的材料。

由图1可见，用于实施根据本发明方法的预型体制作组件10包括材料涂布器12，该涂布器将预型体材料混合物14涂覆到载体表面16以产生预型体18。本申请中术语“预型体”是指包括用作复合材料结构部件内的增强插入物或结构载体的任意结构，其优选但不必须为模制件。可以在这种预型体保留在模具中的同时使用该预型体。预型体18可在保留在其模具中的同时成型而且使用，或者可以将其置于闭模内或开模上(例如托架或基底)以形成复合材料部件。作为替代方案，预型体18可用作具有粘附或模压在其上的材料的基础结构，由此作为骨架或托架并且消除对型基体(moldbase)或模塑工具的需求。预型体18可以是任意所需的形状。在其最简单的形式中，它类似成型的毡片。

图1中的材料涂布器12包括具有将预型体材料混合物14输送到载体表面16的末端执行器22的自动控制机械臂20。可以通过任意已知的涂覆方法，利用末端执行器22涂覆预型体材料混合物14，所述已知的涂覆方法包括例如喷涂、喷吹、流动、喷射、层压或覆盖。

从图1可见，载体表面16可以是包括整个部件形状或部分部件的任意表面。载体表面16可以包括沿任意平面取向的表面。该方法特别适合于将材料涂覆到垂直表面24。例如，图2示出成型为整个船体的预型体18，其可以用作模塑期间的自立式结构基体。在这种情况下，涂覆到载体表面16的预型体材料混合物14包括由热塑性粘合剂保留的随机取向的碎玻璃纤维，参见图2D。

可以理解，载体表面16可以由任意适当的材料制成，包括玻璃纤维、金属或陶瓷，特别是用于模具的已知材料。如果需要还可以预处理表面。例如，如果仅通过压缩和加热预型体来使用预型体18而没有另外的模塑步骤，则可能理想的是粉末涂装(powder coat)载体表面16。而且，用于模塑的表面处理可以采用例如凝胶涂层、脱模剂、剥离壳或屏蔽物，可以单独或以各种组合使用。很明显，预型体18的预定用途可以指示载体表面16的精确构造。

图2A-2C表示可用于根据本发明实施方案的方法的载体表面16的变体。载体表面16可以是具有孔28的多孔板状部件26，参见图2A，这使得在涂覆期间空气能够流经部件26中的孔28。虽然，如下所述，在载体表面16处没有受控的气流，但是在涂覆期间在载体表面16和混合物14之间捕集的环境空气可以通过孔28逸出，因此在涂覆混合物14期间提供更多控制以及更加密实的预型体18。

作为替代方案，载体表面16可以是刚性网状物30，如图2B所示。在该实施方案中，混合物14可以粘附于网状物30并将网状物30结合到预型体结构中，因此增加刚性。网状物30还具有另外的优点，即允许在涂覆混合物14期间使环境空气流经它的孔。网状物30可以是任意适当的材料，包括玻璃纤维、塑料、金属、木料或其任意组合。网状物30在随后的模塑期间通过提供使随后涂覆的树脂可以流入并粘合的间隙而提供有利条件。

图2C示出适合于本方法的第三类载体表面16。在这种情况下，载体表面16是固体板32。固体板表面32同样示于图1中，其中用于部件的预型体被成型。混合物14在涂覆期间直接粘附于板32。当混合物14被压到板32上时，这种变化可以得到压实的预型体结构18。而且，在这种情况下，固化的混合物14可具有用于后续处理的光滑表面。

载体表面16也不需要成型为最终所需形状的预型体18。由于混合物14在涂覆的同时发粘或者具有粘性，因此通过控制涂覆的粘度，可在混合物14固化之前将其压成不同于载体表面16的所需形状。由于预型体18不受限于载体表面16的形状，因此这允许在预型体形状方面具有很大程度的灵活性。

可以使用任意适当的材料来生产预型体18。增强材料可以是适合用作增强物的任意材料。优选增强材料是相对刚性、高纵横比的材料。在优选实施方案中，材料是碎纤维材料，例如玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维(Kevlar牌纤维)、高分子量聚烯烃例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，碳纤维、丙烯腈纤维、聚酯纤维或其任意组合。可以提供切碎的材料，或可以在涂覆过程期间或仅在涂覆过程之前切碎材料。优选的是，增强物提供具有间隙的表面，以便随后涂覆的模塑材料可以与增强物紧密结合。

在各种所描述的实施方案中，可以优选用于经执行器22沉积的充分切断或切碎的纤维增强物。但是，应该理解的是，根据本发明也可以或额外实现连续纤维沉积。通过对自动机械臂的适当程序控制，合适的末端执行器22可以以一定的型式(涡状、环形或其它型式)在表面16上沉积连续纤维或在沉积期间对连续纤维取向，从而为预型体和由该预型体制成的复合材料模制品提供一定性能。例如，当制作船体预型体时，连续纤维结构可以从船头铺设到船尾，和/或可以横跨船舷(左舷到右舷)铺设。由此铺设的纤维可以是连续的型式或者可以设计切碎机当末端执行器22横穿表面16而达到设计点时将纤维切断。应该理解的是，原则上切碎机例如图8a-d中所示的切碎机装置44或切碎机喷枪可以是可编程的并且因此受控以允许在模制制作预型体时末端执行器22从沉积切碎纤维/粘合剂混合物转换到沉积连续纤维(纤维或纤加粘合剂)等。

粘合剂可以是市售颗粒粘合剂材料，包括热塑性和热固性聚合物、泡沫聚合物和非泡沫聚合物、玻璃、陶瓷、金属或多组分反应体系。一种合适的粘合剂例如是热塑性环氧树脂混合物。优选的是，粘合剂在使用期间在环境温度下是真固体或过冷液体，使得挥发性有机物例如溶剂不会大量存在。由此，可以避免与溶剂有关的环境问题。此外，粘合剂优选是不需要后热处理来固化的材料，从而减少时间和能量的需求。具体材料可以是任意已知的粘合剂，优选可以调节和/或熔融而不会显著分解、冷却时粘附增强材料以及在典型模塑温度范围内耐久的材料。可以配制粘合剂以包括橡胶态组分或者是橡胶态粘合剂，从而为预型体和由预型体制成的复合材料模制品提供韧性。还可以单独从粘合剂和/或单独从纤维加入橡胶态组分。适当橡胶态组分包括例如腈类、氨酯或热塑性材料，优选为适当尺寸的颗粒。虽然可以使用单一聚合物粘合剂，但是当沉积材料需要良好地粘附在长垂直或接近垂直的长表面上时，特别是当冷却介质幕穿过沉积材料(纤维和粘合剂混合物)时，优选共混物粘合剂，这是由于粘合性得到改善。在各种所描述的实施方案中，有利的是粘合剂可以是粘合剂的混合物或组合物。市售聚酯型粘合剂例如044-8015级的Stypol牌聚酯(Cook Compositesand Polymers)在燃烧器加热区加热之后变得发粘并且可以对表面表现出良好的初始粘附。混合粘合剂例如环氧树脂和聚酯粘合剂成分的共混物可以很快变得发粘，并且当沉积到表面之后经受冷却介质时，意外地可表现出相对更快的固化、坚硬和刚性，从而当纤维/粘合剂混合物作为沉积材料涂覆到垂直或接近垂直的表面时将纤维保持在一定位置上。典型粘合剂共混物可以将具有相对高分子量和约75-80℃软化点的环氧树脂基热塑性颗粒粉末(50-100目，＜35％细粉)与适当聚酯结合，或者将具有约90-95℃的更高软化点的更低分子量(50-100目，＜35％细粉)的粉状环氧树脂与适当聚酯结合，后一种环氧树脂比前一种环氧树脂更易溶于溶剂中。可以从DowChemical获得合适的环氧树脂。原则上，粘合剂组成的适当组合可根据在粉末涂料工业中已知的反应性、Tg等因素来选择。在一个优选实施方案中，使用相对于玻璃纤维(切断、切碎等)的约10wt％的粘合剂。在一个优选实施方案的另一方面，作为混合粘合剂的10wt％的粘合剂包含约3∶1的聚酯∶环氧树脂的共混物。该比率可以调整以适合特定的应用要求。具体的粘合剂可根据预型体所需的特性及其最终预定用途来选择。预型体的密度可以通过纤维碎片长度或所应用的纤维长度组合、粘合剂的量和所涂覆的纤维/粘合剂层、和/或根据预型体随后是否被压缩而控制。

应该理解的是，所描述的实施方案的变体也是本发明的一部分，其中末端执行器22在表面16上沉积被称为“预浸料”的材料，表面16可以是模塑工具中的模具表面。在该实施方案中，通过末端执行器22沉积的纤维增强物和树脂的量可包括更多量的粘合剂。例如，在预浸料型实施方案中，粘合剂的量可以是在表面16上沉积材料的约20-30％、甚至高达40％。纤维增强物可以大约构成剩余部分，但是当沉积为特定最终用途沉积时，优选在更高放样条件下沉积。更高放样可以通过利用更长切断或切碎的纤维长度或利用更高百分比的更长纤维增强物来实现。

原则上，在这些和其它的实施方案中，可以将其它材料引入末端执行器以涂覆到载体表面16上。例如，可以通过将粉末金属、碳粉或者甚至是导电性聚合物结合到增强物流、粘合剂流中或通过单独的流来制备具有潜在导电性的预型体。例如，当形成预型体时可以施加阻燃剂材料。当涂覆到表面16时附加的任选材料可以结合到混合物中。当然，如果需要，除了施加到末端执行器22的纤维/粘合剂之外，可以将其它材料单独涂覆到表面16(例如模具的预制表面)。

典型的合适末端执行器22在图3和4中示出。末端执行器22是可以输送根据本文公开的方法及其变体的材料的任意部件。末端执行器22优选由自动机械臂20支撑，但很明显可以以人工或其它方式来来承载。在本方法中，使用了双热元件结构。如图3所示，平衡分离供应集管(balanced split supply header)33给两个燃烧器34和36进料，优选天然气。平衡集管33将主集管分离以允许公共进料进入燃烧器34和36，从而保持处理过程中均匀和等量气体混合物供应以及进口压力条件。虽然没有示出，但是末端执行器22优选包括歧管(有时被称为幕产生和引导设备)，当末端执行器22横跨表面16时，该歧管能够将冷却介质例如空气或不可燃气体的幕提供到沉积在表面16上的材料14。

每一个燃烧器34和36分别具有燃烧器点火元件38和40，点火元件能够程序驱动点火或人工遥控。本文所描述的其它燃烧器可以类似地点火和控制。如下文所描述，双燃烧器结构在由燃烧器34和36喷射的火焰中产生热包层或区42。

例如，优选燃烧器34(36)提供受控、可变和均匀温度曲线，具有每线性英寸燃烧器约10000BTU的标称能力。燃烧器34(36)可包括具有传感器的供气混合物控制室，该控制室连续监测和校正火焰混合物的质量和氧含量。因此，火焰质量可以控制在预定限值内。当规定的参数被超出或者当产生不安全混合物条件时，可提供自动关闭。从成本和效率角度考虑优选使用天然气，但也可使用任意的燃料。原则上，也可以使用低压火焰或热气流。例如，火焰速度可以是约1000英尺/分钟。当然，可以使用任意数量的燃烧器或其它合适的热源，这取决于加热区42的所需大小和结构。

增强材料由材料切碎装置44提供。切碎装置44可以根据待切碎材料的类型而变化。切碎装置44可以完全与过程控制系统结合，以允许基于控制程序要求或来自过程监测的工艺传感器和控制系统信号的过程中起动、停止和进行参数调整。切碎装置44也可以人工控制或由操作员输入来改变。如果需要也可使用预切碎的材料或其它颗粒材料。在本文的这个或其它实施方案中，切碎装置例如切碎喷枪可以提供大于一个长度的碎纤维材料，即一定数量的一定长度的碎纤维增强物和另一数量的更长或更短的碎纤维增强物。

切碎材料46通过材料成型管48被输入。切碎材料46也称为“碎块”，可以被喷吹、滴落、喷射或以其它方式从管48中排出。管48设计为在制备中为材料加工提供离散控制区，用于将切碎材料46引入到材料流中。还可以为所需的任意材料调节介质提供受控的体积。如图3所示，切碎材料46被输入到通向加热区42的流中。在管48中提供空气进口50以便当切碎材料46的流从管48中排出时辅助其成型或取向。

粘合剂引入部件52和54以流的形式向加热区42沉积粘合剂56。部件52和54优选设计成使来自计量分配装置的气载粘合剂被引入到材料流中。粘合剂56可以是颗粒状或者是能够与碎纤维46混合的任意常规形式，如上所示。在这种布置中，粘合剂56以双流的形式存在，其在进入加热区42之前散布在碎纤维46的流中。

图5中示出替代末端执行器装配，其中末端执行器60被安装在自动机械臂20上。在这种装置中，中心燃烧器元件62配制有单燃烧器点火元件64和燃烧器面66。一对增强材料切碎装置68和70被安置在燃烧器元件62的两侧，并且分别通过输送管72和74将碎纤维46的流输送到加热区42的焦点。在增强材料输送管72、74附近提供有四个粘合剂引入口E(附图标记76、76a、78和78a)以将粘合剂流输送至焦点。由此，增强材料46和粘合剂56的流可以层合在一起而进入加热区42，从而将材料混合并产生粘合混合物。虽然没有示出，但是末端执行器22优选包括歧管(有时被称为幕产生和引导设备)，当末端执行器22被导向或穿越表面16时，该歧管能够将冷却介质例如空气或不可燃气体的幕提供到沉积在表面16上的材料14。

作为替代方案，在将粘合剂56引入到增强材料46的流中之前，可以通过调节装置例如加热器来调节粘合剂56。在这种情况下，加热区将不再必须，这将淘汰气体控制室和控制器、独立的计量粘合剂进料装置、燃烧器供应集管以及点火和燃烧器元件。这种粘合剂加热器可加热处理材料，然后将空气吹过表面以喷射加热的粘合剂颗粒。

在操作中，假设增强材料46被输送到可以混合加热粘合剂56的区，具体的末端执行器可以不同。混合使得材料粘合成为粘合混合物14。然后将粘合混合物14沉积到载体表面16上，在此，粘合混合物14固化为预型体18。使用不同的末端执行器装置允许实现不同的特征。使用不同数量的增强材料46和粘合剂的流或层将使得最终预型体特征不同。同样，在加热粘合剂56之后、之前或加热的同时来混合粘合剂56将使得预型体18的最终特征不同。

如图6所示，另一个合适的末端执行器22包括具有一般位于中心的口81的文丘里管80，增强物、碎纤维玻璃、碳纤维等通过口81被引入。粘合剂通过口100被输送到文丘里管，可以通过文丘里管80涂覆增强物流并且与增强物一起以喷涂的方式通过喷嘴84由载气排出文丘里管80。

如图6和7所示，相对的燃烧器85和86优选相互以微小的角度向内倾斜。在操作中，来自燃烧器85和86的火焰优选与排出喷嘴84的粘合剂和增强物流不平行，使得当所述流排出喷嘴时，其将经过由来自燃烧器85和86的火焰所产生的加热区。该区类似于区42(图3和图4)。这也在图9中示出。

如上所述，优选距离表面16(没有示出)一定的距离运行末端执行器22，以便在表面上实现粘合剂/增强物(沉积材料)的一致沉积。

对于包括相对垂直部分、垂直部分或具有复杂弯曲或弧形的部分的表面16，例如船体或车身部件的侧面，材料14(来自粘合剂涂覆的纤维流)起初粘附在这种表面上。但是沉积材料14可以从这种垂直部分(有时称为段或区)下陷、塌落和脱落，例如船体或车辆部件的部分。冷却幕可以克服上述问题。当末端执行器22横过表面16或横过在表面上先前形成的层时，来自平衡歧管88和88a(图6、7、8和9)的气态冷却介质例如空气幕被施加到沉积的纤维/粘合剂上。所提供的冷却使得可以引起粘合剂更快固化、或至少更加完全地部分固化，这样，沉积的材料可以在表面16的垂直部分、接近垂直部分或高度复杂弯曲部分上保持内部刚性、形状和位置。表面16的急剧倾斜部分也有利地接收沉积材料，随后利用来自如上所述冷却幕冷却。如图6和7所示，歧管88和88a可以包括导向元件89以帮助引导冷却介质至表面16，同时使得对由来自燃烧器85和86的火焰建立的加热区的潜在干扰最小。导向元件89还有助于避免纤维和零散粘合剂的积累，从而防止在歧管88和88a上积累以及潜在阻塞歧管88和88a。歧管例如冷却幕产生和输送装置提供气态冷却介质，如果需要该冷却介质可以预冷却或调节。气态冷却介质可以是空气或惰性、不可燃气体例如氮气。当空气幕流向表面16时，空气幕也可有利地带走周围大气，从而增加施用的冷却介质的总体积。经歧管88和88a施用的冷却介质优选受过程控制，例如调节在冷却介质的供应或施用中的速率、量、压力、持续时间和中断。

如图7A所示，文丘里管80可以包括引入粘合剂的口100、引入纤维(切碎或切断至所需长度的切断的玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、丙烯腈纤维、芳族聚酰胺纤维(Kevlar牌纤维)和/或HMWPE)的纤维口81(本文中有时称为进口)、引入压力载气的口102和喷嘴84。首先，在操作中，通过粘合剂进口100优选在文丘里管80的中心通道收缩之前将粘合剂输送到接近纤维流的中心。由于文丘里效应，文丘里管80可以将纤维增强物从纤维源例如有效连接至文丘里管80的切碎机喷枪引出，纤维和粘合剂在文丘里管80中混合，然后由载气通过喷嘴84被推出(排出)。排出的材料经过加热区，从而在通向目标表面的路径上被加热，该表面可以是模具的预制表面。在该实施方案中，加热区可以在扇形喷嘴84下游的来自燃烧器85和86的火焰喷射的某一区域中形成。纤维/粘合剂的粘合混合物经过加热区(图9)。现在，优选施用独立载气流并通过口102将其引入。但是，文丘里管设计和操作的变体在本发明的范围之内。例如，还可以利用压力载气例如环境空气或其它合适的气体通过口102将粘合剂引入到文丘里管80中，并且如果需要这种载体介质可用作文丘里管80的载气。还可以利用载体介质例如空气流从切碎机喷枪或纤维源推出或排出纤维从而进入纤维口81。在另一种情况下，载气、其流速等优选进行过程控制例如包括流控制器的计算机控制。末端执行器22可具有一个或多个文丘里管80或另一结构的文丘里管80。文丘里管80是输送纤维和粘合剂的粘合复合材料经过加热区、然后沉积到表面10的有效和高效装置。

介质经文丘里管80流出喷嘴84的速率是影响纤维/粘合剂混合物(有时称为混合物14)在加热区42中滞留时间和由此影响预型体质量的参数。因此，当末端执行器在工作时，通过文丘里管80的气流速度可以利用适当过程控制来监测和控制，当然也可以人工设置流速，在这种情况下将测定流速并且基于通过加热区的流速确定滞留时间。因此，如果粘合剂随粘合剂载气被引入到文丘里管80中，则可以切断粘合剂供应并且允许粘合剂载气流过文丘里管80。同样，如果纤维增强物或任意其它材料被气体推入文丘里管80中，则可以切断纤维和所有其它材料的供应并且允许其载气流过文丘里管80。可以监测并测定所有“载气”经过文丘里管80的速度，由此可以计算或估计在加热区中滞留的时间，并人工设置或者由过程控制器调整流速。在纤维/粘合剂混合物中，在加热区42中滞留时间建立了适合于粘合剂的热处理，这样当沉积在表面16例如模具上时，纤维/粘合剂混合物至少更能够保持它的形状和位置，而不出现所不希望的下陷、塌落等。不充分的滞留时间可导致较差粘附的沉积材料以及由此得到较差的预型体。应该理解的是，原则上通过实施适当的试验运行也可以确定具体工艺组合的参数。

图8a-8d中示出图6的末端执行器，其中导向元件89未安装有切碎喷枪组件。图8a和8b描绘了与切碎机喷枪有效连接的末端执行器22，图8c和8d示出分离的末端执行器和切碎机喷枪，以表示它们是如何连接的。

图9中示出在自动机械臂20上的末端执行器22，其中通过喷嘴84驱动的材料流流过由来自燃烧器85和86的火焰建立的加热区。由扇形喷嘴64驱动的增强物和粘合剂的流过或穿过由燃烧器火焰建立的加热区，然后沉积在表面16上(没有示出)。

在自动机械臂20上的末端执行器22可以如图10所示受控以预定的方式涂覆(喷涂等)纤维/粘合剂。更具体而言，图10表示具有末端执行器22的自动机械臂20，该自动机械臂以受控的方式被用于在第一模具中形成预型体。箭头表示对应于预先选择横跨表面的末端执行器22的沉积材料的典型方式。自动机械臂优选受过程控制器控制，例如计算机程序控制等。

图11表示计算机控制的自动机械臂20、末端执行器22(具有空气幕)、第一模具90的凸缘92、第一模具90外部周围的边缘91。在该实施方案中，在喷涂纤维/粘合剂以形成所示的船体预型体95之前，第一模具90在模塑表面上可具有凝胶涂层，并任选地在凝胶涂层上涂覆阻隔涂层和/或增强层。

图12和图13分别表示在稍微过量喷涂材料(图12)以伸出凸缘92(没有示出)的纤维/粘合剂涂覆完成之后获得的预型体95，以及在凸缘92经清理的第一模具90(图13)中的经修整的预型体95a。在图13中，保护性边缘91已经被移除从而示出第一模具90的部分载体结构96。

图14示出具有载体结构96并且以开放关系匹配第二模具90a的第一模具90中的修整预型体95a。可以与第一模具90成有效模塑关系来闭合第二模具90a，例如夹紧或真空密封，从而限定含有预型体95a的模腔并且可以将树脂引入到闭合模的腔中。示出具有升降能力的台架或构架99支撑与模具90成开放、相对关系的模具90a。台架或构架99可使模具90a低于模具90从而建立闭合模。应该理解的是，台架或构架可具有用于模具90a的可延伸和可收缩(或甚至可旋转)的电枢支架，从而更加容易地允许在形成闭合模具之前在模具90上进行空间调整。具有就地形成的预型体95a(船体)的模具90已经在工作站之间移动。支撑结构96可包括或可有效地与运输系统98连接，以便在工作站中制备预型体95a之后，它可以在保留在模具90中的同时被运输到工厂内的其它工作站，并且以有效的方式定位以接受其它的处理，例如在这种情况下相对于模具90a定位。运输系统98包括所示的轨道。应该理解的是，可以采用其它的合适装置来在工厂内不同工作站之间移动工件(模具等)，如图15所示。对于较小的工件，可以采用人工可移动装置来将具有预型体的模具从一个工作站运送到另一个工作站。原则上还可使台架或构架99位于导轨上或者连接至其它适当的运输机械以允许在工厂内移动。应该理解的是，也可以过程控制运输系统或机械。

图15示出第一模具90(没有示出)的表面16和一对自动控制机械臂20和20a、末端执行器22和滑架(示为滚柱)。每一个末端执行器22可喷涂相同或不同的纤维/粘合剂混合物。优选的是，每一末端执行器22还受过程控制。各自动机械臂20和20a均可以很容易地横跨表面16例如模具90，以将各自的末端执行器22伸展至距离它们各自基底20b和20c的远侧，从而更容易地允许均匀沉积纤维/粘合剂到表面16如模具90的各自相对部分，尤其是如果这种相对部分具有复杂形状或剧变部分。

可以理解，在随后利用树脂传递模塑(RTM)、VARTM(真空辅助树脂传递模塑)、压缩模塑法、结构反应注塑(S-RIM)的加工中或者在真空注入法中，可利用预型体18或95a来制作复合材料模制品。

当然，可以使用任意合适的末端执行器22，只要可以实现适当混合和热控制即可。从上文中可理解，可以通过例如控制加热区、粘合剂、增强物的温度、增强纤维被切碎或切断的程度以及末端执行器22和载体表面16之间的距离来制作具有不同特性的预型体18或95a。例如，材料14或如图9中的纤维/粘合剂混合物可以被控制成使得当混合物涂覆到表面16时具有足够的粘性并且快速固化。作为替代方案，可以控制混合物使得涂覆(碰撞)到表面16的混合物足够粘从而粘附到表面16，但保持可模塑以使其可以压缩或进一步成型。

如本文所述，各种元件和参数的控制可以是人工或自动的。如果自动控制，则可以利用已知程序控制技术在控制器或加工装置例如微处理器中提供系统。通过自动控制信号、工艺传感器反馈信号、工艺材料控制、材料选择和预设置规格可以实现过程控制、尤其是自动控制。这些以及其它概念也包含在计算机控制术语等中。程序包可从市场购得，这些程序包可用来对用于自动机械臂20或切碎机喷枪的控制器编程。利用自动控制机械臂的过程控制有助于保证末端执行器22的正确定向，在表面16或其它表面上获得最佳浓度的纤维，材料沉积在这些表面上具有最小偏差和类似制作的预型体之间的最小偏差。

虽然在别处提及，但是影响预型体制作的参数包括热源或火焰的控制水平、火焰、粘合剂和切碎物引入的速度、这些要素之间的比例以及末端执行器22离载体表面16的距离，载体表面可以是模具90或90a的预制表面，这视情况而定。例如，如果需要较小粘性的混合物，可以选择当被加热到较高温度时粘性较小的粘合剂。通过这种方法，可以控制粘合混合物的涂覆。粘合混合物也不需要在高的速度和压力下涂覆。由于粘合混合物例如混合物14粘附于表面16，因此它可以覆盖在表面16上(或模具90)以在预型体18或预型体95a中获得不同品质。

当例如由于在混合操作期间的调节导致混合物14可粘附于载体表面16时，不必需固定增强材料46的附加方法。这消除了对模上方的真空或增压组件的需求。此外，由于使用低压火焰速度，因此不存在将增强材料从载体表面16吹落或吹到载体表面16上不同的位置的问题。另外，由于可以精密地控制混合物14，因此可以实现不同形状和厚度的预型体18。但是，如本文中所述，粘合混合物有利地接受气体冷却幕的冷却，特别是当表面16是或具有长垂直或接近垂直部分时，例如大船体的干舷。

因此，可以看出，根据本发明的装置、方法和它们的变体使得容易直接在成型表面例如模具上模制复杂的形状，由此简化了制作预型体18或95a的方法以及使用预型体18或95a的最终模塑方法。而且，可以利用该预型体来形成甚至是大形状的一件预型体，例如船体，而不需要首先将该预型体从其模具中移除。这减少了劳动力成本以及生产时间并且可得到更坚固的复合材料部件。

根据上述任意实施方案形成的预型体18或95a可在模塑加工中用于制作复合材料结构部件。例如，预型体18或95a可用于真空模塑加工中，其中在真空的辅助下将树脂涂覆到预型体18或95a，然后固化该复合材料结构。作为替代方案，可以将模塑材料例如树脂涂覆到预型体18或95a，然后可以施加热和/或压力从而形成复合材料部件。而且，可以简单地对预型体18或95a施加热和/或压力以压缩混合物14并形成部件。压力可以包括在真空装袋装置中减压。复合材料的直接形成特别适合于预浸处理的实施方案。可以在航天和非民用领域中发现预浸处理的实施方案的具体应用。

本发明提供制作复合材料部件并具有成本优势的方法，该方法直接将纤维增强材料涂覆到具有凝胶涂层的模具中以制作预型体，不需要将预型体该预型体从其连接的模具中移除，从而制作最终复合材料模制品。应该理解的是，预型体可具有对应于成品复合材料模制品的所需成型表面的成型表面。

例如，根据本发明制作的预型体可用于包括下列步骤的模塑加工中。在预型体固化后，预型体保留在其模中(或被置于适当模中)并涂覆模塑材料例如树脂。如果需要，在将预型体置于模中之前可以首先在模中形成凝胶涂层等。模可以是开模或闭模。在后一种情况下，在将树脂引入模腔之前模具通常是闭合的。在模被完全填满之后，固化树脂。然后可以将制品从模中移除并且在这种状态下被使用或者被进一步处理或成型以适合制造工艺。在引入模塑材料之前，在预型体完全固化前还可以使预型体成型、切断或加热并成型以满足所需的模塑条件。另外，在模塑前各个预型体可以一起用于形成结构基体。

更具体而言，在制造实施方案中，船体、船甲板或其它组合部件可以如下制作。制备第一模具。制备第一模具的模表面可包括清洁以及需要时提供脱模剂涂层。可以凝胶涂覆所制备的模具。例如，如果由第一模具形成的成品复合材料部件的表面需要装饰性或保护性涂层，可以将所谓的粉末涂层涂覆到制备的第一模具的模塑表面上。或者如果需要，这种表面可以是预先准备好的(primed)。如果在预型体或最终复合材料上不需要特定的表面涂层，则可以省略凝胶涂层或粉末涂层。如果涂覆凝胶涂层，它优选能够固化。如果需要，可以在凝胶涂层上涂覆屏蔽涂层。如果第一模具具有紧密半径(tight radius)或复杂曲率的部分、面积或区域，则可以根据需要将纤维线材或空气蓬松纤维线材或任意其它增强物条置于紧密半径中或复杂弯曲上的任意涂层(凝胶涂层或屏蔽层)上，以在后续工艺步骤中使纤维桥接最小。还可以利用末端执行器22将更短的纤维涂覆到这些紧密角落或复杂弯曲处以使纤维桥接最小。安置第一模具及其载体(如果提供载体)并直接涂覆纤维/粘合剂以在固化凝胶涂层上形成沉积材料的毡片，优选利用至少一个装配有末端执行器22的自动控制装置来实施。自动控制装置优选有效地配置具有文丘里管80和冷却幕装置88和/或88a的末端执行器22。如图9所示的纤维/粘合剂混合物或混合物14可以根据所选的方式(例如图10中所示)被涂覆作为沉积材料并且可以被涂覆以在纤维/粘合剂的毡片中形成层。毡片优选在纤维之间或纤维中具有开口间隙。自动涂覆材料优选受计算机控制以保证特定预型体设计的快速、可重复制作。例如，纤维切碎、粘合剂进料、喷涂图案、层叠、火焰温度、冷却空气(冷却幕)和距基底的距离等特征均可以计算机控制。但是，应该理解的是，可以通过人工控制末端执行器22来涂覆纤维/粘合剂，但这将引起工艺变化并导致在工艺和在成品复合材料结构中一致性降低。应该理解的是，可以由末端执行器22或多个末端执行器22涂覆不同的纤维材料，从而形成具有不同复合材料特征的预型体的不同层或区域。例如，在多层预型体中，不同的层原则上可具有不同纤维增强物或不同纤维取向。碳纤维可以涂覆到e-玻璃层的顶上以完全或部分取代工程纤维，该工程纤维可以在制作预型体的过程中以其它方式置于模具中。当然，碳纤维、另一种纤维、e-玻璃(玻璃纤维等)的单独涂覆或者它们的任意组合涂覆也在本发明的考虑范围。根据待生产的复合材料结构，在涂覆纤维/粘合剂之前、期间或之后，可以根据需要涂覆其它工程纤维。应该理解的是，在制造某些船体或其它船用复合材料中，在形成预型体时或形成之后，附加结构元件例如纵梁、舱壁、地板支架等可以引入到第一模中。这种附加结构元件可用于限定存储面积或例如限定船用发动机或燃料箱安装的隔室。可以使用纵梁、舱壁、其它结构元件等，如在美国专利5,664,518中所公开，该专利全部公开内容通过引用并入本文。明显的是，可以使预型体制作方法适应制作预先涂覆玻璃的(pre-glassed)结构元件本身。可以填入封闭单元成型泡沫或其它结构材料以提供附加预型体结构例如舱壁、纵梁等，即使没有预先涂覆玻璃或预先起绒(pre-fleeced)，优选在纤维/粘合剂完全固化之前实施。泡沫或其它结构材料可具有利用与预型体中沉积材料相容的胶粘剂或粘合剂制备的表面。纤维/粘合剂涂覆可以中断以允许安装附加结构元件，在这种情况下，纤维/粘合剂可以根据需要重新开始以提供沉积在附加结构元件上的层，从而使其成为预型体的完整和相对无缝部件。在表面上沉积材料之后，特别是如果表面具有急剧倾斜或长垂直部分，具有歧管88和/或88a(例如至少一个冷却幕装置)的末端执行器22(图6和7)将气体冷却介质幕施加到刚沉积的材料上以避免沉积的纤维/粘合剂从表面或从沉积在表面上的其它中间层下陷、塌落、剥落或其它的分离。在纤维/粘合剂涂覆完成并固化之后，根据需要修整获得的预型体并根据需要清洁第一模具的凸缘等。在优选的实施方案中，使用闭模系统，该闭模系统具有作为阴模的第一模具和作为相匹配阳模的第二模具，其中第一和第二模之一或二者可相互闭合，从而在其间限定模腔。根据模塑工艺，在后续步骤中，树脂可以注射或灌注到模腔中。在制造船时，可以使用任意常规树脂，包括热塑性树脂。树脂固化，打开模并移除由此产生的复合物(该实施例中的船体)。

应该理解的是，复合材料结构例如船体可以制成具有精制外暴露的船体表面和精制内部(甲板、驾驶舱等)暴露的表面。在该实施方案中，一般程序可以与上文中一样但是被改进，使得第二模的模塑表面在与第一模具闭合之前涂覆脱模剂、凝胶涂层或面漆，并将树脂引入到由闭合模具限定的腔中。第二模可以具有特定轮廓形状，使得成品复合材料可具有所需的内表面。原则上，可以进一步改进一般程序，以制作由第一模中预型体和第二模中预型体形成的复合物。当匹配的第一和第二模闭合时，注入或灌注的树脂将两个预型体粘合在一起。在该实施方案和其它实施方案中，原则上树脂是可发泡的，从而用于闭或开模应用中。

根据本发明的末端执行器22的使用可以结合所谓零注射压力树脂转移模塑(“ZIP RTM模塑”)。后一种模塑法在Composite Fabrication，24-28页(March 2003)中被一般性描述，该文献的全部公开内容通过引用并入本文。例如，末端执行器22可用于形成纤维/粘合剂层以替代手工铺设纤维毡和粘合剂，优选具有冷却介质幕并用文丘里管来涂覆纤维和粘合剂的末端执行器22。虽然在ZIP RTM模塑工艺中可以对构架施加真空，但是在本发明实施方案中没有要求。例如，可以使用根据ZIPRTM模塑工艺的更低模具来作为该实施方案中的第一模，这是由于它类似于开模，但有利的是，更轻的模具变为可能。

应该理解的是，可以制备复合材料结构，其中作为凝胶涂层的替代，可以首先在第一模中形成表层，并任选地可在表层的暴露表面上形成一个或多个屏蔽层(固体和/或泡沫化)，利用根据本发明的末端执行器可以将纤维/粘合剂层涂覆到屏蔽层上。剩下的程序可以按照上文所描述来实施。在该实施方案和其它实施方案的另外变体中，引入到闭合模中的全部或部分树脂可以是可发泡树脂。

应该理解的是，可以选择性地控制歧管88和/或88a从而根据需要提供更温暖或热空气幕，或者一个可提供温暖或热空气幕并且另一个可提供冷却空气幕。在该变体中，可以适当工艺控制每一个歧管，使得可以施加所选温度的空气幕。

如上所述，可以制作各种部件，这些部件可用于船舶工业或其它利用玻璃纤维增强制品的工业中。例如部分船体、全部或部分船甲板、舱口盖、覆盖物、发动机罩、船附属物等可以利用根据本发明制作的预型体来制造。同样，其它船舶例如个人船艇可以利用根据本方法制作的部件来制造，例如包括发动机罩、全部或部分船甲板、舱口盖等。根据本方法制作的部件也可用于汽车工业，以制作车辆的内部和外部元件或车体部件，这种部件的用途不限于车辆，这是由于这种部件可用于任意结构制品，例如储存容器或构造元件。

应该理解的是，本发明的实质不限于本文所描述的具体实施方案，而是延伸至由所附权利要求可包括的其它实施方案和改进。

Claims (47)

1.一种在模具中制作预型体的方法，调整所述模具使得所述预型体在后续加工成复合材料模制品期间保留在模中，所述方法包括：

提供增强材料；

提供粘合剂共混材料；

在文丘里混合器中混合增强材料和粘合剂共混材料，使得粘合剂材料粘附于增强材料；

使来自文丘里混合器的混合物流经过加热区而涂覆至模具的预制表面，所述涂覆没有利用增压系统来实施；

将气体冷却介质流或幕涂覆至所述预制表面上的材料上；和

使混合物充分固化以在所述模具中形成所述预型体，其中所述预型体在后续加工成复合材料模制品期间保留在所述模中。

2.权利要求1的方法，其中涂覆混合物流的步骤包括将混合物喷涂至所述预制表面上。

3.权利要求1的方法，其中提供增强材料的步骤包括提供碎纤维。

4.权利要求3的方法，其中提供碎纤维步骤包括提供碎玻璃纤维。

5.权利要求1的方法，其中提供增强材料的步骤包括将碎纤维流排入所述文丘里混合器中。

6.权利要求1的方法，其中提供粘合剂的步骤包括将粘合剂颗粒流排入所述文丘里混合器中。

7.权利要求1的方法，其中提供粘合剂的步骤包括在将粘合剂与增强材料混合之前调节粘合剂。

8.权利要求7的方法，其中调节粘合剂包括加热粘合剂。

9.权利要求1的方法，其中混合增强材料和粘合剂的步骤包括增强材料流和粘合剂流以及在文丘里混合器中混合这些流。

10.权利要求9的方法，其中使增强材料和粘合剂的混合流从所述文丘里混合器排出，并且其中涂覆所述混合物以在所述预制表面上形成多个层。

11.权利要求1的方法，其中所述加热区包括通过形成受控加热区并驱使增强材料和粘合剂的混合物通过加热区来施加热。

12.权利要求12的方法，其中施加热包括产生火焰。

13.权利要求1的方法，其中以相对于所述模具成有效、可移动的关系来提供末端执行器装置，所述末端执行器装置加热元件施加热以形成加热区，所述末端执行器装置具有文丘里管，增强材料和混合粘合剂的混合物从该文丘里管被驱动通过所述加热区而到达所述预制表面，并且元件形成并施加至少一个气体冷却介质幕至所述预制表面。

14.权利要求1的方法，其中将混合物涂覆至预制表面的步骤包括将混合物涂覆到至少垂直取向的预制表面。

15.权利要求1的方法，其中将混合物涂覆至预制表面的步骤包括将混合物涂覆至固体预制表面。

16.权利要求1的方法，其中将混合物涂覆至预制表面的步骤包括在环境空气条件下将混合物涂覆至表面。

17.权利要求1的方法，其中将混合物涂覆至预制表面的步骤包括将混合物涂覆至其中具有孔的表面。

18.权利要求1的方法，还包括在涂覆到预制表面之后和固化之前使混合物成型。

19.权利要求1的方法，其中固化混合物的步骤包括冷却混合物以使其与载体表面的形状相符。

20.权利要求1的方法，还包括将可模塑材料涂覆到预型体以形成复合材料并且固化该复合材料以形成部件。

21.权利要求20的方法，还包括在部件固化之前对复合材料施加真空。

22.权利要求1的方法，还包括对预型体施加热和压力的至少之一以形成模制部件。

23.权利要求1的方法，还包括在对预型体施加热和压力的至少之一之前将树脂加入预型体。

24.根据权利要求1的方法形成的预型体。

25.一种制作用于形成结构部件的预型体的方法，包括：

提供纤维增强材料流；

通过在文丘里管中将粘合剂材料流和纤维增强材料流混合，以使颗粒粘合剂材料粘附于增强材料，从而形成粘合混合物；和

使来自所述文丘里管的增强材料和粘合剂材料的粘合混合物通过加热区并涂覆到载体表面，任选将气体冷却介质流施加至喷涂于所述表面上的材料上，使得混合物粘附于载体表面；并固化形成预型体。

26.权利要求25的方法，其中所述涂覆所述粘合混合物包括喷涂，并且所述方法包括通过移动冷却空气幕而将所述气体冷却介质流施加到喷涂在载体表面上的粘合混合物上。

27.权利要求26的方法，其中在没有在载体表面周围或没有对载体表面施加增压系统的情况下进行所述喷涂和所述冷却。

28.权利要求25的方法，其中将粘合剂材料粘附到增强材料包括利用热来调整粘合剂材料并迫使经调节的粘合剂材料进入增强材料流中。

29.权利要求26的方法，其中所述喷涂包括产生加热区和使粘合混合物通过加热区。

30.权利要求28的方法，其中提供纤维材料流包括喷吹碎玻璃纤维。

31.权利要求26的方法，其中喷涂粘合混合物包括将混合物喷涂到垂直载体表面上。

32.权利要求26的方法，其中喷涂粘合混合物包括将混合物喷涂到固体表面上。

33.权利要求26的方法，其中喷涂粘合混合物包括将混合物喷涂到多孔表面上。

34.权利要求26的方法，其中喷涂粘合混合物包括在环境空气条件下将混合物喷涂到载体表面上。

35.根据权利要求25的方法形成的预型体。

36.一种模制复合材料结构，其由根据权利要求25的方法形成的预型体获得。

37.一种适合于连接至自动机械臂的末端执行器，用于将粘合剂和增强纤维的热粘合混合物涂覆到表面，所述执行器包含：

机架载体；

安装在机架上各自产生火焰的至少两个间隔的燃烧器，两个火焰被定向为加热位于其间的区域；

喷嘴装置，用于将粘合剂和增强纤维的混合流分散到加热区从而加热混合物；

与各个燃烧器相连并具有用于连接至冷却介质的进口的各个歧管；和

置于每个歧管和相关燃烧器之间的各个屏蔽部件，用于使冷却介质流和加热区之间的相互作用最小。

38.连接至自动机械臂的根据权利要求37的末端执行器。

39.根据权利要求37的末端执行器，其中至少两个燃烧器是伸长的、对称地安置在机架上、相互平行延伸并且向内倾斜。

40.根据权利要求39的末端执行器，其中歧管是伸长的、对称地安置在机架上，相互平行延伸并且沿着相关燃烧器的长度延伸，以产生冷却介质幕。

41.根据权利要求40的末端执行器，其中屏蔽是伸长的、对称地安置在机架上并且相互平行延伸。

42.根据权利要求41的末端执行器，其中喷嘴装置包括安装在两个燃烧器之间的机架上的文丘里管，所述文丘里管具有位于一端的接收增强材料的进口和位于另一端的用于混合流的喷射式出口喷嘴、延伸进入文丘里管内部用于引入液体粘合剂的接入端口和进入文丘里管内部用于引入载气的空气进口。

43.根据权利要求42的末端执行器，其中出口喷嘴具有平行于燃烧器延伸方向而延伸的伸长形状。

44.根据权利要求43的末端执行器，其中一对所述文丘里管装配有输出喷嘴，该喷嘴在燃烧器的延伸方向上轴向排列。

45.根据权利要求37的末端执行器，其中喷嘴装置包括安装在两个燃烧器之间的机架上的至少一个文丘里管，所述文丘里管具有位于一端的接收增强材料的进口和位于另一端的用于混合流的喷射式出口喷嘴、延伸进入文丘里管内部用于引入液体粘合剂的接入端口和进入文丘里管内部用于引入载气的空气进口。

46.根据权利要求45的末端执行器，其中至少两个燃烧器是伸长的、对称地安置在机架上、相互平行延伸并且向内倾斜；并且出口喷嘴具有平行于燃烧器伸展方向而延伸的伸长形状。

47.根据权利要求46的末端执行器，其中一对所述文丘里管装配有输出喷嘴，该喷嘴在燃烧器的延伸方向上轴向排列。

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