RU2774237C2

RU2774237C2 - Method for manufacturing composite part of complex shape

Info

Publication number: RU2774237C2
Application number: RU2020107831A
Authority: RU
Inventors: Жозе ФИГЕНБЛЮМ
Original assignee: Роктул
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2022-06-16

Abstract

FIELD: composite materials.

SUBSTANCE: invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional composite part with a thermoplastic matrix and solid gain. According to the invention, the method includes stages, at which a workpiece of a three-dimensional shape is obtained by means of three-dimensional binding, which is pre-impregnated with polymer creating the matrix, and which corresponds to a three-dimensional shape of the final part. The workpiece of a three-dimensional shape is placed between a punch and a stamp coupled with the punch of a tool having open and closed state and containing a working gap between the punch and the stamp, defining a sealed closed cavity between the punch and the stamp, when the tool is closed. The tool is closed in such a way that to apply the first pressure to the specified three-dimensional workpiece. The closed cavity is heated to the melting point of polymer impregnating the workpiece, maintaining the first pressure. The cavity containing the workpiece is cooled to a temperature providing for extraction from a mold, maintaining the second pressure. The mold is opened, and the workpiece of a three-dimensional shape is extracted from it.

EFFECT: invention provides for an increase in mechanical properties of products.

13 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способу и к устройству для изготовления композитной детали сложной формы. В частности, изобретение предназначено для выполнения трехмерной композитной детали, такой как коробка или купол, или детали, содержащей множество выступающих рельефных элементов. Изобретение можно также применять для выполнения трубчатых деталей, в частности, содержащих соединение нескольких трубок, таких как выхлопные коллекторы. Изобретение можно применять во многих областях, в частности, но не исключительно, для выполнения предметов багажа или крышек для электронных устройств, таких как планшеты или телевизионные экраны, для выполнения защитных шлемов или защитной экипировки, и, в целом, для выпускаемых серийно композитных деталей трехмерной формы, в частности, но не исключительно, когда трехмерные формы не являются развертывающимися.The invention relates to a method and a device for manufacturing a composite part of complex shape. In particular, the invention is intended to provide a three-dimensional composite part, such as a box or a dome, or a part containing a plurality of raised relief elements. The invention can also be applied to the production of tubular parts, in particular, containing the connection of several tubes, such as exhaust manifolds. The invention can be applied in many areas, in particular, but not exclusively, for the manufacture of luggage or covers for electronic devices such as tablets or television screens, for the manufacture of protective helmets or protective equipment, and, in general, for mass-produced three-dimensional composite parts. shapes, in particular, but not exclusively, when the three-dimensional shapes are not expandable.

Известный аналог в этих областях представлен, например, в документе ЕР 2 694 277. В этом документе описано изготовление короба прямоугольной формы с загнутыми краями в виде 5-стенной коробки из плоской листовой заготовки, образованной наслоением тканей, предварительно пропитанных термопластичным полимером. Указанные ткани компонуют и уплотняют/упрочняют в виде композитной детали, усиленной сплошными волокнами, при помощи комплекса пуансон-штамп, тогда как во время выполнения наслоения требуемой формы волокна удерживают натянутыми при помощи листодержателя. Эта технология является удовлетворительной, но требует последующей обрезки выполненной детали после формования и упрочнения и не позволяет получать глубокие штампованные изделия. «Углы короба», представляющие собой трехгранные соединения между сторонами коробки, являются зонами, наиболее подверженными напряжениям, в которых может происходить вытеснение полимера, в результате чего видны не покрытые волокна, теряется товарный вид и даже появляются складки или разрывы.A known analogue in these areas is presented, for example, in document EP 2 694 277. This document describes the manufacture of a rectangular box with folded edges in the form of a 5-wall box from a flat sheet formed by layering fabrics pre-impregnated with a thermoplastic polymer. These fabrics are assembled and densified/reinforced into a solid fiber reinforced composite piece by a punch-stamp complex while the fibers are held taut by a sheet holder during lamination of the desired shape. This technology is satisfactory, but requires subsequent trimming of the completed part after molding and hardening, and does not allow obtaining deep stamped products. The "box corners", which are the triangular joints between the sides of the box, are the most stressed areas where resin extrusion can occur, resulting in uncoated fibers, loss of presentation, and even creases or tears.

Изобретение призвано преодолеть недостатки известных решений и предложить для этого способ изготовления композитной детали трехмерной формы с термопластической матрицей и сплошным усилением, содержащий, согласно изобретению, этапы, на которых:The invention is intended to overcome the shortcomings of the known solutions and to propose for this a method for manufacturing a three-dimensional composite part with a thermoplastic matrix and continuous reinforcement, comprising, according to the invention, the steps in which:

а. посредством трехмерного вязания получают волокнистую заготовку, которая предварительно пропитана термопластическим полимером, образующим матрицу, и которая соответствует форме конечной детали;a. by means of three-dimensional knitting, a fibrous preform is obtained, which is pre-impregnated with a thermoplastic polymer forming a matrix, and which corresponds to the shape of the final part;

b. помещают заготовку между спаренными пуансоном и штампом инструмента, образующими между собой герметичную закрытую полость;b. the workpiece is placed between the paired punch and die of the tool, forming between them a hermetic closed cavity;

c. закрывают инструмент таким образом, чтобы приложить к заготовке первое давление;c. closing the tool so as to apply a first pressure to the workpiece;

d. нагревают полость до температуры плавления полимера, пропитывающего заготовку, поддерживая первое давление;d. heating the cavity to the melting temperature of the polymer impregnating the workpiece, maintaining the first pressure;

e. охлаждают полость, содержащую заготовку, до температуры, обеспечивающей извлечение из пресс-формы, поддерживая второе давление;e. cooling the cavity containing the preform to a demoulding temperature while maintaining the second pressure;

f. открывают пресс-форму и извлекают из нее деталь.f. open the mold and remove the part from it.

Таким образом, процесс вязания позволяет получить заготовку трехмерной формы, по существу соответствующую форме готовой конечной детали без соединения пластов и без формования посредством деформации. Использование закрытой полости в сочетании с циклом давление-температура позволяет напрямую получить деталь с конечными размерами и с чистыми бортами, не требующими обрезки. Глубина штампованного изделия не ограничена по причине отсутствия формования. Поскольку заготовка предварительно пропитана термопластическим полимером, ее можно хранить без ограничения времени и производить в месте, удаленном от места обработки. Следовательно, способ можно применять для серийного промышленного производства в областях, к которым относится изобретение.In this way, the knitting process produces a three-dimensionally shaped preform substantially corresponding to the shape of the finished end piece, without seam joining and without molding by deformation. The use of a closed cavity in combination with the pressure-temperature cycle makes it possible to directly obtain a part with final dimensions and with clean edges that do not require trimming. The depth of the stamped product is not limited due to the lack of molding. Because the workpiece is pre-impregnated with thermoplastic resin, it can be stored indefinitely and produced at a location remote from the processing site. Therefore, the method can be applied to mass production in the fields to which the invention relates.

Термин «предварительно пропитанный» в контексте изобретения, применяемый для заготовки, получаемой при помощи заявленного способа, обозначает сухую снаружи и мягкую заготовку, содержащую полимер, образующий матрицу будущей композитной детали. Средства для введения полимера в вязаную заготовку, отвечающую этим признакам, описаны в рамках частных вариантов осуществления изобретения. Сама пропитка происходит посредством просачивания расплавленного полимера между волокнами на этапах d) и е) заявленного способа.The term "pre-impregnated" in the context of the invention, used for the workpiece obtained using the claimed method, means a dry outside and soft workpiece containing a polymer that forms the matrix of the future composite part. Means for incorporating a polymer into a knitted preform corresponding to these features are described within the scope of particular embodiments of the invention. The impregnation itself takes place by infiltration of the molten polymer between the fibers in steps d) and e) of the inventive process.

Предпочтительно изобретение осуществляют в соответствии с представленными ниже вариантами и версиями осуществления, которые можно рассматривать отдельно или в любой технически возможной комбинации.Preferably, the invention is carried out in accordance with the following options and versions of implementation, which can be considered separately or in any technically possible combination.

Согласно варианту осуществления, перед этапом d) заявленный способ содержит этап, на котором создают вакуум в формовочной полости, ограниченной пуансоном и штампом и содержащей заготовку. Таким образом, создание вакуума в указанной полости и приложение первого давления обеспечивают удаление газов из заготовки и ее хорошую пропитку во время плавления пропиточного полимера.According to an embodiment, prior to step d), the inventive method comprises the step of creating a vacuum in a mold cavity delimited by the punch and die and containing the workpiece. Thus, the creation of a vacuum in said cavity and the application of a first pressure ensure that gases are removed from the workpiece and that it is well impregnated during the melting of the impregnating polymer.

Предпочтительно между этапами d) и f) заявленный способ содержит этап, на котором:Preferably, between steps d) and f), the claimed method comprises the step of:

g. температуру поддерживают в течение времени, соответствующего пропитке заготовки полимером.g. the temperature is maintained for a time corresponding to the impregnation of the preform with polymer.

Это время выдержки, зависящее от вязкости полимера и от процентного содержания волокон, обеспечивает равномерную пропитку заготовки.This holding time, which depends on the viscosity of the polymer and on the percentage of fibers, ensures uniform impregnation of the preform.

Предпочтительно второе давление прикладывают к заготовке во время этапа g). Таким образом, приложение второго давления, когда образующий матрицу полимер уже становится текучим, позволяет осуществить уплотнение. Поддержание этого давления во время охлаждения позволяет калибровать толщину и форму детали.Preferably, the second pressure is applied to the preform during step g). Thus, the application of the second pressure, when the matrix-forming polymer is already fluid, allows compaction to take place. Maintaining this pressure during cooling allows the thickness and shape of the part to be calibrated.

Предпочтительно вязаную заготовку получают из нити, образованной прядями усилительного волокна, перемешанными с прядями, образованными пропиточным полимером. Этот вариант осуществления обеспечивает равномерную пропитку заготовки во время этапов d) и е).Preferably, the knitted blank is obtained from a thread formed by strands of reinforcing fiber intermingled with strands formed by an impregnating polymer. This embodiment ensures uniform impregnation of the preform during steps d) and e).

Аналогично, вязаную заготовку получают из нити, образованной усилительным волокном, покрытым пропиточным полимером.Similarly, a knitted blank is obtained from a thread formed by an amplifying fiber coated with an impregnating polymer.

Согласно другой версии осуществления, заготовку получают посредством вязания из нити, образованной усилительным волокном, и нити, образованной пропиточным полимером.According to another embodiment, the preform is obtained by knitting from a thread formed by an amplifying fiber and a thread formed by an impregnating polymer.

Согласно частному случаю этой последней версии, усилительное волокно является полимером, температура плавления которого превышает температуру плавления пропиточного полимера.According to a special case of this latest version, the amplifying fiber is a polymer whose melting point is higher than that of the impregnating polymer.

Согласно версии осуществления, заготовку вяжут, используя технологию частичного вязания. В этой версии используют технологию, наиболее распространенную и наиболее разнообразную с точки зрения реализуемых форм, однако во многих случаях чистовая отделка или закрывание трехмерной заготовки требует выполнения шва.According to an embodiment, the blank is knitted using partial knitting technology. This version uses the technology that is the most common and the most diverse in terms of realizable forms, however, in many cases, a fine finish or closing of a three-dimensional workpiece requires a seam.

Для этого, согласно версиям осуществления этого варианта осуществления, перед этапом b) заявленный способ содержит этап сшивания для закрывания контура заготовки. Этот вариант осуществления позволяет получать готовые к использованию заготовки с закрытым контуром, даже если технология вязания не позволяет получить этот признак непосредственно во время вязания.To do this, according to the implementation versions of this embodiment, before step b), the claimed method comprises a stitching step for closing the contour of the workpiece. This embodiment makes it possible to obtain ready-to-use blanks with a closed loop, even if the knitting technology does not allow this feature to be obtained directly at the time of knitting.

В альтернативном варианте между этапами b) и с) способ содержит этап, на котором:Alternatively, between steps b) and c), the method comprises:

h. закрывают контур заготовки при помощи сварного шва.h. close the contour of the workpiece with a welded seam.

Этот вариант осуществления использует преимущество состава заготовки, включающей в себя пропиточный полимер. Этот сварной шов выполняют перед этапом b) или когда заготовку помещают на пуансон или в штамп, чтобы обеспечить точное позиционирование указанного сварного шва.This embodiment takes advantage of the preform composition including the impregnating polymer. This weld is made before step b) or when the workpiece is placed on the punch or die to ensure accurate positioning of said weld.

Согласно другой версии осуществления, заготовку вяжут, используя технологию вязания с переносом петель. В зависимости от версий, эта технология позволяет получать одинарный или двойной трикотаж джерси и выполнять трехмерную заготовку в виде единой детали без шва или стыка, хотя и за счет повышения сложности вязания.According to another embodiment, the blank is knitted using the technology of knitting with loop transfer. Depending on the versions, this technology makes it possible to produce single or double jersey knits and to perform a three-dimensional blank as a single piece without a seam or joint, albeit at the expense of increased knitting complexity.

Согласно предпочтительному варианту осуществления заявленного способа, в закрытой полости к заготовке прикладывают первое и второе давление, меняя между двумя значениями рабочий зазор между пуансоном и штампом. Этот вариант осуществления обеспечивает более точный контроль толщины и, следовательно, калибровки заготовки.According to a preferred embodiment of the claimed method, the first and second pressures are applied to the workpiece in a closed cavity, changing between the two values the working gap between the punch and the die. This embodiment provides more precise control of the thickness and hence the sizing of the workpiece.

Объектом изобретения является также инструмент для осуществления заявленного способа, при этом указанный инструмент содержит:The object of the invention is also a tool for implementing the claimed method, while said tool contains:

х. пуансон, выполненный из электропроводящего материала;X. a punch made of an electrically conductive material;

у. штамп, спаренный с пуансоном таким образом, чтобы образовать полость между формовочными поверхностями пуансона и штампа, и выполненный из электропроводящего материала;y. a die coupled with the punch so as to form a cavity between the molding surfaces of the punch and the die, and made of an electrically conductive material;

z. индукционный контур для нагрева формовочных поверхностей пуансона или штампа;z. induction circuit for heating the molding surfaces of the punch or die;

и. генератор тока высокой частоты для питания индукционного контура.and. high frequency current generator to power the induction circuit.

Использование индукции в качестве средства автономного нагрева инструмента позволяет сократить продолжительность цикла и обеспечивает серийное выполнение деталей.The use of induction as a means of autonomous heating of the tool allows you to reduce the cycle time and ensures serial production of parts.

Согласно варианту осуществления, полость, ограниченная между пуансоном и штампом, содержит конусность с расширением в сторону основания пуансона. Таким образом, давлением на заготовку управляют посредством относительного перемещения пуансона и штампа, которое, в зависимости от конусности вдоль загнутых краев, позволяет контролировать значение рабочего зазора в закрытой полости на всех сторонах заготовки.According to an embodiment, the cavity defined between the punch and the die comprises a taper that widens towards the base of the punch. Thus, the pressure on the workpiece is controlled by the relative movement of the punch and die, which, depending on the taper along the folded edges, allows you to control the value of the working gap in the closed cavity on all sides of the workpiece.

Предпочтительно пуансон или штамп содержит контур охлаждения для циркуляции текучей среды. Это позволяет сократить продолжительность цикла осуществления детали за счет ускорения этапа f) способа.Preferably, the punch or die includes a refrigeration circuit to circulate the fluid. This makes it possible to shorten the cycle time of the part by speeding up step f) of the method.

Предпочтительно формовочные поверхности пуансона и штампа, ограничивающие полость, выполнены из ферромагнитного материала, точка Кюри которого равна температуре плавления полимера, пропитывающего заготовку. Этот вариант осуществления упрощает контроль температуры в полости, в частности, позволяет избегать пережогов, когда этому явлению подвергаются усилительные волокна заготовки.Preferably, the molding surfaces of the punch and die that define the cavity are made of a ferromagnetic material whose Curie point is equal to the melting point of the polymer impregnating the preform. This embodiment simplifies the temperature control in the cavity, in particular avoiding burnout when the amplifying fibers of the preform are subjected to this phenomenon.

Согласно варианту осуществления инструмента для осуществления заявленного способа, он содержит штамп, выполненный из теплопроводного материала, и индуктор, расположенный в полости, выполненной в указанном штампе, при этом объем формовочной полости может меняться независимо от сближения пуансона и штампа. Этот вариант осуществления предусмотрен для получения заготовки, содержащей электропроводящие или не проводящие волокна. Изменение объема формовочной полости обеспечивает уплотнение и калибровку по толщине конечной детали.According to an embodiment of the tool for implementing the claimed method, it contains a stamp made of a heat-conducting material and an inductor located in a cavity made in the specified stamp, while the volume of the mold cavity can change regardless of the approach of the punch and the stamp. This embodiment is provided to obtain a preform containing electrically conductive or non-conductive fibers. Changing the volume of the mold cavity provides compaction and calibration for the thickness of the final part.

Согласно версии этого варианта осуществления заявленного инструмента, пуансон содержит накачиваемую расширительную камеру. Эта версия обеспечивает равномерное давление на всей поверхности заготовки, в частности, в ходе этапов е) и f) способа.According to a version of this embodiment of the claimed tool, the punch comprises an inflatable expansion chamber. This version provides a uniform pressure on the entire surface of the workpiece, in particular during steps e) and f) of the method.

Согласно другой версии этого варианта осуществления заявленного инструмента, пуансон содержит подвижную часть, приводимую в действие при сближении штампа и пуансона. Эта версия позволяет контролировать рабочий зазор и, следовательно, толщину конечной детали в формовочной полости.According to another version of this embodiment of the inventive tool, the punch contains a movable part that is actuated by the approach of the stamp and the punch. This version allows you to control the working gap and therefore the thickness of the final part in the mold cavity.

Согласно другой версии, пуансон представляет собой мягкую емкость, к которой прикладывают давление газа для осуществления этапов c)-f) заявленного способа.According to another version, the punch is a soft container to which gas pressure is applied to carry out steps c)-f) of the claimed method.

Предпочтительно мягкая емкость содержит на своей стороне, входящей в контакт с заготовкой, наполнитель из материала, чувствительного к индукционному нагреву. Таким образом, емкость участвует в равномерном нагреве заготовки.Preferably, the soft container has on its side that comes into contact with the preform a filler of a material sensitive to induction heating. Thus, the container is involved in the uniform heating of the workpiece.

Ниже следует описание предпочтительных и неограничивающих вариантов осуществления со ссылками на фиг. 1-5, на которых:The following is a description of preferred and non-limiting embodiments with reference to FIGS. 1-5, on which:

на фиг. 1 показан пример выполнения инструмента, изображенного в открытом положении, для осуществления изобретения, вид в разрезе;in fig. 1 shows an example of a tool, shown in the open position, for carrying out the invention, a sectional view;

на фиг. 2 показаны два примера вязаных заготовок в виде полукороба, содержащего зоны трехгранного соединения;in fig. 2 shows two examples of knitted blanks in the form of a semi-box containing zones of a trihedral connection;

на фиг. 3 показан другой пример выполнения инструмента для осуществления заявленного способа, вид в разрезе и в открытом положении;in fig. 3 shows another example of a tool for carrying out the claimed method, in sectional view and in the open position;

на фиг. 4 представлена блок-схема заявленного способа;in fig. 4 shows a block diagram of the claimed method;

на фиг. 5 показан вид в перспективе примера выполнения вязаной заготовки с закрытым контуром, содержащей 5 сторон и зоны трехгранного соединения между сторонами.in fig. 5 is a perspective view of an exemplary closed loop knit having 5 sides and a triangular connection area between the sides.

Технологии вязания в уровне техники известны и позволяют осуществлять трехмерное соединение множества нитей, переплетаемых в виде буклей или петель. Согласно используемому способу вязания, сложные заготовки выполняют в ходе одной операции вязания. Согласно другим технологиям вязания, контур детали не может быть закрыт и требует в этом случае этапа закрывания посредством сшивания или предпочтительно при помощи сварного шва, что будет пояснено ниже.Knitting techniques in the prior art are known and allow the three-dimensional connection of a plurality of threads intertwined in the form of boucles or loops. According to the knitting method used, complex blanks are made in one knitting operation. According to other knitting techniques, the contour of the part cannot be closed and in this case requires the step of closing by sewing or preferably by means of a weld, as will be explained below.

На фиг. 5 представлен пример заготовки 500 трехмерной формы, содержащей 5 сторон и 4 зоны 501 трехгранного соединения между сторонами, и эти зоны соединения часто называют термином «угол короба». Для надлежащего отображения трехмерной формы вязаной заготовки 500 последняя показана расположенной на опоре, при этом опорой является, например, пуансон инструмента. Технология вязания, используемая в этом примере осуществления, обеспечивает непрерывность волокон на всей поверхности заготовки, контур которой является закрытым. Пряди являются непрерывными, в том числе в зонах 501 трехгранного соединения, которые являются не развертывающимися зонами, то есть их невозможно развернуть в виде плоскости, сохраняя при этом длину прядей. Как показано на этой фигуре, технология вязания позволяет получить заготовку, которая уже имеет конечную форму детали или имеет очень близкую к ней форму.In FIG. 5 shows an example of a three-dimensional blank 500 containing 5 sides and 4 triangular joint zones 501 between the sides, and these joint zones are often referred to by the term "box corner". To properly display the three-dimensional shape of the knitted blank 500, the latter is shown located on a support, while the support is, for example, a tool punch. The knitting technique used in this embodiment ensures the continuity of the fibers on the entire surface of the workpiece, the contour of which is closed. The strands are continuous, including in the trihedral zones 501, which are non-deployable zones, that is, they cannot be unfolded in a plane while maintaining the length of the strands. As shown in this figure, the knitting technology makes it possible to obtain a blank that already has the final shape of the part or has a shape very close to it.

Предпочтительно, но не исключительно, заявленный способ осуществляют при помощи плосковязальной машины, которая предоставляет больше всего возможностей с точки зрения реализуемых форм и закрытого контура. Реализуемые формы включают в себя форму коробки с углами короба, формы по существу в виде купола или колпака, такой как шлем, трубчатые формы, включающие в себя соединения трубок, или даже комбинации этих различных форм, возможно содержащих выемки.Preferably, but not exclusively, the inventive method is carried out using a flat knitting machine, which provides the most opportunities in terms of realizable forms and closed contour. Implementable shapes include a box shape with box corners, substantially dome or cap shapes such as a helmet, tubular shapes including tube connections, or even combinations of these various shapes, possibly including recesses.

Согласно известным техническим решениям, трехмерное вязание применяют для выполнения сухих волокнистых заготовок, которые затем пропитывают термореактивной смолой при помощи способа, в ходе которого производят инжекцию жидкой смолы в пресс-форму, такого как метод RTM (Resin Transfer Molding).In the prior art, three-dimensional knitting is used to make dry fibrous preforms, which are then impregnated with thermosetting resin by a method in which liquid resin is injected into a mold, such as the RTM (Resin Transfer Molding) method.

Однако этот способ не предусмотрен для серийного производства.However, this method is not intended for mass production.

В заявленном способе применяют вязаную волокнистую заготовку, уже содержащую полимер, который образует затем матрицу композитной детали.In the claimed method, a knitted fibrous preform is used, which already contains a polymer, which then forms the matrix of the composite part.

Для этого на этапе вязания заявленного способа используют усилительные волокна, такие как стекловолокна, карбоновые волокна, арамидные волокна, металлические волокна, полимерные волокна, или натуральные волокна, такие как волокна льна, кокоса, сизали, джута или бамбука, в случае необходимости, в виде промасленной пряжи, или комбинацию этих волокон в сочетании с термопластическим полимером, образующим матрицу будущей композитной детали.For this, reinforcing fibers such as glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, metal fibers, polymer fibers, or natural fibers such as flax, coconut, sisal, jute or bamboo fibers are used in the knitting step of the claimed method, if necessary, in the form oiled yarn, or a combination of these fibers in combination with a thermoplastic polymer that forms the matrix of the future composite part.

Например, указанный полимер вводят, перемешивая его с усилительными волокнами, например, в виде прядей указанного волокна, выпрядаемых и, возможно, скручиваемых с прядями указанного полимера, или в виде усилительных волокон, покрытых указанным полимером, или же посредством вязания нитей указанного полимера с нитями, образованными усилительными волокнами.For example, said polymer is introduced by mixing it with reinforcing fibers, for example, in the form of strands of said fiber spun and possibly twisted with strands of said polymer, or in the form of reinforcing fibers coated with said polymer, or by knitting threads of said polymer with threads formed by reinforcing fibers.

Независимо от варианта осуществления, отсутствие липкости указанного термопластического полимера позволяет применять его вместе с усилительными волокнами в ходе этапа вязания.Regardless of the embodiment, the lack of stickiness of said thermoplastic polymer allows it to be used together with reinforcing fibers during the knitting step.

Например, но не ограничительно, указанный термопластический полимер может представлять собой полиэфиркетон (ПЭК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиэфиримид (ПЭИ), термопластический полиэфир, полифениленсульфид (ПФС), полиамид (например, ПА6 или ПА6-6), акрилонитрилбутадиенстирол (АБС).For example, but not limited to, said thermoplastic polymer may be polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), thermoplastic polyester, polyphenylene sulfide (PPS), polyamide (e.g. PA6 or PA6-6), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) .

Согласно другим примерам, указанный полимер выбирают среди биополимеров, таких как:According to other examples, the specified polymer is selected from biopolymers, such as:

- полиамиды (ПА), в частности, ПАП,- polyamides (PA), in particular PAP,

- полиэтилен (ПЭТ) растительного происхождения;- polyethylene (PET) of vegetable origin;

- полимолочная кислота (PLA);- polylactic acid (PLA);

- или полиэфиры растительного происхождения.- or polyesters of vegetable origin.

Сочетание способа получения заготовки, в ходе которого переплетают волокна и который обеспечивает непрерывность этого переплетения во всей форме, и термопластического полимера позволяет получать легкие детали, обладающие исключительной стойкостью к ударам и, в зависимости от выбора полимера, являющиеся жаропрочными и огнестойкими. Таким образом, заявленный способ позволяет получать детали, подвергающиеся этим типам воздействия, такие как элементы багажа, предметы индивидуальной защиты, такие как шлемы, нагрудники, щитки, налокотники или наколенники, защитные раковины или легкие элементы защиты.The combination of a preform process in which the fibers are interlaced, which ensures the continuity of this interlacing in the entire form, and a thermoplastic polymer makes it possible to obtain lightweight parts that have exceptional impact resistance and, depending on the choice of polymer, are heat resistant and flame retardant. Thus, the inventive method makes it possible to obtain parts subject to these types of impacts, such as luggage items, personal protective equipment such as helmets, bibs, shields, elbow or knee pads, protective shells or lightweight protective elements.

На фиг. 1, где представлен пример осуществления заявленного способа, предусмотренного для применения заготовки, в которой усилительные волокна не являются электропроводящими, заготовку 100, полученную посредством вязания и содержащую усилительные волокна и пропиточный термопластический полимер для конечной детали, поместили на часть, образующую пуансон инструмента.In FIG. 1, which shows an exemplary embodiment of the inventive method for using a preform in which the reinforcing fibers are not electrically conductive, a knitted preform 100 containing reinforcing fibers and an impregnating thermoplastic polymer for the final part was placed on the part forming the punch of the tool.

На фиг. 2, согласно неограничивающему варианту осуществления, заготовка 100а имеет форму короба, содержащего зоны трехгранного соединения, называемыми «углами короба». Например, речь идет о половине корпуса чемодана. Согласно варианту осуществления, указанная заготовка 100а имеет выемку 201, выполненную непосредственно во время вязания указанной заготовки. По сравнению с известными решениями при применении термопластических композиционных материалов, например, при штамповке или уплотнении в форме, технология получения заготовки посредством вязания позволяет сохранять в зонах соединения, в частности, в углах короба, процентное содержание усилительных волокон, сравнимое с процентным содержанием усилительных волокон в остальной части детали, и одновременно избегать образования складок в этих зонах.In FIG. 2, according to a non-limiting embodiment, blank 100a has the shape of a box containing trihedral joint zones, referred to as "box corners". For example, we are talking about half the body of a suitcase. According to an embodiment, said blank 100a has a recess 201 made directly at the time of knitting said blank. Compared to known solutions when using thermoplastic composite materials, for example, when stamping or compacting in a mold, the technology for obtaining a workpiece by knitting allows you to save in the connection zones, in particular in the corners of the box, a percentage of reinforcing fibers comparable to the percentage of reinforcing fibers in the rest of the part, and at the same time avoid the formation of wrinkles in these areas.

Возвращаясь к фиг. 1, если технология вязания позволяет получить такую заготовку с закрытым контуром, то, когда инструмент находится в открытой конфигурации, указанную заготовку 100 просто надевают на пуансон 110, накрывая указанный пуансон указанной заготовкой 100, предварительно, если это необходимо, нанеся распылением на указанный пуансон средство для деления детали. Такую операцию легко реализуют вручную или при помощи манипулятора или робота. Описанное ниже применение самонагревающегося инструмента позволяет пуансону оставаться при окружающей температуре во время этого этапа.Returning to FIG. 1, if the knitting technique makes it possible to obtain such a closed loop preform, then, when the tool is in an open configuration, said preform 100 is simply put on the punch 110, covering the specified punch with the specified preform 100, having previously, if necessary, sprayed the agent on the specified punch. to divide the part. Such an operation is easily implemented manually or with the help of a manipulator or a robot. The use of a self-heating tool described below allows the punch to remain at ambient temperature during this step.

На фиг. 2, согласно еще одному варианту осуществления, технология вязания не позволяет закрыть контур заготовки 100b, и указанная заготовка имеет разрыв контура, ограниченный двумя открытыми кромками 211, 212.In FIG. 2, according to another embodiment, the knitting technique does not allow the contour of the workpiece 100b to be closed, and said workpiece has a break in the contour defined by two open edges 211, 212.

Возвращаясь к фиг. 1, если технология вязания не позволяет получить вязаную заготовку с закрытым контуром, то, когда заготовку помещают на пуансон 110, позиционирование указанной заготовки в инструменте стабилизируют посредством выполнения по меньшей мере 2 сварных швов, соединяющих открытые кромки разрыва контура. Присутствие полимера в вязаной заготовке позволяет выполнить такой сварной шов. Указанный сварной шов выполняют, например, при помощи паяльника, в альтернативном варианте его выполняют в виде сварных точек или сварной линии при помощи других известных средств, таких как лазер или ультразвук.Returning to FIG. 1, if the knitting technique does not produce a closed loop knitted blank, then when the blank is placed on the punch 110, the position of said blank in the tool is stabilized by making at least 2 welds connecting the open edges of the broken contour. The presence of the polymer in the knitted blank allows such a weld to be made. Said weld is made, for example, with a soldering iron, alternatively it is made in the form of spot welds or a weld line by other known means such as laser or ultrasound.

Согласно этому варианту применения инструмента, пуансон предпочтительно содержит средства позиционирования открытых кромок заготовки относительно друг друга, например, в виде игл или крючков, продеваемых в петли. Таким образом, заготовка оказывается идеально позиционированной на инструменте.According to this application of the tool, the punch preferably comprises means for positioning the open edges of the workpiece relative to each other, for example in the form of needles or hooks threaded through loops. Thus, the workpiece is perfectly positioned on the tool.

Инструмент состоит по меньшей мере из двух частей 110, 120, разделяемых между открытой конфигурацией и закрытой конфигурацией, образующих пуансон 110 и штамп 120. Пуансон и штамп подобраны таким образом, чтобы на уровне своих формовочных поверхностей при закрывании инструмента ограничивать между собой рабочий зазор (е), показанный на фигуре в увеличенном масштабе, соответствующий конечной толщине выполняемой детали. Таким образом, пространство между пуансоном и штампом образует формовочную полость, в которой находится заготовка 100.The tool consists of at least two parts 110, 120, divided between an open configuration and a closed configuration, forming a punch 110 and a die 120. The punch and die are selected in such a way that, at the level of their forming surfaces, when closing the tool, they limit the working gap between them (e ), shown in the figure on an enlarged scale, corresponding to the final thickness of the workpiece. Thus, the space between the punch and the die forms a mold cavity in which the blank 100 is located.

Согласно примеру осуществления, средства 160 позволяют создавать вакуум в формовочной полости, содержащей заготовку 100, после закрывания инструмента.According to an exemplary embodiment, the means 160 allow a vacuum to be created in the mold cavity containing the blank 100 after the tool has been closed.

Согласно примеру осуществления, пуансон и штамп выполнены из ферромагнитного материала и покрыты на своих наружных сторонах за пределами формовочных поверхностей сплошным слоем 111, 121 электропроводящего и не ферромагнитного материала, такого как медь. При закрывании инструмента части инструмента, образующие пуансон и штамп, отделены друг от друга слоем электроизоляционного материала 130. Этот слой изоляционного материала обеспечивает также герметичность полости, образующейся между пуансоном и штампом при закрывании инструмента.According to an exemplary embodiment, the punch and die are made of a ferromagnetic material and are coated on their outer sides outside the molding surfaces with a continuous layer 111, 121 of an electrically conductive and non-ferromagnetic material such as copper. When closing the tool, the parts of the tool forming the punch and die are separated from each other by a layer of electrically insulating material 130. This layer of insulating material also seals the cavity formed between the punch and die when the tool is closed.

Комплекс пуансон-штамп помещают в индукционный контур, образованный двумя полувитками 141, 142, один 141 из которых интегрирован в пуансон, а другой 142 - в штамп. Закрывание инструмента приводит к электрическому соединению двух полувитков. Образованный таким образом виток, окружающий инструмент, подключают к генератору тока высокой частоты (не показан), и питание указанного витка вызывает циркуляцию наведенных токов на поверхностях инструмента. Наведенные токи проходят в небольшой толщине материала на поверхности инструмента. Таким образом, наведенные токи проходят в слоях покрытия 121, 111 и, - с учетом разрыва, образованного изолирующим слоем 130 между двумя частями инструмента, - на формовочных поверхностях полости, образованной между пуансоном и штампом.The punch-stamp complex is placed in an induction circuit formed by two half-turns 141, 142, one 141 of which is integrated into the punch, and the other 142 into the stamp. Closing the tool results in an electrical connection of the two half-turns. The coil thus formed surrounding the tool is connected to a high frequency current generator (not shown), and the supply of said coil causes the circulation of induced currents on the surfaces of the tool. The induced currents pass through a small thickness of material on the surface of the tool. The induced currents thus flow in the coating layers 121, 111 and, considering the gap formed by the insulating layer 130 between the two parts of the tool, on the forming surfaces of the cavity formed between the punch and the die.

Указанные формовочные поверхности, выполненные из ферромагнитного материала, быстро нагреваются по причине циркуляции наведенных токов высокой частоты и передают свое тепло заготовке 100.Said forming surfaces made of ferromagnetic material quickly heat up due to the circulation of high frequency induced currents and transfer their heat to the workpiece 100.

Под действием температуры полимер, заключенный в вязаной заготовке, нагревается до своей температуры плавления, и, поскольку заготовка заключена в закрытой и герметичной полости, указанный полимер равномерно пропитывает заготовку.Under the action of temperature, the polymer enclosed in the knitted preform is heated to its melting temperature, and since the preform is enclosed in a closed and sealed cavity, the said polymer evenly impregnates the preform.

Давление закрывания, прикладываемое к пресс-форме, а также рабочий зазор (е) между пуансоном и штампом позволяют калибровать толщину конечной детали. Применение индукционного нагрева в конфигурации пресс-формы в этом варианте осуществления позволяет сконцентрировать нагрев на формовочных поверхностях полости, не прибегая к нагреву всей массы инструмента.The closing pressure applied to the mold, as well as the working gap (e) between the punch and the die, make it possible to calibrate the thickness of the final part. The use of induction heating in the mold configuration in this embodiment allows the heat to be concentrated on the molding surfaces of the cavity without resorting to heating the entire mass of the tool.

Температура указанных формовочных поверхностей быстро повышается, и указанную температуру контролируют, например, путем выбора ферромагнитного материала, образующего пресс-форму, в зависимости от его температуры Кюри.The temperature of said molding surfaces rises rapidly and said temperature is controlled, for example, by selecting the ferromagnetic material forming the mold in relation to its Curie temperature.

Предпочтительно пуансон 110 и/или штамп 120 инструмента содержат каналы 151, 152 для циркуляции текучей среды-теплоносителя, например, воды, обеспечивающей быстрое охлаждение формовочных поверхностей.Preferably, the punch 110 and/or the tool die 120 include channels 151, 152 for circulating a heat transfer fluid, such as water, to rapidly cool the mold surfaces.

Таким образом, формовочная полость и заготовка 100 нагреваются до температуры, по меньшей мере равной температуре плавления полимера, содержащегося в указанной заготовке, и указанную температуру поддерживают в течение надлежащего времени, составляющего от нескольких секунд до 1 минуты, для обеспечения равномерной пропитки заготовки полимером.Thus, the mold cavity and preform 100 are heated to a temperature at least equal to the melting temperature of the resin contained in said preform, and said temperature is maintained for an appropriate time of several seconds to 1 minute to ensure that the preform is evenly impregnated with resin.

Указанное время выдержки зависит от процентного содержания усилительных волокон и от вязкости полимера, плавящегося при температуре выдержки. Чем больше вязкость полимера и чем больше количество волокон, тем больше время выдержки. Время выдержки можно легко определить путем испытаний.The specified holding time depends on the percentage of reinforcing fibers and on the viscosity of the polymer melting at the holding temperature. The greater the viscosity of the polymer and the greater the number of fibers, the longer the exposure time. The holding time can be easily determined by testing.

После соответствующего времени выдержки электрическое питание витка 141, 142 отключают и формовочную полость охлаждают за счет циркуляции текучей среды-теплоносителя в каналах 151, 152 охлаждения инструмента.After an appropriate dwell time, the electrical power to the coil 141, 142 is turned off and the mold cavity is cooled by circulation of a heat transfer fluid in the tool cooling channels 151, 152.

В ходе этапов нагрева, выдержки и охлаждения поддерживают давление закрывания инструмента.The closing pressure of the tool is maintained during the heating, holding and cooling steps.

Согласно версии осуществления, в конце нагрева и во время этапа выдержки к заготовке прикладывают второе давление, превышающее первое давление. Это второе давление прикладывают, например, перемещая пуансон относительно штампа. Согласно варианту осуществления, пуансон и штамп имеют небольшую конусность с расширением в сторону основания пуансона, поэтому это относительное перемещение создает указанное давление за счет уменьшения рабочего зазора (е) на всех поверхностях заготовки.According to an embodiment, at the end of the heating and during the holding step, a second pressure greater than the first pressure is applied to the preform. This second pressure is applied, for example, by moving the punch relative to the die. According to an embodiment, the punch and die are slightly tapered towards the base of the punch, so this relative movement creates said pressure by reducing the working gap (e) on all surfaces of the workpiece.

Когда охлаждение формовочной полости за счет циркуляции текучей среды-теплоносителя понижает температуру этой полости до температуры ниже значения, при котором жесткость полимера оказывается достаточной, чтобы обеспечить манипулирование полученной деталью без ее деформации, пресс-форму открывают и деталь извлекают.When cooling of the mold cavity by circulation of the heat transfer fluid lowers the temperature of the cavity to a temperature below the value at which the polymer stiffness is sufficient to allow the resulting part to be manipulated without deformation, the mold is opened and the part is removed.

Затем цикл возобновляют с новой заготовкой. Время изготовления детали между двумя открываниями пресс-формы зависит от размера детали, от природы полимера и от процентного содержания волокон, но при этом в целом составляет от 1 до 5 минут и в основном зависит от времени выдержки при температуре.The cycle is then restarted with a new workpiece. The manufacturing time between two mold openings depends on the size of the part, on the nature of the polymer and on the percentage of fibers, but is generally between 1 and 5 minutes and mainly depends on the holding time at temperature.

Применение индукционного нагрева позволяет получить достаточную температуру нагрева во время каждого цикла, чтобы обеспечить равномерную пропитку детали.The use of induction heating makes it possible to obtain a sufficient heating temperature during each cycle to ensure uniform impregnation of the part.

Скорость нагрева порядка 2°С⋅с^-1, обеспечиваемая этим способом нагрева, позволяет также применять натуральные волокна, чувствительные к прожогам, без риска разрушения указанных волокон.The heating rate of about 2°C.s ^-1 provided by this method of heating also allows the use of natural fibers sensitive to burns, without the risk of destruction of these fibers.

Описанные выше этапы осуществления можно также применять, сначала помещая заготовку в штамп, а не на пуансон, и их можно адаптировать для вязаной заготовки, форма которой отличается от формы полукороба.The steps described above can also be applied by first placing the blank in a die rather than on a punch, and can be adapted for a knitted blank whose shape is different from that of a semi-box.

На фиг. 3 представлен другой пример осуществления заявленного способа, адаптированного для любого типа волокна, в том числе для электропроводящих волокон, в котором инструмент содержит по меньшей мере две части в виде пуансона 310 и штампа 320. Согласно этому варианту осуществления, штамп 320 выполнен из металлического материала, хорошо проводящего тепло, такого как алюминиевый или медный сплав, хотя эти примеры и не являются ограничивающими.In FIG. 3 shows another embodiment of the claimed method, adapted to any type of fiber, including electrically conductive fibers, in which the tool comprises at least two parts in the form of a punch 310 and a die 320. According to this embodiment, the die 320 is made of a metallic material, a good heat conductor such as aluminum or copper alloy, although these examples are not limiting.

Штамп 320 содержит множество каналов 340, в которых проходят индукторы 341. Указанные индукторы выполнены в виде медных трубок или в виде литцендратного кабеля. Согласно примеру осуществления, внутри указанные каналы содержит покрытие 342 из ферромагнитного материала толщиной, составляющей от 0,2 мм до 2 мм. Таким образом, когда через индуктор 341 пропускают ток высокой частоты, наведенные токи проходят в ферромагнитном покрытии 342, вызывая его нагрев.Die 320 includes a plurality of channels 340 through which inductors 341 extend. These inductors are either copper tubes or litz cable. According to an exemplary embodiment, said channels are internally provided with a ferromagnetic material coating 342 with a thickness of 0.2 mm to 2 mm. Thus, when a high frequency current is passed through the inductor 341, the induced currents pass through the ferromagnetic coating 342, causing it to heat up.

Тепло передается на штамп и распространяется за счет индукции на его формовочную поверхность, температура которой повышается.Heat is transferred to the die and spreads by induction to its molding surface, the temperature of which rises.

Предпочтительно указанные каналы 340, содержащие индукторы 341, находятся на расстоянии d от поверхности полости штампа, что обеспечивает равномерную температуру на формовочных поверхностях указанного штампа.Preferably, said channels 340 containing inductors 341 are at a distance d from the surface of the die cavity, which ensures a uniform temperature on the forming surfaces of said die.

В альтернативном варианте штамп выполнен из ферромагнитного материала, например, из стали, и в этом случае выполнение покрытия в каналах 340, содержащих индукторы 341, не является обязательным.Alternatively, the die is made of a ferromagnetic material, such as steel, in which case coating the channels 340 containing the inductors 341 is optional.

Предпочтительно штамп содержит каналы 360 циркуляции текучей среды-теплоносителя для своего охлаждения.Preferably, the die includes channels 360 for circulation of the heat transfer fluid for its cooling.

В данном случае пресс-форма показана в открытом положении. Сближение пуансона 310 и штампа 320, а также средства 312 уплотнения позволяют получить герметичную полость, в которой находится вязаная заготовка 100.In this case, the mold is shown in the open position. The convergence of the punch 310 and the die 320, as well as the sealing means 312, makes it possible to obtain a sealed cavity in which the knitted blank 100 is located.

Согласно этому варианту осуществления, пуансон содержит расширительную камеру 350 и средства 351 для накачивания указанной расширительной камеры. Расширительная камера 350 выполнена из эластомера, выдерживающего температуру плавления заключенного в заготовку полимера.According to this embodiment, the punch comprises an expansion chamber 350 and means 351 for inflating said expansion chamber. The expansion chamber 350 is made of an elastomer capable of withstanding the melting temperature of the preformed polymer.

Например, указанная расширительная камера выполнена из силикона с карбоновым наполнителем. Этот вариант осуществления позволяет уплотнять все стороны заготовки при накачивании указанной расширительной камеры, даже если рабочая полость не имеет конусности с расширением в сторону основания пуансона и даже имеет обратную конусность, например, когда заявленный способ применяют для изготовления шлема. В этом случае штамп содержит по меньшей мере две части, разделяемые для извлечения конечной детали из пресс-формы.For example, said expansion chamber is made of carbon-filled silicone. This embodiment makes it possible to seal all sides of the workpiece when inflating said expansion chamber, even if the working cavity does not taper with expansion towards the base of the punch and even has a reverse taper, for example, when the claimed method is applied to the manufacture of a helmet. In this case, the die contains at least two parts that are separated to remove the final part from the mold.

Этот пример осуществления, в котором пуансон содержит расширительную камеру 350, можно также применять в примере выполнения инструмента, показанном на фиг. 1. В этом случае сторона расширительной камеры, входящая в контакт с заготовкой 100 во время изготовления детали, содержит электропроводящее покрытие, электрически связанное с остальной частью пуансона для обеспечения циркуляции наведенных токов, причем это покрытие может быть также ферромагнитным.This embodiment, in which the punch includes an expansion chamber 350, can also be applied to the tooling example shown in FIG. 1. In this case, the side of the expansion chamber that comes into contact with the workpiece 100 during the manufacture of the part contains an electrically conductive coating electrically connected to the rest of the punch to circulate induced currents, which coating may also be ferromagnetic.

Согласно примеру использования инструмента, соответствующему этому варианту выполнения, вязаную заготовку 100 помещают в рабочую полость штампа 320. Пуансон приближают к штампу, что образует герметичную полость, в которой заключена заготовка. Расширительную камеру 350 накачивают до первого давления для обеспечения контакта с заготовкой. Индукторы 341 питают током высокой частоты, что приводит к нагреву формовочной полости и к доведению полимера, содержащегося во вязаной заготовке, до его точки плавления.According to the tool usage example of this embodiment, the knitted blank 100 is placed in the working cavity of the die 320. The punch is brought closer to the die, which forms a sealed cavity in which the blank is contained. The expansion chamber 350 is inflated to a first pressure to ensure contact with the workpiece. Inductors 341 are supplied with a high frequency current which heats up the mold cavity and brings the polymer contained in the knitted piece to its melting point.

Давление накачивания расширительной камеры 350 повышают для обеспечения уплотнения заготовки. В формовочной полости поддерживают температуру для обеспечения равномерной пропитки заготовки, причем это время выдержки зависит от процентного содержания волокон и от вязкости полимера.The inflation pressure of the expansion chamber 350 is increased to ensure compaction of the preform. The mold cavity is maintained at a temperature to ensure uniform impregnation of the preform, this holding time depending on the percentage of fibers and the viscosity of the polymer.

Затем питание прекращают и в каналы 360 охлаждения нагнетают текучую среду-теплоноситель для охлаждения пресс-формы и получаемой детали до температуры, обеспечивающей ее извлечение.Power is then removed and a heat transfer fluid is injected into the cooling channels 360 to cool the mold and the resulting part to a temperature that allows it to be removed.

В случае, когда показанный на фиг. 1 инструмент содержит накачиваемую расширительную камеру с описанным выше проводящим покрытием, независимо от того, соединена расширительная камера с штампом или с пуансоном, описанная выше последовательность операций остается такой же.In the case where, as shown in FIG. 1, the tool comprises an inflatable expansion chamber with a conductive coating as described above, regardless of whether the expansion chamber is connected to a die or a punch, the above-described sequence of operations remains the same.

Как и в случае примера, показанного на фиг. 1, можно предусмотреть другие версии осуществления, в которых пуансон не содержит расширительной камеры и в которых средства нагрева и охлаждения включены в пуансон и даже в пуансон и штамп, при этом заготовку располагают на пуансоне, а не в штампе.As in the case of the example shown in FIG. 1, other embodiments can be envisioned in which the punch does not include an expansion chamber and in which heating and cooling means are included in the punch and even in the punch and die, with the workpiece being placed on the punch and not in the die.

Таким образом, комбинация использования пресс-формы с автономным нагревом согласно любому из представленных выше примеров осуществления, или комбинация этих примеров осуществления с вязаной заготовкой, содержащей пропиточный полимер, позволяет производить детали сложной формы с высоким содержанием волокон большими партиями в короткие сроки и в ходе одной операции упрочнения.Thus, the combination of using a self-heating mold according to any of the above embodiments, or the combination of these embodiments with a knitted blank containing an impregnating polymer, allows the production of complex-shaped parts with a high content of fibers in large batches in a short time and in one strengthening operations.

Таким образом, заявленный способ предусмотрен для выполнения композитных деталей, пользующихся большим спросом на рынке.Thus, the claimed method is provided for the production of composite parts that are in great demand in the market.

Сочетание высокого процентного содержания волокон, образующего матрицу термопластического полимера и способа компоновки волокон в композите делает эти детали исключительно стойкими к ударам и позволяет сохранять высокое процентное содержание волокон в зонах, которые в известных решениях содержали небольшое количество волокон, в частности, в углах короба в представленном примере.The combination of the high fiber content of the thermoplastic polymer matrix and the method of arranging the fibers in the composite makes these parts exceptionally impact resistant and allows high fiber content to be maintained in areas that in the prior art had low fiber content, in particular at the corners of the box shown. example.

Эти зоны, в частности, зоны трехгранного соединения или углы короба, являются зонами, более всего подверженными воздействиям в изделиях, предусмотренных изобретением, в частности, что касается ударов, как в случае корпуса чемодана.These zones, in particular the triangular connection zones or the corners of the box, are the zones most affected in the products according to the invention, in particular with regard to impacts, as in the case of the suitcase body.

На этапе 410 заявленного способа, показанного на фиг. 4, заготовку выполняют посредством вязания таким образом, чтобы она соответствовала форме конечной детали. Указанная заготовка содержит пропиточный термопластический полимер конечной детали либо вводимый путем переплетения с вязаными волокнами или в виде покрытия на вязаных нитях, либо при вязании усилительных нитей и нитей пропиточного полимера.At step 410 of the claimed method shown in FIG. 4, the blank is made by knitting in such a way that it conforms to the shape of the final piece. Said preform contains the impregnating thermoplastic polymer of the final part, either introduced by weaving with knitted fibers or as a coating on knitted threads, or by knitting reinforcing threads and impregnating polymer threads.

Указанный полимер является стабильным, поэтому указанную заготовку можно хранить без ограничения времени или изготавливать на месте на расстоянии от места обработки.Said polymer is stable, so that said preform can be stored indefinitely or produced locally at a distance from the processing site.

На этапе загрузки 420 полученную заготовку устанавливают на инструменте или внутри инструмента согласно любому из вариантов ее осуществления, при этом пресс-форма является открытой.At the loading step 420, the resulting workpiece is mounted on or inside the tool according to any of its embodiments, while the mold is open.

Согласно частному варианту осуществления, соответствующему случаю, когда технология вязания не позволяет получить заготовку с закрытым контуром, этап 425 осуществляют непосредственно в инструменте, чтобы удерживать закрытым контур заготовки.In a particular embodiment corresponding to the case where the knitting technique does not allow a closed loop preform, step 425 is performed directly in the tool to keep the loop of the preform closed.

На этапе 430 пропитки/упрочнения пресс-форму закрывают, прикладывая таким образом первое давление к заготовке, и формовочную полость, ограниченную между пуансоном и штампом, нагревают до температуры, превышающей или равной температуре плавления пропиточного полимера.In the impregnation/hardening step 430, the mold is closed, thereby applying a first pressure to the preform, and the mold cavity defined between the punch and the die is heated to a temperature greater than or equal to the melting temperature of the impregnating polymer.

Согласно частному варианту осуществления, заявленный способ содержит этап 427 создания вакуума в полости, содержащей заготовку, после закрывания пресс-формы.According to a particular embodiment, the claimed method comprises the step 427 of creating a vacuum in the cavity containing the preform after the mold is closed.

На этапе 440 выдержки формовочную полость и заготовку выдерживают при температуре, достигнутой на предыдущем этапе 430, одновременно поддерживая давление контакта между формовочными поверхностями пуансона и штампа и заготовкой.In holding step 440, the mold cavity and workpiece are held at the temperature reached in the previous step 430 while maintaining contact pressure between the molding surfaces of the punch and die and the workpiece.

Согласно версии осуществления, этап 440 выдержки включает в себя этап 445 уплотнения, на котором повышают давление на заготовку, либо сближая пуансон и штамп, либо применяя дополнительное давление накачивания к расширительным средствам (камере) штампа или пуансона.According to an embodiment, the soak step 440 includes a compaction step 445 in which pressure is applied to the workpiece, either by bringing the punch and die closer together, or by applying additional inflation pressure to the die or punch expanders (chamber).

На этапе 450 охлаждения формовочную полость и заготовку охлаждают за счет циркуляции текучей среды-теплоносителя в пресс-форме, одновременно сохраняя давление на заготовку.In a cooling step 450, the mold cavity and the preform are cooled by circulation of the heat transfer fluid in the mold while maintaining pressure on the preform.

Охлаждение 450 продолжают, пока температура в формовочной полости не станет ниже или равной температуре перехода в стеклообразное состояние пропиточного полимера.Cooling 450 is continued until the mold cavity temperature is below or equal to the glass transition temperature of the impregnation resin.

На этапе 460 извлечения пресс-форму открывают и извлекают из нее деталь. После этого цикл возобновляют этапом 420 загрузки новой заготовки.At step 460 of extraction, the mold is opened and the part is removed from it. After that, the cycle is resumed with step 420 of loading a new workpiece.

Claims

1. A method for manufacturing a three-dimensional non-folding composite part containing 5 sides and 4 corners (501) of a box, with a thermoplastic matrix and reinforcement containing continuous fibers, comprising the steps of:

a. by means of three-dimensional knitting, a three-dimensionally shaped fibrous preform (100, 500) is obtained (410), which is pre-impregnated with a matrix-forming polymer and which corresponds to the three-dimensional shape of the final part;

b. a three-dimensional workpiece is placed (420) between the punch (120, 320) and the die (110, 310) paired with the punch of the tool, which has an open and closed state and contains a working gap between the punch and the die, which defines a sealed closed cavity between the punch and the die, when the instrument is closed;

c. closing the tool so as to apply a first pressure to said three-dimensional workpiece;

d. heating (430) the closed cavity to the melting temperature of the polymer impregnating the preform while maintaining the first pressure;

e. the cavity containing the preform is cooled (450) to a demoulding temperature while maintaining a second pressure;

f. the mold is opened and a three-dimensional part is removed (460) from it.

2. The method of claim 1 wherein step c) includes creating a vacuum (427) in the cavity.

3. The method according to claim 1, comprising between steps d) and f) the step of:

g. maintain (440) the temperature for a time corresponding to the impregnation of the workpiece with polymer.

4. The method of claim 3 wherein the second pressure is applied (445) to the preform during step g).

5. The method of claim. 1, in which a knitted blank of three-dimensional shape is obtained from a thread formed by strands of reinforcing fiber mixed with strands formed by an impregnating polymer.

6. The method of claim. 1, in which a knitted blank of three-dimensional shape is obtained from a thread coated with an impregnating polymer.

7. The method according to claim 1, wherein the three-dimensionally shaped blank is obtained by knitting from the threads formed by the reinforcing fiber and the threads formed by the impregnating polymer.

8. The method of claim 7, wherein the reinforcing fibers comprise fibers made from a polymer whose melting point is higher than that of the impregnating polymer.

9. The method of claim 1, wherein the three-dimensionally shaped blank is knitted using a partial knitting technique.

10. The method according to claim 1, comprising, prior to step b), a stitching step to close the contour of the three-dimensionally shaped workpiece.

11. The method according to claim 1, comprising between steps b) and c) the step of:

h. close (425) the contour of the three-dimensional workpiece by welding.

12. The method of claim. 1, in which the workpiece of three-dimensional shape is knitted using the technology of knitting with loop transfer.

13. The method according to claim 4, in which, in a closed cavity, a first and a second pressure is applied to the three-dimensional workpiece, changing the working gap between the punch and the die between the two values.