铺叠预浸料以形成三维部件的自动方法中采用的具有粘性的自支撑预浸料技术

本发明专利技术提供具有粘性的自支撑预浸料，用于铺叠预浸料以形成三维部件的自动方法中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铺叠预浸料以形成三维部件的自动方法中采用的具有粘性的自支撑预浸料
技术介绍
诸如碳纤维环氧树脂及双马来酰亚胺(BMI)材料的复合材料的结构性能优势在航空航天工业中广泛已知。例如，由于复合材料的优良的硬度、强度及雷达吸收能力，飞机设计者已经被复合材料吸引。随着可获得更先进的材料及更多样的材料，复合材料的航空航天用途在增加。自动铺带(automatedtape layer)技术已经发展成广泛地用于制备大型复合结构(例如翼片及尾翼)的自动方法。已经改进当前的铺带技术以提供多种航空航天组件所需要的工艺能力灵活性。由于航空航天工业的铺带应用实现的材料铺叠(lay up)速率例如可帮助控制大型复合结构的制备成本，因此，可定义铺带技术的新颖及创新应用，例如大型飞机机身部分(例如，直径为15到20英尺)的自动铺带。在复合部件的制备期间，使用自动铺带机及自动纤维放置机将未固化的复合材料(或预浸料)施加到模具。此类机器尤其适合制备大型复合部件，例如飞机机身、机翼蒙皮及风力涡轮机的叶片。这些机器具有可移动的带传送头，对其进行计算机控制以围绕多个轴移动并将预浸带传送到多个模具形状。自动铺带机的更详细描述可参见Gramshaw等人，“Advanced Technology Tape Laying for Affordable Manufacturing of Large CompositeStructures”，46th International SAMPE Symposium,第 2484 到 2494 页(2001 年 5 月 6日到10日)。自动铺带及自动纤维放置传送头的概括描述可参见美国专利申请公开第2005/0039842 号。自动铺带及自动纤维放置传送系统类似于前者铺叠从单个卷轴获取的单一宽度的预浸带，后者铺叠从一个或多个单个的卷轴获取的一种或多种窄的预切割的预浸料。目前用于铺叠预浸料的系统的问题是，预浸料中的树脂基质赋予预浸料粘性。该粘性可导致在铺叠过程的多个阶段树脂堆积。为解决应用期间的树脂堆积，以一定频率停止机器以清除机器中的过量树脂。一种缓解这个问题的方式是在降低的温度条件下铺叠预浸料。由此，使树脂堆积减到最少，并且解决了与树脂堆积有关的伴随问题。然而，降低进行预浸料铺叠的环境温度不是没有成本的。由于许多欲制备的必要部件非常大(例如预定用于飞机组件中的那些)，因此，建筑面积设计图需要足够大以容纳一个或多个此类部件。尤其在温暖气候中，与降低此类设施的温度有关的能量成本会相当大。另外，这些机器中所使用的预浸带含有背衬上支撑的预浸料层。背衬通常为纸，或有时为聚乙烯，当由传送头将带置于模具上时移除所述背衬。在带从供应辊解缠绕所述带时，背衬的表面不应粘住预浸料。为正常运行，将预浸料粘着到背衬，直到其到达传送头，在那里，将其差动释放到模具上或释放到先前施加的预浸料上。以安置机器上的大辊或大卷的形式提供预浸带，以向传送头供料。在将预浸带置于模具上之后，去除背衬并将其缠绕到卷取辊上。因此，在供应辊、传送头及卷取辊之间背衬上存在连续的张力。通常还在传送头处对预浸料进行加热，并施加一定量的压实压力，以将预浸料粘着到模具或粘着到先前施加的预浸料层。另外，机器以计算机控制的途径铺叠预浸带，并在精确控制的位置以精确控制的角度切穿预浸料。背衬经常在其从供应辊传送到卷取辊时断裂。由于背衬断裂而停止及重启预浸料自动施加机是成本高且耗时的操作，希望避免该操作。美国专利第5，472，553号提供了是解决背衬断裂问题的方案。‘533专利涉及用于将树脂浸溃的纤维束铺放在工具上的设备，纤维可释放地粘合到背衬并且沿流程移动通过设备，所述设备包括:多个用于分配纤维束的可旋转纤维束盒式卷轴；第一纤维束张紧构件，其附接到纤维束盒式卷轴并且用于在铺放于工具上的过程中使纤维束上保持恒定张力；导轮组件，所述组件包括多个可各自在轴上旋转以引导各纤维束沿流程通过设备的滑轮；纤维束切割构件，其用于在纤维束从导轮组件离开后，将纤维束切割成预定长度及形状；编码器滑轮(encoder pulley)构件，其用于在通过切割构件之后引导纤维束，并且当将纤维束铺放在工具上时用于确定各纤维束末端的位置；用于从纤维束去除背衬并将背衬储存在背衬盒式卷轴上的构件；第二纤维束张紧构件，其附接到背衬盒式卷轴并且用于与附接到纤维束盒式卷轴的第一纤维束张紧构件联合控制纤维束上的张力，第二纤维束张紧构件在第一纤维束张紧构件的相反方向上起作用，以使在将纤维束铺放在工具上时纤维束上的张力降到最小；驱动构件，其用于响应预定图案单独地驱动各纤维束；控制构件，其用于控制驱动构件及纤维束切割构件，以响应编码器滑轮及安装在控制构件中的预定图案的输出；及纤维束放置头，其用于接收经切割的纤维束并将其放置在工具表面上。美国专利申请公开第2010/0282404号提供了背衬材料，其为多层衬底并且是抗撕裂的。‘404公开提供用于自动铺带机中的带，限定其包括:多层衬底，其用于在自动铺带机中使用带期间支撑未固化的复合材料，所述多层衬底包括:a.塑料层，其包括至少一个塑料膜，所述塑料膜具有外膜表面及内膜表面 '及b.纤维层，其具有外纤维表面及内纤维表面，其中内纤维表面粘着到内膜表面；及未固化的复合材料层，其包含纤维增强材料及未固化的树脂基质，未固化的复合材料层具有当将未固化的复合材料施加到模具时朝向模具设置的第一复合材料表面及可释放地粘着到塑料层或外纤维表面的第二复合材料表面。另外，即使在背衬不断裂的情况下，在从带剥离后也需要丢弃背衬。因此，重要的不仅是提供具有充分的尺寸稳定性、撕裂强度及崩裂强度以经受住在背衬行进通过自动铺带设备时施加到背衬的许多力的带背衬，还希望提供自支撑(以便不需要背衬)并且基本上无粘性以使树脂堆积减到最少(若非清除)的预浸带。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术提供铺叠预浸料以形成三维可固化部件的自动方法。这个方面中的方法的步骤包括:在室温下提供预浸料，其中所述预浸料包含热固性树脂组分及纤维，其中所述热固性树脂组分为固体形式并且在暴露于升温条件时软化；及在施加升压的条件下，以三维排列的方式围绕工具的表面布置所述预浸料，以形成围绕所述工具表面设置的三维可固化部件。在第二方面中，本专利技术提供制备三维复合部件的方法。这个方法的步骤包括:将通过第一方面中所述的方法形成的三维可固化部件置于壳体中；及将所述含有三维可固化部件的壳体置于足以使所述三维可固化部件固化的升压条件下，以形成三维复合部件。在第三方面中，本专利技术提供放置预切割的预浸料以形成预浸料层的自动方法，所述预浸料层能够形成曲面式(contoured)复合部件。这个方法的步骤包括:提供一卷或多卷预切割的预浸料，其中所述预切割的预浸料包含树脂组分及纤维，其中所述树脂组分为固体形式并且在暴露于升温条件时软化；分配所述一卷或多卷预切割的预浸料，从而以曲面排列的方式放置于工具的表面上，以便形成围绕所述工具表面设置的曲面式可固化部件，其中在向所放置的预浸料施加升压的条件下进行所述放置；及调整所放置的曲面式可固化部件，以围绕所述工具表面形成预定的部件构造。在第四方面中，本专利技术提供制备曲面式复合部件的方法。这个方法的步骤包括:将通过第三方面中所述的方法形成的曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
铺叠预浸料以形成三维可固化部件的自动方法，所述方法包括以下步骤：在室温下提供预浸料，其中所述预浸料包含热固性树脂组分及纤维，其中所述热固性树脂组分为固体形式并且在暴露于升温条件时软化；及在施加升压的条件下，以三维排列的方式围绕工具的表面布置所述预浸料，以形成围绕所述工具表面设置的三维可固化部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.29 US 61/564,5181.铺叠预浸料以形成三维可固化部件的自动方法，所述方法包括以下步骤: 在室温下提供预浸料，其中所述预浸料包含热固性树脂组分及纤维，其中所述热固性树脂组分为固体形式并且在暴露于升温条件时软化；及 在施加升压的条件下，以三维排列的方式围绕工具的表面布置所述预浸料，以形成围绕所述工具表面设置的三维可固化部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预浸料的宽度为3英寸到12英寸。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述升温条件为不超过250T。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述升温条件为75T到250 °F。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述升压条件为不超过200psi。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述升压条件为不超过40psi。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述升压条件为0.5psi到40psi。8.制备三维复合部件的方法，所述方法包括以下步骤: 将根据权利要求1所述的方法形成的三维可固化部件置于壳体中；及将所述含有三维可固化部件的壳体置于足以使所述三维可固化部件固化的升压条件下，以形成三维复合部件。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述壳体处于真空下。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述壳体处于20英寸汞柱到30英寸汞柱的真空下。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述壳体是可通气的。12.根据权利要求8所述的方法，其中将所述含有三维可固化部件的壳体置于升温条件下。13.放置预切割的预浸料以形成预浸料层的自动方法，所述预浸料层能够形成曲面式复合部件，所述方法包括以下步骤: 提供一卷或多卷预切割的预浸料，其中所述预切割的预浸料包含树脂组分及纤维，其中所述树脂组分为固体形式并且在暴露于升温条件时软化； 分配所述一卷或多卷预切割的预浸料，从而以曲面排列的方式放置于工具的表面上，以便形成围绕所述工具表面设置的曲面式可固化部件，其中在向所放置的预浸料施加升压的条件下进行所述放置 '及 调整所放置的曲面式可固化部件，以围绕所述工具表面形成预定的部件构造。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述预切割的预浸料的宽度为0.125英寸到0.5英寸。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述升温条件为不超过250T。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述升温条件为75T到250 T。17.根据权利要求13所述的方法，其中所述升压条件为不超过200psi。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述升压条件为不超过40psi。19.根据权利要求13所述的方法，其中所述升压条件为0.5psi到40psi。20.根据权利要求13所述的方法，其中所述升压条件保持短于10秒的时间。21.根据权利要求13所述的方法，其中在所述分配期间施加不超过250T的升温条件。22.制备曲面式复合部件的方法，所述方法包括以下步骤:将根据权利要求13所述的方法形成的曲面式可固化部件置于壳体中；及 将所述含有曲面式可固化部件的壳体置于足以使所述曲面式可固化部件固化的升温和/或升压条件下，以形成曲面式复合部件。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述壳体处于真空下。24....

【专利技术属性】
技术研发人员：H·L·魏，
申请(专利权)人：汉高知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE