用于形成厚热塑性复合结构的方法和设备技术

使用方法和设备预固结并压实热塑性复合层片堆叠(16)，之后完全固化并且成形成最终部件形状。预固结和压实是通过将层片堆叠(16)加热至低于热塑性复合层片的熔点的温度以软化层片(18)并且接着压制层片堆叠(16)来实现的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
公开的实施方式大体地涉及制造复合层合物，更特别地，涉及用于形成厚热塑性复合结构的方法和设备。
技术介绍
可通过组装预浸渍层片的叠堆并且将层片叠堆固结成成品部件来制造纤维增强型热塑性层合物。通过将层片加热至它们的熔融温度并且使用传统压制模制、连续压制模制或其它技术将层片堆叠模制成所需的部件形状来实现固结。在模制期间，层片能彼此相对滑动允许层片堆叠变化形状并且适形于模制工具的几何形状。可使用连续压制模制而没有困难地制造包括相对较少预浸渍层片的薄热塑性层合物，部分地因为熔融热塑性物所需的热相对快速地贯穿层合物的整个厚度。然而，当制造较厚的热塑性复合层合物(尤其是具有复杂几何形状的层合物)时，会出现问题。当在固结和成形期间热塑性树脂熔融时，固结所需的过量材料移动允许增强纤维既在面内又在面外移动和扭曲。厚热塑性复合层合物成形中的另一个问题是由于因在层片堆叠中需要大量层片而导致的过大的材料体积造成的。特别厚的层片堆叠会难以或不可能固结和模制成形。可通过在模具加工中进行调节来部分地容纳材料体积，但尽管如此仍难以在成形期间完全固结层片堆叠。由于过大的材料体积导致不能完全固结厚层片堆叠会造成成品部件中有孔隙和内部空隙。因此，需要用于制造厚热塑性复合层合物的方法和设备，该方法和设备在模制之前压实和部分固结热塑性层片堆叠，以减少成品部件中的褶皱、孔隙和内部空隙。还需要如上所述的方法和设备，该方法和设备当正将层片堆叠成形为最终形状时减少或消除纤维变性。
技术实现思路
公开的实施方式提供了形成热塑性复合层合部件的方法和设备，这些部件相对厚和/或具有复杂几何形状。未组装的层片堆叠中的材料块体在完全固结和成形之前大大减小，从而减少在用于将部件固结和成形的工具中的材料块体的需要。该方法采用在升高温度下执行的材料压实技术，该温度足以软化热塑性树脂但低于其熔点。该压实导致层片堆叠部分固结，其中层片基本上在它们整个表面区域内面对面接触地彼此粘附，之后被加热至熔融温度以准备进行完全固结和成形。由于该材料压实和部分固结，因此由于材料移动造成的纤维变形大大减小，减少或消除了褶皱以及孔隙和内部空隙，所有这些都导致部件质量提高。另外，该方法和设备可允许制造比迄今为止可能的更厚的热塑性复合层合物。该设备包括连续压制模制(CCM)机，其包含预固结区，该预固结区用于在将层片堆叠固结和成形成最终部件形状之前压实和预固结层片堆叠。根据一个公开的实施方式，提供了一种制造厚热塑性复合部件的方法。该方法包括:组装包括多个热塑性复合层片的层片堆叠；预固结所述层片堆叠，包括通过将所述层片堆叠中的层片加热至低于所述热塑性复合层片的熔融温度的温度并且压制所述层片堆叠来软化所述层片。该方法还包括固结预固结后的层片堆叠，包括将所述层片堆叠加热至至少所述热塑性复合层片的熔融温度。压制软化后的层片的层片堆叠包括向所述层片施加压力，以足以压实所述层片堆叠，并且还可包括将所述层片堆叠放置在两个工具之间，将所述工具推到一起。压制软化后的层片的层片堆叠是在连续压制模制机中执行的。固结预固结后的层片堆叠是通过压实所述层片堆叠来执行的。该方法还可包括:当所述层片堆叠正在固结时，将所述层片堆叠成形为所需形状。将所述层片堆叠成形为所需形状也可以是在连续压制模制机中执行的。根据另一个公开的实施方式，提供了一种形成厚热塑性复合部件的方法。该方法包括:通过彼此上下叠置地铺设多个热塑性复合层片来组装层片堆叠，使用第一组参数预固结所述层片堆叠，所述第一组参数包括预选的第一温度、预选的第一压力和预选的第一持续时间。该方法还包括使用第二组参数来固结预固结后的层片堆叠，所述第二组参数包括预选的第二温度、预选的第二压力和预选的第二持续时间。组装所述层片堆叠是通过将多个热塑性复合层片连续供给到连续压制模制机中执行的。所述预选的第一温度是足以软化所述层片但低于所述热塑性复合层片的熔融温度的温度。所述预选的第一压力足以压实所述层片堆叠。所述预选的第一持续时间足以允许所述层片堆叠中的层片在所述预选的第一温度下软化，并且允许在所述预选的第一压力下压实所述层片堆叠。所述预选的第二温度高得足以导致所述层片堆叠中的所述热塑性层片熔融，所述预选的第二压力高得足以完全固结所述层片堆叠。根据另一个公开的实施方式，提供了一种连续压制模制热塑性复合部件的方法。该方法包括:组装包括多个热塑性预浸渍层片的层片堆叠；通过将层片加热至低于其熔点的温度并且压制所述层片堆叠来压实所述层片堆叠。该方法还包括将压实后的层片堆叠模制成所需的部件形状，包括将层片加热至至少其熔点并且进一步压制所述层片堆叠以完全固结层片。压制所述层片堆叠是通过将所述层片堆叠布置在一对工具之间并且使用所述工具向所述层片堆叠施加压实压力来执行的。压实所述层片堆叠并且模制所述层片堆叠可以是在连续压制模制机中执行的。根据又一个公开的实施方式，提供一种压制模制厚热塑性复合部件的设备。该设备包括预固结区和固结区。预固结区接收热塑性层片的层片堆叠，并且包括用于加热所述层片堆叠的加热器和用于压制所述层片堆叠的预固结工具。固结区包括用于将预固结后的层片堆叠固结并且成形成所述部件的形状的固结工具。该设备还可包括预成形区，所述预成形区用于在所述层片堆叠已预固结之后将所述层片堆叠预成形。该设备还可包括脉动驱动机构，所述脉动驱动机构用于以连续渐进步骤移动所述层片堆叠通过所述预固结区并且通过所述固结区。【附图说明】在随附的权利要求书中阐述了例证性实施方式的据信是新颖特征的特性。然而，通过参照以下结合附图进行阅读的对本公开的例证性实施方式的详细描述，将最佳地理解例证性实施方式及其优选使用模式、其它目的及其优点，其中:图1是根据公开的方法和设备制造的厚热塑性复合部件的立体图的图示。图2是大体上示出用于制造厚热塑性复合层合部件的方法中的步骤的流程图的图示。图3是已铺设在工具上的热塑性复合层片的堆叠的剖视图的图示。图4是与图3类似但示出已被放置在层片堆叠上以准备进行预固结循环的工具的图示。图5是与图4类似但示出在正被加热至软化层片的温度时在工具中对层片堆叠施压以部分固结层片堆叠的图示。图6是用于执行公开方法的连续压制模制设备的图解的图示。图7是示出采用预固结和材料压实来进行连续压制模制的方法的步骤的流程图的图示。图8是飞行器制造和维修方法的流程图的图示。图9是飞行器的框图的图示。【具体实施方式】首先，参照图1，公开的实施方式涉及形成相对厚的热塑性复合(TCP)部件10的方法。在图示示例中，TCP部件10是具有大体U形横截面12的基本上笔直的细长结构构件，带有形成总体上敞口内部16的内弯凸缘14。然而，可采用公开的方法形成具有各种其它横截面形状以及沿着它们长度的曲率或轮廓和/或变化厚度的TCP结构构件。TCP部件10可包括由预浸渍层片(未示出)堆叠形成的层合物，该预浸渍层片包括合适的热塑性聚合物树脂基质，诸如(而不限于)聚醚醚酮(“PEEK”)、聚醚酮酮(“PEKK”)、聚苯砜(“PPS”)、聚醚亚酰胺(“PEI”)，可用诸如玻璃(s型或e型或碳纤维(未示出))的纤维成分加强基质。各层片内的加强纤维可根据特定应用取向成单向或非均匀的布置。聚合物基质内的纤维的相对类型、厚度、量以及各层片中利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造厚热塑性复合部件的方法，该方法包括：组装包括多个热塑性复合层片的层片堆叠；预固结所述层片堆叠，包括通过将所述层片堆叠中的层片加热至低于所述热塑性复合层片的熔融温度的温度来软化所述层片并且压制所述层片堆叠；以及固结预固结后的层片堆叠，包括将所述层片堆叠加热至至少所述热塑性复合层片的熔融温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·D·威尔克森，J·R·福克斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US