用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪物制造技术

跟踪或追踪单向不连续纤维复合材料(UD‑DFC)切片在UD‑DFC模制复合物压塑期间的整体和局部运动两者。跟踪能力通过使示踪切片包括在UD‑DFC模制复合物中来提供。示踪切片包括树脂基质和至少一个单向碳单丝束，所述至少一个单向碳单丝束由多根碳单丝构成。示踪切片进一步包括单向示踪纱，所述单向示踪纱由可通过x射线或其他基于辐射的扫描技术检测的多根单向单丝构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景1.专利
本专利技术一般地涉及不连续纤维复合(DFC)材料的压塑。更具体地，本专利技术旨在跟踪或追踪在高模制压力复合物体压塑期间发生的纤维切片在单向不连续纤维复合材料(UD-DFC)模制复合物中的运动。2.现有技术描述纤维增强复合材料结构通常包括树脂基质和纤维作为两种主要成分。这些结构很适合用于苛刻环境中，例如航空航天领域中，其中强度高和重量轻的结合是重要的。预浸渍复合材料(预浸料)广泛用于复合部件和结构体的制造中。预浸料为未固化树脂基质和纤维增强材料的结合，所述预浸料易于模制和固化成最终复合部件。通过用树脂预浸渍纤维增强材料，制造商可仔细控制树脂待浸渍到纤维网络中的量和位置并且确保树脂根据需要分布在纤维网络中。预浸料为用于制造承重结构件，特别是用于机翼、机身、舱壁和控制面的承载飞机部件的优选材料。重要的是，这些部件具有足够的强度、损伤容限以及这种部件常规满足的其他需求。单向(UD)带为预浸料的常见形式。单向带中的纤维为彼此平行延伸的连续纤维。纤维通常为众多的单根纤维或单丝的束形式，其称之为“丝束”。将单向纤维用仔细控制量的未固化树脂浸渍。UD预浸料通常置于保护层之间以形成UD最终带，将其卷取用于储存或运输至制造设施。UD带的宽度通常为小于一英寸到一英尺或更大。单向带不适合用作模制复合物以使用压塑技术用于形成复杂的三维结构。当UD带被迫适应复杂部件的特征时，UD带中的纤维的平行取向和连续性质造成纤维成束或桥接。因此，使用UD带制造复杂的三维部件已经限制为辛苦的过程，其中将单个层的UD带直接施用至三维模具，随后在高压釜或其他成型装置中处理。使用UD带的该叠铺工序倾向于一个冗长而昂贵的过程。已经发现模制复合物(一般称之为不连续纤维复合材料(DFC)模制复合物)适合于压塑复杂部件。一类DFC模制复合物由单根纤维的随机片段构成，所述单根纤维与树脂基质结合。随机取向短纤维更容易适应复杂部件的特征。但是，高压模塑期间随机短纤维的运动可在一个模制件至下一个模制件之间不可预期地改变，也可在给定部件的不同特征之间而不同。另一类DFC模制复合物(本申请中称之为单向不连续纤维复合材料(UD-DFC))结合UD带的属性，使短纤维在单个模制复合物中随机取向，所述单个模制复合物可精确地模塑和加工以形成各种相对复杂的结构。UD-DFC模制复合物由单向带的随机取向片段或切片构成，所述单向带的随机取向片段或切片用热固性树脂浸渍。该类准各向同性单向不连续纤维模制复合物已经用于制造模具和各种航空航天部件。UD-DFC模制复合物可购自HexcelCorporation(Dublin,CA)，商品名为已经使用制备的该类部件的实例描述于美国专利Nos.7,510,390；7,960,674以及公布的美国专利申请US2012-0040169-A1中，将其内容并入本申请中以作参考。UD-DFC模制复合物通常如下制备：通过将彼此平行的复丝丝束(纱)铺设在适合的背衬上，用树脂浸渍平行的丝束，以形成UD预浸料。然后将UD预浸料切断以形成UD切片，UD切片一般为5mm至25mm宽、25mm至125mm长。然后形成一层准各向同取向的UD切片。将多层准各向同取向的UD切片结合在一起以形成层状模塑材料，层状模塑材料在本申请中称之为单向不连续纤维复合材料(UD-DFC)模制复合物或材料。在UD-DFC模塑期间，存在随机取向切片整体地进行一些运动，特别在较高模塑压力。构成单个切片的平行丝束也可以在各切片内局部扭曲，使得丝束的原始平行取向可能受干扰。另外，构成丝束的单丝也可在各丝束内局部扭曲。UD-DFC切片的整体和局部扭曲或变形可对所得模制件的机械性质具有显著影响。对于结构应用，部件设计者必须理解和考虑在模塑期间这种扭曲所具有的影响。材料和工艺工程师负责尝试减少UD-DFC切片的整体和局部扭曲。在任一情况下，需要提供在模塑过程期间跟踪或追踪UD-DFC切片、丝束和单丝的整体和局部运动两者的方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提供跟踪或追踪在UD-DFC模制复合物模塑期间UD-DFC切片的整体和局部运动两者的方法。该跟踪能力通过使示踪切片包括在UD-DFC模制复合物中来提供。示踪切片包括树脂基质和至少一个单向碳单丝束，所述至少一个单向碳单丝束由多根碳单丝构成。示踪切片进一步包括单向示踪纱或丝束，所述单向示踪纱或丝束由多根单向单丝构成，所述多根单向单丝可通过x射线或其他基于辐射的扫描技术和相关成像系统进行检测。发现在每个UD-DFC切片的一个碳单丝束上原位由非碳单丝构成的示踪纱替代，提供跟踪在模塑期间UD-DFC切片的整体和局部运动两者的有效方法。需要提供跟踪的小比例示踪纱不足以不利影响模制件的机械性质。本专利技术不仅涉及示踪切片，而且涉及包括示踪切片的UD-DFC模制复合物。示踪切片可均匀分布在整个UD-DFC模制复合物中或示踪切片可位在不同区域中，以提供切片运动的特定区域跟踪。示踪切片特别用于跟踪在模塑期间两个UD-DFC模制复合物片之间接合点处UD-DFC切片的整体和局部运动。本专利技术特别适合于展现潜在的弱接合，其通常称为“熔合线”。熔合线出现在高压模塑期间两片模塑材料彼此相遇而未充分混合时。定位示踪切片在接合点处提供整体和局部追踪在接合点处的切片运动。这种追踪对于监控切片运动和纤维混合是重要的，以确定是否不需要的熔合线已经形成在接合点处。作为本专利技术的特征，两片UF-DFC的模塑首先针对位于所述片的仅一片中的示踪切片进行。然后第二模塑操作针对位于另一片UD-DFC中的示踪切片进行。然后将两次模塑的X射线图像重叠以提供接合处的组合图像，所述接合处特别用于检测熔合线的存在。发现进行其中两片UD-DFC均在接合点处包含示踪切片的单个模塑操作，导致展现熔合线时不是有效的单个X射线图像。本专利技术也涉及监控在高压模塑期间UD-DFC模制复合物运动的方法。所述方法涉及监控示踪切片的运动，所述示踪切片可以在UD-DFC模制复合物中沿各种取向进行定位，这取决于预型件的构造和部件的大小。通常通过测量在模塑之前和/或之后两者示踪切片的位置来实现监控。所述方法可应用于监控由UD-DFC制备的部件中的接合处和熔合线。所述方法也可以用于监控叠层或剥离层(drop-offs)中的整体和局部切片运动和变形，以及模具和其他复杂形状中的几何截面变化与曲线。所述方法也可以用作质量控制工具以测量或观测预型件已经成形之后和/或部件已经成型之后的示踪切片，从而确保已经实现所需要的UD-DFC切片的定位和取向。通过参考以下详述并且结合附图，本专利技术的上述以及许多其他特征和伴随的优点会变得更好理解。附图说明图1为根据本专利技术示例性示踪切片的简化俯视图。图2为图1中所示示踪切片的简化侧视图。图3为包括根据本专利技术示踪切片的UD-DFC模制复合物片的简化视图。图4为由8片图3中所示UD-DFC材料构成UD-DFC模制复合物的简化侧视图。图5显示在成形为用于模塑的预型件之前包含示例性示踪切片的UD-DFC模制复合物片。图6显示由图5中所示UD-DFC模制复合物片形成的DFC预型件。图7显示由压塑图6中所示UD-DFC预型件得到的模制件。图8为图7中所示模制件的X射线图像，所述图像显示观察到玻璃纤维示踪丝束的位置和取向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪切片，所述示踪切片包含：单向碳单丝束，其包含多根单向碳单丝；单向示踪纱，其包含多根单向可检测单丝，所述单向碳单丝束的位置与所述单向示踪纱相邻并且平行于所述单向示踪纱；和树脂基质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.09 US 14/300,0341.用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪切片，所述示踪切片包含：单向碳单丝束，其包含多根单向碳单丝；单向示踪纱，其包含多根单向可检测单丝，所述单向碳单丝束的位置与所述单向示踪纱相邻并且平行于所述单向示踪纱；和树脂基质。2.根据权利要求1的用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪切片，其中所述单向示踪纱包含多根玻璃单丝。3.根据权利要求1的用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪切片，其中仅一根单向示踪纱位于所述示踪切片中。4.根据权利要求1的用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪切片，其中1至5根单向碳单丝束位于所述示踪切片中。5.根据权利要求1的用于单向不连续纤维复合材料模制复合物的压塑的示踪切片，其中所述示踪切片为矩形切片的形式。6.根据权利要求1的用于将单向不连续纤维模制复合物压塑的示踪切片，其中所述单向可检测单丝可通过X射线成像进行检测。7.单向不连续纤维复合材料模制复合物，其包含：多个根据权利要求1的示踪切片，其中所述示踪切片为共平面布置，使得所述单向不连续纤维复合材料模制复合物为包含所述示踪切片的示踪层形式。8.根据权利要求7的单向不连续纤维复合材料模制复合物，其中所述示踪层也包含多个碳纤维切片，所述多个碳纤维切片包含单向碳单丝束，所述单向碳单丝束包含多根碳纤维。9.根据权利要求7的单向不连续纤维复合材料模制复合物，其中所述单向示踪纱包含多根玻璃单丝。10.根据权利要求7的单向不连续纤维复合材料模制复合物，其中仅一根单向示踪纱位于所述示踪切片中。11.根据权利要求7的单向不连续纤维复合材料模制复合物，其中1至5根单向碳单丝束位于所述示踪切片中。12.根据权利要求7的单向不连续纤维复合材料模制复合物，其中所述示踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·布尔西耶，
申请(专利权)人：赫克赛尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US