用于在固化纤维增强部件时使用的模具制造技术

本发明专利技术展示并要求保护一种用于在固化纤维增强部件时使用的模具，其中所述模具具有外部包壳，所述包壳由内部结构支持。所述外部包壳具有第一贴靠面，所述第一贴靠面被设置为用于在固化所述部件期间平坦地贴靠所述部件并且局部地预先确定所述部件的形状。所述内部结构和所述外部包壳如此设计，使得在将所述模具从初始温度加热到用于固化所述部件所需的固化温度时，所述模具垂直于所述第一贴靠面膨胀，从而通过所述第一贴靠面向所述部件施加限定的第一压力。此外，要求保护并描述了此类部件的用途。

Dies for curing fibre reinforced components

【技术实现步骤摘要】
用于在固化纤维增强部件时使用的模具
本专利技术涉及一种用于在固化纤维增强部件时使用的模具。此外，本专利技术还涉及此类模具的用途。
技术介绍
纤维增强部件是由纤维复合材料形成的部件。后者一般由两种主要成分组成：基质以及嵌入基质中的增强纤维。在飞行器结构中，例如可以使用嵌入到由树脂形成的基质中的碳纤维。为了使由纤维复合材料形成的部件硬化，同时对其施加热和压力。依据材料类型不同，通过热将树脂硬化(由热固性塑料或热固单体形成的树脂或基质，以下简称为热固基质)或加热至其能够固化(由热塑性材料形成的树脂或基质，以下简称热塑性基质)，而通过压力设定了压紧程度(热固性和热塑性基质)。压紧程度进而影响了部件的内部质量(例如树脂分布、纤维体积含量、夹杂空气量、纤维取向的偏移或波动性)。因为成品部件的强度和刚度特性决定性地依赖于纤维-树脂比并且夹杂空气不利地改变强度和刚度，所以必须准确控制压力。在已知的具有热固性塑料树脂(热固性基质)的纤维复合部件中，尤其可以通过成型模具(例如压力模芯(Druckkernen))的热膨胀来产生压力，由此预定部件的形状。纤维增强部件的广泛使用目前部分受到这些部件的高成本的阻碍。尤其可以通过使用由较廉价的热塑性材料形成的基质来降低这些部件的成本。然而由于热塑性基质只有在比热固性基质硬化的温度明显更高的温度下才能变形并且固化，此类基质的加工变得困难。例如，当前使用的热固性塑料树脂在约120℃-180℃的温度下已经硬化，而适合的热塑性材料只有在约340℃-400℃的固化温度下才能变形并加工。由于更高的固化温度，因此迄今为止适合用于具有热固性基质的部件的方法仅仅可以有限地转移到具有热塑性基质的部件上。在固化具有热塑性基质的纤维增强部件时，许多材料尤其不能用于在具有热固性基质的纤维增强部件中使用的成型模具。因为当将成型模具加热到400℃而非180℃时，取决于材料，其膨胀强得多。这可能导致在部件中的过度挤压并且还导致制造器件的损坏。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，提供在固化纤维增强部件且优选具有由热塑性材料形成的基质的纤维增强部件时能够使用的模具或模芯。这个目的通过根据权利要求1的模具以及根据权利要求8的本专利技术模具的用途来实现。本专利技术的有利改进方案在从属权利要求中描述。在第一方面，所述目的通过在固化纤维增强部件时使用的模具来实现。所述纤维增强部件优选具有由热塑性材料形成的基质，所述基质也称为热塑性基质。但所述模具也可以用在制造具有由热固性塑料或热固单体形成的基质的纤维增强部件时。此类基质以下称为热固性基质。所述模具具有外部包套，所述包套由内部结构支持。所述外部包套具有第一贴靠面，所述第一贴靠面被设置为用于在固化所述部件期间平坦地贴靠所述部件并且至少局部地预先确定所述部件的形状。所述内部结构和所述外部包套如此设计，使得在将所述模具从初始温度加热到用于固化所述部件所需的固化温度时，所述模具垂直于所述第一贴靠面膨胀，从而通过所述第一贴靠面向所述部件施加限定的第一压力。本专利技术的模具(也称为模芯或压力模芯)包括外部包套或包壳以及内部结构。所述外部包套可以部分或全部封闭。换言之，它以壳体的形式包围所述内部结构。但是它并不需要是完全封闭的，即也可以具有开口。所述内部结构安排在壳体的由所述外部包套构成的内部中。另外，所述内部结构设置为支持所述外部包套，即接收并分散作用在包套上的载荷。所述外部包套的一部分构成第一贴靠面。通过所述第一贴靠面，在使用所述模具的情况下固化纤维增强部件时，所述部件至少局部成型并且由所述模具向所述部件施加压力。模具可以具有一个或多个贴靠面。最后，所述模具的外部包壳和内部结构构型为，使得在固化期间所述模具在所述第一贴靠面的方向上准确地膨胀，从而将用于固化所述部件所需的压力施加到所述纤维增强部件上。取决于用于所述纤维增强部件的基质的材料，将硬化温度(热固性基质)或基质可以固化的温度(热塑性基质)称为固化温度。因为初始温度(例如室温)与相应部件的固化温度之间的温度差不能变化，本专利技术提出，如此匹配所述部件的内部结构和外部包套，使得在加热到所述固化温度时所述模具不会不必要地过强膨胀，从而不会对所述部件施加过大的压力。但是，所述内部结构和外部包套还同时被选择为，使得所述模具足够强地膨胀，以便对所述部件施加足够高的压力。所述模具的膨胀可以尤其通过对所述模具的内部结构的构型来控制。在此，首先理论上存在如下假设，即，更重的模具更强地膨胀并且因此也产生更高的压力。所需要的压力越小，则部件越容易出现故障。为了仍然提供足够的稳定性，可以例如将内部结构形成为蜂窝状或方格状。还可设想复杂的结构。所述内部结构优选至少局部由具有不同热膨胀系数的不同材料构成，使得在将所述模具从所述初始温度加热到所述固化温度时，所述模具垂直于所述第一贴靠面的膨胀取决于所述内部结构的不同材料。例如，所述结构可以局部地由具有高热膨胀系数的材料构成并且局部地由具有低热膨胀系数的材料构成。通过在所述内部结构处这两种材料之比可以控制所述内部结构的膨胀并因此控制由模具施加到部件上的压力。因为所述内部结构与所述外部包壳的垂直于所述第一贴靠面的厚度相关地具有较大尺寸，所以通过选择适合的材料的比例尤其可以设定压力的数量级。替代地或附加地优选的是，所述外部包壳在所述第一贴靠面的区域中由平行于所述贴靠面延伸的多个层构成，其中所述多个层中的至少两个层由具有不同热膨胀系数的不同材料构成，使得在将所述模具从所述初始温度加热到所述固化温度时，所述模具垂直于所述第一贴靠面的膨胀取决于所述外部包壳的不同材料和所述层的垂直于所述第一贴靠面的厚度。其优点是，可以直接在包壳中改变所述模具的膨胀率并且尤其适合于准确地设定压力，因为所述外部包壳垂直于所述第一贴靠面的厚度通常小于所述内部结构的尺寸。另外可以通过整个贴靠面来设定和改变压力。在一个优选实施方式中，所述外部包壳具有第二贴靠面，所述第二贴靠面被设置为用于在固化所述部件期间平坦地贴靠所述部件并且局部地预先确定所述部件的形状，其中所述内部结构和所述外部包套如此设计，使得在将所述模具从所述初始温度加热到所述固化温度时，所述模具垂直于所述第二贴靠面膨胀，从而通过所述第二贴靠面向所述部件施加限定的第二压力，其中所述第一压力和所述第二压力大小不同。同样可行的是，在模具处设置多于两个贴靠面，其中在加热到固化温度时每个贴靠面将另一个压力施加到所述部件上。在这个优选实施方式中，因此可以对于两个贴靠面来不同地设定由所述模具施加到所述部件上的压力。这种设定优选可以通过所述内部结构的构造和构型来进行。因此，尤其能够实现用一个模芯或模具在一个部件中产生不同的压力。因此还能以不同的载荷能力以及不同的厚度来制造部件的不同区域，由此降低了所述部件的总重量，因为不再是所述部件的最稳健的区段预先确定所述压力。所述外部包套在所述第一贴靠面的区域中优选具有垂直于所述第一贴靠面的厚度，所述厚度与所述外部包套在所述第二贴靠面的区域中垂直于所述第二贴靠面的厚度不同，使得由于所述外部包套在所述第一和第二贴靠面的区域中的不同厚度，在从所述初始温度加热到所述固化温度时，所述模具垂直于所述第一贴靠面与垂直于所述第二贴靠面相比以不同强度膨胀。与所述模具的平行于所述第一和第二贴靠面中具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在固化纤维增强部件(3)时使用的模具(1)，其中所述模具(1)具有外部包壳(5)，所述包壳由内部结构(9)支持，其中所述外部包壳(5)具有第一贴靠面(7)，所述第一贴靠面被设置为用于在固化所述部件(3)期间平坦地贴靠所述部件(3)并且局部地预先确定所述部件(3)的形状，其中所述内部结构(9)和所述外部包壳(5)如此设计，使得在将所述模具(1)从初始温度加热到用于固化所述部件(3)所需的固化温度时，所述模具(1)垂直于所述第一贴靠面(7)膨胀，从而通过所述第一贴靠面(7)向所述部件(3)施加限定的第一压力。

【技术特征摘要】
2017.12.22 DE 102017131201.31.一种用于在固化纤维增强部件(3)时使用的模具(1)，其中所述模具(1)具有外部包壳(5)，所述包壳由内部结构(9)支持，其中所述外部包壳(5)具有第一贴靠面(7)，所述第一贴靠面被设置为用于在固化所述部件(3)期间平坦地贴靠所述部件(3)并且局部地预先确定所述部件(3)的形状，其中所述内部结构(9)和所述外部包壳(5)如此设计，使得在将所述模具(1)从初始温度加热到用于固化所述部件(3)所需的固化温度时，所述模具(1)垂直于所述第一贴靠面(7)膨胀，从而通过所述第一贴靠面(7)向所述部件(3)施加限定的第一压力。2.根据权利要求1所述的模具(1)，其中所述内部结构(9)至少局部由具有不同热膨胀系数的不同材料构成，其中在将所述模具(1)从所述初始温度加热到所述固化温度时，所述模具(1)垂直于所述第一贴靠面(7)的膨胀取决于所述内部结构(9)的所述不同的材料。3.根据权利要求1或2所述的模具(1)，其中所述外部包壳(5)在所述第一贴靠面(7)的区域中由多个层(19，21)构成，所述多个层平行于所述贴靠面(7)延伸，其中所述多个层(19，21)中的至少两个层由具有不同热膨胀系数的不同材料构成，使得在将所述模具(1)从所述初始温度加热到所述固化温度时，所述模具(1)垂直于所述第一贴靠面(7)的膨胀取决于所述外部包壳(5)的不同材料和所述层(19，21)的垂直于所述第一贴靠面(7)的厚度。4.根据权利要求1或2所述的模具(1)，其中所述外部包壳(5)具有第二贴靠面(13)，所述第二贴靠面被设置为用于在固化所述部件(3)期间平坦地贴靠所述部件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·汉斯克，本杰明·勒奥霍德，雷莫·欣兹，阿尔布雷希特·克鲁格，
申请(专利权)人：空中客车运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE