减少多节式复合材料水箱中的褶皱制造技术

一种用复合材料制造多节式水箱的方法包括：将所述复合材料预张紧；将可溶性工具包裹在所述复合材料中；并且使所述复合材料固化在所述可溶性工具周围。用力将所述复合材料预张紧，以使所述复合材料中的纤维排列整齐。

【技术实现步骤摘要】
减少多节式复合材料水箱中的褶皱
本公开涉及多节式复合材料水箱。更具体地，本公开涉及供在飞机饮用水系统中使用的复合材料高压多节式水箱。
技术介绍
飞机饮用水系统提供用于整个飞机上的各种用途的可饮用水。飞机饮用水系统通常包括许多部分，包括但不限于：多节式水箱、液压泵、流体加热器、控制阀和液压流体线路管道系统。用于飞机饮用水容器的多节式水箱通常会被加压，并且在内部压力下必须保持其形状。用于飞机饮用水系统的加压水箱通常包含多个节段。常规地，将金属板焊接在多节式水箱中。水箱节段也可以由轻质复合材料制成。首先将多个复合材料铺层放在一起，然后将其固化成多节式水箱。通常，当放置未固化的复合材料以形成多节式水箱节段时，在放置或铺叠过程中会出现褶皱。具体地，可能会将复合材料的铺层聚拢在一起成为一个区域，这样就会产生褶皱。当整个多节式水箱随后在高压条件下(例如在高压釜中)固化时，这些褶皱会被放大。在此过程期间可能还会形成另外的褶皱。在容器具有复杂几何形状的情况下，更有可能形成褶皱。一般来讲，起皱或不平整的材料不如平整的材料坚固。当容器内部被加压时，这会在整个容器节段中引起不均匀的机械应力。
技术实现思路
在一个实施方案中，一种制造多节式复合材料水箱的方法包括：将复合材料预张紧；用预张紧的复合材料包围可溶性工具的两个配合节段；将可溶性工具的两个配合节段对准；使预张紧的复合材料固化在可溶性工具周围；并且冲洗掉可溶性工具以形成多节式水箱。附图说明图1是用于制造多节式水箱的建造过程的方法的示意性流程图。图2是示出对用于建造多节式水箱的复合材料的预张紧的示意图。具体实施方式当通过参考图1所述的过程制造多节式水箱时，限定容器的各节段的复合材料在高温和高压固化过程中易于形成褶皱。对复合材料的预张紧和材料选择可以防止起皱并提供一致的最终产品，这通常是理想的结果。图1是用于制造多节式水箱的制造过程的方法的示意性流程图。图1中的方法10示出了步骤12至18，以及可溶性工具20、复合材料22、节段24、26和共用壁28。首先，在步骤12中，准备可溶性工具20。可溶性工具20具有配合部分20a和20b，配合部分20a和20b分别具有与多节式水箱的成品节段相对应的所需尺寸和形状。使配合部分20a、20b准备好接受将形成多节式水箱的复合材料22，并且将配合部分20a、20b定向为这样。可溶性工具20由盐、AquaCore®冲洗型心轴材料或可以稍后在过程中轻松去除的任何类似材料制成。任选地，可以将弹性体层结合在可溶性工具20a和20b上。在随后的步骤中，当具有弹性体的工具周围的复合材料在外部压力和温度下固化时，弹性体会因热而膨胀，从而产生内部压力来拉伸复合材料，因此可以减小在复合材料中形成褶皱的趋势。在固化复合材料并洗掉可溶工具后，可以去除弹性体。接下来，在步骤14中，将复合材料22分别添加到可溶性工具的配合部分20a和20b周围。然后，将分别包封在第一层复合材料22中的配合部分20a和20b在20a和20b的平坦表面处对准并接合。之后，将第二层复合材料22放置在接合的组件20a和20b周围。例如，复合材料可以是本领域已知的具有树脂和纤维的预浸渍基质。例如，树脂可以是例如热塑性塑料或热固性塑料的聚合物，或本领域中合适的其它材料。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维或本领域中合适的其它材料。复合材料可以由具有单向编织的织物制成。可选地，复合材料22可以是稳定的编织图案，例如平纹编织或斜纹编织图案。这些紧密的编织物形成褶皱的趋势较小。在一些情况下，使用预浸渍的单向纤维是因为在将预浸渍的单向纤维添加到可溶性工具上时易于向预浸渍的单向纤维施加张紧力，并且预浸渍的单向纤维起皱的趋势较小。在一些情况下，将第一层复合材料22包裹在配合部分20a和20b上。在将配合部分20a和20b对准之前，使第一层复合材料22固化(如下文参考步骤16所述)。然后，将粘合剂施加到固化的第一层复合材料22的内部部分，并将配合部分20a、20b对准。将另外的粘合剂施加到第一层复合材料22的外表面，以允许其粘附到第二层复合材料22。在这种情况下，可以在将配合部分20a、20b对准和添加第二层复合材料之前检查固化的第一层复合材料22的褶皱。在包裹在可溶性工具20上之前，将复合材料22预张紧以使复合材料22内的纤维绷紧并防止因纤维松弛而形成褶皱。预张紧在图2中示出。此处，可溶性工具的配合部分20a被复合材料22包裹。沿箭头T的方向向复合材料22施加张紧力。可以手动或借助装置夹具进行预张紧。在预张紧期间，以每英寸1至10磅(每厘米1.75至17.5牛顿)的张紧力拉伸复合材料22。在织物的整个宽度上均匀地施加张紧力，以防止织物的编织图案变形。施加到复合材料22上的拉伸量与复合材料22随后将被固化的温度和压力成比例。进行预张紧的温度和压力还取决于固化过程期间可溶性工具20的膨胀和压缩。预张紧的复合材料22在固化过程期间更难以起皱并且更能抵抗折叠或皱缩。任选地，可以将复合材料22的额外增强部分添加到结构中易于起皱的部分。在这些区域中，可以将一件单向纤维预浸渍织物或类似于主要复合材料的包括树脂和纤维的相对较硬的织物(即，与主要复合材料22相比较硬)应用于易于起皱的局部区域，例如拐角、水箱节段之间的接点或锐角。可以使这些增强部分在步骤16中与主要复合材料一起固化。在步骤16中，使复合材料22固化在可溶性工具20周围。复合材料22固化成可溶性工具20的配合部分20a、20b的形状，并且特别地，固化形成限定节段24、26的外壁和共用壁28两者。例如，可以在高压釜中在200华氏度至400华氏度(93摄氏度至204摄氏度)下利用介于10psi(69kPa)与100psi(689kPa)之间的压力来固化复合材料22。通常，固化过程可能需要1至3小时。最后，在步骤18中，将可溶性工具20冲洗掉。这可以通过用水或能够去除可溶性工具20而又不与复合材料22发生化学反应的其它溶剂进行冲洗来完成。对水箱进行加压冲洗和振动有助于破碎和去除可溶性工具20。这样便能得到具有共用壁28的多节式复合材料水箱。当使用预张紧的复合材料层时，形成较少的褶皱。在固化过程期间，施加到组件的温度和压力使可溶性工具20根据压力下的热膨胀和压缩量而膨胀和收缩。当可溶性工具20膨胀时，复合材料22拉伸。如果复合材料22已经被预张紧，则在所述阶段可以避免起皱。如果可溶性工具20收缩，则复合材料折叠并产生褶皱。然而，如果如所公开那样将复合材料20预张紧，则工具收缩可仅释放复合材料中的一些张紧力，并且同样不太可能形成褶皱。通过设计防止褶皱减少了对操作者经验的依赖，并提高了最终产品的质量。对可能实施方案的讨论以下是对本专利技术的可能实施方案的非排他性描述。一种制造多节式复合材料水箱的方法包括：将复合材料预张紧；用预张紧的复合材料包围可溶性工具的两个配合节段；将可溶性工具的两个配合节段对准；使预张紧的复合材料固化在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造多节式复合材料水箱的方法，其包括：/n将复合材料预张紧；/n用所述预张紧的复合材料包围可溶性工具的两个配合节段；/n将可溶性工具的两个配合节段对准；/n使所述预张紧的复合材料固化在所述可溶性工具周围；并且/n冲洗掉所述可溶性工具以形成多节式水箱。/n

【技术特征摘要】
20190107 US 62/789307;20191113 US 16/6821311.一种制造多节式复合材料水箱的方法，其包括：
将复合材料预张紧；
用所述预张紧的复合材料包围可溶性工具的两个配合节段；
将可溶性工具的两个配合节段对准；
使所述预张紧的复合材料固化在所述可溶性工具周围；并且
冲洗掉所述可溶性工具以形成多节式水箱。


2.如权利要求1所述的方法，其中所述可溶性工具是基于盐的。


3.如权利要求1所述的方法，其中所述可溶性工具具有弹性体外层。


4.如权利要求1所述的方法，其中弹性体外层是热塑性塑料或热固性塑料。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述复合材料是单向纤维材料。


6.如权利要求1所述的方法，其中所述复合材料是包括树脂和纤维的预浸渍织物。


7.如权利要求6所述的方法，其中所述树脂是热塑性塑料或热固性塑料材料。


8.如权利要求6所述的方法，其中所述纤维是碳纤维、碳纳米管纤维、凯芙拉纤维或玻璃纤维。


9.如权利要求1所述的方法，其中所述复合材料是平纹编织织物、斜纹编织织物或其它稳定图案织物。


10.如权利要求1所述的方法，其还包括用第二复合材料局部增强所述预张紧的复合材料。
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【专利技术属性】
技术研发人员：程一和，赵文平，胡进，
申请(专利权)人：古德里奇公司，
类型：发明
国别省市：美国;US