制造复合材料结构的夹具和无高压釜方法技术

本发明专利技术公开了一种用于以无高压釜的方式制造复合材料部件的夹具（９），所述夹具包括：基部（１１），所述基部的上表面包括堆叠工作台（１３），所述堆叠工作台具有旋转运动和沿层压方向的位移运动；和头部（１５），所述头部通过允许在所述堆叠工作台（１３）上垂直于层压方向移动的装置被支撑在门式框架（１７）上，所述头部（１５）又包括：自动装置（２１），所述自动装置用于放置预浸料坯形式的复合材料带或粗纱；压紧装置（２３），所述压紧装置用于压紧复合材料；和固化装置（２５），所述固化装置用于聚合复合材料。本发明专利技术还公开了一种用于制造复合材料结构的无高压釜方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种夹具和制造复合材料结构的方法，并且更具体地涉及一种夹具和 无高压釜制造方法，其结果类似于在高压釜中包括固化步骤的方法。
技术介绍
复合材料由于其高强度和强度-重量比，正日益在诸如航空工业、造船工业、汽车 工业或汽车行业的不同行业中具有广泛的应用而具有吸引力。最常用于上述行业的复合材料是指那些以预浸渍材料或“预浸料坯”的形式将纤 维或纤维束嵌入热固性或热塑性树脂基体中。复合材料结构由多层预浸渍材料形成。通过纤维或纤维束形成预浸渍材料的每一 层，所述纤维或纤维束可以彼此交联从而形成不同形式的织物，或者可以被定向在单一方 向上从而形成单向(one-way)带。这些纤维或纤维束被预浸有树脂(热固性树脂或热塑性 树脂)。具有主要基于环氧树脂和碳纤维的有机基体和连续纤维的复合材料目前正被大 量和主要用于航空航天工业。这些类型的材料的使用水平已经不断提高，特别是在航空工业，直到到达目前具 有环氧树脂和碳纤维的复合材料可以被认为是在多种结构元件中最常用的选择的水平。这 种情况已经迫使或持续迫使制造方法发展，该方法可以制造具有在重复方式中所需的质量 和合理制造成本的元件。关于制造复合材料结构的预浸渍材料的装置，多个方法基于用于定位(尤其是手 动堆叠和自动堆叠)的可获得的方法。在手动堆叠时，操作员放置具有所需尺寸和方位的不同层的预浸渍材料。在自动堆叠时，自动化系统负责放置具有所需尺寸和方位的不同层的预浸渍材 料，并将所述不同层的预浸渍材料切成特定长度。在自动堆叠内，两种基本类型基于开始的预浸渍材料和当堆叠所述预浸渍材料时 所述预浸渍材料的宽度-ATL(自动带状铺叠)自动化系统放置或多或少的宽带材形式的单向带预浸渍 材料，以覆盖平坦表面或具有基本小曲率的表面。-AFP (自动纤维放置)自动化系统放置多组非常窄的带材以覆盖具有双曲率几 何结构的表面。从这种多层(层压)制造复合材料结构的方法通常一方面需要压紧以获得期望的 纤维体积分数并消除间隙和从复合材料中截留的空气，而另一方面需要固化过程，由此获 得浸渍纤维的树脂的聚合物链的交联。这些结构传统上已经通过应用压力和真空的装置(作为压紧装置)和应用加热装 置(作为获得聚合物链的交联的装置)具体地在高压釜中制造而成，在所述高压釜内部生 成被控制的大气。4从预浸渍材料制造结构所花费的时间是每一个必须步骤花费时间的总和堆叠连 续层的预浸渍材料以形成所述结构，应用真空(作为压紧装置中的一种)和在高压釜中在 压力(压紧)和热量(聚合物链的交联)的作用下固化所述结构。总时间一般很长，并且 堆叠的层数越大和复杂性越高，时间越长。另一方面要考虑制造复合材料结构的高成本，尤其是高压釜所需要的能量的高成 本。高成本来源于热量损失和加热中由于高压釜的空气与固化夹具的空气对流所使用的时 间。所以这些行业经常需要允许降低制造复合材料结构所必需的时间和能量的新方法。正如先前提到的，固化复合材料的传统方法基于例如通过热空气对流的方法或基 于借助于树脂的官能团的热量而活化的其它的技术将热量施加(传递)到材料。在该技术 中公知的一个过程是通过利用微波发射器局部施加热量来固化相对应的结构。尽管事实上 微波发射器作为热源的使用可以涉及时间和能量上的节省(由于高压釜的热损失被最小 化的事实)，但是有一些树脂的化学性质与公知的方法相比较允许通过使用更快形式的能 量而不是热量来固化，这可以节省更多的时间和成本。另外，通过应用微波发射器的固化过程具有不能很好集中于材料和结构固化并难 于获得均一区域的缺点。本专利技术旨在克服前述缺点。
技术实现思路
本专利技术旨在通过使用电子束而使用固化技术，其降低了实施用于制造具有复合材 料的结构的自动化方法所必需的时间和成本。有些树脂的化学组成允许通过将不同于热的其它形式的能量施加到材料而激活 所述树脂的官能团。用于激活官能团所需的能量通过应用电子束来提供。在航空航天工业里，通过电子束固化复合材料的应用不是新的。这项技术目前被 用来固化碳纤维部件；这种固化在完成复合材料的堆叠之后在单个步骤中在封闭室内并且 利用高能量值执行，藉此，在单个应用之后获得部件的完全固化，随后实现了所述过程所需 的时间的减少，这涉及了重要的成本降低。在第一方面中，本专利技术提供一种用于以无高压釜的方式制造复合材料部件的夹 具，所述夹具包括以下元件-基部，所述基部的上表面包括堆叠工作台，材料在所述堆叠工作台上被层压；和-可移动头部，所述头部设置有自动装置，所述自动装置用于放置预浸料坯形式 的复合材料带或粗纱；压紧装置，所述压紧装置用于压紧复合材料；和红外线发射器和电 子束发射器，所述红外线发射器和电子束发射器用于固化所述复合材料。在第二方面中，本专利技术提供一种用于(以一层又一层的方式)制造复合材料结构 的无高压釜方法，包括以下步骤-将单向预浸渍料坯带或粗纱形式的复合材料放置在夹具上，在放置所述复合材 料之后，压紧所述复合材料，并对所述复合材料进行部分固化，直到完成一层结构；_重复上述步骤，直到完成所述结构的堆叠；以及5-通过利用电子束施加能量来固化结构的最后一层。在第三方面中，本专利技术提供了一种用于制造复合材料结构的无高压釜方法，包括 以下步骤-将预浸渍料坯带或粗纱形式的复合材料放置在具有结构的形状的夹具上，在放 置所述复合材料之后，压紧所述复合材料，直到完成一层结构；重复上述步骤，直到完成所述结构的堆叠；以及-通过利用电子束施加能量来固化结构的最后一层。为了本专利技术的目的，复合材料被理解为可以被电子束固化的具有有机(环氧树 脂、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、酚、乙烯酯…)基体和连续增强(碳、陶瓷、玻璃、有机、聚酰 胺、PBO…)纤维的任何材料。本专利技术的其它特点和优势将从以下其目的的详细的实施例描述结合附图推断。 附图说明图1和2示出了本专利技术的夹具物体的示意性立体图；和图3是本专利技术的夹具物体的头部的示意图。具体实施例方式在附图中所示的优选实施例中，本专利技术的夹具9物体包括-基部11，其上表面包括堆叠夹具13，所述堆叠夹具具有旋转运动和沿层压方向 的位移运动；和-头部15，所述头部通过允许在所述工作台13上垂直于层压方向移动的装置被支 撑在门式框架17上。头部15依次包括_用于放置预浸料坯形式的复合材料带的自动装置21，所述自动装置包括预浸渍 材料卷轴31、导向和切割单元33、加热压紧辊35和分离纸卷轴37 ；-用于压紧预浸料坯层的压紧装置23，其包括加热的和/或冷却压紧辊39和超声 波压紧单元41 ；-固化装置25，其包括红外发线射器设备27和电子束发射器设备29。夹具9被构成为使得一方面，所述夹具9可以自动调节支撑在头部15上的不同 装置的工作表面(堆叠工作台13)上的距离，而另一方面，所述夹具9可以启动所提及的所 有或部分装置。因此，例如，夹具9可以被构造成使得用于放置带的自动装置21、压紧装置 23和固化装置25被启动(这通常发生在结构的堆叠期间)，或者夹具9可以被构造成使得 仅固化装置25被启动(这将发生在一旦已经完成了层压将要固化结构时)。夹具9的不同部件的性能并且特别是红外线发射器27的功率和电子束发射器29 的电压和强度将基于要被处理的材料的特征(特别是所述材料的厚度(在一层接一层固化 的情况下))本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于以无高压釜的方式制造复合材料部件的夹具（９），其特征在于所述夹具包括：ａ）基部（１１），所述基部的上表面包括堆叠工作台（１３），所述堆叠工作台具有旋转运动和沿层压方向的位移运动；和ｂ）头部（１５），所述头部通过允许在所述堆叠工作台（１３）上垂直于层压方向的移动的装置被支撑在门式框架（１７）上，所述头部（１５）又包括：ｂ１）自动装置（２１），所述自动装置用于放置预浸料坯形式的复合材料带或粗纱；ｂ２）压紧装置（２３），所述压紧装置用于压紧所述复合材料；和ｂ３）固化装置（２５），所述固化装置用于聚合所述复合材料。

【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：亚松森布特拉格尼奥马丁内斯，乔斯桑谢斯戈梅，拉斐尔阿维拉多明格斯，
申请(专利权)人：空客运营有限公司，
类型：发明
国别省市：ES