利用流体密度和压力生产复合材料部件的方法及生产系统技术方案

一种用于生产复合材料部件的生产系统，其包括模组件（１），所述模组件包括相对刚性的模部（３）、可弹性变形的模部（５）、用于对所述可弹性变形的模部施加由流体（１２）的密度和／或压力引起的流体压力的流体压力装置和用于将树脂（２３）供应至在合模时在所述模部之间限定的模腔（８）的树脂供应装置（１７）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用流体密度和压力生产复合材料部件本专利技术涉及生产由纤维增强复合材料制成的复合材料部件，具 体涉及利用流体密度和压力以及优选流体温度生产复合材料部件。 将就本专利技术在船体生产中的应用来说明本专利技术。但是，应当理解本 专利技术不限于这种用途并且还期望其它用途。现在，因为纤维增强复合材料的相对强度和轻重量，因此通常 使用纤维增强复合材料生产大型船体。建造船体的常用方法包括喷 涂叠层和手工叠层法。喷涂叠层法使用由短增强纤维和催化树脂组 成的涂覆至模表面的喷射剂。在手工叠层法中，将机织、针织、缝 合或粘合织物形式的纤维铺设在模表面，然后利用手工操作的辊和 刷使树脂渗透进入纤维叠层中。在这两种方法中，使树脂在标准大 气压条件下固化。由于在上述两种方法中树脂暴露于大气中，因此从树脂中散发 出显著量的挥发物，特别是苯乙烯气体，并且空气中的挥发物浓度 可高到足以危害健康的水平。由于政府卫生当局立法控制这种排放 物，因此造船厂需要转而采用使这种排放物最小化的其它方法。这类方法中的一种称为真空袋法，其中离型膜、透气膜和最后 的真空袋膜位于利用上述手工叠层法涂覆的复合材料叠层的上方。 然后沿真空袋膜边缘将其密封，并利用真空泵将膜下的空气抽空。 这种真空袋法有助于更好地加固复合材料叠层，并确保更好地浸润 纤维以及有助于减少固化期间散发的挥发物的量。在这种真空袋法的进一步发展中，将真空袋膜铺设在干的复合 材料叠层上，然后利用浸渍法将催化树脂引入叠层，同时通过真空 泵将真空袋膜下的空气抽空。可将针织非结构织物或树脂配给管铺 设复合材料叠层上方，以帮助树脂在真空袋表面下方分布穿过叠层。这种方法例如记载于美国专利4,902,215和5,052,906中。虽然这些基于真空袋的方法确实有助于减少空气中的挥发性排 放物，但它们是耗费时间的方法，因为涂覆膜时必须非常小心并且 确保没有空气渗漏穿过真空袋膜。如果没有足够小心以确保没有空气渗漏和如果树脂混合不当的话，则这可能导致树脂浸渍不完全， 导致叠层区域未被树脂浸润。所得到的干区域将导致船体不可用。 此外，因为该方法中所用的真空袋膜以及离型和透气膜通常只能使 用一次，然后必须除掉，因此成本会很高。任何其它树脂配给部件 如树脂配给管线也将必须丟弃。尽管如此，所有上述方法仅适合于船体的一次性或小批量生产， 而不适合这种船体的大规模生产。另一种复合材料生产方法是树脂传递模塑法(RTM)，其尤其用于生产用于航空和汽车工业的高精 度复合材料部件。该生产方法需要使用整体阴阳模具，阴阳模具合 模时形成模腔。将增强纤维和其它材料小心地铺设在模腔内，然后 在高压下将树脂注入该腔内。在生产船体时，关于RTM的使用存在许多问题。a) 制造具有高尺寸公差的昂贵的配对阴阳模具是必要的。b) 催化树脂固化期间的放热反应导致复合材料叠层内大幅升 温。当使用这种配对模具时可能难以控制这种升温。c) 在RTM中，通常的做法是使用具有中央发泡芯材的纤维增 强层压预制坯来促进树脂浸渍其中。如果没有将增强层压体正确地 铺在模腔内，则它们可能起到阻挡和妨碍树脂流过腔的作用，产生 树脂浸润不足或没有浸润的区域。因此，必须小心正确地铺设增强 纤维，这导致长的生产时间。d) 在船壳固化后，必须将竖直配件如舱壁(hullhead)和腹板 (web)增强物固定到船壳上。与延长总生产时间一样，由于沿船壳和艙壁之间连接线的材料性质不连续，因此船体和舱壁之间的连 接区域将内在地形成船体内的薄弱区域。在美国专利5,971,742中，描述了一种用支撑提供模表面的半刚 性玻璃纤维膜的刚性外壳代替每个整体模具的设备。外壳和膜共同 限定充填有不可压缩的导热流体的流体室。温度控制线圏延伸到每 个流体室内以控制室内流体的温度。虽然这种布置有助于减轻第一 个问题，但是固化树脂产生的高温仍然需要在每个生产程序后为生 产设备提供冷却期。此外，使用具有最小挠度的半刚性模壁仍将使 纤维预制体可能陷入相对的模壁之间的点上，这产生树脂不能流过的点接触。仍然存在与试图形成整体式竖直配件相关的实际问题， 其难点在于将树脂转移到纤维预制体的竖直部分中。本说明书中对文献、系统、法则或知识的任何讨论被包括以解 释本专利技术的内容。这不应被视为承认任何所述材料形成本文中权利 要求的优先权日期或之前的任何国家内的现有技术基础或相关领 域的一般常识的一部分。因此，本专利技术的一个目的是提供一种复合材料部件的生产方法，其避免包括上述RTM生产方法在内的现有技术生产方法中的至少 一个缺点。据此，根据本专利技术的一个方面，提供一种利用具有相对刚性的 模部和可弹性变形的模部的模组件来生产复合材料部件的方法，该 方法包括将刚性模部和可弹性变形模部合模，在所述模部之间限定的模 腔内布置纤维增强材料；至少对所述可弹性变形模部施加由流体的密度和/或压力引起 的流体压力；以及将树脂供应至模腔内以由此浸润位于其间的增强材料。相对刚性的模部可以是具有阴模型腔的阴模部。可弹性变形的 模部可以是阳模面。但是期望相对刚性的模部而不是可弹性变形的 模部可以是阴模部。可弹性变形的模部可以容易地顺应可利用纤维增强材料板的重 叠层提供的纤维增强材料的厚度变化。这避免了与RTM相关的夹 紧区的问题，在RTM中，当配对模合起时，纤维增强材料在特定 区域中的过大厚度可能导致阻碍树脂流入这些区域内。相对刚性的模部可以是具有阴模型腔的阴模部，而可弹性变形 的模部可以是具有阳模面的阳模部；该方法包括将纤维增强材料铺设在阴模型腔内；使阳模部和阴模部合模，使纤维增强材料位于所述阴模型腔和阳模面限定的模腔内，其中阳模部具有提供阳模面的外表面和用于 容纳流体的内体积；用流体充填至少阳模部的内体积，从而通过流体对阳模部的内 表面施加流体柱压力，使得阳模面一般顺应位于模腔内的增强材料；以及通过树脂供应装置将树脂供应至模腔内，以由此浸润位于其中 的增强材料。文中所用的术语"纤维增强材料"是指由预切断纤维材料形成 的干增强纤维束和这种材料的编织层，或加入泡沫或其它芯材和未用树脂预浸渍的增强纤维织物的层压体。内体积中的流体对阳模部内体积的内表面施加流体柱压力。由 于阳模部是由可弹性变形的材料形成的，因此施加到阳模部的流体 柱压力用于使阳模面顺应并变形至铺设在下阴模型腔上的纤维增 强材料的形状。而且，由流体施加的流体柱压力与由供应到模腔中 的树脂施加的流体柱压力相互作用。特别地，流体柱压力将自然地 与模腔内树脂的柱压力达成平衡，从而平衡所施加的压力。这具有 保证树脂均匀分布在模腔内并完全浸润纤维增强材料的效果。用于充填内体积的流体的流体密度值可以选择为接近供应到模 腔的树脂的流体密度值。由于嚢内的流体和吸入模腔内的树脂之间 的"平衡密度"效应，这允许将树脂分布在阴模型腔和阳模面之间。 平衡密度的原理记载在本申请人的国际专利申请No. PCT/AU02/00078中，该专利的详细内容通过引用并入本文。当可 弹性变形的模两侧的流体压力达到平衡时出现这种平衡密度效应， 使得即使在模腔倾斜一定角度的情况下也可以将树脂分布均匀。注意到树脂通常具有比水高的密度，其常可用于充填内体积。 但是，可以通过预热水以由此加热并降低树脂密度来调节树脂和水 的密度。此外，可为此预热树脂。还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用具有相对刚性的模部和可弹性变形的模部的模组件生产复合材料部件的方法，所述方法包括使所述刚性的模部和可弹性变形的模部合模，其中纤维增强材料位于在所述模部之间限定的模腔内；至少对所述可弹性变形的模部施加由流体的密度和／或压力引起的流体压力；和将树脂供应到所述模腔中，由此浸润位于其间的所述增强材料。

【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：尼尔德里克布雷格雷厄姆，
申请(专利权)人：快步科技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]