專利名稱：復(fù)合材料加強(qiáng)板的制造方法和如此制成的板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在圖5所示的第四道工序中，在樹脂固化后，熱壓處理壓力Pa
和嚢袋51中的壓力Pn與工作壓力---般是大氣壓一一平衡，加強(qiáng)板l
脫離模具8。
[64因此，型芯5通過開口 52至少部分地排出其裝有的固體顆粒材 料53，以致嚢袋51進(jìn)行充分變形，以便由加固件的一可進(jìn)入端部取出。 有利地，負(fù)壓在排出固體顆粒材料的嚢袋51中形成，從而在大氣壓的作用 下，使所述嚢袋壓緊，其便于嚢袋的壁55、 56、 57脫離加固件的空心形部 4a、 4b的表面，且便于嚢袋抽出。
65用于裝填嚢袋51的固體顆粒材料53例如以金屬元素或玻璃形 成。固體顆粒材料的元素優(yōu)選地是
[66-具有足夠小的尺寸，以裝填在型芯可能具有小截面的區(qū)域所包 括的嚢袋；
[67-具有足夠鈍的形狀，例如球面形狀，以便在裝填嚢袋時(shí)，或者 在嚢袋排出元素時(shí)，所述元素易于流動(dòng)，并且在減壓時(shí)，或者在嚢袋增壓 時(shí)，便于所述元素之間的粒間流體排出和循環(huán)；
68j -以根據(jù)其熱膨脹系數(shù)選用的材料加以實(shí)施，以便在其制造時(shí)， 考慮加強(qiáng)板的膨脹；
69-以根據(jù)其在模具中的良好熱傳導(dǎo)是所需時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)選用的材 料加以實(shí)施。
70因?yàn)橛糜诩訌?qiáng)板制造的型芯5形狀非常長(zhǎng)，所以具有適宜的熱膨 脹系數(shù)的固體顆粒材料53的選擇是必要的，因?yàn)槿绻匦托?的寬度Ir 和高度hr的方向的膨脹由于牽涉的尺寸較小的緣故而可以忽略不計(jì)，那 么，膨脹在型芯的全長(zhǎng)Lr上變得很關(guān)鍵。例如，具有每開爾文溫度24《 10E-6的膨脹系數(shù)的、用于裝填嚢袋的比較輕的經(jīng)濟(jì)材料例如鋁，在溫度 增大200開氏溫標(biāo)的熱處理過程中，致使型芯的延伸率約為5毫米每米。 考慮到航空結(jié)構(gòu)所要求的質(zhì)量，這種延伸率與尺寸可達(dá)數(shù)米的復(fù)合材料件 的實(shí)施完全不相容。7lj 因此，固體顆粒材料53最好選自其膨脹系數(shù)最接近用于制造加 強(qiáng)板的復(fù)合材料的膨脹系數(shù)的材料。
[721—般來說，復(fù)合材料具有低熱膨脹系數(shù)，約為每開爾文溫度3x 10E-6至每開爾文溫度5xlOE-6。在這種情況下，作為固體顆粒材料53， 優(yōu)選地選用硼硅酸鹽玻璃，其為富含二氧化硅的玻璃，具有約為每開爾文 溫度3.5xlOE-6的膨脹系數(shù)，或者選用膨脹系數(shù)低的"因瓦合金"類型的 富含鎳的鐵合金。這樣，加強(qiáng)板1的復(fù)合材料和型芯5隨著溫度變化而膨 脹和收縮，從而避免引起板材中非所需的變形和殘余應(yīng)力。
[73用于從置于具有一模板的一模具上的預(yù)浸漬纖維制造復(fù)合材料 加強(qiáng)板的所述方法，很容易適于制造復(fù)合材料件的其它方法。
74例如，由一外嚢袋85和熱壓處理壓力Pa施加的壓力在某些情況 下，由一可為剛性的對(duì)反形體(contre-forme)實(shí)施，或者至少局部地用 一彈性體實(shí)施。在這種情況下，型芯中的壓力Pn在樹脂固化工序期間增 大至接近所述方法中應(yīng)用對(duì)反形體所需壓力的數(shù)值。
[75例如，在某些樹脂轉(zhuǎn)移方法(RTM)中，纖維以干纖維，即不 預(yù)浸漬樹脂，放置在一模具中，所述模具一般為一模板和一對(duì)反形體，在 纖維就位時(shí)予以接合，樹脂注射到模具中，模具的壁精確地確定板材的形 狀。在這種情況下，嚢袋51中的壓力Pn優(yōu)選地選擇成至少等于模具中樹 脂的壓力，或者大于該壓力，視加固件區(qū)域中纖維所需的壓縮變形而定。
[76用于Q形加固件的本發(fā)明的方法可應(yīng)用于其它加固件形狀，因?yàn)?一方面，本發(fā)明解決的型芯的尺寸穩(wěn)定性問題始終是關(guān)鍵性的，型芯中用 于抵消施加在蒙皮上的壓力的反壓力的產(chǎn)生，始終是確保加固件區(qū)域中復(fù) 合材料的質(zhì)量所需要的，即使蒙皮2不直接與型芯5進(jìn)行接觸，如同圖6b 和6c所示的加固件的實(shí)施例那樣。如圖6d所示，具有適于在制造構(gòu)件期 間必須予以充填的體積的形狀的型芯的制造可使用所述方法。值得注意的 是，甚至在空心形部不完全封閉或一點(diǎn)也不封閉時(shí)，最好應(yīng)用所述方法， 因?yàn)閯傂孕托净蚝铣上鹉z型芯不能施加適于避免蒙皮或加固件局部變形的 反壓力，以及因?yàn)槌槌鲂托径粨p壞板材可能難以做到甚至是不可能的， 這是由于加固件的截面在很大長(zhǎng)度上有變化，例如與板材彎曲有關(guān)的扭曲 和/或蒙皮的厚度變化。另夕卜，嚢袋內(nèi)的壓力Pn可對(duì)加固件的芯板36、 37、38產(chǎn)生完全有控制的壓力，所述芯板接近蒙皮的局部表面的法線，不為熱 壓處理壓力或?qū)Ψ葱误w的壓力所壓緊。
77有利地，當(dāng)加固件和蒙皮確定的空心形部不完全封閉時(shí)，如同圖 6b和6d所示的實(shí)施例那樣，本發(fā)明的型芯一旦由縱向側(cè)孔排出固體顆粒 材料就取出，如果這種側(cè)孔可以使用的話。
[781當(dāng)至少一加固件用在置于模具8的型腔82中之前固化的復(fù)合材 料制成時(shí)，也可應(yīng)用所述方法。例如，至少一加固件可在第一道工序中通 過使用復(fù)合材料的任意方法加以實(shí)施，其可不同于用于形成加強(qiáng)板的蒙皮 的方法，且當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)加固件用于制造加強(qiáng)板時(shí)，可根據(jù)加固件而有所 不同。因此，加固件可由預(yù)浸漬纖維在一模具中固化而成，但是也可例如 用RTM樹脂轉(zhuǎn)移法或用擠壓拉伸法或用沖壓成形法制成。在這種情況下， 至少一加固件置于型腔82中，型芯5置于模具8的應(yīng)保持空心的部分中， 蒙皮如同已經(jīng)M的那樣布置。
[79至少一加固件也可由纖維在模具的型腔82中形成，型芯放入， 用預(yù)先固化的材料制成的一蒙皮嵌裝在^t具上。至少 一加固件和蒙皮也可 兩者都用固化材料預(yù)先制成，且應(yīng)用所述方法在模具8中進(jìn)行膠接，膠粘 劑在加固件和/或板材接合之前布置在其表面上。在這些情況下，型芯特別 有益于在施加膠接壓力時(shí)，避免蒙皮和加固件變形，所述變形會(huì)在復(fù)合材 料中產(chǎn)生不需要的殘余應(yīng)力，乃至加強(qiáng)板的永久變形。
[80所述方法也可制造在其兩個(gè)表面上具有加固件的板材，因此，蒙 皮的纖維、加固件的纖維和型芯放置的次序由用于加強(qiáng)板成形的方法確定。
權(quán)利要求
1. 復(fù)合材料加強(qiáng)板(1)的制造方法，所述加強(qiáng)板具有一蒙皮(2)和至少一加固件(3a，3b)，所述復(fù)合材料具有包覆以樹脂的纖維，在固化工序過程中，所述樹脂從糊狀或液態(tài)變成固態(tài)，所述加強(qiáng)板(1)具有至少一長(zhǎng)形空心形部(4a，4b)，即所述長(zhǎng)形空心形部(4a，4b)的長(zhǎng)度尺寸相對(duì)于正交于長(zhǎng)度的其它尺寸很大，所述長(zhǎng)形空心形部(4a，4b)由至少一加固件的和蒙皮的表面形成，其中，整個(gè)或部分地對(duì)應(yīng)于所述的至少一空心形部(4a，4b)的體積由一型芯(5)占據(jù)，所述型芯具有一用柔性材料制成的囊袋(51)，所述囊袋(51)具有外表面，所述外表面限定所述型芯(5)的體積，所述型芯(5)的形狀和尺寸與所述空心形部的體積一致，并且所述囊袋(51)具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面限定所述囊袋(51)的體積，所述囊袋(51)的體積充填以固體顆粒材料(53)，所述固體顆粒材料(53)選自這樣的材料該材料的熱膨脹系數(shù)基本上等于用于制造所述加強(qiáng)板(1)的復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述型芯(5)按這樣 的截面實(shí)施其截面尺寸基本上小于所述加強(qiáng)板(l)的空心形部Ua， 4b) 的尺寸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在復(fù)合材料固化工序之
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任」項(xiàng):述的方法，其特征在于，^述固體顆 粒材料(53)是一種材料或材料混合物，其熱膨脹系數(shù)為每開爾文溫度 3xlOE-6至每開爾文溫度9xlOE-6。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述固體顆粒材料(53) 是硼硅酸鹽玻璃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述固體顆粒材料(53) 是膨脹系數(shù)低的因瓦合金類型的鐵鎳合金。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包含在所述 嚢袋(51)中的粒間流體(59)的壓力Pn在所述型芯(5)的制造工序中 被降低，從而，在與施加在所述柔性材料嚢袋的外表面上的壓力有關(guān)的嚢袋壓緊力的作用下，所述嚢袋(51)的壁壓實(shí)所迷固體顆粒材料(53)， 并且使所述型芯具有穩(wěn)定的形狀。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包含在所述 嚢袋(51)中粒間流體(59)的壓力Pn在樹脂固化工序期間增大，以致 型芯中的壓力Pn基本上平衡復(fù)合材料增壓裝置施加的作用力，從而使復(fù) 合材料的纖維被壓緊而不變形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，復(fù)合材料增壓裝置具有 一外嚢袋(85)，所述外嚢袋(85)經(jīng)受熱壓處理壓力Pa;并且，壓力 Pn增大至基本上等于壓力Pa的一數(shù)值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述粒間流體經(jīng)受熱壓 處理壓力Pa，從而Pn基本上等于Pa。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述粒間流體的壓力 Pn等于校正的熱壓處理壓力Pa，以補(bǔ)償所述型芯(5)的經(jīng)受所述熱壓處 理壓力的外表面和所述嚢袋(51)的經(jīng)受所述粒間流體壓力的內(nèi)表面之間 的差別，所述內(nèi)表面面對(duì)所述經(jīng)受熱壓處理壓力的外表面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述粒間流體的壓力 Pn增大到至少等于樹脂注入一閉式模中的壓力的一數(shù)值。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，樹脂通過熱 處理固化；并且，所述型芯(5)充填以固體顆粒材料(53)和/或隙間流 體(59)，它們被選擇具有適于在熱處理期間確保熱擴(kuò)散和溫度的均勻性 的導(dǎo)熱系數(shù)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述型芯 (5)的嚢袋(51)中的壓力Pn在所述固體顆粒材料(53)至少部分地排 出后，降低至小于大氣壓的一數(shù)值。
15. 復(fù)合材料加強(qiáng)板(1)，其具有一蒙皮(2)和至少一固定在所述 蒙皮的一表面上的加固件(3a， 3b)，其特征在于，在其制造工序期間， 具有至少一由所述加強(qiáng)板(1)限圍的型芯(5)，所述型芯具有一柔性嚢 袋，所述柔性嚢袋充填以固體顆粒材料(53)，所述固體顆粒材料(53) 的膨脹系數(shù)接近所述加強(qiáng)板的復(fù)合材料的膨脹系數(shù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的加強(qiáng)板，其特征在于，所述型芯(5)至少在其一部分長(zhǎng)度上由一體積限圍，所述體積具有一閉合截面，所述封閉截 面由一加固件的截面的內(nèi)表面以及可選地由蒙皮的固定有所述加固件的表 面的一部分加以界定。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的加強(qiáng)板，其特征在于，所述型芯(5)至 少在其一部分長(zhǎng)度上由一體積限圍，所述體積具有一敞開的截面，所述敞 開的截面由一加固件的截面的表面以及可選地由蒙皮的固定有所述加固件 的表面的一部分加以界定。
全文摘要
復(fù)合材料加強(qiáng)板(1)由一蒙皮(2)和至少一加固件(3a，3b)構(gòu)成，所述加固件(3a，3b)具有或多或少封閉的一體積(4a，4b)。為了保持復(fù)合材料的纖維，在置放纖維期間，當(dāng)在復(fù)合材料的樹脂固化工序中施加壓力時(shí)，一型芯置于纖維之間，位于加固件的或多或少封閉的體積部位。型芯具有一柔性囊袋，其充填以固體顆粒材料，其熱膨脹系數(shù)接近用于制造加強(qiáng)板的復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。有利地，囊袋中的壓力在復(fù)合材料固化之前增大，以補(bǔ)償用于在制造板材時(shí)壓緊纖維的外加作用力。
文檔編號(hào)B29C70/04GK101448631SQ200780018120
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者F·卡瓦利埃 申請(qǐng)人:歐洲航空防務(wù)及航天公司Eads法國