用于形成厚熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]公開的實(shí)施方式大體地涉及制造復(fù)合層合物，更特別地，涉及用于形成厚熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]可通過組裝預(yù)浸漬層片的疊堆并且將層片疊堆固結(jié)成成品部件來制造纖維增強(qiáng)型熱塑性層合物。通過將層片加熱至它們的熔融溫度并且使用傳統(tǒng)壓制模制、連續(xù)壓制模制或其它技術(shù)將層片堆疊模制成所需的部件形狀來實(shí)現(xiàn)固結(jié)。在模制期間，層片能彼此相對滑動允許層片堆疊變化形狀并且適形于模制工具的幾何形狀?？墒褂眠B續(xù)壓制模制而沒有困難地制造包括相對較少預(yù)浸漬層片的薄熱塑性層合物，部分地因?yàn)槿廴跓崴苄晕锼璧臒嵯鄬焖俚刎灤雍衔锏恼麄€(gè)厚度。
[0003]然而，當(dāng)制造較厚的熱塑性復(fù)合層合物(尤其是具有復(fù)雜幾何形狀的層合物)時(shí)，會出現(xiàn)問題。當(dāng)在固結(jié)和成形期間熱塑性樹脂熔融時(shí)，固結(jié)所需的過量材料移動允許增強(qiáng)纖維既在面內(nèi)又在面外移動和扭曲。
[0004]厚熱塑性復(fù)合層合物成形中的另一個(gè)問題是由于因在層片堆疊中需要大量層片而導(dǎo)致的過大的材料體積造成的。特別厚的層片堆疊會難以或不可能固結(jié)和模制成形?？赏ㄟ^在模具加工中進(jìn)行調(diào)節(jié)來部分地容納材料體積，但盡管如此仍難以在成形期間完全固結(jié)層片堆疊。由于過大的材料體積導(dǎo)致不能完全固結(jié)厚層片堆疊會造成成品部件中有孔隙和內(nèi)部空隙。
[0005]因此，需要用于制造厚熱塑性復(fù)合層合物的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備在模制之前壓實(shí)和部分固結(jié)熱塑性層片堆疊，以減少成品部件中的褶皺、孔隙和內(nèi)部空隙。還需要如上所述的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備當(dāng)正將層片堆疊成形為最終形狀時(shí)減少或消除纖維變性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開的實(shí)施方式提供了形成熱塑性復(fù)合層合部件的方法和設(shè)備，這些部件相對厚和/或具有復(fù)雜幾何形狀。未組裝的層片堆疊中的材料塊體在完全固結(jié)和成形之前大大減小，從而減少在用于將部件固結(jié)和成形的工具中的材料塊體的需要。該方法采用在升高溫度下執(zhí)行的材料壓實(shí)技術(shù)，該溫度足以軟化熱塑性樹脂但低于其熔點(diǎn)。該壓實(shí)導(dǎo)致層片堆疊部分固結(jié)，其中層片基本上在它們整個(gè)表面區(qū)域內(nèi)面對面接觸地彼此粘附，之后被加熱至熔融溫度以準(zhǔn)備進(jìn)行完全固結(jié)和成形。由于該材料壓實(shí)和部分固結(jié)，因此由于材料移動造成的纖維變形大大減小，減少或消除了褶皺以及孔隙和內(nèi)部空隙，所有這些都導(dǎo)致部件質(zhì)量提高。另外，該方法和設(shè)備可允許制造比迄今為止可能的更厚的熱塑性復(fù)合層合物。該設(shè)備包括連續(xù)壓制模制(CCM)機(jī)，其包含預(yù)固結(jié)區(qū)，該預(yù)固結(jié)區(qū)用于在將層片堆疊固結(jié)和成形成最終部件形狀之前壓實(shí)和預(yù)固結(jié)層片堆疊。
[0007]根據(jù)一個(gè)公開的實(shí)施方式，提供了一種制造厚熱塑性復(fù)合部件的方法。該方法包括:組裝包括多個(gè)熱塑性復(fù)合層片的層片堆疊；預(yù)固結(jié)所述層片堆疊，包括通過將所述層片堆疊中的層片加熱至低于所述熱塑性復(fù)合層片的熔融溫度的溫度并且壓制所述層片堆疊來軟化所述層片。該方法還包括固結(jié)預(yù)固結(jié)后的層片堆疊，包括將所述層片堆疊加熱至至少所述熱塑性復(fù)合層片的熔融溫度。壓制軟化后的層片的層片堆疊包括向所述層片施加壓力，以足以壓實(shí)所述層片堆疊，并且還可包括將所述層片堆疊放置在兩個(gè)工具之間，將所述工具推到一起。壓制軟化后的層片的層片堆疊是在連續(xù)壓制模制機(jī)中執(zhí)行的。固結(jié)預(yù)固結(jié)后的層片堆疊是通過壓實(shí)所述層片堆疊來執(zhí)行的。該方法還可包括:當(dāng)所述層片堆疊正在固結(jié)時(shí)，將所述層片堆疊成形為所需形狀。將所述層片堆疊成形為所需形狀也可以是在連續(xù)壓制模制機(jī)中執(zhí)行的。
[0008]根據(jù)另一個(gè)公開的實(shí)施方式，提供了一種形成厚熱塑性復(fù)合部件的方法。該方法包括:通過彼此上下疊置地鋪設(shè)多個(gè)熱塑性復(fù)合層片來組裝層片堆疊，使用第一組參數(shù)預(yù)固結(jié)所述層片堆疊，所述第一組參數(shù)包括預(yù)選的第一溫度、預(yù)選的第一壓力和預(yù)選的第一持續(xù)時(shí)間。該方法還包括使用第二組參數(shù)來固結(jié)預(yù)固結(jié)后的層片堆疊，所述第二組參數(shù)包括預(yù)選的第二溫度、預(yù)選的第二壓力和預(yù)選的第二持續(xù)時(shí)間。組裝所述層片堆疊是通過將多個(gè)熱塑性復(fù)合層片連續(xù)供給到連續(xù)壓制模制機(jī)中執(zhí)行的。所述預(yù)選的第一溫度是足以軟化所述層片但低于所述熱塑性復(fù)合層片的熔融溫度的溫度。所述預(yù)選的第一壓力足以壓實(shí)所述層片堆疊。所述預(yù)選的第一持續(xù)時(shí)間足以允許所述層片堆疊中的層片在所述預(yù)選的第一溫度下軟化，并且允許在所述預(yù)選的第一壓力下壓實(shí)所述層片堆疊。所述預(yù)選的第二溫度高得足以導(dǎo)致所述層片堆疊中的所述熱塑性層片熔融，所述預(yù)選的第二壓力高得足以完全固結(jié)所述層片堆疊。
[0009]根據(jù)另一個(gè)公開的實(shí)施方式，提供了一種連續(xù)壓制模制熱塑性復(fù)合部件的方法。該方法包括:組裝包括多個(gè)熱塑性預(yù)浸漬層片的層片堆疊；通過將層片加熱至低于其熔點(diǎn)的溫度并且壓制所述層片堆疊來壓實(shí)所述層片堆疊。該方法還包括將壓實(shí)后的層片堆疊模制成所需的部件形狀，包括將層片加熱至至少其熔點(diǎn)并且進(jìn)一步壓制所述層片堆疊以完全固結(jié)層片。壓制所述層片堆疊是通過將所述層片堆疊布置在一對工具之間并且使用所述工具向所述層片堆疊施加壓實(shí)壓力來執(zhí)行的。壓實(shí)所述層片堆疊并且模制所述層片堆疊可以是在連續(xù)壓制模制機(jī)中執(zhí)行的。
[0010]根據(jù)又一個(gè)公開的實(shí)施方式，提供一種壓制模制厚熱塑性復(fù)合部件的設(shè)備。該設(shè)備包括預(yù)固結(jié)區(qū)和固結(jié)區(qū)。預(yù)固結(jié)區(qū)接收熱塑性層片的層片堆疊，并且包括用于加熱所述層片堆疊的加熱器和用于壓制所述層片堆疊的預(yù)固結(jié)工具。固結(jié)區(qū)包括用于將預(yù)固結(jié)后的層片堆疊固結(jié)并且成形成所述部件的形狀的固結(jié)工具。該設(shè)備還可包括預(yù)成形區(qū)，所述預(yù)成形區(qū)用于在所述層片堆疊已預(yù)固結(jié)之后將所述層片堆疊預(yù)成形。該設(shè)備還可包括脈動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述脈動驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于以連續(xù)漸進(jìn)步驟移動所述層片堆疊通過所述預(yù)固結(jié)區(qū)并且通過所述固結(jié)區(qū)。
【附圖說明】
[0011]在隨附的權(quán)利要求書中闡述了例證性實(shí)施方式的據(jù)信是新穎特征的特性。然而，通過參照以下結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀的對本公開的例證性實(shí)施方式的詳細(xì)描述，將最佳地理解例證性實(shí)施方式及其優(yōu)選使用模式、其它目的及其優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0012]圖1是根據(jù)公開的方法和設(shè)備制造的厚熱塑性復(fù)合部件的立體圖的圖示。
[0013]圖2是大體上示出用于制造厚熱塑性復(fù)合層合部件的方法中的步驟的流程圖的圖示。
[0014]圖3是已鋪設(shè)在工具上的熱塑性復(fù)合層片的堆疊的剖視圖的圖示。
[0015]圖4是與圖3類似但示出已被放置在層片堆疊上以準(zhǔn)備進(jìn)行預(yù)固結(jié)循環(huán)的工具的圖示。
[0016]圖5是與圖4類似但示出在正被加熱至軟化層片的溫度時(shí)在工具中對層片堆疊施壓以部分固結(jié)層片堆疊的圖示。
[0017]圖6是用于執(zhí)行公開方法的連續(xù)壓制模制設(shè)備的圖解的圖示。
[0018]圖7是示出采用預(yù)固結(jié)和材料壓實(shí)來進(jìn)行連續(xù)壓制模制的方法的步驟的流程圖的圖示。
[0019]圖8是飛行器制造和維修方法的流程圖的圖示。
[0020]圖9是飛行器的框圖的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0021]首先，參照圖1，公開的實(shí)施方式涉及形成相對厚的熱塑性復(fù)合(TCP)部件10的方法。在圖示示例中，TCP部件10是具有大體U形橫截面12的基本上筆直的細(xì)長結(jié)構(gòu)構(gòu)件，帶有形成總體上敞口內(nèi)部16的內(nèi)彎凸緣14。然而，可采用公開的方法形成具有各種其它橫截面形狀以及沿著它們長度的曲率或輪廓和/或變化厚度的TCP結(jié)構(gòu)構(gòu)件。TCP部件10可包括由預(yù)浸漬層片(未示出)堆疊形成的層合物，該預(yù)浸漬層片包括合適的熱塑性聚合物樹脂基質(zhì)，諸如(而不限于)聚醚醚酮(“PEEK”)、聚醚酮酮(“PEKK”)、聚苯砜(“PPS”)、聚醚亞酰胺(“PEI”)，可用諸如玻璃(s型或e型或碳纖維(未示出))的纖維成分加強(qiáng)基質(zhì)。各層片內(nèi)的加強(qiáng)纖維可根據(jù)特定應(yīng)用取向成單向或非均勻的布置。聚合物基質(zhì)內(nèi)的纖維的相對類型、厚度、量以及各層片中利用的聚合物基質(zhì)的類型可基于眾多因素而有很大的不同，這些因素包括部件10的成本和最終期望的物理和機(jī)械性質(zhì)。復(fù)合部件10具有厚度“t”，厚度“t”需要可能難以形成為單個(gè)層片堆疊的相對大量層片的鋪設(shè)。
[0022]現(xiàn)在，參照圖