用于貫穿熱固化周期模擬復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的溫度的裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]高壓釜處理對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)生產(chǎn)仍然至關(guān)重要。該處理的一個(gè)主要目標(biāo)是通過引發(fā)和維持與最終樹脂系統(tǒng)固化有關(guān)的特定化學(xué)反應(yīng)，完全固化預(yù)浸漬熱固性聚合物基體。復(fù)合材料部件的固化通常需要貫穿固化過程精確監(jiān)測部件溫度。制造商一般執(zhí)行一大系列的預(yù)生產(chǎn)測試以概述粘彈性能的復(fù)雜變化一一該變化隨著時(shí)間并且當(dāng)溫度增加時(shí)發(fā)生，將其簡化為斜坡速率(ramp rate)，保持溫度以及停留或者浸泡持續(xù)時(shí)間。
[0002]在高壓釜中，當(dāng)達(dá)到某些規(guī)定的時(shí)間和溫度目標(biāo)時(shí)，假定部件已達(dá)到完全固化。因此，必需在時(shí)間和溫度計(jì)算中構(gòu)建安全界限以保證完全固化，并且必需嚴(yán)格控制該過程。常規(guī)高壓釜控制系統(tǒng)硬件連接到設(shè)備并且由技術(shù)人員操作，技術(shù)人員必須貫穿每個(gè)固化周期監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)讀出。
[0003]一般使用放置在部件內(nèi)或周圍的各種溫度傳感器以及反饋型算法確定溫度測量和控制。為了貫穿該過程密切追蹤部件的溫度，溫度傳感器一一例如熱電偶一一可放置在部件的過剩區(qū)或修剪區(qū)內(nèi)或者可放置在與該部件緊鄰的相關(guān)聯(lián)工具或固定設(shè)備的某些位置上。
[0004]在溫度傳感器的方法和位置二者中都存在多種不利。任一種方法需要計(jì)算熱曲線，為了識(shí)別部件上代表性的位置，其包括重要的反復(fù)試驗(yàn)，并且可導(dǎo)致部件的缺陷和故障。熱曲線用于表征部件溫度并在自然模擬部件溫度的位置處匹配那些溫度，并且不干擾該過程或者在部件內(nèi)產(chǎn)生缺陷。部件故障可由識(shí)別適當(dāng)追蹤部件溫度的位置的失敗造成。進(jìn)一步地，在預(yù)定位置中精確放置溫度傳感器并檢查每個(gè)正在制作的部件是一個(gè)時(shí)間和勞動(dòng)力密集的過程。此外，在部件修剪區(qū)內(nèi)定位溫度傳感器需要為每個(gè)正被固化的部件安裝傳感器，其可將缺陷引入到部件中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施方式中，公開的溫度模擬器可包括具有多個(gè)導(dǎo)熱板的疊式組件、布置在多個(gè)導(dǎo)熱板的相鄰對(duì)之間的隔熱層以及耦合至疊式組件的至少一個(gè)溫度傳感器。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開的溫度模擬器可包括疊式組件，其具有安置在該疊式組件最上和最下位置處的一對(duì)端板，布置在該對(duì)端板之間的多個(gè)散熱板，每個(gè)散熱板具有多個(gè)散熱切口，分離端板和散熱板的相鄰對(duì)的多個(gè)墊板，每個(gè)墊板具有墊片切口，由多個(gè)相鄰散熱切口和墊片切口形成的開放腔，布置在該腔內(nèi)的隔熱體，以及耦合至多個(gè)散熱板的至少一個(gè)的至少一個(gè)溫度傳感器。
[0007]在又另一個(gè)實(shí)施方式中，公開的是模擬復(fù)合材料部件的熱慣性梯度的方法，該方法可包括下列步驟:(I)提供一對(duì)端板，每個(gè)具有多個(gè)散熱切口的多個(gè)散熱板以及每個(gè)具有墊片切口的多個(gè)墊板，(2)疊式裝配該多個(gè)散熱板，其中多個(gè)墊板的至少一個(gè)分離散熱板的相鄰對(duì)，使得多個(gè)相鄰散熱切口和墊片切口形成腔，(3)裝配該對(duì)端板以形成疊式組件，
(4)在腔內(nèi)施加隔熱體，(5)產(chǎn)生疊式組件的熱模型，并且(6)識(shí)別所述疊式組件的熱曲線。
[0008]從以下【具體實(shí)施方式】、附圖以及所附的權(quán)利要求，公開的溫度模擬器的其他方面將變得明顯。
[0009]附圖簡述
[0010]圖1是公開的溫度模擬器的一個(gè)實(shí)施方式的前透視圖；
[0011]圖2是公開的溫度模擬器的端板的俯視圖；
[0012]圖3是公開的溫度模擬器的散熱板的俯視圖；
[0013]圖4是公開的溫度模擬器的墊板的俯視圖；
[0014]圖5是圖1公開的溫度模擬器的剖視圖；以及
[0015]圖6是描繪模擬復(fù)合材料部件的熱慣性梯度的公開方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下詳細(xì)描述參考圖解了本公開的【具體實(shí)施方式】的附圖。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其他實(shí)施方式不偏離本公開的范圍。相似的參考標(biāo)號(hào)可以指代不同附圖中相同的元件或構(gòu)件。
[0017]公開的溫度模擬器一一通常指定為10，可以是無源裝置(即，沒有電子或移動(dòng)部件)，其模擬來自固化材料放熱行為的溫度以及在高壓釜或烘箱內(nèi)正在固化的復(fù)合材料部件的溫度梯度。貫穿本公開，溫度模擬器10通常可被稱為模擬器、模擬器裝置或裝置。
[0018]通常，可放置一個(gè)或多個(gè)模擬器10到高壓釜中接近正被處理(例如，固化)的相應(yīng)部件。模擬器10可以不需要與部件直接接觸。用于高壓釜的控制系統(tǒng)可使用來自模擬器10的輸出貫穿規(guī)定熱周期調(diào)節(jié)部件溫度。
[0019]參考圖1，模擬器10可包括具有一系列堆疊板14、16、18的疊式組件12。每個(gè)板14、16、18可由導(dǎo)熱材料——例如金屬(例如，鋼)——或者導(dǎo)熱非金屬制作。模擬器10可包括形成疊式組件12的最上和最下層的至少兩個(gè)端板14。模擬器10可另外地包括在最上端板14和最下端板14之間分層的多個(gè)散熱板16。板14、16的相鄰對(duì)可間隔開預(yù)定距離并且被位于其間的墊板18分離。如本文將更詳細(xì)描述的，墊板18可用作在端板14和散熱板16的相鄰對(duì)之間的隔熱層。
[0020]例如，如圖1中所示，最上端板14可通過墊板18與相鄰的散熱板16間隔開。散熱板16的每個(gè)相鄰對(duì)也可通過墊板18間隔開。最下端板14也可通過墊板18與相鄰的散熱板16間隔開。墊板18的厚度可以變化以提供模擬器10所需的熱曲線。例如，具有0.010英寸、0.060英寸和0.0125英寸厚度的墊板18可用于實(shí)現(xiàn)相鄰的板14，16的所需間隔?？墒褂脽崮Ｐ筒⑼ㄟ^利用墊板18將板14，16間隔開預(yù)定距離校準(zhǔn)模擬器10。
[0021]模擬器10可包括耦合至一個(gè)或多個(gè)散熱板16的多個(gè)溫度傳感器20。為了貫穿固化過程匹配部件的溫度曲線，溫度傳感器20可以滯后于高壓釜內(nèi)的空氣溫度預(yù)定的量。溫度傳感器20可以是熱電偶、熱敏電阻或者其他適合的溫度傳感器。熱模型可用于校準(zhǔn)模擬器10的所需或選定的滯后時(shí)間量或溫度。模擬器10可容納或復(fù)制多個(gè)溫度通路以便可以模擬部件或多個(gè)部件的最熱(即，超前的(leading))溫度通路以及最冷(即，滯后的)溫度通路二者。這可以允許相對(duì)快速的校準(zhǔn)在固化過程中使用的高壓釜和模具的任何熱特性。
[0022]參考圖2，每個(gè)端板14可由板--例如鋼板--形成(例如，切割)。端板14的具體尺寸可根據(jù)所需的具體溫度曲線以及正被固化的復(fù)合材料層壓板或板層的類型而變化。在實(shí)例實(shí)施方式中，端板14可以是具有0.3175厘米(0.125英寸)厚度的15.24厘米(6.0英寸)的正方形板。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，端板14的總體尺寸可以變化并且不意欲以任何方式限制。每個(gè)端板14也可包括多個(gè)緊固孔22。在圖解的實(shí)施方式中，端板14可包括定位在每個(gè)角落區(qū)域附近的四個(gè)緊固孔22。
[0023]參考圖3，每個(gè)散熱板16可由板——例如鋼板——形成(例如，切割)。散熱板16的具體尺寸可根據(jù)所需的具體溫度曲線以及正被固化的復(fù)合材料層壓板或板層的類型而變化。例如，在平面圖中，散熱板16可以是正方形、矩形、圓形或者橢圓形，并且可具有基本均勻的橫截面厚度。在實(shí)例實(shí)施方式中，散熱板16可以是具有0.3175厘米(0.125英寸)厚度的15.24厘米(6.0英寸)的正方形板，其可以匹配端板14的尺寸。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，散熱板16的總體尺寸可以變化并且不意欲以任何方式限制。每個(gè)散熱板16也可包括多個(gè)緊固孔24。在圖解的實(shí)施方式中，散熱板16可包括定位在每個(gè)角落區(qū)域附近的四個(gè)緊固孔24。
[0024]每個(gè)散熱板16也可包括穿過其布置的多個(gè)切口 26A1、26A2、26A3、26B1、26B2、26B3。切口 26A1、26A2、26A3、26B1、26B2、26B3可減少在散熱板16內(nèi)的熱傳遞。例如，如以下更詳細(xì)討論的，切口 26A1、26A2、26A3、26B1、26B2、26B3可以用隔熱體42 (圖5)填充。
[0025]可以例如使用噴水切割機(jī)形成切口 26A1、26A2、26A3、26B1、26B2、26B3。在圖解的實(shí)施方式中，散熱板16可包括三個(gè)大體弓形的外部切口 26A1、26A2、26A3以及三個(gè)大體弓形的內(nèi)部切口 26B1、26B2、26B3。一個(gè)外部切口 26A1可包括大約90度的弧度并且兩個(gè)外部切口 26A2、26A3可包括大約135度的弧度。每個(gè)內(nèi)部切口 26B1、26B2、26B3可包括大約120度的弧度。散熱板16的中心部分28可以是固體，并且可以保持在具有8.89厘米(3.5英寸)的近似直徑的內(nèi)部切口 26B1、26B2和26B3內(nèi)。
[0026]每個(gè)外部切口 26A1、26A2、26A3的末端與相鄰的外部切口 26A1、26A2、26A3的相鄰端可以被散熱板16的一部分--例如被散熱板16的大約0.254厘米(0.1英寸)部分--
間隔開。每個(gè)外部切口 26A1、26A2、26A3的內(nèi)側(cè)面與相鄰內(nèi)部切口 26B1、26B2、26B3的相鄰?fù)鈧?cè)面可被散熱板16的一部分——例如被散熱板16的大約0.254厘米(0.1英寸)部分--間隔開。每個(gè)外部切口 26A1、26A2、26A3的外側(cè)面與散熱板16的相鄰?fù)庵苓吘壙杀弧缟岚?6的大約0.254厘米(0.1英寸)部分——間隔開。每個(gè)內(nèi)部切口 26B1、26B2、26B3的末端與相鄰內(nèi)部切口 26B1、26B2、26B3的相鄰端可被散熱板16的一部分——例如被散熱板16的大約0.254厘米(0.1英寸)部分——間隔開。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，切口 26A1、26A2、26A3、26B1、26B2、26B3的總體數(shù)量、形狀、尺寸和位置可以變化并且不意欲以任何方式限制。
[0027]散熱板16也可包括通路30，其從外周邊緣32向內(nèi)延伸，用于插入，或以其他方式將溫度傳感器20耦合至散熱板16。例如，溫度傳感器20可以可滑動(dòng)地插入到相關(guān)聯(lián)的通路30。在圖解的實(shí)施方式中，通路30可以延伸到接近散熱板16的中心部分28的中心并且具有大約0.1524厘米(0.06英寸)的厚度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，通路30的形狀、尺寸和位置可以變化(例如，可根據(jù)溫度傳感器20的形狀和構(gòu)造變化)并且不意欲以任何方式限制。
[0028]參考圖4，每個(gè)墊板18可以由板--例如鋼板--形成(例如，切割)。墊板18的具體尺寸(總體