使用低溫?zé)崴苄员∧と诤线B接復(fù)合部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)大體涉及用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的過(guò)程，并且更具體地涉及使用低溫?zé)崴苄詷?shù)脂薄膜融合連接復(fù)合部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于連接復(fù)合層壓部件(諸如但不限于，在航空航天和其它應(yīng)用中使用的子結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)筋)的各種技術(shù)是熟知的。例如，熱固性樹(shù)脂層壓件能夠通過(guò)共固化、粘合劑粘結(jié)或機(jī)械緊固連接在一起，而熱塑性樹(shù)脂層壓件能夠通過(guò)各種形式的焊接、熔化融合、粘合劑粘結(jié)和機(jī)械緊固連接在一起。使用機(jī)械緊固件的連接方法在一些應(yīng)用中可能是不期望的，因?yàn)樗鼈冊(cè)黾又亓恳约安牧虾桶惭b成本。
[0003]不用機(jī)械緊固件的連接熱塑性樹(shù)脂層壓件特別具有挑戰(zhàn)性。通過(guò)使用耗時(shí)、先進(jìn)的工藝(諸如等離子刻蝕或勞動(dòng)密集型打磨)，熱塑性材料的粘合劑粘結(jié)可以需要粘結(jié)表面的廣泛的表面加工。焊接技術(shù)需要專(zhuān)業(yè)裝備、定制裝配夾具以維持部件形狀，并且必需在粘結(jié)線處以相對(duì)高的溫度(通常超過(guò)700° F)執(zhí)行，這可以導(dǎo)致預(yù)固結(jié)部件的再熔化。部件的再熔化可以導(dǎo)致部件的形狀和/或材料性質(zhì)的不期望的變化。
[0004]連接兩個(gè)熱塑性層壓部件的、被稱(chēng)為雙樹(shù)脂粘合的熟知過(guò)程由熔化PEI (聚醚酰亞胺)薄膜的層組成，該薄膜已經(jīng)與有待連接的部件的粘合表面預(yù)固結(jié)。然而，該過(guò)程的應(yīng)用受到限制，因?yàn)镻EI薄膜的熔化需要將薄膜加熱到大于475° F的溫度。將預(yù)固結(jié)的熱塑性層壓部件加熱到這些溫度可以引起部件的不期望的軟化、變形和/或熔化。
[0005]因此，需要一種連接復(fù)合部件(包括熱塑性材料和熱固性材料)的方法，該方法減小或消除對(duì)廣泛的表面加工的需要，并且可以以相對(duì)低的溫度執(zhí)行，其中周期時(shí)間短于典型的熱固性粘結(jié)粘合劑。還需要一種上述類(lèi)型的方法，該方法允許熱塑性復(fù)合層壓件被連接到不同材料(諸如熱固性樹(shù)脂層壓件、金屬、陶瓷和其它材料)的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]所公開(kāi)的實(shí)施例提供一種使用低溫?zé)崴苄员∧と诤蠈?fù)合部件連接到集成的結(jié)構(gòu)的方法。預(yù)固結(jié)的熱塑性復(fù)合(TCP)部件可以以最小表面加工并且以低于TCP部件的熔化溫度的相對(duì)低的加工溫度連接在一起。因此，避免預(yù)固結(jié)的TCP部件的不期望的軟化或預(yù)熔化，從而允許部件的初始形狀和質(zhì)量被維持。該連接方法可以減小周期時(shí)間、材料和人工成本，同時(shí)消除粘結(jié)粘合劑、剝離層片、廣泛的表面加工和檢測(cè)、專(zhuān)業(yè)工藝裝備和/或昂貴的粘合夾具的需要。該連接方法可以在低于500° F的溫度且相對(duì)低的壓力下使用用于處理熱固性復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)在烤爐或高壓鍋中執(zhí)行。因此，所公開(kāi)的方法允許TPC部件在固化熱固性部件所要求的加工溫度下被連接到熱固性復(fù)合部件。在飛行器工業(yè)中，例如但不限于，預(yù)固結(jié)的熱塑性子結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)筋能夠在較低的溫度下與熱塑性和/或熱固性蒙皮連接，而不需要預(yù)熔化熱塑性部件，從而允許熱塑性部件的初始形狀和質(zhì)量被維持。該方法還可以允許TPC部件連接到混合層壓件、金屬、陶瓷和其它材料?？梢酝ㄟ^(guò)使用所公開(kāi)的非晶狀熱塑性薄膜連接熱固性復(fù)合部件改善熱固性復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗沖擊性，該薄膜表現(xiàn)為可以吸收由撞擊、沖擊和/或振動(dòng)引起的能量的融合的熱塑性接合部的形式。
[0007]根據(jù)一個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例，提供一種連接兩個(gè)熱塑性部件的方法。該方法包含通過(guò)將第一非晶狀熱塑性薄膜放置在熱塑性預(yù)浸材料的第一疊層上并且共固結(jié)第一非晶狀熱塑性薄膜和熱塑性預(yù)浸材料的第一疊層產(chǎn)生第一熱塑性復(fù)合部件，以及通過(guò)將第二非晶狀熱塑性薄膜放置在熱塑性預(yù)浸材料的第二疊層上并且共固結(jié)第二非晶狀熱塑性薄膜和熱塑性預(yù)浸材料的第二疊層產(chǎn)生第二熱塑性復(fù)合部件。該方法進(jìn)一步包含裝配第一和第二熱塑性復(fù)合部件，包括將第一和第二非晶狀熱塑性薄膜彼此緊貼放置，并且通過(guò)將壓力施加到第一和第二熱塑性復(fù)合部件而彼此緊貼按壓第一和第二非晶狀熱塑性薄膜，第一和第二非晶狀熱塑性薄膜在低于大約475° F的溫度下融合在一起。
[0008]根據(jù)另一公開(kāi)的實(shí)施例，提供一種連接熱塑性復(fù)合部件與熱固性復(fù)合部件的方法，該方法包含通過(guò)共固結(jié)非晶狀熱塑性薄膜與半晶狀熱塑性預(yù)浸材料的疊層形成第一復(fù)合部件，以及形成包含熱固性預(yù)浸材料的疊層的第二復(fù)合部件。該方法還包括裝配第一部件和第二部件，包括緊貼熱固性預(yù)浸材料的疊層放置非晶狀熱塑性薄膜，以及固化熱固性預(yù)浸材料的疊層。
[0009]根據(jù)另一公開(kāi)的實(shí)施例，提供一種將熱塑性復(fù)合部件粘附至非熱塑性部件的方法。該方法包含共固結(jié)非晶狀熱塑性薄膜與半晶狀熱塑性預(yù)浸材料的疊層，以及通過(guò)裝配共固結(jié)的非晶狀熱塑性薄膜和具有非熱塑性部件的熱塑性預(yù)浸材料的疊層(包括緊貼非熱塑性部件放置非晶狀熱塑性薄膜)形成組件。該方法進(jìn)一步包括將壓力施加到該組件以迫使非晶狀熱塑性薄膜緊貼非熱塑性部件，以及將非晶狀熱塑性薄膜注入到非熱塑性部件。
[0010]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，提供一種連接兩個(gè)熱固性復(fù)合部件的方法，該方法包含形成熱固性預(yù)浸材料的第一疊層，以及形成熱固性預(yù)浸材料的第二疊層。該方法進(jìn)一步包括將熱塑性薄膜放置在熱固性預(yù)浸材料的第一疊層和第二疊層之間，以及共固結(jié)在一起且熱共固化熱固性預(yù)浸材料的第一疊層和第二疊層與熱塑性薄膜。
[0011]根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包含第一和第二共固化的熱固性復(fù)合層壓件，以及共固化的熱固性復(fù)合層壓件之間的一層熱塑性材料。
[0012]根據(jù)進(jìn)一步公開(kāi)的實(shí)施例，復(fù)合結(jié)構(gòu)包含熱塑性復(fù)合層壓件、熱固性復(fù)合層壓件和連接熱塑性復(fù)合層壓件與熱固性復(fù)合層壓件的非晶狀熱塑性薄膜層。
[0013]根據(jù)又一實(shí)施例，提供一種使第一熱塑性復(fù)合部件連接到第二熱塑性復(fù)合部件的方法。該方法包含在超過(guò)大約650° F的第一溫度以及在等于或大于大約10psi的第一壓力下共固結(jié)第一非晶狀熱塑性薄膜和第一纖維增強(qiáng)的半晶狀熱塑性聚合物基復(fù)合結(jié)構(gòu)，以形成包括第一非晶狀熱塑性富聚合物表面的第一熱塑性復(fù)合部件。該方法還包含在超過(guò)大約650° F的第二溫度且以及在等于或大約10psi的第二壓力下共固結(jié)第二非晶狀熱塑性薄膜和第二纖維增強(qiáng)的半晶狀熱塑性聚合物基復(fù)合結(jié)構(gòu)，以形成包括第二非晶狀熱塑性富聚合物表面的第二熱塑性復(fù)合部件。該方法包括使第一熱塑性復(fù)合部件的第一非晶狀熱塑性富聚合物表面和第二熱塑性復(fù)合部件的第二非晶狀熱塑性富聚合物表面配合，以及在大約450° F和500° F之間的溫度下加熱第一熱塑性復(fù)合部件和第二熱塑性復(fù)合部件并且在大約14.7和150psi之間的壓力下將第一熱塑性復(fù)合部件和第二熱塑性復(fù)合部件壓縮在一起一段時(shí)間，直至充分粘合第一非晶狀熱塑性富聚合物表面和第二非晶狀熱塑性富聚合物表面，而不損害第一熱塑性復(fù)合部件和第二熱塑性復(fù)合部件。
[0014]根據(jù)又一實(shí)施例，提供一種使熱塑性復(fù)合部件連接到未固化的熱固性復(fù)合部件的方法。該方法包含在超過(guò)大約500° F的溫度下且在等于或大于大約10psi的壓力下共固結(jié)非晶狀熱塑性薄膜和纖維增強(qiáng)的半晶狀熱塑性聚合物基復(fù)合結(jié)構(gòu)，以形成包括非晶狀熱塑性富聚合物表面的熱塑性復(fù)合部件。該方法進(jìn)一步包括使熱塑性復(fù)合部件的非晶狀熱塑性富聚合物表面與未固化的熱固性復(fù)合部件配合。該方法還包括在大約350° F的溫度下加熱第一熱塑性復(fù)合部件和未固化的熱固性復(fù)合部件并且在等于或小于大約10psi的壓力下使第一熱塑性復(fù)合部件和未固化的熱固性復(fù)合部件相互偏置一段時(shí)間，直至充分固化未固化的熱固性復(fù)合部件且粘合到第一非晶狀熱塑性富聚合物表面，而不損害第一熱塑性復(fù)合部件。
[0015]特征、功能和優(yōu)點(diǎn)能夠在本公開(kāi)的各種實(shí)施例中獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)或可以結(jié)合其它實(shí)施例被實(shí)現(xiàn)，其中參考【具體實(shí)施方式】和附圖能夠了解實(shí)施例的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]在隨附的權(quán)利要求中闡明說(shuō)明性實(shí)施例的特性具有的新穎性特征。然而，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過(guò)參考本公開(kāi)的說(shuō)明性實(shí)施例的以下【具體實(shí)施方式】，說(shuō)明性實(shí)施例以及其優(yōu)選的使用模式、進(jìn)一步目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將被更好的理解。其中:
[0017]圖1是集成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的圖解視圖的圖示說(shuō)明，該集成的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有通過(guò)非晶狀熱塑性薄膜連接在一起的熱塑性復(fù)合部件。
[0018]圖2是示出形成圖1中示出的集成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的一部分的熱塑性復(fù)合部件和非晶狀熱塑性薄膜中的一者之間的橫截面界面的顯微照片的圖形。
[0019]圖3是示出集成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱塑性復(fù)合部件之間的融合的橫截面界面的顯微照片的圖形。
[0020]圖4-7是示出制造圖1中示出的集成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的步驟的橫截面圖解視圖的圖示說(shuō)明。
[0021]圖8是制造圖1中示出的集成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的流程圖的圖示說(shuō)明。
[0022]圖9是放置在預(yù)固結(jié)的熱塑性復(fù)合蒙皮上的預(yù)固結(jié)的熱塑性復(fù)合帽縱梁的橫截面視圖的圖不說(shuō)明。
[0023]圖10是類(lèi)似于圖9的圖示說(shuō)明，但其示出已經(jīng)放置在蒙皮上的帽縱梁和被安裝用于將熱塑性薄膜壓縮在一起的工具。
[0024]圖11是以?xún)蓚€(gè)預(yù)固結(jié)的熱塑性復(fù)合蒙皮裝配的預(yù)固結(jié)的熱塑性復(fù)合1-橫梁的橫截面視圖的圖示說(shuō)明。
[0025]圖12是類(lèi)似于圖11的圖示說(shuō)明，但其示出已經(jīng)裝配的1-橫梁和蒙皮，以及已經(jīng)安裝的工具。
[0026]圖13是復(fù)合結(jié)構(gòu)的圖解視圖的圖示說(shuō)明，該復(fù)合結(jié)構(gòu)具有通