[发明专利]根据TFP工艺生产单层或多层纤维预制体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据TFP (“Tailored Fiber Placement”)(“缝纫纤维铺放”)工 艺利用特别是具有沿着力的通量方向取向的纤维辫生产单层或多层纤维预制体 的方法，其中所述纤维预制体具有不含有干扰支撑层的几乎任意的材料厚度和几 乎任意的表面几何形状。

背景技术

在轻量结构中，尤其是在飞机制造业中，愈来愈多地采用由纤维增强塑料生 产的复合材料构件，其不但能够耐极端的机械负荷而且同时具有高的减轻重量的 潜力。这些构件由增强纤维构成，为了制成所述成品构件，利用一种可固化的合 成材料对该增强纤维进行浸透或浸渍，例如利用聚酯树脂、环氧树脂或同类物质 对其进行浸透或浸渍。

在此类构件中增强纤维的取向对于其刚性和强度具有决定性的影响。为了达 到最优的机械性能，增强纤维应当尽可能沿着负载方向并且没有波动。此外，力 求每个单独的增强纤维承担均匀的负荷。

使用传统的半成品、例如，采用织物或铺设物用于合成材料的增强，并不能 实现所有构想的纤维取向，因为在此类情形下，增强纤维总是以特定的取向延伸。

一种能够满足纤维取向根据负载而定的需求的可能性是通过TFP(“Tailored Fiber Placement”)(“缝纫纤维铺放”)工艺。在该工艺下，将旨在机械增强的纤 维辫(“粗纱”)沿着任意轨迹铺放，并且利用一种固定丝丝线将纤维辫固定在支 撑层上，这些纤维辫则由大量的、相互平行延伸的、离散的增强纤维构成，这样 单个纤维辫的取向几乎能够最优地适应影响制成后的复合材料构件的通量。通过 这样所实现的对于纤维辫机械耐力的最优利用，能够使纤维辫的数量并因而重量 减为最小。此外，构件截面还能够以理想的方式分别适应局部的负荷。而且，对 于特殊需要的区域还可以有针对性地通过铺放附加的纤维辫进行增强，例如在力 的引入区域或此类区域。离散的增强纤维例如为玻璃纤维、碳纤维、芳香尼龙纤 维或此类物质。

利用TFP工艺的纤维预制体的生产通过、例如，也在纺织工业使用的、通 常由CNC控制的缝纫或刺绣自动机械完成。若纤维预制体所有需要的层都已被 纤维辫所铺放，则可以将所制成的通常已经具有所期望的最终轮廓的纤维预制体 置于可封闭的模具内，用可固化塑料浸渍并且接着固化成为成品复合材料构件。 此处，可以将大量的TFP纤维预制体和/或由增强纤维构成的层进行相互组合。 用可固化塑料对于纤维预制体的浸渍可以通过熟知的RTM-(“Resin Transfer Moulding”“树脂传递模塑”)工艺在所设计的相应的模具中完成。必要时，在 实施RTM-工艺前还可以将突出于所述纤维预制体的给定轮廓的支撑层材料去 除。

然而，通过TFP-工艺，由于采用所述固定丝和支撑层，纤维预制体中被引 入了2种在后续的复合材料构件中没有任何功能的成分。特别是，当多个纤维预 制体相叠设置时，所述支撑层尤其妨碍理想层序的实现，并且所述支撑层在整体 重量上占不容忽视的部分。虽然支撑层也可以由增强纤维构成，例如由玻璃纤维 或碳纤维构成，但即便如此，至少一部分增强纤维仍具有不承担负载的取向。此 外，增强纤维在TFP-工艺过程中由于缝纫针的穿透而受到损害，从而可能使材 料的特性值受到负面影响。

此外，已知将一种固体泡沫材料核作为支持结构用于构成三维的纤维预制 体，其中利用栽绒方法(Tuftingverfahren)将固定丝在所述泡沫材料核的上面一 侧夹牢，从而可以省去附加的底部固定丝。然而，采用该工艺时，对于每个具有 不规则的表面几何形状的纤维预制体必须具有特殊的泡沫材料核。

发明内容

因此，本发明的目的在于对已知的用于生产纤维预制体的TFP工艺进行进 一步的改进，从而使生产出的纤维预制体具有几乎任意的材料厚度，并且不受采 用TFP-工艺通常所需要的在纤维预制体上遗留的支撑层的干扰，其中只需要一 个通用底板，用于生产具有不同表面几何形状的纤维预制体。此外，还将改进在 底板上固定丝的固定。

根据本发明，实现上述目的的技术方案如下：

一种通过TFP-工艺利用沿力的通量方向取向的纤维辫(2-8，18)生产单层 或多层纤维预制体(1，17)的方法，其中所述纤维预制体(1，17)具有不含干扰支撑 层的几乎任意的材料厚度和几乎任意的表面几何形状，其步骤包括：