[发明专利]用于在高压釜外制造复合材料的工件的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造复合材料的工件的设备和方法，并且更特别涉及 用于在高压釜外进行制造的设备和方法，其效果可与包括在高压釜中的固 化步骤的方法相比。

背景技术

由于其高抗力和高抗力-重量比，复合材料在各种工业，如航空工业、 航海工业、汽车工业或体育产业中的多种用途日益变得更加引人注意。

在所述工业中最广为应用的复合材料是由预浸渍材料或“预浸料坯” 形式的嵌入热固性或热塑性树脂中的纤维或纤维束组成的。

复合材料是由多个预浸渍材料层形成的。每层预浸渍材料是由纤维或 纤维束形成的，所述纤维或纤维束能够交联从而形成不同的构造型式，或 者能够朝向单一方向从而形成单向带材。这些纤维或纤维束用树脂(热固 性或热塑性树脂)浸渍，所述树脂在许多情况下是部分聚合的。

目前，并且主要在航空工业中，主要基于环氧树脂和碳纤维的有机、 连续纤维基体的复合材料被大量地使用。

此类工件的使用一直在增加，特别是在航空领域，直至达到目前情况， 其中环氧树脂和碳纤维基体的复合材料可以被认为是最广泛地用于多种 结构元件中的选择。这种情况已促进并继续促进着能够以重复的方式和适 当的制造成本制备具有所需质量的元件的制造方法的开发。

关于用于“构造”复合材料的工件的预浸渍材料层的安置，根据可用 于其放置的方式存在数种方法，特别是手动层叠和自动层叠。

在手动层叠中，操作者按所需的取向和尺寸摆放不同的预浸渍材料 层。

在自动层叠中，机器人系统负责按所需的取向和位置摆放不同的预浸 渍材料层，并在特定的长度将其切断。

根据所使用的预浸渍材料和其层叠的宽度，在自动层叠中存在两种基 本类型：

-ATL(自动堆放)：机器人系统定位或宽或窄带材形式的预浸渍的材 料，以覆盖平面的或具有单一曲线的表面。

-FP(纤维放置)：机器人系统定位极窄的带材组，以覆盖具有双曲线 的表面。

用于从这种多层(层压体)制造复合材料的方法通常需要压制，以获 得所需的纤维体积并且消除来自所述复合物的空穴和截留的空气，还需要 固化加工，通过该固化加工获得浸渍纤维的树脂的聚合物链的交联。

这些工件常规地是通过施加压力和真空(作为压制方法)以及施加热 (作为获得聚合物链交联的方法)的方法制造的，特别是在内部建立了受 控气氛的高压釜内。

从预浸渍的材料制造工件所投入的时间是对每个必需工序所投入的 时间的总和：层叠形成工件的预浸渍材料连续层，施加真空(作为压制方 法的一种)以及在高压釜内部在压力(压制)和热(聚合物链的交联)的 作用下使工件固化。总时间通常是增加的，并且层叠的复杂性和层的数目 越大，则总时间增加得越多。

另一个需要考虑的方面是制造复合材料的工件的高成本，特别是高压 釜所需的能量的高成本。

因此，工业上不断地要求能够降低制造复合材料的工件所必需的时间 和能量的新方法。

本发明旨在满足此要求。

发明内容

在第一方面中，本发明提供用于在高压釜外制造复合材料的工件的设 备，所述设备包含以下元件：

-可移动台，其包括具有要被制造的工件的形状的上表面。

-在所述台上的可移动头部，其配置有用于放置预浸料坯形式的复合材 料的带或粗纱的自动装置、压制复合材料的装置和用于发射微波使复合材 料固化的装置。

在第二个实施方案中，本发明提供一种用于在高压釜外制造复合材料 的工件的方法，所述方法包括以下步骤：

-将预浸料坯的带或粗纱形式的复合材料放置在所述设备的台上，在其 放置后对其进行压制和部分固化，直至完成工件的一层。

-重复以上步骤，直至完成工件的层叠。

-使工件的最后一层固化。

在第三方面中，本发明提供用于在高压釜外制造复合材料的工件的方 法，所述方法包括以下步骤：

-将预浸料坯的带或粗纱形式的复合材料放置在所述设备的台上，在其 放置后对其进行压制，直至完成工件的一层。

-重复以上步骤，直至完成工件的层叠。

-通过使用微波发射器在工件表面上局部施加热，使工件固化。