[发明专利]通过插入销增强的复合层合结构及其制造方法和装置以及制造该装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合层合结构，其中通过插入销增强性能，或者多个层合元件以如此的方式连接以使得复合层合结构的层间性能在复合层合结构的厚度方向上通过插入销增强，或者多个层合元件附着并连接，制造该复合层合结构的方法和装置，以及生产该装置的方法。

大多纤维增强复合材料，主要用于发光结构(比如用于航天和运输装备的结构元件等)中，通过层合单向或编织预浸料并执行其中加热和压下预浸料的固化处理来制造。这种层合和固化的复合结构在厚度方向上没有单独的增强件，因此就会出现层易于由于外部震动等彼此分离的层间分离现象。由于这种层间分离有损于复合层合结构的强度，相关领域的研究者已经研究了很多防止这个问题的方法。换言之，已经对增强复合层合结构的易损层间分离特性的很多方法进行了研究，比如缝合、z-pinning、织物、以及硬质基体。

背景技术

在增强复合层合结构的层间强度、或两个复合层合元件的研究中，z-pinning技术是相对而言最近开始的领域。针对z-pinning的常规研究总结如下。

z-pinning的最初概念从1989年2月28日授权的美国专利No.4,808,461(下文中称为“现有技术1”)中可看到。现有技术1的主旨是将销插入层合板内，同时预制坯在通过放置和固化所谓“增强结构”的固化处理期间由于高温和高压而塌陷，其中销在厚度方向上插入聚乙烯系形态，不锈钢薄板附着在顶部，并且隔膜附着在底部，在复合材料的顶部上，用于在固化时层合(参照图1)。在固化完成时，塌陷和压缩预制坯的残余物被移除并且突出的销被物理力破碎以移除至该厚度，并且因而层间分离的性能将得到改进，因为销在层合厚度方向上插入层合结构并保留在其内。尽管现有技术1的特征在于这种方法以及上述“增强结构”，但是尚未得知该发明的概念最近已经投入实际使用。

此后，在1993年2月16日授权的美国专利No.5,186,776(下文中称为“现有技术2”)中，公开了一种机械设备以及能执行一系列操作的方法，其中销直接从复合增强纤维束固化，并且将超声波振动增加至将要插入复合结构的固化销，而且，在1996年12月31日授权的美国专利No.5,589,015(下文中称为“现有技术3”)中，公开了一种方法和系统，其中通过将销压至预插入的可压缩“成形体”同时利用超声波设备加入振动，销在固化前或固化后的状态下插入复合结构。已知的是，现有技术3已经商业化为在F/A-18E/F的尾部管道结构的连接接头中实际使用。此后，美国专利No.5,667,859(1997)、5,800,672(1998)、5,919,413(1999)、6,190,602(2001)、6,291,049(2001)、6,405,417(2002)、6,436,507(2002)等持续涉及使用“增强结构”或“成形体”的最初概念。

图1是示出固化复合物的一般方法的视图。在用于固化复合物的基部(cur)111上，应用隔离剂112，并且放置复合层合预浸料121，并且再平铺隔离剂112和用于吸收过度树脂的排放装置113，并且所有这些用与提供真空的适配器116连接的薄膜衬层115覆盖，然后用密封剂117密封边缘。存在着按照用于固化复合层合结构121的固化过程没有使用软木挡块(corkdam)114的情形。

图2，作为示出z-pinning常规方法的视图，示出了现有技术1的概念。在放置和固化如图2所示其中销231插入可压缩形体232的“增强结构230”时，不锈钢板附着在顶部上，并且隔离膜附着在底部，销231插入复合层合预浸料221内同时形体232由于固化压力和固化温度而倒塌。