[发明专利]制造复合材料结构的夹具和无高压釜方法无效

专利信息
申请号: 200880120851.2 申请日: 2008-12-12
公开(公告)号: CN101918188A 公开(公告)日: 2010-12-15
发明(设计)人: 亚松森·布特拉格尼奥马丁内斯;乔斯·桑谢斯戈梅;拉斐尔·阿维拉多明格斯 申请(专利权)人: 空客运营有限公司
主分类号: B29C35/02 分类号: B29C35/02;B29C70/54;B29C70/38
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 张成新
地址: 西班牙*** 国省代码: 西班牙;ES
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摘要:
搜索关键词: 制造 复合材料 结构 夹具 高压 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种夹具和制造复合材料结构的方法,并且更具体地涉及一种夹具和无高压釜制造方法,其结果类似于在高压釜中包括固化步骤的方法。

背景技术

复合材料由于其高强度和强度-重量比,正日益在诸如航空工业、造船工业、汽车工业或汽车行业的不同行业中具有广泛的应用而具有吸引力。

最常用于上述行业的复合材料是指那些以预浸渍材料或“预浸料坯”的形式将纤维或纤维束嵌入热固性或热塑性树脂基体中。

复合材料结构由多层预浸渍材料形成。通过纤维或纤维束形成预浸渍材料的每一层,所述纤维或纤维束可以彼此交联从而形成不同形式的织物,或者可以被定向在单一方向上从而形成单向(one-way)带。这些纤维或纤维束被预浸有树脂(热固性树脂或热塑性树脂)。

具有主要基于环氧树脂和碳纤维的有机基体和连续纤维的复合材料目前正被大量和主要用于航空航天工业。

这些类型的材料的使用水平已经不断提高,特别是在航空工业,直到到达目前具有环氧树脂和碳纤维的复合材料可以被认为是在多种结构元件中最常用的选择的水平。这种情况已经迫使或持续迫使制造方法发展,该方法可以制造具有在重复方式中所需的质量和合理制造成本的元件。

关于制造复合材料结构的预浸渍材料的装置,多个方法基于用于定位(尤其是手动堆叠和自动堆叠)的可获得的方法。

在手动堆叠时,操作员放置具有所需尺寸和方位的不同层的预浸渍材料。

在自动堆叠时,自动化系统负责放置具有所需尺寸和方位的不同层的预浸渍材料,并将所述不同层的预浸渍材料切成特定长度。

在自动堆叠内,两种基本类型基于开始的预浸渍材料和当堆叠所述预浸渍材料时所述预浸渍材料的宽度:

-ATL(自动带状铺叠):自动化系统放置或多或少的宽带材形式的单向带预浸渍材料,以覆盖平坦表面或具有基本小曲率的表面。

-AFP(自动纤维放置):自动化系统放置多组非常窄的带材以覆盖具有双曲率几何结构的表面。

从这种多层(层压)制造复合材料结构的方法通常一方面需要压紧以获得期望的纤维体积分数并消除间隙和从复合材料中截留的空气,而另一方面需要固化过程,由此获得浸渍纤维的树脂的聚合物链的交联。

这些结构传统上已经通过应用压力和真空的装置(作为压紧装置)和应用加热装置(作为获得聚合物链的交联的装置)具体地在高压釜中制造而成,在所述高压釜内部生成被控制的大气。

从预浸渍材料制造结构所花费的时间是每一个必须步骤花费时间的总和:堆叠连续层的预浸渍材料以形成所述结构,应用真空(作为压紧装置中的一种)和在高压釜中在压力(压紧)和热量(聚合物链的交联)的作用下固化所述结构。总时间一般很长,并且堆叠的层数越大和复杂性越高,时间越长。

另一方面要考虑制造复合材料结构的高成本,尤其是高压釜所需要的能量的高成本。高成本来源于热量损失和加热中由于高压釜的空气与固化夹具的空气对流所使用的时间。

所以这些行业经常需要允许降低制造复合材料结构所必需的时间和能量的新方法。

正如先前提到的,固化复合材料的传统方法基于例如通过热空气对流的方法或基于借助于树脂的官能团的热量而活化的其它的技术将热量施加(传递)到材料。在该技术中公知的一个过程是通过利用微波发射器局部施加热量来固化相对应的结构。尽管事实上微波发射器作为热源的使用可以涉及时间和能量上的节省(由于高压釜的热损失被最小化的事实),但是有一些树脂的化学性质与公知的方法相比较允许通过使用更快形式的能量而不是热量来固化,这可以节省更多的时间和成本。

另外,通过应用微波发射器的固化过程具有不能很好集中于材料和结构固化并难于获得均一区域的缺点。

本发明旨在克服前述缺点。

发明内容

本发明旨在通过使用电子束而使用固化技术,其降低了实施用于制造具有复合材料的结构的自动化方法所必需的时间和成本。

有些树脂的化学组成允许通过将不同于热的其它形式的能量施加到材料而激活所述树脂的官能团。用于激活官能团所需的能量通过应用电子束来提供。

在航空航天工业里,通过电子束固化复合材料的应用不是新的。这项技术目前被用来固化碳纤维部件;这种固化在完成复合材料的堆叠之后在单个步骤中在封闭室内并且利用高能量值执行,藉此,在单个应用之后获得部件的完全固化,随后实现了所述过程所需的时间的减少,这涉及了重要的成本降低。

在第一方面中,本发明提供一种用于以无高压釜的方式制造复合材料部件的夹具,所述夹具包括以下元件:

-基部,所述基部的上表面包括堆叠工作台,材料在所述堆叠工作台上被层压;和

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