[发明专利]制造复合材料的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及制造复合材料的方法和用于制造复合材料的装置。

背景技术

现有的制造复合材料的方法通常需要使用刚性模具，其中材料在根据该模具而被密封和成形之前铺放在模具中。用于制造这样的复合材料的方法包括树脂压铸和柔性加工状态下的树脂注入(RIFT)。这样的系统如图1所示。RIFT使用刚性下模10，例如铝基板，可以是平坦的或者根据需要成形为所需构型，还包括柔性的上部薄膜或者真空袋20。模具表面被涂敷适当的脱离材料12，以及干性的增强织物14铺放到模具10上。干性增强织物是一种不包含任何树脂的织物。一层弃皮16设置在增强织物的顶部，并且一个引导介质18置于弃皮层的顶部。弃皮是一种密织织物，通常是尼龙，并且浸渍某种类型的脱模剂。上述各层上覆盖真空袋20，真空袋使用胶带22而被密封在基板上。树脂进入口24和空气出口26密封在真空袋之内。

真空泵连接于空气出口26上，开启真空泵，直到在真空袋中形成大约-1巴的真空度，然后关闭真空泵，并且将空气出口26密封。由于压力差，树脂接下来通过树脂进入口而被允许流入该系统。由于袋内的真空，树脂被抽向引导介质，直到整个铺层完全地湿透。入口和真空端口接下来被密封，树脂在适当的条件下固化。如果需要真空端口可以保留打开状态。

现有方法存在一个问题，即刚性底板必须被铸成为或者机加工成为特定的形状，从而用于制作成为那样形状的复合材料产品。这样的模具生产起来耗费巨大，使得这种“独特”形状非常昂贵。另外，模具板仅仅能够决定组件的一个表面的外形。具有变化的三维表面的复合材料产品则不可能使用相同的装置来制造。如果需要在组件的两个表面上来产生弯曲部分的话，那么就必须使用另外的模具来决定另一侧面的形状。这种在两个表面上都具有弯曲部分的组件，例如机翼翼型，比方说使用在风轮机或者螺旋桨叶片上，其都需要使用额外的工具，或者建立匹配的模具处理方法，例如，树脂压铸(RTM)，或者要求端部件经由多于一个的组件来制成，这些组件在多于一个的型芯上制成，这些组件然后彼此粘结/附接从而来形成完整的端部件。

另外，现有的方法中，湿透的干性织物连同真空袋以及仅仅一个刚性型芯，例如，RITF以及树脂膜注入(RFI)都仅仅能够一次决定一个弯曲表面的形状。如果要求组件具有多于一个弯曲表面，例如旋翼叶片具有两个非互补的弯曲表面，那么该组件就不能够在单个步骤中进行模制，除非纤维在进入真空袋之前是已经被树脂浸渍的或者湿透的，或者就需要使用多于一个的刚性模具。此处“非互补”被用于表示第一个表面的形状与第二个表面不相同。

另外一种制作复合材料的方法是将型芯(或者成型器)放入到真空袋中，其中预浸渍材料铺放到该型芯上，然后移除真空袋中的空气，并且施加热量，或者如需额外压力可将袋子放入到高压釜中。预浸渍材料是指在铺放到型芯/模具上之前就预浸渍了树脂的增强纤维(例如碳纤维)/织物的片板。尽管预浸渍织物已经含有了树脂，但是当树脂固化时，仍然需要热量或者压力来完全湿透以及加强该织物。高压釜在真空袋上施加很高的压力，并且导致多个材料层被压紧在一起。为了制造更厚的复合材料，更多层的预浸渍纤维被放置到真空袋中。由于在高压釜中需要很高的温度和压力，使用这种方法生产复合材料的成本也是相当高的。

现有的用于生产纤维增强塑料组件的方法可以使用流体力来湿透复合材料，但是，这要求使用至少一种刚性外部型芯。一般地，如果不使用刚性外部模具的话，那就必须使用机械力来湿透复合材料，并且将该力施加于模具。机械力意味着树脂借助于临时定位的定向压力而被施加于增强材料上，所述力例如使用辊子实现。

这里，真空袋用于改进组件的质量，该组件已经借助于机械方法而被湿透，在被放置到真空袋中之前，该组件必须被湿透且与所需的辅助材料一起被应用于型芯之上。该步骤是非常耗时的。

本发明是在上述这些方法的基础上做出的。

发明内容

因此，本发明涉及一种制造复合材料的方法，该方法包括如下步骤：围绕型芯的至少一部分放置复合加强件；气密地密封真空袋，该真空袋包绕复合加强件和型芯；在真空袋内部和真空袋外部之间建立压差，使得真空袋内部的压力小于真空袋外部的压力；湿透复合加强件；以及固化树脂，其中所述型芯至少部分地处于固化后的复合结构的内部。