[发明专利]用于自动生产干纤维预成型件的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造细长织物预成型件的设备及方法，该预成型件用来通过使用树脂灌注的方法来制造承载复合构件。

背景技术

这种预成型件被称为“干的”并且仅包括少量——通常少于5％——粘合剂，粘合剂对维持所述预成型件的粘合是必要的，但所述预成型件必须保持足够多的孔以使树脂能够在所述灌注操作中完全浸渍所述预制件。

更具体地，作为本发明的主题的所述设备及方法被设计用于制造大致为圆形的预成型件，大致为圆形的预成型件用于例如制造飞行器机身框架或框架的部段。

这种承载构件以节段的形式出现，节段的基本不变的横截面通常可以是L形、U形、Z形或者具有更复杂的形状，所述横截面沿表示任何平面曲线的纵向轴线、在10倍于横截面的宽度的长度上延伸。

这种节段的横截面包括至少两个非共面的翼部。就例如机身框架的大致为圆形的构件来说，两个翼部中的至少一个具有沿其宽度变化的曲率半径。通常，平均曲率半径是宽度的20倍大。所述构件的横截面能够局部地加宽，更具体地是沿径向方向局部地加宽，从而实现接合。

这种承载构件由根据特定方向和特定堆叠次序堆叠的纤维获得。在申请人的法国专利申请FR2920743中描述了这种节段的示例。

根据实施的示例，这种节段通过以特定方向放置包括多个干纤维层的预成型件，或通过放置以密封模具的压印基本复制了最终构件的形状的层片来获得。然后，通过在预成型件中转移或灌注树脂，纤维沉入到树脂中并且最后预成型件固化以使所述树脂聚合。

根据现有技术水平，要获得所述预成型件需要如下的手动操作，包括在基本复制了所述部件的形状的模板、冲压机或模板上对各层片进行沉积。纤维以无纺织物带材、织物或多轴堆叠的形式沉积在带中。操作者强制所述带采用所述工具的形状——横截面和纵廓形都是这样，而不会引起纤维起皱或起波纹，这些都将使得最终部件的机械性能降低。但是，例如碳的或玻璃纤维的纤维并未示出弹性变形的能力。在沉积时，操作者必须仔细以便维持在被沉积的不同层中的基本不变和均匀的张力，以通过在纤维之间的距离及滑动的受控制的变化而未起皱来使所述带采用所述工具的形状。

这种操作就是通常所谓的“张开”，该操作包括在工具上以受控制的方式对包括连续纤维的纤维预成型件进行按压及拉伸。

通过以下方式实现维持预成型件的粘合：通过对沉积的带进行局部地加热来热激活包含在沉积的带中的少量粘合剂。这种加热具有使渗透在相接触的纤维中的所述少量粘合剂流态化的效果。这种流态化通常伴随着粘合剂的膨胀，粘合剂的体积增大；这种膨胀靠压力维持。粘合剂的至少部分地聚合使层相互固定并固定在工具上。通常，在手动铺设操作期间，操作者仅仅通过点或沿线将层片局部地相互焊接。然后，一旦已经沉积了所有的X层片(通常为4或5)，预成型件就会在通过真空袋形装置在变热的同时被压紧。

这种手动操作需要操作者表现出的敏捷，包括安装压紧装置的大量的处理时间以及特定的方法，并且因此导致了高生产成本。因此，这种生产方法依然将部件的制造限制成小的体积。

已知的是现有技术中的用于制造细长预成型件的自动的或半自动的铺设方法。这些方法主要适于由预先灌注有处于“生”(uncooked)的状态的热固树脂的带获得的预成型件。这种带是发粘的并且容易地以紧密堆叠的形式使自身维持在工具上而无需压紧压力-温度的特殊循环。

专利EP0436415描述了一种用于形成主要由预浸渍的带制成的细长圆形预成型件的装置，预灌注的带通过囊袋的逐步作用而张开到工具上。在该专利中描述的装置难以适应大尺寸的部件，例如用于宽体飞机的机身框架。

另外，在囊袋的作用解除之后，该装置不允许由非粘性的带制成的干预成型件的形状。

国际申请WO2005/011961描述了一种用于铺设细长预成型件的方法及装置。该装置使用辊来拉紧、按压以及压紧沉积在工具上的带。该装置不适于对包括少量粘合剂的干的带进行沉积。其不具有焊接装置和施加压紧热循环的装置。在沉积冷的带时，使用辊将压紧压力施加到冷的带上。

就干的纤维带来说，沿该辊的母线施加压力不允许将足够的长度的带维持在工具上，以避免在张开作用期间带的任何起皱现象。通过以系列的形式使得辊的数量增加来消除该缺点，这些辊通过其滚动作用特别是当干预成型件(另外，干预成型件是多孔的)的厚度变大时最后形成纤维的起皱现象。但是，这种褶皱对因此获得的部件的机械性能非常不利。