[发明专利]用于快速模制出复合结构的方法和设备

说明书

技术领域

该装置涉及用于快速模制复合零件的方法和设备，其中，零件形状从预浸渍的连续纤维加强材料切割以形成装料，在将装料预热到特定温度的同时，装料被保持在张力下/承受张力，并且将经预热的装料放置于成形和固化工具中，其中，在受热的工具半件闭合时向装料施加张力并且零件迅速固化。

背景技术

用于汽车工业的零件的具有成本效益的生产取决于高效可重复的制造过程，这种过程递送大量品质零件。为了满足汽车市场的成本和品质要求，需要不断地创新/再发明制造技术。此外，全球汽车市场寻求“轻重量”材料和制造技术，这能允许质量/批量和重量减轻以改进燃料效率。复合物（纤维加强的材料）工业在供应主要用于较小体积车辆诸如雪佛兰克尔维特（Chevrolet Corvette）和道奇蝰蛇（Dodge Viper）的汽车零件方面具有长久的历史。然而，传统复合过程诸如片状模塑化合物/片状模塑成型料（SMC）和长纤维热塑性塑料(LFT)利用了不连续纤维，这显著地减轻了材料的强度和刚度。诸如树脂传递模塑（RTM）这样的过程能利用连续（干燥）纤维，但RTM过程在历史上未能支持由汽车OEM商所需求的品质和制造效率。在尝试快速循环RTM过程时，典型地存在长循环时间、高劳动力内容、和高废料和再加工成本。连续纤维材料提供可用于汽车工业的最高水平的轻重量级性能。尽管由于它们的轻重量益处而被航空航天工业广泛地采用，连续纤维材料在汽车工业中已实现很少的应用，这归因于缓慢并且劳动力密集的制造过程。为了使连续纤维技术的运用超越汽车工业利基市场容量（niche market volume），并且满足汽车工业的零件品质和循环效率要求，需要新颖的制造方法和机构。被热固性聚合物或某些情况下热塑性聚合物预浸渍的连续纤维加强件诸如玻璃、碳或其它加强件被称作预浸体/预浸料。为了实现所希望的强度和刚度，多个预浸层片常常堆叠在一起以形成“装料”。纤维被定向于零件在使用中和碰撞情况下将经历的结构负荷的方向上。一旦组装了装料，在搬运和随后用以产生最终零件的多个加工步骤期间维持纤维的适当对准和取向需要独特的并且创新性的材料和制造方案。

因此将会需要提供一种用于生产复合零件的方法和设备，在将装料递送到成形和固化工具之前，其将会能够将装料的层片和纤维维持在相对于彼此的适当取向和彼此对准。

还将会需要利用一种用于生产复合零件的方法和设备，其将会在装料放置于成形和固化工具内并且模具半件被闭合到装料上之后能使装料的层片和纤维维持在适当取向。

还将会需要运用一种用于生产热固性复合零件的方法和设备，其将会缩短在成形和固化工具的一部分中固化所述树脂所需的循环时间。

附图说明

图1A和图1B为用于制造复合零件的自动化设施的平面图。

图2A和图2B为图1A和图1B的自动化设施的侧视图。

图3示出了从复合材料的连续织物切割的材料层片，其具有在第一方向上伸展的纤维。

图4示出了从复合材料的连续织物切割的材料层片，其具有在第二方向上伸展的纤维。

图5示出了使用热固性树脂来用于制造复合零件的过程的步骤。

图6示出了使用热固性树脂来用于制造复合零件的过程的步骤。

具体实施方式

（多个）纤维加强件被预浸渍了热固性树脂或热塑性树脂以形成预浸材料。预浸体可以包括加强纤维诸如在复合结构中通常使用的玻璃、碳或其它纤维，或者其组合，如本领域技术人员已知的那样。预浸体也可被玄武岩、天然纤维或其它纤维加强。树脂可以包括单种树脂，其可以是乙烯酯的热固性树脂。热固性树脂诸如乙烯酯提供以下优点：树脂在室温呈固态，树脂具有十个月的保质期/贮藏寿命；并且树脂在模具中具有快速固化时间。在大约300℉固化或聚合的热固性乙烯酯树脂能允许快速循环效率，类似于热塑性聚合物/过程。预浸材料可以缠绕成卷以用于在室温储存，并且随后在制造过程中搬运。