[发明专利]使用转向的不连续纤维预浸件形成复合特征

说明书

技术领域

本公开大体涉及使用纤维预浸件制作复合材料层压件结构，而且更特别地涉及用于通过以所需的纤维取向将不连续纤维预浸件转向(steering)到基板上形成复合结构特征的方法和装置。

背景技术

可以在铺放过程中通过控制纤维取向来优化复合材料层压件结构的强度、刚度和负载传递特性。可以使用预浸带、纤维束或宽幅物品，采用自动纤维安置设备或者手工安置技术铺放材料来铺放传统的复合材料层压件。一般地，所得的复合结构大体上表现出整体一致的结构特性。然而，在一些情况下，控制在复合材料层压件的局部区域的厚度和/或纤维取向以便优化其结构特性和/或引起更高的局部应力可以是必要的或期望的。

使用目前的制作过程控制局部厚度/纤维取向的能力受到限制。例如，自动纤维安置设备可以被用于将连续的纤维束转向到基板上，但是能够获得的曲率半径是有限的，因此使在具有紧密的轮廓的局部区域的纤维取向的控制困难。实现在层压件的局部区域的厚度和/或纤维取向上的严密控制也可以是昂贵和耗时的。

因此，需要用于在层压件的局部区域控制复合材料层压件的厚度和/或纤维取向的方法和装置以便优化所述层压件的结构特性。还需要以上提到的类型的方法和装置，该方法和装置是有效的、高度可控的且其可以减少劳动力和材料成本。

发明内容

所公开的实施例提供了用于制作层压件的复合特征的方法和装置，其提供对在层压件结构的局部区域中的特征厚度和/或纤维取向的增加的控制，如在紧密的轮廓中和/或在层压件厚度中的过渡内。可以铺放复合材料使得纤维取向与在层压件选定的局部区域中的负载矢量是基本上连续对齐的，从而优化了层压件的结构特性。

可以通过使用来源于其他产品/过程的废料预浸件形成复合特征来减少提供具有期望结构特性的层压件结构的局部区域所需要的复合材料的量。用于在本公开方法中使用的循环利用的废料预浸件可以减少材料成本，因此优化用于实施例的飞机应用的购买对飞行比率(采购的材料重量与成品重量的比率)。实施例允许以不连续纤维预浸件的形式的复合材料被“转向”到基板上以便获得所需的纤维取向。

不连续纤维预浸件的使用允许对在所述层压件的局部区域中的层压件厚度变化上的更大的控制，同时允许在三个维度中局部剪裁层压件厚度来提供在层压件结构的不同特征之间的平滑的过渡。此外，不连续纤维预浸件的使用允许倍增器或者其他具有紧密的轮廓和/或楔形边缘的垫块的形成来获得结构内的平滑负载过渡。另外，不连续纤维预浸件渍的使用可以导致具有更高的纤维含量的复合特征。

根据一个公开的实施例，提供了形成具有不连续增强纤维的复合特征的方法。所述方法包括制备每个具有单向增强纤维的多个注入树脂的纤维段；将所述注入树脂的纤维段安置在基板上；以及编排所述注入树脂的纤维段，使得被安置在所述基板上的所述注入树脂的纤维段的增强纤维相对于所需的参考取向大体对齐。制备所述注入树脂的纤维段包括将废料纤维预浸件切短成单个的小片，其可以通过沿且在所述增强纤维之间使纤维预浸件断裂或裂开为单个的小片来实现。将所述注入树脂的纤维段安置在所述基板上包括移动施加器到所述基板的上方；以及当所述施加器移动到所述基板的上方时，从所述施加器将所述注入树脂的纤维段分配到所述基板上。编排所述注入树脂的纤维段包括当所述注入树脂的纤维段正在从所述施加器被分配到所述基板上时对齐所述注入树脂的纤维段。制备所述注入树脂的纤维段通过从所述施加器拉伸连续的纤维预浸带来执行，以及当所述注入树脂的纤维段从所述施加器被分配到所述基板上时将所述预浸带切短成所述注入树脂的纤维段。从所述施加器分配所述注入树脂的段包括将所述注入树脂的纤维段的带宽分配到所述基板上。将所述注入树脂的纤维段安置在所述基板上是通过使所述注入树脂的纤维段从施加器头部流动到所述基板上来形成。通过将所述注入树脂的纤维段引入到空气射流中、以及使用所述空气射流投出所述注入树脂的纤维段到所述基板上来实现注入树脂的纤维段的流动。在所述注入树脂的纤维段已经被安置在所述基板上之后执行注入树脂的纤维段。所述方法可以进一步包括在所述注入树脂的段被安置在所述基板上之前施加树脂到所述基板。所述的方法也可以包括在所述注入树脂的纤维段被安置在所述基板上之前在每个所述注入树脂的纤维段的至少一端上施加树脂。