[发明专利]制造复合结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含微球体的复合夹层结构及其制造方法。

背景技术

包括复合泡沫芯的复合夹层结构具有有利的物理特性，特别是通常在其强度-重量比方面，尤其是它们的离面压缩强度。其他优点包括耐腐蚀性和耐火性，还有隔热和隔音性能。因此，复合夹心板适用于广泛的应用，并且在包括航空、航运、公路和铁路在内的运输行业中是特别理想的。其他应用包括：包括在变电站中使用的防爆墙、包括深海装置的海运部件、石油钻塔部件和结构以及包括风力涡轮机在内的涡轮机部件。

现有的制造这些结构的方法具有各种缺点。例如，在复合泡沫仅仅粘合在两个蒙皮之间的情况下，芯和蒙皮之间的粘合可能较弱并且能够导致蒙皮分离。为了避免这个问题，本领域已知的是可以制造预固化的多孔复合泡沫，然后将多孔复合泡沫与蒙皮一起浸渍以形成整体结构。这种方法仍然需要多个固化/加工阶段，并导致机械性能差的结构。其他加工方法包括以期望的比例预混合微球体和基质，这导致具有大量的夹带空气的高粘度混合物。此外，可实现的微球体占树脂的容积率通常受流动要求(为了可加工性)的限制，这又增加了最终结构的密度。复合预浸料坯的使用在本领域也是已知的，但是它们提供的容积率也是有限的，易碎，难以在其绿色预成型状态下处理，并且昂贵。

在干微球体的简单沉积之后放置蒙皮具有自身的一系列问题。由于微球体的流动特性，微球体容易变成由空气传播，它们不能容易地固定到几何体上，这使得芯形状的变形成为问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制造具有减少数量的加工/固化阶段的复合加芯夹心板的方法，其通过形成具有微球体的高容积率的结构而解决上述问题，该结构基本上没有空隙，利用遍布的单相基质材料在芯和加强蒙皮之间形成了良好的粘合，并且提供了降低的材料成本。本发明的另一个目的是提供一种大规模地形成这种结构和/或以最小的浪费形成复杂形状的高效方法。

因此，本发明涉及一种制造复合夹层结构的方法，其包括以下步骤：

在表面上提供基部叠层，其中基部叠层包括第一加强材料层；

在基部叠层上提供芯层，其中芯层包括开口的多孔结构，并且其中开口的多孔结构至少部分地填充有未粘合的颗粒；

在芯层上方提供顶部叠层，其中顶部叠层包括第二加强材料层；

通过压力差将基质材料引入装置中；以及

使基质材料固化。

在一个优选的实施例中，颗粒是中空玻璃微球体，然而，这可以扩展到其他类型的颗粒，例如非中空的和不规则的形状，包括纤维状物质(例如磨碎的碳纤维)，或其组合。颗粒是非粘合的，所以处于相对于彼此未粘合或未固定的颗粒的形式。例如，颗粒可以能够流动，并且它们可以是干颗粒的形式，或者它们可以是乳状液或悬浮液的一部分。一旦未粘合的颗粒处于所需的位置，便将基质材料引入并固化以将颗粒结合在位，由此形成实心结构。颗粒可以选自包括下列类型中的任一种的组：微球体(包括空心和实心两种)；纤维；微型板体；纳米管；芯-壳颗粒；自组装大分子；飞尘；纳米黏土；熔融胶状颗粒；多面颗粒；角状颗粒和次棱角状颗粒。

有利地，封罩围绕该装置定位，并且封罩被气密地密封，并且设置有至少一个穿过其中的导管，以允许与封罩的内部流体连通。(一个或多个)导管可以用来允许基质材料流入封罩中，优选流入封罩和装置的外表面之间，或者用来从封罩内移除空气，从而产生压力差。其他物质可以通过(一个或多个)导管进入或离开封罩。

在一个实施例中，所述表面是模具的底部内表面，并且模具包括侧壁。模具的使用提供了这样的稳定表面，所述稳定表面上布置有叠层并且所述稳定表面能够用来帮助形成特定的形状或结构。它还可以提供一个或多个容易进入的入口端口和/或出口端口以用于连接导管。导管可以附接到可用于灌注、固化或载液(下面讨论)去除过程的树脂源、真空泵、空气、气体或其他物品上。此外，模具可以包括有助于树脂在部件上的分布的特征。模具可以包括顶部模具部分，从而为顶部叠层提供特定的形状或表面。