形成复合构件的方法和用于其的组件的制作方法
形成复合构件的方法和用于其的组件的制作方法
【专利说明】形成复合构件的方法和用于其的组件
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年9月10日提交的美国临时申请号61 /876，016的优先权，所述 临时申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003] 应用领域
[0004] 本申请大体上涉及制造复合部件，并且更具体地涉及具有限定在其中的细长空腔 的这种元件。 技术背景
[0005] 具有限定在其中的细长空腔的复合部件通常是通过将两个或更多个元件组装在 一起来进行制造的，同时元件中的至少一个在心轴周围是不完全固化的从而具有对应于空 腔形状的形状，并且组装的元件通常被固化有维持空腔形状的心轴。
[0006] W02010/143212公开了通过在空腔中使用可为可移除的支撑件来制造由复合材料 制成的加劲板的一种方法。所述支撑件被卷绕在一系列层中，这些层中的第一个层是整齐 地围绕支撑件闭合的不可渗透的管状薄膜袋，在所述管状薄膜袋上方呈管状袋形式的通气 器被卷绕在所述袋的周围，在所述通气器上方管状分离器被卷绕和密封在通气器的两个末 端处。真空被施加给分离器以使得层组件粘附至支撑件。当将未固化纵梁和蒙皮进行组装 用于固化时，所述支撑件被放置在纵梁空腔中。但是，将支撑件卷绕在若干连续的管状袋中 可能需要相对复杂的操纵和/或产生用于卷绕的支撑件的与纵梁表面相接触的不规则表 面。因此，在与分离器相接触的纵梁表面中可能产生皱纹或其他表面缺陷。
[0007] 申请概述
[0008] 因此本公开的目标是提供一种形成复合构件的改进的方法以及用于形成复合构 件的组件。
[0009] 因此，在一个方面，提供了一种制备复合元件的方法，所述复合元件有待用于形成 具有纵向延伸的空腔的复合组件，所述方法包括:在复合元件的表面上铺设阻隔层，当形成 复合组件时所述表面限定了纵向延伸的空腔的至少部分;将支撑组件抵靠阻隔层定位，所 述支撑组件包括心轴和在心轴的表面上延伸以便将薄膜袋抵靠阻隔层定位的薄膜袋;通过 与薄膜袋的密封接合来形成包含复合元件的密封包裹体;减小密封包裹体内的压力；以及 将心轴与薄膜袋分离，同时维持薄膜袋抵靠阻隔层定位。
[0010] 在具体的实施方案中，阻隔层对于复合元件的基质材料是不可渗透的或者是基本 上不可渗透的。阻隔层可以包括聚氟乙烯薄膜，所述聚氟乙烯薄膜与复合元件的粘合至与 薄膜袋相接触的网状加强层的表面相接触。阻隔层可以包括乙烯-四氟乙烯共聚物。
[0011] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将阻隔层粘附至复合元件的表面。
[0012] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将模具定位在复合元件的与阻隔层所铺设 的表面对置的表面上。
[0013] 在具体的实施方案中，复合元件未固化并且具有稳定的几何形状。
[0014] 在具体的实施方案中，将心轴与薄膜袋分离包括从空腔移除心轴，并且所述方法 还包括在从空腔移除心轴之后将复合组件固化。
[0015] 在具体的实施方案中，心轴具有与空腔的至少部分的形状互补的形状。
[0016] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将复合元件与第二复合元件进行组装，以 便形成围绕支撑组件的复合组件，其中心轴的形状与空腔的形状互补，所述空腔是由复合 元件与第二复合元件的组合所限定的。
[0017] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将第二阻隔层设置在第二复合元件与支撑 组件之间。在具体的实施方案中，在将心轴接收在薄膜袋中之前，将第二阻隔层施加至薄膜 袋的外表面。第二阻隔层可以包括与粘合至与薄膜袋相接触的网状加强层的第二复合元件 的内表面相接触的聚氟乙烯薄膜。第二阻隔层可以包括乙烯-四氟乙烯共聚物。
[0018] 在具体的实施方案中，第二复合元件未固化并且具有稳定的几何形状。复合元件 可以是纵梁，第二复合元件可以是蒙皮，并且复合组件可以是加劲板。
[0019] 在具体的实施方案中，所述方法还包括:在将复合元件与第二复合元件进行组装 之前，在复合元件与第二复合元件之间在接合点处施加未固化材料的条粒，并且其中减小 密封包裹体内的压力包括修改每个条粒的横截面形状。
[0020] 在具体的实施方案中，在复合元件的表面上铺设阻隔层包括:将阻隔层施加在限 定在阳模的表面中的隆起的每一侧的上方并且在所述每一侧上延伸;将多个复合材料层施 加在相应的阻隔层的上方以形成具有适形于隆起的至少一部分的复合元件;形成包含复合 元件和阳模表面的袋并且减小袋内的压力；从袋和阳模释放复合元件。所述方法还可以包 括:在施加多个层之前形成包含阻隔层和阳模表面的袋，并减小袋内的压力。所述方法还可 以包括:在将一些连续的层施加在阻隔层上方之间至少一次形成包含所述层和阳模表面的 袋，并减小袋内的压力。
[0021] 在另一方面，提供了一种形成包括至少一个纵梁和蒙皮的复合板的方法，所述方 法包括:对于至少一个纵梁中的每一个:形成具有在两个底座部分之间延伸的本体部分的 纵梁，所述本体部分具有由第一阻隔层覆盖的凹形内表面并且限定了纵梁空腔，并且利用 相应的心轴来填充纵梁空腔，通过将管状袋抵靠第一阻隔层定位来将所述相应的心轴接收 在相应的管状袋内；在每个纵梁空腔由相应的心轴填充的情况下，使每个纵梁的底座部分 与蒙皮相接触同时防止相应的管状袋和蒙皮与第二阻隔层之间的接触;通过外袋材料与每 个纵梁的相应的管状袋的密封接合来形成包含蒙皮和每个纵梁的密封包裹体;减小密封包 裹体内的压力；以及从相应的管状袋移除每个纵梁的相应的心轴，同时维持相应的管状袋 抵靠阻隔层定位。
[0022] 在具体的实施方案中，所述方法还包括:利用纵梁模具支撑每个纵梁的外表面，并 且利用蒙皮模具支撑蒙皮。
[0023] 在具体的实施方案中，所述方法还包括:在从相应的管状袋移除每个纵梁的相应 的心轴之后，加热复合板以将至少一个纵梁和/或蒙皮固化，同时将密封包裹体维持在减压 下。
[0024] 对于每个纵梁，可在将相应的心轴接收在相应的管状袋中之前，将第二阻隔施加 至相应的管状袋的表面。
[0025] 在另一方面，提供了一种用于形成具有限定在其中的纵向空腔的复合构件的组 件，所述组件包括:与彼此直接接触的至少两个互补复合元件，其中复合元件中的至少一个 是处于未固化状态中，每个元件具有限定了部分空腔表面的内表面和对置的外表面，每个 元件的内表面由相应的阻隔层覆盖;接收在空腔中的支撑组件，所述支撑组件包括接收在 管状袋中的心轴，其中由相应的阻隔层防止了管状袋与每个元件的内表面之间的接触，所 述心轴具有与空腔的横截面形状互补的横截面形状并且从管状袋是可移除的；以及装袋材 料，所述装袋材料与管状袋密封接合并且与其限定了包含元件的密封空腔;其中当密封空 腔相对于周围环境是处于减压下时心轴保持从管状袋是可移除的。
[0026] 在具体的实施方案中，阻隔层相对于彼此自由移动。
[0027] 在具体的实施方案中，所述组件还包括支撑每个元件的外表面的相应的模具。
[0028] 在具体的实施方案中，至少两个互补元件包括蒙皮和纵梁，将纵梁的相应的阻隔 层粘附至纵梁的内表面。可将蒙皮的相应的阻隔层粘附至管状袋的表面。
[0029] 在具体的实施方案中，相应的阻隔层中的至少一个包括连接到网状加强层的聚氟 乙烯薄膜。
[0030] 在具体的实施方案中，相应的阻隔层中的至少一个包括乙烯-四氟乙烯共聚物。 [0031 ]在具体的实施方案中，心轴由泡沫材料制成。
[0032] 附图简述
[0033] 为了更好地理解本发明以及本发明的其他方面和另外的特征，参考了有待结合附 图来使用的以下说明，其中：
[0034]图1是飞机的示意性等距视图；
[0035]图2是根据具体的实施方案的可以被用于诸如图1中所示的飞机中的复合板 的示 意性横截面视图；以及
[0036]图3至图9是根据具体的实施方案的组装图2的复合板的步骤的示意性横截面视 图，其中图3A示出图3的细节并且图7A示出图7的细节。
[0037]在附图中，通过实例示出了本发明的实施方案。将清楚地理解的是，说明和附图仅 出于说明的目的并且是为了帮助理解。说明和附图不意图成为本发明的限制的定义。
[0038]优选实施方案的说明
[0039] 参考附图并且更具体地是参考图1，在1处示出了飞机，并且为了在本公开中进行 参考的目的所述飞机被大体上描述以图示一些部件。飞机1具有机身2,所述机身2具有驾驶 舱所位于的前端和支撑尾翼组件的后端，其中客舱大体上位于驾驶舱与尾翼组件之间。尾 翼组件包括具有方向舵的垂直稳定翼3,和具有升降舵的水平稳定翼4。尾翼组件具有机身 安装的尾翼，但是其他结构也可用于飞机1，诸如十字形尾翼、T形尾翼等。机翼5从机身横向 突出。飞机1具有由机翼5支撑的发动机6,尽管发动机6也可以被安装至机身2。飞机1被示出 为喷气发动机飞机，但是也可以是螺旋桨飞机。
[0040] 参考图2,示出了具有限定在其中的纵向空腔12并且由至少两个互连元件14、16形 成的复合构件10,所述至少两个互连元件14、16各自具有限定了空腔12的表面的对应部分 的内表面15、17。在这个具体实施方案中，复合构件10是部分的板，并且元件包括蒙皮14和 纵梁16。纵梁16包括在两个底座部分20之间延伸的本体部分18。每个底座部分20沿着蒙皮 14延伸并且被连接到蒙皮14。本体部分18被与蒙皮14间隔开以限定纵梁空腔12。在示出的 实施方案中，纵梁16具有欧米加（Ω)的形状，其中本体部分18包括平行于或者沿着蒙皮14 的大致方向延伸的中心壁22,和从中心壁22延伸至底座部分20的成角度的侧壁24,其中从 中心壁22到底座部分20，侧壁24之间的距离逐渐增加。
[0041]尽管示出的纵梁16具有欧米加形的横截面，其他的横截面形状也是可能的，包括 但是不限于德尔塔（A )形的横截面。
[0042]在具体的实施方案中，蒙皮14是弯曲的，并且复合板10限定了机身2的一部分。在 另一个实施方案中，蒙皮14和复合板10是平坦的。复合板10可以限定部分的内舱壁、部分的 机翼5、或者飞机1的任意其他合适的结构元件。尽管示出了单个纵梁16,应理解的是复合板 10可以并且通常确实包括彼此间隔开的多个纵梁16。在具体的实施方案中，纵梁16仅仅沿 着蒙皮14的部分对应尺寸纵向地延伸，即蒙皮14在纵向方向上延伸超过纵梁16。在另一个 实施方案中，纵梁16沿着蒙皮14的整个对应尺寸纵向地延伸。
[0043] 每个元件被形成具有复合材料，至少一个元件是未固化成具有稳定的几何形状， 即在没有已被加热至通常开始聚合作用的温度点的情况下，具有有着减少的粘度的基质 (例如半固化片）；一个或多个元件可以被固化，以使得组装至固化元件的未固化元件的固 化提供了元件的共粘合。例如，元件可以包括一个或多个未固化的纵梁和固化的蒙皮，或者 未固化的蒙皮和一个或多个固化的纵梁。在本文所述的具体实施方案中，元件包括两者均 未固化成具有稳定的几何形状的蒙皮14和纵梁16,诸如在如下文所述的组装之后被共同固 化。
[0044] 尽管所述方法在本文中特定参考纵梁和蒙皮组件来描述，应理解的是可将类似方 法施加到由有待共同固化的复合元件所形成的具有被限定在元件之间的空腔的任意构件。 非限制性实例包括航海中空复合构件，诸如桅杆和吊杆、中空叶片(例如，转动叶片、风扇叶 片等）；具有中空本体的运动设备，诸如球拍、自行车车架和曲棍球棍等。
[0045] 参考图3,在具体的实施方案中，纵梁16被由半固化片(预浸渍)复合材料层组装， 所述复合材料包括纤维，例如纺织纤维或单向纤维，所述纤维由基质材料粘合从而具有稳 定的几何形状来有助于处理，以使得基质材料变成固体但是仍能保持柔性和粘性。在具体 的实施方案中，基质材料是乙阶树脂;可以使用任意其他合适的替代类型的热固性或热塑 性基质材料，包括但是不限于双马来酰亚胺树脂(BMI)、酚醛树脂和聚乙烯脂。蒙皮14同样 由半固化片材料层组装。在具体的实施方案中，蒙皮14和纵梁16都由嵌入在环氧树脂材料 中的碳纤维形成。可以使用的替代纤维材料包括但是不限于玻璃和对-芳族聚酰胺 (Kevlar)纤维，所述替代纤维材料可以被以任意合适的形式来提供，包括但是不限于纺 织、非卷曲织物(NCF)和双向取向的形式。蒙皮14和/或纵梁16可以可替代地通过使用任意 其他适当方法来形成，包括但是不限于真空辅助树脂灌注结合干燥预成形。
[0046]如图3中所示，在具体的实施方案中，纵梁16是通过使用具有隆起28的阳模26来形 成的，所述隆起28具有与纵梁空腔12的形状互补的形状。阳模26在使用前被做好充分的准 备，包括例如利用网状材料和透气材料覆盖限定在其中的真空端口。
[0047]在具体的实施方案中对于复合材料的基质材料是不可渗透的或者是基本上不可 渗透的阻隔层30(即，防止或基本上防止基质材料在固化期间流动通过阻隔层并且在固化 后从复合材料是可释放的）被首先施加在模具26的隆起28上方，诸如来在所述隆起28的每 一侧上延伸。阻隔层30被以平滑的方式来施加，诸如来避免或限制在纵梁的内表面17中形 成皱纹。在其中内表面17在固化后必须具有光洁度的实施方案中，阻隔层30的与内表面17 相接触的表面对应地是平滑的。在具体的实施方案中，阻隔层30由彼此粘附的两个或更多 个层形成，例如，如图3A中所示，加强层30a与模具26接触，并且离型膜30b对于叠加和粘附 至加强层30a的基质材料是不可渗透的或者是基本上不可渗透的。在具体的实施方案中，离 型膜30b是聚氟乙烯(PVF)薄膜，诸如Tedkr?,并且加强层30a是由尼龙网制成的剥离层。在 另一个实施方案中，阻隔层30由对于基质材料是不可渗透的或者是基本上不可渗透的材料 的单个层形成，例如单层乙烯-四氟乙烯(ETFE)薄膜。能够形成阻隔层30的替代材料包括但 是不限于:两层或更多层的乙烯-四氟乙烯(ETFE)、尼龙带、其他类型的离型膜、聚四氟乙烯 (Teflon?)以及它们的组合，或者是提供相似程度的刚度的任意其他适当材料。
[0048]在示出的实施方案中，半固化片材料的层16a(见图3A)被随后施加在阻隔层30的 上方，直到达到所需的纵梁厚度。合适的工具被用来使每个层16a适形于由模具26的隆起28 所限定的轮廓，同时避免在层16a中形成皱纹或气泡。
[0049] -旦施加了全部层16a，并且在具体的实施方案中，在施加层16a期间例如通过将 装袋材料与施加在模具表面上的任意合适类型的密封材料(例如，粘性化合物、双面胶带） 进行接合并且限定围绕纵梁16的周界来间断地形成袋(未示出）来封闭纵梁16和模具26的 表面，并且使用合适的真空系统将所述袋放置在真空或负压下（即，相对于周围环境的压力 是减压）以压紧层16a。在具体的实施方案中，在施加阻隔层30与施加复合材料的第一层16a 之间、并且在施加层16a期间定期地(例如在施加每一个第二层之后)形成所述袋并将其放 置在减压下。
[0050] 在具体的实施方案中，在施加第一层16a期间加热模具26,其中当施加其他层16a 时并且当将层16a装袋时将热源关闭，并且在如上文所述地施加层16a的过程期间袋中的压 力被减小。在替代的实施方案中，在施加每个层16a期间加热模具26,并且在层16a的装袋和 加压期间关闭热源。在具体的实施方案中，在施加最后的层之后，将纵梁16装袋并保持在减 压下，同时将其进行加热用于最后的压紧。在已压紧组装的纵梁16之后，移除装袋材料。 [0051]纵梁可以通过使用任意其他合适的方法来可替代地形成和接合至阻隔层30,例如 通过将干燥预成形的层铺设在阻隔层30的上方并且执行真空辅助灌注来将粘合剂施加至 所述层。
[0052]仍然参考图3,在具体的实施方案中，随后将 离型膜32施加在纵梁16的外表面19的 上方，并且利用在其间延伸的离型膜32将阴模34接合至外表面19。如果需要修整，可将阴模 34加热至低于固化温度的温度以有助于修整，并且可以例如在已将热源关闭之后修整来自 层16a的过量材料。
[0053]参考图4,随后将纵梁16从模具26、34释放并移除外离型膜32,以使得纵梁16保留 了覆盖其内表面17的阻隔层30。
[0054] 参考图6,具有由阻隔层30所覆盖的其内表面17的纵梁16被安装有其与纵梁模具 36相接触的外表面19,将纵梁的本体部分18接收在模具36的对应的空腔中。应理解的是，在 本说明书中，术语"模具"意欲涵盖具有被配置来在组件的固化期间控制元件的表面的形状 限定的表面的任意工具，具有任意合适厚度并且被设计来控制元件的内模具线（IML)或外 模具线(0ML)表面的任意工具，包括但是不限于通常被称为隔板的压力垫。
[0055] 纵梁模具36在接收纵梁16之前被适当地处理，例如，在具体的实施方案中，在将纵 梁16接收在模具中之前可将密封剂和脱模材料施加至模具36。将覆盖底座部分20的部分阻 隔层30折叠到纵梁空腔中，诸如来暴露出底座部分20的内表面。例如通过将装袋材料与施 加在模具36的表面上的密封材料(例如，粘性化合物、双面胶带)进行接合并限定围绕纵梁 16的周界来形成袋(未示出）来封闭纵梁和模具36的表面，并且通过使用合适的真空系统将 所述袋中的压力减小持续预先确定的时间段来抵靠模具压紧纵梁16。在具体的实施方案 中，在两个或更多个递增步骤中施加减压，在所述步骤之间手动定位所述袋以最小化起皱。 [0056]仍然参考图6,将装袋材料移除并且随后利用包括心轴38的支撑组件来填充纵梁 空腔，所述心轴38例如由泡沫材料制成、被接收在管状薄膜袋40中并且具有与复合构件10 中的空腔12的形状互补的形状。心轴38例如通过袋的开口端是从袋40可移除的。在具体的 实施方案中，心轴38由低密度聚氨酯泡沫制成。可替代地，可以使用提供低密度、柔性和合 适的形状记忆的任意其他材料。在具体的实施方案中，管状袋40被挤出或与形成连续周界 的壁一起被共挤出（如果由超过一种材料制成）。可以被用来制造袋40的替代方法包括但是 不限于焊接薄膜材料。在具体的实施方案中，袋40与尼龙的内层和乙烯-四氟乙烯(ETFE)的 外层一起被共挤出。
[0057]在具体的实施方案中对于基质材料是不可渗透的或者是基本上不可渗透的第二 阻隔层42在管状袋40的在两个底座部分20之间暴露出的并且不由第一阻隔层30所覆盖的 部分上方延伸。第一阻隔层30和第二阻隔层42相对于彼此是可移动的，这在具体的实施方 案中避免或减少束缚管状袋40。如将在下文中进一步描述的，管状袋40和心轴38纵向延伸 超过模具36。
[0058]在具体的实施方案中，并且如图5中所示，将第二阻隔层42粘附至空的管状袋40的 表面，并且随后将心轴38插入管状袋40内。第二阻隔层42可以以带的形式来提供。在具体的 实施方案中，第二阻隔层42由乙烯-四氟乙烯(ETFE)带形成。可替代地，类似于第一阻隔层 30,第二阻隔层42可以包括与管状袋相接触的加强层和在加强层上方的离型膜，和/或可以 被提供成附接到蒙皮14。替代的实施方案也是可能的，包括上文中描述用于阻隔层30的全 部替代材料，包括但是不限于聚四氟乙烯(Teflon?)。
[0059] 参考回图6,将未固化材料的呈条粒44形式的结构加强件安装在底座部分20的邻 近底座部分20与本体部分18之间的接合点的部分的上方。在具体的实施方案中，安装条粒 44尽管其具有不同于在固化复合构件10中的它们的横截面的初始横截面;例如安装条粒44 尽管其具有矩形横截面，所述矩形横截面在加压期间变形和/或固化来适形于底座部分20 与本体部分18之间的接合点的轮廓。在具体的实施方案中，条粒44由复合材料制成，包括接 收在环氧树脂中的玻璃纤维。可以被用于条粒44的替代材料包括但是不限于:与用于元件 (蒙皮14和纵梁16)的树脂相容的任意材料，所述材料可以包括短纤维、表面膜、粘附膜、泡 沫粘附剂、单向碳或纺织碳、玻璃或对-芳族聚酰胺合成（Kevlar?)纤维等。
[0060] 参考图7-图7A，例如通过类似于上文针对纵梁16所描述的过程的装袋和真空过程 来将例如由半固化片材料的多个叠加层14a所制成的蒙皮14压紧在模具46的表面上。将两 个模具36、46放在一起以使得纵梁16的底座部分20与蒙皮14直接接触，其中第二阻隔层42 防止管状袋40与蒙皮14之间的直接接触。将条粒44部分地压缩在纵梁16与蒙皮14之间。如 图9中可以看出的，蒙皮模具46纵向延伸超过纵梁模具36。
[0061] 参考图8-图9,将组件装袋用于固化。根据需要安装透气材料和离型膜(未示出）； 例如，在具体的实施方案中，其中模具36、46将以其他方式与彼此直接接触，将透气材料提 供在真空端口的上方、提供在蒙皮模具46与管状袋40的延伸超过纵梁模具36的部分之间 等，并且将离型膜与透气材料安装在纵梁模具36与暴露出的蒙皮14的上方以防止它们与形 成固化袋的装袋材料48的直接接触。在装袋前可将另外的元件提供给组件;在组装模具36、 46之前或之后，可将例如在固化的复合板10中形成部分蒙皮14和/或纵梁16的结构插入物、 网状材料等施加在未固化的蒙皮14和/或纵梁16的上方。
[0062]装袋材料48将纵梁模具36与蒙皮14封闭，并且是处于与蒙皮模具46和与管状袋40 的密封接合中，诸如来限定包含纵梁16和蒙皮14的密封的空腔。在示出的实施方案中，这是 通过使装袋材料48与密封材料50 (例如，粘性化合物、双面胶带)接合来实现的，所述密封材 料50被施加在蒙皮模具46的表面上并且围绕每个管状袋40与纵梁模具36间隔开，诸如来限 定围绕纵梁模具36的周界。通过使用合适的真空系统，密封空腔中的压力被减小。
[0063] 一旦密封空腔处于真空或减压下，将心轴38通过开口端从管状袋40移除。在具体 实施方案中如图10中所示的没有心轴的最终的组件准备好例如在高压釜中进行固化。在具 体的实施方案中，一旦移除心轴38,密封空腔中的压力被进一步减小。
[0064]在具体的实施方案中，心轴38在组装、装袋和加压过程期间允许空腔12维持其形 状，并且在固化前移除心轴38能够允许将更便宜的材料用来制造心轴38和/或有助于再使 用心轴38用于其他的组件。在具体的实施方案中，合作来围绕管状袋40并且来防止复合材 料与管状袋40之间的直接接触的相对可移动的阻隔层30、42能够减少空腔12的表面上的表 面缺陷，从而与将利用与管状袋40直接接触的复合材料或者利用围绕管状袋40的管状离型 膜来生产的表面质量相比，能够允许更好的表面质量。直接在阻隔层上形成至少一个元件 (例如，纵梁16)能够允许用于那个元件的更平滑的表面光洁度，从而减少在元件与阻隔层 之间的界面处形成皱纹或其他纹理的风险。
[0065] 如上所述，尽管所述方法已特定参考纵梁和蒙皮组件来进行描述，可将所述方法 施加到由有待共同固化的复合元件所形成的具有被限定在元件之间的空腔的任意构件。
[0066] 尽管本文所述的方法和系统已参考以特定顺序执行的特定步骤来进行描述和示 出，但应当理解的是，在不背离本发明的教义的情况下，可将这些步骤组合、细分或重新排 序以形成等效的方法。因此，所述步骤的顺序和分组并不是对本发明的限制。
[0067] 对本发明的上述实施方案的修改和改进可以对本领域那些技术人员变得明显。前 述说明意图是示例性而非限制性的。因此，本发明的范围意图仅仅由附加的权利要求书的 范围来限制。
【主权项】
1. 一种制备复合元件的方法，所述复合元件有待用于形成具有纵向延伸的空腔的复合 组件，所述方法包括： 在所述复合元件的表面上铺设阻隔层，当形成所述复合组件时所述表面限定了所述纵 向延伸的空腔的至少部分； 将支撑组件抵靠所述阻 隔层定位，所述支撑组件包括心轴和薄膜袋，所述薄膜袋在所 述心轴的所述表面上延伸以便将所述薄膜袋抵靠所述阻隔层定位； 通过与所述薄膜袋的密封接合来形成包含所述复合元件的密封包裹体； 减小所述密封包裹体内的压力；以及 将所述心轴与所述薄膜袋分离，同时维持所述薄膜袋抵靠所述阻隔层定位。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述阻隔层对于所述复合元件的基质材料是不可渗 透的或者是基本上不可渗透的。3. 如权利要求1或2所述的方法，其还包括将所述阻隔层粘附至所述复合元件的所述表 面。4. 如权利要求1至3中任一项所述的方法，其还包括将模具定位在所述复合元件的与所 述阻隔层所铺设的所述表面对置的表面上。5. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述复合元件未固化并且具有稳定的几 何形状。6. 如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述心轴与所述薄膜袋分离包括从所 述空腔移除所述心轴，所述方法还包括在从所述空腔移除所述心轴之后将所述复合组件固 化。7. 如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述阻隔层包括聚氟乙烯薄膜，所述聚 氟乙烯薄膜与所述复合元件的粘合至与所述薄膜袋相接触的网状加强层的所述表面相接 触。8. 如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述阻隔层包括乙烯-四氟乙烯共聚物。9. 如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述心轴具有与所述空腔的所述至少部 分的形状互补的形状。10. 如权利要求1至9中任一项所述的方法，其还包括将所述复合元件与第二复合元件 进行组装，以便形成围绕所述支撑组件的所述复合组件，其中所述心轴的所述形状与所述 空腔的形状互补，所述空腔是由所述复合元件与所述第二复合元件的组合所限定的。11. 如权利要求10所述的方法，其还包括将第二阻隔层设置在所述第二复合元件与所 述支撑组件之间。12. 如权利要求11所述的方法，其中在将所述心轴接收在所述薄膜袋中之前，将所述第 二阻隔层施加至所述薄膜袋的外表面。13. 如权利要求11或12所述的方法，其中所述第二阻隔层包括聚氟乙烯薄膜，所述聚氟 乙烯薄膜与所述第二复合元件的粘合至与所述薄膜袋相接触的网状加强层的内表面相接 触。14. 如权利要求11或12所述的方法，其中所述第二阻隔层包括乙烯-四氟乙烯共聚物。15. 如权利要求10至14中任一项所述的方法，其中所述第二复合元件未固化并且具有 稳定的几何形状。16. 如权利要求10至15中任一项所述的方法，其还包括:在将所述复合元件与所述第二 复合元件进行组装之前，在所述复合元件与所述第二复合元件之间在接合点处施加未固化 材料的条粒，并且其中减小所述密封包裹体内的所述压力包括修改每个条粒的横截面形 状。17. 如权利要求10至16中任一项所述的方法，其中所述复合元件是纵梁，所述第二复合 元件是蒙皮，并且所述复合组件是加劲板。18. 如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中在所述复合元件的所述表面上铺设所 述阻隔层包括： 将所述阻隔层施加在限定在阳模的表面中的隆起的每一侧的上方并且在所述每一侧 上延伸； 将多个复合材料层施加在所述相应的阻隔层的上方以形成具有适形于所述隆起的至 少一部分的所述复合元件； 形成包含所述复合元件和所述阳模的所述表面的袋并且减小所述袋内的压力； 从所述袋和所述阳模释放所述复合元件。19. 如权利要求18所述的方法，其还包括:在施加所述多个层之前形成包含所述阻隔层 和所述阳模的所述表面的袋，并减小所述袋内的压力。20. 如权利要求18或19所述的方法，其还包括:在将一些连续的所述层施加在所述阻隔 层上方之间至少一次形成包含所述层和所述阳模的所述表面的袋，并减小所述袋内的压 力。21. -种形成包括至少一个纵梁和蒙皮的复合板的方法，所述方法包括： 对于所述至少一个纵梁中的每一个： 形成具有在两个底座部分之间延伸的本体部分的所述纵梁，所述本体部分具有由第一 阻隔层覆盖的凹形内表面并且限定了纵梁空腔，以及 利用相应的心轴来填充所述纵梁空腔，通过将所述管状袋抵靠所述第一阻隔层定位来 将所述相应的心轴接收在相应的管状袋内； 在每个纵梁空腔由所述相应的心轴填充的情况下，使每个纵梁的所述底座部分与所述 蒙皮相接触同时防止所述相应的管状袋和所述蒙皮与第二阻隔层之间的接触； 通过外袋材料与每个纵梁的所述相应的管状袋的密封接合来形成包含所述蒙皮和每 个纵梁的密封包裹体； 减小所述密封包裹体内的压力；以及 从所述相应的管状袋移除每个纵梁的所述相应的心轴，同时维持所述相应的管状袋抵 靠所述阻隔层定位。22. 如权利要求21所述的方法，其还包括:利用纵梁模具支撑每个纵梁的外表面，并且 利用蒙皮模具支撑所述蒙皮。23. 如权利要求21或22所述的方法，其还包括:在从所述相应的管状袋移除每个纵梁的 所述相应的心轴之后，加热所述复合板以将所述至少一个纵梁和/或所述蒙皮固化，同时将 所述密封包裹体维持在减压下。24. 如权利要求21至23中任一项所述的方法，其中对于每个纵梁，在将所述相应的心轴 接收在所述相应的管状袋中之前，将所述第二阻隔层施加至所述相应的管状袋的表面。25. -种用于形成具有限定在其中的纵向空腔的复合构件的组件，所述组件包括： 至少两个互补复合元件，所述至少两个互补复合元件与彼此直接接触，其中所述复合 元件中的至少一个是处于未固化状态中，所述元件中的每一个具有限定了所述空腔的部分 表面的内表面和对置的外表面，所述元件中的每一个的所述内表面由相应的阻隔层覆盖； 支撑组件，所述支撑组件被接收在所述空腔中，所述支撑组件包括接收在管状袋中的 心轴，其中由所述相应的阻隔层防止了所述管状袋与所述元件中的每一个的所述内表面之 间的接触，所述心轴具有与所述空腔的横截面形状互补的横截面形状并且从所述管状袋是 可移除的；以及 装袋材料，所述装袋材料与所述管状袋密封接合并且与其限定了包含所述元件的密封 空腔； 其中当所述密封空腔相对于周围环境是处于减压下时，所述心轴保持从所述管状袋是 可移除的。26. 如权利要求25所述的组件，其中所述阻隔层相对于彼此自由移动。27. 如权利要求25或26所述的组件，其还包括支撑所述元件中的每一个的所述外表面 的相应的模具。28. 如权利要求25至27中任一项所述的组件，其中所述至少两个互补元件包括蒙皮和 纵梁，将所述纵梁的所述相应的阻隔层粘附至所述纵梁的所述内表面。29. 如权利要求28所述的组件，其中将所述蒙皮的所述相应的阻隔层粘附至所述管状 袋的表面。30. 如权利要求25至29中任一项所述的组件，其中所述相应的阻隔层中的至少一个包 括连接到网状加强层的聚氟乙烯薄膜。31. 如权利要求25至29中任一项所述的组件，其中所述相应的阻隔层中的至少一个包 括乙烯-四氟乙烯共聚物32. 如权利要求25至31中任一项所述的组件，其中所述心轴由泡沫材料制成。
【专利摘要】公开了一种制备复合元件的方法，所述复合元件用于形成具有空腔的复合组件。所述方法包括在所述复合元件的表面上铺设阻隔层，所述表面限定了所述空腔的至少部分。将包括心轴(38)和在所述心轴的所述表面上延伸的薄膜袋(40)的支撑组件与所述薄膜袋一起抵靠所述阻隔层定位。通过与所述薄膜袋的密封接合来形成包含所述复合元件的密封包裹体。减小所述密封包裹体内的压力，并且将所述心轴与所述薄膜袋分离，同时维持所述薄膜袋抵靠所述阻隔层定位。在一个实施方案中，所述元件是纵梁并且抵靠蒙皮定位。还提供了一种用于形成复合构件的组件。
【IPC分类】B29C70/34, B29C33/48, B29L24/00, B29C33/76, B29C70/44
【公开号】CN105555510
【申请号】CN201480049860
【发明人】路易斯·费尔南德斯, 马克·勒米厄, 尤恩·欧里, 阿卜杜拉蒂夫·阿塔尔西亚
【申请人】庞巴迪公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年9月10日
【公告号】CA2923891A1, EP3043983A1, WO2015036940A1
【专利说明】形成复合构件的方法和用于其的组件
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年9月10日提交的美国临时申请号61 /876，016的优先权，所述 临时申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003] 应用领域
[0004] 本申请大体上涉及制造复合部件，并且更具体地涉及具有限定在其中的细长空腔 的这种元件。 技术背景
[0005] 具有限定在其中的细长空腔的复合部件通常是通过将两个或更多个元件组装在 一起来进行制造的，同时元件中的至少一个在心轴周围是不完全固化的从而具有对应于空 腔形状的形状，并且组装的元件通常被固化有维持空腔形状的心轴。
[0006] W02010/143212公开了通过在空腔中使用可为可移除的支撑件来制造由复合材料 制成的加劲板的一种方法。所述支撑件被卷绕在一系列层中，这些层中的第一个层是整齐 地围绕支撑件闭合的不可渗透的管状薄膜袋，在所述管状薄膜袋上方呈管状袋形式的通气 器被卷绕在所述袋的周围，在所述通气器上方管状分离器被卷绕和密封在通气器的两个末 端处。真空被施加给分离器以使得层组件粘附至支撑件。当将未固化纵梁和蒙皮进行组装 用于固化时，所述支撑件被放置在纵梁空腔中。但是，将支撑件卷绕在若干连续的管状袋中 可能需要相对复杂的操纵和/或产生用于卷绕的支撑件的与纵梁表面相接触的不规则表 面。因此，在与分离器相接触的纵梁表面中可能产生皱纹或其他表面缺陷。
[0007] 申请概述
[0008] 因此本公开的目标是提供一种形成复合构件的改进的方法以及用于形成复合构 件的组件。
[0009] 因此，在一个方面，提供了一种制备复合元件的方法，所述复合元件有待用于形成 具有纵向延伸的空腔的复合组件，所述方法包括:在复合元件的表面上铺设阻隔层，当形成 复合组件时所述表面限定了纵向延伸的空腔的至少部分;将支撑组件抵靠阻隔层定位，所 述支撑组件包括心轴和在心轴的表面上延伸以便将薄膜袋抵靠阻隔层定位的薄膜袋;通过 与薄膜袋的密封接合来形成包含复合元件的密封包裹体;减小密封包裹体内的压力；以及 将心轴与薄膜袋分离，同时维持薄膜袋抵靠阻隔层定位。
[0010] 在具体的实施方案中，阻隔层对于复合元件的基质材料是不可渗透的或者是基本 上不可渗透的。阻隔层可以包括聚氟乙烯薄膜，所述聚氟乙烯薄膜与复合元件的粘合至与 薄膜袋相接触的网状加强层的表面相接触。阻隔层可以包括乙烯-四氟乙烯共聚物。
[0011] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将阻隔层粘附至复合元件的表面。
[0012] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将模具定位在复合元件的与阻隔层所铺设 的表面对置的表面上。
[0013] 在具体的实施方案中，复合元件未固化并且具有稳定的几何形状。
[0014] 在具体的实施方案中，将心轴与薄膜袋分离包括从空腔移除心轴，并且所述方法 还包括在从空腔移除心轴之后将复合组件固化。
[0015] 在具体的实施方案中，心轴具有与空腔的至少部分的形状互补的形状。
[0016] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将复合元件与第二复合元件进行组装，以 便形成围绕支撑组件的复合组件，其中心轴的形状与空腔的形状互补，所述空腔是由复合 元件与第二复合元件的组合所限定的。
[0017] 在具体的实施方案中，所述方法还包括将第二阻隔层设置在第二复合元件与支撑 组件之间。在具体的实施方案中，在将心轴接收在薄膜袋中之前，将第二阻隔层施加至薄膜 袋的外表面。第二阻隔层可以包括与粘合至与薄膜袋相接触的网状加强层的第二复合元件 的内表面相接触的聚氟乙烯薄膜。第二阻隔层可以包括乙烯-四氟乙烯共聚物。
[0018] 在具体的实施方案中，第二复合元件未固化并且具有稳定的几何形状。复合元件 可以是纵梁，第二复合元件可以是蒙皮，并且复合组件可以是加劲板。
[0019] 在具体的实施方案中，所述方法还包括:在将复合元件与第二复合元件进行组装 之前，在复合元件与第二复合元件之间在接合点处施加未固化材料的条粒，并且其中减小 密封包裹体内的压力包括修改每个条粒的横截面形状。
[0020] 在具体的实施方案中，在复合元件的表面上铺设阻隔层包括:将阻隔层施加在限 定在阳模的表面中的隆起的每一侧的上方并且在所述每一侧上延伸;将多个复合材料层施 加在相应的阻隔层的上方以形成具有适形于隆起的至少一部分的复合元件;形成包含复合 元件和阳模表面的袋并且减小袋内的压力；从袋和阳模释放复合元件。所述方法还可以包 括:在施加多个层之前形成包含阻隔层和阳模表面的袋，并减小袋内的压力。所述方法还可 以包括:在将一些连续的层施加在阻隔层上方之间至少一次形成包含所述层和阳模表面的 袋，并减小袋内的压力。
[0021] 在另一方面，提供了一种形成包括至少一个纵梁和蒙皮的复合板的方法，所述方 法包括:对于至少一个纵梁中的每一个:形成具有在两个底座部分之间延伸的本体部分的 纵梁，所述本体部分具有由第一阻隔层覆盖的凹形内表面并且限定了纵梁空腔，并且利用 相应的心轴来填充纵梁空腔，通过将管状袋抵靠第一阻隔层定位来将所述相应的心轴接收 在相应的管状袋内；在每个纵梁空腔由相应的心轴填充的情况下，使每个纵梁的底座部分 与蒙皮相接触同时防止相应的管状袋和蒙皮与第二阻隔层之间的接触;通过外袋材料与每 个纵梁的相应的管状袋的密封接合来形成包含蒙皮和每个纵梁的密封包裹体;减小密封包 裹体内的压力；以及从相应的管状袋移除每个纵梁的相应的心轴，同时维持相应的管状袋 抵靠阻隔层定位。
[0022] 在具体的实施方案中，所述方法还包括:利用纵梁模具支撑每个纵梁的外表面，并 且利用蒙皮模具支撑蒙皮。
[0023] 在具体的实施方案中，所述方法还包括:在从相应的管状袋移除每个纵梁的相应 的心轴之后，加热复合板以将至少一个纵梁和/或蒙皮固化，同时将密封包裹体维持在减压 下。
[0024] 对于每个纵梁，可在将相应的心轴接收在相应的管状袋中之前，将第二阻隔施加 至相应的管状袋的表面。
[0025] 在另一方面，提供了一种用于形成具有限定在其中的纵向空腔的复合构件的组 件，所述组件包括:与彼此直接接触的至少两个互补复合元件，其中复合元件中的至少一个 是处于未固化状态中，每个元件具有限定了部分空腔表面的内表面和对置的外表面，每个 元件的内表面由相应的阻隔层覆盖;接收在空腔中的支撑组件，所述支撑组件包括接收在 管状袋中的心轴，其中由相应的阻隔层防止了管状袋与每个元件的内表面之间的接触，所 述心轴具有与空腔的横截面形状互补的横截面形状并且从管状袋是可移除的；以及装袋材 料，所述装袋材料与管状袋密封接合并且与其限定了包含元件的密封空腔;其中当密封空 腔相对于周围环境是处于减压下时心轴保持从管状袋是可移除的。
[0026] 在具体的实施方案中，阻隔层相对于彼此自由移动。
[0027] 在具体的实施方案中，所述组件还包括支撑每个元件的外表面的相应的模具。
[0028] 在具体的实施方案中，至少两个互补元件包括蒙皮和纵梁，将纵梁的相应的阻隔 层粘附至纵梁的内表面。可将蒙皮的相应的阻隔层粘附至管状袋的表面。
[0029] 在具体的实施方案中，相应的阻隔层中的至少一个包括连接到网状加强层的聚氟 乙烯薄膜。
[0030] 在具体的实施方案中，相应的阻隔层中的至少一个包括乙烯-四氟乙烯共聚物。 [0031 ]在具体的实施方案中，心轴由泡沫材料制成。
[0032] 附图简述
[0033] 为了更好地理解本发明以及本发明的其他方面和另外的特征，参考了有待结合附 图来使用的以下说明，其中：
[0034]图1是飞机的示意性等距视图；
[0035]图2是根据具体的实施方案的可以被用于诸如图1中所示的飞机中的复合板 的示 意性横截面视图；以及
[0036]图3至图9是根据具体的实施方案的组装图2的复合板的步骤的示意性横截面视 图，其中图3A示出图3的细节并且图7A示出图7的细节。
[0037]在附图中，通过实例示出了本发明的实施方案。将清楚地理解的是，说明和附图仅 出于说明的目的并且是为了帮助理解。说明和附图不意图成为本发明的限制的定义。
[0038]优选实施方案的说明
[0039] 参考附图并且更具体地是参考图1，在1处示出了飞机，并且为了在本公开中进行 参考的目的所述飞机被大体上描述以图示一些部件。飞机1具有机身2,所述机身2具有驾驶 舱所位于的前端和支撑尾翼组件的后端，其中客舱大体上位于驾驶舱与尾翼组件之间。尾 翼组件包括具有方向舵的垂直稳定翼3,和具有升降舵的水平稳定翼4。尾翼组件具有机身 安装的尾翼，但是其他结构也可用于飞机1，诸如十字形尾翼、T形尾翼等。机翼5从机身横向 突出。飞机1具有由机翼5支撑的发动机6,尽管发动机6也可以被安装至机身2。飞机1被示出 为喷气发动机飞机，但是也可以是螺旋桨飞机。
[0040] 参考图2,示出了具有限定在其中的纵向空腔12并且由至少两个互连元件14、16形 成的复合构件10,所述至少两个互连元件14、16各自具有限定了空腔12的表面的对应部分 的内表面15、17。在这个具体实施方案中，复合构件10是部分的板，并且元件包括蒙皮14和 纵梁16。纵梁16包括在两个底座部分20之间延伸的本体部分18。每个底座部分20沿着蒙皮 14延伸并且被连接到蒙皮14。本体部分18被与蒙皮14间隔开以限定纵梁空腔12。在示出的 实施方案中，纵梁16具有欧米加（Ω)的形状，其中本体部分18包括平行于或者沿着蒙皮14 的大致方向延伸的中心壁22,和从中心壁22延伸至底座部分20的成角度的侧壁24,其中从 中心壁22到底座部分20，侧壁24之间的距离逐渐增加。
[0041]尽管示出的纵梁16具有欧米加形的横截面，其他的横截面形状也是可能的，包括 但是不限于德尔塔（A )形的横截面。
[0042]在具体的实施方案中，蒙皮14是弯曲的，并且复合板10限定了机身2的一部分。在 另一个实施方案中，蒙皮14和复合板10是平坦的。复合板10可以限定部分的内舱壁、部分的 机翼5、或者飞机1的任意其他合适的结构元件。尽管示出了单个纵梁16,应理解的是复合板 10可以并且通常确实包括彼此间隔开的多个纵梁16。在具体的实施方案中，纵梁16仅仅沿 着蒙皮14的部分对应尺寸纵向地延伸，即蒙皮14在纵向方向上延伸超过纵梁16。在另一个 实施方案中，纵梁16沿着蒙皮14的整个对应尺寸纵向地延伸。
[0043] 每个元件被形成具有复合材料，至少一个元件是未固化成具有稳定的几何形状， 即在没有已被加热至通常开始聚合作用的温度点的情况下，具有有着减少的粘度的基质 (例如半固化片）；一个或多个元件可以被固化，以使得组装至固化元件的未固化元件的固 化提供了元件的共粘合。例如，元件可以包括一个或多个未固化的纵梁和固化的蒙皮，或者 未固化的蒙皮和一个或多个固化的纵梁。在本文所述的具体实施方案中，元件包括两者均 未固化成具有稳定的几何形状的蒙皮14和纵梁16,诸如在如下文所述的组装之后被共同固 化。
[0044] 尽管所述方法在本文中特定参考纵梁和蒙皮组件来描述，应理解的是可将类似方 法施加到由有待共同固化的复合元件所形成的具有被限定在元件之间的空腔的任意构件。 非限制性实例包括航海中空复合构件，诸如桅杆和吊杆、中空叶片(例如，转动叶片、风扇叶 片等）；具有中空本体的运动设备，诸如球拍、自行车车架和曲棍球棍等。
[0045] 参考图3,在具体的实施方案中，纵梁16被由半固化片(预浸渍)复合材料层组装， 所述复合材料包括纤维，例如纺织纤维或单向纤维，所述纤维由基质材料粘合从而具有稳 定的几何形状来有助于处理，以使得基质材料变成固体但是仍能保持柔性和粘性。在具体 的实施方案中，基质材料是乙阶树脂;可以使用任意其他合适的替代类型的热固性或热塑 性基质材料，包括但是不限于双马来酰亚胺树脂(BMI)、酚醛树脂和聚乙烯脂。蒙皮14同样 由半固化片材料层组装。在具体的实施方案中，蒙皮14和纵梁16都由嵌入在环氧树脂材料 中的碳纤维形成。可以使用的替代纤维材料包括但是不限于玻璃和对-芳族聚酰胺 (Kevlar)纤维，所述替代纤维材料可以被以任意合适的形式来提供，包括但是不限于纺 织、非卷曲织物(NCF)和双向取向的形式。蒙皮14和/或纵梁16可以可替代地通过使用任意 其他适当方法来形成，包括但是不限于真空辅助树脂灌注结合干燥预成形。
[0046]如图3中所示，在具体的实施方案中，纵梁16是通过使用具有隆起28的阳模26来形 成的，所述隆起28具有与纵梁空腔12的形状互补的形状。阳模26在使用前被做好充分的准 备，包括例如利用网状材料和透气材料覆盖限定在其中的真空端口。
[0047]在具体的实施方案中对于复合材料的基质材料是不可渗透的或者是基本上不可 渗透的阻隔层30(即，防止或基本上防止基质材料在固化期间流动通过阻隔层并且在固化 后从复合材料是可释放的）被首先施加在模具26的隆起28上方，诸如来在所述隆起28的每 一侧上延伸。阻隔层30被以平滑的方式来施加，诸如来避免或限制在纵梁的内表面17中形 成皱纹。在其中内表面17在固化后必须具有光洁度的实施方案中，阻隔层30的与内表面17 相接触的表面对应地是平滑的。在具体的实施方案中，阻隔层30由彼此粘附的两个或更多 个层形成，例如，如图3A中所示，加强层30a与模具26接触，并且离型膜30b对于叠加和粘附 至加强层30a的基质材料是不可渗透的或者是基本上不可渗透的。在具体的实施方案中，离 型膜30b是聚氟乙烯(PVF)薄膜，诸如Tedkr?,并且加强层30a是由尼龙网制成的剥离层。在 另一个实施方案中，阻隔层30由对于基质材料是不可渗透的或者是基本上不可渗透的材料 的单个层形成，例如单层乙烯-四氟乙烯(ETFE)薄膜。能够形成阻隔层30的替代材料包括但 是不限于:两层或更多层的乙烯-四氟乙烯(ETFE)、尼龙带、其他类型的离型膜、聚四氟乙烯 (Teflon?)以及它们的组合，或者是提供相似程度的刚度的任意其他适当材料。
[0048]在示出的实施方案中，半固化片材料的层16a(见图3A)被随后施加在阻隔层30的 上方，直到达到所需的纵梁厚度。合适的工具被用来使每个层16a适形于由模具26的隆起28 所限定的轮廓，同时避免在层16a中形成皱纹或气泡。
[0049] -旦施加了全部层16a，并且在具体的实施方案中，在施加层16a期间例如通过将 装袋材料与施加在模具表面上的任意合适类型的密封材料(例如，粘性化合物、双面胶带） 进行接合并且限定围绕纵梁16的周界来间断地形成袋(未示出）来封闭纵梁16和模具26的 表面，并且使用合适的真空系统将所述袋放置在真空或负压下（即，相对于周围环境的压力 是减压）以压紧层16a。在具体的实施方案中，在施加阻隔层30与施加复合材料的第一层16a 之间、并且在施加层16a期间定期地(例如在施加每一个第二层之后)形成所述袋并将其放 置在减压下。
[0050] 在具体的实施方案中，在施加第一层16a期间加热模具26,其中当施加其他层16a 时并且当将层16a装袋时将热源关闭，并且在如上文所述地施加层16a的过程期间袋中的压 力被减小。在替代的实施方案中，在施加每个层16a期间加热模具26,并且在层16a的装袋和 加压期间关闭热源。在具体的实施方案中，在施加最后的层之后，将纵梁16装袋并保持在减 压下，同时将其进行加热用于最后的压紧。在已压紧组装的纵梁16之后，移除装袋材料。 [0051]纵梁可以通过使用任意其他合适的方法来可替代地形成和接合至阻隔层30,例如 通过将干燥预成形的层铺设在阻隔层30的上方并且执行真空辅助灌注来将粘合剂施加至 所述层。
[0052]仍然参考图3,在具体的实施方案中，随后将 离型膜32施加在纵梁16的外表面19的 上方，并且利用在其间延伸的离型膜32将阴模34接合至外表面19。如果需要修整，可将阴模 34加热至低于固化温度的温度以有助于修整，并且可以例如在已将热源关闭之后修整来自 层16a的过量材料。
[0053]参考图4,随后将纵梁16从模具26、34释放并移除外离型膜32,以使得纵梁16保留 了覆盖其内表面17的阻隔层30。
[0054] 参考图6,具有由阻隔层30所覆盖的其内表面17的纵梁16被安装有其与纵梁模具 36相接触的外表面19,将纵梁的本体部分18接收在模具36的对应的空腔中。应理解的是，在 本说明书中，术语"模具"意欲涵盖具有被配置来在组件的固化期间控制元件的表面的形状 限定的表面的任意工具，具有任意合适厚度并且被设计来控制元件的内模具线（IML)或外 模具线(0ML)表面的任意工具，包括但是不限于通常被称为隔板的压力垫。
[0055] 纵梁模具36在接收纵梁16之前被适当地处理，例如，在具体的实施方案中，在将纵 梁16接收在模具中之前可将密封剂和脱模材料施加至模具36。将覆盖底座部分20的部分阻 隔层30折叠到纵梁空腔中，诸如来暴露出底座部分20的内表面。例如通过将装袋材料与施 加在模具36的表面上的密封材料(例如，粘性化合物、双面胶带)进行接合并限定围绕纵梁 16的周界来形成袋(未示出）来封闭纵梁和模具36的表面，并且通过使用合适的真空系统将 所述袋中的压力减小持续预先确定的时间段来抵靠模具压紧纵梁16。在具体的实施方案 中，在两个或更多个递增步骤中施加减压，在所述步骤之间手动定位所述袋以最小化起皱。 [0056]仍然参考图6,将装袋材料移除并且随后利用包括心轴38的支撑组件来填充纵梁 空腔，所述心轴38例如由泡沫材料制成、被接收在管状薄膜袋40中并且具有与复合构件10 中的空腔12的形状互补的形状。心轴38例如通过袋的开口端是从袋40可移除的。在具体的 实施方案中，心轴38由低密度聚氨酯泡沫制成。可替代地，可以使用提供低密度、柔性和合 适的形状记忆的任意其他材料。在具体的实施方案中，管状袋40被挤出或与形成连续周界 的壁一起被共挤出（如果由超过一种材料制成）。可以被用来制造袋40的替代方法包括但是 不限于焊接薄膜材料。在具体的实施方案中，袋40与尼龙的内层和乙烯-四氟乙烯(ETFE)的 外层一起被共挤出。
[0057]在具体的实施方案中对于基质材料是不可渗透的或者是基本上不可渗透的第二 阻隔层42在管状袋40的在两个底座部分20之间暴露出的并且不由第一阻隔层30所覆盖的 部分上方延伸。第一阻隔层30和第二阻隔层42相对于彼此是可移动的，这在具体的实施方 案中避免或减少束缚管状袋40。如将在下文中进一步描述的，管状袋40和心轴38纵向延伸 超过模具36。
[0058]在具体的实施方案中，并且如图5中所示，将第二阻隔层42粘附至空的管状袋40的 表面，并且随后将心轴38插入管状袋40内。第二阻隔层42可以以带的形式来提供。在具体的 实施方案中，第二阻隔层42由乙烯-四氟乙烯(ETFE)带形成。可替代地，类似于第一阻隔层 30,第二阻隔层42可以包括与管状袋相接触的加强层和在加强层上方的离型膜，和/或可以 被提供成附接到蒙皮14。替代的实施方案也是可能的，包括上文中描述用于阻隔层30的全 部替代材料，包括但是不限于聚四氟乙烯(Teflon?)。
[0059] 参考回图6,将未固化材料的呈条粒44形式的结构加强件安装在底座部分20的邻 近底座部分20与本体部分18之间的接合点的部分的上方。在具体的实施方案中，安装条粒 44尽管其具有不同于在固化复合构件10中的它们的横截面的初始横截面;例如安装条粒44 尽管其具有矩形横截面，所述矩形横截面在加压期间变形和/或固化来适形于底座部分20 与本体部分18之间的接合点的轮廓。在具体的实施方案中，条粒44由复合材料制成，包括接 收在环氧树脂中的玻璃纤维。可以被用于条粒44的替代材料包括但是不限于:与用于元件 (蒙皮14和纵梁16)的树脂相容的任意材料，所述材料可以包括短纤维、表面膜、粘附膜、泡 沫粘附剂、单向碳或纺织碳、玻璃或对-芳族聚酰胺合成（Kevlar?)纤维等。
[0060] 参考图7-图7A，例如通过类似于上文针对纵梁16所描述的过程的装袋和真空过程 来将例如由半固化片材料的多个叠加层14a所制成的蒙皮14压紧在模具46的表面上。将两 个模具36、46放在一起以使得纵梁16的底座部分20与蒙皮14直接接触，其中第二阻隔层42 防止管状袋40与蒙皮14之间的直接接触。将条粒44部分地压缩在纵梁16与蒙皮14之间。如 图9中可以看出的，蒙皮模具46纵向延伸超过纵梁模具36。
[0061] 参考图8-图9,将组件装袋用于固化。根据需要安装透气材料和离型膜(未示出）； 例如，在具体的实施方案中，其中模具36、46将以其他方式与彼此直接接触，将透气材料提 供在真空端口的上方、提供在蒙皮模具46与管状袋40的延伸超过纵梁模具36的部分之间 等，并且将离型膜与透气材料安装在纵梁模具36与暴露出的蒙皮14的上方以防止它们与形 成固化袋的装袋材料48的直接接触。在装袋前可将另外的元件提供给组件;在组装模具36、 46之前或之后，可将例如在固化的复合板10中形成部分蒙皮14和/或纵梁16的结构插入物、 网状材料等施加在未固化的蒙皮14和/或纵梁16的上方。
[0062]装袋材料48将纵梁模具36与蒙皮14封闭，并且是处于与蒙皮模具46和与管状袋40 的密封接合中，诸如来限定包含纵梁16和蒙皮14的密封的空腔。在示出的实施方案中，这是 通过使装袋材料48与密封材料50 (例如，粘性化合物、双面胶带)接合来实现的，所述密封材 料50被施加在蒙皮模具46的表面上并且围绕每个管状袋40与纵梁模具36间隔开，诸如来限 定围绕纵梁模具36的周界。通过使用合适的真空系统，密封空腔中的压力被减小。
[0063] 一旦密封空腔处于真空或减压下，将心轴38通过开口端从管状袋40移除。在具体 实施方案中如图10中所示的没有心轴的最终的组件准备好例如在高压釜中进行固化。在具 体的实施方案中，一旦移除心轴38,密封空腔中的压力被进一步减小。
[0064]在具体的实施方案中，心轴38在组装、装袋和加压过程期间允许空腔12维持其形 状，并且在固化前移除心轴38能够允许将更便宜的材料用来制造心轴38和/或有助于再使 用心轴38用于其他的组件。在具体的实施方案中，合作来围绕管状袋40并且来防止复合材 料与管状袋40之间的直接接触的相对可移动的阻隔层30、42能够减少空腔12的表面上的表 面缺陷，从而与将利用与管状袋40直接接触的复合材料或者利用围绕管状袋40的管状离型 膜来生产的表面质量相比，能够允许更好的表面质量。直接在阻隔层上形成至少一个元件 (例如，纵梁16)能够允许用于那个元件的更平滑的表面光洁度，从而减少在元件与阻隔层 之间的界面处形成皱纹或其他纹理的风险。
[0065] 如上所述，尽管所述方法已特定参考纵梁和蒙皮组件来进行描述，可将所述方法 施加到由有待共同固化的复合元件所形成的具有被限定在元件之间的空腔的任意构件。
[0066] 尽管本文所述的方法和系统已参考以特定顺序执行的特定步骤来进行描述和示 出，但应当理解的是，在不背离本发明的教义的情况下，可将这些步骤组合、细分或重新排 序以形成等效的方法。因此，所述步骤的顺序和分组并不是对本发明的限制。
[0067] 对本发明的上述实施方案的修改和改进可以对本领域那些技术人员变得明显。前 述说明意图是示例性而非限制性的。因此，本发明的范围意图仅仅由附加的权利要求书的 范围来限制。
【主权项】
1. 一种制备复合元件的方法，所述复合元件有待用于形成具有纵向延伸的空腔的复合 组件，所述方法包括： 在所述复合元件的表面上铺设阻隔层，当形成所述复合组件时所述表面限定了所述纵 向延伸的空腔的至少部分； 将支撑组件抵靠所述阻 隔层定位，所述支撑组件包括心轴和薄膜袋，所述薄膜袋在所 述心轴的所述表面上延伸以便将所述薄膜袋抵靠所述阻隔层定位； 通过与所述薄膜袋的密封接合来形成包含所述复合元件的密封包裹体； 减小所述密封包裹体内的压力；以及 将所述心轴与所述薄膜袋分离，同时维持所述薄膜袋抵靠所述阻隔层定位。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述阻隔层对于所述复合元件的基质材料是不可渗 透的或者是基本上不可渗透的。3. 如权利要求1或2所述的方法，其还包括将所述阻隔层粘附至所述复合元件的所述表 面。4. 如权利要求1至3中任一项所述的方法，其还包括将模具定位在所述复合元件的与所 述阻隔层所铺设的所述表面对置的表面上。5. 如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述复合元件未固化并且具有稳定的几 何形状。6. 如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述心轴与所述薄膜袋分离包括从所 述空腔移除所述心轴，所述方法还包括在从所述空腔移除所述心轴之后将所述复合组件固 化。7. 如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述阻隔层包括聚氟乙烯薄膜，所述聚 氟乙烯薄膜与所述复合元件的粘合至与所述薄膜袋相接触的网状加强层的所述表面相接 触。8. 如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述阻隔层包括乙烯-四氟乙烯共聚物。9. 如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述心轴具有与所述空腔的所述至少部 分的形状互补的形状。10. 如权利要求1至9中任一项所述的方法，其还包括将所述复合元件与第二复合元件 进行组装，以便形成围绕所述支撑组件的所述复合组件，其中所述心轴的所述形状与所述 空腔的形状互补，所述空腔是由所述复合元件与所述第二复合元件的组合所限定的。11. 如权利要求10所述的方法，其还包括将第二阻隔层设置在所述第二复合元件与所 述支撑组件之间。12. 如权利要求11所述的方法，其中在将所述心轴接收在所述薄膜袋中之前，将所述第 二阻隔层施加至所述薄膜袋的外表面。13. 如权利要求11或12所述的方法，其中所述第二阻隔层包括聚氟乙烯薄膜，所述聚氟 乙烯薄膜与所述第二复合元件的粘合至与所述薄膜袋相接触的网状加强层的内表面相接 触。14. 如权利要求11或12所述的方法，其中所述第二阻隔层包括乙烯-四氟乙烯共聚物。15. 如权利要求10至14中任一项所述的方法，其中所述第二复合元件未固化并且具有 稳定的几何形状。16. 如权利要求10至15中任一项所述的方法，其还包括:在将所述复合元件与所述第二 复合元件进行组装之前，在所述复合元件与所述第二复合元件之间在接合点处施加未固化 材料的条粒，并且其中减小所述密封包裹体内的所述压力包括修改每个条粒的横截面形 状。17. 如权利要求10至16中任一项所述的方法，其中所述复合元件是纵梁，所述第二复合 元件是蒙皮，并且所述复合组件是加劲板。18. 如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中在所述复合元件的所述表面上铺设所 述阻隔层包括： 将所述阻隔层施加在限定在阳模的表面中的隆起的每一侧的上方并且在所述每一侧 上延伸； 将多个复合材料层施加在所述相应的阻隔层的上方以形成具有适形于所述隆起的至 少一部分的所述复合元件； 形成包含所述复合元件和所述阳模的所述表面的袋并且减小所述袋内的压力； 从所述袋和所述阳模释放所述复合元件。19. 如权利要求18所述的方法，其还包括:在施加所述多个层之前形成包含所述阻隔层 和所述阳模的所述表面的袋，并减小所述袋内的压力。20. 如权利要求18或19所述的方法，其还包括:在将一些连续的所述层施加在所述阻隔 层上方之间至少一次形成包含所述层和所述阳模的所述表面的袋，并减小所述袋内的压 力。21. -种形成包括至少一个纵梁和蒙皮的复合板的方法，所述方法包括： 对于所述至少一个纵梁中的每一个： 形成具有在两个底座部分之间延伸的本体部分的所述纵梁，所述本体部分具有由第一 阻隔层覆盖的凹形内表面并且限定了纵梁空腔，以及 利用相应的心轴来填充所述纵梁空腔，通过将所述管状袋抵靠所述第一阻隔层定位来 将所述相应的心轴接收在相应的管状袋内； 在每个纵梁空腔由所述相应的心轴填充的情况下，使每个纵梁的所述底座部分与所述 蒙皮相接触同时防止所述相应的管状袋和所述蒙皮与第二阻隔层之间的接触； 通过外袋材料与每个纵梁的所述相应的管状袋的密封接合来形成包含所述蒙皮和每 个纵梁的密封包裹体； 减小所述密封包裹体内的压力；以及 从所述相应的管状袋移除每个纵梁的所述相应的心轴，同时维持所述相应的管状袋抵 靠所述阻隔层定位。22. 如权利要求21所述的方法，其还包括:利用纵梁模具支撑每个纵梁的外表面，并且 利用蒙皮模具支撑所述蒙皮。23. 如权利要求21或22所述的方法，其还包括:在从所述相应的管状袋移除每个纵梁的 所述相应的心轴之后，加热所述复合板以将所述至少一个纵梁和/或所述蒙皮固化，同时将 所述密封包裹体维持在减压下。24. 如权利要求21至23中任一项所述的方法，其中对于每个纵梁，在将所述相应的心轴 接收在所述相应的管状袋中之前，将所述第二阻隔层施加至所述相应的管状袋的表面。25. -种用于形成具有限定在其中的纵向空腔的复合构件的组件，所述组件包括： 至少两个互补复合元件，所述至少两个互补复合元件与彼此直接接触，其中所述复合 元件中的至少一个是处于未固化状态中，所述元件中的每一个具有限定了所述空腔的部分 表面的内表面和对置的外表面，所述元件中的每一个的所述内表面由相应的阻隔层覆盖； 支撑组件，所述支撑组件被接收在所述空腔中，所述支撑组件包括接收在管状袋中的 心轴，其中由所述相应的阻隔层防止了所述管状袋与所述元件中的每一个的所述内表面之 间的接触，所述心轴具有与所述空腔的横截面形状互补的横截面形状并且从所述管状袋是 可移除的；以及 装袋材料，所述装袋材料与所述管状袋密封接合并且与其限定了包含所述元件的密封 空腔； 其中当所述密封空腔相对于周围环境是处于减压下时，所述心轴保持从所述管状袋是 可移除的。26. 如权利要求25所述的组件，其中所述阻隔层相对于彼此自由移动。27. 如权利要求25或26所述的组件，其还包括支撑所述元件中的每一个的所述外表面 的相应的模具。28. 如权利要求25至27中任一项所述的组件，其中所述至少两个互补元件包括蒙皮和 纵梁，将所述纵梁的所述相应的阻隔层粘附至所述纵梁的所述内表面。29. 如权利要求28所述的组件，其中将所述蒙皮的所述相应的阻隔层粘附至所述管状 袋的表面。30. 如权利要求25至29中任一项所述的组件，其中所述相应的阻隔层中的至少一个包 括连接到网状加强层的聚氟乙烯薄膜。31. 如权利要求25至29中任一项所述的组件，其中所述相应的阻隔层中的至少一个包 括乙烯-四氟乙烯共聚物32. 如权利要求25至31中任一项所述的组件，其中所述心轴由泡沫材料制成。
【专利摘要】公开了一种制备复合元件的方法，所述复合元件用于形成具有空腔的复合组件。所述方法包括在所述复合元件的表面上铺设阻隔层，所述表面限定了所述空腔的至少部分。将包括心轴(38)和在所述心轴的所述表面上延伸的薄膜袋(40)的支撑组件与所述薄膜袋一起抵靠所述阻隔层定位。通过与所述薄膜袋的密封接合来形成包含所述复合元件的密封包裹体。减小所述密封包裹体内的压力，并且将所述心轴与所述薄膜袋分离，同时维持所述薄膜袋抵靠所述阻隔层定位。在一个实施方案中，所述元件是纵梁并且抵靠蒙皮定位。还提供了一种用于形成复合构件的组件。
【IPC分类】B29C70/34, B29C33/48, B29L24/00, B29C33/76, B29C70/44
【公开号】CN105555510
【申请号】CN201480049860
【发明人】路易斯·费尔南德斯, 马克·勒米厄, 尤恩·欧里, 阿卜杜拉蒂夫·阿塔尔西亚
【申请人】庞巴迪公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年9月10日
【公告号】CA2923891A1, EP3043983A1, WO2015036940A1
最新回复(0)