專利名稱：用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備和方法，并且更特別涉及 用于在高壓釜外進(jìn)行制造的設(shè)備和方法，其效果可與包括在高壓釜中的固 化步驟的方法相比。
背景技術(shù)：
由于其高抗力和高抗力-重量比，復(fù)合材料在各種工業(yè)，如航空工業(yè)、 航海工業(yè)、汽車工業(yè)或體育產(chǎn)業(yè)中的多種用途日益變得更加引人注意。
在所述工業(yè)中最廣為應(yīng)用的復(fù)合材料是由預(yù)浸漬材料或"預(yù)浸料坯" 形式的嵌入熱固性或熱塑性樹脂中的纖維或纖維束組成的。
復(fù)合材料是由多個(gè)預(yù)浸漬材料層形成的。每層預(yù)浸漬材料是由纖維或 纖維束形成的，所述纖維或纖維束能夠交聯(lián)從而形成不同的構(gòu)造型式，或 者能夠朝向單一方向從而形成單向帶材。這些纖維或纖維束用樹脂(熱固 性或熱塑性樹脂)浸漬，所述樹脂在許多情況下是部分聚合的。
目前，并且主要在航空工業(yè)中，主要基于環(huán)氧樹脂和碳纖維的有機(jī)、 連續(xù)纖維基體的復(fù)合材料被大量地使用。
此類工件的使用一直在增加，特別是在航空領(lǐng)域，直至達(dá)到目前情況， 其中環(huán)氧樹脂和碳纖維基體的復(fù)合材料可以被認(rèn)為是最廣泛地用于多種 結(jié)構(gòu)元件中的選擇。這種情況己促進(jìn)并繼續(xù)促進(jìn)著能夠以重復(fù)的方式和適 當(dāng)?shù)闹圃斐杀局苽渚哂兴栀|(zhì)量的元件的制造方法的開發(fā)。
關(guān)于用于"構(gòu)造"復(fù)合材料的工件的預(yù)浸漬材料層的安置，根據(jù)可用 于其放置的方式存在數(shù)種方法，特別是手動(dòng)層疊和自動(dòng)層疊。
在手動(dòng)層疊中，操作者按所需的取向和尺寸擺放不同的預(yù)浸漬材料層。
在自動(dòng)層疊中，機(jī)器人系統(tǒng)負(fù)責(zé)按所需的取向和位置擺放不同的預(yù)浸 漬材料層，并在特定的長(zhǎng)度將其切斷。根據(jù)所使用的預(yù)浸漬材料和其層疊的寬度，在自動(dòng)層疊中存在兩種基 本類型
-ATL (自動(dòng)堆放)機(jī)器人系統(tǒng)定位或?qū)捇蛘瓗Р男问降念A(yù)浸漬的材 料，以覆蓋平面的或具有單一曲線的表面。
-FP (纖維放置)機(jī)器人系統(tǒng)定位極窄的帶材組，以覆蓋具有雙曲線 的表面。
用于從這種多層(層壓體)制造復(fù)合材料的方法通常需要壓制，以獲 得所需的纖維體積并且消除來自所述復(fù)合物的空穴和截留的空氣，還需要 固化加工，通過該固化加工獲得浸漬纖維的樹脂的聚合物鏈的交聯(lián)。
這些工件常規(guī)地是通過施加壓力和真空(作為壓制方法)以及施加熱 (作為獲得聚合物鏈交聯(lián)的方法)的方法制造的，特別是在內(nèi)部建立了受 控氣氛的高壓釜內(nèi)。
從預(yù)浸漬的材料制造工件所投入的時(shí)間是對(duì)每個(gè)必需工序所投入的 時(shí)間的總和層疊形成工件的預(yù)浸漬材料連續(xù)層，施加真空(作為壓制方 法的一種)以及在高壓釜內(nèi)部在壓力(壓制)和熱(聚合物鏈的交聯(lián))的 作用下使工件固化。總時(shí)間通常是增加的，并且層疊的復(fù)雜性和層的數(shù)目 越大，則總時(shí)間增加得越多。
另一個(gè)需要考慮的方面是制造復(fù)合材料的工件的高成本，特別是高壓 釜所需的能量的高成本。
因此，工業(yè)上不斷地要求能夠降低制造復(fù)合材料的工件所必需的時(shí)間 和能量的新方法。
本發(fā)明旨在滿足此要求。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明提供用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)
備，所述設(shè)備包含以下元件
-可移動(dòng)臺(tái)，其包括具有要被制造的工件的形狀的上表面。
-在所述臺(tái)上的可移動(dòng)頭部，其配置有用于放置預(yù)浸料坯形式的復(fù)合材
料的帶或粗紗的自動(dòng)裝置、壓制復(fù)合材料的裝置和用于發(fā)射微波使復(fù)合材
料固化的裝置。在第二個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于在高壓釜外制造復(fù)合材料 的工件的方法，所述方法包括以下步驟
-將預(yù)浸料坯的帶或粗紗形式的復(fù)合材料放置在所述設(shè)備的臺(tái)上，在其 放置后對(duì)其進(jìn)行壓制和部分固化，直至完成工件的一層。
-重復(fù)以上步驟，直至完成工件的層疊。
-使工件的最后一層固化。
在第三方面中，本發(fā)明提供用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的方 法，所述方法包括以下步驟
-將預(yù)浸料坯的帶或粗紗形式的復(fù)合材料放置在所述設(shè)備的臺(tái)上，在其 放置后對(duì)其進(jìn)行壓制，直至完成工件的一層。
-重復(fù)以上步驟，直至完成工件的層疊。
-通過使用微波發(fā)射器在工件表面上局部施加熱，使工件固化。 對(duì)本發(fā)明來說，應(yīng)當(dāng)將復(fù)合材料理解為有機(jī)基體(環(huán)氧、雙馬來酰亞
胺、聚酰亞胺、苯酚、乙烯基酯...)和連續(xù)增強(qiáng)材料纖維(碳、陶瓷、玻
璃、有機(jī)物、聚芳酰胺、PBO...)的任何材料。
從以下參照附圖對(duì)其對(duì)象的說明性實(shí)施方案進(jìn)行的詳細(xì)描述中，本發(fā)
明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將被理解。


圖1顯示本發(fā)明的設(shè)備的頭部的示意圖。
圖2和圖3顯示本發(fā)明的設(shè)備的示意性透視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖中所示的優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的設(shè)備9包括具有上表面13 的層疊臺(tái)11和在臺(tái)架17上支撐的頭部15，所述上表面13包含具有要被 制造的工件的形狀的區(qū)域。所述臺(tái)11包括允許上表面13沿所述臺(tái)移動(dòng)并 圍繞位于其中心部分的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，并且臺(tái)架17包括使得頭部15可以 沿臺(tái)11的寬度移動(dòng)的裝置。
頭部15包括
-用于放置預(yù)浸料坯形式的復(fù)合材料帶19的自動(dòng)裝置，其包括預(yù)浸漬的材料的巻軸31、導(dǎo)向葉片元件33、加熱的壓制輥35和隔離紙的巻軸37。 -用于壓制預(yù)浸料坯層的壓制裝置，其包括加熱的和/或冷卻的壓制輥
39和超聲壓制元件41。 -微波發(fā)射裝置25。
構(gòu)造設(shè)備9，使得 一方面頭部15能夠被安置在臺(tái)11上方的不同高 度，而另一方面能夠開動(dòng)全部或部分的所述裝置。因此，例如設(shè)備9能夠 被裝配成使得用于放置帶19的自動(dòng)裝置、壓制裝置和微波發(fā)射裝置25被 開動(dòng)，這通常發(fā)生在層疊工件的過程中，或者設(shè)備能夠被裝配成使得僅有 微波發(fā)射裝置25被開動(dòng)，這發(fā)生在需要用于使工件固化的獨(dú)立操作時(shí)。
然而，設(shè)備9被構(gòu)造成使得上述裝置的排布能夠被改變，從而它們能 夠以不同的順序運(yùn)轉(zhuǎn)。
在此方面， 一種可能的排布是這樣一種排布，其中運(yùn)轉(zhuǎn)的順序如下 首先是用于放置帶的自動(dòng)裝置，第二是壓制裝置，第三是微波發(fā)射裝置25。 在這種情況下，微波發(fā)射裝置使處于被層疊過程中的層固化。
在一種作為選擇的排布中，運(yùn)轉(zhuǎn)的順序如下首先是微波發(fā)射裝置25，
第二是用于放置帶的自動(dòng)裝置，第三是壓制裝置。在這種情況下，微波發(fā) 射裝置使處于被層疊過程中的層下面的層固化。
設(shè)備9的不同部件的特征，特別是微波發(fā)射器25所需的功率將根據(jù) 要被制造的工件的特征，并且特別是其厚度而變化。因此微波發(fā)射器25 必須足夠靈活以在不同功率下工作，以便能夠在材料固化的整個(gè)過程中改 變發(fā)射的功率。
僅作為說明性的實(shí)施例，以下指出設(shè)備9的優(yōu)選實(shí)施方案的某些特征 -最高層疊速度(頭部15能夠被移動(dòng)的最高速度)70m/min。 -微波發(fā)射器25的功率在0.1 kW和10 kW之間。 -超聲壓制元件41的頻率在20 kHz和40 kHz之間。 本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備9可以具有用于上述不同裝置的單一控
制面板，從而簡(jiǎn)化了其操作和控制。
下面描述的是本發(fā)明的方法，其目的是將不同技術(shù)，特別是以下技術(shù)
一起使用，用于"在高壓釜外"制造復(fù)合材料的工件 -用于層疊復(fù)合材料的FP或ATL。-用于在復(fù)合材料的不同層之間獲得合適的壓制的超聲。 -用于獲得復(fù)合材料的聚合物鏈的交聯(lián)的微波。 在第一個(gè)實(shí)施方案中，按以下描述進(jìn)行本發(fā)明的方法 工件的制造開始于放置第一層材料。在此操作中，使用例如上述設(shè)備
9，使位于巻軸31上的預(yù)浸料坯通過朝向壓制輥35的葉片系統(tǒng)33，壓制 輥35將預(yù)浸料坯定位在層疊臺(tái)11的上表面13上面。將與預(yù)浸料坯相伴 的隔離紙纏繞在巻軸37上。然后，壓制輥39和超聲元件41在放置于層 疊臺(tái)11上的預(yù)浸料坯帶19上進(jìn)行壓制操作。然后，使用微波發(fā)射器25 使材料固化到一定程度。通過適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)設(shè)備9的頭部15進(jìn)行此操作， 直至對(duì)應(yīng)工件的一層的全部材料被放置、壓制和部分固化。
因?yàn)榇藢颖仨毦哂幸欢ǔ潭鹊恼承裕瑥亩軌驅(qū)⑾乱粚舆m當(dāng)?shù)胤胖迷?其上面，所以不能使此層完全地固化。
以與第一層類似的方式(ATL或FP、壓制輥、US)放置下一層，并 且微波發(fā)射器25的作用將導(dǎo)致第二層還有第一層的部分固化。
因此，不同層的放置將導(dǎo)致之前的層的連續(xù)固化循環(huán)，直至達(dá)到所需 的固化度。最后，為了在放置最后一層后使最后一層獲得適當(dāng)?shù)墓袒?須通過微波發(fā)射器25作用的方式進(jìn)行特別的固化循環(huán)。
在本方法的一個(gè)實(shí)施方案中，使用ATL頭部以2 m/min的速度使80 mm寬的預(yù)浸料坯帶層疊，壓制元件的頻率是20kHz，并且微波發(fā)射器的 功率是O.l kW。
在本發(fā)明的方法的第二實(shí)施方案中，在層疊完成時(shí)即進(jìn)行不同層的固化。
因此，如果使用設(shè)備9，則以與上述相同的方式使形成工件的不同層 層疊，并且使用加熱輥39和超聲壓制元件41使其依次被壓制。
一旦具有適當(dāng)?shù)某叽绾腿∠虻娜繌?fù)合材料層被層疊，即使用微波發(fā) 射器25將它們固化，使用頭部15進(jìn)行必需的次數(shù)，直至獲得所需的聚合 物鏈的聚合。
可以將包含在由后附權(quán)利要求所限的范圍內(nèi)的任何變化結(jié)合到上述 優(yōu)選實(shí)施方案中。
權(quán)利要求
1. 一種用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，所述設(shè)備的特征在于其包括a)層疊臺(tái)(11)，所述層疊臺(tái)(11)具有可移動(dòng)的上表面(13)，所述上表面具有要被制造的工件的形狀；b)可移動(dòng)頭部(15)，所述可移動(dòng)頭部(15)在所述層疊臺(tái)(11)上，配置有以下裝置b1)自動(dòng)裝置，所述自動(dòng)裝置用于放置預(yù)浸料坯形式的復(fù)合材料的帶(19)或粗紗；b2)壓制裝置，所述壓制裝置用于壓制所述復(fù)合材料；b3)微波發(fā)射裝置(25)，所述微波發(fā)射裝置(25)用于使所述復(fù)合材料固化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，其特征在于將其構(gòu)造為使得所述頭部(15)和所述層疊臺(tái)(11)的所述上表面(13)的移動(dòng)允許所需工件的層疊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，其特征在于將其構(gòu)造為所述上表面(13)能夠圍繞位于其中心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿所述層疊臺(tái)(11)移動(dòng)，并且所述頭部能夠沿所述層疊臺(tái)(11)的整個(gè)寬度移動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，其特征在于所述壓制裝置包括輥(39)和超聲元件(41)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，其特征在于將所述頭部構(gòu)造為使得其能夠與所提到的裝置的任何操作狀態(tài)相配。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，其特征在于將所述頭部構(gòu)造為使得所提到的裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)順序能被改變。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，其特征在于將所述頭部構(gòu)造為使得所提到的裝置之間的距離能被改變。
8. —種用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟.-a) 將預(yù)浸料坯的帶或粗紗形式的所述復(fù)合材料放置在具有要被制造的工件的形狀的設(shè)備上，在其放置后對(duì)其進(jìn)行壓制和部分固化，直至完成所述工件的一層；b) 重復(fù)步驟a)，直至完成所述工件的層疊；c) 使所述工件的最后一層固化到所需的固化度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的方法，其特征在于在步驟a)和b)中，在放置所述復(fù)合材料后，通過使用微波發(fā)射器向所述復(fù)合材料局部施加熱的方式進(jìn)行所述復(fù)合材料的固化。
10. —種用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟a) 將預(yù)浸料坯的帶或粗紗形式的所述復(fù)合材料放置在具有所述工件的形狀的設(shè)備上，在其放置后對(duì)其進(jìn)行壓制，直至完成所述工件的一層；b) 重復(fù)步驟a)，直至完成所述工件的層疊；c) 通過使用微波發(fā)射器在所述工件表面上局部施加熱的方式使所述工件固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的設(shè)備(9)，所述設(shè)備包含以下部分層疊臺(tái)(11)；位于所述層疊臺(tái)(11)上的可移動(dòng)的頭部(15)，所述可移動(dòng)的頭部配置有用于放置復(fù)合材料帶(19)的自動(dòng)裝置；用于壓制所述復(fù)合材料的壓制裝置和使所述復(fù)合材料固化的微波發(fā)射裝置(25)。本發(fā)明還涉及一種用于在高壓釜外制造復(fù)合材料的工件的方法，所述方法包括以下步驟a)將帶形式的復(fù)合材料放置在設(shè)備上，所述設(shè)備具有要被制造的工件的形狀，在復(fù)合材料放置后對(duì)其進(jìn)行壓制和部分固化，直至完成所述工件的一層，；b)重復(fù)步驟a)，直至完成所述工件的層疊；c)使所述工件的最后一層固化，直至所需的固化度。
文檔編號(hào)B29C70/34GK101511566SQ200680055872
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者亞松森·布特拉格尼奧·馬丁內(nèi)斯, 何塞·桑切斯·戈麥斯, 拉斐爾·阿維拉·多明格斯 申請(qǐng)人:空客西班牙公司