[發明專利]熱塑性復合材料的帶材鋪敷方法

無效

• 申請號: 200980114466.1
• 申請日: 2009-04-09
• 公開（公告）號: CN102015260A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 彼得·比爾查爾
• 申請（專利權）人: 空中客車操作有限公司
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29C70/38;B29C33/38
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 丁香蘭;龐東成

背景技術

目前，復合材料在各種適用領域中通常被用作結構材料。這樣的領域之一即航空業，在航空業中結構復合材料用于形成比例越來越高的航空器結構件。本說明書中，復合材料被認為是以纖維或網(最常見的是碳纖維，但也可以是其它材料的纖維或金屬網)增強的聚合物基體。復合材料傾向于屬于下述兩類主要材料之一，所述兩類主要材料為具有熱塑性基體的復合材料和具有熱固性基體的復合材料。熱固性復合材料需要被固化，固化是通常通過加熱和可選地加壓而使聚合物基體的化學結構發生不可逆變化的工藝。一經固化，熱固性復合材料就會具有其最終的剛性、硬度和強度性質，而不能回復至其未固化的可塑狀態。相反，熱塑性復合材料不需要固化，在冷卻時具有其所需的結構性質，并在加熱時軟化。熱塑性復合材料可以反復通過加熱而軟化和通過冷卻而硬化，因為當被加熱時它們基本進行物理變化而非化學變化。

熱塑性和熱固性復合材料都可以形成被稱作帶材的薄的柔性片材或條帶。這使復合材料組件可以通過將復合材料帶材鋪敷在模具中而形成，組件的厚度可以根據所鋪敷的復合材料帶材的層數而局部有所不同，此外也可以控制一層或多層帶材的方向，從而控制所形成的復合材料組件的最終結構性質。所鋪敷的組件然后要被“固化”，固化是下述工藝：對于上述兩種復合材料而言，都涉及加熱復合材料結構件以使熱固性或熱塑性基體達到充分程度的軟化，從而形成單一的成為一體的基體，和對軟化的基體施加充分的壓力以從基體中排出任何殘存的空氣。

對于最終結構性質而言，相對于熱固性復合材料，熱塑性復合材料具有更高的抗沖擊性和抗損傷性，并且通常更堅韌和更耐化學侵蝕，所有這些都是航空應用中的優選性質。此外，由于熱塑性復合材料可以反復再加熱和再成型，因此本身是可再循環的，這是日益重要的一個考慮因素。

然而，熱固性復合材料帶材具有一個通常與鋪敷工序相關的性質，所述性質使其成為用于航空復合材料組件中的可選擇的材料。該性質為熱固性帶材本身是粘性的，或者說具有粘性。這種粘性使熱固性帶材可以粘附于航空業中復合材料組件通常所需的兩個復雜形狀的模具表面上，并且對于熱固性帶材的分離的層而言，一旦已將初始層鋪敷于模具表面上，就可以相互粘附，由此使鋪敷工序的物理操作較為容易和方便。

相反，熱塑性復合材料不具有粘性。因此，在鋪敷工序過程中，使熱塑性復合材料帶材粘附于復雜模具的表面是成問題的。現有的鋪敷技術將局部固化和熱塑性復合材料的熔融結合起來，以使初始層、基層能夠疊合起來，只要基層牢牢地固定于模具的表面即可。以前提出的該問題的解決方法包括將單獨的雙面膠帶作為初始層應用于模具表面，然后于其上粘附第一層熱塑性復合材料帶材。類似地，還提出過對模具的表面噴灑粘合劑。雖然所提出的這兩種解決方案都可使第一層熱塑性復合材料帶材成功地貼附于復雜形狀的模具表面，但是，它們帶來了其自身的問題，即，當鋪敷工序完成時如何隨后從模具中取出所形成的復合材料組件的問題，因為此時組件已有效地連接于模具表面。因此，盡管熱塑性復合材料可提供較好的物理性質，目前仍優選使用熱固性復合材料。

發明內容

本發明的第一方面提供了一種將熱塑性復合材料鋪敷在模具中的方法，所述方法包括：提供具有模具表面的模具，該模具的至少一部分包含多孔材料；對該多孔材料施加負壓以在模具表面處產生負壓；將熱塑性復合材料的初始層鋪敷在該模具表面上，由此憑借模具表面處的負壓使熱塑性復合材料貼靠在模具表面上；和固化該熱塑性復合材料，所述固化步驟包括加熱該熱塑性復合材料。

優選的是，多孔材料包含微孔金屬，例如可加工的微孔鋁等。

作為補充或另外一種選擇，固化熱塑性復合材料的步驟可以包括局部加熱該材料。優選的是，局部加熱步驟包括激光熔接該熱塑性復合材料。

作為補充或另外一種選擇，所述方法還可以包括隨后鋪敷和固化該熱塑性復合材料的后繼的層。

作為補充或另外一種選擇，所述方法還可以包括，在固化步驟之后，通過多孔材料對模具表面施加正壓，以將該固化的熱塑性復合材料從模具上剝離下來。

熱塑性復合材料可以以帶材形式提供，并可因此使用自動帶材鋪敷技術來鋪敷。

對多孔材料施加負壓的步驟可以包括對除了模具表面之外的多孔材料的一部分施加至少部分真空。

模具可以包含至少一個由非多孔材料形成的區域，所述區域形成模具表面的一部分。

附圖說明

下面將參照以下附圖，通過僅為非限制性的說明性實施例來描述本發明的實施方式：

圖1示意性地說明了本發明的實施方式的微孔模具的使用。

具體實施方式