[發明專利]用于形成厚熱塑性復合結構的方法和設備

有效

• 申請號: 201380055107.X
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN104755252A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: R·D·威爾克森;J·R·福克斯
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C43/30;B29C53/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

技術領域

公開的實施方式大體地涉及制造復合層合物，更特別地，涉及用于形成厚熱塑性復合結構的方法和設備。

背景技術

可通過組裝預浸漬層片的疊堆并且將層片疊堆固結成成品部件來制造纖維增強型熱塑性層合物。通過將層片加熱至它們的熔融溫度并且使用傳統壓制模制、連續壓制模制或其它技術將層片堆疊模制成所需的部件形狀來實現固結。在模制期間，層片能彼此相對滑動允許層片堆疊變化形狀并且適形于模制工具的幾何形狀。可使用連續壓制模制而沒有困難地制造包括相對較少預浸漬層片的薄熱塑性層合物，部分地因為熔融熱塑性物所需的熱相對快速地貫穿層合物的整個厚度。

然而，當制造較厚的熱塑性復合層合物(尤其是具有復雜幾何形狀的層合物)時，會出現問題。當在固結和成形期間熱塑性樹脂熔融時，固結所需的過量材料移動允許增強纖維既在面內又在面外移動和扭曲。

厚熱塑性復合層合物成形中的另一個問題是由于因在層片堆疊中需要大量層片而導致的過大的材料體積造成的。特別厚的層片堆疊會難以或不可能固結和模制成形。可通過在模具加工中進行調節來部分地容納材料體積，但盡管如此仍難以在成形期間完全固結層片堆疊。由于過大的材料體積導致不能完全固結厚層片堆疊會造成成品部件中有孔隙和內部空隙。

因此，需要用于制造厚熱塑性復合層合物的方法和設備，該方法和設備在模制之前壓實和部分固結熱塑性層片堆疊，以減少成品部件中的褶皺、孔隙和內部空隙。還需要如上所述的方法和設備，該方法和設備當正將層片堆疊成形為最終形狀時減少或消除纖維變性。

發明內容

公開的實施方式提供了形成熱塑性復合層合部件的方法和設備，這些部件相對厚和/或具有復雜幾何形狀。未組裝的層片堆疊中的材料塊體在完全固結和成形之前大大減小，從而減少在用于將部件固結和成形的工具中的材料塊體的需要。該方法采用在升高溫度下執行的材料壓實技術，該溫度足以軟化熱塑性樹脂但低于其熔點。該壓實導致層片堆疊部分固結，其中層片基本上在它們整個表面區域內面對面接觸地彼此粘附，之后被加熱至熔融溫度以準備進行完全固結和成形。由于該材料壓實和部分固結，因此由于材料移動造成的纖維變形大大減小，減少或消除了褶皺以及孔隙和內部空隙，所有這些都導致部件質量提高。另外，該方法和設備可允許制造比迄今為止可能的更厚的熱塑性復合層合物。該設備包括連續壓制模制(CCM)機，其包含預固結區，該預固結區用于在將層片堆疊固結和成形成最終部件形狀之前壓實和預固結層片堆疊。

根據一個公開的實施方式，提供了一種制造厚熱塑性復合部件的方法。該方法包括：組裝包括多個熱塑性復合層片的層片堆疊；預固結所述層片堆疊，包括通過將所述層片堆疊中的層片加熱至低于所述熱塑性復合層片的熔融溫度的溫度并且壓制所述層片堆疊來軟化所述層片。該方法還包括固結預固結后的層片堆疊，包括將所述層片堆疊加熱至至少所述熱塑性復合層片的熔融溫度。壓制軟化后的層片的層片堆疊包括向所述層片施加壓力，以足以壓實所述層片堆疊，并且還可包括將所述層片堆疊放置在兩個工具之間，將所述工具推到一起。壓制軟化后的層片的層片堆疊是在連續壓制模制機中執行的。固結預固結后的層片堆疊是通過壓實所述層片堆疊來執行的。該方法還可包括：當所述層片堆疊正在固結時，將所述層片堆疊成形為所需形狀。將所述層片堆疊成形為所需形狀也可以是在連續壓制模制機中執行的。

根據另一個公開的實施方式，提供了一種形成厚熱塑性復合部件的方法。該方法包括：通過彼此上下疊置地鋪設多個熱塑性復合層片來組裝層片堆疊，使用第一組參數預固結所述層片堆疊，所述第一組參數包括預選的第一溫度、預選的第一壓力和預選的第一持續時間。該方法還包括使用第二組參數來固結預固結后的層片堆疊，所述第二組參數包括預選的第二溫度、預選的第二壓力和預選的第二持續時間。組裝所述層片堆疊是通過將多個熱塑性復合層片連續供給到連續壓制模制機中執行的。所述預選的第一溫度是足以軟化所述層片但低于所述熱塑性復合層片的熔融溫度的溫度。所述預選的第一壓力足以壓實所述層片堆疊。所述預選的第一持續時間足以允許所述層片堆疊中的層片在所述預選的第一溫度下軟化，并且允許在所述預選的第一壓力下壓實所述層片堆疊。所述預選的第二溫度高得足以導致所述層片堆疊中的所述熱塑性層片熔融，所述預選的第二壓力高得足以完全固結所述層片堆疊。