[發明專利]用于壓縮成型纖維增強的熱塑性零件的方法和設備

在審

• 申請號: 201410697106.1
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104669640A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 小愛德華·M·費希爾
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B29C70/42
• 分類號: B29C70/42;B29C70/54
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

相關申請的交叉引用

本申請與在2013年12月3日與此同時提交的共同未決美國專利申請序列號第14/095,531號(代理人案號：12-1660-US-NP)和在2013年12月3日與此同時提交的共同未決的美國專利申請序列號第14/095,693號(代理人案號：13-0764-US-NP)相關。

技術領域

本申請涉及壓縮成型，更具體地，涉及用于壓縮成型纖維增強的熱塑性零件的方法和設備

背景技術

在飛行器及其他產業中，由復合材料或者復合材料與輕質金屬的結合來制作各種零件和結構，這是因為復合材料與輕質金屬具有相對高的強度重量比(strength-to-weight?ratios)。在具有輪廓(contours)或者相對復雜的幾何形狀的零件的情況中，常常使用熱固性的預浸帶鋪設技術和熱壓罐固化來制作零件。預浸帶或者纖維束(tow)的帶寬被并排鋪設以形成多層層壓制品。在零件需要裝配在沿著該零件的負荷輸入位置處的這些應用中，定制的金屬配件(fitting)被單獨加工并且然后被固定在復合材料層壓零件上。根據零件的幾何形狀，有時被稱作“面條(noodles)”的填充物必須安裝在零件中的間隙或者腔中以增強接合處。

上述的復合材料層壓制品的制作過程是耗時的、勞動密集的以及需要諸如自動纖維鋪放機器的資本昂貴裝備。此外，這些復合材料層壓零件可能比預期的重，這是因為局部增強所需要的墊片必須逐漸形成，因此需要放置額外的板層材料。此外，復合材料層壓零件可以在圍繞層壓制品中的開口處呈現切口敏感性(notch?sensitivity)，諸如圍繞在層壓零件已經固化之后在層壓零件中鉆孔或者切割出的減重孔。

具有短纖維增強物的熱塑性零件可以被成型成各種形狀，然而由于熔融的熱塑性樹脂的高粘度限制樹脂流動，使零件特征成為一個整體的能力受限制。在增強纖維相對較長，纖維含量高以及需要的流動距離長的情況下，使樹脂流動的能力被特別地限制。并且，諸如注塑成型的成型技術可以具有損壞纖維的趨勢，從而影響成型零件的強度。其他成型技術(諸如擠壓成型)局限于生產具有相同的橫截面形狀的單個、直的零件。

因此，需要用于制作具有曲線、輪廓線或者復雜的幾何形狀的復合材料零件的方法和設備，其避免了對鋪設薄層的需要并且減少涉及的勞動力以及資本昂貴的裝備。還需要具有復雜幾何形狀的復合材料零件，其具有集成的特征和能夠在高速率生產環境中快速地和經濟地制作的配件。

發明內容

公開的實施方式提供了使用利用短纖維增強的熱塑性樹脂的壓縮成型的用于生產復合材料零件的方法和設備。可以在無需真空裝袋和壓熱器法的情況下制作具有輪廓線、曲線和/或復雜的幾何圖形的復合材料零件。配件可以一體化至零件中，從而減小或者消除了對分開制作和將配件附加至零件的需要。減小制作零件對接觸工人的需要，并且可以降低總的零件重量。可以使用相對便宜的成型裝備更加迅速地和經濟地制作具有復雜的幾何圖形的零件。可以便宜地使具有高短纖維含量的增強熱塑性零件成型，并且在成型過程期間基本上沒有損壞纖維。可以實現長的樹脂流動距離以允許在沿著零件的長度的任一點上成型復雜的零件特征。可以制成具有沿著他們的長度在幾何形狀上變化(包括在大小、厚度以及曲度上的變化)的橫截面的伸長的增強熱塑性零件。