[發(fā)明專利]多段式復合模具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680045834.1
• 申請日: 2016-07-11
• 公開（公告）號: CN107848149B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設計）人: M·戈蒂思奇;R·卡里斯;A·森塔
• 申請（專利權(quán)）人: 赫克賽爾公司
• 主分類號: B29C33/30
• 分類號: B29C33/30;B29C33/40
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 封新琴

用于模塑大型復合結(jié)構(gòu)的多段式復合模具(10)。模具包括至少兩個由準各向同性片材模塑混配物制備的模具節(jié)段(12，14)。將兩個模具節(jié)段用嵌接塞(42)在模具表面接合在一起。嵌接塞由加固的準各向同性片材模塑混配物的特定取向?qū)訕?gòu)成。嵌接塞由與制備模具節(jié)段的相同類型的準各向同性片材模塑混配物制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總地涉及用于將復合材料模塑成大型復合結(jié)構(gòu)的設備和方法。更特別地，本發(fā)明涉及用于形成這種大型復合結(jié)構(gòu)的多段式模具(multi-sectional tools)以及將這些模具連接在一起的方法。

背景技術(shù)

很多制造復合結(jié)構(gòu)的方法利用型腔模具來得到所需的表面輪廓和形狀。型腔模具在壓熱器法中是特別重要的，在該壓熱器法中將未固化樹脂/纖維材料在型腔模具中在真空下加熱到相對較高的固化溫度(175℃及以上)，形成最終的復合部件或結(jié)構(gòu)。

通常使用由鋼合金制成的型腔模具例如INVAR36，因為它們極其牢固并且可易于承受用于壓熱器的升高的固化溫度，以使復合材料固化。這些型腔模具通常也稱為工具或模具。也可以機器加工鋼合金模具以獲得嚴密面輪廓度容限。另外，用于模塑大型結(jié)構(gòu)的模具可以通過將鋼合金模具的節(jié)段連接在一起并焊接接縫處來制備。可以將焊接的接縫處機器加工并拋光，以剔除型腔模具中的任何缺陷，產(chǎn)生無縫模具表面，該表面免于在部件固化的表面上有不期望的“劃分線”。雖然鋼合金非常適于制造多段式大模具，但是卻有很多缺點。例如，鋼合金模具往往較重且昂貴。而且，加熱和然后冷卻厚重的多段式鋼合金模具所需的時間增加了模塑復合結(jié)構(gòu)期間的循環(huán)時間。

由復合材料制備的模具已經(jīng)作為用于壓熱器模塑復合部件的鋼合金模具的替代物而被開發(fā)。復合模具已經(jīng)流行，因為其通常比鋼合金模具輕。復合模具通常使用高度精確的主模，其由鋼合金或其它適宜的材料制成。

預浸漬的復合材料(預浸料)通常用于制備復合模具。預浸料是未固化樹脂基質(zhì)和纖維增強物的組合，隨時可用于模塑和固化以形成復合模具。通過用樹脂預浸漬纖維增強物，制造商可以小心控制浸漬到纖維網(wǎng)絡的樹脂的量和位置并確保樹脂按需分布在網(wǎng)絡中。

單向(UD)帶是預浸料的常見形式。單向帶中的纖維是彼此平行延伸的連續(xù)纖維。纖維的形式通常為眾多單個纖維或單絲捆束，稱為“絲束”。用小心控制量的未固化樹脂浸漬單向纖維。通常將UD預浸料放在保護層之間形成UD帶，將該帶卷起以便儲存或運輸?shù)缴a(chǎn)設備。UD帶的寬度通常為小于2cm)至30cm或更大。

單向帶不適宜用于制備復合模具。當迫使UD帶去擬合復雜工具的形狀時，纖維在UD帶中的平行取向和連續(xù)特性導致纖維聚束或橋聯(lián)。而且，由UD帶制備的復合模具無法在沒有明顯工具移動的情況下進行機器加工以獲得復合模具所需的嚴密面輪廓度容限。

模塑混配物通常稱為不連續(xù)纖維復合材料(DFC)模塑混配物，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其適合用于制備復合模具。一種類型的DFC模塑混配物在本申請稱為準各向同性片材模塑混配物，其將UD帶和無規(guī)取向的短纖維的特性合并到單個模塑混配物中，該模塑混配物可以精確模塑并進行機器加工以形成復合模具。準各向同性片材模塑混配物由已經(jīng)用熱固性樹脂浸漬的單向帶的無規(guī)取向片段或薄片構(gòu)成。準各向同性片材模塑混配物已經(jīng)廣泛用于制備復合模具。準各向同性片材模塑混配物以商業(yè)名稱和購自HexcelCorporation(Dublin，CA)。已經(jīng)利用或制備的復合型腔模具或模具的實例描述于美國專利8,257,631，其內(nèi)容并入本申請以作參考。

準各向同性片材模塑混配物通常如下制備：將多絲絲束(紗線)彼此平行地鋪置在適宜的背襯上，并用樹脂浸漬該平行絲束，形成UD預浸料。然后將UD預浸料短切形成UD薄片，其通常為5mm至25mm寬和25mm至125mm長。然后形成準各向同性取向的UD薄片。將多個準各向同性取向的UD薄片的層組合在一起形成用于制備復合模具的板層狀模塑材料。