[發明專利]用于使復合制品固化的方法及設備

有效

• 申請號: 201880048874.0
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN111372743B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 安德魯·W·漢米爾頓;赫里斯托斯·塔赫茲
• 申請（專利權）人: 勢必銳航空系統（歐洲）有限公司
• 主分類號: B29C35/02
• 分類號: B29C35/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

公開了一種使復合制品固化的方法和相關的固化設備。提供熱源以加熱復合制品。檢測緊鄰熱源的溫度相關特性，并且將熱輸出調節至預定的溫度相對于時間的曲線。獲取熱輸出相對于時間的數據并對其進行函數化，并且基于函數化的熱輸出相對于時間的數據來確定固化完成時間。該方法提供加熱復合制品以遵循預定的溫度相對于時間的曲線(即固化曲線)并避免過高的溫度。還已經發現所需的熱輸出相對于時間是可廣泛再現的，并且可以例如通過識別函數化數據的可再現特征而從函數化的熱輸出相對于時間的數據中更容易地確定固化完成時間。

技術領域

本發明涉及用于固化由復合材料(例如，碳纖維)形成的制品，特別是用于航空航天應用的制品，的方法和加熱工具。

背景技術

復合材料由于其高的強度重量比而被廣泛用于諸如航空航天、汽車、土木工程和體育用品之類的許多行業。

碳纖維復合材料(也稱為碳纖維增強聚合物，或簡稱為“碳纖維”)是由通過聚合物組分或樹脂組分增強的織物組分或纖維組分形成的復合材料的實例。

碳纖維復合材料由浸漬有聚合物基體并增強聚合物基體的層狀碳纖維織物形成。該織物通過使合成聚合物織物材料碳化而形成，并且可以以織造物、非織造物提供，或者可以由單向纖維組成。碳纖維織物提供了復合材料的大部分強度，而樹脂則提供了額外的強度和剛度，并且還保護并保留了碳纖維的機械性能。

聚合物基體通常是由樹脂(通常是環氧樹脂)形成的熱固性聚合物。盡管由樹脂前體形成熱固性聚合物通常是放熱反應，但用于大規模工業應用的環氧樹脂體系通常需要輸入熱能來引發固化(即，樹脂內聚合物鏈之間的交聯)，從而形成三維聚合物基體。

常規地，在織物疊置和樹脂浸漬之后，碳纖維制品在高壓釜中在高溫(約100℃至300℃)和壓力(高達7巴)下固化。盡管這種固化方法是有效的，但是它伴隨著高資本支出和高操作成本。

特別是對于航空航天業，已經越來越多地采用所謂的“無高壓釜”(out ofautoclave，OOA)固化方法，在該方法中將碳纖維制品保持在減壓下(在真空袋中)并在加熱的工具上或在加熱工具之間固化。

雖然OOA制造的初始成本和操作成本已大大降低，但是在控制固化反應時可能會遇到問題；涉及確保整個大型物品完全固化和/或防止局部過熱，這可能會對復合制品的最終結構性能產生不利影響。

對于每種復合制品，固化工具表面的相關條件有所不同，因此，通常，OOA固化條件是基于差示掃描量熱法或破壞性試驗通過實驗確定的。然而，在制造期間，不能有效地監測固化。由于零件之間的固有差異，因此在環境條件下，成批的碳纖維和/或樹脂等中，必須保守地設置固化條件(緩慢的斜坡率，較長的停留時間)，以確保避免過熱或固化不完全。這增加了制造時間和能耗。

在US 8,473,093中，Gershenfeld等人描述了如何將“節點”網絡嵌入到OOA固化工具中并通過處理器進行閉環控制，其中每個節點包括熱敏電阻或熱電偶以及加熱元件。處理器基于檢測到的溫度來控制加熱輸入，以遵循預定的固化溫度曲線。

已經提出將用于檢測溫度的工具嵌入在復合制品本身內，以更精確地監測復合結構內的深處的溫度。然而，這增加了制造的成本和復雜性，并且對于許多應用而言，在最終的復合制品中不希望存在熱電偶/熱敏電阻。

在其概念驗證工作中，Gershenfeld等人證明，原則上，基于已固化樣品的比較測試，可以基于所需熱量輸入與預期值之間的偏差來跟蹤在環氧樹脂杯內發生的放熱固化反應的特征。然而，在使用單個節點對塊狀樹脂樣品進行的測試中可以看到該特征，并且并未對其中信號要低得多的固化工具中的復合材料測試該原理。

因此，需要在OOA復合物制造過程中改進對固化的監測和控制。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種使復合制品固化的方法，所述方法包括：