專利名稱：現(xiàn)場(chǎng)多階段擠壓壓實(shí)并單階段固結(jié)復(fù)合維修厚層壓件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以聚合物基體復(fù)合材料制造層壓件的方法。
背景技術(shù)：
以聚合物基體復(fù)合材料制成的部件在現(xiàn)代汽車、航空和航海工具中形成許多部 件，并且在其他類型的設(shè)備和結(jié)構(gòu)中形成許多部件。這些部件可能不時(shí)發(fā)生損壞，因此需要 維修或更換。通常要求維修損壞的部件或者維修損壞的部件比更換部件至少更節(jié)約成本。 維修聚合物基體復(fù)合部件的傳統(tǒng)方法要求使用專門的工具和雙真空工具/過(guò)程，這要求多 階段操作和固結(jié)循環(huán)，或者專門的鋪設(shè)工具和壓熱器處理，這種工具昂貴且在用來(lái)加速維 修方面通常不切實(shí)際。本領(lǐng)域還存在許多熟知的方式來(lái)維修損壞的聚合物基體復(fù)合部件，但是，都存在 嚴(yán)重的缺陷。
被認(rèn)為是本發(fā)明特征的新穎特征在說(shuō)明內(nèi)容中論述。但是，在結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通 過(guò)參照以下詳細(xì)說(shuō)明，將最清楚地理解本發(fā)明本身以及優(yōu)選使用方式還有本發(fā)明的進(jìn)一步 目標(biāo)以及優(yōu)勢(shì)，在附圖中，附圖標(biāo)記中最左側(cè)的有效數(shù)字表示該附圖標(biāo)記首次出現(xiàn)的附圖， 其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法，應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件的未固結(jié)敷層的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法，包裹現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件上的敷層疊置件的密封袋的側(cè)視 圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法，位于現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件上的多個(gè)敷層疊置件的側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法，包裹現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件上的多個(gè)敷層疊置件的密封袋的側(cè) 視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件上的固結(jié)復(fù)合層的側(cè)視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件的替代實(shí)施方式的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式雖然本發(fā)明容易進(jìn)行各種改動(dòng)并具有替代形式，但是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作為 示例在附圖中進(jìn)行例示并在下文中詳細(xì)描述。但是，應(yīng)該理解，描述具體實(shí)施方式
的目的并 不是將本發(fā)明限制于所公開的特定形式，而是相反，本發(fā)明應(yīng)該覆蓋落入文中所述發(fā)明的 精神和范圍內(nèi)的全部改動(dòng)、等同方案和替代形式。以下描述本發(fā)明的例述實(shí)施方式。為了清晰起見，并非實(shí)際實(shí)施方案的全部特征 均在說(shuō)明書中描述。當(dāng)然應(yīng)該理解，隨著任何所述實(shí)際實(shí)施方式的發(fā)展，可以針對(duì)具體的實(shí) 施方案做出許多決定，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目的，諸如符合有關(guān)系統(tǒng)和有關(guān)商業(yè)的約束條 件，這些約束條件在實(shí)施方案彼此之間并不相同。此外，應(yīng)該理解，這種研發(fā)工作可能過(guò)程復(fù)雜且耗費(fèi)時(shí)間，但是仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文公開內(nèi)容所從事的常規(guī)工作。本發(fā)明指導(dǎo)一種用于現(xiàn)場(chǎng)、多階段擠壓、壓實(shí)并單階段固結(jié)以一種或多種聚合物基體復(fù)合材料制成的復(fù)合維修厚層壓件的方法。在一種實(shí)施方式中，所述方法應(yīng)用與維修 現(xiàn)有的復(fù)合部件。所述方法提供一種滿足層壓件相同質(zhì)量要求的復(fù)合部件，因?yàn)楹駥訅杭?利用高壓壓熱器處理制成。為了描述的目的，術(shù)語(yǔ)“厚層壓件”指的是以超過(guò)10個(gè)聚合物 基體復(fù)合材料敷層制成的層壓件。參照附圖中的圖1，示出了預(yù)先存在的現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件101。要注意，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件 101可以是平面形式或非平面形式。在優(yōu)選實(shí)施方式中，未固結(jié)敷層105是設(shè)置在第一敷 層疊置件107中的不超過(guò)10個(gè)敷層(為了清晰起見，僅標(biāo)出一個(gè)未固結(jié)敷層)未固結(jié)敷層 105可以包括“濕式鋪設(shè)”的敷層或預(yù)先浸漬的敷層，即“預(yù)浸漬”敷層。結(jié)合材料103施加 到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件101和敷層疊置件107。在將敷層疊置件組件305結(jié)合到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件101 的一種方法中注意這一點(diǎn)。結(jié)合材料103還包括但不限于設(shè)置在敷層疊置件305 (如圖1 所示)之間的粘結(jié)膏料層或粘結(jié)膜層和/或設(shè)置在敷層疊置件組件305內(nèi)的粘結(jié)材料?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，放氣材料(未示出)和密封袋201以傳統(tǒng)方式施加在第一敷層疊置 件107和粘結(jié)層103上。密封袋201連接到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件101的暴露表面203，在暴露表 面203和密封袋201之間形成基本上氣密的密封件。真空端口 205通過(guò)密封袋201延伸， 允許從密封袋201上位于密封袋201和暴露表面203之間的基本上氣密的密封件內(nèi)抽走氣 體。真空組件(未示出)連接到真空端口 205，從密封袋201的密封空間內(nèi)抽走氣體，如箭 頭207所示。在優(yōu)選實(shí)施方式中，2到3英寸汞柱水平的真空施加在密封袋201的密封空 間。除了施加真空之外，熱源209將至少第一敷層疊置件107加熱到期望的擠壓和壓實(shí)溫 度。在優(yōu)選實(shí)施方式中，利用熱源209向第一敷層疊置件107施加足夠的熱量，將第一敷層 疊置件107的溫度升高到大約125華氏度的溫度。第一敷層疊置件107在真空中，例如1 到2英寸汞柱的真空中，保持在所述期望溫度，例如大約125華氏度，持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以 擠壓并局部壓實(shí)第一敷層疊置件107。在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一敷層疊置件107在真空中 保持在期望溫度并持續(xù)大約1小時(shí)。隨后，第一敷層疊置件107優(yōu)選在完全真空中，例如大 約28英寸汞柱的真空中，保持在期望溫度，持續(xù)大約30分鐘的時(shí)間期間，從而進(jìn)一步壓實(shí) 第一敷層疊置件107。在期望的擠壓和壓實(shí)時(shí)間期間之后，密封袋201、呼吸材料以及任何 其他輔助處理材料從第一敷層疊置件107和現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件101上除去。現(xiàn)在，第一敷層疊 置件107被擠壓并壓實(shí)了。要注意，擠壓和壓實(shí)溫度是低于聚合物基體復(fù)合材料固結(jié)溫度并低于粘結(jié)層103 固結(jié)溫度的溫度?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，多個(gè)敷層疊置件，諸如第一敷層疊置件107、第二敷層疊置件301和 第三敷層疊置件303，組合成敷層疊置件組件305。敷層疊置件組件305可以包括任何適當(dāng)、 期望數(shù)量的敷層疊置件，諸如敷層疊置件107、301和303。在例述實(shí)施方式中，通過(guò)向第一 敷層疊置件107施加多個(gè)敷層，優(yōu)選不超過(guò)大約10個(gè)敷層，而形成第二敷層疊置件301。袋， 諸如密封袋201，則施加到第一敷層疊置件107和第二敷層疊置件301。然后根據(jù)參照?qǐng)D2 所述的方法，向袋裝的第一敷層疊置件107和第二敷層疊置件301施加真空和熱量。第三 敷層疊置件303以及除第三敷層疊置件303之外的任何期望的敷層疊置件，通過(guò)與形成第 二敷層疊置件301相同的方法形成。
在期望敷層疊置件的總數(shù)擠壓和壓實(shí)之后，例如例述實(shí)施方式中的第三敷層疊置 件301，放氣材料(未示出)和密封袋401保持覆蓋敷層疊置件組件305，如圖4所示，用于 固結(jié)敷層疊置件組件305。真空組件(未示出)連接到真空端口 403，所述真空端口從密封 袋401的密封空間中排出氣體，如箭頭405所示。在優(yōu)選實(shí)施方式中，完全真空，例如大約 28英寸汞柱的真空施加到密封袋401的密封空間。除了施加真空之外，熱源407將至少敷 層疊置件組件305加熱到期望固結(jié)溫度，所述期望固結(jié)溫度取決于所用的特定復(fù)合材料。 在一種實(shí)施方式中，熱源407將足夠的熱量施加到敷層疊置件組件305，將敷層疊置件組件 305的溫度升高到大約250華氏度的溫度。敷層疊置件組件305在完全真空中保持在期望 溫度，持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間期間，將敷層疊置件組件305和粘結(jié)層103充分固結(jié)成復(fù)合層壓件 501，如圖5所示。在優(yōu)選實(shí)施方式中，敷層疊置件組件305在真空中保持在期望溫度，持續(xù) 大約2小時(shí)。在持續(xù)期望的固結(jié)時(shí)間之后，密封袋401、呼吸材料以及任何其他輔助處理材 料從復(fù)合層壓件501上去除，如圖5所示。隨著固結(jié)的敷層疊置件組件305粘性結(jié)合到現(xiàn) 有形式的現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合部件101，固結(jié)的敷層疊置件組件305和以前的現(xiàn)有復(fù)合部件101現(xiàn)在形 成復(fù)合層壓件501的組成部分。還應(yīng)該注意，損壞的復(fù)合部件601，如圖6所示，可以機(jī)加工或斜切口，以限定凹部603，敷層疊置件組件605接收在凹部中，固結(jié)并粘性結(jié)合到復(fù)合部件601，從而形成復(fù)合層 壓件607。上述特定實(shí)施方式僅僅為了例述，根據(jù)本文的教導(dǎo)，可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員理 解的不同但等同的方式改動(dòng)和實(shí)踐本發(fā)明。因此，顯然上述特定實(shí)施方式可以改變或改動(dòng)， 并且所有這種變體都認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因此，本發(fā)明所要求保護(hù)的內(nèi)容在 說(shuō)明書內(nèi)容中論述。顯然，這里已經(jīng)說(shuō)明并例述了具有顯著優(yōu)勢(shì)的發(fā)明。雖然本發(fā)明以有 限的形式示出，但是并不僅限于這些形式，而是在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，容易實(shí)施各 種變化和改動(dòng)。
權(quán)利要求
一種制造維修復(fù)合部件的層壓件的方法，所述復(fù)合部件具有暴露表面，所述方法包括向所述暴露表面施加結(jié)合材料；向所述結(jié)合材料施加第一敷層疊置件，所述第一敷層疊置件具有多個(gè)未固結(jié)第一敷層；壓實(shí)所述多個(gè)未固結(jié)第一敷層；向所述第一敷層疊置件施加第二敷層疊置件，第二敷層疊置件具有多個(gè)未固結(jié)第二敷層；壓實(shí)所述多個(gè)未固結(jié)第二敷層；和固結(jié)所述敷層疊置件組件和所述結(jié)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)未固結(jié)第一敷層和所述多個(gè)未固 結(jié)第二敷層至少其中之一包括聚合物基體復(fù)合材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一敷層疊置件和所述第二敷層疊置 件至少其中之一包括少于10個(gè)未固結(jié)敷層。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓實(shí)所述第一敷層疊置件的步驟包括將所述 第一敷層疊置件至少局部包裹在密封袋中，并將所述密封袋連接到所述暴露表面，從而在 所述第一敷層疊置件周圍形成氣密密封件。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，壓實(shí)所述第一敷層疊置件的步驟包括從所 述密封袋內(nèi)排出氣體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，壓實(shí)所述第一敷層疊置件的步驟包括將所 述密封袋內(nèi)的真空壓力升高到第一壓力水平，持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，壓實(shí)所述第一敷層疊置件的步驟包括將所 述密封袋內(nèi)的真空壓力升高到第二壓力水平，持續(xù)第二預(yù)定時(shí)間量。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，壓實(shí)所述第一敷層疊置件的步驟包括將所 述密封袋內(nèi)的溫度升高到第一溫度，持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓實(shí)所述第一敷層疊置件的步驟包括將所 述第一敷層疊置件的溫度升高到第一溫度，持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間量。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 固結(jié)所述敷層疊置件組件的步驟包括將所述敷層疊置件組件至少局部包裹在密封袋中，并將所述密封袋連接到所述暴露表 面，從而在所述敷層疊置件組件周圍形成氣密密封件； 升高所述密封袋內(nèi)的真空壓力；和 將所述密封袋內(nèi)的溫度升高到固結(jié)溫度。
11.一種制造維修復(fù)合部件的層壓件的方法，所述復(fù)合部件具有暴露表面，所述方法包括向所述暴露表面施加結(jié)合材料；形成未固結(jié)敷層疊置件組件，所述敷層疊置件組件包括多個(gè)未固結(jié)敷層疊置件，形成 未固結(jié)敷層疊置件組件包括，對(duì)于每個(gè)未固結(jié)敷層疊置件在所述暴露表面上形成未固結(jié)敷層疊置件，所述未固結(jié)敷層疊置件包括多個(gè)未固結(jié)敷層；和 在所述暴露表面上形成另一個(gè)未固結(jié)敷層疊置件之前，向已經(jīng)形成的未固結(jié)敷層疊置 件施加真空和熱量，其中第一個(gè)形成的敷層疊置件施加到所述結(jié)合材料，并且 每一個(gè)后續(xù)形成的敷層疊置件施加到先前形成的敷層疊置件；和 固結(jié)所述未固結(jié)敷層疊置件組件和結(jié)合材料。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)未固結(jié)敷層疊置件至少其中之 一包括一個(gè)或多個(gè)未固結(jié)敷層，所述未固結(jié)敷層包括聚合物基體復(fù)合材料。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述未固結(jié)敷層疊置件至少其中之一包 括少于10個(gè)未固結(jié)敷層。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，形成所述未固結(jié)敷層疊置件組件進(jìn)一步 包括，對(duì)于每個(gè)未固結(jié)敷層疊置件，將所述未固結(jié)敷層疊置件至少局部包裹在密封袋中，并 將所述密封袋連接到所述暴露表面，從而在所述未固結(jié)敷層疊置件周圍形成氣密密封件。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，施加真空包括從所述密封袋中排出氣體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，施加真空包括將所述密封袋中的真空壓 力升高到第一壓力水平，持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間量。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，施加真空包括將所述密封袋中的真空壓 力升高到第二壓力水平，持續(xù)第二預(yù)定時(shí)間量。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，施加熱量包括將所述密封袋中的溫度升 高到第一溫度，持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間量。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，施加熱量包括將所述敷層疊置件的溫度 升高到第一溫度，持續(xù)第一預(yù)定時(shí)間量。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，固結(jié)所述未固結(jié)敷層疊置件組件包括 將所述未固結(jié)敷層疊置件組件至少局部包裹在密封袋中，并將所述密封袋連接到所述暴露表面，從而在所述未固結(jié)敷層疊置件組件周圍形成氣密密封件； 升高所述密封袋中的真空壓力；和 將所述密封袋中的溫度升高到固結(jié)溫度。
全文摘要
一種制造維修復(fù)合部件的層壓件的方法，所述復(fù)合部件具有暴露表面，所述方法包括向所述暴露表面施加結(jié)合材料；在所述結(jié)合材料上形成未固結(jié)敷層疊置件組件。所述未固結(jié)敷層疊置件組件通過(guò)形成并壓實(shí)一系列未固結(jié)敷層疊置件而形成。然后固結(jié)所述敷層疊置件組件和結(jié)合材料。
文檔編號(hào)B32B37/00GK101873923SQ200880117826
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者萬(wàn)斯·N·克里布, 丹佛·R·惠特沃思, 杜米特魯·R·吉塔里厄 申請(qǐng)人:貝爾直升機(jī)泰克斯特龍公司