專利名稱：用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的方法和設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及用于對復(fù)合物進(jìn)行加壓成型和固化的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料通?？捎糜诤娇諔?yīng)用、海上應(yīng)用、風(fēng)力機(jī)應(yīng)用，以及可能要求高強(qiáng)度和相對較輕重量的其他應(yīng)用。復(fù)合物通常包括增強(qiáng)材料(例如，纖維)和基質(zhì)(例如，聚合物)，作為兩種主要元素。所述基質(zhì)可包括熱固材料或熱塑材料。復(fù)合材料可通過成型以及隨后的固化而形成所需的部件。通常情況下，成型復(fù)合物使用模具形成，然后轉(zhuǎn)移到高壓釜進(jìn)行固化，其中將熱與壓力的組合施加到該成型復(fù)合 物。然而，在高壓釜中加工較大和/或較厚的固體復(fù)合部分，例如風(fēng)力機(jī)葉片，可能并不可行或并不易于管理。另外，成型以及隨后在高壓釜中進(jìn)行固化可能需要將成型復(fù)合物轉(zhuǎn)移到高壓釜的額外步驟。因此，需要用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的改良方法和系統(tǒng)。另外，需要用于對大型復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的改良方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種制造固化復(fù)合制品的方法。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述方法包括提供成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括設(shè)置在剛性支架上的彈性層，以及設(shè)置在所述彈性層和所述支架上的模具。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述模具包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面進(jìn)一步包括成型表面(molding surface),且其中所述彈性層的第一表面與所述模具的所述內(nèi)表面構(gòu)成模腔(molding chamber)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，預(yù)浸料(prepreg)進(jìn)一步設(shè)置在所述模腔中，其中所述預(yù)浸料設(shè)置在所述彈性層的所述第一表面上。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述方法包括經(jīng)由流體入口向所述彈性層的第二表面提供流體，從而使所述彈性層向所述模具的所述內(nèi)表面擴(kuò)展，并將所述預(yù)浸料推向所述模具的所述成型表面，以形成成型復(fù)合制品。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在所述模腔中對所述成型復(fù)合制品進(jìn)行固化，以形成固化復(fù)合制品。其中包括對所述支架、所述模具或所述流體中的一者或多者進(jìn)行加熱的步驟。將所述流體加熱到固化溫度，以實(shí)現(xiàn)對所述成型復(fù)合制品的固化。包括向所述流體施加正壓力。其中所述流體的壓力大于約I巴。進(jìn)一步包括對所述支架、所述模具或所述流體中的一者或多者進(jìn)行冷卻。所述的方法，進(jìn)一步包括向所述模腔施加真空的步驟，從而朝所述模具的所述內(nèi)表面拉動所述彈性層的所述第一表面。進(jìn)一步包括對所述支架、所述模具或所述流體中的一者或多者進(jìn)行加熱。所述的方法，其中所述流體包括惰性氣體、液體，或其組合。其中所述預(yù)浸料包括增強(qiáng)材料和基質(zhì)。其中所述固化復(fù)合制品從由風(fēng)力機(jī)部件、飛機(jī)部件，和海上結(jié)構(gòu)組成的組中進(jìn)行選擇。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種制造固化復(fù)合制品的方法。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述方法包括提供成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括設(shè)置在剛性支架上的彈性層，以及設(shè)置在所述彈性層和所述支架上的模具。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述模具包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面進(jìn)一步包括成型表面，且其中所述彈性層的第一表面與所述模具的所述內(nèi)表面構(gòu)成模腔。在一項(xiàng)實(shí)施例中，預(yù)浸料進(jìn)一步設(shè)置在所述模腔中，其中所述預(yù)浸料設(shè)置在所述彈性層的所述第一表面上。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述方法包括經(jīng)由流體入口向所述彈性層的第二表面提供流體，從而使所述彈性層向所述模具的所述內(nèi)表面擴(kuò)展，并將所述預(yù)浸料推向所述模具的所述成型表面，以形成成型復(fù)合制品。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括向所述流體施加正壓力，并將所述流體加熱到固化溫度，從而在所述模腔中對所述成型復(fù)合制品進(jìn)行固化，以形成固化復(fù)合制品。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于制造固化復(fù)合制品的設(shè)備。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述設(shè)備包括設(shè)置在剛性支架上的彈性層，以及設(shè)置在所述彈性層和所述支架上的模 具。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述模具包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面進(jìn)一步包括成型表面，且其中所述彈性層的第一表面與所述模具的所述內(nèi)表面構(gòu)成模腔。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述模腔經(jīng)配置以容納設(shè)置在所述彈性層的所述第一表面上的預(yù)浸料。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個流體口，所述流體口經(jīng)配置以向所述彈性層的第二表面提供流體，從而使所述彈性層向所述模具的所述內(nèi)表面擴(kuò)展，并且將所述預(yù)浸料推向所述模具的所述成型表面，以形成成型復(fù)合制品。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個加熱元件，所述加熱元件經(jīng)配置以對所述成型復(fù)合制品進(jìn)行固化，并形成所述固化復(fù)合制品。其中所述加熱元件經(jīng)配置以對所述支架、所述模具或所述流體中的一者或多者進(jìn)行加熱。其中所述流體口配置成以大于約I巴的壓力向所述彈性層的所述表面提供所述流體。所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括至少一個真空口，所述真空口經(jīng)配置以向所述模腔施加真空，從而朝所述模具的所述內(nèi)表面拉動所述彈性層的所述第一表面。其進(jìn)一步包括至少一個冷卻元件,所述冷卻元件經(jīng)配置以對所述支架、所述模具或所述流體中的一者或多者進(jìn)行冷卻。所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括流體腔，所述流體腔經(jīng)配置以經(jīng)由所述流體口向所述彈性層的所述第二表面提供所述流體。其中所述預(yù)浸料包括增強(qiáng)材料和基質(zhì)。其中所述固化復(fù)合制品從由風(fēng)力機(jī)部件、飛機(jī)部件，和海上結(jié)構(gòu)組成的組中進(jìn)行選擇。通過以下具體說明、附圖和所附權(quán)利要求書，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將易于了解本發(fā)明的其他實(shí)施例、方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。


在參考附圖閱讀以下具體說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的方法的流程圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的成型步驟的流程圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的方法的流程圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的組裝好的設(shè)備的示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的剛性支架和彈性層的放大側(cè)視圖的示意圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的剛性支架、彈性層和預(yù)浸料的放大側(cè)視圖的示意圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的加壓設(shè)備的示意圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的拆卸后的設(shè)備的示意圖?！ぴ柫斜?br> M標(biāo)號I部件 I參考標(biāo)號I部件 — ο 制造固化復(fù)合制品的Ii 方法的步驟 __方法___
「方法的步騷B方法的步驟--^---^-
_21__方法的步驟_22__方法的步驟_
"23方法的步驟30制造固化復(fù)合制品的
____方法_
"3Τ方法的步驟+32方法的步驟
"33方法的步驟I 34I方法的步驟
100用于制造固化復(fù)合制102夾持裝置
__品的設(shè)備___
Ho生支架in —剛性支架的第一表面_2剛性支架的第二表面_ 1253廣展的彈性層 20彈性層—121 _彈性層的第一表面J22__彈性層的第二表面 140__模具_(dá)
141__模具的內(nèi)表面__142__成型表面_
150模腔__160__流體口_
165____Γ70__真空口_
175____180__加熱元件_
190__冷卻元件_^OO__預(yù)浸料_
^50成型復(fù)合制品300 I固化復(fù)合制品
具體實(shí)施例方式如下文詳細(xì)討論，本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例包括適于對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化的方法和設(shè)備。在一些實(shí)施例中，有利的是，本發(fā)明的方法和設(shè)備可在成型設(shè)備中進(jìn)行連續(xù)成型和固化，且可避免將成型部件轉(zhuǎn)移到固化系統(tǒng)的步驟。另外，在一些實(shí)施例中，有利的是，本發(fā)明的方法和設(shè)備可在成型設(shè)備本身中對復(fù)合物進(jìn)行成型和固化，且避免使用高壓釜。本專利申請文件的整個說明書和權(quán)利要求書中所用的近似語言可用來修飾任意定量表示，所述定量表示獲準(zhǔn)進(jìn)行變化，但不會導(dǎo)致與其相關(guān)的基本函數(shù)改變。因此，由“約”等一個或多個術(shù)語修飾的值并不限于所指定的精確值。在某些情況下，近似語言可對應(yīng)于用于測量值的儀器的精確度。 在下文的說明書和權(quán)利要求書中，單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外明確指出。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖I和圖4所示，提供用于制造固化復(fù)合制品的方法10。在一項(xiàng)實(shí)施例中，方法10在步驟11處包括提供成型設(shè)備100。在一項(xiàng)實(shí)施例中，成型設(shè)備100包括設(shè)置在剛性支架110上的彈性層120，如圖4所示。圖5進(jìn)一步圖示了拆卸的成型設(shè)備，示出設(shè)置在剛性支架110上的彈性層120的放大側(cè)視圖。如圖5所不,在一項(xiàng)實(shí)施例中,所述彈性層包括第一表面121和第二表面122。在一項(xiàng)實(shí)施例中，剛性支架110包括第一表面111和第二表面112。如圖I所不，在一項(xiàng)實(shí)施例中，彈性層120的第二表面122設(shè)置在剛性支架110的第一表面111上。在一些實(shí)施例中，彈性層120的第二表面122設(shè)置成使第二表面122與剛性支架110的第一表面111鄰近或直接接觸，如圖5所示。在一些其他實(shí)施例中，彈性層120的第二表面122設(shè)置成使彈性層120的第二表面122與剛性支架110的第一表面111之間存在間隙。在此類實(shí)施例中，彈性層120的第二表面122與剛性支架110的第一表面111構(gòu)成一定體積/空間(未圖示)。在一些實(shí)施例中，如本專利申請文件稍后所述，該體積經(jīng)配置以容納流體。在一些實(shí)施例中，剛性支架110可具有適于支撐模具140以及待成型的復(fù)合制品的大小和配置，如本專利申請文件稍后所述。在一些實(shí)施例中，剛性支架110的尺寸(寬度和長度)可根據(jù)所成型的復(fù)合制品的尺寸進(jìn)行選擇。如前文所述，在一些實(shí)施例中，有利的是，成型設(shè)備100可用來成型較大的復(fù)合制品。因此，在一些實(shí)施例中，剛性支架110的第一表面111可能相當(dāng)大，且在幾平方英尺到數(shù)百平方英尺的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，剛性支架110可包括非柔性材料。在一些實(shí)施例中，所述剛性支架可包括通常用來制造高壓釜和加壓模具的鋼合金。在一些其他實(shí)施例中，所述剛性支架可包括復(fù)合材料，從而使所述材料具有足夠剛性，以便承受成型步驟過程中所施加的壓力。如前文所述，剛性支架110包括非柔性或剛性表面111，所述表面上設(shè)置了彈性層120。在一些實(shí)施例中，第一表面111可為平面，如圖5所示。在一些其他實(shí)施例中，第一表面111可彎曲或?yàn)轭愃菩螤?未圖示)。在一些實(shí)施例中，剛性支架110可包括具有大體平坦表面111的臺。在一些實(shí)施例中，剛性支架110可進(jìn)一步包括一個或多個口。在一些實(shí)施例中，一個或多個口可能適合作為真空口、熱電偶口、傳感器導(dǎo)線口、樹脂注入口、加熱流體或冷卻流體的循環(huán)口，或者作為用于加熱或冷卻裝置的口。在一些實(shí)施例中，所述口可位于剛性支架110中，以避免干擾彈性層120和模具140。在特定實(shí)施例中，剛性支架110包括至少一個流體入口 160，如本專利申請文件稍后所述。本專利申請文件所用的術(shù)語“彈性層”是指在拉伸、變形、壓縮或擴(kuò)展之后能回到原始形狀或大小的層。在一些實(shí)施例中，彈性層120能從其原始大小的100%拉伸到800%。在一些實(shí)施例中，彈性層120能從其原始大小的100%拉伸到600%。在一些實(shí)施例中，彈性層120能從其原始大小的100%拉伸到500%。在一些實(shí)施例中，處于松弛狀態(tài)的彈性層120的寬度和長度經(jīng)過選擇以與剛性支架110相配。在一些實(shí)施例中，彈性層120的厚度可變化，具體取決于所使用的特定彈性材料以及設(shè)備中預(yù)期的壓力水平。在一些實(shí)施例中，彈性層120包括不透氣、不透流體或不透這兩者的較強(qiáng)彈性材料。在一些實(shí)施例中，彈性層120包括熱固塑料，例如，硅酮、氯丁橡膠、SBR、丁基橡膠，或丁腈橡膠。在一些實(shí)施例中，彈性層120包括柔性熱塑材料，例如，尼龍、聚丙烯，或聚乙烯。在一項(xiàng)實(shí)施例中，成型設(shè)備100進(jìn)一步包括設(shè)置在彈性層120和支架110上的模具140，如圖4所示。在一些實(shí)施例中，模具140包括內(nèi)表面141，如圖4所示。在一些實(shí)施例中，模具140的內(nèi)表面141進(jìn)一步包括構(gòu)成成型表面142的部分。在一些實(shí)施例中，模具的內(nèi)表面141可進(jìn)行加工或以其他方式成形，以提供成型表面或輪廓142。另外，在一些實(shí)施例中，成型表面142可包括凸面或凹形輪廓。在一些實(shí)施例中，成型表面或輪廓142包括根據(jù)待成型的復(fù)合制品的輪廓。 在一些實(shí)施例中，模具140可具有適于待成型的復(fù)合制品的大小和配置，如本專利申請文件稍后所述。模具140的尺寸(寬度和長度)可根據(jù)所成型的復(fù)合制品的尺寸進(jìn)行選擇。如前文所述，在一些實(shí)施例中，有利的是，成型設(shè)備100可用來成型較大的復(fù)合制品。因此，在一些實(shí)施例中，模具140的內(nèi)表面141可能相當(dāng)大，且在幾平方英尺到數(shù)百平方英尺的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，模具140可包括非柔性材料。在一些實(shí)施例中，模具140可包括通常用來制造高壓釜和加壓模具的鋼合金。在一些其他實(shí)施例中，模具140可包括復(fù)合材料，從而使所述材料具有足夠剛性，以便承受成型步驟過程中所施加的壓力。在一些實(shí)施例中，模具140可進(jìn)一步包括一個或多個口。在一些實(shí)施例中，一個或多個口可能適合作為真空口、熱電偶口、傳感器導(dǎo)線口、加熱流體或冷卻流體的循環(huán)口，或者作為用于加熱或冷卻裝置的口。在一些實(shí)施例中，所述口可位于模具140中，以避免干擾彈性層120和預(yù)浸料200，如本專利申請文件稍后所述。在特定實(shí)施例中，模具140包括至少一個真空口 170，如本專利申請文件稍后所述。在一些實(shí)施例中，如圖4所示，模具140的內(nèi)表面和彈性層的第一表面121構(gòu)成模腔150。另外，在一些實(shí)施例中，預(yù)浸料200設(shè)置在模腔150內(nèi)，如圖4所示。本專利申請文件所用的術(shù)語“預(yù)浸料”是指浸有樹脂的增強(qiáng)材料。在一些實(shí)施例中，所述增強(qiáng)材料包括纖維材料。在一些實(shí)施例中，所述纖維材料可采用機(jī)織物、非織物或粗紗的形式。在一些實(shí)施例中，所述樹脂包括熱固材料。在一些其他實(shí)施例中，所述樹脂包括熱塑性塑料。如前文所述，彈性層120包括第一表面121，且預(yù)浸料200設(shè)置在模腔150中，這樣，預(yù)浸料200便設(shè)置成與彈性層120的第一表面121接觸。在一些實(shí)施例中，方法10進(jìn)一步包括將預(yù)浸料200設(shè)置在模腔150中的步驟。在一些實(shí)施例中，如圖2所示，提供成型設(shè)備100的步驟11包括在步驟21處將彈性層120設(shè)置在剛性支架110上。在一些實(shí)施例中，步驟11進(jìn)一步包括在步驟22處將預(yù)浸料200設(shè)置在彈性層120的第一表面121上。在一些實(shí)施例中，預(yù)制的預(yù)浸料200可設(shè)置在彈性層120的第一表面121上。在一些其他實(shí)施例中，步驟22可包括將增強(qiáng)材料設(shè)置在彈性層122的第一表面121上，之后用樹脂浸潰所述增強(qiáng)材料，以形成預(yù)浸料200。在一些實(shí)施例中，步驟23進(jìn)一步包括在步驟23處將模具140放在彈性層120的第一表面上，如圖4所示。在此類實(shí)施例中，在放置模具140之前，預(yù)浸料200可設(shè)置在彈性層120上。在一些其他實(shí)施例中，提供成型設(shè)備的步驟11包括將增強(qiáng)材料放在彈性層120的第一表面121上，之后將模具140放置在所述彈性層上(未圖示)。在此類實(shí)施例中，步驟11可進(jìn)一步包括經(jīng)由可存在于剛性支架110中的一個或多個樹脂注入口注射樹脂(未圖示)。在一些實(shí)施例中，方法10進(jìn)一步包括在將模具140放在彈性層120上的步驟之后，將模具140緊固到剛性支架110。在一些實(shí)施例中，模具140可使用兩個或兩個以上夾持裝置102緊固到剛性支架，如圖4所示。在一些實(shí)施例中，模具140緊固到剛性支架110，從而使成型設(shè)備100完全密封，并且不會泄漏用于成型的流體，如本專利申請文件稍后所述。在一些實(shí)施例中，模具140緊固到剛性支架110，從而使彈性層120與模具140之間不發(fā)生泄漏。 在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖I和圖4所示，方法10進(jìn)一步包括在步驟12處經(jīng)由流體入口 160向彈性層120的第二表面122提供流體165。圖4示出在向第二表面122施加流體之前彈性層120的松弛狀態(tài)。圖7示出在向第二表面施加流體165后彈性層120的加壓狀態(tài)。如圖7所示，向彈性層120的第二表面122施加流體會向彈性層120的第二表面122施加壓力，從而使彈性層120擴(kuò)展，以形成擴(kuò)展的彈性層125，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，擴(kuò)展的彈性層125升高而遠(yuǎn)離剛性支架110的第一表面111。在一些實(shí)施例中，流體165向彈性層120的第二表面122施加壓力，從而使彈性層120向模具140的內(nèi)表面141擴(kuò)展，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，流體165填充模腔150，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，向彈性層120的第二表面122施加流體165進(jìn)一步會將預(yù)浸料200推向模具140的成型表面142，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，預(yù)浸料200會根據(jù)模具140的成型表面142的輪廓成型成或形成一定形狀。在一些實(shí)施例中，所述方法包括形成成型復(fù)合制品250,如圖7所示。在一些實(shí)施例中，流體165包括惰性氣體、液體，或其組合。在一些實(shí)施例中，流體165包括水。在一些實(shí)施例中，流體165包括空氣。在一些實(shí)施例中，流體165包括惰性氣體，例如，氬氣。在一些實(shí)施例中，施加流體的步驟12進(jìn)一步包括向流體165施加正壓力。在一些實(shí)施例中，在向彈性層120的第二表面122施加流體165之前，流體165可使用合適的加壓系統(tǒng)以所需的壓力水平進(jìn)行加壓。在一些實(shí)施例中，向彈性層120的第二表面122施加的流體165的壓力大于約I巴。在一些實(shí)施例中，向彈性層120的第二表面122施加的流體165的壓力大于約2巴。在一些實(shí)施例中，向彈性層120的第二表面122施加的流體165的壓力大于約5巴。在一些實(shí)施例中，至少一個流體口 160配置成以大于約I巴的壓力向彈性層120的第二表面122提供流體165。應(yīng)注意，圖7所示的流體口 165配置僅為示例性實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，可使用多個流體口 165向彈性層120的第二表面122提供流體165。在一些實(shí)施例中，方法10可進(jìn)一步包括向模腔150施加真空175的步驟。在一些實(shí)施例中，所述真空可在步驟12之前、步驟12期間，或在步驟12之后進(jìn)行施加。在一些實(shí)施例中，模具140可進(jìn)一步包括一個或多個真空口 170，且真空175可使用這些口 170中的一個或多個口施加到模腔150，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，向模腔150施加真空175進(jìn)一步朝模具140的內(nèi)表面142拉動彈性層120的第一表面121。在一些實(shí)施例中，方法10包括向彈性層120施加加壓流體165，以及向模腔150施加真空175。在一些實(shí)施例中，方法10可進(jìn)一步包括在向彈性層120的第二表面121施加流體165的步驟12期間，對剛性支架110、模具140或流體165中的一者或多者進(jìn)行加熱。在一些實(shí)施例中，對支架110、模具140或流體165進(jìn)行加熱可改良對成型復(fù)合制品250進(jìn)行的成型。在一些實(shí)施例中，可維持支架110、模具140或流體165的溫度，從而不會在成型步驟12期間實(shí)現(xiàn)預(yù)浸料200的固化。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖I所示，方法10進(jìn)一步包括在模腔150中對成型復(fù)合制品250進(jìn)行固化，以形成固化復(fù)合制品300。如前文所述，有利的是，本發(fā)明的方法和設(shè)備可對復(fù)合物進(jìn)行連續(xù)成型和固化，而無需將成型復(fù)合制品250轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的固化系統(tǒng)并使用高 壓釜。在一些實(shí)施例中，成型復(fù)合制品250的固化可通過對剛性支架110、模具140或流體165中的一者或多者進(jìn)行加熱來實(shí)現(xiàn)。如前文所述，在一些實(shí)施例中，剛性支架110、模具140或這兩者可包括一個或多個加熱元件180。在一些實(shí)施例中，一個或多個加熱元件180可配置成直接實(shí)現(xiàn)成型復(fù)合制品250的固化。在一些實(shí)施例中，其中模具140包括一個或多個加熱元件180，加熱元件180可用于加熱模具140以及模具140的成型表面142，從而實(shí)現(xiàn)成型復(fù)合制品250的固化。在特定實(shí)施例中，存在于剛性支架110中的一個或多個加熱元件180可經(jīng)配置以對設(shè)置在模腔140中的流體165進(jìn)行加熱，且加熱的流體165可向成型復(fù)合制品250提供熱，以實(shí)現(xiàn)固化。在一些實(shí)施例中，方法10包括將流體165加熱到固化溫度，以實(shí)現(xiàn)成型復(fù)合制品250的固化。在一些實(shí)施例中，可在向彈性層120的第二表面122施加流體165的步驟12之前，將流體165加熱到第一溫度。在此類實(shí)施例中，第一溫度可低于固化溫度。在一些實(shí)施例中，可在對成型復(fù)合制品250進(jìn)行固化的步驟13期間，將流體165進(jìn)一步加熱到第二溫度。在此類實(shí)施例中，第二溫度可由成型復(fù)合制品250的固化溫度確定。在一些實(shí)施例中，方法10可包括將流體加熱到固化溫度，并使成型設(shè)備100處于加壓狀態(tài)一段時間，直到實(shí)現(xiàn)所需的固化為止。在一些實(shí)施例中，在對成型復(fù)合制品進(jìn)行固化的步驟13之后，成型設(shè)備100可進(jìn)一步冷卻。在一些實(shí)施例中，方法10進(jìn)一步包括對剛性支架110、模具140或流體165中的一者或多者進(jìn)行冷卻。如前文所述，在一些實(shí)施例中，剛性支架110、模具140或這兩者可包括一個或多個冷卻元件190。在一些實(shí)施例中,所述一個或多個冷卻元件190可經(jīng)配置以對流體165、固化復(fù)合制品300或這兩者進(jìn)行冷卻。在一些實(shí)施例中，方法10可進(jìn)一步包括使用合適的出口(未圖不)將流體165從模腔150中排出，并釋放彈性層120上的壓力。在此類實(shí)施例中，彈性層120可返回到其原始松弛狀態(tài)，且固化復(fù)合制品300可從成型設(shè)備100中移除，如圖8所示。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖3和圖4所示，提供制造固化復(fù)合制品的方法30。方法30包括在步驟31處提供成型設(shè)備100。在一些實(shí)施例中，成型設(shè)備100包括設(shè)置在剛性支架110上的彈性層120。在一些實(shí)施例中，成型設(shè)備100進(jìn)一步包括設(shè)置在彈性層120和支架110上的模具140，其中模具140包括內(nèi)表面141，內(nèi)表面141進(jìn)一步包括成型表面142。在一些實(shí)施例中，彈性層120的第一表面121和模具140的內(nèi)表面141構(gòu)成模腔150。在一些實(shí)施例中，預(yù)浸料200進(jìn)一步設(shè)置在模腔150中。在一些實(shí)施例中，預(yù)浸料200設(shè)置在彈性層120的第一表面121上。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖3和圖4所示，方法30包括在步驟31處經(jīng)由流體入口 160向彈性層120的第二表面122提供流體165。在一些實(shí)施例中，方法30包括使彈性層120向模具140的內(nèi)表面141擴(kuò)展，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，方法30進(jìn)一步包括將預(yù)浸料200推向模具141的成型表面142，以形成成型復(fù)合制品250，如圖7所示。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖3所示,所述方法進(jìn)一步包括在步驟33處向流體165施加正壓力，并將流體165加熱到固化溫度。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖3所示，所述方法進(jìn)一步包括在步驟34處在模腔150中對成型復(fù)合制品250進(jìn)行固化，以形成固化復(fù)合制品300。在一項(xiàng)實(shí)施例中，如圖4和圖8所示，提供用于制造固化復(fù)合制品300的設(shè)備100。在一些實(shí)施例中，設(shè)備100包括設(shè)置在剛性支架100上的彈性層120，以及設(shè)置在彈性層 120和剛性支架100上的模具140。在一些實(shí)施例中，如圖4所示，模具140包括內(nèi)表面141。在一些實(shí)施例中，內(nèi)表面141進(jìn)一步包括成型表面142,如圖4所示。另外，在一些實(shí)施例中，彈性層120的第一表面121和模具140的內(nèi)表面141構(gòu)成模腔150。在一些實(shí)施例中，模腔150經(jīng)配置以容納設(shè)置在彈性層120的第一表面121上的預(yù)浸料200，如圖4和圖6所示。在一項(xiàng)實(shí)施例中，設(shè)備100進(jìn)一步包括至少一個流體口 160。如前文所述，在一些實(shí)施例中，剛性支架110包括流體口 160。在一些實(shí)施例中，至少一個流體口 160經(jīng)配置以向彈性層120的第二表面122提供流體165，如圖4和圖7所示。在一些實(shí)施例中，流體口160經(jīng)配置以提供流體165，從而使彈性層120向模具140的內(nèi)表面141擴(kuò)展，并將預(yù)浸料200推向模具140的成型表面142，以形成成型復(fù)合制品250。在一些實(shí)施例中，如前文所述，至少一個流體口 160配置成以大于約I巴的壓力向彈性層120的第二表面122提供流體165。在一些實(shí)施例中，設(shè)備100進(jìn)一步包括流體腔161，所述流體腔配置成經(jīng)由流體口 160向彈性層120的第二表面122提供流體165。在一項(xiàng)實(shí)施例中，設(shè)備100進(jìn)一步包括至少一個真空口 170，所述真空口經(jīng)配置以向模腔150施加真空175，從而朝模具140的內(nèi)表面141拉動彈性層120的第一表面121。在一項(xiàng)實(shí)施例中，設(shè)備100進(jìn)一步包括至少一個加熱元件180,所述加熱元件經(jīng)配置以對成型復(fù)合制品250進(jìn)行固化，并形成固化復(fù)合制品300，如圖7和圖8所示。在一些實(shí)施例中，一個或多個加熱元件經(jīng)配置以對剛性支架110、模具140或流體165中的一者或多者進(jìn)行加熱。在一項(xiàng)實(shí)施例中，設(shè)備100進(jìn)一步包括至少一個冷卻元件190，如圖7和圖8所示。在一些實(shí)施例中，一個或多個冷卻元件190經(jīng)配置以對剛性支架110、模具140或流體165
中的一者或多者進(jìn)行冷卻。在一些實(shí)施例中，有利的是，本發(fā)明的方法和設(shè)備適于制造較大的復(fù)合部件。在一些實(shí)施例中，較大的復(fù)合部件是總體尺寸(長度+寬度+厚度)大于一英尺的部件。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法和設(shè)備可用來形成從由風(fēng)力機(jī)部件、飛機(jī)部件，和海上結(jié)構(gòu)組成的組中選出的固化復(fù)合制品300。本說明書使用了各種實(shí)例來揭示本發(fā)明，包括最佳模式，同時也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包括所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包括的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書 的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也屬于權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造固化復(fù)合制品的方法，其包括 (i)提供成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括 (a)設(shè)置在剛性支架上的彈性層， (b)設(shè)置在所述彈性層和所述支架上的模具， 其中所述模具包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面進(jìn)一步包括成型表面，且其中所述彈性層的第一表面與所述模具的所述內(nèi)表面構(gòu)成模腔， (C)設(shè)置在所述模腔中的預(yù)浸料，其中所述預(yù)浸料設(shè)置在所述彈性層的所述第一表面上； ( )經(jīng)由流體入口向所述彈性層的第二表面提供流體，從而使所述彈性層向所述模具的所述內(nèi)表面擴(kuò)展，并將所述預(yù)浸料推向所述模具的所述成型表面，以形成成型復(fù)合制品；以及 (iii)在所述模腔中對所述成型復(fù)合制品進(jìn)行固化，以形成固化復(fù)合制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(iii)包括將所述流體加熱到固化溫度，以實(shí)現(xiàn)對所述成型復(fù)合制品的固化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(iii)包括向所述流體施加正壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述流體的壓力大于約I巴。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(ii)進(jìn)一步包括向所述模腔施加真空，從而朝所述模具的所述內(nèi)表面拉動所述彈性層的所述第一表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述預(yù)浸料包括增強(qiáng)材料和基質(zhì)。
7.一種用于制造固化復(fù)合制品的設(shè)備，其包括 (i)設(shè)置在剛性支架上的彈性層， ( )設(shè)置在所述彈性層和所述支架上的模具， 其中所述模具包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面進(jìn)一步包括成型表面，以及其中所述彈性層的第一表面與所述模具的所述內(nèi)表面構(gòu)成模腔，所述模腔經(jīng)配置以容納設(shè)置在所述彈性層的所述第一表面上的預(yù)浸料； (iii)至少一個流體口，其經(jīng)配置以向所述彈性層的第二表面提供流體，從而使所述彈性層向所述模具的所述內(nèi)表面擴(kuò)展，并將所述預(yù)浸料推向所述模具的所述成型表面，以形成成型復(fù)合制品；以及 (iv)至少一個加熱元件，其經(jīng)配置以對所述成型復(fù)合制品進(jìn)行固化，并形成所述固化復(fù)合制品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述流體口配置成以大于約I巴的壓力向所述彈性層的所述表面提供所述流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括至少一個真空口，所述真空口經(jīng)配置以向所述模腔施加真空，從而朝所述模具的所述內(nèi)表面拉動所述彈性層的所述第一表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述預(yù)浸料包括增強(qiáng)材料和基質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及并提供用于對復(fù)合制品進(jìn)行成型和固化的方法。所述方法包括提供成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括設(shè)置在剛性支架上的彈性層，以及設(shè)置在所述彈性層和所述支架上的模具。所述模具包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面進(jìn)一步包括成型表面，且其中所述彈性層的第一表面與所述模具的所述內(nèi)表面構(gòu)成模腔。預(yù)浸料進(jìn)一步設(shè)置在所述模腔中，其中所述預(yù)浸料設(shè)置在所述彈性層的所述第一表面上。所述方法包括經(jīng)由流體入口向所述彈性層的第二表面提供流體，從而使所述彈性層向所述模具的所述內(nèi)表面擴(kuò)展，并將所述預(yù)浸料推向所述模具的所述成型表面，以形成成型復(fù)合制品。本發(fā)明還提供一種用于對復(fù)合制品進(jìn)行成型和固化的設(shè)備。
文檔編號B29C70/44GK102950778SQ201210306820
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者S.G.范紐文霍維, B.B.帕多迪, J.T.奧弗林, T.克魯格, T.科爾維恩 申請人:通用電氣公司