一種噴射模塑復(fù)合材料部件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到噴射模塑復(fù)合材料制成的部件（1）的方法，所述方法是將預(yù)制件置入鑄模內(nèi)，將樹脂噴入鑄模以便浸入預(yù)制件內(nèi)，和在樹脂固化后將部件（1）從鑄模中取出，所述方法的特征在于，其還可在樹脂固化的同時使樹脂和預(yù)制件在鑄模內(nèi)承受壓力，例如，通過將壓力氣體經(jīng)由多個點(2,4,5,6)噴入鑄模內(nèi)。
【專利說明】一種噴射模塑復(fù)合材料部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴射模塑復(fù)合材料部件的方法，特別是航空領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]這種方法通常是將預(yù)制件置于鑄模中，所述預(yù)制件采用三維編織紗制成，例如，將樹脂噴入鑄模內(nèi)以便浸入預(yù)制件內(nèi)，然后，在樹脂固化后，將部件從鑄模中取出。這種方法稱之為樹脂傳遞模塑成型(RTM)。
[0003]以本發(fā)明申請者名義申請的發(fā)明專利FR2950286披露了一種制作復(fù)合材料葉片的樹脂傳遞模塑成型RTM方法，所述方法包括:
[0004]采用三維編織紗制作預(yù)制件，所述預(yù)制件包括葉根部分和葉型部分，二者通過將側(cè)面做成斜狀而連接到一起，這些側(cè)面在轉(zhuǎn)子盤的裝配槽內(nèi)形成葉根的支撐表面。
[0005]將預(yù)制件壓于鑄模內(nèi)，該鑄模帶有凹槽，該凹槽包括第一斜側(cè)面和第二斜側(cè)面，第一斜側(cè)面對應(yīng)于預(yù)制件上述側(cè)面，第二斜表面抵靠在預(yù)制件的根部，并沿與第一斜側(cè)面相反方向傾斜；以及
[0006]而后，將纖維預(yù)制件嵌入到剛性樹脂基體內(nèi)，預(yù)制件的纖維具有機械增強功能，樹脂基體則用來將部件保持在一起。
[0007]根據(jù)噴射參數(shù)和所使用的樹脂類型，在所噴射的部件上、在部件的芯部、和/或在其表面處，會出現(xiàn)孔隙。這些孔隙會大大削弱部件，結(jié)果，該部件則不得不報廢。
[0008]研究表明，這些孔隙是由于樹脂固化期間產(chǎn)生的化學(xué)化合物所造成的，該化合物在溫度和壓力條件下以氣態(tài)形式存在于鑄模內(nèi)。
[0009]氣體產(chǎn)生氣泡，這些氣泡會滯留在預(yù)制件和樹脂內(nèi)，在固化期間硬化時，它們會產(chǎn)生孔隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個特別目的是提供一種針對這個問題的解決方案，該方案實施簡單，有效，且成本不高。
[0011]為此，本發(fā)明提供了一種噴射模塑復(fù)合材料部件的方法，所述方法是將預(yù)制件置于鑄模內(nèi)，將樹脂噴入鑄模以便浸入預(yù)制件內(nèi)，并在樹脂固化后將部件從鑄模中取出，所述方法的特征在于，在樹脂固化的同時，其還可以在鑄模內(nèi)使樹脂和預(yù)制件經(jīng)受壓力。
[0012]固化期間在鑄模內(nèi)部施加壓力可避免樹脂內(nèi)出現(xiàn)氣泡，從而避免噴射成型部件帶有任何孔隙。
[0013]根據(jù)本發(fā)明特性，在樹脂固化程度超過范圍在20%至30%之間的數(shù)值前，向鑄模內(nèi)部件施加壓力，所述數(shù)值稱之為臨界值。
[0014]為此，在部件內(nèi)的氣泡被排放之前，可以很方便地向該部件施加壓力。此外，此時，樹脂依然呈足夠流體狀，而鑄模整個內(nèi)部容積均勻受壓，該壓力之高足以防止氣泡的形成。
[0015]有利的是，施加給鑄模內(nèi)的部件上的壓力高于樹脂固化期間所產(chǎn)生的氣體的蒸氣壓力。
[0016]這樣，就可以保證在樹脂固化期間不會形成氣泡。
[0017]例如，施加到部件上的壓力的相對值(S卩，相對于大氣壓力)大于或等于2巴。
[0018]例如，樹脂可以是環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂，或任何包含了揮發(fā)性雜質(zhì)和/或溶劑的樹脂。
[0019]按照本發(fā)明的實施例，通過將具有壓力的流體噴入鑄模來向部件施加壓力，例如，將空氣或氮氣這樣的氣體，或與樹脂不會混合的液體噴入鑄模。
[0020]優(yōu)選地，具有壓力的流體可通過多個不同點噴入鑄模內(nèi)，從而可以確保壓力在鑄模內(nèi)部充分均勻。多點噴射還可以降低噴射時間。
[0021]當部件的體積很大且需要大量物質(zhì)時，則會增加噴射樹脂所需的時間。一旦樹脂已經(jīng)全部噴入，其固化可能早已經(jīng)提前了，這就意味著該樹脂很粘或很硬，使得壓力不能均勻分布，從而，不能防止孔隙的形成。
[0022]在這種情況下，優(yōu)選繼續(xù)進行多點噴射，從而縮短噴射時間。樹脂噴射管路孔隙不同于或相似于施加壓力的管路。
[0023]重要的是，部件內(nèi)的所有點都會承受壓力，而該壓力是防止氣泡形成所必須的。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，預(yù)制件和樹脂通過至少一個致動器來壓到鑄模內(nèi)。
[0025]按照另一種方式，將適合膨脹的元件插入到鑄模內(nèi)，該鑄模在部件噴射模塑期間承受溫度的上升，這樣，在樹脂固化時，上述元件就會使樹脂和預(yù)制件承受壓力。
[0026]例如，該元件可以是硅、銅，或鋁制成的墊塊。
[0027]用來噴射樹脂的鑄?？梢院芊奖愕赝顺觯瑥亩沟脟娚鋾r間縮短，提高了成品件的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]通過閱讀以非限定性示例并參照附圖給出的如下說明，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其它細節(jié)、特性和優(yōu)點會顯現(xiàn)出來，附圖如下:
[0029]圖1為復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動機葉片的透視圖，該葉片上標有噴射材料和壓力流體的各個點；
[0030]圖2為與本發(fā)明另一個實施例相關(guān)的局部剖面圖，其中，預(yù)制件和樹脂通過致動器壓入鑄模內(nèi)；以及
[0031]圖3為與本發(fā)明另一個實施例相關(guān)的局部剖面圖，其中，預(yù)制件和樹脂通過一個適合在模塑期間膨脹的部件來壓入到鑄模內(nèi)。
【具體實施方式】
[0032]下面參照圖1介紹復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動機葉片的噴射模塑方法的第一個實施方式。
[0033]該方法首先是將葉片預(yù)制件置于鑄模內(nèi)。預(yù)制件可以采用兩維或三維編織紗來制成。
[0034]而后，將樹脂經(jīng)由至少一個點2 (如圖1所示)噴入到鑄模內(nèi)，以便浸入到預(yù)制件內(nèi)，在進行這種噴射的同時，優(yōu)選將鑄模退出。這種方法稱之為真空輔助樹脂傳遞模塑成型(VARTM)。例如，所使用的樹脂是環(huán)氧樹脂，例如標號為PR520N類、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂，或任何包含了溶劑和/或揮發(fā)性雜質(zhì)的樹脂。
[0035]例如，在噴射期間樹脂的壓力大約I巴到2巴，而溫度大約150°C至200°C。噴射持續(xù)時間大約幾分鐘，例如至多為30分鐘。
[0036]樹脂在鑄模內(nèi)固化的同時，氣態(tài)形式的化學(xué)化合物會在樹脂內(nèi)形成，或其已經(jīng)存在于樹脂內(nèi)。
[0037]為了避免部件內(nèi)形成氣泡，鑄模一旦填充了樹脂，就將壓力氣體經(jīng)由一個或多個不同點噴入到鑄模內(nèi)，如圖1箭頭3所示。該氣體的噴入壓力優(yōu)選高于大氣壓力。例如，壓力氣體為空氣或氮氣，其壓力范圍在3巴到5巴的范圍內(nèi)。壓力流體也可以是與樹脂不會混合的液體，例如，油。
[0038]壓力流體的這種噴射優(yōu)選在樹脂噴射后盡快進行，從而確保樹脂固化程度超過所謂“臨界”值(在20%至30%的范圍內(nèi))之前能向鑄模內(nèi)的部件上施加壓力。這個臨界值可以隨著樹脂和纖維的特性的不同而變化。
[0039]在低于該閾值時，樹脂則呈充足流體狀態(tài)，以確保樹脂和預(yù)制件能夠均勻受壓，從而保證在部件內(nèi)的任何點上都沒有孔隙。
[0040]溫度和氣體壓力保持到樹脂完全固化，這樣，可使無孔隙且包括了纖維預(yù)制件的復(fù)合材料葉片得以嵌入剛性樹脂基體內(nèi)。然后，將部件從鑄模中取出。
[0041]噴射鑄模(圖1中未示出)通常包括至少一個樹脂噴射孔2和一個通氣孔4。這些孔3，4孔隙用來噴射壓力氣體。另外，例如，在葉片I前緣7和后緣8內(nèi)，也可設(shè)置其它用于噴射壓力氣體的點5，6。
[0042]另外，所有氣體噴射點3也可與樹脂噴射點2和通氣孔4分開。這樣，一個工作站可以先噴射樹脂，然后，另一個工作站則可繼續(xù)噴射壓力氣體，這樣，避免長時間占用生產(chǎn)線上的樹脂噴射工作站。另外，這樣可以避免噴射壓力氣體的點3被塞子堵塞，這些塞子是因為噴射點2處形成膠狀的樹脂所致。
[0043]另外，所述方法還包括多個將樹脂噴入鑄模和向樹脂和鑄模施加壓力的連續(xù)步驟，特別是，在模塑大型部件時。
[0044]圖2示出了本發(fā)明的另一種形式，按照這個形式，模塑葉片的方法是將預(yù)制件9置于鑄模10內(nèi)，將樹脂噴入鑄模以便浸入預(yù)制件9內(nèi)，通過致動器11將預(yù)制件和樹脂壓入鑄模內(nèi)，以及在樹脂固化后將葉片從鑄模中取出。
[0045]圖3示出了另一個不同的實施例，按照這個實施例，適合膨脹的部件12與預(yù)制件9 一起放在鑄模10內(nèi)。在將樹脂噴入鑄模10內(nèi)后，對樹脂、預(yù)制件和元件進行加熱，這樣，元件12就會膨脹，向樹脂和預(yù)制件9施加壓力。在樹脂固化后，將部件從鑄模中取出。
[0046]例如，元件12可以是硅、銅，或鋁制成的墊塊。
[0047]在圖2和圖3中，原理與參照圖1所述的原理相同，其特征在于，樹脂和預(yù)制件都承受足夠壓力，避免在樹脂固化時形成氣泡。
【權(quán)利要求】
1.一種噴射模塑復(fù)合材料部件(I)的方法，所述方法包括:將預(yù)制件(9)置于鑄模(10)內(nèi)，將樹脂噴入鑄模(10)以便浸入預(yù)制件(9)內(nèi)，以及在樹脂固化后將部件(I)從鑄模中取出；所述方法的特征在于，其還可在樹脂固化的同時使樹脂和預(yù)制件(9)在鑄模(10)內(nèi)經(jīng)受壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塑方法，其特征在于，在樹脂固化程度超過范圍在20%至30%的數(shù)值前，向鑄模(10)內(nèi)的部件⑴施加壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模塑方法，其特征在于，向鑄模(10)內(nèi)部件(I)所施加的壓力大于樹脂固化時所產(chǎn)生的氣體的蒸氣壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項所述的模塑方法，其特征在于，施加到部件(I)上的壓力相對于大氣壓力大于或等于2巴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項所述的模塑方法，其特征在于，樹脂為環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂，或任何包含了揮發(fā)性雜質(zhì)和/或溶劑的樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項所述的模塑方法，其特征在于，通過將壓力流體噴入鑄模來向部件(I)施加壓力，例如，通過噴射諸如空氣或氮氣的氣體或不與樹脂混合的液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塑方法，其特征在于，通過多個不同的點(3)將壓力流體噴入到鑄模內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項所述的模塑方法，其特征在于，預(yù)制件(9)和樹脂通過至少一個致動器(11)壓入鑄模(10)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項所述的模塑方法，其特征在于，將適合膨脹的元件插入到鑄模內(nèi)，所述鑄模在部件噴射模塑期間承受溫度上升，這樣，元件就會在樹脂固化的同時使得樹脂和預(yù)制件承受壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任何一項所述的模塑方法，其特征在于，將鑄模(10)退出，以便噴射樹脂。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任何一項所述的模塑方法，其特征在于，其包括多個將樹脂噴入鑄模和向樹脂和鑄模加壓的連續(xù)步驟。
【文檔編號】B29C70/48GK103501985SQ201280021653
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】蒂里·戈登, 布魯諾·杰克斯·杰拉德·達米布瑞恩, 愛德華多·瑞茲, 弗朗索瓦·特羅舒 申請人:斯奈克瑪