复合管生产的制作方法

专利名称：复合管生产的制作方法
复合管生产
本发明通常涉及由纤维增强复合材料制成的零件的生产，特别是涉及由 这样的材料制成的管和导管的生产。虽然将要描述的本发明涉及圆柱形管和 导管的生产，但是应认识到本发明还可用于生产锥形的或曲线的管和导管， 和横截面为非圆形的管和导管。
将在本申请中使用的术语"管"是指管和导管或其它任何伸长的中空零件。
高等级纤维增强复合零件现在使用釜或炉子制造，这样固化温度和施加 压力可被精确地控制。在纤维增强复合管的例子中，生产这种管的一个程序 是缠绕"预浸"材料，即绕圓柱形模板编织预注有未固化的树脂的玻璃纤维
或碳纤维织物，压制得到的复合树脂浸渍增强材料(lay-up)缠绕在真空袋 内，且通过把整个装配放在釜或炉的室内固化复合树脂浸渍增强材料。例如 这种生产方法描述于美国专利3962394 ( Hall )。
使用釜或炉固化复合树脂浸渍增强材料存在一些缺点。首先，任何将要 被生产的复合零件的长、宽和高被釜室的内部尺寸所限制。而且，由于较大 体积的气体需要在釜或炉室内加热，釜或炉室内的温度仅上升的相对较慢。 在厚层压材料的生产中，仍然必要的是限制温度增加的速度，以避免被固化 的树脂内的任何非控放热反应。这将导致加工的零件的破坏，以及潜在地损 坏釜并且形成安全事故。如果这种反应发生，不是总可以快速冷却釜内的温 度以试图停止反应。因此必须緩慢增加温度以避免这些潜在的问题。然而， 如果温度不增加到足够高的温度，对于产品可能保持至少部分未固化。在建 立的生产中已发现，依赖于被固化的层压材料的厚度，对于复合管在釜或炉 内的固化需要花费约8小时。
同样困难的是使用釜或炉来生产使用热塑性材料的复合零件。这是因为 这些材料可达到液态且必须快速冷却该零件以保持生产的复合零件的结构 完整。釜和炉通常需要太长的时间冷却，这限制了它们用于热塑性材料。
可以不必使用釜或炉生产纤维增强复合材料制成的管将是有利的。这避 免了与使用釜和炉相联系的缺点。
可以比使用釜或炉的情况更快地生产纤维增强复合材料制成的管也将 是有利的。
而且，可以使用固化的树脂或热塑性基质形成纤维增强复合材料的管将 是有利的。
因此本发明的目的是可以生产纤维增强复合材料制成的管而不需要釜 或炉。
记住这点，根据本发明的一个方面，提供了一种装置，其用来生产由纤 维增强复合材料形成的管，该装置包括
伸长的中空心轴，其具有内部心轴腔，该心轴具有外表面，增强的纤维
材料可被缠绕在该外表面上，以提供支撑在其上的复合树脂浸渍增强材料；
和
流体流动装置，用于使得不同温度的热传递流体流过该心轴腔而被循 环，这样当具有升高的温度的流体循环时，热从流体传递，穿过该心轴到达 复合树脂浸渍增强材料，用于固化或形成所述树脂浸渍增强材料。
增强的纤维材料可通过预注有热固性树脂和/或缠绕前可被浸入树脂浴 以浸渍材料的玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉尔纤维的编织片或束提供。该树脂
通过从流体传递的热#皮固化。
根据本发明可用在装置中的另一类型的增强纤维材料使用热塑性塑料 以提供用于该增强纤维的基质。该热塑性塑料可以是与增强纤维混合的丝的
形式或者可以是混进增强纤维的热塑性塑料粉末的形式。Saint-Gobain Vetrotex公司生产一种名为"Twintex，，(商标)的材料。该材料包括细的、 纯的混合的连续的玻璃丝和热塑性的优选的是聚丙烯的丝。这些丝被编织成 片，其可被快速缠绕在本发明的心轴上。从循环的流体传递的热可熔化热塑 性的丝，然后其浸渍玻璃丝。较冷温度的流体可接着^皮循环以固化热塑性基 质。
还可设想增强纤维材料可由热塑性的片或条提供，当其被缠绕在心轴上 时，其可被伸展在心轴上且纟皮加热。通过循环热传递流体流过心轴腔，热塑 性材料的加热可以相同的方式实现。这具有熔化热塑性材料外表面的效果， 因此各种层可被结合在一起，而同时留下该材料的内部未熔化或仅部分熔 化，以提供必要的增强。热塑性塑料的伸展用来在未熔化的材料内定位聚合 体链，其于是给最终复合零件提供必要的纤维增强。
:i口油、PAG ( polyalkylene glycol)或PEG (polyethylene glycol)的力充体 是比空气更有效的热传递机制，且可以更快地把热传递到复合树脂浸渍增强 材料并且从其传走。不同温度的流体可被循环流过心轴腔，由此可以相对地 快速加热和随后冷却复合零件。相比可能使用其中温度的变化速度相对较低 的釜或炉的情况，这导致更快的生产循环时间。使用根据本发明的装置导致 在生产过程中节省相当的成本和时间。复合树脂浸渍增强材料的快速冷却有 助于避免或减小由于热固性树脂内的任何可能的非控放热反应造成的破环。 该装置由此可减少完全固化复合管的时间。利用使用预注有环氧树脂的纤维 增强材料的装置的示例性实施例实施的经验测试中，复合管在约7分钟内已 被完全固化。本发明由此比在釜或炉中花费更少的时间来固化该复合管。
同样重要的是复合树脂浸渍增强材料的快速冷却可发生在包括热塑性 塑料的纤维增强材料被使用时。如果该材料没有被快速冷却，该热塑性材料 一旦进入液态，其可从增强纤维材料脱落。快速冷却由此确保热塑性塑料纤 维增强材料可以被适当地形成。
心轴的外表面可以是具有统一直径的圆柱形或者可以是锥形，这样该心 轴的一端的直径可大于心轴的相反端的直径。然而还可以设想该外表提供其 它的横截面，如正方形、矩形、卵形、椭圆形或三角形，或其它非圆形横截 面。这将使得不同横截面的管得以被生产。本发明还可用于固化的管生产。
心轴可由金属管制成，该金属管由铝或钢制成，以利于热量从循环的流 体传递到复合树脂浸渍增强材料。而且，心轴金属和复合树脂浸渍增强材料 之间的膨胀系数的差别意味着该心轴在加工的加热步骤将保持收缩，且接着 在装置的冷却阶段从固化的复合管分离。这使得可以非常容易地在固化或成 形加工结束时从心轴去除该复合管。
流体流动意味着心轴腔可至少包括一个入口和一个出口 。该入口和出口 可位于固定到法兰的板上，该法兰设置在心轴的开口端。心轴腔可至少基本 上从其开口端延伸穿过心轴的长度且可结束于其相反端。管可从入口延伸进
入心轴腔，以允许流体在通过该室到出口循环回前，被传送到心轴腔的外围 端。还可"i殳想所述入口i殳置在心轴的一端且所述出口i殳置在心轴的相反端。 心轴腔可基本上延伸心轴的整个长度，这样整个缠绕的复合树脂浸渍增 强材料可均匀地被加热和固化或成形。然而还可设想的是穿过其流体可^l循 环的心轴腔可仅沿心轴的一部分长度延伸，或隔离的端部可设置在心轴的一
端或两端。这对于一些情况是期望的，其中使用热固性树脂制成的复合管的 外围端需要留下不固化或仅部分固化。其它纤维增强复合零件或者甚至其它 复合管于是可被连接到该管的端部，其使用在申请人的国际专利申请
PCT/AU01/00224中描述的一起固化的方法，其详细内容合并于此以作参考。 例如，法兰可连接在该管的端部，其使用申请人的一起固化方法，确保法兰 和管被固化在一起，以提供具有均匀材料比例的整体连接，而没有任何连接 线中断。在管具有热塑性基质情况下，可设想的是在该管的端部，热塑性塑 料可被再加热和熔化和再成形，由此允许法兰或其它复合管被连接到管端 部。还可设想的是该法兰可在固化或成形加工过程中被整体成形在复合管的 端邵。
入口和出口可连接到外部流体供应系统，以确保流体被循环通过心轴。 流体供应系统可包括一 系列容纳不同温度流体的罐和用于控制流体从各个 罐流进流出的流动控制系统。例如这样的系统描述于申请人的澳大利亚专利 No.697678,其详细内容合并于此以作参考。在具有热塑性基质的管的生产 的例子中，仅需要一个或多个罐，因为管可被允许在生产车间外自然冷却。 这对于生产这样的管具有较快的循环时间的优点。
当使用前述装置，相当数量的生产时间的减少可被实现时，还有益的是 可以消除经常连接和分离该装置的入口和出口到流体供应系统的要求。
因此，根据另一优选实施例，流体流动意味着可包括内部主体，其具有 穿过其流体可被循环的主体室。该内部主体可被设置在心轴腔内，且该内部 主体设置在心轴腔内时可具有外壁，其紧靠且通常接触心轴腔的壁的表面。 心轴由此像套一样固定在主体上，这样热量可在主体的外壁和心轴腔的壁表 面之间传递。该出口和入口可位于内部主体的一端且可连接到流体供应系 统。 一系列心轴可接着被使用，其每个心轴提前在远离生产车间区域一皮预先 缠绕有纤维增强材料。在生产过程的开始时各个心轴可接着分别地滑动在内 部主体上，且在生产的结束时滑离该内部主体。各个心轴可以是简单结构， 例如薄壁管。该配置消除了在各个生产过程的开始和结束时频繁连接和分离 入口和出口的需要。
内部主体的外壁可由如铝或钢的金属制成，以易于热量传递给心轴。如 果相同的材料用于内部主体的外壁和心轴两者，则内部主体和心轴腔两者都 必须加工到较高的公差，以防止该内部主体在心轴腔内的连接。然而，如果
不同的金属用于心轴和内部主体，每种金属具有不同的膨胀系数，则当冷却 流体在复合零件固化后被循环流过内部主体以冷却复合零件时，内部主体的 外壁可能部分失去与心轴腔的壁表面接触。这可影响热传递效率。为此目的， 至少内部主体的外壁可由弹性变形材料制成。因此，根据另一优选实施例， 内部主体的外壁可包括弹性变形壁。流过主体室的流体循环可被加压以确保 内部主体外壁可向外膨胀，以由此在整个生产过程中保持与心轴腔的壁表面 接触。流体从内部主体的排出可导致外壁的向内弯曲，这有利于内部主体乂人 心轴腔的松开。心轴可包括沿其长度延伸的膨胀接头。这使得在内部主体施 加足够的压力到心轴时，心轴的宽度能膨胀。这允许在生产过程中，张力按 要求被施加到复合树脂浸渍增强材料。这有助于进一步压紧复合树脂浸渍增 强材料，导致改善最终复合管的材料特性。振动还可被用于促进树脂浸渍增 强材料的压紧。
还可设想的是心轴可沿其长度被分成两段或多段。这有助于用于管生产 的心轴的使用，该管不直且可能具有弯曲的部分，而心轴可被更容易地/人固 化或成形的管抽出。
内部主体可包括内部刚芯，用于支撑弹性变形外壁。外壁可典型地由如
EPDM或硅橡胶的高温弹性橡胶的材料制成。用在该装置中的其它弹性材料 也可被设想。内芯可支撑入口和出口，且可由如钢的材料制成。如铝的材料 的使用也可被设想。内芯可包括被外圆柱环绕的中心内部管，且内法兰从外 壁的端部向外横向延伸且支撑外壁的端部。气隙由此可被设置在内管和外圓 柱之间，以作为绝缘体且减少其之间的热传递。外部弹性变形壁可被内法兰 支撑在外圆柱周围，流体流动缝隙设置在其间以允许流体流过该缝隙流动。 流体于是可被传递流过内管且流出进入缝隙内。内法兰可相对于内芯的入口 和出口端位于内芯的相反端。流体排出喷口可支撑在法兰上且可^ 1导流体离
开中心内管流过流体流动缝隙进入螺旋通道。这最大化了穿过外壁的热传递 的程度。替换地，或此外， 一系列出口可沿设置在内芯的端口端的相对外法 兰设置，以引导或支撑流体的螺旋流动。在替换实施例中，内管可用弯曲的 部分结束，其通过外圆柱内的开口进入流体流动缝隙。这消除了当流体从内 管的弯曲部分排出时对流体排出喷口的需要，其可被定向以引导流体的螺旋 流动穿过流体流动缝隙。当流体^l皮以升高的温度和压力供应时，热量可净皮穿 过弹性变形外壁传递到心轴。而且，外壁可在压力下从高溫流体膨胀，以紧
压在心轴腔的表面以有助于其间的理想的热传递。
缠绕的复合树脂浸渍增强材料可最初通过使用真空袋覆盖在树脂浸渍 增强材料上以传统的方式被压紧。替换地，收缩带可被缠在缠绕的树脂浸渍 增强材料上以提供必要的压紧。典型地，聚酯薄膜带可被用于此目的。这样 的带的使用还改善了最终复合管的外表面抛光。在具有厚复合壁的较大直径 的管的生产中，可能有帮助的是还提供了另外的方法来压紧复合树脂浸渍增 强材料，如果必要的话，以提供另外的固化热量。为此目的，外套还可位于 复合树脂浸渍增强材料的外表面上。外套可以是简单的弹性变形套的形式， 其可伸展在缠绕的复合树脂浸渍增强材料和心轴上，以提供或供应树脂浸渍 增强材料的压紧。替换地，外套可提供一些固化热量。为此目的，外套可包 梧流体流动通道以使得升高的温度和压力的流体被循环。这提供了固化树脂 浸渍增强材料的另外的外部热源。
在优选实施例中，外套可包括支撑内弹性变形壁的外刚性管状壁，缝隙 设置在外刚性壁和内弹性变形壁之间，以允许流体流过其循环。为此目的， 用于流体的入口和出口可位于外套上。外套可位于心轴和缠绕的复合树脂浸 渍增强材料上，而内部主体位于心轴腔内。然而还可以设想的是仅外套被使 用而没有内部主体，来固化复合树脂浸渍增强材料。因此，热量仅从外套传 递到复合树脂浸渍增强材料，而没有热量被传递穿过心轴。
具有弹性变形外壁的内部主体，和具有内部弹性变形壁的外套都被使用
的地方，相同的压力的热传递流体可被循环流过内部主体和外套。内部主体
和外套因此都可用作"压力室"，内部主体和外套分别施加压力到心轴和复 合树脂浸渍增强材料。由此允许"平衡的压力"被施加到心轴的相反侧/复合 树脂浸渍增强材料。这允许更好地压紧复合树脂浸渍增强材料，以改善的材 料特性以及确保复合树脂浸渍增强材料被刚性保持以防止复合管在经历固 化或成形过程时的变形。而且，当基质达到液态，"平衡的密度"效应，如
在申请人的国际申请No.PCT/AU02/00078中的说明，其详细内容合并与此 以作参考，有助于防止液态材料流掉，以及确保通过树脂浸渍增强材料的材 料的均匀分布。
还可设想的是分成多个伸长段的心轴可使用粘接或机械固定，被直接固 定到内部主体的弹性变形外壁。心轴的直径可接着通过流过内部主体的循环 的流体控制以增加心轴的直径，或通过排空心轴以减小其直径。这有助于在
生产过程中树脂浸渍增强材料的压紧，以及有助于心轴从完成的复合管去 除。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种生产由纤维增强复合材料制成的管
的方法，包4舌
用增强纤维材料缠绕具有内部心轴腔的伸长中空心轴，以在附近提供一 般管状的复合树脂浸渍增强材料；和
在升高的温度下循环热传递流体流过心轴腔，以由此升高心轴的外壁的 温度和固化或成形复合树脂浸渍增强材料的至少大体部分。
该方法还可进一步包括在其固化或成形前压紧复合树脂浸渍增强材料。 压紧树脂浸渍增强材料可通过真空袋的方式，或通过缠绕在复合树脂浸渍增 强材料的外表面的收缩带的方式，或通过弹性变形外套的方式。替换地或附 加地，压紧可在生产期间通过利用高温流体施加压力的方式实现。而且，振 动可被用于在生产过程中压紧树脂浸渍增强材料。
该方法还可进一步包括在内部主体上，流体流过该内部主体被循环，该 内部主体被容纳在心轴腔内。
而且，该方法可包括在复合树脂浸渍增强材料上定位外套，该外套包括 用于在升高的温度下穿过其循环流体的通道。
方便的是关于示出本发明的复合管生产系统的优选实施例的附图进一 步描述本发明。本发明的其它实施例是可能的，且因此附图的特性不被理解 为取代本发明的前述说明的 一般性。
在附图中


图1是用于生产由纤维增强复合材料制成的管的装置的第 一优选实施例 的示意性侧截面视图2是本发明的装置的第二优选实施例的示意性侧截面视图； 图3是本发明的装置的第三优选实施例的示意性侧截面视图； 图4是沿图2的线A的横截面视图5是本发明的内部主体的另 一优选实施例的示意性侧截面视图； 图6是包括绝缘端的心轴的示意性侧截面视图； 图7是本发明的心轴的另一实施例的示意性侧截面视图，和 图8是本发明的外套的示意性侧截面^L图。
在下面的说明中，出于简洁的原因，相同的标号用于各个描述的示例性配置中的相应特征。
首先参考图1,其示出了根据本发明的装置的第一优选实施例。装置1
包括伸长的中空心轴3,其具有沿心轴3的长度延伸的内部心轴腔5。心轴3 具有光滑的外部表面7，增强纤维材料9可被缠绕在其上。增强纤维材料可 以是例如预注有树脂的编织的玻璃纤维或碳纤维材料的片或条的形式。替换 地，树脂浴(未示出)可被提供，因此增强纤维材料可在紧邻-波缠绕在心轴 3上之前被浸入和浸渍。
另 一种可被使用的增强纤维的材料的形式具有混合有如玻璃纤维的增 强纤维丝的热塑性塑料丝。该材料通过名为"Twintex，'(商标)的Saint -Gobain Vetrotex被固化。替换地，热塑性塑料粉，球或"颗粒"可被分散 穿过增强纤维，以提供用于形成的复合管的基质材料。增强纤维材料还可通 过热塑性塑料提供，其中"纤维"通过材料内的聚合链提供。在加热的过程 中，仅各个片或材料的外表面被熔化，内部保持很大程度的未熔化以形成最 终复合零件的必要的纤维强化。流体流动装置11被设置以使来自高压流体
供应2的热传递流体被循环流过心轴腔5。该热传递流体流过入口管路13 到入口 12进入心轴腔5且穿过出口 14通过出口管^^ 15退出该室。
在图1中，入口 12位于支撑板16上，该支撑板在中空心轴3的一端固 定于法兰19,同时出口 14位于第二支撑板16a，该支撑板在心轴3的相反 端固定于法兰19a。然而该设置要求入口管路13和出口管路15在每个生产 过程的前后固定到心轴的各端和从心轴的各端移除。而且，当管被移除时， 出口 14和入口 12需要4皮插上，防止热传递流体从心轴腔5损失。因此，才艮 据第二优选实施例，如图2所示，入口 12和出口 14位于相同的支撑板17 中，该支撑板固定到位于中空心轴3的开口端的法兰19。入口管路21/人入 口 12延伸进入心轴腔5，以允许热传递流体通过心轴腔5的整个长度。热传 递流体典型地是油或其它液体的形式，如PAG ( Polyalkylene Glycol)或PEG (Polyethene Glycol )。
心轴3可手工缠绕或可被支撑在轴上，以允许增强纤维材料9的更加快 速和精确地缠绕。缠绕增强纤维材料9以绕心轴外表面7形成复合树脂浸渍 增强材料10之后，真空袋23可被放置在复合树脂浸溃增强材料10上，以 在固化前压紧所述树脂浸渍增强材料。替换地，收缩带可绕复合树脂浸渍增 强材料10缠绕以压紧所述树脂浸渍增强材料10。
复合树脂浸渍增强材料10可通过循环流过心轴腔5的热传递流体固化
或成形，热量从热传递流体通过心轴3的壁传递到其外表面7,在此该热量 被传递到复合树脂浸渍增强材料10内以固化或成形该树脂浸渍增强材料。 在固化或成形的结束时，低温的热传递流体被循环通过心轴腔5,以冷却心 轴3和固化或成形的复合树脂浸渍增强材料10。由于复合树脂浸渍增强材料 10具有与心轴3不同的膨胀系数，其典型地由例如铝的金属制成，在有助于 固化的或成形的复合树脂浸渍增强材料从心轴去除的冷却过程中，固化的或 成形的复合树脂浸渍增强材料10将从心轴3的外表面7分离。
图3示出了根据本发明的第三优选实施例。第一和第二优选实施例要求 入口管路13和出口管路15在每次固化或成形操作后一皮分离。这松开了心轴 3且使得心轴3可接着被缠绕增强纤维材料。这典型地通过在轴装置上旋转 心轴同时越过心轴输送缠绕的材料而实现。第三实施例还包括具有内部心轴 腔5和外表面7的中空心轴3，纤维增强材料9可缠绕在该外表面上。然而， 为了便于加工处理，立体流动装置11通过内部主体25;坡提供，其可以容纳 在心轴腔5内。热传递流体可通过该内部主体25循环，同时内部主体位于 心轴腔5内。生产过程结束之后，心轴3可被滑离内部主体25，且另一个预 缠绕有增强纤维材料9的心轴3可接着被插在内部主体25上以重新开始生 产过程。由于入口管路13和出口管路15被连接到该内部主体25，不必要在 每次固化或成形操作后分离这些管。而且，多个心轴3可在固化前被预缠绕。
内部主体25包括内芯27和外壁29。内芯27在其上支撑入口 12和至少 一个出口 14。入口 12 4皮连4矣到具有流道32的中心内管31 ，该流道传递,人 入口 12传递到内部主体25的相反端33的热量。中心内管31被外圆柱35 包围，气隙37设置在内中心管31和外圆柱35之间，以提供中心内管31的 一定程度的绝缘。 一旦热传递流体退出中心内管31，其进入分配室39，该 室通过内法兰43与设置在内芯25的外圆柱35和外壁29之间的流体流动间 隙41分离。热传递流体穿过从内法兰43延伸的流体排出喷口 45从分配室 39被传送，以由此引起热传递流体在流体流动间隙41内螺旋流动。这最大 化了从热传递液体到外壁29的热传递程度。热传递流体最终>火出口 15#皮排 出。该出口 14被支撑在外法兰47上，且设想一系列出口被规律地绕法兰47 间隔。这提供了出口 14的环形设置，其有助于增强或支撑穿过热传递间隙 41的热传递流体的螺:旋流动。
图4是沿图3中的线A的横截面视图，且更好地示出了本发明的装置1 的零件的各种布置。热传递流体/人中心内管31内进入流过流道32。气隙37 把中心内管31从内部主体25的外圆柱35隔开。流体流动间隙41设置在外 圆柱35和内部主体25的外壁29之间。内部主体25的各种零件，包括外壁 29,可用如包括钢或铝的金属的刚性材料成形。根据内部主体25的另一优 选实施例，包括中心内管31的内芯27、夕卜圆柱35和内法兰43可由如金属 的刚性材料制成。然而外壁29可以由如橡胶的弹性变形材料制成。使用这 样的弹性变形材料的优点是热传递流体可被加压使得内部主体25的外壁29 靠在心轴腔5的内表面6 (最好如图1所示)上。这确保外壁29保持与心轴 腔壁6在整个固化过程中的接触。(在图4中，较小的间隙显示在外壁29和 心轴腔5的内表面6之间，以使得附图清楚以便理解。然而应认识到，实际 上，外壁29将在加热和冷却过程中与心轴腔表面6接触，且其间没有间隙)。
在心轴3的外表面7上缠绕有增强纤维材料9。真空袋或收缩带23接着 覆盖材料9以在生产过程前压紧材料。
增强纤维材料9被预先远离生产处理缠绕在心轴3上。这使得多个心轴 能被预先准备用于生产过程，由此进一步减少本发明的用于加工的整个生产 时间。
图5示出了用于图4的内部整体25的修改的设置，其可由容易获得的 零件构成。内部主体25类似于前面的实施例，其中具有支撑入口 12和出口 14的外法兰47。还提供了由弹性变形材料制成的外壁29。中心内管31从出 口法兰47延伸且终结于弯曲的出口端31a中，其有助于高温流体在内部主 体25内沿螺旋路径循环。中心内管31被类似地支撑在外圓柱35内，内环 状支撑和密封35a保持中心内管31在外圆柱35内通常处于同轴位置。中心 管31的弯曲端部延伸穿过开口 ，穿过中心圆柱进入位于外圆柱35和外壁29 之间的流体流动间隙41。该结构还可通过使用从外法兰47延伸的圓柱形支 撑套59以支撑外壁29的一端而被简化。外壁29的端部可滑动在支撑套59 上且被软管夹63保持到位。端盖61可被设置在内部主体25的相反端，用 于关闭外壁29的相反端。可固定在外圆柱35的相反端的端盖61包括圓柱 形部分61a，外壁的相反端可在其上滑动，另一软管夹63保持外壁29的位 置。法兰座65还可设置在端盖61的外围，以保持和发送外壁29的外周边 缘。
图6示出具有相对的绝缘端8的适合的中空心轴3，其用于限制热量在 其端部穿过心轴传递。绝缘端8可通过绝缘材料的环设置，且/或通过具有冷 却液可循环通过的通道的温度控制环来提供。这将具有保持心轴端部的温度 低于固化温度的作用。这使得可以生产使用具有热固性初t脂的增强纤维材一十 的复合管，其端部仅部分或全部未固化。这有利于例如法兰的其它零件连接 到复合管的端部，其使用如申请人的上面提及的澳大利亚专利申请 2001237133中描述的一起固化处理。这样的配置对于用热塑性基质制成的复 合管是不需要的，其可被容易地再熔化以允许连接。因此，热塑性复合管的 一端可被再加热和熔化，以允许其被连接到另外的热塑性零件，如法兰或另 外的管。管的端部可使用热源加热，或可通过使其中一个管相对于其它管绕 其延长轴线旋转同时促使管端部结合，使用摩擦加热。
还可以在生产期间与其余的复合管整体形成法兰。这通过如图7所示在 中空心轴3的一端或两端设置法兰3a,且把复合纤维材料IO覆盖在法兰表 面上，同时心轴被缠绕，而实现。在图7所示的配置中，法兰3a可去除地 固定到心轴以允许完成的复合管从心轴3去除。法兰于是可在生产过程中成 形，作为复合管的整体部分。
要生产的复合管的壁厚相对较高，典型地10mm或更高，优选的是进一 步在复合树脂浸渍增强材料9上缠绕绝缘毯(未示出)，以有助于确保复合 管的最外表面被适当地固化。绝缘毯可由传统的绝缘材料形成。替换地，绝 缘毯可由如橡胶的弹性变形材料制成，其可伸展覆盖在缠绕的复合树脂浸渍 增强材料10上。这样的"套，，设置当然有助于进一步压紧复合树脂浸渍增 强材料IO。然而还设想第二热源可被提供以固化复合管。为此目的，在图8 中示出了用于此目的的外套49。外套49包括相对的法兰50，外刚性管状壁 51支撑在其之间。支撑在外刚性管状壁51内的是内弹性变形壁53,其通过 法兰50自身支撑在相对端。流体流动间隙55设置在外管状壁和内壁53之 间。热传递流体于是可穿过连接到外管状壁15的一端的入口管路57被供应。 热传递流体可通过位于外管状壁51的相对端的出口管路59被排出。外套49 可滑动在缠绕的复合树脂浸渍增强材料10上，且热传递流体还可在固化或 成形过程中通过外套49循环。这样，热量可被同时4是供到复合树脂浸渍增 强材料10的内外表面，由此确保复合树脂浸渍增强材料IO被正确地固化或 成形。然而还可设想仅外套49需要被用于固化或成形缠绕在心轴3上的复合树脂浸渍增强材料IO，没有热传递流体通过心轴腔5被循环。通过把流体
泵出流动间隙55以牵引内壁53离开完成的管，外套49可被容易地从固化 或成形的复合管去除。还可设想外套49可沿其长度被分成两段或多段。这 允许生产非线性或弯曲的管。
当内部主体25和外套49都被使用时，同样压力的高温流体可被循环穿 过内部主体25和外套49。这允许内部主体25和外套49被用作压力室，以 提供平衡的压力施加到心轴3和位于其上的复合树脂浸渍增强材料9。
对于本领域技术人员显而易见的修改和变化包括在如所附的权利要求 书要求的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用来生产由纤维增强复合材料制成的管的装置，该装置包括伸长的中空心轴，其具有内部心轴腔，所述心轴具有外表面，增强纤维材料可被缠绕在所述外表面上，以提供支撑在其上的复合树脂浸渍增强材料(lay-up)；和流体流动装置，用于使不同温度的热传递流体流过所述心轴腔被循环，使得当具有升高的温度的流体被循环时，热从流体传递，流过所述心轴到达所述复合树脂浸渍增强材料，用于固化或形成所述树脂浸渍增强材料。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述流体流动装置包括内部主体，其 具有主体室，流体被循环穿过所述主体室；并且当其容纳在所述心轴腔内 时，具有至少紧邻所述心轴腔的内壁表面的外壁。
3. 如权利要求2所述的装置，其中所述外壁是由弹性变形材料制成，使 得当流体循环流过所述主体室时，所述外壁保持与所述心轴腔的内壁表面接触。
4. 如权利要求l所述的装置，其中所述心轴是圓柱金属管的形式。
5. 如权利要求4所述的装置，其中所述管包括在其相对端的法兰。
6. 如权利要求1所述的装置，其中所述心轴包括沿其长度延伸的膨胀接头。
7. 如权利要求1所述的装置，其中所述心轴沿其长度被分成至少两个分 开的段。
8. 如权利要求1所述的装置，其中所述管包括相对的绝缘端部，用于限 制在所述心轴端部的热传递。
9. 如权利要求1所述的装置，其中所述纤维增强材料是增强纤维的编织 片或带的形式，所述增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维或凯夫拉尔纤维，所述 纤维预注有热固性树脂。
10. 如权利要求l所述的装置，其中所述纤维增强材料是增强纤维的片 或带的形式，所述增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维或凯夫拉尔纤维，所述纤 维混合有热塑性塑料丝、粉末、小球或颗粒。
11. 如权利要求3所述的装置，还包括外套，所述外套包括支撑内弹 性变形壁的外刚性壁；以及装置，用于循环在升高温度和压力下的流体流过 设置在所述内外壁之间的间隙，所述外套绕至少所述心轴的大体部分定位且 结合支撑在其上的复合树脂浸渍增强材料，从而给所述树脂浸渍增强材料提 供额外的热量和压力。
12. —种生产由纤维增强复合材料制成的管的方法，包括用增强纤维材料缠绕具有内部心轴腔的伸长的中空心轴，以在附近^是供 一^&管状的复合树脂浸渍增强材料；和在升高的温度下循环热传递流体流过所述心轴腔，以由此升高所述心轴 的外壁的温度，并且固化或成形所述复合树脂浸渍增强材料的至少大部分。
13. 如权利要求11所述的方法，包括在固化或成形前，通过真空袋、收 缩带或弹性变形外套的方式进一步压紧所迷复合树脂浸渍增强材料。
14. 如权利要求11所述的方法，包括在固化或成形期间，通过具有外刚性壁和覆盖在所述复合树脂浸渍增强材料上的弹性变形内壁的外套，进一步 压紧所述复合树脂浸渍增强材料并给其施加额外的热，其中热传递流体流过 设置在所述内外壁之间的间隙循环。
15. 如权利要求13所述的方法，包括平衡流过所述心轴腔循环的热传递 流体和流过所述外套循环的热传递流体的压力，以在所述复合树脂浸渍增强 材料上提供平衡压力。
全文摘要
一种用来生产由纤维增强复合材料制成的管的装置，该装置包括伸长的中空心轴(3)，其具有内部心轴腔(5)，该心轴具有外表面(7)，增强的纤维材料(9)可被缠绕在该外表面上，以提供支撑在其上的复合树脂浸渍增强材料(10)；和流体流动装置(11)，用于使得不同温度的热传递流体流过该心轴腔(5)被循环，这样当具有升高的温度的流体循环时，热从流体被传递，流过该心轴(3)到达用于固化或形成所述树脂浸渍增强材料的复合树脂浸渍增强材料(10)。
文档编号B29C70/06GK101180176SQ200680014911
公开日2008年5月14日 申请日期2006年3月22日 优先权日2005年3月22日
发明者尼尔·格雷厄姆, 迈克尔·D·西尔科克 申请人:快速科技有限公司