专利名称：使用双模腔或多模腔模具通过柔性注射方法加工复合材料的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及复合材料构件的生产。具体来讲，本发明涉及通过将液相注入多孔固相的方法来生产复合材料构件。
背景技术：
复合材料通常是由两种或者两种以上组分制得的工程材料，其中一种组分通常是纤维或多孔固相，通常称之为增强材料，其赋予材料以拉伸强度，而另一种组分通常是树脂或液相，常称之为基体材料，基体材料将增强材料连接在一起从而使复合材料作为一个整体具有刚度、硬度或者可变形性。
用于加工复合材料构件的几种方法包括使用基体材料浸渍增强材料，基体材料可以是聚合物(树脂)或任何在注射温度下呈液态的材料。这一类加工方法的变体现已被归纳为通用的术语LCM或液体复合材料成型。虽然这类加工方法原则上用于聚合物基复合材料构件的生产，但液体复合材料成型方法在生物医学和电子学上也经常碰到，例如当注射聚合物以绝缘微电子电路时，为了生产金属基复合材料构件，也可以注射熔融的金属以代替聚合物树脂。
聚合物基复合材料制造方法可以分为几类接触成型法该方法通常使用其中层叠设置有手工浸渍的干燥增强材料的半模(half-mold)。
高压釜成型法复合材料构件通常是用手工方法从预浸渍增强材料制得，然后在高压釜中固化成型。这种方法在航空技术中应用广泛，尤其是在军事部门。然而其成本通常很高。
RTM(树脂传递成型)法呈液态的基体材料通常被注入并遍布限定于刚性模具中的增强材料。在RTM法中的液体注射可以通过加热注入液体、模具或两者，在常温或更高温度下操作。
VARTM(真空辅助树脂传递成型)法为帮助和加速基体材料的注射过程通常使模具内产生真空。
CRTM(压缩树脂传递成型)法该法也被称为注射压缩成型，CRTM成型法通常包括在注射过程中略微打开半模之间的空隙，以加速流体的流动，然后构件被固定并通过降低模具上的压力或者降低其中一个半模对另一半模的压力来规范构件的尺寸。
VARI(真空辅助树脂灌注(vacuum assisted resin infusion))成型法增强材料通常布置在塑料膜或者弹性膜的下面，从而形成了可置于真空条件下的隔间。然后借助于重力作用将流体注入到增强材料中。
RTM明成型法(RTM light processs)这种成型方法实际上将模具一条边界变形的优点(如VARI中)和施加的注射压力(如RTM法中)结合到一起。模具包含一个或两个薄金属或者复合材料壳，其可能会在注射压力下变形。第一次真空的作用通常是确保闭模，而在模腔中产生的第二次真空则是为了加速注射。
其他成型方法实际上还有许多其他的LCM成型方法，这些成型方法与上述几类主要的成型方法中的一种或另一种有关。例如，VEC(虚拟工程复合材料)注射法采用装有不可压缩流体的储蓄池，以加固不与构件接触的模具壁。(SCRIMP成型法)通过不同的手段在增强材料的外层中或在其中一个模具壁中或模腔内部产生优选的流道，从而有助于液体的灌注或注射。
接触成型法得到的构件质量通常要次于注射构件。因为增强材料的每一层都必须精确地放置在模腔中并需要用手工进行层压浸渍操作，这也使其劳动力成本大大提高。此外在液体浸渍过程中，气泡常常残留在复合材料构件内部。这是接触成型法最主要的问题，并造成了构件重量上可观察到的巨大变化。第二个缺点在于难以保证恒定的构件厚度和均匀的纤维含量，这是两个控制复合材料构件质量和机械性能的关键性参数。最后，另一个问题源于日益严格的政府法规，这些法规是针对在开放式模具生产过程中产生的有毒气体或蒸汽的。
基于采用闭模的LCM法显著消除了生产过程中大量气体排放问题。传统的液体注射成型是采用两个刚性的半模进行的模座通常指的是模具的底部，其是固定的，凸模(punch)指的是模具的顶部，这部分可以升高，从而可以实现开模和在加工周期的最后环节取出构件。上述两个半模之间存在所谓的模腔，增强材料被设置在模腔中并且注射过程也在模腔中进行。
RTM及由此发展而来的VARTM和CRTM成型法通常适用于结构复合材料构件的生产，但由于固化过程中树脂的非均匀收缩而导致获得恒定的构件厚度依然比较困难。彻底消除注射件中的孔洞也不总是容易实现的，即使在注射前在模腔中产生真空也不行。最后，最大的难点在注射时间上，对于高纤维含量(例如高于50％)的增强材料来讲注射时间通常很长。
总体来讲，制品外观一般、构件的尺寸精确性低以及对纤维含量和注射时间的限制使得RTM及由其发展而来的各种成型方法诸如加热RTM，VARTM和注射-压缩(CRTM)的应用范围受到制约。这里还应当指出针对CRTM成型法的一个制约因素。通常来讲凸模沿着垂直轴方向闭合，这实际上导致在模腔的垂直区域没有对增强材料的压缩作用，而最大压力施加在水平区域。这个问题，加上这种成型方法本身的复杂性以及在压缩阶段涉及到的气泡夹带的危险性都显著制约了CRTM成型方法的应用。值得注意的是一个半模对另一个半模的压缩可以由区域来实现，但这大大增加了模具生产的复杂性。
最近提出了一种新的真空浸渍方法(VARI)，它的优点是不需要盖模。在这些所谓的液体吸入灌注方法中，增强材料仍然设置在模腔中，然后在其上面覆盖与模具的外缘密封的非渗透膜。在模具和非渗透膜之间形成的空腔里的空气可以用真空泵抽走。在大气压的作用下增强材料被压实，同时在真空的作用下流体从外部来源流入增强材料填充的模腔中。在这种类型的VARI方法中，流体注入增强材料中是在真空中借助于重力导致的这种静态压力的单一作用以比较低的流速进行的。由此可以杜绝引入气泡，从而解决了其他几种注射方法遇到的其中一个问题。然而对于大型构件而言，重力作用的结果通常导致增强材料浸渍的不均匀性。尽管VARI方法表面上比较简单，但是由于粘性基体材料诸如树脂难以流经低渗透性的增强材料，因而存在一些问题。通过VARI方法注射得到的构件的纤维含量和尺寸精确性通常也要低于通过RTM成型法得到的构件。因为树脂渗透的阻力随着穿越距离的增大而增大，故部分特定构件中会保持干燥而其他区域则堆积了过量的树脂。
为了解决上述问题，在已有的成型方法的基础上最近又发展了一些新的方法，这些新的方法人为提高了在增强材料中的局部渗透能力，因而缩短了填充时间。这些方法包括在增强材料的一个表面覆着树脂分散渗透性毛毡，分配液体基体材料流过模腔的管状网络，引入模具表面的优选流道或者凹槽等等。所有这些方法都会产生特定的问题。毛毡的使用导致材料浪费的增长，这与大规模生产是相冲突的。管状网络和流道会引起实际开发的困难，而克服这些开发困难通常只能以昂贵的试验周期为代价。最后，与注射成型相比浸渍方法相当地慢。在注射方法中驱动液体渗透的压力梯度要远远大于渗透梯度，所述渗透梯度不能超过大气压与真空状态下模腔中的残留压力之差。
发明目的本发明的目的之一是提供以下模具和使用该模具的方法，所述模具允许在压力下快速有效地注射所需液体基体材料来生产复合材料构件，而不必等待增强材料的完全浸渍。
本发明的目的之二是提供以下模具和使用该模具的方法，该模具允许控制基体材料流动前缘流过增强材料的进程，从而在不同的生产步骤中能够有效地增加复合材料构件的组成，提高其尺寸精度和机械性能。
本发明的目的之三是提供以下模具和使用该模具的方法，所述模具允许在利用相同模具注射装置的条件下同时生产一个或多个复合材料构件。
发明内容
具体来讲，本发明提供了一个用于由通常为固相的增强材料和通常为液相的基体材料生产复合材料构件的模具组件；该模具组件包括模座和盖模，模座包括用于接收增强材料的增强材料室和用于向增强材料室中注入基体材料的基体材料注入口；盖模中包括压缩室和用于向压缩室中注入流体的流体控制孔；构造盖模以使其可以密封地安装在模座上，从而使得增强材料室和压缩室相邻；该模具组件包括可变形部件，此部件置于增强材料室和压缩室限定的间隙中，从而在受到来自流体的压缩时将基体材料压向增强材料。
此外，提供用于由通常为固相的增强材料和通常为液相的基体材料生产预定数量的复合材料构件的模具组件；该模具组件包括模座和盖模，模座包括增强材料室，盖模包括压缩室；该模具组件还包括至少一个框架组件(frame assembly)，每个框架组件都包括用于限定其他各个增强材料室和其他各个压缩室的隔离体，构造所述至少一个框架组件，以使其相互之间密封堆叠并位于模座和盖模之间，从而使得每一个增强材料室正对其中一个压缩室而限定相邻的成对室(pairs of chambers)；该模具组件还包括用于向增强材料室中注入基体材料的基体材料注入口以及用于向压缩室中注入流体的流体控制孔；此模具组件还包括置于相邻的成对室之间的可变形部件，此部件的作用是在受到流体导致的压缩时将基体材料压向增强材料。
此外，还提供用于由增强材料和基体材料生产预定数量的复合材料构件的模具组件；该模具组件包括模座，所述模座包括接触壁；该模具组件还包括至少一个框架组件，构造所述框架组件以使其相互密封地堆叠在限定堆积室(stacking chamber)的模座上。该模具组件还包括通过模座和所述至少一个框架组件向增强材料中注入基体材料的基体材料注入口；该模具组件还包括可变形元件，每个可变形元件都具有各自的压缩壁和各自的接触壁，构造这些可变形元件以使其与增强材料交替堆叠在堆积室中，从而使每个接触壁朝向一个压缩壁；该模具组件还包括盖模，该盖模包括其他各自的压缩壁并且被置于堆积室中。
此外，还提供用于由增强材料和基体材料生产复合材料构件的模具组件。该模具组件包括模座和盖模，模座包括用于接收增强材料的增强材料室和用于向增强材料室中注入基体材料的基体材料注入口；盖模中包括压缩室和用于向压缩室中注入流体的流体控制孔；构造盖模以使其密封地安装在模座上，从而使得增强材料室和压缩室相邻；该模具还包括可变形膜，此膜置于增强材料室和压缩室限定的间隙中；在操作时基体材料通过注入口被注入到位于增强材料室中的增强材料中，第一部分基体材料浸润增强材料，而第二部分基体材料驻留在增强材料室中，结果使变形膜发生变形，当通过控制孔将基体材料注入压缩室的时候，对可变形膜加压的流体将第二部分基体材料压入增强材料中。
本发明还提供了由增强材料和基体材料生产复合材料构件的方法，该方法包括在第一个模具部分的第一室和第二个模具部分的第二室之间密封设置可变形部件，第一室接收增强材料，使用注入第一室中的基体材料浸渍增强材料；通过使注入第二室中的控制流体对可变形部件加压，将基体材料压向增强材料。
此外，还提供由增强材料和基体材料生产预定数量的复合材料构件的方法，该方法包括在第一个模具部分的增强材料室和第二个模具部分的压缩室之间密封设置可变形部件，增强材料室中包含增强材料；通过相邻堆叠放置由需要生产的预定构件数量决定的数量的后面的模具部分来重复密封放置可变形部件；使用注入增强材料室中的基体材料浸渍增强材料；通过使注入压缩室中的控制流体对可变形部件加压，将基体材料压向增强材料。
还提供由增强材料和基体材料生产预定数量的复合材料构件的方法，该方法包括在通过在模座组件上密封装配框架组件组而形成的堆积室中放置增强材料和可变形部件的交替堆积体；使用注入堆积室中的基体材料浸渍增强材料；通过对增强材料和可变形部件的堆积体加压而将基体材料朝向并沿着增强材料挤压。
在阅读了下面对本发明的优选实施方案的非限制性描述后，本发明的其他目的、优点以及特性将会更加显而易见，所述实施方案是以参考附图的实例的形式给出的。
在附图中图1是根据本发明第一实施方案的模具的侧面剖视图；图2是图1中所示模座的立体图；图3是图2所示模座的俯视图；图4是图2所示模座的侧面剖视图；图5是图1所示盖模的侧面剖视图；图6是图1中装有增强材料的模具的侧面剖视图；图7是显示复合材料构件的制造方法第一步的模座侧面剖视图；图8是显示复合材料构件的制造方法第二步的模座侧面剖视图；图9是显示复合材料构件的制造方法第三步的模具侧面剖视图；
图10是显示复合材料构件的制造方法第四步的模具侧面剖视图；图11是显示复合材料构件的制造方法第五步的模具侧面剖视图；图12是显示复合材料构件的制造方法第六步的模具侧面剖视图；图13是显示复合材料构件的制造方法第七步的模具侧面剖视图；图14是显示复合材料构件的制造方法第八步的模具侧面剖视图；图15是显示复合材料构件的制造方法第九步的模具侧面剖视图；图16是显示复合材料构件的制造方法第十步的模座侧面剖视图；图17是显示复合材料构件的制造方法第十一步的模座侧面剖视图；图18是显示复合材料构件的制造方法第十二步的模座侧面剖视图；图19是根据本发明第二实施方案的模具的侧面剖视图；图20是根据本发明第三实施方案的模具的侧面剖视图；图21是由图20模具管道所产生的压缩步骤的侧面剖视图；图22是根据本发明第四实施方案的盖模的局部等视图；图23是图22所示盖模流道系统的俯视平面图；图24是根据本发明第四实施方案的模具中的浸渍步骤的侧面剖面图；图25是图24模具中的流体注射步骤过程的侧面剖视图；图26是根据本发明第五实施方案的模具的分解侧面剖视图；图27是图26模具中的流体注射步骤的侧面剖视图；图28是图26模具中的压缩步骤的侧面剖视图；图29是本发明第六实施方案的模具的侧面剖视30是图29模具中的浸渍步骤的侧面剖视图；图31是图29模具中的压缩步骤的侧面剖视图；图32是图29模具中的固化步骤的侧面剖视图；图33是图29模具中的膜的侧面剖视图；图34是根据本发明第七实施方案的模具。
具体实施例方式
总的来说，本发明涉及复合材料的加工，通过注射方法有效地将通常为液相的基体材料注射到模具组件中并使其遍布于通常为固相的增强材料中，所述注射方法有利于有效浸渍增强材料中的基体材料。基体材料通常为树脂，例如热固性或热塑性聚合物或液态金属，增强材料为纤维状的，颗粒状的，或任何其他类型的多孔材料。通常使用的热固性聚合物的实例包括环氧树脂，聚酯，乙烯基酯，或者酚醛树脂，通常使用的液态金属的实例包括铝或者镁。将基体材料注入增强材料中的方法经常被用于复合材料构件的生产。例如，聚合物、金属或者陶瓷基体可以由玻璃、碳、凯夫拉纤维，金属、陶瓷或者其他增强材料增强。对于纤维增强材料，通常使用由玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉合成纤维、芳族聚酰胺(aramide)、天然纤维制成的布或垫子。这种方法制造的复合材料构件的应用领域涵盖运输车辆(海运、公路交通、航天)领域，还可以应用于体育、生物医学以及电子部门。
图1的示例性实施方案示出生产复合材料构件的过程中将基体材料注射到增强材料中所使用的模具组件30。模具组件30通常是刚性的，包括模座32、盖模34和可变形部件，即该示例性实施方案中所示的膜36。
图2、3和图4中更详细地示出的模座32包括由接触壁40和外围壁42限定的增强材料室38。使用中，构造增强材料室38以接收增强材料，并提供注入基体材料的空间，以生产复合材料构件。
模座32及其增强材料室38通常被设计成要被注入基体材料的增强材料的尺寸。熟练技术人员容易理解，图中模座32所示的构造适合容纳矩形增强材料平板，但是还可以被构造成适合不同形状的增强材料，或者具有泡沫核的组合增强材料。
模座32还包括排出口44和注入口46。排出口44从增强材料室38延伸到模座32的外表面，并且被构造成与真空源相连(未示出)，从而在增强材料室38中产生吸力或真空。模座32中可以包含不止一个排出口44，每一个都可以与不止一个的真空源相连(未示出)。
注入口46穿过模座32，一端被构造成与基体材料源相连(未示出)，另一端与增强材料室38相通。在示例性实施方案中，另一端包括扩散通道50，该通道在增强材料室38中沿任何需要的路径延伸以便最大化其中的基体材料的扩散。当然，围绕增强材料室38或其周围可以设置不只一个注入口46。
模座32的肩部47包括凹槽48，作为实例，该凹槽被表示为具有通常为三角形的横断面以帮助支撑膜36并起到将盖模34密封安装到模座32的作用。任选地，可以添加附加的标准模具元件，例如O型密封圈、管、导杆，或者脱膜装置(未示出)，以便顺利进行合模和开模。
参见图5和图6，盖模34包括压缩室52，该压缩室由压缩壁54以及外围壁56所限定。使用中，构造压缩室52以接收流体或者其他压力装置，其几何形状通常由待模塑的构件的构造决定，下面还要进一步描述。
盖模34还包括流体控制孔58和出口60。流体控制孔58从盖模34的外表面延伸到压缩室52，并且被构造成与加压流体源(未示出)相通，从而在压缩室52中提供压力。盖模34中可以设置不止一个流体控制孔58，每一个都可以与不止一个的加压流体源相通(未示出)。
图6所示的实施方案中，单个流体控制孔58在盖模34中在通常沿模座32中的注入口46的方向上延伸。
出口60也是从压缩室38延伸到盖模34的外表面，其被构造为使压缩室52中的流体排出。或者，出口60还可以与真空源(未示出)连接，以便在压缩室52中选择性地产生吸力或部分真空；或者出口60包括阀门(未示出)，以调节压缩室52中的流体流量。盖模34中可以包括不止一个出口60。
盖模34的肩部61包括凸台(ridge)62，此凸台被构造成与模座32的凹槽48相配，且作为实例其被表示为通常为三角形的横断面。凸台62与凹槽48的组件通常围绕肩部47、61在模座32、34外围延伸，以便支撑或定位膜36、装配模座32和盖模34并密封室38和52。
图6中，模具组件30包含位于模座32的室38中的增强材料66。安装在一起时，盖模34与模座32限定间隙64，间隙64包括两个由膜分隔的室38、52。
图6所示的间隙64的总厚度或高度为h，其包括厚度或高度为hf的压缩室52和厚度或高度为hs的增强材料室38。为了通过基体材料控制增强材料的填充，调节作为被注入基体材料的增强材料的厚度的函数的高度h，这一部分将进一步在后面解释。高度h的变化还允许生产出具有不同厚度的复合材料构件。
将膜36设置在由增强材料室38和压缩室52所限定的模腔或间隙中。膜36通常是非渗透性薄层，例如塑料膜、弹性膜或者通常可变形的泡沫材料，其不必具有均一的厚度，也可以是其他任何类型的对采用的基体材料不渗透的材料。或者，膜36可以是只允许气体渗透的材料。
膜36足够柔韧，以至于其在室38、52中压力的作用下可以变形，所以高度hf和hs是可变的。正如后面还要介绍的，该膜有利于在增强材料中浸渍基体材料。但是膜36的形变还受间隙64的厚度h的限制，正如上面所说的，间隙64的厚度不必是均匀的。
接触壁40的表面光洁度由所加工的复合材料构件要求的表面外观决定。通常，模座32由金属制成，但也可以由任何通常用于生产注射模具(例如，环氧树脂/铝泡沫或者多层复合材料模具)的材料制成。压缩壁54的表面光洁度通常不需要与模座32的接触壁40具有相同的质量，因为多数情况下压缩壁54并不直接接触增强材料，而通常是通过膜36间接与增强材料接触。
操作中，模具组件30用来通过将基材注入增强材料66中而生产复合材料构件。为清楚起见，现在参考使用以下步骤形成的复合材料板来描述生产方法布置增强材料；放置膜；闭合模具组件；对增强材料室抽真空；注入基体材料；注射控制流体；挤压复合材料板；固化所述构件和从模具组件中顶出所述构件。
布置增强材料如图7所示，首先将增强材料66放置在模座32的室38中。增强材料66通常是复合材料的骨架，其与通过注射以浸渍并填充增强材料66的基体材料相对。在大气压Pa下，通常无压缩的增强材料66的自由厚度表示为h0。
放置膜图8所示，膜36被放置在模座32上以覆盖增强材料66及凹槽48。如上面所述，模座32和膜36通常限定适于容纳增强材料66的增强材料室38。
闭合模具组件如图9所示，盖模34通过凸台62和凹槽48组件与模座32配合，以便密封增强材料室38和压缩室52，并将增强材料66置于于增强材料室38中。
增强材料室抽真空任选地，改变增强材料室38中的压力以利于复合材料的生产。如图10所示，增强材料室38中的压力设为真空压力Pv，其通常低于大气压Pa。为改变室38中的压力，在与模座32中的排出口44相通的连接体中，通常使用真空源例如真空泵(如箭头45所示)。
在这种情况下，施加于增强材料66中的压力(即，大气压Pa减去真空压力PV)通常会将增强材料66压缩到小于h0的厚度h1。
注射液体在图11中，预定量的基体材料70通过注入口46注入室38中(如箭头71所示)。开始，一部分基体材料70通常浸渍其注射位置附近的增强材料总体积72的一部分，进而基体材料流动前缘76在增强材料66中运动。基体材料流动前缘76通常沿着从注入口46到排出口44所限定的扩散方向运动。
注射完成以后，基体材料70的一部分浸渍增强材料总容量72的一部分，另一部分基体材料(即被称作自由基体材料)通过溶胀膜36产生了变形区74，所述膜36发生形变并占据压缩室52的一部分。自由基体材料通常是已经渗透经过增强材料的被注入的基体材料70，或者是当基体材料在增强材料的侧面渗透时，其通常位于增强材料66和增强材料室38之间。
或者，自由基体材料使膜36溶胀以显著填充压缩室52。或者是，由于改变被基体材料饱和的增强材料66的厚度而产生变形区74，结果增强材料66导致膜36变形。
由于注射基体材料70，增强材料室38的厚度h1通常会增加到与间隙64的高度相对应的最大值h。
一旦预定量的基体材料70被注入增强材料室38中，基体材料注入口46将关闭，流体控制孔58通常也会被膜36的溶胀部分所阻塞，但出口60允许压缩室52中的气体被排出(如箭头61所示)。
注射控制流体控制流体可以是气体，更常见的是不可压缩的液体，例如水、油或者其他任何符合特定要求的液体。如图12所示，通过控制孔58在温度Tf和压力Pf下将流体78注入压缩室52中(如箭头59所示)。
由控制流体78施加于膜36上的压力会逐渐减小膜36的形变，压紧增强材料66，并沿纵向延伸方向作用于已经存在于经浸渍的增强材料体积72中的基体材料和形变区74中的自由基体材料。
这一步骤的作用是使基体材料向未经浸渍的增强材料80渗透，并能控制基体材料流动前缘76沿扩散方向流经增强材料66。
通过加热控制流体78和/或模座32，调节增强材料室38内部的温度，通常，高温会降低基体材料70的粘度，有利于其渗透进入增强材料66中。提高控制流体的温度Tf通常也有利于基体材料流动前缘76流经增强材料66。
挤压复合材料构件如图13所示，当压缩室52内填充控制流体78后，压力增加到挤压压力(compaction pressure)Pc，目的是通过膜36挤压经浸润的增强材料72。这一步骤通常完成增强材料66的浸渍过程，增加其饱和度，使增强材料达到规定的厚度h，并帮助保持经浸渍的增强材料72与模座32的接触。
事实上，由于挤压压力Pc是各向同性的(即沿所有方向)，因此不管其几何特性如何，经浸渍的增强材料72通常会受到均匀的压缩。而且，在固化和/或凝固阶段维持挤压压力Pc也是可能的(这在下一步还要详细描述)，以便增加注射构件的饱和度，并将接触壁40的表面光洁度赋予注射构件。
由于挤压压力Pc通常比大气压大，因此最终的模塑构件厚度h是可以控制的，而且可以生产具有更高纤维含量的构件。值得注意的是挤压压力Pc要低于可能使得盖模34发生永久形变的水平，因此，盖板34被设计成要能承受挤压压力Pc。
构件的固化和/或凝固使模座32处于用于借助热电阻84(图14中示意性地示出)或者任何其他合适的加热或冷却系统(未示出)来固化和/或凝固构件82所需的温度。构造热电阻84，以使其能够向模座辐射热量，从而提供用于调节模座32的接触壁40的温度的装置。
在这一阶段，压缩室52中施加的挤压压力Pc要使得复合材料构件82与模座32的接触壁40通常保持连续接触。这一接触能使得构件82具有通常一致的几何尺寸再现性且具有接触壁40的表面光洁度，该接触进一步任选与流体78的加热或冷却相结合，如上所述。
复合材料构件的固化和/或凝固过程中，模具帮助提供构件82与接触壁40的通常连续接触，以便使构件82上与接触壁40相邻的表面有最小的表面波动和粗糙度。这些波动和粗糙度有时是由针对热固化聚合物的聚合收缩引起的或者是由构件82冷却或凝固时产生的基体材料收缩而引起的。
因此模具组件30有助于控制注射构件82的固化和/或凝固过程，使得产生的构件82的表面外观通常具有更好的品质，因为与模座32相邻的注射构件82表面能够最佳地复制接触壁40的光洁度品质。固化和/或凝固步骤还有助于固化基体材料、控制其交联过程和/或微观结构，这是固化和/或凝固过程中通常发生的物理化学现象。一般来说，固化和/或凝固过程决定复合材料构件82的一些物理化学性能，例如力学性能，耐磨性能等等。
取决于复合材料构件82所要求的性能和可获得的装置，固化方法可以采用紫外线。这种情况下，模座32、盖模34和膜36对这种辐射是透明的。
从模具组件中顶出构件固化和/或凝固完成之后，通过关闭热电阻装置84或通过使用冷却系统(未示出)，降低模座32的温度，构造所述冷却系统以降低增强材料室38的温度。
在图15的例子中，借助出口60注入的冷空气(如箭头83所示)将控制流体78排出(如箭头81所示)，这同时有助于在构件82离开模具组件30之前对其进行冷却。流体78因此可以通过与出口60相连的泵装置(未示出)从压缩室52中排出，并且在流体控制孔58处被泵出。复合材料构件82的冷却也可以通过经由模座32和盖模34的冷传导而实现。
流体排空完成之后，如图16所示，通过从模座32上移去盖模34，打开模具组件30。这时，复合材料构件82仍然被膜36包在增强材料室38中且其厚度为h2。之后如图17所示从装有复合材料构件82的模座32中取出膜36(如箭头85所示)。
接下来，借助通常的脱模方法例如压缩空气喷射、机械顶出器等(未示出)，从模座32中取出复合材料构件82，如图18所示(如箭头87所示)。一般情况下，放置增强材料之前在模座32的接触壁40和外围壁42上施加脱模剂有利于脱模。
根据本发明，可以通过预先确定由室38、52限定的间隙64的最佳厚度h来任选构造模具组件30。间隙64可以通过计算机模拟确定，计算机模拟有助于通过增强材料66获得最佳的注射速率条件，同时获得最小的填充时间。
任选地，间隙64的总厚度h不需要沿增强材料66在增强材料室38中的分散是均匀的。实际上，可变的和可调节的厚度h有助于对基体材料在增强材料66的某些部分中的运动提供更均匀的控制，从而注射具有不均匀厚度的增强材料。
例如，厚度h的可调节性可以用于如下几种情况增强材料的渗透性特征需要在注射过程中局部地调节或变化、复合材料构件的最终厚度不均匀，增强材料室38中存在发散或收敛流动区域，或者间隙64中或模座32和盖模34上安装插入物(未示出)。
任选地，包括模座32、盖模34和膜36的模具组件30可以进一步设置有用于实现液体饱和的增强材料的动态固化的装置，如同RTM方法的VRTM(振动树脂传递成型法)变体中的装置，或者直接将机械振动能量传递给流体。
如果在上面所述的“挤压构件”步骤中，如同VRTM法那样使用动态固化，则如此施加在增强材料66上的振动有助于在基体材料完全固化之前将有时夹带在纤维状增强材料的孔中的残存气相在挤压阶段结束时排出。
正如在“注射控制流体”和“固化构件”部分所介绍的，任选将加热和冷却系统引入模具组件30中。在复合材料构件的生产过程中，加热和冷却系统涉及一个或两个模具32、34或控制流体78，且可以通过热传递，例如传导、对流或者辐射来实现。
下面参考图19-32，描述根据本发明的各种实施方案的模具组件及使用该模具组件的方法。为简洁起见，只描述下面各个实施方案的模具组件和方法与与图1到18中示出的模具组件和方法的不同之处。
根据本发明第二实施方案，模具组件130以及生产复合材料构件的方法如图19所示。
在这一实施方案中，模具组件130包括可变形部件，在示例性实施方案中示为膜136和可变形元件131。可变形元件131设置在压缩室152中，通常用于减小通过流体控制孔158注入压缩室152中并通过出口160排出的控制流体的体积。
可变形元件131通常是多孔的，由弹性材料，如泡沫聚合物或任何其他类型的开孔或闭孔材料制成。通过对其面向增强材料166的表面进行加工，可变形元件131有助于在被加工的复合材料构件上产生形状。可变形元件131的另一面朝向盖模134的压缩壁154。
操作中，当通过盖模中的孔嘴(未示出)将基体材料注入模具组件130中时，可变形元件131占据压缩室152的一定体积，同时由于可变形元件的可变形性，仍会促进基体材料170流经增强材料166。
基体材料170注射完成之后，将最少量的控制流体178注入压缩室152中，以控制基体材料170渗透进入增强材料166。施加于流体178的压力通过可变形元件131被传递到增强材料166。对于闭孔可变形元件131，流体控制孔158和出口160通过可变形元件131与膜136联系起来。控制流体178的注射可以在压缩室152中产生膜(未示出)，该膜或者位于可变形元件131与压缩壁154之间，或者位于膜136与可变形元件131之间。
或者，在离增强材料166最近的可变形元件131的表面加工一系列槽形通道(未示出)以参与将压力传递到增强材料166。在这种情况下，膜136在操作中变形并与可变形元件131的槽形通道(未示出)配合。
要注意可变形元件131，如果不是被加工成型，也可以通过流体控制孔158直接注入模座132和盖模134构成的模腔中。模座132中必须已经放置有第一增强材料166，以便注射的可变形元件131具有增强材料166的印记(imprint)。
在这一实施方案中，通常，如果除去膜136，则在压缩室152中放置或者注入可变形元件131可以用来制造以可变形元件131为核心的复合材料夹层构件。这种情况下，增强材料166紧挨可变形元件131，控制流体178由基体材料170代替。
根据本发明的第三实施方案的模具组件230和生产复合材料构件的方法如图20和21所示。
这一实施方案中，增强材料266位于模座232中并覆盖有膜236，该膜下面可以抽真空。盖模234包括压缩室252，其允许借助气体或液体施加高于大气压的压力。
盖模234不一定要成型在压缩室252上，它可以包括由压缩壁254限定的多个间隔部分(未示出)，构造所述间隔部分以使其可以独立地向压缩室252和增强材料266移动。
操作中，首先通过以下方式对增强材料266加压利用注入压缩室中的压缩气体(如箭头259所示)、利用不可压缩流体，或者利用不可压缩流体与加压管的组合，下面还要详细描述。压缩气体通常压缩增强材料266并控制注射过程中膜236的形变。如果盖模234包含多个间隔部分(未示出)，那么可以相对于膜236将它们设置在不同的位置上，从而借助施加在压缩气体或控制流体上的压力来控制当基体材料注入增强材料266后膜236的形变。
借助不可压缩流体在增强材料266上施加各向同性的压缩。由于流体278的不可压缩性，在增强材料266的饱和区中，膜236的局部形变通常意味着反方向的形变，与增强材料266中不饱和的区域具有相等的体积。
如图21所示，借助不可压缩流体278与在压缩室252中延伸的加压管235的组合，通过设置在增强材料266上的特殊位置的管235在增强材料266和压缩室252上施加可控的各向同性压力。压力作用下，管235可以形变，并且其包括至少有一个两末端均可闭合的管。生产复合材料构件时，管235的至少一个末端穿过盖模234而设置，以便操作。
操作中，通过改变管235中的压力来控制控制流体278的压力。从流体源278a注射时，通过压力下的形变，管235或者直接物理压缩膜236和增强材料266，或者通过施加在压缩室252中的控制流体278上的压力间接压缩膜236和增强材料266。
应该注意在这第二实施方案中，也可以通过加压流体来改变和控制压缩室252的温度。使用管235，通过不可压缩流体实现增强材料266的加热和冷却，同时管235提供用于从模具组件230中耗散一定量的热或冷。
根据本发明的第四实施方案的模具组件330和生产复合材料构件的方法如图22至25所示。
这一实施方案中，盖模334的压缩壁354上包括加工成型的或者压印而成的通道网络，当盖模334装在模座332上时，压缩壁354面向增强材料366。构造所述网络，使得在使用控制流体378之前，基体材料遍布增强材料366的优选表面。
通道网络包括多个通道339，其在该示例性实施方案中表示为通常为矩形的网格或者一系列包括纵向通道339a和横向通道339b的通道。压缩壁354和膜336之间的距离足够小，以限制基体材料在增强材料366上方流动的空间。
然而要注意的是通道网络的几何结构，包括通道339的形状和构型，通常要设计成与要生产的构件相适应，以利于基体材料进入增强材料366的特定区域或具有复杂形状的区域，并使得从注入模具组件330到浸渍增强材料366的期间内基体材料的平均运动最小。通常，通道339的尺寸要能够容纳完全浸润增强材料366所需的大部分基体材料370。任选地，横向通道339b通常与扩散通道350平行延伸，而至少一个纵向通道339a通常与注射入口346平行延伸。
在将加压基体材料370通过注射入口346(如箭头371所示)和扩散通道350(只示出一个)注入的操作过程中，增强材料总体积372的一部分会被基体材料浸渍。自由基体材料产生形变区374，并使与通道网络的通道339匹配的膜336变形，通过出口360将多余的空气排出盖模334(如箭头361所示)，参见图24。
如图25所示，从流体控制口358注入(如箭头359所示)的控制流体378沿通道339在膜336上扩散传播，迫使自由基体材料进入增强材料366中，以利于完全浸渍复合材料构件382中的增强材料。
根据本发明的第五实施方案的模具组件430和生产复合材料构件的方法如图26至28所示。
这一实施方案中，模具组件430允许使用模座432和多个刚性框架组件441a、441b、441c、441d、441e，所述框架组件被构造成限定多个叠加的双室层(superimposed double-chamber layer)，从而同时生产几个复合材料构件。每层都包包括增强材料室438a、438b、438c、438d、438e，各自的膜436a、436b、436c、436d、436e，和各自的压缩室452a、452b、452c、452d、452e。
在示例性实施方案中，每个框架组件441a、441b、441c、441d、441e都包括由金属或者或多或少的刚性泡沫制成的隔离体443，该隔离体443在一侧限定接触壁440且在另一侧限定压缩壁454，如下所述。在每一个压缩壁454的所述一侧，至少一个流体控制孔458和至少一个出口460延伸通过每个框架组件441a、441b、441c、441d、441e。同样，在每一个接触壁440的所述一侧，至少一个注入口446和至少一个排出口444延伸通过每个框架组件441a、441b、441c、441d、441e。模座432和框架组件441a、441b、441c、441d、441e如上所述一个摞一个地安装或堆放在一起。
在图26的示例性实施方案中，最后一个框架组件441e包括盖板加强件434a，其安装在隔离体443上，以便在复合材料构件生产中为模具组件430提供额外的刚性和整体性。或者，如图27和28所示，最后一个框架组件441e由盖模434b代替，盖模434b与前述的盖模有类似的构造。
操作中，每个增强材料466a、466b、466c、466d、466e被放置在一个增强材料室438a、438b、438c、438d、438e中，通过每个框架组件441a、441b、441c、441d、441e中的注入口446使注入的基体材料浸渍上述增强材料，如图27所示。基体材料470任选同时注入所有增强材料室438a、438b、438c、438d、438e中，或者在依次将基体材料注入增强材料中时彼此有一个时间间隔。
然后通过流体控制孔458将控制流体478注入压缩室452a、452b、452c、452d、452e中(如箭头459所示)。压缩室452a、452b、452c、452d、452e中的过量流体通过出口460排出(如箭头461所示)。基体材料流动前缘476前进的原理以及由于形变区474中的自由基体材料导致的膜436a、436b、436c、436d、436e运动的原理是相同的，正如在前面的实施方案中针对模具组件430的每一层所述的。直至最后面的压缩室452e被完全填充，流体478的注射完成。
如图28所示，每个复合材料构件482e然后被压紧在一侧是隔离体443和另一侧是控制流体478加压的膜336e之间。因此，这一步骤对所有的复合材料构件通常会产生相似的压紧程度，这同时也防止了由于翘曲而造成的构件缺陷，因为增强材料的每一面通常承受着相似的压紧力。
对于固化和/或凝固步骤，如同常见的情况，对模座432施加所需的温度。引发之后，流体基体材料的聚合过程通常伴随着热耗散，其参与向上的热通量扩散，以至于这一发生在模座432中的放热型聚合反应引发直接位于框架组件上的复合材料构件的固化。因此复合材料构件在框架组件441a、441b、441c、441d、441e的堆积体中顺序固化。
用于加热任何下方框架组件的能量通常是从一层到另一层传递的，而不是只用于固化单个复合材料构件。应该注意加热元件可以任选包含在压缩室452a、452b、452c、452d、452e的附近，或者在框架组件441a、441b、441c、441d、441e的中间结合处，以加速固化过程。
图29至30示出根据本发明第六实施方案的模具组件530和生产复合材料构件的方法。
在本实施方案中，模具组件530包括模座532、盖模534和多个框架组件541a、541b、541c、541d。框架组件541a、541b、541c、541d的数量依据要同时生产的复合材料构件的数量而变化。
模具组件530还配备有注入口546和排出口544，以允许基体材料注入增强材料566a、566b、566c、566d中并允许排出气体及多余的基体材料。在该示例性实施方案中，排出口544和注入口546延伸通过多个框架组件541a、541b、541c、541d，这些框架组件叠放在模座532上，上面有盖模534覆盖。
当一个摞一个地安装上述配件时，模座532和多个框架组件541a、541b、541c、541d限定堆积室545，在此室内，增强材料566a、566b、566c、566d，隔离体543a、543b、543c和盖模534一个摞一个地交替放置。
隔离体543a、543b、543c在复合材料构件的生产过程中参与构件的成型，其一侧包括机器加工的压缩壁554且另一侧包括机器加工的接触壁550。压缩壁554朝向模座532的接触壁540或者朝向其下方隔离体的接触壁540。
隔离体543a、543b、543c由可充分压缩的材料制成，这使得它们在将基体材料注入增强材料566a、566b、566c和566d的时候通常发生变形，但同时这种材料又具有足够的刚性从而使得其能将注入一个增强材料中的基体材料的压力效果传递给堆积室545中的相邻增强材料。
盖模534包括压缩壁554和凸模547，压缩壁554朝向隔离体543c的接触壁540，凸模适于借助盖模534压缩增强材料566a、566b、566c和566d和装在模座532和盖模534之间的隔离体543a、543b、543c。构造接触壁540和压缩壁554的形状，以限定要生产的复合材料构件。
使用模具组件530在一个生产周期中可以制备几个相同的复合材料构件，而不会严重影响最终复合材料构件的品质。也可以调整这种方法，用于结构构件的大规模生产，因为通过这种方法在复合材料构件的一侧得到的表面光洁度通常不是很关键的，并且不必具有与采用上文所述的使用压缩室、增强材料室和变形膜的方法制备的构件相同的品质。
在操作中，第一增强材料566a滑动地放置在模座532上，由第一框架组件541a横向定位。然后将第一隔离体543a放在第一增强材料566a上。为获得希望数量的复合材料构件，上述步骤要重复必要的次数，然后在增强材料566a、566b、566c、566d和隔离体543a、543b、543c的堆积体上覆盖盖模534。
从图30的示例性实施方案可以看出，该方法包括将基体材料570经由注入口546连续注射到增强材料566a、566b、566c、566d中，在每次注射之间有很小的延迟。
将基体材料570在压力下注入第一增强材料566a中(如箭头571所示)，这导致第一隔离体543a发生变形，正如上文中所讲过的。因为没有有效的作用力阻止第一隔离体543a运动，该隔离体沿着相同的方向压挤第二增强材料566b。
基体材料流动前缘576a沿着增强材料566a前进。在基体材料流动前缘576a在增强材料566a中行进到最优化的位置时，开始注射第二增强材料566b。在压力下注入的基体材料570产生与上段所述第一注射相同的效果，通常使得位于第二增强材料566b上方和下方的隔离体543b和543a变形。第一增强材料566a通常在基体材料流动前缘576b前进到第二增强材料566b中的距离上受到压缩。其他所有的在后面的增强材料中注射基体材料的过程以同样方式进行。
最后的增强材料566d具有如下特性不允许在压力下注入的基体材料使位于增强材料566d上方的盖模534发生变形。产生的结果就是基体材料570压挤位于其下的各层增强材料566a、566b、566c、566d。
基体材料在各层增强材料566a、566b、566c、566d中的浸渍和基体材料流动前缘576a，576b、576c、576d的前进是由接触壁540施加在增强材料566a、566b、566c、566d上的压力调控的并与施加在上层增强材料的压力相对应。在浸渍步骤中，增强材料566a、566b、566c、566d附近的多余流体或气体或多余的基体材料可以通过排出口544排出(如箭头545所示)。
挤压步骤通常增加生产的复合材料构件中的纤维含量并改善成批加工的本实施方案的构件的可重复性。这一步骤经常通过经由凸模547对盖模534施加的挤压力来实现(如箭头549所示)，如图31所示。隔离体543a、543b、543c通常足够硬，从而依照隔离体543a、543b、543c的几何形状挤压经浸渍的增强材料582a、582b、582c、582d。正因为如此，隔离体543a、543b、543c的破碎通常保持最小程度。
在本实施方案中，复合材料构件582a、582b、582c、582d的压实通常发生在一个方向，而这个方向不必与复合材料构件582a、582b、582c、582d的表面垂直。在以前的实施方案中，构件的压实通常是由在垂直复合材料构件的表面方向施加挤压负荷的控制流体实现的。
然而，控制流体578可以任选地注入盖模534和最后一个增强材料582d之间，所述增强材料上覆盖或未覆盖膜。或者，如图33所示，每一个增强材料566a、566b、566c、566d都覆盖膜536，该膜被设计为与同时注入每个隔离体543a、543b、543c之间的控制流体相互作用。在这些情况下，控制流体可以被注入多孔隔离体543a、543b、543c中，也可以如图33所示，直接注入到隔离体543a、543b、543c和覆盖增强材料582a、582b、582c、582d的附加膜之间。
或者，膜536插入到隔离体543a、543b、543c和增强材料582a、582b、582c、582d之间，使得控制流体仍然可以被注入多孔隔离体543a、543b、543c中或被直接注入到隔离体543a、543b、543c和增强材料582a、582b、582c、582d之间。
固化步骤与本发明第四实施方案中所述的固化步骤相对应。如图32的示例性实施方案所示，在固化和/或凝固阶段，模具组件530始终受到挤压力，固化和/或凝固步骤更具体地包括固化和/或凝固第一复合材料构件582a以及接下来固化和/或凝固其他复合材料构件582b、582c、582d(如箭头551所示)。在固化完成后，有时需要抛光步骤以满足最终复合材料构件的规格要求。
图34示出根据本发明第七实施方案的模具组件630和生产复合材料构件的方法。
在本实施方案中，模具组件630包括多孔介质653，该介质设置在盖模634的压缩室652里，且通常控制或减小从流体控制孔658注入流至出口660的流体在压缩室652中的前进速率。或者，多孔介质可以用其他粒状介质如沙子或纤维介质来代替。
多孔介质653通常是可变形元件131，在操作中该元件允许流体穿过，但是其多孔组成有效地帮助控制或限制控制流体的流动扩散。在一些情况下，依赖于增强材料的物理性质，基体材料的化学性质，控制流体的性质和模具组件630工作时的压力和温度条件，可能需要参照增强材料中基体材料的流动扩散来控制控制流体的流动扩散。
例如，压缩室652中从流体控制孔658流至出口660的控制流体通常会对被自由基体材料溶胀的区域中的膜636产生有效而非均匀的挤压力，从而促进自由基体材料流向增强材料。通过在压缩室652中设置多孔介质653，可以延迟控制流体在压缩室652中的扩散，使得控制流体流动前缘(未示出)不超过基体材料流动前缘，从而有效地协助基体材料浸渍增强材料。
尽管借助实施方案描述了本发明，但是在不背离权利要求书限定的本发明的精神和本质的情况下，可以对其做出改进。
权利要求
1.用于由通常为固相的增强材料和通常为液相的基体材料生产复合材料构件的模具组件，所述模具组件包括a)模座，其包括用于接收增强材料的增强材料室和用于向所述增强材料室中注射基体材料的基体材料注入口；b)盖模，其包括压缩室和用于向所述压缩室中注射流体的流体控制孔，构造所述盖模使其密封地安装在所述模座上，从而所述增强材料室和所述压缩室相邻；以及c)可变形部件，该部件设置在所述增强材料室和所述压缩室限定的间隙中，从而在受到流体的挤压时将基体材料压向增强材料。
2.权利要求1的模具组件，其中所述基体材料注入口包括设置在所述增强材料室的接触壁上的扩散通道。
3.权利要求2的模具组件，其中所述模座包括排出口。
4.权利要求1的模具组件，其中所述排出口可与真空源相连，从而在所述增强材料室中选择性地产生至少部分真空。
5.权利要求1的模具组件，其中模座包括接触壁、围绕所述接触壁延伸的外围壁和围绕所述外围壁延伸的肩部；所述盖模包括压缩壁、围绕所述压缩壁延伸的外围壁以及围绕所述外围壁延伸的肩部，经由互补的凸台和凹槽装置将所述盖模密封地安装在所述模座上，所述凸台和凹槽装置沿所述模座和所述盖模的所述肩部设置。
6.权利要求5的模具组件，其中所述凸台和凹槽装置具有通常呈三角形的横截面轮廓。
7.权利要求1的模具组件，其中所述流体控制孔可与流体源相连，从而在所述压缩室中产生压力。
8.权利要求1的模具组件，其中所述流体控制孔在盖模中延伸，且所述基体材料注入口在所述模座中沿大体相似的方向延伸。
9.权利要求1的模具组件，其中所述盖模包括从所述压缩室延伸穿过所述盖模的出口。
10.权利要求9的模具组件，其中所述出口与真空源相连，从而在所述压缩室中选择性地产生至少部分真空。
11.权利要求9的模具组件，其中所述出口包括用于调节流经所述出口的控制流体流量的阀门。
12.权利要求1的模具组件，其中所述间隙的厚度是可变的。
13.权利要求12的模具组件，其中所述压缩室具有第一厚度，所述增强材料室具有第二厚度，且所述第一和第二厚度在所述可变形部件发生形变时是可变的。
14.权利要求1的模具组件，其中所述可变形部件包括密封安装在所述增强材料室和所述压缩室之间的膜。
15.权利要求14的模具组件，其中所述膜是不能渗透液体的。
16.权利要求14的模具组件，其中所述膜可透气的。
17.权利要求1的模具组件，其中所述模具组件包括引起注入所述模具组件中的控制流体产生振动的装置，从而排出夹带在增强材料中的残余气体。
18.权利要求1的模具组件，其中所述模具组件包括温度控制装置。
19.权利要求1的模具组件，所述增强材料室包括用于定位增强材料的接触壁，所述接触壁具有可控的表面光洁度。
20.权利要求1的模具组件，其中所述模座和所述盖模是刚性的。
21.权利要求1的模具组件，其中所述可变形部件包括可变形元件和膜，所述膜被密封地设置在所述增强材料室和所述压缩室之间；所述可变形元件被设置在至少部分压缩室中。
22.权利要求21的模具组件，其中对可变形元件的表面进行机械加工，使其与复合材料构件的形状互补。
23.权利要求22的模具组件，其中所述部件的机械加工表面包括一系列被构造成用于接收所述膜的槽形通道。
24.权利要求21的模具组件，其中所述可变形元件通过所述流体控制孔直接注入所述间隙中。
25.权利要求21的模具组件，其中所述可变形元件包括常见的多孔弹性材料。
26.权利要求1的模具组件，其中所述可变形部件包括设置在至少部分所述压缩室中且与所述增强材料室相邻的弹性材料。
27.权利要求1的模具组件，其中所述盖模包括多个间隔部分，构造这些间隔部分以使其互相之间可以朝向和远离所述增强材料室独立运动，从而提供具有可变厚度的间隙。
28.权利要求1的模具组件，其中所述模具组件进一步包括设置在所述压缩室中的且与所述增强材料室相邻的管，所述管连接至压力源且在压力源产生的压力下可变形，所述管包括至少一个穿过所述盖模而设置的末端，用于控制所述管中的压力。
29.权利要求1的模具组件，其中所述盖模包括压缩壁，所述压缩壁包括相邻所述可变形部件设置的多个通道。
30.权利要求29的模具组件，其中所述多个通道包括构造成网格的纵向通道和横向通道，从而与所述可变形部件配合。
31.权利要求29的模具组件，其中所述模座的基体材料注入口包括在所述增强材料室的接触壁上延伸的扩散通道；所述扩散通道通常与至少一个横向通道对准，且所述模座的所述基体材料注入口通常与至少一个纵向通道对准。
32.用于由通常为固相的增强材料和通常为液相的基体材料生产预定数量的复合材料构件的模具组件，所述模具组件包括a)包括增强材料室的模座；b)包括压缩室的盖模；c)至少一个框架组件，每个框架组件都包括限定其他相应的增强材料室和其他相应的压缩室的隔离体；构造所述至少一个框架组件以使其密封地相邻堆叠且位于所述模座和所述盖模之间，由此每一个所述增强材料室都朝向一个所述压缩室，以限定相邻的成对室；d)用于将基体材料注入增强材料室中的基体材料注入口；e)用于将流体注入压缩室中的流体控制孔；以及f)可变形部件，该部件设置在所述相邻的成对室之间，从而在受到流体的挤压时将基体材料压向增强材料。
33.权利要求32的模具组件，其中每一个所述可变形部件都是密封地设置在增强材料室和压缩室的相邻成对室之间的膜。
34.权利要求32的模具组件，其中所述模具组件还包括排出口和出口，所述排出口从增强材料室延伸穿过所述模具组件；所述出口从所述压缩室延伸穿过所述模具组件。
35.权利要求32的模具组件，其中所述盖模是所述至少一个框架组件之一。
36.权利要求32的模具组件，其中所述盖模是所述至少一个框架组件之一，该框架组件包括被构造为刚性地安装在其各自的增强材料室中的盖板加强件。
37.权利要求32的模具组件，其中所述隔离体是刚性的。
38.用于由增强材料和基体材料生产预定数量的复合材料构件的模具组件，所述模具组件包括a)包括接触壁的模座；b)至少一个框架组件，构造所述框架组件以使其密封地相邻堆叠在限定堆积室的所述模座上；c)用于经由所述模座和所述至少一个框架组件将基体材料注入增强材料中的基体材料注入口；d)可变形部件，各所述部件均具有各自的压缩壁和各自的接触壁，构造所述可变形元件使其与增强材料交替地堆叠在所述堆积室中，由此每个所述接触壁朝向所述压缩壁之一；以及e)盖模，其包括各自的压缩壁且安装在所述堆积室中。
39.权利要求38的模具组件，其中每个所述可变形部件都是多孔弹性材料。
40.权利要求39的模具组件，其中所述至少一个框架组件中的每一个都包括用于将所述堆积室中的流体注入所述可变形元件中的流体控制孔。
41.权利要求38的模具组件，其中所述至少一个框架组件中的每一个和所述模座都是密封地相邻成对堆叠的，所述模具组件进一步包括密封设置在所述相邻对之间的膜。
42.权利要求41的模具组件，其中所述至少一个框架组件中的每一个都包括延伸的流体控制孔，该孔用于在每个所述可变形部件和所述堆积室中的每个所述膜之间注入流体。
43.权利要求1的模具组件，其中所述模具组件包括设置在速数压缩室中的多孔介质，所述孔用于控制注入所述压缩室中的流体的传递。
44.权利要求1的模具组件，其中多孔介质由常见的可变形元件制成。
45.用于由增强材料和基体材料生产复合材料构件的模具组件，所述模具组件包括a)模座，其包括用于接收增强材料的增强材料室以及用于向增强材料室中注入基体材料的基体材料注入口；b)盖模，其包括压缩室和用于向压缩室中注入控制流体的流体控制孔，构造所述盖模以使其密封地安装在所述模座上，由此所述增强材料室和所述压缩室是相邻的；以及c)可变形膜，该膜设置在由所述增强材料室和所述压缩室限定的间隙中；由此，在操作时，经由所述注入口在位于所述增强材料中的增强材料中注射基体材料，基体材料的第一部分浸渍增强材料且基体材料的第二部分保留在增强材料室中且使可变形膜发生形变，当经由所述控制孔向所述压缩室中注射时，所述第二部分在对所述可变形膜施压的流体的作用下流向增强材料。
46.由增强材料和基体材料生产复合材料构件的方法，该方法包括a)在第一模具部分的第一室和第二模具部分的第二室之间密封设置可变形部件，所述第一室接收增强材料；b)使用注入所述第一室的基体材料浸渍增强材料；c)通过使注入所述第二室中的控制流体对所述可变形膜施加压力，将基体材料压向增强材料。
47.权利要求46的方法，其中浸渍所述增强材料是在低于大气压的真空压力下进行的。
48.权利要求46的方法，其中所述将基体材料压向增强材料是与加热所述控制流体同时进行的。
49.权利要求46的方法，其中所述将基体材料压向增强材料是在高于大气压的挤压压力下进行的。
50.权利要求46的方法，其进一步包括振动经浸渍的增强材料，以排出夹带在增强材料中的大部分残余气体。
51.权利要求46的方法，其进一步包括在大于大气压的挤压压力下凝固复合材料构件。
52.权利要求46的方法，其进一步包括借助施加在所述模具上的热传递来固化增强材料，以及在大于大气压的挤压压力下凝固复合材料构件。
53.权利要求52的方法，其中所述增强材料的固化使用紫外线。
54.权利要求51的方法，其中所述复合材料构件的凝固是在降低增强材料的温度的同时进行的。
55.权利要求46的方法，其进一步包括在与所述可变形部件相邻的第二模具部分的第二室中设置可变形元件。
56.权利要求46的方法，其进一步包括在与所述可变形部件相邻的第二模具部分的第二室中设置管。
57.权利要求56的方法，其中所述通过对控制流体加压而使基体材料流向增强材料是在对所述管加压的同时进行的，由此所述管变形且通过压缩所述控制流体来压缩所述部件。
58.权利要求56的方法，其中所述通过对控制流体加压而使基体材料流向增强材料是在对所述管加压的同时进行的，由此所述管变形且压缩所述部件。
59.权利要求46的方法，其中所述通过对控制流体加压而使基体材料流向增强材料是在改变所述第二模具部分的间隔部分相对于所述部件的位置的同时进行的。
60.权利要求46的方法，其进一步包括使与所述第二模具部分中的通道匹配的所述部件变形，所述第二模具部分与所述部件相邻设置。
61.权利要求46的方法，其进一步包括在与所述可变形部件相邻的第二模具部分的第二室中设置多孔介质。
62.用于由增强材料和基体材料生产预定数量的复合材料构件的方法，该方法包括a)在第一模具部分的增强材料室和第二模具部分的压缩室之间密封设置可变形部件，所述增强材料室包括增强材料；b)通过相邻堆叠数个后面的模具部分，重复所述的密封设置可变形部件，所述堆叠个数是由要生产的构件的预定数量决定的；c)使用注入所述增强材料室中的基体材料浸渍增强材料；以及d)通过使注入所述第二室中的控制流体对所述可变形膜施加压力，将基体材料压向增强材料。
63.权利要求62的方法，其中在所述的使用注入增强材料室的基体材料浸渍增强材料的过程中，每次依次将基体材料注入相邻增强材料的注射之间存在延迟。
64.权利要求62的方法，其进一步包括通过加热第一模具部分来固化增强材料；由此借助来自以前加热的模具部分的热传递依次加热所述第二模具部分和所述后面的模具部分。
65.用于由增强材料和基体材料生产预定数量的复合材料构件的方法，该方法包括a)在通过在模座组件上密封设置框架组件而产生的堆积室中设置增强材料和可变形部件的交替堆积体；b)使用注入所述堆积室中的基体材料浸渍增强材料；以及c)通过对所述的增强材料和可变形部件的堆积体加压而将基体材料压向增强材料并沿所述增强材料压缩。
66.权利要求65的方法，其中所述使用基体材料浸渍增强材料是在将基体材料连续注射到相邻增强材料中的同时进行的，每次所述注射之间稍有延迟。
67.权利要求66的方法，其中所述压缩基体材料是在所述的连续注射基体材料的同时进行的，所述连续注射基体材料至少包括向第一增强材料中的第一次注射和向第二增强材料中的第二次注射，所述第二次注射比所述第一次注射滞后；所述第二次注射通过对设置在所述第一和第二增强材料之间的所述可变形部件加压来压缩所述第一增强材料。
68.权利要求66的方法，其中所述设置增强材料和可变形部件的交替堆积体进一步在增强材料和可变形部件之间提供膜。
69.权利要求68的方法，其中所述将基体材料压向增强材料并沿所述增强材料压缩是在使注入所述堆积室中的控制流体对所述膜加压的同时进行的。
全文摘要
本发明总体上涉及模具组件(32，34)以及使用模具组件生产复合材料构件的方法，更具体地，这些构件是由通常为固相的增强材料和通常为液相的基体材料得到的。为了使用基体材料浸渍增强材料从而生产复合材料构件，可以使用多种类型的模具和方法，但是，根据选择的模具和方法的类型，生产方法的效率和周期显著变化。本发明涉及模具组件和使用该模具组件生产复合材料构件的方法，该方法包括将基体材料注入含有增强材料和有助于基体材料向增强材料浸渍的可变形部件(36)的模具组件。
文档编号B29C70/54GK1842411SQ200480024578
公开日2006年10月4日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月27日
发明者埃杜阿多·鲁伊兹, 弗朗科伊斯·特罗丘 申请人:蒙特利尔艾科尔工艺技术公司