专利名称：由复合纤维材料生产型材的方法
技术领域：
本发明涉及一种由纤维复合材料生产型材的方法。虽然本发明及其所基于的问题针对的是任何型材的生产，但以航空器的桁条来详 细描述它们。
背景技术：
根据申请人所知的一种生产型材如桁条的方法，首先在层压设备上沉积由纤维复 合材料构成的初级织物。然后在初级织物上设置支撑元件，支撑所述初级织物从而使其保 持为要生产的桁条所希望的形状。其后，用真空袋将初级织物和支撑元件一起包装在其中， 并将所述真空袋抽真空。最后，在高压釜中通过施加压力和热将包括真空袋(其中设置有 初级织物)和支撑元件的装置进行固化。纤维复合材料，特别是含碳纤维的纤维复合材料具有极低的热膨胀系数。因此，支 撑初级织物并与初级织物直接接触的支撑元件也必须由热膨胀系数极低的材料构成，否则 初级织物将由于初级织物和支撑元件之间的相互作用而遭受不希望的变形。热膨胀系数极 低的材料如镍-36钢是非常昂贵的。此外，支撑元件必须依据要生产的型材的形状而形成 非常特定的形状。在支撑元件由镍-36钢构成的情况下，由于镍-36钢很硬，因此就需要很 复杂的机械加工。特别在流线形型材(这种型材沿其纵向发生弯曲)的生产中，机械加工 支撑元件的费用很高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种由纤维复合材料生产型材的改进方法，特别是不 使用上述很昂贵的支撑元件。该目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。据此，提供一种特别是在航天领域中由纤维复合材料生产型材的方法，包括下列 步骤首先用真空袋将初级织物包装在其中，然后将至少一个支撑元件设置在被包装的初 级织物上来支撑它，然后将真空袋抽真空，然后进一步使初级织物固化以形成型材。本发明基于的构思在于这样的理解，即，当至少一个支撑元件和初级织物设置在 真空袋的相对侧时，真空袋允许该至少一个支撑元件相对于该初级织物移动。因此，这避免 了可能导致初级织物变形的在初级织物和至少一个支撑元件之间的机械相互作用。因而， 经济的材料，例如也可以容易地机械加工成希望的形状的铝板和钢板，能被用作用于支撑 元件的材料。还可考虑选择由塑料材料制成的支撑元件，特别是由塑料材料构成的挤塑型 材。因而，提供了一种比已知方法经济得多的由纤维复合材料生产型材的方法。特别是，利 用该方法的优点生产流线形型材。在从属权利要求中提供本发明的有利的进展和实施方式。本文所用的术语“初级织物”被理解为意指任何种类的纤维材料，特别是纤维纺织 织物、纤维组织或纤维毡。纤维可以形成例如碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。优选已经用树脂基质预先浸渍该纤维材料。然而，同样可以在初级织物被包装以及设置至少一个 支撑元件后例如通过浸入法仅用树脂基质渗透该纤维材料。树脂基质优选是环氧树脂。根据本发明的方法的优选进展，至少一个支撑元件由铝或钢，特别是由铝板或钢 板构成。当然，铝包括全部铝合金。铝和钢相对便宜并且还容易机械再加工成具有希望形 状的支撑元件，从而使进一步降低成本成为可能。特别是，由金属板制成的支撑元件易于弯 曲以生产流线形型材。根据本发明的方法的进一步优选的进展，将初级织物配置成包括腹部，在被包装 的初级织物上设置特别配置成L形轮廓的两个支撑元件以支撑位于它们之间的腹部。在这 方面，L形轮廓的纵轴大体上平行于初级织物的纵轴而延伸。初级织物的腹部在尺寸上相 对不稳定，因此在相对侧上需要支撑。本文所用元件的“纵轴”这一术语被理解为意指元件的横截面沿该轴仅发生可忽 略的改变。根据本发明的方法进一步优选的进展，两个支撑元件相对于彼此被橡胶顶部型材 (rubber roof profile)、两个三角形型材(triangular profiles)和连接它们的胶带、夹 持器和/或进一步的真空袋来支持。本文所用的术语“橡胶顶部型材”被理解为意指具有支 撑表面的弹性型材以及在所述支撑表面中的槽，槽沿该橡胶顶部型材的纵向延伸。槽，特别 是凹槽设置成以弹性地接收该型材的腹部和支撑元件支撑该腹部的部分。橡胶顶部型材特 别适于生产T型材。对支撑元件仅采取相对地相互固定避免了在热膨胀系数高的构件中出 现的将它们分别固定在两个相互固定的点上时所产生的张力。通常，与目前使用的由镍-36 钢制成的重工具相比，橡胶顶部型材、具有胶带的三角形型材、夹持器和真空袋非常容易操 作。根据进一步优选的进展，将被包装的初级织物和至少一个支撑元件一起包装在另 外的真空袋中，在这样的情况下施加于该另外的真空袋的真空被设定为小于或等于真空袋 中的真空。本文所用的术语“真空”被理解为意指大气压和当前的绝对压力之间的差值。以 上进展使得真空袋紧密地依靠初级织物，并且由于其中存在当前压力而不会向第二真空袋 的方向变形，而变形将不利地影响固化的纤维复合材料的材料特性。
图1显示根据本发明一实施方式的方法的状态；图2显示根据本发明另外的实施方式的方法的状态；图3显示根据本发明另外的实施方式的方法的状态；和图4显示根据本发明另外的实施方式的方法的状态。符号说明1 装置2 层压设备3 初级织物4 部件5 部件6 刀片
7真空袋
8纵向
11密封装置
12密封装置
13内部
14大气
15腹部
16橡胶顶部型材
17支撑元件
18支撑元件
22部分
23部分
24部分
25部分
26足部
27足部
31槽
32侧表面
33侧表面
34支撑表面
35支撑表面
40装置
41三角形型材
42三角形型材
43胶带
50装置
51夹持器
52弓形部分
60装置
61另外的真空袋
62内部
63软管
64软管
PO大气压
Pl真空袋7中的压力
P2真空袋61中的压力
具体实施例方式
下面参照附图基于实施方式详细描述本发明。
在图中，除非另外指明，相同的参考数字表示相同或者功能上相同的元件。图1是用于生产被设置为T-桁条的型材的装置1的剖视图。装置1具有层压设备2，其上设置具有T形横截面的初级织物3，该设备2包括在 各种情况下具有L形横截面的两个部件4、5和设置其中的刀片6。根据本实施方式，初级织物3由已经用环氧树脂基质即处于未固化状态的环氧树 脂基质预先浸渍的碳纤维机织织物构成。初级织物3大体上沿纵轴8垂直于纸面延伸。还 可以将初级织物3设置为流线形。将初级织物包装在真空袋7中，通过密封装置11、12把该真空袋7密封起来，使其 与层压设备2分开。真空袋7的内部13中的当前压力是真空P1，即比大气14中的当前压 力PO低的压力。通过橡胶顶部型材16和两个支撑元件17、18将初级织物3的腹部15保持在图1 中所示的位置。支撑元件17、18各自由具有L形横截面的铝板构成。定位支撑元件17、18使它们 在相对于真空袋7沿纵向8滑动时能够被替换，支撑元件17和18的部分22、23支撑桁条 腹部15，支撑元件17和18的部分24、25靠在初级织物3的两个足部26和27上。橡胶顶部型材16具有沿纵向8延伸的槽31，并且在所述槽中腹部15被接收到槽 31的侧表面32、33之间的部分22和23中。靠在大体上垂直于槽31的侧表面32、33而延 伸的支撑表面34、35上的是在支撑元件17和18的部分24和25上的橡胶顶部型材。如图1中所示，将橡胶顶部型材16倒置在腹部15连同支撑元件17、18的部分22、 23上，橡胶顶部型材16被弹性地扩展，从而使这些支撑元件17、18互相相对固定，这样的结 果是桁条腹部15保持成形。在这方面，侧表面32、33产生对支撑元件17和18的部分22 和23的轻微的弹性压力。然后优选在高压釜中使装置1受热(以及可能的压力)。这使初级织物3固化以 产生T-桁条。图2的装置40与图1的装置的不同仅在于橡胶顶部型材16被两个三角形型材41、 42及连接它们的胶带43代替。三角形型材41、42优选由橡胶材料构成并接合到支撑元件 17,18中，并和胶带43 —起使它们保持定位。在图3的装置50中，提供夹持器51代替根据图1实施方式的橡胶顶部型材16， 其夹持器51用轻微的力挤压支撑元件17和18的部分22、23，使其抵靠初级织物3的腹部 15，对于该装置而言，夹持器51的弓形部分52优选由弹性材料构成。在图4的装置60中，提供另外的真空袋61代替根据图1实施方式的橡胶顶部型 材16，真空袋61在其内部62接收初级织物3连同真空袋7和支撑元件17、18。在另外的 真空袋61的内部62此时是真空P2。通过例如各自连接到真空泵(未显示)的软管63、64 可以向真空袋7的内部13施加真空Pl并可以向真空袋61的内部62施加真空P2。下列关系将适用于真空Pl和P2 Pl ≥ P2例如，Pl = IOOkPa并且P2 = 25kPa，Pl和P2是相对于大气压PO测量的。在根据图4的实施方式中，真空袋61通过当前的真空Pl和P2将支撑元件17、18 挤压向腹部15以支撑它。
图1到4的实施方式的共同点是，在任何时候均可使用干纤维材料来代替预先浸 渍的初级织物3，并在定位支撑元件17、18之后以及在分别向装置1、40、50和60施加热和 /或压力之前用树脂基质浸透该材料。虽然基于多个实施方式描述了本发明，但是本发明并不限制于此，而能够以许多 不同的方式改进。本发明提供一种特别是在航空领域中由纤维复合材料生产型材的方法，包括下列 步骤首先，将初级织物，特别是预先浸渍的纤维材料，包装在真空袋中。然后将支撑元件定 位在被包装的初级织物上来支撑它。其后对真空袋抽真空。此外，然后特别是在高压釜中 在热的影响下使初级织物固化，以生产型材。在本发明的方法中，有利的是，支撑元件可以 由适宜的材料构成，特别是铝，代替很昂贵的镍-36钢，因为在纵向上通过真空袋将支撑元 件与初级织物机械分开，从而允许支撑元件在纵向上相对于初级织物运动。
权利要求
一种用于由纤维复合材料生产型材的方法，特别是在航空领域，包括下列步骤将成形为具有T形横截面并且具有腹部(15)和足部(26、27)的初级织物(3)包装在真空袋(7)中；将成形为具有L形横截面的两个支撑元件(17、18)定位在被包装的初级织物(3)上用于支撑该初级织物，定位支撑元件(17、18)，使得它们相对于所述真空袋(7)沿纵向(8)滑动时能够被替换，其中所述支撑元件(17、18)的部分(22、23)支撑所述初级织物(3)的所述腹部(15)，并且所述支撑元件(17、18)的部分(24、25)靠在所述初级织物(3)的所述足部(26、27)上；将所述真空袋(7)抽真空(P1)；使具有沿纵向(8)延伸的槽(31)的橡胶顶部型材(16)倒置在所述支撑元件(17、18)上，使得所述初级织物(3)的所述腹部(15)连同支撑所述腹部(15)的所述支撑元件(17、18)的所述部分(22、23)一起被接收在所述槽(31)的侧表面之间，并且垂直延伸至所述侧表面的所述橡胶顶部型材(16)的支撑表面靠在所述支撑元件(17、18)的定位在所述足部(26、27)上的所述部分(24、25)上，所述橡胶顶部型材(16)被弹性地扩展，并且所述支撑元件互相相对被固定；和使所述初级织物(3)固化，以形成所述型材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个支撑元件(17、18)由铝或钢 构成，特别是由铝板或钢板构成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，通过橡胶顶部型材(16)、两 个三角形型材(41、42)和连接它们的胶带(43)、夹持器(51)和/或另外的真空袋(61)来 互相相对保持所述两个支架构件(17，18)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述被包装的初级织物(3) 连同所述至少一个支撑元件(17、18) —起被包装在另外的真空袋(61)中，调节施加于所述 另外的真空袋(61)的真空(P2)，使得它小于或等于所述真空袋(7)中的真空(Pl)。
全文摘要
本发明提供一种由复合纤维材料生产型材的方法，特别是在航空和航天领域，其具有下列步骤首先将特别是由预先浸渍的纤维材料制成的初级织物(3)包装在真空袋(7)中。然后将支撑元件(17、18)放置在被包装的初级织物(3)上以支撑后者。然后将真空袋(7)抽真空(P1)。接下来，使初级织物(3)在热作用下特别是在高压釜中硬化成型材。采用所要求保护的方法能够有利地由适宜的材料，特别是铝，代替极昂贵的镍-36钢来构成支撑元件(17、18)，因为借助于真空袋(7)在纵向(8)上将支撑元件(17、18)与初级织物(3)机械分开，使支撑元件(17、18)能够在纵向(8)上相对于初级织物(3)运动。
文档编号B29D99/00GK101909862SQ200880123314
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年12月28日
发明者勒内·施罗德, 汉斯·马夸特, 沃尔夫冈·克鲁伊斯, 罗兰·勃兰登堡, 豪克·伦斯费尔德 申请人:空中客车运营有限公司