用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤物制造技術

跟蹤或追蹤單向不連續纖維復合材料(UD?DFC)切片在UD?DFC模制復合物壓塑期間的整體和局部運動兩者。跟蹤能力通過使示蹤切片包括在UD?DFC模制復合物中來提供。示蹤切片包括樹脂基質和至少一個單向碳單絲束，所述至少一個單向碳單絲束由多根碳單絲構成。示蹤切片進一步包括單向示蹤紗，所述單向示蹤紗由可通過x射線或其他基于輻射的掃描技術檢測的多根單向單絲構成。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】專利技術背景1.專利
本專利技術一般地涉及不連續纖維復合(DFC)材料的壓塑。更具體地，本專利技術旨在跟蹤或追蹤在高模制壓力復合物體壓塑期間發生的纖維切片在單向不連續纖維復合材料(UD-DFC)模制復合物中的運動。2.現有技術描述纖維增強復合材料結構通常包括樹脂基質和纖維作為兩種主要成分。這些結構很適合用于苛刻環境中，例如航空航天領域中，其中強度高和重量輕的結合是重要的。預浸漬復合材料(預浸料)廣泛用于復合部件和結構體的制造中。預浸料為未固化樹脂基質和纖維增強材料的結合，所述預浸料易于模制和固化成最終復合部件。通過用樹脂預浸漬纖維增強材料，制造商可仔細控制樹脂待浸漬到纖維網絡中的量和位置并且確保樹脂根據需要分布在纖維網絡中。預浸料為用于制造承重結構件，特別是用于機翼、機身、艙壁和控制面的承載飛機部件的優選材料。重要的是，這些部件具有足夠的強度、損傷容限以及這種部件常規滿足的其他需求。單向(UD)帶為預浸料的常見形式。單向帶中的纖維為彼此平行延伸的連續纖維。纖維通常為眾多的單根纖維或單絲的束形式，其稱之為“絲束”。將單向纖維用仔細控制量的未固化樹脂浸漬。UD預浸料通常置于保護層之間以形成UD最終帶，將其卷取用于儲存或運輸至制造設施。UD帶的寬度通常為小于一英寸到一英尺或更大。單向帶不適合用作模制復合物以使用壓塑技術用于形成復雜的三維結構。當UD帶被迫適應復雜部件的特征時，UD帶中的纖維的平行取向和連續性質造成纖維成束或橋接。因此，使用UD帶制造復雜的三維部件已經限制為辛苦的過程，其中將單個層的UD帶直接施用至三維模具，隨后在高壓釜或其他成型裝置中處理。使用UD帶的該疊鋪工序傾向于一個冗長而昂貴的過程。已經發現模制復合物(一般稱之為不連續纖維復合材料(DFC)模制復合物)適合于壓塑復雜部件。一類DFC模制復合物由單根纖維的隨機片段構成，所述單根纖維與樹脂基質結合。隨機取向短纖維更容易適應復雜部件的特征。但是，高壓模塑期間隨機短纖維的運動可在一個模制件至下一個模制件之間不可預期地改變，也可在給定部件的不同特征之間而不同。另一類DFC模制復合物(本申請中稱之為單向不連續纖維復合材料(UD-DFC))結合UD帶的屬性，使短纖維在單個模制復合物中隨機取向，所述單個模制復合物可精確地模塑和加工以形成各種相對復雜的結構。UD-DFC模制復合物由單向帶的隨機取向片段或切片構成，所述單向帶的隨機取向片段或切片用熱固性樹脂浸漬。該類準各向同性單向不連續纖維模制復合物已經用于制造模具和各種航空航天部件。UD-DFC模制復合物可購自HexcelCorporation(Dublin,CA)，商品名為已經使用制備的該類部件的實例描述于美國專利Nos.7,510,390；7,960,674以及公布的美國專利申請US2012-0040169-A1中，將其內容并入本申請中以作參考。UD-DFC模制復合物通常如下制備：通過將彼此平行的復絲絲束(紗)鋪設在適合的背襯上，用樹脂浸漬平行的絲束，以形成UD預浸料。然后將UD預浸料切斷以形成UD切片，UD切片一般為5mm至25mm寬、25mm至125mm長。然后形成一層準各向同取向的UD切片。將多層準各向同取向的UD切片結合在一起以形成層狀模塑材料，層狀模塑材料在本申請中稱之為單向不連續纖維復合材料(UD-DFC)模制復合物或材料。在UD-DFC模塑期間，存在隨機取向切片整體地進行一些運動，特別在較高模塑壓力。構成單個切片的平行絲束也可以在各切片內局部扭曲，使得絲束的原始平行取向可能受干擾。另外，構成絲束的單絲也可在各絲束內局部扭曲。UD-DFC切片的整體和局部扭曲或變形可對所得模制件的機械性質具有顯著影響。對于結構應用，部件設計者必須理解和考慮在模塑期間這種扭曲所具有的影響。材料和工藝工程師負責嘗試減少UD-DFC切片的整體和局部扭曲。在任一情況下，需要提供在模塑過程期間跟蹤或追蹤UD-DFC切片、絲束和單絲的整體和局部運動兩者的方法。
技術實現思路
根據本專利技術，提供跟蹤或追蹤在UD-DFC模制復合物模塑期間UD-DFC切片的整體和局部運動兩者的方法。該跟蹤能力通過使示蹤切片包括在UD-DFC模制復合物中來提供。示蹤切片包括樹脂基質和至少一個單向碳單絲束，所述至少一個單向碳單絲束由多根碳單絲構成。示蹤切片進一步包括單向示蹤紗或絲束，所述單向示蹤紗或絲束由多根單向單絲構成，所述多根單向單絲可通過x射線或其他基于輻射的掃描技術和相關成像系統進行檢測。發現在每個UD-DFC切片的一個碳單絲束上原位由非碳單絲構成的示蹤紗替代，提供跟蹤在模塑期間UD-DFC切片的整體和局部運動兩者的有效方法。需要提供跟蹤的小比例示蹤紗不足以不利影響模制件的機械性質。本專利技術不僅涉及示蹤切片，而且涉及包括示蹤切片的UD-DFC模制復合物。示蹤切片可均勻分布在整個UD-DFC模制復合物中或示蹤切片可位在不同區域中，以提供切片運動的特定區域跟蹤。示蹤切片特別用于跟蹤在模塑期間兩個UD-DFC模制復合物片之間接合點處UD-DFC切片的整體和局部運動。本專利技術特別適合于展現潛在的弱接合，其通常稱為“熔合線”。熔合線出現在高壓模塑期間兩片模塑材料彼此相遇而未充分混合時。定位示蹤切片在接合點處提供整體和局部追蹤在接合點處的切片運動。這種追蹤對于監控切片運動和纖維混合是重要的，以確定是否不需要的熔合線已經形成在接合點處。作為本專利技術的特征，兩片UF-DFC的模塑首先針對位于所述片的僅一片中的示蹤切片進行。然后第二模塑操作針對位于另一片UD-DFC中的示蹤切片進行。然后將兩次模塑的X射線圖像重疊以提供接合處的組合圖像，所述接合處特別用于檢測熔合線的存在。發現進行其中兩片UD-DFC均在接合點處包含示蹤切片的單個模塑操作，導致展現熔合線時不是有效的單個X射線圖像。本專利技術也涉及監控在高壓模塑期間UD-DFC模制復合物運動的方法。所述方法涉及監控示蹤切片的運動，所述示蹤切片可以在UD-DFC模制復合物中沿各種取向進行定位，這取決于預型件的構造和部件的大小。通常通過測量在模塑之前和/或之后兩者示蹤切片的位置來實現監控。所述方法可應用于監控由UD-DFC制備的部件中的接合處和熔合線。所述方法也可以用于監控疊層或剝離層(drop-offs)中的整體和局部切片運動和變形，以及模具和其他復雜形狀中的幾何截面變化與曲線。所述方法也可以用作質量控制工具以測量或觀測預型件已經成形之后和/或部件已經成型之后的示蹤切片，從而確保已經實現所需要的UD-DFC切片的定位和取向。通過參考以下詳述并且結合附圖，本專利技術的上述以及許多其他特征和伴隨的優點會變得更好理解。附圖說明圖1為根據本專利技術示例性示蹤切片的簡化俯視圖。圖2為圖1中所示示蹤切片的簡化側視圖。圖3為包括根據本專利技術示蹤切片的UD-DFC模制復合物片的簡化視圖。圖4為由8片圖3中所示UD-DFC材料構成UD-DFC模制復合物的簡化側視圖。圖5顯示在成形為用于模塑的預型件之前包含示例性示蹤切片的UD-DFC模制復合物片。圖6顯示由圖5中所示UD-DFC模制復合物片形成的DFC預型件。圖7顯示由壓塑圖6中所示UD-DFC預型件得到的模制件。圖8為圖7中所示模制件的X射線圖像，所述圖像顯示觀察到玻璃纖維示蹤絲束的位置和取向。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤切片，所述示蹤切片包含：單向碳單絲束，其包含多根單向碳單絲；單向示蹤紗，其包含多根單向可檢測單絲，所述單向碳單絲束的位置與所述單向示蹤紗相鄰并且平行于所述單向示蹤紗；和樹脂基質。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.09 US 14/300,0341.用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤切片，所述示蹤切片包含：單向碳單絲束，其包含多根單向碳單絲；單向示蹤紗，其包含多根單向可檢測單絲，所述單向碳單絲束的位置與所述單向示蹤紗相鄰并且平行于所述單向示蹤紗；和樹脂基質。2.根據權利要求1的用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤切片，其中所述單向示蹤紗包含多根玻璃單絲。3.根據權利要求1的用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤切片，其中僅一根單向示蹤紗位于所述示蹤切片中。4.根據權利要求1的用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤切片，其中1至5根單向碳單絲束位于所述示蹤切片中。5.根據權利要求1的用于單向不連續纖維復合材料模制復合物的壓塑的示蹤切片，其中所述示蹤切片為矩形切片的形式。6.根據權利要求1的用于將單向不連續纖維模制復合物壓塑的示蹤切片，其中所述單向可檢測單絲可通過X射線成像進行檢測。7.單向不連續纖維復合材料模制復合物，其包含：多個根據權利要求1的示蹤切片，其中所述示蹤切片為共平面布置，使得所述單向不連續纖維復合材料模制復合物為包含所述示蹤切片的示蹤層形式。8.根據權利要求7的單向不連續纖維復合材料模制復合物，其中所述示蹤層也包含多個碳纖維切片，所述多個碳纖維切片包含單向碳單絲束，所述單向碳單絲束包含多根碳纖維。9.根據權利要求7的單向不連續纖維復合材料模制復合物，其中所述單向示蹤紗包含多根玻璃單絲。10.根據權利要求7的單向不連續纖維復合材料模制復合物，其中僅一根單向示蹤紗位于所述示蹤切片中。11.根據權利要求7的單向不連續纖維復合材料模制復合物，其中1至5根單向碳單絲束位于所述示蹤切片中。12.根據權利要求7的單向不連續纖維復合材料模制復合物，其中所述示蹤...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·布爾西耶，
申請(專利權)人：赫克賽爾公司，
類型：發明
國別省市：美國;US