包含單絲張緊步驟獲得復合材料部件的方法及其實施工具技術

本發明專利技術的目的是用于由纖維層的預成型件(12)獲得復合材料部件的方法，所述纖維層預浸漬有樹脂并在工具(18)上依次堆疊，所述預成型件(12)由下表面、上表面(22)和外圍側面(24)限定。根據本發明專利技術，所述方法的特征在于，所述方法包括在鋪設最后一層后，將外圍部件(28)附著在所述工具(18)上，所述外圍部件(28)包括適合于覆蓋所述上表面(22)的外圍邊緣的翼部(30)，從而在所述預成型件的外圍形成鄰近所述預成型件的側面(24)的外圍腔(26)，以及在聚合階段前抽取存在于所述外圍腔(26)中的氣體，以便在所述單絲的端部施加拉力來張緊所述預成型件的單絲。

【技術實現步驟摘要】
包含單絲張緊步驟獲得復合材料部件的方法及其實施工具
本專利技術涉及結合單絲張緊步驟來獲得復合材料部件的方法以及實施該方法的工具。
技術介紹
復合材料部件由嵌入在樹脂基質中的纖維構成。更具體地說，本專利技術涉及由經過聚合周期的預浸漬纖維的預成型件制造復合材料部件，在此聚合周期期間，纖維的預成型件被壓縮并經受上升的溫度。對于某些復合材料部件，預成型件通過在凸面工具上依次堆疊預浸漬纖維層來獲得，其中纖維按定位方向放置，并根據所需的機械特性被預先設定。根據一種操作模式，每一層由并列的纖維條構成，纖維沿各個條帶的方向定向。通常，纖維由幾個單絲構成，且條帶的厚度可以根據每單位面積的重量，更具體地是根據每根纖維的單絲的數目，而有所不同。當條帶的鋪設表面是可展開的和/或呈現不明顯的曲率半徑時，條帶在其整個寬度和整個長度上接觸鋪設表面。在這種情況下，條帶的所有單絲具有幾乎相同的張力。當鋪設表面不可展開時則是非常不同的情況。尤其是這樣一種情況，因為飛行器的前端機身或部件具有可變的厚度，如飛行器機翼的縱梁在其整個長度上具有可變的截面，復合材料的壁面具有雙曲率。在不可展開表面的情況下，由位于條帶的邊緣區域的單絲上的表面所施加的第一軌跡和由位于條帶的另一邊緣區域的單絲上的表面所施加的第二軌跡之間的長度是有差別的。就條帶的單絲是類似不可伸長的情況而言，靠近一個邊緣布置的單絲將被張緊，而布置在另一邊緣區域內的單絲將被壓縮，從而形成波動。當具有高的每單位面積的重量并因此具有大的厚度的條帶鋪設在例如大約10至30mm的小曲率半徑上時，單絲的張力也是非均勻性的。事實上，在內半徑的區域內布置的單絲被壓縮并傾向于波動。在聚合后被截留在樹脂基體中的單絲的張力的非均勻性導致所制造的部件的機械特性下降。事實上，這種部件的漸進式機械裝載造成拉力僅施加在最先張緊的單絲上，然后在較少張緊的單絲上增加負載，如此等等，直到最少張緊的單絲，最大張緊的單絲達到其牽引的阻力極限并趨于破裂。有許多限制波動風險的解決方案，但沒有一個是完全令人滿意的。第一種解決方案是控制條帶的鋪設，避免條帶的任意間隙和重疊。事實上，壓縮的單絲傾向于在重疊和間隙區域中松弛，并在其中形成波動。在沒有這樣的區域的情況下，壓縮的單絲往往保持它們的位置。即使這種解決方案能夠限制波動風險，但它沒有解決單絲的張力的非均勻性問題，導致生產率的顯著下降。在不可展開表面的情況下，另一種解決方案與研究部門的纖維定向規則相脫離，更接近鋪設表面的測量軌跡來有利地鋪設軌跡。此種解決方案會導致部件的機械特性減少。此外，它沒有克服在非常顯著的曲率半徑區域內鋪設的情況下的波動風險。在不可展開表面的情況下，另一種解決方案是減小條帶的寬度，以便限制位于條帶的第一邊緣區域內的單絲的軌跡和位于條帶的另一邊緣區域內的單絲的軌跡之間的長度差。這一解決方案不能令人滿意，因為它會導致條帶的數目增加，從而生產率被顯著降低。根據另一個限制，它并沒有解決在非常顯著的曲率半徑區域內鋪設條帶的相關問題。在非常顯著的曲率半徑的情況下，一種解決方案是限制條帶的厚度(每單位面積的較低重量)。這一解決方案不能令人滿意，因為它會導致鋪設的層的數目增加，從而顯著降低生產率。此外，它并沒有解決在不可展開表面上鋪設條帶的相關問題。因此，現有技術的方法沒有提供在質量和生產率方面的最佳結果。
技術實現思路
因而，本專利技術旨在克服現有技術的缺點。為此，本專利技術的目的是提供一種由纖維層的預成型件獲得復合材料部件的方法，所述纖維層預浸漬有樹脂并在工具上依次堆疊，所述預成型件由下表面、上表面和外圍側面限定。本專利技術的特征在于，所述方法包括在鋪設最后一層后，將外圍部件附著在所述工具上，所述外圍部件包括適合于覆蓋所述上表面的外圍邊緣的翼部，從而在所述預成型件的外圍形成鄰近所述預成型件的側面的外圍腔，以及在聚合階段前抽取存在于所述外圍腔中的氣體，以便在所述單絲的端部施加拉力來張緊所述預成型件的單絲。張緊單絲的這一步驟能夠平衡單絲的張力，以減少波動風險。附圖說明本專利技術的其他特征和優點將通過如下的描述變得清楚，該描述為非限定性示例，附圖中：圖1是根據本專利技術方法制成的部件的一個示例的透視圖；圖2是圖1中示出的部件的橫截面圖；圖3是示出了用于實施根據本專利技術的方法的第一種工具的橫截面圖；以及圖4示出了用于實施根據本專利技術的方法的另一種工具的橫截面圖。具體實施方式圖1和圖2示出了具有U形橫截面的復合材料部件10。舉例來說，這樣的部件可以用來作為飛行器機翼的縱梁。縱梁的厚度e可在7至25mm之間變化，其高度H可在200至1500mm之間變化，縱梁的寬度A可在200至400mm之間變化，且其長度可以達到10m。當然，本專利技術并不限定于這一應用。它可用來形成不同的復合材料部件。當部件具有不可展開表面和/或非常顯著的曲率半徑時尤其適用。部件10由經過聚合周期的預浸漬纖維的預成型件12獲得。一旦完成后，部件10包括嵌入在樹脂基體中的增強纖維。在一般情況下，纖維分別由多條單絲構成。單絲和樹脂的材料可根據應用來變化。根據一種實施方式，如圖3和圖4所示，預浸漬纖維的預成型件12通過堆疊纖維層14獲得，不同層包括彼此相鄰的纖維的條帶16。對于每個條帶，纖維是沿平行于條帶縱向(條帶的最大尺寸)的唯一方向定向。每個條帶的特征在于寬度和厚度同樣對應于條帶的每單位面積的重量。舉例來說，條帶可以具有大約5至10mm的寬度，大約0.3mm的厚度。纖維的第一層被鋪設在工具18上，工具18具有凸起的鋪設表面20，其與待制造部件的一個表面互補。當所有的纖維層已依次鋪設時即構成預成型件12。不管纖維層的鋪設模式，預成型件12由第一層的下表面(平坦抵靠鋪設表面20)、最后鋪設一層的上表面22以及外圍側面24限定，所述外圍側面24遍及預成型件12的整個外圍延伸。根據本專利技術，形成纖維的大多數單絲包括布置在側面24的第一區域范圍內的第一端和布置在與所述第一區域間隔開的側面24的第二區域范圍內的第二端。根據本專利技術，用于獲得復合材料部件的方法包括在聚合階段之前鋪設纖維層期間用于張緊最初沒有張緊的預成型件的單絲的步驟。此步驟能夠平衡單絲的張力，以減少波動風險。為了促使單絲被張緊，在單絲的每個末端施加拉力。此拉力來自預成型件的側面24的至少一部分區域內的真空現象。優選地，所述真空現象產生在預成型件的側面24的整個長度上并遍及其整個高度。在真空現象之前或與此同時，預成型件12被加熱，使得浸漬纖維的樹脂具有合適的粘度，以允許單絲軸向相對滑動。預成型件不會發生過大的溫度上升，從而不會導致纖維由于樹脂過于流動而被干燥。優選地，對應于在60和100℃之間的溫度上升，樹脂的粘度在1000和50Pa.s之間。為了獲得單絲的張力，在鄰近側面24的外圍腔26中形成低于預成型件12外部壓強的壓強。舉例來說，外圍腔26具有大致正方形的截面，一個側面大致等于部件的側面24的高度。有利的是，在外圍腔26中產生小于0.5巴絕對值的壓強。根據本專利技術，外圍腔26由預成型件的側面24、工具的鋪設表面20和最后一層鋪設之后附著于工具18上的外圍部件28限定，其包括遠離側面24的一個表面29和能夠覆蓋已鋪設最后一層纖維的上表面22的外圍邊緣的翼部30。此外，工具包括氣體抽取裝置31，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
由纖維層的預成型件(12)獲得復合材料部件的方法，所述纖維層預浸漬有樹脂并在工具(18)上依次堆疊，每個纖維包括多個單絲，所述預成型件(12)由下表面、上表面(22)和外圍側面(24)限定，所述預成型件(12)經受聚合階段，其特征在于，所述方法包括在鋪設最后一層后，將外圍部件(28)附著到所述工具(18)上，所述外圍部件(28)包括適合于覆蓋所述上表面(22)的外圍邊緣的翼部(30)，從而在所述預成型件的外圍形成鄰近所述預成型件的側面(24)的外圍腔(26)，以及在聚合階段前抽取存在于所述外圍腔(26)中的氣體，以便在所述單絲的端部施加拉力來張緊所述預成型件的單絲。

【技術特征摘要】
2012.03.12 FR 12521731.由纖維層的預成型件(12)獲得復合材料部件的方法，所述纖維層預浸漬有樹脂并在工具(18)上依次堆疊，每個纖維包括多個單絲，所述預成型件(12)由下表面、上表面(22)和外圍側面(24)限定，所述預成型件(12)經受聚合階段，其特征在于，所述方法包括在鋪設最后一層后，將外圍部件(28)附著到所述工具(18)上，所述工具(18)具有凸起的鋪設表面(20)，所述外圍部件(28)包括遠離側面(24)的表面(29)和適合于覆蓋所述上表面(22)的外圍邊緣的翼部(30)，從而在所述預成型件的外圍形成鄰近所述預成型件的側面(24)的外圍腔(26)，所述外圍腔(26)是防漏的，所述纖維的單絲包括布置在所述側面(24)的第一區域的范圍內的第一端和布置在與所述第一區域間隔開的、所述側面(24)的第二區域的范圍內的第二端，以及在聚合階段前，通過開口到所述外圍腔(26)的氣體抽取裝置(31)抽取存在于所述外圍腔(26)中的氣體，以便在所述單絲的端部施加拉力來張緊所述預成型件的單絲。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述翼部(30)和所述上表面(22)的所述外圍邊緣之間夾入密封接頭(38)。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在張緊單絲階段期間，樹脂的粘度在1000和50Pa.s之間。4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述預成型件的所述側面(24...

【專利技術屬性】
技術研發人員：德尼·德馬蒂亞，
申請(專利權)人：空中客車運營簡化股份公司，
類型：發明
國別省市：