[发明专利]复合管生产

说明书

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，即绕圆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。因此必须缓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被固化。

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-GobainVetrotex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被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被加热。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。