[发明专利]用具有长纤维及热固性基质的复合材料制造复杂工件的方法

说明书

本发明属于用在热固性有机基质中包含长纤维的复合材料至少部分 地实现的工件的制造领域。本发明涉及特别适合制造或多或少有些复杂的 工件的制造工艺，其中可以由在组装后构成所述工件的多个部件来实现所 述工件。

如今在许多工业领域中，大量地使用复合材料用于工件的制造，其中 包括结构件，即当使用时需承受显著的力的部件。

存在多种复合材料，最普遍的是由包含在由硬有机树脂形成的基质中 的长短不一的无机或者有机材料(玻璃、碳、芳纶......)的纤维构成的复 合材料。

在所使用的许多复合材料和许多有关的实施工艺中，特别由于适当的 成本的原因，最普遍的类型之一与热固性预浸渍材料有关。

在该类复合材料工件中，首先加工在进入工件的制造之前预浸渍树脂 的长纤维带，即例如通过使用凹形或者凸形模具进行切割和成形。在相当 的期间内浸渍纤维的树脂不聚合并且通常在该期间内所述树脂呈现为糊 状。那么预浸渍的长纤维带(例如层状的或者织物形式的)没有任何刚性， 这样允许所述长纤维带最近地贴合模具的形状。

当工件的所有部分都以这样的形式布置好时，对该工件进行烘烤操 作，即按照适合所用树脂的循环进行热烘烤，以通过聚合不可逆地硬化树 脂。通常在所述烘烤的某些阶段在向工件上施加压力的同时执行热烘烤， 以便在工件硬化之前通过挤压排出多余的树脂，以在完成的构成工件的材 料中获得尽可能高的纤维率，并且还尽可能消除孔隙痕迹。

预浸渍本身是复杂且专业的操作，所使用的材料往往在进行预浸渍后 的成形之前送入车间，并且以低温保存以避免在使用之前在环境温度下硬 化。

当用复合材料实现复杂工件时，特别当产品的质量和可再现性很重要 时，可以精细地实现布置预浸渍纤维的操作。

复杂工件是指包括这样的区域的工件：所述区域的形状导致在相应模 具上布置预浸渍长纤维比较困难，甚至不可能实现。例如图1a示出的加 强板就可能是这种情况，所述加强板包括恒定或者可变厚度的外壳2以及 在所述外壳的一面或者两面上的加强肋部件3。加强肋可以具有不同的形 状，例如图1c示出的Ω形、Z形、U形或者L形，这些形状中的某些形 状在硬化之后很难从模具中取出，例如具有Z形截面的加强肋，甚至不 可能用常规方法从模具中取出，比如图1a或者图1b所示的Ω形加强肋。

在工业上不能一步完成工件时，最普遍的解决方案包括在复杂的工件 上确定如图1b所示的不同组件(每个所述组件都是将用复合材料单独实 现的部件)，然后通过粘合或者其它的已知的组装方法把已经硬化的不同 部件组装起来。

这样，在图1a和图1b的示例中，用在专门模具中硬化的材料实现加 强肋3，在另一模具中实现外壳并且随后组装不同的硬化部件。

该方法被大量地使用，但是该方法具有组装工件的缺陷，所述工件应 当被实现为具有与最终的工件尽可能接近的紧密的形状和尺度公差，而且 该方法意味着部件以后的组装无法获得均一性，而各部件相互接触地在同 一聚合热烘烤工艺中硬化时可以获得所述均一性。

在不削弱所实现的工件获得的结构性能的情况下，根据本发明的方法 避免了用于实现热固性复合材料工件的已知方法的大多数缺点。

为此，基于用至少一种热固性树脂预浸渍的长纤维带的复合材料工件 包括两个或者多个组装的部件，所述热固性树脂在聚合热烘烤过程中不可 逆的硬化，在实现所述工件的过程中，所述工件受到已知方式的聚合硬化 热烘烤。根据该方法，基于基本平坦的板材，独立于所述工件，实现构成 要实现的工件的一部分的至少一个第一部件，所述平坦的板材本身通过预 浸渍热固性树脂的纤维带的堆积实现，在所述堆积之后，在本方法的一个 步骤中，所述平坦板材受到不完全热烘烤以便不完全地聚合所述平坦板材 的树脂。该不完全聚合一方面进行到这样的阶段：第一部件获得足够的尺 寸稳定性，在制造工件的后来的操作中允许操纵该工件并保证该工件的完 整性，另一方面所述不完全聚合限于这样的阶段：构成所述第一部件的材 料具有类似于热塑性复合材料的流变特性，所述流变特性允许所述第一部 件通过其至少局部地升温而进行轧板工艺型的塑性成形，以便可以修改所 述第一部件的形状。

在本方法的后续步骤中，所述平坦板材经受至少一个塑性成形步骤， 以便使第一部件成形获得想要的形状，第一部件成形与构成所述第一部件 的材料的至少局部升温相结合。