[发明专利]生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置

说明书

本申请是于2007年6月05日提交的名称为“生产离轴复合预浸渍体材 料的方法和装置”的中国专利申请200780023009.2的分案申请。

技术领域

本发明涉及复合材料，更特别涉及为制造飞行器复合部件生产离轴复合 预浸渍体材料的方法和装置。

背景技术

目前存在用来生产多层带材和制造交叉层结构材料的方法和装置。这种 已知方法包括使用许多层具有标准层片纤维取向角度的碳带材，诸如0度， 正负45度和90度。新近的调查显示，利用非标准层片纤维取向角度，对于 飞行器复合部件来说，可以非常显著地节省重量，诸如正负5度、和正负65 度片材取向角度。65度片材取向角度容易利用现有设备布置。但是，正负5 度的片材角度对于目前的布置过程带来了困难，特别是对于更为狭窄的飞行 器复合部件，诸如桁条布置。利用目前的预浸渍体层压设备在预浸渍体带材 上制作角度非常小的切口不切实际或者无法实施。可以通过让运行路线离开 部件边缘来避免进行小角度切割，但是这样会浪费大量材料。目前，为了获 得小角度布置的重量优势，需要进行手工切割和布置。甚至对于手工切割来 说，也难于实现，原因在于切口长度(即，6英寸宽的带材的切口大约69 英寸长)以及产生难于控制的长捆(wispy)尾部。优选方式是获得预浸渍 体材料辊子，其已经布置成一层为正5度带材，而第二层为负5度带材。但 是，这种产品结构还不为人所知，或者尚未实现。

研究表明，使用非标准层片取向角度可以显著节省重量。但是实施方法 有限。手工布置价格昂贵，而利用现有设备进行布置又显著浪费材料，特别 是对于狭窄的部件。如果能有效地生产正负5度材料，则可以利用传统带材 布置设备进行铺设。实际上，可以增加生产力，因为可以同时铺设两层。

因此，需要一种改进的生产离轴复合预浸渍体材料的方法和装置，且该 方法和装置不具有已知方法和设备中存在的问题。

发明内容

本发明满足了这种需求，提供了一种改进的生产离轴复合预浸渍体材料 的方法和装置，并且提供了一种独特的、非显而易见的、具有优势的生产离 轴复合预浸渍体材料的方法和装置。现有方法和设备都未能提供本发明的众 多优势之全部。与已知方法和设备不同，生产离轴复合预浸渍体材料的方法 和装置提供以下优势：提供了一种以狭窄带材生产两层单向离轴复合预浸渍 体材料的方法和装置，该狭窄带材相对于基底纸张的纵向具有小角度纤维方 向，即大约正负5度；提供了生产具有纤维取向不同的若干片材的复合预浸 渍体材料辊子的方法和装置；提供了改善部件布置生产力的方法和装置，因 为若干层可以同时布置，而非单独布置；提供了简化所需布置设备的方法和 装置，因为可以不需要单独的交叉片材层压过程，原因在于，交叉片材包含 在所铺设的材料中；并且提供了有效并廉价地生产离轴带材的方法和装置， 主要用于制造长宽比较大的部件，诸如飞行器的复合机翼桁条。由于离轴带 材可以沿着部件长度应用，所以避免了因单向预浸渍体带材离开部件边界而 导致的大量三角形预浸渍体废料。除了浪费材料，离开部件边缘运行也延长 的设备运行时间。

在本发明的第一方面，提供了一种生产两层带状离轴复合预浸渍体材料 的装置，该装置包括：安装在第一辊子座上的基底纸张辊子；适配成解绕基 底纸张并将基底纸张卷绕在由至少两个心轴座支撑的柱状心轴周围的至少 一个纸张导向件；独立于心轴支撑并设计成以彼此相反的方向在心轴周围同 轴旋转的至少两个应用轮，每个轮中安装纸张剥离辊子和至少一个具有预浸 渍体材料的复合预浸渍体供应辊子，纸张剥离辊子和预浸渍体供应辊子位于 相对于心轴中轴线法向量处于离轴位置的各轴线上，而且每个轮设计成从预 浸渍体供应辊子以螺旋取向围绕心轴向基底纸张上同步铺设带材层；压紧部 件，其用于将预浸渍体材料压紧并挤压到基底纸张上，形成卷绕在心轴周围 的预浸渍体管件；切割设备，其用于切割预浸渍体管件；和开启部件，其用 于打开并铺平切割后的预浸渍体管件，形成基本上平坦的、由基底纸张和复 合预浸渍体形成的两层带状离轴复合预浸渍体输出材料，其中该带材卷绕起 来，形成安装在第二辊子座上的输出辊子。在本发明的另一个方面，提供了 一种如上所述的装置，除了该装置形成带状的3层或更多层离轴复合预浸渍 体材料，并且具有3个或更多个应用轮，每个轮上具有一个预浸渍体供应辊 子。