[发明专利]用于由纤维加强的塑料制造复合模制件的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于由纤维加强的塑料制造复合模制件(Komposit-Formteil)的方法和装置。根据本发明的方法和根据本发明的装置尤其应用在借助于纤维加强的塑料、尤其借助于碳纤维加强的塑料和相应的复合材料制造轻质结构中。

由利用基体材料(Matrixmaterial)预浸的纤维制造所谓的预浸料系统(Prepreg-System)通常在高压釜(Autoklave)中实现，其中，在负压和温度影响下发生成型的预浸料半成品(Prepreg-Halbzeug)的基体材料的硬化过程。然而该方法不适合于执行就地维修(例如在飞机处)，因为可以理解地整个飞机不能被带到高压釜中。因此必须根据其它方法在高压釜外来执行这样的维修。这种所谓的“高压釜外”工艺在现有技术中已知。然而这样的在高压釜之外制造的复合模制件的机械特性和尤其强度明显比在高压釜中硬化的模制件更差。

背景技术

从科学出版物“Out-of-Autoclave Processable Prepregs and Resin Films: An Overview of Recent Developments and Shared Database”, Ridgard C, SAE技术文献系列，Nr. 2006-01-3164中已知在负压-热袋(W?rmebeutel)中硬化由预浸料材料构成的复合构件，例如以便制造原型(Prototyp)。以该方式制造的复合构件的强度不相应于在高压釜中烘烤的构件的强度，但是经常足够用于原型建造。虽然当时可制造预浸料材料，其在其纤维密度和孔隙度方面比得上在高压釜中硬化的预浸料材料，但是它的尤其对于压力载荷或者对于冲击载荷的机械特性比在炉中硬化的预浸料-材料更差，例如因为应用其它塑料作为基体材料。

对于所谓的高压釜外预浸料系统不利的是，它为了获得小孔隙度和高纤维体积含量必须具有小粘度的基体材料。这导致由此制造的产品的机械强度比在高压釜中硬化的产品更小，使得高压釜外工艺不适合于必须获得高的机械负荷能力的维修目的。

并行于开发高压釜外预浸料，也开发用于将基体材料引入干燥的纤维材料中的新方法。这样的新式方法之一是所谓的“真空辅助工艺(VAP)”，其例如在文献源“Principles of the Vacuum Assisted Process and its application for Aerospace components”, Koerwien T., ISCM 06 (“3rd International Symposium on Composites Manufacturing Technology for Aircraft Structures”，2006年五月17至18号)中已知。在该真空辅助工艺的方法中，干燥的纤维材料被覆盖以透气的多微孔的薄膜(其形成对由人造树脂构成的基体材料的障碍)。通过施加负压使基体材料从储备容器被吸入干燥的纤维材料中。文件EP 1 393 883 A1说明了VAP-方法的一种特殊的变体，在其中不仅在薄膜与外真空包(Vakuumsack)之间的风扇空间(Luefterraum)而且在待制造的构件与薄膜之间的喷射空间可分开抽真空。

预浸料的硬化过程的另一改进方案是所谓的双真空袋方法(DVB)，其例如从文件WO2005/113213A2或者文献源“NASA LAR-16877, Double-Vacuum-Bag Process for Making Resin-Matrix Composites”中已知。在该方法中，将由预浸料材料(其由利用基体材料预浸的纤维构成)构成的复合模制件毛坯放置在两个金属的模板之间并且该组件然后被真空袋(其形成内袋)包围，真空袋密封地固定在模板上。该内袋的内部与真空泵相连接。在该组件之上放置有工具，其具有翻转的穿孔的杯的构形。在该袋之外围绕整个组件放置有另一真空袋作为外真空袋。该外真空袋也以其内部联接到真空泵处。该整个组件然后被放置在热气炉中且经受预设的硬化过程。在此首先将负压施加到外袋上，使得其靠到杯状结构的外部处，由此在内袋之外留下的空间中产生负压。然后将更小的负压施加到内袋的内部上。包围内袋的更强的负压在此阻止内袋压迫(kollabieren)待硬化的模制件。存在于内袋的内部中的负压负责使在硬化过程中产生的气体从预浸料材料离开且不作为气泡在硬化期间被包围在材料中。在预设的持续时间之后，外袋的内部又暴露于环境压力，由此，内袋压迫到模制件上且机械地压缩它。然后接有在更高的温度中预设时间的另一硬化过程。在该方法中不利的是复杂的借助于用于外真空袋的杯状的支撑结构的构造。