[发明专利]用于制造包括平面部的复合产品的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造复合产品的方法和装置，特别是在连续工艺中制造包括平面部的复合型材的方法和装置。

背景技术

由于具有较高的强度质量比，在基体材料中植入增强纤维的复合产品已经变得流行。对于包括平面部的产品，尤其是平面复合板，通常采用在热固性树脂或热塑性基体材料中植入织造纤维材料的多个叠加层，例如玻璃或碳纤维层。然而，纤维的交织结构限制了这些产品的平面部的密实度和平整度。此外，提出了从叠加层建立包括平面部的产品，通过在热塑性基体材料植入一束单向纤维的带（tape）的平行且邻近的延伸（UD-带）来建立这些叠加层，这些带在相邻的层中沿着不同的方向延伸。相比于由交织纤维中建立的层的产品的密实度和平整度，在各个层均由未交织的单向的平行延伸纤维建立时，这些层能够更紧密地堆积，且该堆积能够更平整。而且，可增加产品的强度和/或硬度。此外，省略了使纤维结构交织的步骤，因此降低了制造成本。

当被铺设于模具中时，可以利用称作高级纤维铺放工艺，使用安装于机械臂上的纤维铺放头通过加热和加压来放置这些具有单向纤维的热塑性带并使其合并。或者，例如通过采用纤维锻造工艺或使用正常型挑选及放置单元，这些带可被铺设并被点焊而形成松散的绿色产品，该产品能够在模具（例如加热的挤压机、加热的模具、烘箱或压热器）的高温和高压下被合并。这些已知工艺的不足之处在于：它们相当昂贵。具体的说，生产速率相对较低，这是因为在产品的边缘的中断-开始工艺，这些工艺是非连续的工艺。此外，这些带可导致产品的边缘磨损，从而产生废料。

发明内容

本发明的目的在于减小这些不足。此外，本发明提供一种在连续工艺中制造具有非圆形横截面的复合型材（composite profile）的方法和装置，其中，驱动一连串的具有非圆形横截面的心轴部分单向运动地轴向地移动穿过一个或多个卷绕站轨道，所述卷绕站绕一个或多个通道中的所述心轴的纵轴转动地布置，并且，在一个或多个卷绕站中，连续地螺旋地将带卷绕至所述心轴部分或者之前卷绕的层上以形成具有闭合的非圆形横截面的薄壁型材的壁的多个层，所述带包括在热塑性基体材料中的一束平行的纵向延伸的纤维。

这样，多个带可被连续地铺放，可节省开始和停止铺设所述带的时间。同样，所述型材被卷绕成连续型材时，能够降低边缘损失。

当传送（passing）完成时，型材可被横向地切割和/或纵向地切割以形成复合产品。所述心轴的非圆形横截面允许切割后的型材的纵向断面成为相关非圆形状。优选地，所述心轴部分的横截面闭合以支撑多个所述层。所述心轴的截面可例如为椭圆形、三角形、正方形、长方形或多边形。优选地，所述心轴部分的横截面包括直部（straight portion），使得形成于所述心轴部分上的型材部分包括平面部，在纵向切割型材部分后，该平面部可形成扁坯（flat blank）。例如，一连串的具有正方形横截面的心轴部分可用于生产薄壁纤维加固束（thinwalled fibre reinforced beam），该薄壁纤维加固束的壁厚为例如0.5cm，且横截面为30cm x30cm，其可被切割成0.5cm x30cm x200cm的平面产品。或者，具有方矩形横截面的型材可被切割成具有L-或C-形状的横截面的产品。该产品可被锻造在一起以形成例如加筋板或工字梁（I beam），或可被用作激光焊板（tailored blanks）。应当注意的是，在形成产品的工艺中，可使用未切割型材（例如闭合的型材）替代已经沿纵向方向切割的型材。

除非特定规定，在本申明中所使用的横截面是指垂直于纵轴的横截面，且一般认为沿纵轴有恒定的形状和大小。

当被铺设时，所述多个带可被加热并被压至所述心轴部分或所述之前的层，例如在WO2006/107196中公开了适合的卷绕装置。

为了承受施加的用来合并带的各个层的热和压力，优选地，所述心轴部分由钢或类似耐热耐压的材料制成。在最终通过后（例如在已经定长切割后），该部分可与卷绕型材部分分离。

所述一连串的心轴部分可包括：一连串的轴向一线邻接的心轴部分。在利用切割刀切割的邻接部分和心轴部分之间的裂口的位置处，通道中的卷绕层可自还回以再次穿过卷绕站。优选地，一连串的心轴部分被推动并穿过（多个）卷绕站。在一连串中的心轴部分可为互锁设计（interlock），且在裂口处的位置可提供有凹槽以容纳切割刀。切割刀可布置在卷绕站的下游。优选地，在切割时，切割刀布置成与移动部分一起移动。