[发明专利]用于形成厚热塑性复合结构的方法和设备

说明书

技术领域

公开的实施方式大体地涉及制造复合层合物，更特别地，涉及用于形成厚热塑性复合结构的方法和设备。

背景技术

可通过组装预浸渍层片的叠堆并且将层片叠堆固结成成品部件来制造纤维增强型热塑性层合物。通过将层片加热至它们的熔融温度并且使用传统压制模制、连续压制模制或其它技术将层片堆叠模制成所需的部件形状来实现固结。在模制期间，层片能彼此相对滑动允许层片堆叠变化形状并且适形于模制工具的几何形状。可使用连续压制模制而没有困难地制造包括相对较少预浸渍层片的薄热塑性层合物，部分地因为熔融热塑性物所需的热相对快速地贯穿层合物的整个厚度。

然而，当制造较厚的热塑性复合层合物(尤其是具有复杂几何形状的层合物)时，会出现问题。当在固结和成形期间热塑性树脂熔融时，固结所需的过量材料移动允许增强纤维既在面内又在面外移动和扭曲。

厚热塑性复合层合物成形中的另一个问题是由于因在层片堆叠中需要大量层片而导致的过大的材料体积造成的。特别厚的层片堆叠会难以或不可能固结和模制成形。可通过在模具加工中进行调节来部分地容纳材料体积，但尽管如此仍难以在成形期间完全固结层片堆叠。由于过大的材料体积导致不能完全固结厚层片堆叠会造成成品部件中有孔隙和内部空隙。

因此，需要用于制造厚热塑性复合层合物的方法和设备，该方法和设备在模制之前压实和部分固结热塑性层片堆叠，以减少成品部件中的褶皱、孔隙和内部空隙。还需要如上所述的方法和设备，该方法和设备当正将层片堆叠成形为最终形状时减少或消除纤维变性。

发明内容

公开的实施方式提供了形成热塑性复合层合部件的方法和设备，这些部件相对厚和/或具有复杂几何形状。未组装的层片堆叠中的材料块体在完全固结和成形之前大大减小，从而减少在用于将部件固结和成形的工具中的材料块体的需要。该方法采用在升高温度下执行的材料压实技术，该温度足以软化热塑性树脂但低于其熔点。该压实导致层片堆叠部分固结，其中层片基本上在它们整个表面区域内面对面接触地彼此粘附，之后被加热至熔融温度以准备进行完全固结和成形。由于该材料压实和部分固结，因此由于材料移动造成的纤维变形大大减小，减少或消除了褶皱以及孔隙和内部空隙，所有这些都导致部件质量提高。另外，该方法和设备可允许制造比迄今为止可能的更厚的热塑性复合层合物。该设备包括连续压制模制(CCM)机，其包含预固结区，该预固结区用于在将层片堆叠固结和成形成最终部件形状之前压实和预固结层片堆叠。

根据一个公开的实施方式，提供了一种制造厚热塑性复合部件的方法。该方法包括：组装包括多个热塑性复合层片的层片堆叠；预固结所述层片堆叠，包括通过将所述层片堆叠中的层片加热至低于所述热塑性复合层片的熔融温度的温度并且压制所述层片堆叠来软化所述层片。该方法还包括固结预固结后的层片堆叠，包括将所述层片堆叠加热至至少所述热塑性复合层片的熔融温度。压制软化后的层片的层片堆叠包括向所述层片施加压力，以足以压实所述层片堆叠，并且还可包括将所述层片堆叠放置在两个工具之间，将所述工具推到一起。压制软化后的层片的层片堆叠是在连续压制模制机中执行的。固结预固结后的层片堆叠是通过压实所述层片堆叠来执行的。该方法还可包括：当所述层片堆叠正在固结时，将所述层片堆叠成形为所需形状。将所述层片堆叠成形为所需形状也可以是在连续压制模制机中执行的。

根据另一个公开的实施方式，提供了一种形成厚热塑性复合部件的方法。该方法包括：通过彼此上下叠置地铺设多个热塑性复合层片来组装层片堆叠，使用第一组参数预固结所述层片堆叠，所述第一组参数包括预选的第一温度、预选的第一压力和预选的第一持续时间。该方法还包括使用第二组参数来固结预固结后的层片堆叠，所述第二组参数包括预选的第二温度、预选的第二压力和预选的第二持续时间。组装所述层片堆叠是通过将多个热塑性复合层片连续供给到连续压制模制机中执行的。所述预选的第一温度是足以软化所述层片但低于所述热塑性复合层片的熔融温度的温度。所述预选的第一压力足以压实所述层片堆叠。所述预选的第一持续时间足以允许所述层片堆叠中的层片在所述预选的第一温度下软化，并且允许在所述预选的第一压力下压实所述层片堆叠。所述预选的第二温度高得足以导致所述层片堆叠中的所述热塑性层片熔融，所述预选的第二压力高得足以完全固结所述层片堆叠。