[发明专利]施加纵向曲率至复合材料部件的拉挤成型系统

说明书

本发明的题目是施加纵向曲率至复合材料部件的拉挤成型系统。提供了用于施加纵向曲率至复合材料部件的系统和方法。一种实施方式是方法，其包括通过连续地进行下述步骤制造弯曲的拉挤成型间隙填料的预成型件：加热纤维增强材料至纤维增强材料内的构成材料的粘着点温度，和当纤维增强材料被加热至粘着点温度时，进给纤维增强材料通过模具，所述模具展现纤维增强材料通过其行进的曲率，模具使纤维增强材料形成为间隙填料的预成型件。制造弯曲的拉挤成型预成型件进一步包括随着预成型件穿过模具，改变预成型件内纤维的路径长度，和从模具牵引出预成型件。

技术领域

本公开内容涉及复合材料领域，并且具体而言涉及增强复合材料中接头的强度的预成型件。

背景技术

构成材料(例如，碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压板可以在它们固化为整体复合材料部件之前形成为任意的各种形状。例如，模具和/或其它成形工具可用于改变层压板片材的形状。一些类型的层压板已经被浸渍有可固化树脂，并且被称为“预浸料”层压板。其它类型的层压板包括还没有被浸渍有树脂的“干纤维”，和包括热塑性树脂而不是热固性树脂的热塑性碳纤维。

通常的复合材料部件包括航空器的纵梁。然而，由于平层的弯曲，这种复合材料部件可能展现具有紧凑(tight)半径的尖锐的弯曲/拐角，以便形成纵梁的三维结构。例如，用于航空器的“帽(hat)”纵梁可以在层压板之间具有接头，并且这些接头可以展现紧凑的内角半径。当层压板被共同固化时，接头上的紧凑的内角半径可以引起接头展现低于期望的粘结强度。因此，间隙填料(通俗地称为“条状物(noodle)”)期望地占据当平的层压板被折叠时留下的间隙并且与其它折叠的或平的层压板匹配。可以制造间隙填料并且在接头处插入以填充那些接头的折叠留下的间隙。间隙填料对于展现各种复杂形状的纵梁仍然是期望的。尤其是对于已经被平放并且然后弯曲成许多形状以形成具有C形、I形、J形、Z形等横截面的结构的层压板。例如，形成“I”形——其由两个背-对-背“C”通道(channel)和使“C”通道脱帽的平的层压板制成——的结构可以包括需要间隙填料的多个位置。

因此，设计复合材料部件的人们继续期望增强的系统，其能够以成本有效的方式产生间隙填料，能够制造具有期望的强度的间隙填料，并且还能够降低超出容限的间隙填料的发生率和严重性。

发明内容

本文描述的实施方式提供了能够自动拉挤成型弯曲的间隙填料的增强的技术和系统，该弯曲的间隙填料展现与弯曲的纵梁对应的沿着其长度的曲率半径。具体而言，本文描述的实施方式可利用具有集成冷却系统的弯曲的拉挤成型模具以永久地强制施加(enforce)期望的几何形状至材料上。该自动过程提高了可以产生弯曲的间隙填料的精度和速度。

一种实施方式是方法，其包括通过连续地进行下述步骤制造用于弯曲的拉挤成型间隙填料的预成型件：加热纤维增强材料至纤维增强材料内的构成材料的粘着点温度，并且当纤维增强材料被加热至粘着点温度时，进给纤维增强材料通过模具，该模具展现纤维增强材料通过其行进的曲率，该模具使纤维增强材料形成为间隙填料的预成型件。制造弯曲的拉挤成型预成型件进一步包括随着预成型件穿过模具改变预成型件内的纤维的路径长度，并且从模具牵引出预成型件。

进一步实施方式是包括拉挤成型模具的装置。拉挤成型模具包括弯曲的通道，其在模具内从模具的入口内部地延伸至模具的出口；冷却室，其位于模具的入口下游的内部；和相对于冷却室定位的多个通路(passage)，其促进室在入口和出口之间的位置处的热传递。

仍进一步实施方式是一种装置，该装置包括条状物供应器，其提供用于形成为条状物的预成型件的纤维增强材料；加热器，其提高从条状物供应器接收的纤维增强材料的温度；模具，其赋予曲率至已经被加热的材料，形成预成型件；和条状物拉紧设备，其拉紧预成型件，从而牵引预成型件通过模具。