[发明专利]纤维增强空心结构及其制作方法

说明书

纤维增强复合材料拉制成型工艺已经用于生产横截面相等的空心构件了。然而，很多使用空心部件的结构要求这些部件具有可变截面的几何形状以及部分弯曲、扭转和接缝，像汽车的空间结构，飞机的机身，以及类似的产品就可以归属于这种空心部件。

至今，这种空心部件或结构通常用一个核心材料做芯模来制造。如果核心材料要保留在已成型的构件之中，就用一种轻质的氨基甲酸乙酯泡沫材料做芯模，加工或铸造成合适的几何形状。如果要除去核心材料可以在空心构件固化后把这种核心材料溶解或熔化掉。

当用核心成型时，复合材料要么用树脂预先浸透湿着使用，要么就干着使用。当增强复合材料干着使用时，就在合模之后用泵把树脂注入增强复合材料当中。

有时候用可膨胀好的模具来固化直升飞机旋翼的外蒙皮，在这种情况下，要使用预先浸好树脂的纤维增强材料，可膨胀模具就必须精心制作成规定的尺寸和形状。美国专利US.3，937，781披露了一种用刚性模制造加强空心树脂结构，该模有圆柱形壁面和端部，但未示出制造复杂形状构件的方法。

本发明的一个目的就是要提供改进的纤维增强结构及其生产方法。

本发明的另一目的是提供一个在非关键性尺寸的地方用可膨胀气囊作为芯模的改进了的方法。

本发明提出了一个具有剖面变化，弯曲，扭转和带接缝的空心纤维增强构件。这种构件的成型方法包括有这样几个步骤，沿着可开合的外模具内表面辅上纤维材料，将一个作为芯模的可膨胀气囊放在这些纤维之中，合上外模，气囊充气使纤维材料紧贴外模的内壁，再将树脂注入纤维材料中去，然后将带树脂的纤维材料固化便制成了纤维增强构件。

读了下面的说明和权利要求并结合附图，内行就可以明了本发明的其他目的和优越性。

图1是一个可以用本发明所述的方法制造出来的形状不规则构件的等比例图。

图2-7说明了按本发明构成图1所示构件方法的步骤。图7是图1中沿7-7线所取的剖面。

参见图1，结构10表示了一个汽车门框架的一部分。这个框架包括接缝，例如接缝12，弯曲面例如面14，和像图7中16那样的不规则截面区。该框架包括至少一个第1和第2部分11和13，两部分沿不同方向延伸，并由接缝12连接。制造整体固化的构件10是预先铺设的若干未浸树脂的纤维片，18和20就是其中两块，接着制模，注入树脂和固化等几个步骤来完成的，空心区22延伸进结构10中。

参见图2，表示一个外模的钢性底模24，这个底模24要做成被成型的结构或零件，例如图1中的构件10的样子。

参见图3，把干纤维材料，例如可以是玻璃纤维增强的材料预先沿着底模24的内壁26铺放好。当截面特别深时，用手工预放的纤维材料可能不止一片，在图示的实施例中就用了三片纤维材料28，30和32。然而，有时也可能只需用一片，甚至使用预先成型的材料，例如一块预制件把纤维材料预先成型。

参见图4，整个钢性外模34包括有形状不规则的底模24和一个上模36。具有上下模的外模34应当可以用常规的方法使上下模36和24方便地打开和合拢。

在上模36上也预先铺上纤维材料38。在模具34合模之前放上可膨胀的气囊40。气囊可以由42和44两块组成，它仍是按照结构10的形状和尺寸裁成相适应的形状和尺寸以后再合在一起的。气囊40可以用塑料或其它合适的弹性材料制成。图4示出的气囊40是局部膨胀的，尽管在实际中42和44两片在膨胀前可以是平贴在一起的。而图示的上模36是平面的，它也可以具有像底模24那样不规则的形状并在其中预先放置纤维材料，放置方法与前述向下模放置的方法相同。图4中所示的例子虽然表示出可以做出一个有凸边的零件，不过用这样的工艺过程同样可以做出没有凸边的空心零件。

图5示出了像给气球打气那样将空气或其它适当的气体或介质，例如压缩微球，从压力源通过导管46打入气囊40，使气囊膨胀，从而对预先铺设在外模34内壁上的纤维材料产生压力，气囊40在下一步操作中起到芯模的作用。

参见图6，树脂在压力下通过管道48被挤进去，使气囊40和外模34之间的纤维材料浸在树脂里。从纤维材料处到大气有一个放气口50，以保证树脂在压力下浸润纤维时在纤维材料中不出现气孔。树脂传递模塑法的大致的工艺过程（RTM）在这一行业中是尽人皆知的。