專利名稱：紡織半成品的預成型方法和預成型裝置的制作方法
紡織半成品的預成型方法和預成型裝置本發明涉及一種用于紡織半成品的預成型的方法，具有步驟(a)、設置紡織品， 其中紡織品(i )具有至少部分地上下布置的至少兩層纖維，和/或(ii )在底層上具有相互交織的纖維和/或纖維束；步驟(b)、使得紡織品的纖維相互固定；和步驟(C)、然后切割紡織品，其中固定紡織品纖維包括射入激光束的步驟，從而紡織品的可熔化的粘結劑局部地僅熔化而不蒸發。根據第二方面，本發明涉及一種根據權利要求7的前序部分的預成型裝置。預成型是由纖維復合材料制得構件的一個步驟。在切割之后，紡織品的切邊往往不再固定。這導致紡織品很容易就會散邊，把纖維固定住的縫線由于脫針而松脫，致使紡織品在使用半成品制得的構件中不再具有所希望的布置方式。因此已知使用一種包括可熔化的粘結劑的紡織品。在切割之前，在爐中把紡織品加熱，使得紡織品的各個纖維相互粘接。接下來切割紡織品。由于纖維粘接，就不再出現散邊的現象。這里不利的是，得到的半成品比較硬，其在以后浸漬和硬化時很難與相應的構件形狀相匹配。所述類型的方法由DE 199 52 443 Al已知。據其所述方法，把紡織品的不同層縫合在一起，以便實現所需要的防滑性，防滑性對于切割來說是必需的。這里不利的是，紡織品在縫線處傾向于散邊。DE 693 04 042 T2記載了用于制造在結構上增強的型坯的方法和裝置。這些型坯在各處通過粘結劑的熔化而相互連接。以此方式將多個層相互縫合，使得它們易于處理。 即使采用其中所述的方法也會出現散邊現象。DE 35 41 954 C2披露了一種用于制造復合體的方法，采用該方法能制得具有尖銳邊棱的復合體。為此對紡織品中存在的合成樹脂進行部分硬化，而各個纖維層則被彈性的薄隔膜彼此分開。事后去掉這些隔膜，并把部分硬化的纖維層壓制成最終的復合體。該出版物并未提及在切割情況下產生的散邊問題。US 5，418，035 A公開了一種用于制造纖維復合構件的方法，其中首先在一邊把紡織品的各個層相互縫合，以便在以后使得這些層成形。該出版物未談及散邊問題。DE 10 2007 032 904 B3說明了一種用于紡織平幅結構的結構固定的方法，該方法試圖以簡單的機構來防止紡織半成品在切割時散開脫落。為此模擬了將來的載荷情況， 識別半成品的在由此產生的構件中因載荷而經受很小滑移的區域。在這些部位把紡織品相互連接起來。該方法并非被設計用于防止散邊。本發明的目的在于，避免紡織半成品的邊緣散邊。本發明采用根據權利要求1的方法來解決該問題。本發明有利地與以后的切割線即以后的切割邊緣相鄰地把紡織品的纖維相互連接起來，從而紡織品的邊緣不會散邊。此外有利的是，這種固定并不會導致所產生的坯件的強度和硬度過大。所產生的坯件因而保持可打褶，也能匹配于雙重彎曲的幾何體。還可以制造出小型的設計復雜的坯件。
此外有利的是，無需給邊緣加料(Zugabe)，而在根據現有技術的方法中就需要這樣。這種邊緣在強度考慮中并不重要，這會導致制好的構件重量增加。另外有利的是，所述固定可以借助激光器自動地進行。此點可行的原因特別是因為激光束能無接觸地在紡織品上面移動。在這里，在其中有纖維相互連接的區域比較窄，因而所產生的坯件保持不穩固(Iabil)。例如適當地選擇激光束，使得纖維在小于一厘米的寬度上相互連接。例如與感應式加熱相比有利的是，其上放置有紡織品的底墊能隨意地選擇。而在感應式加熱情況下，附近不準有金屬物體。如果要使用微波輻射，還必須確保微波不會到達外界，因為可能傷及人員。另外采用本發明有利的是，利用激光器就能實現均勻的加熱。因而可以規定，在輻射紡織品時例如無接觸地測量溫度。于是可以適當地調整激光器功率、激光器射束直徑和 /或激光器的前進速度，使得不會超過預先設定的溫度，從而不會傷及紡織品。此外可以確保溫度不會低于預先設定的溫度位值，從而保證紡織品中的纖維可靠地連接。在本說明書的范圍內，紡織品纖維的固定系指，纖維至少局部地相互連接，從而防止在以后切割時散邊。在這里，可熔化的粘結劑優選已經是紡織品的一部分。但在理論上也可以在激光射束射到紡織品上之前直接涂覆粘結劑。所述切割尤其意指非常普遍的分割，其可以但并非必須利用機械工具來進行。粘結劑尤其是一種可熔化的物質，其布置在紡織品纖維附近，或者本身以纖維的形式存在。粘結劑可以加入到紡織品中，或者位于紡織品上。在熔化情況下，粘結劑把周圍的纖維相互連接起來。根據本發明，對至少兩層的固定沿著固定線進行，而切割則沿著切割線進行。固定線相距切割線具有一間距，該間距經過選擇，使得紡織品的散邊得到防止或抑制。該間距例如在0和5mm之間。由此實現最晚在脫針已從切割線到達固定線時阻止從切割線散邊。為了固定纖維，根據一種優選的實施方式可以規定，用可透過激光器的光的薄膜蓋住這些層，激光束穿透薄膜射入。特征“薄膜可透過激光器的光”尤其系指，吸收和反射總共小于20%。適當地選擇薄膜，就能達到90%以上的透射率。透射率越高，損耗就越小， 為了保護外界免受散射的激光而必須采取的防護措施就越少。薄膜尤其適當地可透過激光輻射，使得薄膜在照射期間本身并不熔化。優選還至少適當地選擇薄膜，使得它具有足夠大表面分離特性，從而它在兩個層被固定之后又可以從這些層取下。薄膜還經過優選選擇，使得激光束在垂直入射時最多以30 %的功率被反射。特征“激光束的入射方式使得紡織品的可熔化的粘結劑局部地僅熔化而不蒸發” 特別意指，光束功率和激光器的前進速度經過適當選擇，使得在任何位置都不會超過危害溫度，危害溫度會導致粘結劑或紡織品受到危害。尤其是激光束的功率密度經過適當選擇， 使得不會出現明顯的燒焦，也就是說，盡管有一定量的粘結劑和/或紡織品纖維受熱損壞， 但這種損壞程度很小，以至于其在計算由紡織半成品制成的部件的強度時不必予以考慮。 激光束的功率密度經過特別選擇，使得紡織品和/或粘結劑的可能的熱致損壞僅造成小于 10%的強度損失。該方法中有關固定和切割的步驟優選自動地進行。還可以規定，對紡織品的至少兩層的布置也自動地進行。
根據一種優選的實施方式，把紡織品布置在底墊上，且在激光入射之前就把空氣從底墊與薄膜之間的區域中抽出。由此使得纖維彼此相對固定，且相對于底墊固定。減小的壓力還導致在加熱時的氧化風險有所減小。還可以規定，在激光束入射之前用保護性氣體吹洗薄膜與底墊之間的區域。有利的是，剩余壓力小于200毫巴，特別是小于100毫巴。優選紡織品在切割之前就被固定，其中這種切割用機械的切割裝置來進行。替代地，利用激光器特別是利用同樣用來固定的激光器進行切割。但這里不利的是，在切割時纖維和/或粘結劑會熱致損壞，因而必須要忍受制好的構件的可能的強度損失。步驟設置、切割和固定可以針對多個紡織品層重復地進行，直至制得包括多個紡織品層的半成品。此外可以在將另一紡織品層鋪設到已經被切割的預型體期間，分別鋪上薄膜、將中間腔抽真空，然后如上所述用激光器把預型體與附加的紡織品層連接起來，之后切割附加的紡織品層。但也可以兩者同時進行，或者先切割，然后再固定。本發明的用于將紡織半成品預成型的預成型裝置特別是一種被構造和設計用于制造多個紡織半成品的裝置。尤其是把底墊、切割裝置和固定裝置相互固定。切割裝置和固定裝置還通常是用電機驅動的自動裝置。底墊是任一種能固定紡織品纖維層的裝置。底墊可以是桌子，但也可以具有不透氣的輸送帶。根據一種優選的實施方式，預成型裝置包括控制單元，該控制單元被構造用于使得激光器適當運動，從而紡織品的纖維沿著固定線被固定，且被構造用于使得切割裝置適當運動，從而該切割裝置總是能沿著切割線切割層，其中固定線相距切割線具有較小的間距，從而避免或抑制紡織品散邊。例如可以規定，切割線相距固定線具有小于IOmm的間距。控制單元可以與輸入機構連接，利用該輸入機構能確定切割線和/或固定線相對于底墊的位置。控制單元例如可以具有接口，從而能讀入CAD數據。優選控制單元被設計用于使得激光器以一定速度移動，該速度參照射束強度經過適當選擇，使得在激光束射入時粘結劑局部地僅熔化而不蒸發或燒焦。為此可以規定，控制單元與溫度測量裝置連接，該溫度測量裝置激光束剛剛所在的部位的溫度。優選固定裝置包括用于鋪設薄膜的薄膜鋪設裝置和用于施加差壓的差壓施加裝置，從而使得薄膜緊貼在面狀紡織品上。該薄膜鋪設裝置例如可以是自動的。預成型裝置優選包括屏蔽裝置，該屏蔽裝置被適當地帶動，使得反射的激光束被吸收。由此避免人員受到危險。下面借助示范性的實施例詳細地闡述本發明。其中
圖1示出用于實施本發明的方法的本發明的裝置；和
圖2為紡織半成品的示意圖，其具有相關的固定線和切割線。圖1示出一種平幅紡織品10，其形式為多軸向織物或增強纖維構成的織造織物。 多軸向織物或織造織物可以包括碳纖維或者由其構成。平幅紡織品10也可以稱為半成品， 它具有由多個纖維束14. 1、14.2…構成的第一層12，這些纖維束相互平行地伸展，且優選都包括相同數量的在圖1中看不到的碳纖維。平幅紡織品10還包括由纖維束構成的第二層16，在橫剖視圖中只能看到其中的纖維束18。纖維束14和18夾成一個未示出的纖維角。平幅紡織品10是一種半成品，其在以后的加工步驟中被滲入基質材料例如合成樹脂，從而形成層壓制品。通過在模具中的硬化，由此例如制得飛機部件。本發明因此還涉及一種用于制造飛機部件或其它結構組件的方法。平幅紡織品10位于底墊20上，該底墊由平的盡可能平滑的墊板構成。為了使得第一層12與第二層16連接，在處于上面的層16上鋪上薄膜22。該薄膜例如是聚乙烯薄膜，其例如可以具有12微米的厚度。薄膜22通過密封板條24壓到底墊20上，或者通過密封帶24與底墊粘接，從而產生氣密的連接。在底墊20與薄膜22之間形成一個中間腔，在該中間腔中布置著平幅紡織品。通過抽吸通道28形式的用于施加真空的裝置，中間腔26與真空泵30連接，該真空泵連續地從中間腔26抽吸空氣，從而在外界壓力ρ外界與中間腔26中的內部壓力ρ 部之間產生大于800毫巴的壓力差」ρ。特別地，外界壓力是約為1013毫巴的大氣壓，內部壓力低于200毫巴，尤其是低于100毫巴。在當前情況下，內部壓力ρ _=50毫巴。但也可以蓋上壓力罩，由此提高外界壓力P外界。對中間腔26施加低壓，薄膜22由此就會緊貼在平幅紡織品10上，并沿厚度方向擠壓該平幅紡織品，進而使得兩個層12、16彼此相對固定。如果達到了前述內部壓力ρ 9ρ， 激光器32就會沿預先設定的路徑移動，使得激光束34透過薄膜22射到第一層12和第二層16上。浸漬給相應的纖維束14的粘結劑由此熔化，并產生了固定線36 (參見圖2)。固定線36的走向由與激光器32連接的控制單元38預先設定。激光器32、抽吸通道28、真空泵30和控制單元38都是固定裝置40的部件。圖2從上面觀察示出平幅紡織品10。可看到，固定線36布置在平幅紡織品10的內部。在本例中，固定線還由兩條閉合的連續線即第一連續線42. 1和第二連續線42. 2構成。圖1還示意性地示出切割裝置44，其用于沿著切割線46將平幅紡織品10切開(圖 2)。切割線46也由兩條連續線構成，這兩條連續線相距固定線36具有例如一毫米的間隔。在下一工作步驟中，可以將制好的紡織半成品48取下，其也可以稱為坯料。在后續步驟中，用樹脂浸漬半成品48，使樹脂硬化，由此制得結構上模件(Strukturoberteil)。
5]附圖標記列表10平幅紡織品12第一層14纖維束16第二層18纖維束20底墊22薄膜24密封板條26中間腔28抽吸通道30真空泵32激光器34激光束36固定線38控制單元40固定裝置42連續線44切割裝置46切割線48半成品
權利要求
1.一種用于紡織半成品(48)的預成型的方法，具有如下步驟 (a )、設置紡織品，其中紡織品-具有至少部分地上下布置的至少兩層(12、16)纖維，和/或 -具有相互交織的纖維和/或纖維束；(b)、使得紡織品的纖維相互固定；和(c)、然后切割紡織品；(d)、其中“固定紡織品纖維，，包括步驟“射入激光束(34)，從而紡織品的可熔化的粘結劑局部地僅熔化而不蒸發”； 其特征在于，(e)、對紡織品纖維的固定沿著固定線(36)進行，而切割則沿著切割線(46)進行；和(f)、固定線(36)相距切割線(46)具有小的間距，使得紡織品的散邊得到防止或抑制。
2.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于如下步驟 -用可透過激光器的光的薄膜(22)蓋住所述層(12、16)；和-使得激光束(34)穿透薄膜(22)射入。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，把紡織品布置在底墊(20)上，且在激光束 (34)入射之前就把空氣從底墊(20)與薄膜(22)之間的區域中抽出。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -對纖維的固定在切割之前進行；和-對紡織品的切割用機械的切割裝置(44)來進行。
5.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，步驟“設置、切割和固定”針對多個紡織品層重復地進行，直至制得包括多個層的半成品(48)。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于如下步驟 -在固定和切割之后對紡織半成品進行浸漬；和-使得已浸漬的半成品硬化，從而得到纖維復合構件。
7.一種用于將紡織半成品預成型的預成型裝置，具有(a)、用于設置紡織品的底墊；(b)、用于切割紡織品的切割裝置；和(c )、用于使得紡織品的纖維相互固定的固定裝置(40 )；(d)、其中固定裝置(40)包括激光器(32)，該激光器的射束強度經過適當設計，使得在激光射束(34)入射時紡織品的粘結劑局部地僅熔化而不蒸發”；其特征在于(e)、控制單元(38)，該控制單元被構造用于-使得激光器(32)適當運動，從而紡織品的纖維沿著固定線(36)被固定；和 -使得切割裝置(44)適當運動，從而該切割裝置沿著切割線(46)切割紡織品的纖維， 其中固定線(36)相距切割線(46)具有較小的間距，從而避免或抑制紡織品散邊。
8.如權利要求7所述的用于將紡織半成品預成型的預成型裝置，其特征在于，控制單元(38)被設計用于使得激光器(32)以一定速度移動，該速度參照射束強度經過適當選擇， 使得在激光束(34)射入時粘結劑局部地僅熔化而不蒸發。
9.如權利要求7至8中任一項所述的用于將紡織半成品預成型的預成型裝置，其特征在于，固定裝置包括(i)、用于鋪設薄膜(22)的薄膜鋪設裝置(42)；和(ii)、用于施加差壓(」P)的差壓施加裝置，從而使得薄膜(22)緊貼在面狀紡織品上。
全文摘要
本發明涉及一種用于紡織半成品(48)的預成型的方法，具有如下步驟設置紡織品，其中紡織品具有至少部分地上下布置的至少兩層(12、16)纖維，和/或具有相互交織的纖維和/或纖維束；使得紡織品的纖維相互固定；然后切割紡織品；其中“固定紡織品纖維”包括步驟“射入激光束(34)，從而紡織品的可熔化的粘結劑局部地僅熔化而不蒸發”。根據本發明。根據本發明規定，對紡織品纖維的固定沿著固定線(36)進行，而切割則沿著切割線(46)進行；固定線(36)相距切割線(46)具有小的間距，使得紡織品的散邊得到防止或抑制。
文檔編號B29C65/74GK102438812SQ201080021298
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月12日 優先權日2009年5月15日
發明者施塔德勒 F., 孔茨 J. 申請人:伊德斯德國股份有限公司