用于從熱塑性復合材料生產零件的方法

用于從熱塑性復合材料生產零件的方法
【專利摘要】用于通過在工具(30)上鋪設(130)至少一個熱塑性復合材料層(13)生產熱塑性復合材料零件的這種方法(100)包括在該工具上鋪設第一層片(10)的步驟(120)。在鋪設該熱塑性復合材料層之前將該硬化的第一層片鋪設在該工具(30)上。以該工具(30)的形狀預先生產該第一層片。該第一層片包括第一材料(11)并且包括第二熱塑性樹脂材料(12)，當該第一材料經受磁場和/或經受電勢差時能夠經歷吸引力，該第二熱塑性樹脂材料是與該熱塑性復合材料層的樹脂化學上相容的。在該工具上進行鋪設的步驟(120)中通過在該工具的水平處建立的磁場、和/或電勢差的作用該第一層片被夾持到工具(30)上。在一種實施形式中，在優選具有凸形形狀的第一層片模具上產生該第一層片(10)。
【專利說明】用于從熱塑性復合材料生產零件的方法
[0001] 本發明屬于復合材料的領域，運些復合材料包括形成復合材料零件的厚度的一系 列的疊加層片。
[0002] 更具體地，本發明設及一種用于生產復合材料零件的方法，該復合材料零件通過 在給予該零件形狀的模型或模具上鋪設的層片堆疊形成。
[0003] 更具體地，本發明提供了一種對于在該模具上沉積的第一層片的鋪設的解決方 案。
[0004] 當包括樹脂浸潰的纖維的復合材料零件在模具上產生時，必須考慮的是當所有希 望的層片已經通過已知方法被鋪設并且被固結時，該零件必須脫模，即，與該模具分開。
[0005] 在熱塑性復合材料，即，其浸潰運些纖維的樹脂在使用的溫度下是硬的并且當溫 度增加至足夠的熱塑性成形值時軟化的復合材料的情況下，每個鋪設的層片粘附到前一層 片上，在該前一層片上沉積該每個鋪設的層片。為了在該模具上維持該第一層片，在不存在 將允許該層片粘附到該模具的表面上的樹脂的粘性下，已知的是夾持沉積在模具上的第一 層片。此類解決方案當該模具的形狀是凸形時是有效的，但是在凹形形狀的模具的情況下 不會使得有可能保證該第一層片將完美地遵循該模具的形狀。
[0006] 其結果是，包括即使僅僅局部凹形形狀的模具上產生的復雜形狀的熱塑性復合材 料零件的生產是棘手的并且不存在在此類條件下工業上令人滿意的解決方案。
[0007] 本發明精確地提出了一種使得有可能通過將材料的層鋪設在工具上來克服生產 熱塑性復合材料零件的已知解決方案的約束的方法，該工具給予該零件其形狀。
[000引在用于通過將至少一個熱塑性復合材料層鋪設在工具上生產熱塑性復合材料零 件的運種方法中，實施在該工具上鋪設第一層片的步驟，該第一層片是在該熱塑性復合材 料層的鋪設之前被鋪設在該工具上。該第一層片是預先產生的硬化層片W匹配該工具的形 狀并且包括第一材料并且包括第二熱塑性樹脂材料，當該第一材料經受磁場、和/或經受電 勢差時能夠經歷吸引力，該第二熱塑性樹脂材料是與該熱塑性復合材料層的樹脂化學上相 容的W便與所述樹脂粘附，在該工具上鋪設該第一層片的步驟中通過在該工具的水平處建 立的磁場、和/或在該工具與該第一層片之間的電勢差的作用，該第一層片被夾持到該工具 上。
[0009] 因此實現了該第一層片到該工具上的夾持而沒有化學結合并且該層片因此是完 全可脫模的并且在工具區域的每個點處完美地粘附到該工具上，因為該磁引力和/或該第 一層片上產生的勢差所產生的力的均勻性，并且由此有可能的是將復合材料層鋪設在該第 一層片的自由表面上，具有完美的粘附而沒有在該工具上該第一層片的移動或變形。
[0010] 根據一種實施方法，W熱塑性樹脂粉末形式將該第二材料沉積在所述第一材料 上，然后使在第一層片模具上夾持的該第一材料和該第二材料在制造該第一層片的步驟中 經受一個步驟，在該步驟中升高溫度至大于該熱塑性樹脂的烙點和玻璃化轉變溫度，該第 一層片模具的形狀是該工具的對應物。
[0011] 因此，產生了相對薄的硬化的第一層片，該第一層片保留了該第一層片模具的形 狀W及因此該工具的形狀，并且然后可W被放置在該工具上W便被夾持到其上并且接納運 些熱塑性復合材料層。
[0012] 在該方法的一種實施方式中，在第一步驟中該第一材料被沉積在該第一層片模具 上，并且在第二步驟中，該第二材料通過噴涂熱塑性樹脂粉末被沉積到在該第一層片模具 上沉積的該第一材料上。
[0013] 在用于產生該第一層片的運種方法中，可W將該熱塑性樹脂均勻地分布在該第一 材料上并且具有可控制的面積密度W獲得令人希望的量的熱塑性樹脂，W便在該溫度升高 之后給予該第一層片所希望的堅固性和熱塑性層結合品質。
[0014] 該第一材料主要由被沉積W形成一個或多個疊加層的織造或非織造的線和/或 墊、和/或粉末組成。
[0015] 因此有可能的是通過鋪設線或織造物或交錯的纖維的網在該第一層片模具上形 成該第一材料，運些網的柔性允許遵循該第一層片模具的曲率，同時獲得所希望的產生的 堅固性和厚度。由粉末制成的材料的沉積允許在該第一層片模具上沉積均勻的層。在運種 情況下，該第一材料的粉末能夠W與該第二材料的熱塑性樹脂粉末的混合物被噴涂，或者 甚至涂覆有該第二材料的樹脂。可W將運些不同的方法組合W尤其將由有待生產的該零件 的形狀決定的局部第一層片特征考慮在內。
[0016] 在一個實施例中，該第一材料W具有最小重疊的并置寬度被沉積在該第一層片模 具上W避免在兩個并置寬度的相鄰邊緣之間的間隙。
[0017] 因此有可能的是鋪設比該第一層片模具的寬度更小的尺寸的呈條的第一材料，運 一方面被證明是當該模具具有大寬度時更容易的，并且另一方面允許該第一材料更好匹配 非可展的模具形狀。
[0018] 當第二材料沉積在該第一材料上時，有利地實施熱塑性樹脂粉末靜電噴涂方法。
[0019] 該第一材料有利地由針對其電傳導和/或磁性特性選擇的鐵磁材料(例如金屬如 鋼、鐵素體不誘鋼或含儀合金)形成。
[0020] 在一種實施方法中，該第一層片W至少兩個部分產生，當該第一層片在該工具上 鋪設時該至少兩個部分在該工具上是并置的。因此有可能的是對于大尺寸的零件生產W下 第一層片，該第一層片的運些部分保持與薄元件的生產和操縱相容的尺寸。
[0021] 有利地，當該第一層片W多個部分產生時，限定該第一層片的構成部分W便在主 要凸形形狀的部分第一層片模具上產生每一個構成部分。
[0022] 因此有可能的是在沉積條件下產生每個部分，使得該第一材料沉積在凸模具上， 實際上運被證明就夾持而言(如果使用機械夾具）、而且就防止到該模具上的粘附缺陷所要 求的拉緊而言是更不復雜并且更少限制的。
[0023] 在制造所述第一層片的步驟中，通過在所述第一層片模具的水平處建立的磁場、 和/或相對于該第一層片模具的電勢差的作用，該第一材料例如被夾持到該第一層片模具 上。
[0024] 因此通過利用該第一材料的電傳導和/或磁性特性獲得了有效的夾持，此外需要 運些特性用于將該第一層片維持在該模具上。
[0025] 在該零件的熱塑性復合材料層的沉積過程中為了防止該第一層片在該工具上移 動，在疊加在該第一層片上的熱塑性復合材料層的鋪設過程中，通過在所述工具的水平處 建立的磁場、和/或相對于該工具的電勢差的作用，該第一層片被維持夾持在該工具上。
[00%]當已經沉積了形成該零件所要求的運些熱塑性復合材料層時，在將該工具上產生 的該零件脫模的步驟中，在該工具的水平處建立的磁場、和/或勢差被取消，并且如果需要 的話是相反的。
[0027] 因此取消確保該夾持的運些力，該磁場和/或該夾持勢差的反向取消了（如果需要 的話）由滯后效應產生的殘余力的消除，使得該零件可W脫模，而不與該工具粘附使脫模難 W進行，并且沒有樹脂粘附到工具上可能引起的損害的風險。
[0028] 本發明的示例性實施方式的說明和附圖將允許本發明的目的和優點更好地被理 解。清楚的是，運種說明通過舉例給出并且在性質上是非限制性的。
[0029] 在附圖中：
[0030] 圖1展示了用于一種實施方式的方法的主要步驟；
[0031] 圖2a示意性地展示了在第一層片模具上的第一層片的第一材料的固持W及該第 二熱塑性樹脂粉末材料到該第一材料上的噴涂；
[0032] 圖化示意性地展示了在加熱室中烙融該第二熱塑性樹脂粉末材料的步驟；
[0033] 圖2c示意性地展示了通過在該工具的水平處建立的磁力和/或由勢差產生的力鋪 設熱塑性層W在工具上固持的第一層片上產生零件。
[0034] 圖1概括性地示出了本發明的方法的主要步驟。
[0035] 圖2a、2b和2c示意性地展示了該方法的示例性實施。
[0036] 在方法100中，用于生產包括層13堆疊的熱塑性復合材料零件的第一步驟110包括 生產硬質第一層片10,該第一層片一方面具有允許它臨時地且可逆地粘附到工具30(在該 工具上該零件必須形成）上的物理特性，并且另一方面，具有物理-化學特性，運些物理-化 學特性允許它與該零件的那些層的熱塑性樹脂結合，該零件必須被沉積在所述第一層片 上。
[0037] 在第一層片模具20上產生第一層片10。
[0038] 產生具有與工具30的形狀盡可能接近的（如果不相同）形狀的第一層片10,在該工 具上必須鋪設運些熱塑性復合材料層，該零件必須由運些熱塑性復合材料層形成。
[0039] 此外，該第一層片是盡可能薄的，使得相對于有待生產的該零件的厚度其厚度是 相對小的。
[0040] 第一層片模具20具有適合于促進第一層片10的生產W及從所述第一層片模具脫 模的形狀。特別地，如果該有待生產的零件主要是凹形的，第一層片模具20將具有互補的主 要凸形形狀。
[0041] 為了生產第一層片10,形成復合體，該復合體包括至少一種具有電磁特性的第一 材料11和至少一種第二熱塑性樹脂材料12。
[0042] 在該第一層片的生產的第一步驟111中，將第一材料11沉積在第一層片模具10上， 該第一層片模具的形狀是該零件的工具30的幾何對應物，在該工具上該零件必須形成。
[0043] 第一材料11有利地是由幾十微米的細的、織造或非織造的線形成的金屬材料，運 些線的柔性允許所述金屬材料遵循第一層片模具20的形狀。
[0044] 取決于第一材料11的電磁特性，借助于磁場和/或電勢差所述第一材料被固持在 第一層片模具20上，所述第一層片模具被產生使得在其表面上產生所想要的磁場、和/或所 想要的電勢差，即，要求確保該第一材料固持在該第一層片模具上同時緊密地遵循所述第 一層片模具的形狀的。
[0045] 第一材料11還可W(共同地或不用該磁場和/或勢差)通過機械手段例如夾具(沒 有示出）被固持。具體地，特別地如果所述第一材料模具的形狀是唯一凸形的，單獨的機械 夾持可被證明足W將該第一材料抵靠第一層片模具20放置。
[0046] 在第一層片10的生產的第二步驟112中，將第二材料12的細樹脂粉末顆粒沉積在 該第一材料上。例如通過靜電噴涂沉積該第二材料。
[0047] 例如使用噴槍和(必要的話)該樹脂粉末的分散體溶液進行該噴涂。
[0048] W足夠量沉積第二材料12W在該方法的隨后步驟中確保該零件的熱塑性復合材 料的第一層的纖維的結合，盡管在該第一層的鋪設的過程中產生剪切力，該第一層被鋪設 同時變形W緊密地遵循該工具的形狀并且使運些纖維在所希望的方向上定向。
[0049] 有利地沉積具有包括在20g/m2與150g/m2之間的面積密度的第二材料12。
[0050] 在第一層片10的生產的第Ξ步驟113中，在其上沉積第一材料11和第二材料12的 第一層片模具20(其中該第一材料通過靜電力或磁力和/或由該勢差產生的力、和/或通過 機械夾持被緊密地固持抵靠該模具，并且該第二材料W粉末形式沉積在該第一材料上)經 受溫度升高，例如在加熱裝置22(例如紅外烘箱、或空氣烘箱、或高壓蓋）中W升高第二熱塑 性樹脂材料12的顆粒大于它們的烙點和玻璃化轉變溫度，運引起該第二材料粘附在該第一 材料上。
[0051] 當第二材料12已經結合到第一材料11上時，使該溫度回到室溫。
[0052] 在該第一層片的生產的第四步驟114中，在固持直到第Ξ步驟113的該模具的電磁 場和/或勢差和/或運些夾具已經釋放并且如果需要的話是相反的之后，將第一層片10脫模 并且與第一層片模具20分開。
[0053] 在該方法的第一步驟110結束時，因此形成了浸潰有該第二材料的該第一材料的 硬質第一層片10。
[0054] 應當注意的是，所獲得的第一層片10具有小的厚度(實質上該第一材料的線或金 屬織造物的厚度），但是盡管如此，盡管該第一層片由于其小的厚度不是非常剛性的，其靜 態形狀因為被加熱到烙點的該第二材料的樹脂而保持在該第一層片模具中取得的形狀。
[0055] 第一材料11的線的金屬材料選自具有合適的磁性特性的材料：良好的磁導率和/ 或高的矯頑磁場和/或磁化飽和，例如總體上用鐵磁材料獲得的特性。當所希望的是至少部 分地用勢差產生該夾持時，該第一材料選自導電材料W便能夠被帶到并且維持在所希望的 電勢下并且使得有可能維持一方面第一元件10與另一方面工具30W及如果需要的話第一 層片模具20之間的電勢差。
[0056] 在用于生產該熱塑性復合材料零件的第二步驟120中，將在第一步驟110中產生的 第一層片10鋪設在用于模制有待生產的零件的工具30上。
[0057] 借助于磁場或者對于其導電部分在所述工具與所述第一層片之間的電勢差將第 一層片10固持在工具30的表面上，該工具由鐵磁材料產生W便在其表面上產生磁場和/或 由導電材料產生W便被維持在確保第一層片10緊密地固持遵循所述工具的形狀所要求的 想要的電勢差下。
[005引該工具例如由鋼或合金(如1狀姐?)產生。
[0059]如果需要的話，夾具將該第一層片保持在工具30上特別在所述工具的邊緣上。
[0060] 在用于生產該熱塑性復合材料零件的第Ξ步驟130中，將該零件的第一熱塑性復 合材料層13鋪設在工具30上維持的第一層片10上并且將其他熱塑性復合材料層W連續層 鋪設并且使用已知方法固結，例如借助于鋪設頭31，直到獲得了對于該零件所想要的層片 的數目。
[0061] 在運些熱塑性復合材料層的鋪設過程中，維持確保第一層片10固持在工具30上的 磁場或勢差，使得甚至在該工具的凹形區域中，施加到并且直接或間接地粘附到該第一層 片上的運些連續熱塑性復合材料層完全遵循該工具的形狀。
[0062] 在用于生產該熱塑性復合材料零件的第四步驟140中，在該工具的電磁場、和/或 在該工具與在該方法的運個階段下被結合在該零件中的第一層片之間的電勢差、和/或在 該零件的運些連續熱塑性復合材料層的沉積過程中被固持的運些夾具已經釋放并且如果 需要的話是相反的之后，將該產生的熱塑性復合材料零件脫模并且與工具30分開。
[0063] 根據該方法的各種變體，例如剛剛在第一實施方式中描述的，可W根據與該有待 生產的零件的形狀或運些實施的材料有關的約束適配該方法。
[0064] 因此，第一層片10的該第一材料可W由磁性金屬材料的一個或多個層形成。例如 來自儀、銀、鐵素體不誘鋼。
[0065] 第一材料10能夠W呈網、織造物、針織品、墊的線或者甚至粉末的形式沉積在第一 層片模具20上。
[0066] 當多個寬度在第一層片模具20上并置時，優選地兩個相鄰的寬度W輕微的重疊放 置W便避免僅包括樹脂的可能形成該第一層片中的脆性區域的空隙區域。
[0067] 選擇第一材料11的每單位面積的沉積重量W獲得尋求的磁性和/或勢差產生的粘 附性并且W確保足夠的機械支持給予第二材料12W形成第一層片10,該第一層片能夠被處 理并且充當用于該零件的第一熱塑性復合材料層的結合物。
[006引第一材料11的面積密度有利地包括在20g/m2與150g/m2之間。
[0069] 因此，根據一種實施方法，必須沉積在工具30上的第一層片10W在該工具上并置 的多個部分產生。
[0070] 當第一層片10具有如此大的尺寸W致將難W處理由單一元件組成的第一層片而 沒有損壞所述第一層片的風險時，和/或當該第一層片的形狀是復雜的、具有凹形區域和凸 形區域，該層片的巧妙切割允許在后一情況下能夠在有待被生產的凸形模具上產生基本上 具有簡單曲率的多個第一層片部分時，運種方法被證明是有利的。
[0071] 因此，根據第一層片10的制造的第一步驟110的一種實施方法，在第一步驟111之 前進行在第一材料11上沉積第二材料12的第二步驟112,在第一層片模具20上沉積的該第 一材料然后已經包括該第二材料的熱塑性樹脂粉末。
[0072] 有利地，在上游步驟中產生由該第一材料和該第二材料的熱塑性粉末形成的復合 體。
[0073] 該方法因此允許生產具有第一層片的熱塑性復合材料零件，該第一層片完美地夾 持到該工具上，同時確保該第一層片的樹脂不粘附到該工具上，同時避免要求緊密密封層 片并且不保證在該工具的表面上的均勻壓力的抽吸技術的需要，并且同時避免是反向模具 的復雜且昂貴的解決方案的使用。
【主權項】
1. 一種用于通過在工具(30)上鋪設（130)至少一個熱塑性復合材料層（13)生產熱塑性 復合材料零件的方法（1〇〇)，其中該方法包括在該工具上鋪設第一層片（10)的步驟（120)， 該第一層片是在該至少一個熱塑性復合材料層的沉積之前被鋪設在該工具(30)上，所述第 一層片是預先產生的硬化層片以匹配該工具（30)的形狀并且包括第一材料（11)并且包括 第二熱塑性樹脂材料（12)，當該第一材料經受磁場、和/或經受電勢差時能夠經歷吸引力， 該第二熱塑性樹脂材料是與該至少一個熱塑性復合材料層的樹脂化學上相容的以便與所 述樹脂粘附，在所述工具上進行沉積的步驟（120)中通過在所述工具的水平處建立的磁場、 和/或與所述工具的電勢差的作用，所述第一層片被夾持到該工具30上。2. 如權利要求1所述的方法，其中該第一材料（11)和以熱塑性樹脂粉末形式沉積在所 述第一材料上的該第二材料（12)在制造該第一層片（10)的步驟(110)中經受步驟(113)，其 中在被夾持到第一層片模具(20)上的同時，升高溫度至大于該熱塑性樹脂的熔點和玻璃化 轉變溫度，所述第一層片模具的形狀是該工具(30)的對應物。3. 如權利要求2所述的方法，其中在第一步驟（111)中該第一材料（11)被沉積在該第一 層片模具(20)上，并且在第二步驟(112)中，該第二材料(12)通過噴涂熱塑性樹脂粉末被沉 積到在所述第一層片模具上沉積的第一材料(11)上。4. 如以上權利要求之一所述的方法，其中該第一材料（10)主要由被沉積以形成所述第 一材料的一個層或多個疊加層的織造或非織造的線和/或墊、和/或粉末組成。5. 如權利要求2或權利要求3或權利要求4與權利要求2或3之一組合所述的方法，其中 該第一材料（11)以具有最小重疊的并置寬度被沉積在該第一層片模具(20)上以避免在兩 個并置寬度的相鄰邊緣之間的間隙。6. 如以上權利要求之一所述的方法，其中該第二材料（12)通過靜電噴涂熱塑性樹脂粉 末被沉積在該第一材料(11)上。7. 如以上權利要求之一所述的方法，其中該第一材料（11)由鐵磁材料如鋼、鐵素體不 銹鋼或含鎳合金形成。8. 如以上權利要求之一所述的方法，其中該第一層片（10)以至少兩個部分產生，當該 第一層片在所述工具上鋪設（120)時該至少兩個部分在該工具(30)上是并置的。9. 如權利要求8所述的方法，其中限定該第一層片（10)的構成部分以便在主要凸形形 狀的部分第一層片模具上產生每一個構成部分。10. 如權利要求2或如權利要求3至9之一與權利要求2組合所述的方法，其中在制造所 述第一層片的步驟（110)中，通過在所述第一層片模具的水平處建立的磁場、和/或與所述 第一層片模具的電勢差的作用，該第一材料被夾持到該第一層片模具(20)上。11. 如以上權利要求之一所述的方法，其中在疊加在該第一層片（10)上的熱塑性復合 材料層（13)的鋪設（130)的過程中，通過在所述工具的水平處建立的磁場、和/或與所述工 具的電勢差的作用，該第一層片（10)被保持夾持在該工具(30)上。12. 如權利要求11所述的方法，其中在將所述工具上產生的該熱塑性復合材料零件脫 模的步驟(140)中，在該工具(30)的水平處建立的磁場、和/或勢差被取消，并且如果需要的 話是相反的。
【文檔編號】B29C70/88GK105848861SQ201480071313
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月12日
【發明人】埃里克·索克卡爾
【申請人】空客集團有限公司