Головка и система для непрерывного изготовления полой конструкции из композиционного материала

Раскрыта головка, предназначенная для использования вместе с производственной системой. Головка может иметь корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции, армированной, по меньшей мере, одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию, и интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска. Головка также может иметь сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию, и трубку, проходящую от корпуса к соплу. 8 н. и 8 з.п. ф-лы, 22 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее раскрытие изобретения относится в целом к технологической головке и системе, более конкретно, к головке и системе для непрерывного изготовления полых конструкций из композиционных материалов.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Экструзия представляет собой известный способ изготовления непрерывных полых конструкций. Во время экструзии жидкую матрицу (например, термоотверждающуюся смолу или нагретый термопласт) выдавливают через головку, имеющую заданные форму и размер поперечного сечения. Материал после выхода из головки отверждается и затвердевает до конечной формы. В некоторых применениях УФ-излучение и/или ультразвуковые колебания используют для ускорения отверждения жидкой матрицы при ее выходе из головки. Полые конструкции, получаемые посредством технологического процесса экструзии, могут иметь любую непрерывную длину с прямолинейным или криволинейным профилем, соответствующей формой поперечного сечения и очень хорошим качеством поверхности. Несмотря на то, что экструзия может представлять собой эффективный способ непрерывного изготовления полых конструкций, получающиеся в результате конструкции могут не иметь прочности, необходимой для некоторых применений.

[0003] Пултрузия представляет собой известный способ изготовления высокопрочных полых конструкций. Во время пултрузии отдельные пряди волокон, сплетенные волокна и/или тканые материалы покрывают или иным образом пропитывают жидкой матрицей (например, термоотверждающейся смолой или нагретым термопластом) и протягивают через неподвижную головку, в которой жидкая матрица отверждается и затвердевает до конечной формы. Как и в случае экструзии, УФ-излучение и/или ультразвуковые колебания используют в некоторых применениях пултрузии для ускорения отверждения жидкой матрицы. Полые конструкции, получаемые посредством технологического процесса пултрузии, имеют многие из признаков, которые имеют экструдированные конструкции, а также повышенную прочность благодаря входящим в них волокнам. Несмотря на то, что пултрузия может представлять собой эффективный способ непрерывного изготовления высокопрочных полых конструкций, получающиеся в результате конструкции могут не иметь формы, необходимой для некоторых применений. Кроме того, набор схем расположения волокон, включенных в полые конструкции, полученные экструзией, может быть ограниченным, в результате чего ограничиваются достижимые характеристики получающихся в результате, полых конструкций.

[0004] Раскрытая система направлена на преодоление одной или более проблем, приведенных выше, и/или других проблем, связанных с предшествующим уровнем техники.

Сущность изобретения

[0005] В одном аспекте настоящее раскрытие изобретения направлено на головку для производственной системы. Головка может включать в себя корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции, армированной, по меньшей мере, одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию, и интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска. Головка также может иметь сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию, и трубку, проходящую от корпуса к соплу.

[0006] В другом аспекте настоящее раскрытие изобретения направлено на систему для непрерывного изготовления конструкции из композиционного материала. Система может включать в себя опору, выполненную с возможностью перемещения в множестве направлений во время изготовления конструкции из композиционного материала, и головку, соединенную с опорой. Головка может включать в себя корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции, армированной, по меньшей мере, одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию, и первый интенсификатор отверждения, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска с внутренней стороны трубчатой конструкции. Головка также может включать в себя сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию, трубку, проходящую от корпуса к соплу, и второй интенсификатор отверждения, расположенный у конца сопла, противоположного трубке, и выполненный с возможностью обеспечения отверждения наполнителя.

[0007] В еще одном аспекте настоящее раскрытие изобретения направлено на способ непрерывного изготовления конструкции из композиционного материала. Способ может включать непрерывное нанесение покрытия из матрицы на волокна, отклонение волокон, покрытых матрицей, в радиальном направлении наружу от не имеющей волокон оси для формирования трубчатой конструкции и создание пространственной траектории в трубчатой конструкции. Способ может также включать отверждение трубчатой конструкции с внутренней стороны трубчатой конструкции и выпуск наполнителя в трубчатую конструкцию.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг.1 и 2 представляют собой схематические иллюстрации приведенных в качестве примера, раскрытых технологических систем;

[0009] фиг.3 представляет собой иллюстрацию сечения приведенного в качестве примера, раскрытого приводного устройства и головки, которые могут быть использовании в сочетании с технологическими системами по фиг.1 и 2;

[0010] фиг.4 представляет собой выполненную с пространственным разделением элементов иллюстрацию головки по фиг.3;

[0011] фиг.5 представляет собой иллюстрацию в перспективе приведенного в качестве примера, раскрытого кожуха, который может быть соединен с головкой по фиг.3 и 4;

[0012] фиг.6-9 представляют собой схематические иллюстрации приведенных в качестве примера, раскрытых полых конструкций, которые могут быть изготовлены посредством системы по фиг.1 и 2;

[0013] фиг.10-18 представляют собой схематические иллюстрации приведенных в качестве примера, раскрытых рисунков переплетений, которые могут образовывать стенки полых конструкций по фиг.6-9;

[0014] фиг.19 и 20 представляют собой иллюстрации в виде сечения и вида с торца приведенной в качестве примера, раскрытой головки, которая может быть использована в сочетании с технологическими системами по фиг.1 и 2; и

[0015] фиг.21 и 22 представляют собой иллюстрации в виде сечения и вида в перспективе другой приведенной в качестве примера, раскрытой головки, которая может быть использована в сочетании с технологическими системами по фиг.1 и 2.

Подробное описание

[0016] Фиг.1 и 2 иллюстрируют разные приведенные в качестве примера системы 10 и 12, которые могут быть использованы для непрерывного изготовления полых конструкций 14 (например, труб, шлангов, рукавов, желобов, коробов и т.д.), образованных из композиционных материалов и имеющих любую заданную форму поперечного сечения (например, круглую или многоугольную). Каждая из систем 10, 12 может включать в себя опору 16, приводное устройство 18 и головку 20. Головка 20 может быть соединена с опорой 16 посредством приводного устройства 18. В раскрытом варианте осуществления по фиг.1 опора 16 представляет собой роботизированную руку, выполненную с возможностью обеспечения перемещения приводного устройства 18 и головки 20 в множестве направлений во время изготовления конструкции 14 так, что получающаяся в результате, продольная ось 22 конструкции 14 будет пространственной. В варианте осуществления по фиг.2 опора 16 представляет собой портальную конструкцию, также выполненную с возможностью обеспечения перемещения головки 20 и приводного устройства 18 в множестве направлений во время изготовления конструкций 14. Несмотря на то, что опоры 16 по обоим вариантам осуществления показаны как обеспечивающие возможность перемещений по 6 координатам, предусмотрено, что при желании также может быть использована опора 16 любого другого типа, выполненная с возможностью обеспечения перемещения приводного устройства 18 и головки 20 таким же или другим способом.

[0017] Как показано на фиг.3, приводное устройство 18 помимо функционирования в качестве механического соединения между головкой 20 и опорой 16 может включать в себя компоненты, которые также взаимодействуют для подвода энергии к головке 20. Данные компоненты могут включать, среди прочего, контейнер 24, один или более приводных механизмов, расположенных внутри контейнера 24, и множество соединительных элементов, соединяющих различные приводные механизмы с разными частями головки 20. В раскрытом варианте осуществления три различных приводных механизма 26, 28, 30 показаны внутри контейнера 24 как соединенные с головкой 20 посредством двух разных валов 32, 34 и стержня 36. Приводные механизмы 26 и 28 могут представлять собой приводы вращательного движения (например, электрические, гидравлические или пневматические двигатели), в то время как приводной механизм 30 может представлять собой привод линейного перемещения (например, соленоидный привод, гидравлический цилиндр, ходовой винт и т.д.). Вал 32 может быть трубчатым (то есть, цилиндрическим и полым) и может приводиться в движение приводным механизмом 26 для вращения вокруг центральной оси 37, и вал 34 может проходить через центр вала 32 и может приводиться в движение приводным механизмом 28 для вращения также вокруг центральной оси 37. В целях данного раскрытия изобретения ось 37 может рассматриваться как ось головки 20, проходящая в зоне без волокон. В раскрытом варианте осуществления вал 34 также является трубчатым, и стержень 36 может быть выполнен с возможностью прохождения через центр вала 34 и с возможностью приведения в движение приводным механизмом 30 для перемещения в аксиальном направлении внутрь и наружу относительно вала 34. Стержень 36 также может быть по существу выровнен относительно центральной оси 37. Предусмотрено, что при желании другое количество приводных механизмов может быть соединено с головкой 20 посредством другой конструкции из валов и/или стержней. Например, при желании один приводной механизм может быть присоединен для обеспечения вращения обоих валов 32, 34 (например, посредством непоказанной зубчатой передачи). Электричество может быть подведено к приводным механизмам 30-34 от внешнего источника (например, созданной энергосети) 38.

[0018] Помимо функционирования в качестве места установки различных приводных механизмов, описанных выше, в некоторых вариантах осуществления контейнер 24 также может функционировать в качестве резервуара под давлением. Например, контейнер 24 может быть выполнен с возможностью приема или удерживания иным образом материала матрицы под давлением. Материал матрицы может включать в себя жидкую смолу любого типа (например, смолу, представляющую собой органическое соединение с нулевой летучестью), которая является отверждающейся. Иллюстративные смолы включают эпоксидные смолы, полиэфирные смолы, катионные эпоксидные смолы, акрилатные эпоксидные смолы, уретаны, сложные эфиры, термопласты, фотополимеры, полиэпоксиды и не только. В одном варианте осуществления давление материала матрицы внутри контейнера 24 может быть создано посредством внешнего устройства (например, экструдера или насоса другого типа) 40, которое соединено по текучей среде с контейнером 24 посредством соответствующего трубопровода 42. Однако в другом варианте осуществления давление может быть создано полностью внутри контейнера 24 посредством устройства аналогичного типа. В некоторых случаях может потребоваться удерживание материала матрицы внутри контейнера 24 охлажденным и/или в темноте для предотвращения преждевременного отверждения, в то время как в других случаях может потребоваться удерживание материала матрицы нагретым по тем же соображениям. В любой из двух ситуаций контейнер 24 может специально конфигурирован (например, выполнен с изоляцией, охлаждением и/или нагревом) для удовлетворения данных требований.

[0019] Материал матрицы, удерживаемый внутри контейнера 24, может быть использован для нанесения покрытия на любое количество отдельных волокон и образования - вместе с волокнами - стенки конструкции 14 из композиционного материала. В раскрытом варианте осуществления два отдельных источника 44, 46 для подачи волокон удерживаются внутри (например, на непоказанных отдельных внутренних бобинах) или волокна иным образом проходят через контейнер 24 (например, подаются с одной и той же или отдельных внешних бобин). В одном примере волокна из источников 44, 46 представляют собой волокна одинакового типа и имеют одинаковые диаметр и форму поперечного сечения (например, круглую, квадратную, плоскую и т.д.). Однако в других примерах волокна из источников 44, 46 представляют собой волокна разных типов, имеют разные диаметры и/или имеют разные формы поперечных сечений. Каждый из источников 44, 46 может включать в себя одну прядь волокна, жгут или пучок из нескольких прядей волокон или сплетенный элемент из прядей волокон. Пряди могут включать в себя, например, углеродные волокна, растительные волокна, древесные волокна, минеральные волокна, стекловолокна, металлические проволоки и т.д.

[0020] Волокна из источников 44, 46 могут быть покрыты материалом матрицы, удерживаемым в контейнере 24, когда волокна находятся внутри контейнера 24, во время прохождения волокон к головке 20 и/или во время выпуска волокон из головки 20 по желанию. Материал матрицы, сухие волокна из одного или обоих из источников 44, 46 и/или волокна, уже покрытые материалом матрицы, могут быть перемещены в головку 20 любым способом, очевидным для специалиста в данной области техники. В варианте осуществления по фиг.3 материал матрицы смешивают с волокнами из обоих источников 44, 46 (и в некоторых случаях с наполнителями, такими как рубленые волокна разной длины), и волокна, покрытые матрицей, направляют затем в головку 20 через открытую (-ые) внутреннюю (-ие) часть (-и) вала (-ов) 32 и/или 34. Однако предусмотрено, что при желании в альтернативном варианте специальные трубопроводы (непоказанные) могут быть использованы для этого. Материал матрицы может выдавливаться через вал (-ы) 32, 34 (и/или специальный (-е) трубопровод (-ы)) под действием давления в контейнере 24, и волокна могут перемещаться вместе с материалом матрицы. В качестве альтернативы или дополнения волокна (с покрытием или без покрытия) могут механически вытягиваться через валы 32 и/или 34, и в некоторых вариантах осуществления материал матрицы может вытягиваться вместе с волокнами. В раскрытом примере электричество также подводится к головке 20 посредством пустого (-ых) внутреннего (-их) пространства (пространств) вала (-ов) 32 и/или 34.

[0021] Головка 20 может включать в себя ряд цилиндрических компонентов, вставленных один в другой, которые служат для создания специфических рисунков переплетений в стенках конструкции 14 из волокон, покрытых матрицей и полученных из приводного устройства 18. Как видно на фиг.3 и 4, данные компоненты могут включать, среди прочего, корпус 48, одну или более направляющих для волокон (например, первую направляющую 50 для волокон и вторую направляющую 52 для волокон), отклонитель 54, один или более интенсификаторов отверждения (например, источник 56 УФ-излучения и/или излучатель 58 ультразвука) и отсекатель 60. Как будет разъяснено ниже более подробно, покрытые матрицей волокна из приводного устройства 18 могут проходить через первую и/или вторую направляющие 50, 52 для волокон, в которых волокнам может придаваться вращательное движение. Вращающиеся волокна, покрытые матрицей, затем могут проходить через кольцевой зазор 61 (показанный только на фиг.3) между отклонителем 54 и корпусом 48 вокруг выходной части 62 отклонителя 54, при этом отверждение смолы обеспечивается в направлении изнутри наружу посредством источника 56 УФ-излучения и/или излучателя 58 ультразвука.

[0022] Корпус 48 может быть по существу трубчатым и иметь открытый конец 64 (показанный только на фиг.4) и противоположный куполообразный конец 68. Внутренний диаметр корпуса 48 на открытом конце 64 может быть больше наружных диаметров направляющих 50, 52 для волокон, и внутренняя осевая длина корпуса 48 может быть больше осевых длин направляющих 50, 52 для волокон. При данной конструкции направляющие 50, 52 для волокон могут быть установлены, по меньшей мере частично, внутри корпуса 48. В раскрытом варианте осуществления обе направляющие 50, 52 для волокон расположены полностью внутри корпуса 48 так, что торцевая поверхность 69 корпуса 48 на открытом конце 64 проходит за соответствующие концы направляющих 50, 52 для волокон. Торцевая поверхность 69 корпуса 48 на открытом конце 64 может быть выпукло криволинейной для зеркального отображения имеющей соответствующую криволинейность, наружной поверхности отклонителя 54. На куполообразном конце 68 корпуса 48 может быть образовано центральное отверстие 70, позволяющее валу 32, валу 34 и стержню 36 проходить через него в аксиальном направлении. В некоторых вариантах осуществления уплотнение 72 (например, уплотнительное кольцо, показанное только на фиг.3) может быть расположено в отверстии 70 и вокруг вала 32 для предотвращения утечки жидкого материала матрицы из корпуса 48.

[0023] Направляющие 50 и 52 для волокон аналогично корпусу 48 также могут быть по существу трубчатыми и имеют открытый конец 74 и куполообразный конец 76, расположенный напротив открытого конца 74. Внутренний диаметр направляющей 50 для волокон на открытом конце 74 может быть больше наружного диаметра направляющей 52 для волокон на куполообразном конце 76, и внутренняя осевая длина направляющей 50 для волокон может быть больше наружной осевой длины направляющей 52 для волокон. При данной конструкции направляющая 52 для волокон может быть вставлена, по меньшей мере частично, внутрь направляющей 50 для волокон. В раскрытом варианте осуществления направляющая 52 для волокон полностью размещается внутри направляющей 50 для волокон так, что торцевая поверхность 78 направляющей 50 для волокон на открытом конце 74 проходит в аксиальном направлении за торцевой поверхностью 80 направляющей 52 для волокон. Торцевые поверхности 78 и 80 направляющих 50, 52 для волокон могут быть выпукло криволинейными для зеркального отображения имеющей соответствующую криволинейность, наружной поверхности отклонителя 54.

[0024] Каждая из направляющих 50 и 52 для волокон может иметь кольцевую боковую стенку 82, которая проходит от открытого конца 74 до куполообразного конца 76. В раскрытом примере толщина каждой боковой стенки 82 может быть приблизительно одинаковой (например, в пределах проектных допусков). Однако предусмотрено, что при желании каждая боковая стенка 82 может иметь разную толщину. Толщина боковых стенок 82 может быть достаточной для размещения внутри любого числа аксиально ориентированных каналов 84. Каналы 84 могут проходить от соответствующей торцевой поверхности (например, торцевой поверхности 78 или 80) до конца через куполообразный конец 76. Каждый канал 84, образованный в направляющей 50 для волокон, может быть выполнен с возможностью приема одного или более волокон из одного из источников 44, 46, в то время как каждый канал 84, образованный в направляющей 52 для волокон, может быть выполнен с возможностью приема одного или более волокон из другого из источников 44, 46. Предусмотрено, что при желании одинаковое или разное число каналов 84 может быть образовано в каждой из направляющих 50 и 52 для волокон и/или что каналы 84 могут иметь одинаковые или разные диаметры. В раскрытом варианте осуществления двадцать четыре канала 84, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и имеющих по существу идентичные диаметры, образованы в каждой из направляющих 50, 52 для волокон. Поскольку кольцевая стенка 82 направляющей 52 для волокон может иметь меньший диаметр, чем кольцевая стенка 82 направляющей 50 для волокон, одинаковое расстояние между каналами 84 в направляющей 52 для волокон может отличаться от соответствующего одинакового расстояния между каналами 84 в направляющей 50 для волокон. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления каналы в одной или обеих направляющих 50, 52 для волокон могут быть распределены при неодинаковом расстоянии между ними. Поскольку направляющая 52 для волокон может полностью размещаться внутри направляющей 50 для волокон, волокна, проходящие через направляющую 50 для волокон, могут по существу перекрываться с волокнами, проходящими через направляющую 52 для волокон, во время изготовления конструкции 14.

[0025] Каждая из направляющих 50, 52 для волокон может избирательно приводиться во вращение или удерживаться неподвижно во время изготовления конструкции 14 так, что волокна, проходящие через каждую направляющую, совместно создают специфические рисунки переплетений (например, спиральные рисунки, «осциллирующие» рисунки, прямые и параллельные рисунки или комбинированные рисунки). Направляющая 50 для волокон может приводиться во вращение посредством вала 32, в то время как направляющая 52 для волокон может приводиться во вращение посредством вала 34. Вал 32 может быть соединен с куполообразным концом 76 и/или с внутренней поверхностью направляющей 50 для волокон. Вал 34 может проходить через отверстие 86 на куполообразном конце 76 направляющей 50 для волокон с зазором для входа в контактное взаимодействие с куполообразным концом 76 и/или внутренней поверхностью направляющей 52 для волокон. Как будет описано ниже более подробно, вращения направляющих 50, 52 для волокон друг относительно друга могут повлиять на получающиеся в результате рисунки переплетений в конструкции 14. В частности, вращения направляющих 50, 52 для волокон могут выполняться в одном направлении, в направлениях, противоположных друг другу, могут быть непрерывными, прерывистыми, колебательными, иметь меньшие или большие диапазоны колебаний, могут выполняться при более низких или более высоких скоростях и т.д. для получения специфических и/или динамично изменяющихся рисунков переплетений, имеющих заданные свойства. Кроме того, вращения направляющих 50, 52 для волокон могут быть скоординированы с перемещениями опоры 16, с перемещениями отклонителя 54, с осевым расстоянием при экструзии и/или скоростью экструзии, и/или с известной геометрией конструкции 14 (например, концевыми точками, соединительными точками, тройниками, изменениями диаметров, стыками, поворотами, зонами высокого давления и/или высоких температур и т.д.).

[0026] Отклонитель 54 может быть по существу колоколообразным и иметь куполообразный конец 88, расположенный напротив выходной части 62. Куполообразный конец 88 может иметь меньший диаметр, чем выходная часть 62, и может быть выполнен с возможностью размещения, по меньшей мере частично, внутри направляющей 52 для волокон. Выходная часть 62 может расширяться в виде раструба в радиальном направлении наружу от куполообразного конца 88 и иметь наружный диаметр, который больше наружного диаметра направляющей 52 для волокон. В одном варианте осуществления наружный диаметр выходной части 62 может быть приблизительно таким же, как наружный диаметр корпуса 48. Отклонитель 54 благодаря его контуру, расходящемуся раструбом наружу, может служить для отклонения волокон, выходящих из каналов 84 обеих направляющих 50, 52 для волокон, в радиальном направлении наружу. Таким образом, получающийся в результате, внутренний диаметр конструкции 14 может определяться наружным диаметром отклонителя 54. Кроме того, отклонитель 54 может отклонять волокна к торцевой поверхности 69 корпуса 48, посредством чего волокна будут размещаться в пределах зазора 61 (см. фиг.3). Соответственно, отклоняющая функция отклонителя 54 помимо задания внутреннего диаметра конструкции 14 может также обеспечивать задание толщины стенок конструкции 14. Несмотря на то, что отклонитель 54 был описан как имеющий по существу колоколообразную форму, предусмотрено, что при желании в альтернативном варианте отклонитель 54 может быть конусообразным.

[0027] В одном варианте осуществления отклонитель 54 может быть выполнен с возможностью перемещения для избирательного регулирования толщины стенок конструкции 14. В частности, стержень 36 может проходить через отверстия 86 направляющих 50, 52 для волокон с зазором для входа в контактное взаимодействие с куполообразным концом 76 отклонителя 54. При таком соединении аксиальное поступательное перемещение стержня 36, обеспечиваемое приводным механизмом 30 (см. фиг.3), может приводить к изменяющейся ширине зазора 61 и соответствующей толщине стенок конструкции 14. Соответственно, более толстые стенки конструкции 14 могут быть изготовлены при толкании отклонителя 54 в сторону от корпуса 48 и более тонкие стенки могут быть изготовлены при втягивании отклонителя 54 ближе к корпусу 48.

[0028] Предусмотрено, что определенные элементы в пределах стенок конструкции 14 могут быть образованы посредством быстрого изменения ширины зазора 61 (например, посредством быстрого втягивания отклонителя 54 внутрь и быстрого толкания отклонителя 54 обратно наружу). Например, гребнеобразные выступы (см. фиг.8), фланцы (см. фиг.7), гибкие участки и другие элементы могут быть созданы посредством регулирования скорости, продолжительности и/или расстояния при движениях втягивания/толкания.

[0029] Источник 56 УФ-излучения может быть выполнен с возможностью непрерывного подвергания внутренней поверхности конструкции 14 воздействию электромагнитного излучения во время формирования конструкции 14. Электромагнитное излучение может увеличивать скорость химической реакции, происходящей в материале матрицы, выходящем через зазор 61, что способствует уменьшению времени, необходимого для отверждения материала матрицы. В раскрытом варианте осуществления источник 56 УФ-излучения может быть смонтирован внутри выходной части 62 отклонителя 54 по существу с выравниванием относительно оси 37 и ориентирован для направления излучения в сторону от отклонителя 54. Источник 56 УФ-излучения может включать в себя множество светодиодов (например, 6 разных светодиодов), которые равномерно распределены вокруг оси 37. Однако предусмотрено, что любое число светодиодов или других источников электромагнитного излучения может быть использовано в альтернативном варианте для раскрытых целей. Электропитание источника 56 УФ-излучения может осуществляться посредством электрического провода 90, который проходит от источника 38 (см. фиг.3) через валы 32, 34 и стержень 36. В некоторых вариантах осуществления сам стержень 36 может служить в качестве электрического провода 90. Количество электромагнитного излучения может быть достаточным для отверждения материала матрицы до того, как конструкция 14 увеличится в аксиальном направлении до величины, превышающей заданную длину от выходной части 62. В одном варианте осуществления конструкция 14 полностью отверждается до того, как осевая длина увеличения станет равной наружному диаметру конструкции 14.

[0030] Излучатель 58 ультразвука может быть использован вместо источника 56 УФ-излучения или в дополнение к нему для увеличения скорости отверждения материала матрицы в конструкции 14. Например, излучатель 58 ультразвука может быть смонтирован непосредственно внутри выходной части 62 отклонителя 54 или в альтернативном варианте прикреплен к дистальному концу (например, внутри соответствующего углубления на дистальном конце) источника 56 УФ-излучения. Излучатель 58 ультразвука может быть использован для подвода ультразвуковой энергии к молекулам в материале матрицы, что вызывает колебание молекул Колебания могут вызывать образование пузырьков в материале матрицы, которые вызывают кавитацию при высоких температурах и давлениях и обеспечивают более быстрое отверждение материала матрицы, чем было бы возможно в ином случае. Электропитание излучателя 58 ультразвука может осуществляться так же, как электропитание источника 56 УФ-излучения, и он также служит для отверждения конструкции 14 в направлении изнутри наружу. Предусмотрено, что при желании помимо источника 56 УФ-излучения и/или излучателя 58 ультразвука или вместо них один или более дополнительных интенсификаторов отверждения (непоказанных) могут быть размещены для содействия ускорению отверждения конструкции 14 в направлении снаружи внутрь.

[0031] Отсекатель 60 может быть использован для избирательного завершения формирования или фиксации иным образом длины конструкции 14 во время ее изготовления. Как показано на фиг.3 и 4, отсекатель 60 может быть по существу кольцеобразным и может быть прикреплен с возможностью перемещения к наружной поверхности корпуса 48. Отсекатель 60 может иметь заостренную кромку 92, которая выполнена с возможностью смещения вдоль оси 37 до тех пор, пока она не войдет в контакт с волокнами, покрытыми матрицей и выходящими через зазор 61. При этом дальнейшее смещение в том же направлении может служить для разрезания волокон у выходной части 62, посредством чего фиксируется длина конструкции 14. Следует отметить, что данное разрезание может происходить только тогда, когда материал матрицы еще не отвержден, так что усилие, необходимое для проталкивания кромки 92 через волокна конструкции 14, может быть меньшим, и поверхность, получаемая при отрезке, может иметь более низкую степень шероховатости.

[0032] Осевое перемещение отсекателя 60 может быть обеспечено посредством специального приводного механизма 93 (см. фиг.3). При желании приводной механизм 93 может быть прикреплен к корпусу 48 и может быть выполнен в виде привода линейного перемещения (например, гидравлического поршня или соленоида) или привода вращательного движения (например, двигателя, который контактно взаимодействует с наружной резьбой на корпусе 48). Приводной механизм 93 может получать электропитание от источника 38 посредством внешних проводов.

[0033] В некоторых вариантах осуществления перемещение отсекателя 60 может быть скоординировано с перемещением отклонителя 54 во время разрезания волокон конструкции 14. Например, непосредственно перед аксиальным перемещением или во время аксиального перемещения режущей кромки 92 по направлению к волокнам конструкции 14 отклонитель 54 может быть втянут внутрь по направлению к корпусу 48 посредством стержня 36 и приводного механизма 30. При втягивании отклонителя 54 внутрь толщина стенок конструкции 14 может быть уменьшена, и посредством этого разрезание облегчается. Кроме того, при втягивании отклонителя 54 внутрь большее зажимное усилие может быть приложено к волокнам, посредством чего уменьшаются срезающее усилие и/или перемещение режущей кромки 92.

[0034] Даже несмотря на то, что покрытые матрицей волокна конструкции 14 могут быстро отверждаться после выпуска через зазор 61, скорость этого отверждения может быть недостаточной для некоторых применений. Например, при изготовлении конструкции 14 под водой, в космосе или в другой неблагоприятной среде с неидеальными (например, неблагоприятными или экстремальными) температурами, неидеальными давлениями и/или большим загрязнением покрытые матрицей волокна должны быть защищены от воздействия окружающей среды до завершения отверждения для гарантирования заданных прочностных характеристик. По этой причине может быть предусмотрен кожух 94, который может быть избирательно присоединен к дистальному концу головки 20. Иллюстративный кожух 94 показан на фиг.5 как включающий в себя трубу 96 и/или гибкую соединительную муфту 98. Труба 96 может быть избирательно присоединена сама по себе к дистальному концу головки 20, соединительная муфта 98 может быть избирательно присоединена сама по себе к дистальному концу головки 20, или при желании труба 96 может быть избирательно присоединена к дистальному концу головки 20 посредством соединительной муфты 98. Кожух 94 может обеспечить более контролируемую окружающую среду для конструкции 14, обеспечивающую возможность отверждения матрицы в ней до заданной степени перед экструзией конструкции 14 в аксиальном направлении наружу за конец кожуха 94. В некоторых вариантах осуществления кожух 94 может находиться под давлением посредством инертного газа, под давлением посредством газа, который увеличивает скорость отверждения матрицы, и/или давление в нем может быть снижено для более полного регулирования среды, окружающей конструкцию 14 во время изготовления. Труба 96 может быть использована сама по себе (то есть без соединительной муфты 98), когда ось 22 конструкции 14 является в основном прямолинейной, в то время как соединительная муфта 98 может быть использована сама по себе или вместе с трубой 96, когда ось 22 является пространственной. Соединительная муфта 98 может обеспечить возможность изгибания и искривления конструкции 14 относительно оси 37 (см. фиг.3).

[0035] Система 10 может быть выполнена с возможностью получения множества разных рисунков переплетений в стенках конструкции 14. Фиг.6-9 иллюстрируют приведенные в качестве примера конструкции 14, которые можно будет изготовить посредством системы 10. Фиг.10-18 показывают иллюстративные примеры рисунков переплетений, которые могут быть использованы для образования конструкции 14. Фиг.6-18 будут рассмотрены более подробно в нижеприведенном разделе для дополнительной иллюстрации раскрываемых идей.

[0036] Фиг.19 и 20 иллюстрируют другой приведенный в качестве примера вариант осуществления головки 20, которая может быть использована для изготовления конструкции 14. Аналогично варианту осуществления по фиг.3, головка 20 по фиг.19 и 20 может включать в себя валы 32, 34 (исключенные из фиг.19 и 20 для ясности и показанные на фиг.3), стержень 36 (исключенный из фиг.19 и 20 для ясности и показанный на фиг.3), одну или более направляющих 50, 52 для волокон, отклонитель 54, источник 56 УФ-излучения и/или излучатель 58 ультразвука, расположенный внутри корпуса 48. В некоторых вариантах осуществления головка 20 по фиг.19 и 20 может также включать в себя кожух 94, присоединенный на первом конце к корпусу 48 и контактно взаимодействующий на противоположном втором конце с наружной поверхностью конструкции 14. Однако в отличие от варианта осуществления по фиг.3 головка 20 по фиг.19 и 20 может включать в себя дополнительные компоненты, которые взаимодействуют для заполнения конструкции 14 другим материалом 140 во время формирования конструкции 14. Материал 140 может включать, например, изоляционный материал, защитную оболочку, жесткую опору, жидкую матрицу, матрицу, армированную частицами, вспененный материал, газ под давлением, цемент или другой наполнитель, известный в данной области техники.

[0037] Компоненты головки 20, которые взаимодействуют для заполнения конструкции 14 материалом 140, могут включать, среди прочего, полую трубку 142, проходящую от корпуса 48 (например, через направляющую 50 для волокон, направляющую 52 для волокон и отклонитель 54) вдоль центральной оси конструкции 14 до второго конца кожуха 94, и сопло 144, функционально соединенное с дистальным концом трубки 142. Трубка 142 может быть жесткой или гибкой, и материал 140 может подаваться в нее на ее первом конце, например, посредством внутреннего канала подачи, который расположен внутри валов 32, 34 и стержня 36. Сопло 144 может быть выполнено с возможностью выпуска (например, распыления) материала 140 в аксиальном направлении и/или в радиальном направлении наружу в расположенном впереди по ходу месте так, что материал 140 будет заполнять конструкцию 14 и/или прилипать к внутренним стенкам конструкции 14.

[0038] В варианте осуществления по фиг.19 и 20 трубка 142 образует одно целое с головкой 20, так что головка 20 может всегда обеспечить возможность заполнения конструкции 14 материалом 140. Однако предусмотрено, что при желании трубка 142 может быть присоединена к головке 20 с возможностью отсоединения. Аналогичным образом, сопло 144 может быть присоединено к трубке 142 постоянно или с возможностью замены, так что могут быть использованы разные материалы 140 и/или характеристики наполнения.

[0039] Сопло 144 в иллюстративном варианте осуществления по фиг.19 и 20 выполнено с возможностью нанесения внутреннего кольцеобразного слоя или пленки из материала 140 на внутренние поверхности конструкции 14. В частности, сопло 144 может включать в себя дискообразный корпус 146, имеющий множество отверстий 148 (например, отверстий квадратной, круглой, овальной, треугольной или другой многоугольной формы), расположенных на всей периферии корпуса 146, радиальный отклонитель 150, расположенный по существу в центре корпуса 146 и множество радиально ориентированных внутренних каналов 152, которые проходят от отклонителя 150 к отверстиям 148. При данной конфигурации материал 140, проходящий вперед в аксиальном направлении из трубки 142, может сталкиваться с отклонителем 150 и выталкиваться в радиальном направлении наружу по каналам 152 и через отверстия 148 для контакта с внутренними поверхностями конструкции 14. Материал 140 может иметь консистенцию, которая позволяет ему прилипать к внутренним поверхностям, по меньшей мере, достаточно длительно для обеспечения отверждения материала 140. В некоторых случаях материал 140, выходящий из отверстий 148, может течь при выпуске через отверстия 148 и перед отверждением, так что материал 140 из каждого отверстия 148 соединяется с материалом 140 из соседних отверстий 148 для формирования непрерывной кольцеобразной пленки. Однако в других вариантах осуществления материал 140 может не иметь существенной текучести после выпуска и перед отверждением, так что отдельные аксиальные гребнеобразные выступы из материала 140 осаждаются и отверждаются.

[0040] Как описано выше, головка 20 по фиг.19 и 20 может включать в себя источники 56 УФ-излучения и/или излучатель 58 ультразвука. Данные компоненты помимо содействия отверждению конструкции 14 так, как уже описано выше, могут также содействовать отверждению материала 140. В частности, первый источник 56 или комплект источников 56 УФ-излучения может быть расположен вокруг первого конца трубки 142 (аналогично варианту осуществления по фиг.3) и выполнен с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы конструкции 14, в то время как второй источник 56 или комплект источников 56 УФ-излучения может быть прикреплен к наружной торцевой поверхности сопла 144 и выполнен с возможностью обеспечения отверждения материала 140 во время выпуска через отверстия 148. В некоторых случаях излучатель 58 ультразвука также может быть прикреплен к открытой торцевой поверхности сопла 144, например, в центре второго комплекта источников 56 УФ-излучения.

[0041] В некоторых вариантах осуществления внутренний кожух 151 может быть присоединен к трубке 142 и/или соплу 144 (например, непосредственно или непрямым образом посредством дополнительных компонентов) и расположен внутри кожуха 94. Внутренний кожух 151 может способствовать герметизации пространств вокруг трубки 142 и/или сопла 144 для дополнительной изоляции конструкции 14 от экстремальных условий окружающей среды в то время, когда жидкая матрица конструкции 14 может быть еще недостаточно отвердевшей. Внутренний кожух 151 может быть выполнен в виде перегородки, которая сужается в радиальном направлении внутрь от внутренней торцевой поверхности сопла 144 для входа в контакт с наружной кольцевой поверхностью трубки 142 и проходит в аксиальном направлении от внутренней торцевой поверхности сопла 144 до первого конца трубки 142. Предусмотрено, что при желании внутренний кожух 151 может быть исключен.

[0042] Предусмотрено, что наружная периферия сопла 144 может контактно взаимодействовать с внутренней кольцевой поверхностью конструкции 14 или может заканчиваться, не доходя до данной внутренней кольцевой поверхности, если это желательно. Когда периферия сопла 144 контактно взаимодействует с внутренней кольцевой поверхностью конструкции 14, сопло 144 может служить в качестве направляющей в некоторых случаях. То есть, в этих случаях конструкция 14 может сдвигаться поверх сопла 144 в то время, когда конструкция 14 еще не полностью отверждена. Когда это происходит, сопло 144 может фактически способствовать приданию определенной формы конструкции 14. Например, сопло 144 может быть по существу круглым и может содействовать поддержанию круглой формы поперечного сечения конструкции 14 в тот момент, когда в противном случае могла бы иметь место тенденция к провисанию конструкции 14. В альтернативном варианте сопло 144 может иметь прямоугольную, овальную, треугольную или другую многоугольную форму и/или иметь размер, который, как правило, больше или меньше размера отклонителя 54. Таким образом, сопло 144 может быть использовано для коррекции формы конструкции 14 по отношению к той, с которой конструкция была исходно экструдирована поверх отклонителя 54.

[0043] Также предусмотрено, что сопло 144 может быть избирательно перемещено во время экструзии конструкции 14 для изменения и/или получения специфических характеристик конструкции 14. Например, трубка 142 может быть приведена в движение (например, посредством приводного механизма, расположенного в приводном устройстве 18 и подобного приводным механизмам 26, 28 и/или 30, см. фиг.3) для изгибания, вращения и/или поступательного перемещения так, что материал 140 будет осаждаться внутри конструкции 14 в виде спиралеобразных конфигураций и/или в виде гребнеобразных выступов, фланцев/буртиков, гибких участков и других элементов.

[0044] В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг.21 и 22, трубка 142 и сопло 144 имеют другую конфигурацию крепления. В частности, трубка 142 и сопло 144 могут не иметь постоянного соединения с головкой 20 (не показано). Вместо этого, трубка 142, сопло 144 и кожух 94 могут совместно образовывать приспособление 154, которое может быть присоединено к головке 20 с возможностью отсоединения подобно тому, как объектив камеры может быть присоединен к корпусу камеры. Таким образом, любое количество различных приспособлений 154 (например, приспособлений, имеющих трубки 142 с разной длиной, разные формы сопел и т.д.) может быть использовано взаимозаменяемым образом вместе с головкой 20 для получения множества самых разных конструкций 14. Первый конец трубки 142 может вставляться в соответствующее гнездо головки 20 (например, гнездо, образованное на закрытом конце корпуса 48). Резьбовое соединение, обжимная муфта или другой вид соединения могут быть использованы для фиксации трубки 142 внутри гнезда. После этого базовый конец кожуха 94 может быть просто надвинут поверх наружной кольцевой поверхности корпуса 48.

[0045] Сопло 144 показано на фиг.21 и 22 с формой, отличающейся от формы сопла 144 на фиг.19 и 20. В частности, в варианте осуществления по фиг.21 и 22 сопло 144 имеет меньший диаметр и одно центральное отверстие 148. Данная конфигурация может быть использована для полного заполнения конструкции 14 материалом 140 или просто для напыления покрытия из материала 140 на внутренние поверхности конструкции 14.

[0046] Поскольку сопло 144 по фиг.21 и 22 может не проходить в радиальном направлении наружу для контактного взаимодействия с внутренней кольцевой поверхностью конструкции 14 или близкого приближения к ней, может быть обеспечена возможность некоторого радиального перемещения сопла 144 внутри конструкции во время изменений траектории конструкции 14. В то время как данное радиальное перемещение может быть приемлемым в некоторых ситуациях, оно может быть нежелательным в других ситуациях, поскольку оно может привести к неравномерному заполнению конструкции 14 или образованию неоднородного покрытия на ней. По этой причине предусмотрено, что в некоторых ситуациях может быть использовано средство центрирования сопла 144 внутри конструкции 14. В одном примере внутренний кожух 151 может служить в качестве центрирующего устройства. В другом примере один или более магнитов 156 могут быть расположены в пределах дистального конца кожуха 94 и выполнены с возможностью создания магнитного поля, которое взаимодействует с соплом 144 для смещения сопла 144 по существу к центру конструкции 14. При желании другие устройства могут быть использованы в качестве дополнения или альтернативы для центрирования сопла 144 или его размещения иным образом внутри конструкции 14.

Промышленная применимость

[0047] Раскрытые системы могут быть использованы для непрерывного изготовления конструкций, образованных из композиционных материалов и имеющих любые заданные форму поперечного сечения и длину. Конструкции из композиционных материалов могут включать в себя любое число разных волокон одинакового или разных типов и одинакового или разных диаметров. Кроме того, рисунки переплетений, используемые для образования конструкций из композиционных материалов, могут быть динамически изменены во время изготовления конструкций. Далее будет подробно описана работа системы 10.

[0048] В начале процесса изготовления информация, относящаяся к заданной полой конструкции 14, может быть загружена в систему 10 (например, в управляющее устройство, отвечающее за регулирование функционирования опоры 16, приводных механизмов 26-28 и/или экструдера 40). Данная информация может включать, среди прочего, размеры (например, диаметр, толщину стенок, длину и т.д.), контур (например, траекторию оси 22), поверхностные элементы (например, размер, местоположение, толщину, длину гребнеобразных выступов; размер, местоположение толщину, длину фланцев/буртиков и т.д.), геометрические характеристики соединений (например, местоположения и размеры соединений, тройников, стыков и т.д.), заданные рисунки переплетений и места перехода от одного переплетения к другому. Следует отметить, что при желании данная информация в качестве альтернативы или дополнения может загружаться в систему 10 в разные моменты времени и/или непрерывно во время процесса изготовления. На основе информации о компонентах одно или более разных волокон и/или одна или более разных смол могут быть избирательно загружены в систему 10. Загрузка волокна (волокон) может включать заправку волокна (волокон) через валы 32, 34, по каналам 84 в направляющих 50, 52 и через зазор 61. В некоторых вариантах осуществления может также потребоваться соединение волокна (волокон) с тянульной машиной (непоказанной) и/или с крепежным приспособлением (непоказанным). Загрузка материала матрицы может включать заполнение контейнера 24 и/или подсоединение экструдера 40 к контейнеру 24. В некоторых вариантах осуществления в зависимости от собранной информации о компонентах отклонители, имеющие бóльшие или меньшие диаметры, и направляющие для волокон с любым количеством разных конфигураций могут быть избирательно использованы вместе с головкой 20.

[0049] После этого информация о компонентах может быть использована для управления работой системы 10. Например, волокна могут протягиваться и/или проталкиваться вместе с материалом матрицы из головки 20 с заданной скоростью одновременно с обеспечением вращения направляющих 50, 52 для волокон посредством приводного устройства 18. Во время этого вращения может быть также обеспечено перемещение отклонителя 54 внутрь или наружу, и любые имеющиеся интенсификаторы отверждения (например, источник 56 УФ-излучения и/или излучатель 58 ультразвука) могут быть приведены в действие для отверждения материала матрицы. Опора 16 также может обеспечить избирательное перемещение головки 20 заданным образом так, чтобы ось 22 получающейся в результате, полой конструкции 14 «следовала» вдоль заданной траектории. После того как конструкция 14 увеличится до заданной длины, отсекатель 60 может быть использован для отрезки конструкции 14 от системы 10 вышеописанным способом.

[0050] Фиг.6 иллюстрирует один пример конструкции 14, которая может быть получена посредством системы 10. Как можно видеть на данной фигуре, ось 22 конструкции 14 может поступательно перемещаться и/или поворачиваться (например, посредством соответствующих перемещений головки 20) в любом направлении во время увеличения конструкции 14 в продольном направлении для получения сложной геометрии. Кроме того, рисунок переплетения в конструкции 14 может быть скоординирован с изменяющейся геометрией. В примере по фиг.6 было создано колено, имеющее множество рисунков переплетений, которые переходят от одного к другому в угловой секции 100. В частности, волокна, проходящие через одну из направляющих 50 или 52, имеют «осциллирующую» конфигурацию на противоположных концах угловой секции 100, но выпрямлены (то есть выровнены относительно оси 22) внутри угловой секции 100. В то же время волокна, проходящие через другую из направляющих 50 или 52, остаются прямолинейными на всей длине конструкции 14. Кроме того, частота осцилляции волокон может варьироваться. В частности, «осциллирующие» волокна могут осциллировать с меньшей частотой для секции 102 и затем с более высокой частотой для секции 104. Данная конфигурация с изменением частоты может быть повторяющейся в некоторых применениях.

[0051] Предусмотрено, что рисунок переплетения, используемый в любом конкретном месте вдоль длины конструкции 14, может быть выбран для обеспечения заданных характеристик в соответствующем месте. Например, «осциллирующие» рисунки могут быть эффективно использованы в случаях, когда небольшое смещение и/или изгибание конструкции 14 желательно и/или ожидается на малых и больших расстояниях. Один случай применения, в котором «осциллирующие» рисунки могут быть полезными, может включать создание газопровода в арктической тундре, проходящего непрерывно на многих милях. В данном применении замораживание и протаивание тундровой почвы может вызвать нежелательные перемещения трубопровода, адаптация к которым должна быть обеспечена для избежания растрескивания трубопровода. Адаптация к перемещениям может быть обеспечена посредством «осциллирующего» рисунка переплетения. «Осциллирующий» рисунок переплетения может также обеспечить повышение ударопрочности конструкции 14 и/или ее сопротивления абразивному износу. Волокна в секции 100 могут все быть параллельными для получения другой характеристики в пределах конструкции 14. Например, параллельные волокна могут обеспечить высокую прочность при статической нагрузке, когда задано или ожидается незначительное изгибание или отсутствие изгибания.

[0052] Фиг.7 иллюстрирует другой пример конструкции 14, которая может быть получена посредством системы 10. Как можно видеть на данной фигуре, соединительная муфта 106 используется для завершающем конце конструкции 14 для соединения конструкции 14 с другим устройством (непоказанным) или для перекрытия конца конструкции 14 иным образом. Использование соединительной муфты 106 может потребовать других характеристик (например, большей прочности или жесткости) стенок конструкции 14, и поэтому рисунок переплетения и/или толщина конструкции 14 могут быть изменены соответствующим образом в месте соединения. Например, рисунок переплетения может стать более плотным в данном месте и/или толщина стенок может быть увеличена. Рисунок переплетения может стать более плотным за счет увеличения частоты осцилляций для заданной скорости увеличения/роста в аксиальном направлении (то есть для заданной скорости экструзии) и/или посредством увеличения размаха осцилляций. Толщина стенок может быть увеличена в данном месте за счет обеспечения толкания отклонителя 54 дальше от корпуса 48, чтобы зазор 61 стал больше.

[0053] Фиг.8 иллюстрирует еще один пример конструкции 14, которая может быть получена посредством системы 10. Как можно видеть на данной фигуре, геометрия конструкции 14 изменяется (например, конструкция 14 сужается) в месте 108 перехода и в месте 110 концевого участка. Данные изменения геометрии могут предусматривать соответствующие изменения в рисунке переплетения и/или в наружном профиле конструкции 14. Например, рисунок переплетения в месте 108 перехода может измениться от «осциллирующих» и параллельных волокон до только параллельных волокон (или в альтернативном варианте до только «осциллирующих» волокон). Кроме того, гребнеобразные выступы 112 могут быть сформированы в месте 110 концевого участка посредством быстрых перемещений отклонителя 54 внутрь/наружу. Параллельные волокна могут обеспечить повышение жесткости в месте 108 перехода, в то время как гребнеобразные выступы 112 могут облегчить соединение с другой конструкцией.

[0054] Фиг.9 иллюстрирует завершающий пример конструкции 14, которая может быть получена посредством системы 10. Как можно видеть на данной фигуре, геометрия конструкции 14 необязательно изменяется. Однако изменения в рисунке переплетения в конструкции 14 могут, тем не менее, быть разными для целей, специфических для конкретного применения. В частности, особая часть 114 конструкции 14 может иметь характеристики, отличающиеся от других частей 116 той же конструкции, даже несмотря на то, что все части имеют по существу одинаковую геометрию. Например, в части 114 может потребоваться более высокая стойкость к воздействию температуры и/или давления, может потребоваться большее сопротивление абразивному износу и/или может потребоваться бóльшая гибкость и/или жесткость. Эти характеристики могут быть обеспечены посредством изменения рисунков переплетений. В раскрытом примере рисунок переплетения в части 114 включает параллельные волокна только на одном участке (например, на одной половине) и имеет плотность «осциллирующих» волокон на остальных участках, которая отличается от плотности волокон в частях 116.

[0055] Фиг.10-18 иллюстрируют приведенные в качестве примера рисунки переплетений, которые могут быть использованы в любом месте в любой конструкции 14 независимо от того, имеет ли конструкция 14 изменяющиеся геометрию или требования к характеристикам. На фиг.10 в рисунке 118 используются спиральные волокна 120 из направляющей 50 и спиральные волокна 122 из направляющей 52. В верхней части рисунка 118 волокна 120 могут одинаковым образом перемежаться с волокнами 122 и могут представлять собой идентичные волокна или волокна с разными диаметрами, формами и/или размерами так, как желательно. Однако приблизительно в середине рисунка 118 волокна могут переходить к другому переплетению, в котором два волокна 122 находятся непосредственно рядом друг с другом. Данный новый рисунок может быть получен, например, посредством увеличения частоты вращения направляющей 52 так, чтобы она в два раза превышала частоту вращения направляющей 50.

[0056] На фиг.11 создан рисунок 124, в котором имеется переход от обоих волокон 120, 122, образующих спирали в первом направлении, к одному из волокон 120, 122, образующему спираль в другом направлении. Аналогичный рисунок 126 показан на фиг.12, но вместо изменения направления спирали одного из волокон 120, 122 на другое направление, оба волокна 120, 122 «переходят» к противоположному направлению. Еще один аналогичный рисунок 128 показан на фиг.13, но вместо изменения направления спирали только одного из волокон 120, 122 на другое направление, одно из волокон 120, 122 переходит к осцилляции, а не к перемещению по спирали.

[0057] На фиг.14 создан рисунок 130, который включает оба волокна 120 и 122, «осциллирующие» относительно синхронизированно. Оба «осциллирующих» волокна осциллируют приблизительно с одинаковой частотой и с одинаковым размахом. Фиг.15 показывает рисунок 132, в котором волокна 120 и 122 «осциллируют» в противофазе с использованием по существу одинаковых частоты и размаха. Однако одно из волокон 120, 122 приблизительно в середине длины рисунка 132 переходит к «осцилляции» с другой частотой и/или с другим размахом. На фиг.16 показан рисунок 134 с волокнами 120 и 122, «осциллирующими» в противофазе с использованием по существу одинаковых частоты и размаха. Однако положения одного или обоих из волокон 120, 122 в радиальном направлении приблизительно в середине длины рисунка 134 могут сместиться, так что волокна вместо перекрывающихся становятся соседними друг с другом.

[0058] В рисунке 136 по фиг.17 одно из волокон 120, 122 показано как прямое и по существу выровненное относительно оси 22 (см. фиг.1 и 2), в то время как другое из волокон 120, 122 вначале в верхней половине рисунка 120 проходит по спирали. Спиральное волокно 120 или 122 затем переходит к «осцилляции» в нижней половине рисунка 136. В рисунке 138 по фиг.18 все волокна 120, 122 являются прямыми и выровнены относительно оси 22 и одинаковым образом перемежаются друг с другом.

[0059] Независимо от конкретного рисунка из волокон 120, 122, включенных в конструкцию 14, выходящую из головки 20, трубка 142 и сопло 144 могут быть использованы для, по меньшей мере частичного, заполнения конструкции 14 материалом 140. Например, кольцеобразный слой из материала 140, имеющего заданную толщину, одна или более прямых или спиральных канавок, тонкое покрытие или полная сердцевина из материала 140 могут быть осаждены и отверждены внутри конструкции 14. Кроме того, гребнеобразные выступы, фланцы/буртики, гибкие участки и другие аналогичные элементы могут быть созданы и/или увеличены посредством материала 140.

[0060] Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что могут быть выполнены различные модификации и изменения раскрытых системы, конструкции и рисунков переплетений. Другие варианты осуществления будут очевидными для специалистов в данной области техники на основе рассмотрения описания и реализации раскрытой системы на практике. Предусмотрено, что описание и примеры должны рассматриваться только как иллюстративные, при этом истинный объем определяется нижеприведенными пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.

1. Головка для производственной системы, содержащая:

корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска;

сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию;

трубку, проходящую от корпуса к соплу;

наружный кожух, проходящий поверх сопла в месте, находящемся снаружи трубчатой конструкции; и

внутренний кожух, проходящий поверх трубки и внутри трубчатой конструкции.

2. Головка для производственной системы, содержащая:

корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска;

сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию;

трубку, проходящую от корпуса к соплу; и

наружный кожух, проходящий поверх сопла в месте, находящемся снаружи трубчатой конструкции,

при этом наружный кожух, сопло и трубка вместе образуют сменное приспособление, которое собрано отдельно и выполнено с возможностью присоединения к корпусу.

3. Головка для производственной системы, содержащая:

корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска;

сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию; и

трубку, проходящую от корпуса к соплу,

причем сопло является дискообразным и включает в себя множество отверстий, расположенных на периферии, и при этом отверстия упомянутого множества отверстий выполнены с возможностью выпуска наполнителя по направлению к внутренней стенке трубчатой конструкции.

4. Головка по п.3, дополнительно включающая в себя:

центральный отклонитель, сообщающийся по текучей среде с концом трубки; и

множество радиальных каналов, проходящих от центрального отклонителя к упомянутому множеству отверстий.

5. Головка по п. 3, в которой отверстия упомянутого множества отверстий расположены так, что наполнитель, выходящий из упомянутого множества отверстий, объединяется в единое целое для формирования кольцеобразного слоя внутри трубчатой конструкции.

6. Головка по п. 3, в которой отверстия упомянутого множества отверстий расположены так, что наполнитель, выходящий из множества отверстий, образует множество аксиально ориентированных гребнеобразных выступов внутри трубчатой конструкции.

7. Головка по п. 6, в которой сопло выполнено с возможностью вращения во время выпуска наполнителя так, что выступы упомянутого множества аксиально ориентированных гребнеобразных выступов проходят по спирали относительно трубчатой конструкции.

8. Головка для производственной системы, содержащая:

корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска;

сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию; и

трубку, проходящую от корпуса к соплу,

при этом сопло выполнено с возможностью нанесения покрытия из наполнителя распылением на внутреннюю стенку трубчатой конструкции.

9. Головка для производственной системы, содержащая:

корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска;

сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию;

трубку, проходящую от корпуса к соплу; и

центрирующее устройство, расположенное снаружи трубчатой конструкции и выполненное с возможностью центрирования сопла внутри трубчатой конструкции во время выпуска наполнителя.

10. Система для непрерывного изготовления конструкции из композиционного материала, содержащая:

опору, выполненную с возможностью перемещения в множестве направлений во время изготовления конструкции из композиционного материала; и

головку, соединенную с опорой и включающую в себя:

- корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

- первый интенсификатор отверждения, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска с внутренней стороны трубчатой конструкции;

- сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию;

- трубку, проходящую от корпуса к соплу; и

- второй интенсификатор отверждения, расположенный у конца сопла, противоположного трубки, и выполненный с возможностью обеспечения отверждения наполнителя; а также

наружный кожух, проходящий от головки поверх сопла в месте, находящемся снаружи трубчатой конструкции; и

внутренний кожух, расположенный так, что он проходит от головки поверх трубки и внутри трубчатой конструкции.

11. Система по п.10, в которой наружный кожух, внутренний кожух, сопло и трубка представляют собой сменное приспособление, которое собрано отдельно и выполнено с возможностью присоединения к корпусу.

12. Система для непрерывного изготовления конструкции из композиционного материала, содержащая:

опору, выполненную с возможностью перемещения в множестве направлений во время изготовления конструкции из композиционного материала; и

головку, соединенную с опорой и включающую в себя:

- корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

- первый интенсификатор отверждения, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска с внутренней стороны трубчатой конструкции;

- сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию;

- трубку, проходящую от корпуса к соплу; и

- второй интенсификатор отверждения, расположенный у конца сопла, противоположного трубке, и выполненный с возможностью обеспечения отверждения наполнителя,

при этом сопло является по существу дискообразным и включает в себя:

множество отверстий, расположенных на периферии, причем отверстия упомянутого множества отверстий выполнены с возможностью выпуска наполнителя к внутренней стенке трубчатой конструкции;

центральный отклонитель, сообщающийся по текучей среде с концом трубки; и

множество радиальных каналов, проходящих от отклонителя к упомянутому множеству отверстий.

13. Система по п.12, в которой отверстия упомянутого множества отверстий расположены так, что наполнитель, выходящий из множества отверстий, образует кольцеобразный слой внутри трубчатой конструкции.

14. Система по п.12, в которой отверстия упомянутого множества отверстий расположены так, что наполнитель, выходящий из множества отверстий, образует множество аксиально ориентированных гребнеобразных выступов внутри трубчатой конструкции.

15. Система по п.14, дополнительно включающая в себя приводное устройство, соединяющее головку с опорой, при этом приводное устройство выполнено с возможностью приведения сопла во вращение во время выпуска наполнителя так, что выступы упомянутого множества аксиально ориентированных гребнеобразных выступов проходят по спирали относительно трубчатой конструкции.

16. Система для непрерывного изготовления конструкции из композиционного материала, содержащая:

опору, выполненную с возможностью перемещения в множестве направлений во время изготовления конструкции из композиционного материала; и

головку, соединенную с опорой и включающую в себя:

- корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции из жидкой матрицы, армированной по меньшей мере одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию;

- первый интенсификатор отверждения, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска с внутренней стороны трубчатой конструкции;

- сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию;

- трубку, проходящую от корпуса к соплу; и

- второй интенсификатор отверждения, расположенный у конца сопла, противоположного трубке, и выполненный с возможностью обеспечения отверждения наполнителя,

при этом сопло выполнено с возможностью нанесения покрытия из наполнителя распылением на внутреннюю стенку трубчатой конструкции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу производства армированных волокном материалов профиля, содержащих наполнитель из жесткой пены, в частности наполнитель из вспененного ПМИ (полиметакрилимидной пены).

Изобретение относится к способу изготовления композитных материалов, конкретнее к способу изготовления полимерных материалов, армированных волокнами. Способ изготовления конструктивного элемента включает в себя этапы, на которых предварительно нагревают множество волокон до первой температуры, перемещают предварительно нагретые волокна вдоль сборочной линии, наносят связующее на по меньшей мере одно из предварительно нагретых волокон, обеспечивают матрицей, имеющей форму для приема предварительно нагретых волокон, причем матрица перемещается вместе с предварительно нагретыми волокнами вдоль по меньшей мере участка сборочной линии, поддерживают температуру множества волокон на уровне температуры, по существу подобной первой температуре, и сжимают множество волокон внутри матрицы при поддержании температуры.

Изобретение относится к усиленным полиуретановым пултрудатам и способу их изготовления посредством пултрузии. Описаны усиленные полиуретановые пултрудаты, которые могут быть получены путем взаимодействия A) смеси негомогенно смешиваемых компонентов а) и b), причем a) означает один или несколько простых полиэфирполиолов с гидроксильным числом от 15 до 50 мг КОН/г на основе пропиленоксида и b) означает смесь из одного или нескольких простых полиэфир-полиолов с гидроксильным числом от 150 до 600 мг КОН/г с одним или несколькими агентами удлинения цепей и/или сшивающими агентами с гидроксильным числом от 700 до 1827 мг КОН/г, и B) одного или нескольких эпоксидов с C) органическими полиизоцианатами, выбранными из группы, включающей 1,4-бутилендиизоцианат, 1,5-пентандиизоцианат, 1,6-гексаметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат, 2,2,4- и/или 2,4,4-триметилгексаметилендиизоцианат, изомеры бис(изоцианато-циклогексил)метана или их смеси с любым соотношением изомеров, 1,4-циклогексилен диизоцианат, 1,4-фенилендиизоцианат, 2,4- и/или 2,6-толуилендиизоцианат, 1,5-нафтилендиизоцианат, 2,2′- и/или 2,4′- и/или 4,4′-дифенилметандиизоцианат или более высокомолекулярные гомологи метилендифенилдиизоцианата (полимерный МДИ), 1,3- и/или 1,4-бис(2-изоцианатопроп-2-ил)бензол, 1,3-бис-(изоционатометил)бензол, а также алкил-2,6-диизоцианатогексаноат (лизиндиизоцианат) с 1-6 атомами углерода в алкильной группе и смеси указанных соединений, и при необходимости соразмерно модифицированными диизоцианатами с уретдионовой, изоциануратной, уретановой, карбодиимидной, уретониминовой, аллофанатной, биуретовой, амидной, иминооксадиазиндионовой и/или оксадиазинтрионовой структурой, а также немодифицированным полиизоцианатом более чем с двумя NCO-группами в молекуле, в присутствии D) при необходимости катализаторов, Е) смазок для отделения изделий от формы, F) при необходимости ингибиторов, G) при необходимости прочих добавок и/или вспомогательных компонентов, Н) при необходимости наполнителей, I) элементарных волокон, волокнистых матов и/или текстильных тканей в качестве армирующих материалов.

Группа изобретений относится к способу изготовления переходных фланцевых фитингов из армированных композиционных материалов. Изготовление магистральной части фитинга осуществляют намоткой стеклоткани, пропитанной полимерным связующим, на предварительно собранную оснастку, включающую цилиндрическую оправку с закрепленными на ее концах матрицами фланцев, установленные на ней оправки оснований отводных патрубков.

Изобретение относится к сплошному линейному многослойному профилю, к способу его изготовления и к конструктивному элементу. Сплошной линейный многослойный профиль содержит первый компонент, сформированный из уплотненного многослойного материала, состоящего из отдельных лент, каждая из которых содержит множество непрерывных волокон, ориентированных, по существу, в продольном направлении.

Изобретение относится к способу изготовления армированного волокном экструзионного профиля. Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности при уменьшении веса.

Настоящее изобретение относится к стеклопластиковому профилю, к способу изготовления данного стеклопластикового профиля и к установке для изготовления стеклопластикового профиля согласно изобретению.

Изобретение относится к способу получения нити, содержащей множество элементарных волокон, которые покрывают текучей смолой, содержащей растворитель и сшиваемой под воздействием по меньшей мере одного физического параметра и/или одного химического вещества, причем снабженные покрытием элементарные волокна затем уплотняют, так что образуется состоящий из элементарных волокон, а также окружающей их и удерживающей вместе смолы, свободный от включений газов комбинированный материал, из которого затем во время процесса сушки удаляют содержащийся в смоле растворитель, причем получаемый комбинированный материал в виде монофиламентной нити при несшитом состоянии смолы сматывают, причем все отдельные элементарные волокна во время всех указанных выше стадий способа удерживаются с параллельной ориентацией.

Изобретение относится к способу изготовления профилированной преформы и детали из волокнистых композитных пластмасс и прессующему устройству для осуществления способа.

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления пластмассового профиля. .

Изобретение относится к полимерной композиции и заготовке волокнистого композитного продукта с поверхностью, образованной по меньшей мере частично из полимерной композиции.

Группа изобретений относится к способу и устройству для изготовления многослойной детали. Способ включает операции - сотовую основу (1) с несколькими перемычками обкладывают или покрывают с обеих сторон по меньшей мере одним слоем (2) волоконного материала, который образует покровные слои.

Сосуд высокого давления содержит корпус (1), образующий единое целое с кольцом (11а) преформы, присоединительный фитинг (3) с удерживающим кольцом (7), кольцевое уплотнение (9а), установленное в уплотнительной канавке (9) фитинга (3), и упорное кольцо (10а) Зегера, установленное в фиксирующей канавке (10) фитинга (3).

Лопатка газотурбинного двигателя содержит перо, первую полку, расположенную на продольном конце пера, и по меньшей мере один функциональный элемент. Полка имеет внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и противоположную ей наружную поверхность.
Группа изобретений относится к области медицинской техники, а именно к хирургическому имплантату для восстановления дефекта ткани или мышечной стенки, такого как грыжа брюшной стенки, и к процессам изготовления такого имплантата.

Изобретение относится к волокнистой структуре, содержащей заготовочный участок, выполненный в виде единой детали посредством трехмерного тканья между первым множеством слоев нитей и вторым множеством слоев нитей, при этом заготовочный участок соответствует всей или части заготовки волокнистого усиления для детали из композиционного материала.

Изобретение относится к способу получения пакета слоев композиционного слоистого материала, имеющего систему отверстий, и композиционному слоистому материалу, имеющему систему отверстий.
Изобретение относится к технологии формования деталей, состоящих из композиционного материала на основе термоактивной матрицы, а именно к способу изготовления деталей из волокнистого полимерного композиционного материала.

Группа изобретений относится к оснастке для формирования фиброармированного пластика (ФАП) и способу формирования конструкции из ФАП. Оснастка содержит оснастку (22) удержания основной конструкции и оснастку (26А; 26D) удержания армирующей части, обладающую гибкостью.
Группа изобретений относится к способу изготовления по меньшей мере двухслойных деталей и, соответственно, к изготовленным деталям в качестве абсорбирующей обшивки в салоне и/или в багажном отделении или для покрытий пола транспортного средства, включающим лицевой слой и абсорбент.

Машина (1) для укладки волокон для изготовления волокнистых нетканых матов имеет инструментальный стол (23) для позиционирования формовочного инструмента (12), который обладает возможностью линейного перемещения посредством x-салазок (21) в направлении x и обладает возможностью поворота вокруг вертикальной оси (25) поворота.

Раскрыта головка, предназначенная для использования вместе с производственной системой. Головка может иметь корпус, выполненный с возможностью выпуска трубчатой конструкции, армированной, по меньшей мере, одним непрерывным волокном и имеющей пространственную траекторию, и интенсификатор отверждения, функционально соединенный с корпусом и выполненный с возможностью обеспечения отверждения жидкой матрицы в трубчатой конструкции во время выпуска. Головка также может иметь сопло, выполненное с возможностью выпуска наполнителя в трубчатую конструкцию, и трубку, проходящую от корпуса к соплу. 8 н. и 8 з.п. ф-лы, 22 ил.

Наверх