Способ локального влияния на проницаемость для смолы сухой заготовки
Изобретение относится к способу локального влияния на проницаемость смолы сухой заготовки, имеющей один или более армирующих слоев. Техническим результатом является улучшение пропитки заготовок, имеющих сложную геометрию. Технический результат достигается способом, который включает нанесение избирательно проницаемой оболочки на один из армирующих слоев сухой заготовки. Причем избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки, пространственная плотность которого выбирается в зависимости от проницаемости смолы по меньшей мере части сухой заготовки для достижения требуемого объема инфузии смолы, и выполнена с возможностью растворения или плавления в смоле с приданием заготовке, по меньшей мере локально, ударной вязкости после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки. Обеспечиваются инфузия смолы в сухую заготовку и направление смолы через избирательно проницаемую оболочку таким образом, что смола пропитывает сухую заготовку. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 15 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к изготовлению композитных конструкций, а в частности относится к способу локального влияния на проницаемость смолы через сухую заготовку. Кроме того, оно относится к способу изготовления композитного компонента, к сухой заготовке и к композитному компоненту.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В существующем способе изготовления композитных конструкций используется процесс инфузии смолы для вакуумного пропитывания смолой сухой заготовки, выполненной из множества слоев, образованной из композитных волокон, перед отверждением смолы с образованием композитной конструкции. Согласно существующему способу композитную сухую заготовку и снимаемый слой размещают на поверхности оснастки, а поверх поверхности оснастки размещают вакуумную пленку для мешка с закрытием сухой заготовки и снимаемого слоя; вакуумную пленку для мешка герметизируют так, чтобы между поверхностью оснастки и вакуумной пленкой для мешка образовалась герметичная камера. Смола проникает через композитную сухую заготовку и пропитывает ее посредством подачи давления вакуума к нижнему по течению концу герметичной камеры, с затягиванием смолы через композитную сухую заготовку от расположенного выше по течению источника подачи смолы. После пропитывания смолой в вакууме всей заготовки всю эту сборку нагревают, обычно в печи, для отверждения смолы, пропитывания заготовки и образования, таким образом, композитной конструкции.
[0003] Когда смола под действием вакуума пропитывает сухую заготовку, фронт потока не обязательно будет равномерно распространяться в боковом направлении заготовки. Важно обеспечить, чтобы вся заготовка была пропитана в пределах допусков. Составные заготовки, имеющие сложную геометрию и выполненные из сухих волокон, могут иметь области, которые менее проницаемы, чем другие области заготовки вследствие геометрии заготовки или конфигурации волокон. Смола не всегда полностью пропитывает эти части. В результате, после отверждения смолы степень пропитывания смолой полученного композитного компонента в этих частях меньше желаемой.
[0004] В сухих заготовках, имеющих относительно простую геометрию, расходуемые средства распределения потока, такие как сетка или ткань, размещают поверх снимаемого слоя, чтобы способствовать течению смолы через все участки сухой заготовки. Однако этот подход не может обеспечивать необходимого пропитывания, в частности заготовок, имеющих сложную геометрию.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Раскрытие настоящего изобретения в целом относится к способу локального влияния на проницаемость смолы через сухую заготовку, к способу выполнения композитного компонента и к сухой заготовке. Согласно вариантам реализации изобретения избирательно проницаемую оболочку наносят по меньшей мере на один армирующий слой сухой заготовки. Сухую заготовку пропитывают в вакууме смолой таким образом, что смола проходит через избирательно проницаемую оболочку.
[0006] Согласно первому аспекту раскрытия настоящего изобретения предложен способ локального влияния на проницаемость смолы через сухую заготовку. Сухая заготовка имеет один или более армирующих слоев. Способ включает этапы нанесения избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один из армирующих слоев сухой заготовки и обеспечения инфузии смолы в сухую заготовку. Избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки заданной пространственной плотности. Смолу направляют через избирательно проницаемую оболочку таким образом, что смола пропитывается через сухую заготовку. Избирательно проницаемая оболочка растворяется или плавится в смоле. После инфузии смолы и отверждения сухой заготовки ей придается, по меньшей мере локально, ударная вязкость.
[0007] Согласно одному варианту реализации изобретения избирательно проницаемая оболочка имеет избирательно неравномерную проницаемость. Избирательно проницаемая оболочка может быть выполнена с узором оболочки, имеющей локально изменяющуюся пространственную плотность. Объемным расходом смолы, протекающей через избирательно проницаемую оболочку, можно управлять путем локального изменения толщины избирательно проницаемой оболочки и направления смолы по указанному пути прохождения смолы. Избирательно проницаемая оболочка может быть нанесена для удлинения пути прохождения смолы через сухую заготовку. Затем смолу направляют по указанному пути прохождения смолы до достижения ее конечной точки. Избирательно проницаемая оболочка может быть нанесена на сухую заготовку посредством струйной печати оболочки на армирующем слое сухой заготовки. Избирательно проницаемая оболочка может быть нанесена на сухую заготовку посредством 3D-печати оболочки на армирующем слое сухой заготовки.
[0008] В другом варианте реализации изобретения оболочка может быть нанесена посредством нанесения материала оболочки на армирующий слой сухой заготовки под давлением по меньшей мере через одно сопло. В альтернативном варианте реализации оболочка может быть уложена на армирующий слой сухой заготовки. В некоторых вариантах реализации изобретения сухая заготовка содержит множество армирующих слоев, а способ дополнительно включает нанесение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на некоторые или каждый из армирующих слоев из указанного множества армирующих слоев. В некоторых вариантах реализации изобретения избирательно проницаемая оболочка, имеющая первый узор оболочки, может быть нанесена по меньшей мере на первый армирующий слой из указанного множества армирующих слоев, и еще одна избирательно проницаемая оболочка, имеющая второй узор оболочки, нанесена по меньшей мере на второй армирующий слой из указанного множества армирующих слоев. Второй узор оболочки может иметь отличающиеся пространственную плотность и/или толщину по сравнению с первым узором оболочки.
[0009] Согласно второму аспекту раскрытия настоящего изобретения предложен способ изготовления композитного компонента, включающий локальное влияние на проницаемость смолы через сухую заготовку согласно первому аспекту с образованием сухой заготовки, пропитанной в вакууме смолой, и отверждения сухой заготовки, пропитанной в вакууме смолой, с получением композитного компонента. В одном варианте реализации изобретения ударную вязкость композитного компонента повышают посредством растворения избирательно проницаемой оболочки в смоле во время инфузии смолы. В другом варианте реализации изобретения ударную вязкость композитного компонента повышают посредством плавления и диспергирования избирательно проницаемой оболочки в смоле во время инфузии смолы.
[0010] Согласно третьему аспекту приведенное раскрытие обеспечивает создание сухой заготовки, имеющей локально избирательную проницаемость для смолы и содержащей по меньшей мере один армирующий слой и слой избирательно проницаемой оболочки, нанесенный на него, причем избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки заданной пространственной плотности и выполнена с возможностью растворения или плавления в смоле. Слой избирательно проницаемой оболочки может иметь неравномерную проницаемость. Согласно одному варианту реализации изобретения слой избирательно проницаемой оболочки имеет узор оболочки локально изменяющейся пространственной плотности и/или толщины. В некоторых вариантах реализации изобретения сухая заготовка содержит множество армирующих слоев, и избирательно проницаемая оболочка нанесена по меньшей мере на некоторые или каждый из указанного множества армирующих слоев. В некоторых вариантах реализации изобретения избирательно проницаемая оболочка изготовлена из растворимого в смоле материала. В других вариантах реализации изобретения избирательно проницаемая оболочка изготовлена из материала, способного плавиться или диспергироваться в смоле во время процесса отверждения смолы. Растворенная избирательно проницаемая оболочка может по меньшей мере локально придать ударную вязкость заготовке после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки.
[0011] Согласно другому аспекту предложен композитный компонент, содержащий сухую заготовку согласно третьему аспекту, пропитанную в вакууме смолой и отвержденную.
[0012] Согласно еще одному аспекту предложена избирательно проницаемая оболочка, имеющая узор оболочки заданной пространственной плотности и выполненная с возможностью растворения или плавления в смоле с приданием сухой заготовке, на которую она нанесена, по меньшей мере локально, ударной вязкости после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки.
[0013] Согласно еще одному аспекту предложен способ повышения ударной вязкости заготовки, пропитанной в вакууме смолой, включающий размещение избирательно проницаемой оболочки согласно указанному еще одному аспекту по меньшей мере на один армирующий слой сухой заготовки и повышение ударной вязкости сухой заготовки посредством растворения или плавления избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывающей под действием вакуума сухую заготовку.
[0014] Признаки, раскрытые выше, могут быть получены независимо в различных вариантах реализации изобретения или могут быть скомбинированы еще в одних вариантах реализации изобретения, дополнительные подробности которых могут стать очевидны со ссылкой на последующее описание и фигуры чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] В прилагаемой формуле изобретения выражающие изобретательский замысел особенности, которые характерны для иллюстративных вариантов реализации. Однако иллюстративные варианты реализации, а также предпочтительный способ использования, другие цели и преимущества будут лучше поняты посредством следующего подробного описания иллюстративных вариантов реализации, приведенных в раскрытия настоящего изобретения, совместно с сопровождающими фигурами чертежей, на которых:
[0016] на ФИГ. 1 схематично показано сечение системы для инфузии смолы в сухой заготовке;
[0017] на ФИГ. 2 схематично показано сечение сухой заготовки по ФИГ. 1 с чередующимися слоями избирательно проницаемой оболочки;
[0018] на ФИГ. 2a – 2c схематично показаны виды сверху слоев избирательно проницаемой оболочки по ФИГ. 2;
[0019] на ФИГ. 3 схематично проиллюстрирован струйный принтер для использования при печати оболочки на армирующем слое;
[0020] на ФИГ. 4 приведено схематическое изображение первого примера узора оболочки, показанного сверху;
[0021] на ФИГ. 5 приведено схематическое изображение второго примера узора оболочки, показанного сверху;
[0022] на ФИГ. 6 схематично проиллюстрировано струйное нанесение под давлением для использования при нанесении оболочки на армирующий слой;
[0023] на ФИГ. 7 схематично представлен вид сверху примера нанесения избирательно проницаемой оболочки на армирующий слой крупной сухой заготовки;
[0024] на ФИГ. 8 схематично представлен перспективный вид примера нанесения 20 избирательно проницаемой оболочки на сухое цилиндрическое армирование;
[0025] на ФИГ. 9 схематично представлен перспективный вид еще одного примера нанесения избирательно проницаемой оболочки на сухое цилиндрическое армирование;
[0026] на ФИГ. 10 приведена структурная схема примерного способа локального влияния на проницаемость смолы через сухую заготовку;
[0027] на ФИГ. 11 приведена структурная схема способа изготовления и обслуживания летательного аппарата и
[0028] на ФИГ. 12 приведена блок-схема воздушного летательного аппарата.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] Способы и устройства согласно приведенным в качестве примеров вариантам реализации раскрытия настоящего изобретения теперь будут описаны подробно. В целом, способы локального влияния на проницаемость смолы через сухую заготовку согласно раскрытию настоящего изобретения включают нанесение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один волоконный армирующий слой сухой заготовки. Сухую заготовку пропитывают в вакууме смолой таким образом, что смола проходит через избирательно проницаемую оболочку. Избирательно проницаемая оболочка может иметь избирательно неравномерную проницаемость и может быть рассчитана так, чтобы ускорить поток смолы через некоторые области армирующего слоя и/или для замедления потока смолы через армирующие слои в других областях, так чтобы обеспечить управление пропитыванием смолы через заготовку. Оболочка может быть нанесена на армирующие слои посредством струйной 3D-печати оболочки на армирующий слой сухой заготовки. Предусматривается также возможность нанесения оболочки на армирующий слой посредством альтернативных способов 3D-печати или струей из сопел под давлением, или посредством ручной укладки. Тем не менее, возможны и другие методы нанесения. Сухая заготовка, пропитанная в вакууме смолой, затем может быть отверждена, обычно в нагретой печи или автоклаве, с получением композитного компонента. Во время отверждения избирательно проницаемая оболочка плавится или растворяется в смоле тает или растворяется в смоле, образуя смесь оболочки со смолой, которая повышает ударную вязкость композитного компонента при отверждении.
[0030] Далее со ссылкой на ФИГ. 1 прилагаемых чертежей будет описана система 100 для инфузии смолы в сухую заготовку. Система 100 включает сухую композитную заготовку 10, имеющую верхнюю поверхность 14 и противоположную нижнюю поверхность 15. Верхняя поверхность 14 и нижняя поверхность 15 образуют основную поверхность заготовки. Сухая заготовка 10 предназначена для пропитывания в вакууме экзотермически отверждаемой смолой, находящейся в источнике 141 подачи смолы.
[0031] Система, показанная на ФИГ. 1, представляет собой конфигурацию с композитной укладкой и одним вакуумным мешком. В этой конфигурации система 100 имеет оснастку 110, имеющую верхнюю поверхность 111 оснастки, при этом нижняя поверхность 15 сухой заготовки 10 расположена на поверхности 111 оснастки. Поверх сухой заготовки 10 проходит вакуумная пленка 130 для мешка, которая герметизирует заготовку относительно поверхности 111 оснастки с образованием первой герметичной полости 140 между вакуумной пленкой 130 для мешка и поверхностью 111 оснастки. Сухая заготовка 10 расположена в первой полости 140. Предусматривается также возможность использования второй вакуумной пленки для мешка, закрывающей первую вакуумную пленку для мешка, для минимизации возможного проникновения воздуха через одну вакуумную пленку для мешка при подаче вакуума во время процесса отверждения.
[0032] Оснастка 110 может быть выполнена из любого из различных конструкционных материалов, включая мягкую сталь, нержавеющую сталь, инвар или углеродный композиционный материал, который будет сохранять свою форму при повышенных температурах, связанных с отверждением, с тем чтобы обеспечить геометрически стабильную поверхность 111 оснастки в течение процесса отверждения смолы. Поверхность 111 оснастки может быть по существу плоской для производства композитных конструкций, имеющих по существу плоскую нижнюю поверхность, такие как панели обшивки крыла или фюзеляжа, или иметь иную необходимую форму, с тем чтобы обеспечить профилированную поверхность неплоской композитной конструкции, например оснастка может быть формообразующим устройством или оправкой.
[0033] Сухая заготовка 10 может иметь любую форму, подходящую для инфузии смолы, в соответствии с геометрическими и конструктивными требованиями к слоистой композитной конструкции, которую необходимо изготовить. В варианте реализации изобретения по ФИГ. 2 сухая заготовка 10 содержит укладку из множества слоев 202 армирующего материала, каждый из которых выполнен из тканых или плетеных волокон и/или мата из рубленого стекловолокна. Слои 202 заготовки могут быть выполнены из любых различных армирующих волокон, из таких материалов, как углерод, графит, стекло, ароматический полиамид или любой другой материал, подходящий для изготовления слоистой композитной конструкции, усиленной смолой. Слои 202 образуют сухую заготовку 10 без какой-либо смолы. Слои 202 чередуются со слоями избирательно проницаемой оболочки 205, имеющими узор оболочки заданной пространственной плотности. Сухая заготовка 10 расположена на поверхности 111 оснастки, при этом нижняя поверхность 15 заготовки 10 ориентирована на поверхности 111 оснастки таким образом, что нижняя поверхность полученной отвержденной композитной конструкции будет соответствовать форме поверхности 111 оснастки. Сухая заготовка 10, расположенная на поверхности 111 оснастки, имеет проходящую в боковом направлении и расположенную ниже по течению кромку 11, противоположную проходящую в боковом направлении и расположенную выше по течению кромку 12 и противоположные продольные боковые кромки. В контексте настоящего описания расположенные выше и ниже по течению стороны сухой заготовки 10 определены относительно направления потока смолы, как будет описано более подробно далее. Заготовка 10 может иметь любую необходимую форму, соответствующую форме слоистой композитной конструкции, которую необходимо получить. Необходимо отметить, что хотя в примере по фиг. 2 показаны четыре проницаемых оболочки 205, только одна проницаемая оболочка 205 может быть размещена в любом месте в пределах укладки слоев 202 в зависимости от нанесения.
[0034] Сухая заготовка 10 может иметь однородную толщину, или альтернативно, как показано в первом варианте реализации изобретения по ФИГ. 1 и 2, сухая заготовка 10 может иметь локально неоднородную толщину, измеряемую между верхней поверхностью 14 и нижней поверхностью 15. В частности, в изображенной конструкции, части 16 сухой заготовки 10 имеют толщину, значительно превосходящую среднюю толщину сухой заготовки 10. В этом первом варианте реализации изобретения более толстые части 16 сухой заготовки 10 имеют увеличенную толщину за счет их выполнения с дополнительными слоями армирующего материала для обеспечения локальных конструктивных особенностей конкретной изготавливаемой детали. Например, дополнительные слои могут образовывать области ‘подушечек’ в тех местах заготовки 10, в которых в полученном композитном компоненте будут размещены крепежные элементы. Такие части сухих заготовок, имеющие локально увеличенную толщину, в целом имеют больший объем смолы на единицу площади поверхности заготовки после инфузии смолы, с учетом утолщения заготовки и, таким образом, смолы. Однако смолы для таких утолщенных частей часто может быть недостаточно, если смола не пропитает утолщенные части 16, как будет более подробно раскрыто ниже. Ниже более подробно описано множество слоев избирательно проницаемой оболочки 205, чередующихся с армирующими слоями 202.
[0035] Источник 141 подачи смолы сообщается с первой полостью 140 через одно или более впускных отверстий 112 для инфузии смолы, проходящих через оснастку 110 на расположенной выше по течению стороне сухой заготовки 10, посредством одной или более труб 146 источника подачи смолы. Трубы 146 источника подачи смолы обычно выполнены из меди. Первый источник 151 вакуума сообщается с первой полостью 140 через одно или более выпускных вакуумных отверстий 113, проходящих через оснастку 110 на нижней по течению стороне сухой заготовки 10, посредством одной или более выпускных труб 154 для вакуума, которые также обычно выполнены из меди. Предусматривается также, что вместо сообщения с источником 141 подачи смолы и первым источником 151 вакуума с первой полостью 140 через впускное отверстие 112 для инфузии смолы и выпускное вакуумное отверстие 113, проходящие через оснастку 110, источник 141 подачи смолы и первый источник 151 вакуума могут сообщаться с первой полостью 140 через вакуумную пленку 130 для мешка. В такой конфигурации в вакуумной пленке 130 для мешка могут быть выполнены отверстия, сообщающиеся с источником 141 подачи смолы и первым источником 151 вакуума с уплотнением вокруг этих отверстий. В показанном варианте реализации изобретения источник 141 подачи смолы также сообщается со вторым источником 155 вакуума посредством второй вакуумной трубы 157.
[0036] Путь 142 потока проходит от источника 141 подачи смолы, через первую полость 140, сухую заготовку 10 и к первому источнику 151 вакуума. Расположенная выше по течению часть пути 142 потока содержит трубу (трубы) 146 источника подачи смолы и впускное отверстие 112 для инфузии смолы, проходящее через оснастку 110. Средняя часть пути 142 потока, образованная первой полостью 140, образована сухой заготовкой 10 и различными слоями материалов укладки, расположенных под вакуумной пленкой 130 для мешка. Материалы укладки включают в себя проницаемый снимаемый слой 145, расположенный непосредственно на всей сухой заготовке 10, и проходящий поверх нее, за расположенную выше по течению кромку 12 и расположенную ниже по течению кромку 11 сухой заготовки 10, при этом нижняя по течению часть 144 снимаемого слоя 145 проходит далее по потоку относительно расположенной ниже по течению кромки 11 сухой заготовки 10. Слой проницаемого средства 147 распределения потока расположен поверх снимаемого слоя 145 и проходит за расположенную выше по течению кромку снимаемого слоя 145 и за впускное отверстие (впускные отверстия) 112 для инфузии смолы. Слой проницаемого средства 147 распределения потока проходит за расположенную ниже по течению кромку 11 сухой заготовки 10, но не закрывает полностью нижнюю по течению кромку части 144 снимаемого слоя 145. Снимаемый слой 145 служит для предотвращения прилипания слоя проницаемого средства 147 распределения потока к сухой заготовке 10, а также обеспечивает образование пути для инфузии смолы через снимаемый слой 145 в сухую заготовку 10, в том числе через избирательно проницаемую оболочку 205, как вдоль верхней по течению кромки 12 сухой заготовки 10, так и через верхнюю поверхность 14 сухой заготовки 10. Снимаемый слой 145 также позволяет отводить от сухой заготовки 10 летучие вещества, образующиеся во время отверждения смолы. Снимаемый слой 145 также образует проницаемое средство распределения потока и может быть подходящим образом выполнен в виде стекловолоконной ткани, покрытой политетрафторэтиленом, такой как ткань Release Ease® 234, доступная от компании AirTech International Inc., или любого другого проницаемого материала для снимаемого слоя. Слой проницаемого средства 147 распределения потока обеспечивает создание прохода для смолы через первую полость 140 вдоль верхней части сухой заготовки 10, а также путь для выпуска летучих веществ из первой полости 140. Слой проницаемого средства 147 распределения потока может быть подходящим образом выполнен в виде материала из нейлоновой сетки, такого как Plastinet®15231, также доступного от компании AirTech International Inc., или любых других высокопроницаемых сред, обеспечивающих прохождение через них смолы. В этом отношении, обеспечивается превосходное качество инфузии. Поддержание управляемого фронта потока смолы с помощью средства 147 распределения потока низкой проницаемости, размещенного поверх заготовки 10, обеспечивает более чистую инфузию. Проницаемое средство 147 распределения потока должно обеспечивать достаточно медленный поток смолы в боковом направлении, так что смола равномерно опускается через заготовку для ее смачивания с клинообразным профилем потока до тех пор, пока она не пропитается в пределах допусков. При управляемом фронте потока, фронт смолы на стороне заготовки 10, обращенной к вакуумной пленке 130 для мешка, только на 2 или 3 дюйма (5,1 или 7,6 см) опережает фронт потока смолы на стороне заготовки 10, обращенной к оснастке 110, при условии, что проницаемое средство 147 распределения потока расположено только на стороне заготовки 10, обращенной к вакуумной пленке 130 для мешка, а инфузия включает в себя поток в боковом направлении через средства 147, а затем поток вниз для пропитывания заготовки 10 в пределах допусков. Относительная проницаемость средства 147 распределения потока соответствует относительной проницаемости заготовки для достижения управляемой инфузии.
[0037] Нижняя по течению часть пути 142 прохождения потока содержит еще одну полосу 143 проницаемого средства распределения потока, выпускное вакуумное отверстие (отверстия) 113 и трубу (трубы) 154 выпускного вакуумного отверстия. Полоса 143 проницаемого средства распределения потока проходит по нижней по течению кромке нижней по течению части 144 снимаемого слоя 145 и затем проходит далее по потоку по выпускному вакуумному отверстию (отверстиям) 113. Полоса 143 проницаемого средства распределения потока обычно выполнена из такого же материала, что и слой проницаемого средства 147 распределения потока. Между проницаемым средством 147 распределения потока и полосой 143 проницаемого средства распределения потока имеется промежуток. Соответственно, смола поступает в первую полость 140, перемещается через слой проницаемого средства 147 распределения потока от места, находящегося выше по течению, до места, находящегося ниже по течению, при этом часть смолы проходит через снимаемый слой 145 и пропитывает в вакууме заготовку 10 до тех пор, пока она не пропитается смолой по мере прохождения смолы через слой проницаемого средства 147 распределения потока.
[0038] Вакуумная пленка 130 для мешка проходит поверх всей укладки, образованной сухой заготовкой 10, снимаемым слоем 145 и слоем 147, и полосы 143 проницаемого средства распределения потока. Может быть использован любой из различных материалов вакуумных пленок для мешка, включая, но не ограничиваясь ими, Airtech WL7400 или SL800 вакуумными пленками для мешка, доступными от компании Airtech International Inc. Вакуумную пленку 130 для мешка герметизируют относительно поверхности 111 оснастки по периферии вакуумной пленки 130 для мешка с помощью полос 131 герметизирующей ленты, в качестве которой удобно использовать мастичную герметизирующую ленту, такую как герметизирующая лента GS-213-3, доступную от компании AirTech International Inc.
[0039] Вакуумная пленка 130 для мешка образует верхнюю границу пути 142 прохождения потока смолы. В промежутке, расположенном между слоем 147 и полосой 143 проницаемого средства распределения потока, вакуумная пленка 130 для мешка ограничивает толщину пути 142 прохождения потока между поверхностью 111 оснастки и вакуумной пленкой 130 для мешка к нижней по течению части 144 снимаемого слоя 145, который обычно имеет меньшую проницаемость по сравнению со слоем проницаемого средства 147 распределения потока. Таким образом, ограничивается весь поток смолы, следующий по течению через нижнюю по течению часть 144 снимаемого слоя 145, с образованием проницаемой заслонки 180 управления потоком смолы, которая уменьшает расход смолы, протекающей к выпускному вакуумному отверстию (отверстиям) 113.
[0040] Как показано на ФИГ. 2, множество армирующих слоев 202, которые содержат заготовку 10, накладываются друг на друга и чередуются со слоями избирательно проницаемой оболочки 205. Заготовка 10 содержит три армирующих слоя 202a, 202b и 202c, чередующихся между слоями 205a, 205b, 205c и 205d оболочки. Слои 205 оболочки чередуются с армирующими слоями 202 для обеспечения увеличенной прочности и ударной вязкости полученного композитного компонента после их растворения или плавления в смоле и локального смешивания со смолой с пропитыванием соседнего армирующего слоя 202. Слои 205 избирательно проницаемой оболочки могут быть выполнены из любого материала, подходящего для обеспечения желаемых свойств получаемого композитного компонента, включая, но не ограничиваясь ими, углеродные нити, стеклянные нити и термопластичные полимеры, такие как виниловый эфир, сложный полиэфир, фенопласты, эпоксидные материалы, бисмалеимид, цианатные эфиры. Материал оболочки может включать в себя гибкий термопластичный полимерный элемент, который химически и физически по меньшей мере частично растворим в отверждаемой смоляной матрице при температуре, которая меньшем, чем температура его плавления. В альтернативном варианте реализации материал оболочки может плавиться или диффундировать в смоле при высоких температурах отверждения.
[0041] В примере по ФИГ. 2 каждый из слоев 205a, 205b, 205c и 205d оболочки выполнен имеющим конкретную и избирательную проницаемость для того, чтобы либо увеличивать, либо уменьшать поток смолы через заготовку 10 для достижения определенной цели. Проницаемость определяется узором материала оболочки, который содержит указанный слой. Некоторые слои оболочки (например, слои 205c и 205d оболочки, показанные на ФИГ. 2, 2b и 2c) имеют узор оболочки по существу с неравномерной пространственной плотностью по всему указанному слою и имеют по существу однородную или неравномерную проницаемость по всему слою оболочки. Другие слои оболочки (например, слои 205a и 205b оболочки, показанные на ФИГ. 2 и 2a) имеют неравномерную проницаемость, имеют узор оболочки с областями локально отличающейся пространственной плотности, рассчитанной для достижения определенного объема инфузии смолы. Слой 205a оболочки лежит выше самого верхнего армирующего слоя 202a и состоит главным образом из узора 245 средней проницаемости, имеющего заданную пространственную плотность, которая предназначена для обеспечения равномерного и постоянного распределения смолы по большой области заготовки 10 с управляемым поддержанием скорости продвижения фронта 270 потока смолы, пропитывающей в вакууме заготовку 10,. Узор считается имеющим ‘среднюю’ проницаемость относительно проницаемости других слоев оболочки в заготовке 10 или других частей того же слоя оболочки, которые считаются имеющими ‘высокую’ или ‘низкую’ проницаемость. По существу, различные имеющиеся проницаемости слоев оболочки или части оболочки предназначены для определения относительной пористости оболочки или части оболочки с целью распределения смолы через оболочку или часть оболочки с различными расходами. Например, непосредственно ниже более толстых частей 16 армирующего слоя 202a, узор оболочки имеет узор 250 высокой проницаемости (относительно узора средней проницаемости), имеющий пространственную плотность, которая является менее плотной и поэтому более пористой, чем узор 245 средней проницаемости для обеспечения простой подачи смолы в имеющие высокую плотность более толстые части 16 заготовки 10. Смола перемещается горизонтально через область с узором 245 средней проницаемости оболочки 205a, и когда она достигает области с узором 250 высокой проницаемости, она течет быстрее. Часть смолы также будет течь вертикально через оболочку 205a в сторону оболочки 205a, обращенную к заготовке. Такая комбинация обеспечивает поток смолы в более толстую часть 16 и быстрее пропитывает ее, чем это могло бы быть в другом случае. Таким образом, выбор места расположения областей средней и высокой проницаемости избирательно проницаемой оболочки 205a рассчитан так, чтобы ускорить поток смолы вертикально к более толстым частям 16 с низкой проницаемостью для предотвращения неполного пропитывания смолой заготовки 10, с сохранением управления фронтом 270 потока смолы.
[0042] Слой 205b оболочки лежит между армирующими слоями 202a и 202b и имеет схожую неравномерную конфигурацию узора 245 средней проницаемости с областями узора 250 высокой проницаемости непосредственно под более толстыми частями 16 заготовки, так что смола может течь быстрее как горизонтально в оболочку, так и вертикально через нее в области более толстых частей 16 и заполнять их быстрее, чем это было бы возможно в противном случае. Слой 205c оболочки лежит между армирующими слоями 202b и 202c. На всем своем протяжении он имеет равномерный узор 245 средней проницаемости с заданной пространственной плотностью, которая предназначена для обеспечения равномерного и постоянного распределения смолы по всей заготовке 10 с расходом, обеспечивающим заполнение более толстых частей 16 до того, как фронт 270 потока смолы слишком сильного продвинется горизонтально через заготовку 10. Слой 205d оболочки лежит ниже армирующего слоя 202c ближе всего к оснастке 110. Он имеет пространственно более плотный узор 255 низкой проницаемости (относительно узора 245 средней проницаемости), образованный равномерно по всему слою и предназначенный для задержки или дросселирования потока смолы, проходящего горизонтально через оболочку 205d к выпускному вакуумному отверстию 113, для обеспечения пропитывания заготовки 10 смолой в пределах допуска до того, как фронт 270 потока смолы достигнет выпускного вакуумного отверстия 113. Из вышесказанного может быть понятно, что узор оболочки завесы в одном слое может иметь разную пространственную плотность и / или толщину по отношению к узору оболочки в другом слое в заготовке. Поэтому узоры оболочки выбирают согласно конкретным требованиям к геометрии заготовки, на которую они нанесены, слой за слоем, для обеспечения полного впитывания смолы в заготовку 10 во всех местах, включая те, которые обычно не полностью пропитываются под действием вакуума до того, как смола протечет к выпускному вакуумному отверстию 113.
[0043] Узоры оболочки, показанные на ФИГ. 2 и 2a – 2c, являются примерами возможных узоров оболочки, которые могут быть использованы для обеспечения изменения проницаемости или пористости оболочки. Слои оболочки, имеющие выбранную проницаемость, затем могут быть расположены для управления потоком смолы через заготовку 10. Другие примеры возможных узоров оболочки показаны ФИГ. 4 и 5. На ФИГ. 4 показан вид сверху узора оболочки из кругов 430, размер которых может увеличиваться или уменьшаться с созданием изменяющейся пространственной плотности узора оболочки. На ФИГ. 4 направление потока смолы может проходить от нижней части к верхней части по ФИГ. 4, как показано стрелкой 431. Смола медленно будет течь через оболочку в нижней части, как показано на этом чертеже, как в плоскости оболочки, так и перпендикулярно оболочке, поскольку отдельные круги 430 в нижней части по ФИГ. 4 большие, а промежутки между ними малы. По мере течения смолы вдоль оболочки размер отдельных кругов 430 уменьшается, и промежутки между ними становятся крупнее. Расход смолы будет постепенно увеличиваться как в плоскости оболочки (т.е. горизонтально при перемещении смолы вдоль оболочки), так и перпендикулярно оболочке (т.е. вертикально при перемещении смолы через оболочку) по мере уменьшения пространственной плотности узора. На ФИГ. 5 показан вид сверху примеров шахматного узора оболочки из чередующихся квадратов. Темные квадраты 530 могут представлять области материала оболочки, а светлые квадраты 535 могут представлять промежутки в оболочке. Показанные примеры узоров имеют различные размеры и пространственные плотности и могут быть использованы по отдельности для создания слоя оболочки выбранной равномерной пространственной плотности, аналогично слоям 205b или 205c оболочки, показанным на ФИГ. 2b и 2c и описанным выше. В альтернативном варианте реализации они могут быть использованы в сочетании для получения изменяющейся пространственной плотности узора оболочки, аналогично оболочке 205a, показанной на ФИГ. 2a и описанной выше. На каждой из ФИГ. 4 и 5 пористость узора оболочки определена размером кругов 430 по ФИГ. 4 и размером промежутков между ними, а также размером темных квадратов 535 на узорах по ФИГ. 5 и размером промежутков между ними. Для любого данного узора большее количество открытого пространства или промежутков между элементами, такими как круги 430 или квадраты 530, будет увеличивать пористость оболочки для течения смолы как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях через заготовку, с увеличением расхода смолы вдоль оболочки и через нее. И наоборот, более плотный узор оболочки приведет к меньшему расходу смолы, перемещающейся вдоль оболочки и через нее. Расположение оболочки 205, имеющей пористый узор, как оболочки, показанные на ФИГ. 2, 2a-2c, 4 и 5, будут определять, как оболочка повлияет на распределение смолы по заготовке 10, как проиллюстрировано примерами на ФИГ. 2 и ФИГ. 7-9, описанными ниже.
[0044] Оболочка 205 может быть изготовлена независимо от заготовки 10 и нанесена на заготовку 10 посредством связывания с плавлением оболочки 205 с армирующим слоем 202 заготовки 10. В альтернативном варианте реализации оболочка 205 может быть нанесена на армирующий слой 202 с использованием роботизированной струйной печати. При роботизированной печати, специально разработанный узор термопластичной оболочки может быть выборочно нанесен на каждый армирующий слой 202 для создания в заготовке 10 сетчатой оболочки, которая локально изменяет проницаемость заготовки 10, обеспечивая пропитывание смолой сложных составных конструкций, таких которые описаны выше в отношении ФИГ. 2. Один способ изготовления избирательно проницаемой оболочки 205 в сухой заготовке заключается в нанесении оболочки 205 на армирующий слой 202 с использованием цифрового струйного 3D-принтера 400, как показано на ФИГ. 3. Цифровой струйный принтер 400 является пьезоэлектрическим струйным принтером, который выбрасывает очень малые количества материала оболочки из сопла 401 при вибрации пьезоэлектрического кристалла 403, что обеспечивает возможность нанесения на армирующий слой 202 сложных пользовательских конфигураций оболочек, которые обеспечивают получение изменяемой плотности узоров оболочки, для создания оболочки 205. Струйный принтер 400 представляет собой 3D-принтер, и слой оболочки 205 может быть получен посредством печати множества слоев заранее определенного узора поверх друг друга до тех пор, пока не будет достигнута необходимая толщина оболочки для нанесения требуемой оболочки. Также предусмотрены другие средства 3D-печати оболочки на армирующих слоях. Проницаемостью оболочки 205 можно точно управлять посредством выборочного задания узора оболочки, который необходимо напечатать на армирующем слое 202. Проницаемость оболочки 205 может быть изменена посредством изменения пространственной плотности и/или трехмерной толщины узора оболочки. Изменение пространственной плотности будет увеличивать или уменьшать проницаемость оболочки как в горизонтальном направлении потока смолы вдоль оболочки, так и в вертикальном направлении потока смолы через оболочку. Более толстая оболочка будет влиять на проницаемость вертикально через оболочку, поскольку смоле потребуется больше времени, чтобы протечь через более толстый слой оболочки к заготовке.
[0045] В одном варианте реализации вышеуказанного способа печати печатающие головки могут быть размещены на линии получения оплетки для печати материала оболочки непосредственно на оплетке по мере ее изготовления.
[0046] Еще одной альтернативой печати оболочки 205 на армирующем слое 202 является нанесение материала оболочки на армирующем слое 202 с использованием устройств и технологий для струйного нанесения под давлением. В этом варианте реализации изобретения материал оболочки сначала содержится в источнике 203 подачи под давлением. Материал оболочки наносят на армирующий слой 202 в заданных количествах и согласно узору оболочки заданной пространственной плотности посредством управляемых открытия и закрытия электромагнитных клапанов 204, которые обеспечивают подачу материала оболочки к группе сопел 207 для нанесения, схематично показанных на ФИГ. 6. Устройство обычно может иметь от 7 до 18 сопел. Оболочку 205 выполняют посредством закрытия армирующего слоя 202 материалом оболочки согласно заданному узору, что позволяет точно управлять проницаемостью слоя оболочки, будь то для получения равномерной проницаемости по всему указанному слою или локально неравномерной в конкретных областях. Оболочки, созданные с использованием этого устройства, снова могут быть приспособлены для управления потоком смолы через оболочку в основном в горизонтальном направлении посредством выбора узора оболочки необходимой пространственной плотности. Часть смолы также будет течь вертикально через оболочку 205, и опять увеличение толщины оболочки посредством нанесения множества слоев будет влиять на проницаемость 5 оболочки в вертикальном направлении.
[0047] На ФИГ. 7 – 9 показаны еще одни варианты реализации нанесения слоев оболочки, имеющих избирательную проницаемость на сухие заготовки различных типов. В варианте реализации изобретения по ФИГ. 7 на виде сверху показан армирующий слой 302 крупной сухой заготовки 310 для крыла летательного аппарата. Следует отметить, что армирующий слой 302, показанный ФИГ. 7, является одним из множества армирующих слоев, которые уложены с образованием заготовки 310, и что она может иметь армирующие слои 302 выше нее и/или ниже нее. Поскольку заготовка 310 имеет такую большую площадь, если смотреть сверху, есть возможность консолидации смолы до того, как она достигнет всех областей и оконечностей заготовки. Для решения этой проблемы на армирующий слой 302 наносят избирательно проницаемую оболочку 305, чтобы способствовать горизонтальному перемещению смолы через армирующий слой 302. Периметр 365, показанный ФИГ. 7, представляет периметр кромки крыла, а избирательно проницаемая оболочка 305 может быть использована на верхней или нижней поверхности крыла. Избирательно проницаемая оболочка 305 имеет преимущественно узор 245 средней проницаемости. Узор средней проницаемости имеет заданную пространственную плотность, которая предназначена для обеспечения течения смолы горизонтально через оболочку 305 с постоянной скоростью. Часть смолы также будет течь вертикально через оболочку 305 и в армирующий слой 302 под ним. При этом, оболочка 305 также включает в себя области узора высокой проницаемости, имеющие продольную часть 363, проходящую от корневой части 355 крыла по направлению к законцовке 360 крыла, а также множество ответвлений364, проходящих от продольной части 363 к передней кромке 361 и задней кромке 362 крыла. Области 363,364 узора высокой проницаемости имеют пространственную плотность, которая предназначена для ускорения течения смолы горизонтально через оболочку 305 и предотвращения консолидации смолы до того, как она пропитает в вакууме все области и оконечности заготовки. Когда смола перемещается горизонтально через оболочку 305, часть смолы также течет вертикально через оболочку и в заготовку. Переход от горизонтального к вертикальному распределению смолы обеспечивается посредством размещения и ориентации оболочки 305, так что смола всегда будет течь через заготовку как горизонтально, так и вертикально. Благодаря выбору мест расположения этих частей 363, 364 узора высокой проницаемости и обеспечения более быстрого перемещения смолы через области узора высокой проницаемости оболочки 305, смола достигнет удаленных областей крупной заготовки 310 быстрее, чем это может быть в противном случае, что предотвращает неполное пропитывание смолой.
[0048] В варианте реализации изобретения по ФИГ. 8 на армирующий слой 402 цилиндрической сухой заготовки 410 нанесена спиральная оболочка 405. Цилиндрическая заготовка 410 может образовывать основу компонента, такого как фюзеляж или такого как элемент жесткости обшивки. Заготовку, имеющую сложную геометрию, может быть сложно равномерно пропитать смолой. Спирально расположенная оболочка 405 представляет собой полосу оболочки, имеющую узор высокой проницаемости относительно проницаемости армирующего слоя 402, расположенного вокруг цилиндрического армирующего слоя 402 для обеспечения быстрой подачи смолы в армирующий слой 402 меньшей проницаемости. Высокая проницаемость оболочки 405 обеспечивает быстрое перемещение смолы через нее. Спиральное размещение оболочки 405 вокруг заготовки 410 предназначено для обеспечения полного пропитывания смолой армирующего слоя 402 и предотвращения захвата смолы (trapoff), т.е. образования в заготовке областей с недостаточным количеством смолы для пропитывания заготовки в пределах допусков. В этом варианте реализации изобретения смола следует преимущественно по поверхности оболочки 405 на цилиндрической заготовке 405, как схематично показано стрелкой 420, хотя смола также будет течь вертикально через оболочку 405, т.е. в целом перпендикулярно поверхности заготовки, как схематично показано стрелкой 435, в армирующий слой 402 под ней. В этом примере, таким образом, место размещения и спиральная ориентация оболочки 405 используются для направления смолы в 25 те области армирующего слоя 402, на которые она нанесена, поскольку она имеет более высокую проницаемость, чем армирующий слой 302. Низкая пространственная плотность и, следовательно, высокая проницаемость оболочки 405 обеспечивают быстрое заполнение смолой оболочки 405 и последующий ее выход для пропитывания остальной части армирующего слоя 402.
[0049] В некоторых вариантах реализации изобретения толщина оболочки может быть изменена для локального влияния на расход смолы в конкретных областях заготовки. С помощью варианта реализации изобретения по ФИГ. 9 схематично показана оболочка 505, нанесенная на армирующий слой 502 другой цилиндрической сухой заготовки 510. В этом варианте реализации изобретения оболочка 505 закрывает всю цилиндрическую поверхность армирующего слоя 502. В целом, оболочка 505 содержит часть 506 оболочки одинарной толщины, имеющую узор оболочки средней проницаемости и скомбинированную со спирально расположенной частью 507 двойной толщины, имеющей область узора высокой проницаемости, размещенную вокруг армирующего слоя 502. Часть 506 с узором средней проницаемости имеет заданную пространственную плотность, которая предназначена для обеспечения равномерного и постоянного распределения смолы по заготовке аналогично узору средней проницаемости слоя 205с оболочки, упомянутому выше. Смола течет ‘горизонтально’ через оболочку 505, т.е. она следует по криволинейной оболочке по мере нанесения на цилиндрическую поверхность, как схематично показано стрелкой 520, при этом часть смолы также течет ‘вертикально’, т.е. в целом перпендикулярно поверхности заготовки, как схематично показано стрелкой 531, через оболочку 505 и проходит в армирующий слой 502. Часть 507 с узором высокой проницаемости имеет меньшую пространственную плотность, чем часть 506 с узором средней проницаемости, которая предназначена для увеличения расхода смолы в области 507 высокой проницаемости оболочки 505, так что она затем выводится и достигает областей армирующего слоя 502, в которых, в противном случае, может захватываться смола. Двойная толщина части 507 высокой проницаемости обеспечивает возможность вертикального прохождения смолы через области высокой проницаемости оболочки 505 с большим расходом, чем в части 506 с узором средней проницаемости, для ускорения консолидации заготовки и предотвращения захвата смолы.
[0050] И наоборот, избирательно проницаемая оболочка также может быть использована для замедления или ограничения инфузии смолы через определенные области заготовки. На ФИГ. 2, описанной выше, показан пример того, где это может быть желательным; в этом примере более толстые части 16 заготовки 10 необходимо заполнить до того, как фронт 270 потока смолы достигнет выпускного вакуумного отверстия 113. Соответственно, на нижнем конце заготовки 10 слой 205d оболочки имеет пространственно плотный узор 255 низкой проницаемости, который предназначен для замедления потока смолы, проходящего горизонтально через оболочку 205d, чтобы предотвратить достижение им выпускного вакуумного отверстия 113 до того, как более толстые части 16 пропитаются смолой в пределах допусков.
[0051] Точное геометрическое нанесение избирательно проницаемой оболочки, таким образом, обеспечивает реализацию способа локального влияния на проницаемость заготовки, чтобы способствовать потоку смолы через конкретные области различных типов заготовок, имеющих сложную геометрию, вследствие чего обеспечивается возможность работы с составными заготовками, имеющими сложную геометрию, для которых ранее пропитка в вакууме не была гарантированной.
[0052] В процессе использования, как раскрыто выше, после сборки системы 100, включающей заготовку 10 по ФИГ. 2, источник 141 подачи смолы нагревают, чтобы довести температуру смолы до значения, подходящего для инфузии смолы. Обычно всю систему нагревают в печи 170 (ФИГ. 1), которую также используют для последующего отверждения. Температура для инфузии смолы будет зависеть от используемой смоляной системы и обычно выбирается так, чтобы обеспечить подходящую вязкость, позволяющую смоле течь по пути 142 прохождения потока смолы. Для эпоксидных смол подходящая температура инфузии может находиться в диапазоне от 100 до 110°C.
[0053] Давление по меньшей мере частичного вакуума подается к нижнему по течению концу первой полости 140 посредством первого источника 151 вакуума и выпускного вакуумного отверстия (отверстий) 113. Меньший частичный вакуум (т.е. большее абсолютное давление) также может быть подан к источнику 141 подачи смолы посредством второго источника 155 вакуума, соединенного со второй вакуумной трубой 157, как показано на ФИГ. 1. Вакуум под вакуумной пленкой 130 для мешка в первой полости 140 способствует предотвращению ослабления вакуумной пленки 130 для мешка, которое может привести к собиранию смолы и связанной с этим потери управления процессом инфузии смолы. Там, где к источнику 141 подачи смолы посредством второго источника 155 вакуума подается частичный вакуум, разность давлений между первым источником 151 вакуума и вторым источником 155 вакуума может поддерживаться таким образом, что абсолютное давление в выпускном вакуумном отверстии (отверстиях) 113, поданное посредством первого источника 151 вакуума, меньше, чем абсолютное давление в источнике 141 подачи смолы. В одном примере полный вакуум (0 мбар / 0 кПа абсолютного давления) может быть подан посредством первого источника 151 вакуума, а повышенное давление / меньший вакуум от 500 до 800 мбар абсолютного давления (от 50 до 80 кПа) может быть подано ко второму источнику 155 вакуума с обеспечением, таким образом, разности давлений такой же величины для продвижения смолы от источника 141 подачи смолы по пути 142 прохождения потока смолы. Давление полного вакуума также может быть подано к источнику 141 подачи смолы посредством второго источника 155 вакуума перед инфузией смолы для вакуумирования смолы.
[0054] Поддержание по меньшей мере частичного вакуума в источнике подачи смолы обеспечивает поддержание по меньшей мере частичного вакуума в первой полости 140. Атмосферное давление, воздействующее на сухую заготовку 10 через вакуумную пленку 130 для мешка, слой проницаемого средства 147 распределения потока и снимаемый слой 145, способствует консолидации сухой заготовки 10. Смола перемещается через первую полость 140 с образованием фронта волны, через слой проницаемого средства 147 распределения потока, который в целом будет иметь большую проницаемость, чем снимаемый слой 145 и сухая заготовка 10 вместе, что ведет к образованию пути наименьшего сопротивления. Смола, проходящая горизонтально через слой проницаемого средства 147 распределения потока, под действием вакуума будет также проходить вниз через менее проницаемый снимаемый слой 145 и проникать в заготовку 10, через слои избирательно проницаемой оболочки 205, которые заставляют смолу течь горизонтально и вертикально по имеющим изменяющиеся проницаемости путям с различными расходами согласно конструкции оболочки, в зависимости от выбора места расположения оболочки 205 и/или ориентации оболочки 205, нанесенной на заготовку 10 и от последующих изменений проницаемости или пористости пути прохождения потока через заготовку. Часть смолы также будет течь в боковом направлении через расположенную выше по течению кромку 12 сухой заготовки 10 и, в меньшей степени, через противоположные боковые кромки сухой заготовки 10. Наличие расположенной ниже по течению кромки 11 слоя проницаемого средства 147 распределения потока возле полосы 143 проницаемого средства распределения потока и нижней по течению части 144 снимаемого слоя 145 предотвращает обход смолы заготовки 10 и простое затягивание смолы через слой проницаемого средства 147 распределения потока непосредственно в выпускное вакуумное отверстие (отверстия) 113. В этом примерном варианте реализации изобретения обеспечивается недопущение увеличения скорости продвижения фронта 270 потока смолы, и при этом заготовка 10 включает в себя более толстые части 16, которые должны быть пропитаны смолой в пределах допусков до того, как фронт потока смолы достигнет выпускного вакуумного отверстия (отверстий) 113, посредством вызова прохода смолы продольно далее по потоку через проницаемую заслонку 180 управления потоком смолы, образованную посредством нижней по течению части 144 снимаемого слоя 145 после того, как она пройдет нижнюю по течению кромку 11 сухой заготовки 10 и нижнюю по течению кромку слоя проницаемого средства 147 распределения потока. При этом в процессе инфузии смолы не обязательно нужно каждый раз использовать заслонку 180 управления потоком.
[0055] Слои оболочки 205, 305, 405, 505, выполненные из растворимого в смоле материала, будут растворяться в смоле во время инфузии смолы, смешиваясь со смолой, которая пропитывает заготовку, что приведет к повышению ударной вязкости пропитанной в вакууме заготовки при отверждении с получением композитного компонента. Под повышением ударной вязкости заготовки подразумевается улучшение рабочих характеристик заготовки и полученного композитного компонента в отношении ударов. В одном варианте реализации изобретения эта характеристика оболочки обеспечивается за счет изготовления оболочки из термопластичного материала.
[0056] После полной инфузии смолы в сухую заготовку 10, сухая заготовка 10, пропитанная в вакууме смолой, может быть отверждена посредством постепенного повышения температуры печи 170 до температуры, подходящей для отверждения смолы. Для обычных эпоксидных смол типичные температуры отверждения составляют порядка 180°C - 200°C. На первом источнике 151 вакуума во время процесса отверждения обычно поддерживается полный вакуум для обеспечения возможности сохранения консолидированной сухой заготовки 10, пропитанной в вакууме смолой, и для способствования отверждению смолы.
[0057] Слои оболочки 205, 305, 405, 505, не растворимые в смоле, будут плавиться в смоле во время процесса отверждения и диспергироваться по смоле с упрочнением получаемого композитного компонента.
[0058] На ФИГ. 10 в целом показан способ локального влияния на проницаемость смолы через сухую заготовку, имеющую один или более армирующих слоев. В блоке 601 избирательно проницаемую оболочку, имеющую узор оболочки заданной пространственной плотности, наносят по меньшей мере на один из армирующих слоев сухой заготовки. Затем смола впитывается в вакууме в сухую заготовку в блоке 602. Смолу направляют через избирательно проницаемую оболочку в блоке 603 таким образом, что смола пропитывает сухую заготовку. В блоке 604 избирательно проницаемую оболочку растворяют в смоле. В блоке 605 заготовке придают ударную вязкость, по меньшей мере локально, после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки.
[0059] Варианты реализации раскрытия изобретения могут быть описаны в контексте способа 700 изготовления и обслуживания летательного аппарата, как показано на ФИГ. 11, и летательного аппарата 702, как показано на ФИГ. 12. Во время подготовки к производству показанный в качестве примера способ 700 может включать разработку спецификации и проектирование 704 летательного аппарата 702 и материальное снабжение 706. Во время производства осуществляют изготовление 708 компонентов и сборочных узлов и интеграцию 710 систем летательного аппарата 702. После этого летательный аппарат 702 может проходить этапы сертификации и доставки 712 для ввода в эксплуатацию 714. В процессе эксплуатации заказчиком летательный аппарат 702 подпадает под регламентное техобслуживание и текущий ремонт 716 (которые также могут включать в себя модернизацию, перенастройку, переоборудование и так далее). Раскрытые способы, оболочка и композитные компоненты настоящего изобретения могут быть использованы во время изготовления 708 компонентов и сборочных узлов, интеграции 710 систем или регламентного техобслуживания и текущего ремонта 716. Раскрытые способы, оболочка и композитные компоненты могут быть использованы для изготовления корпуса 718 и внутренней части 722 летательного аппарата 702.
[0060] Каждый из процессов способа 700 может быть выполнен или осуществлен системным интегратором, третьей стороной и/или оператором (например, заказчиком). Для целей настоящего описания системный интегратор может включать в себя, помимо прочего, любое количество производителей воздушных летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам; третья сторона может включать в себя, помимо прочего, любое количество продавцов, субподрядчиков и поставщиков; а оператор может представлять собой авиакомпанию, лизинговую компанию, военную организацию, обслуживающую организацию и т. д.
[0061] Как показано на ФИГ. 12, летательный аппарат 702, изготовленный согласно приведенному в качестве примера способу 700, может включать в себя корпус 718 с множеством систем 720 и внутренней частью 722. Раскрытые варианты реализации могут быть использованы при производстве корпуса 718. Примеры высокоуровневых систем 720 включают в себя одну или более таких систем, как движительная система 724, электрическая система 726, гидравлическая система 726 и система 730 управления окружающей средой. Может быть включено любое количество других систем. Хотя показан пример, относящийся к аэрокосмической отрасли, принципы изобретения применимы к другим отраслям, например, автомобильной промышленности, судостроению и судоходству.
[0062] Устройства и способы, представленные в настоящем документе, могут быть использованы во время любых одного или более этапов способа 700 изготовления и обслуживания. Например, компоненты или сборочные узлы, относящиеся к этапу 708 изготовления, могут быть изготовлены или произведены аналогично компонентам или сборочным узлам, изготовленным во время эксплуатации летательного аппарата 702. Также, один или более вариантов реализации устройства, вариантов реализации способа или их комбинаций могут быть использованы во время этапов 708 и 710, производства, например, с существенным ускорением сборки или снижением стоимости летательного аппарата 702. Аналогично, один или более вариантов реализации устройства или вариантов реализации способов или их комбинаций могут быть использованы во время эксплуатации летательного аппарата 702, например и без ограничения, для регламентного техобслуживания и ремонта 716.
[0063] В настоящем раскрытии фраза «по меньшей мере один из» при использовании со списком элементов означает, что могут использоваться различные комбинации одного или более из перечисленных элементов, и может потребоваться только один из каждого элемента в списке. Например, «по крайней мере один из элемента A, элемента B и элемента C» может включать, без ограничения, элемент A, элемент A и элемент B или элемент B. Этот пример также может включать в себя элемент A, элемент B и элемент C или элемент B и элемент C. Элементом может быть конкретный объект, предмет или категория. Другими словами, по меньшей мере одно из средств, любая комбинация элементов и любое число элементов может быть использовано из такого списка, но не все элементы в списке могут быть необходимы. Настоящее изобретение также описывается в следующих пунктах, которые не следует путать с формулой изобретения.
A1. Способ локального влияния на проницаемость для смолы сухой заготовки, имеющей один или более армирующих слоев, включающий:
нанесение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один из армирующих слоев сухой заготовки, причем избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки заданной пространственной плотности и выполнена с возможностью растворения или плавления в смоле с приданием заготовке, по меньшей мере локально, ударной вязкости после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки;
обеспечение инфузии смолы в сухую заготовку и направление смолы через избирательно проницаемую оболочку таким образом, что смола пропитывает сухую заготовку.
A2. Также предложен способ по пункту A1, согласно которому избирательно проницаемая оболочка имеет избирательно неравномерную проницаемость.
A3. Также предложен способ по пункту A1, также включающий выполнение избирательно проницаемой оболочки с узором оболочки, имеющей локально изменяющуюся пространственную плотность.
A4. Также предложен способ по пункту A1, также включающий управление объемным расходом смолы, протекающей в сухую заготовку, посредством локального изменения толщины избирательно проницаемой оболочки и направление смолы по указанному пути прохождения смолы.
A5. Также предложен способ по пункту A1, также включающий нанесение избирательно проницаемой оболочки для удлинения пути прохождения смолы через сухую заготовку и направление смолы по указанному пути прохождения смолы.
A6. Также предложен способ по пункту A1, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает 3D-печать оболочки на армирующем слое сухой заготовки.
A7. Также предложен способ по пункту A6, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает струйную печать оболочки на армирующем слое сухой заготовки.
A8. Также предложен способ по пункту A1, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает укладку оболочки на армирующий слой сухой заготовки.
A9. Также предложен способ по пункту A1, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает нанесение оболочки на армирующий слой сухой заготовки под давлением по меньшей мере через одно сопло.
A10. Также предложен способ по пункту A1, согласно которому сухая заготовка содержит множество армирующих слоев, причем локальное влияние на проницаемость сухой заготовки включает нанесение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на некоторые из указанного множества армирующих слоев.
A11. Также предложен способ по пункту A10, также включающий нанесение указанной избирательно проницаемой оболочки, имеющей первый узор оболочки, по меньшей мере на первый армирующий слой из указанного множества армирующих слоев и еще одной избирательно проницаемой оболочки, имеющей второй узор оболочки, по меньшей мере на второй армирующий слой из указанного множества армирующих слоев.
A12. Также предложен способ по пункту A11, согласно которому второй узор оболочки имеет отличающиеся пространственную плотность и/или толщину по сравнению с первым узором оболочки.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен:
B1. Способ изготовления композитного компонента, включающий нанесение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один армирующий слой заготовки, выполненной из сухих волокон, обеспечение инфузии заготовки, выполненной из сухих волокон, смолой, локальное влияние на обеспечение инфузии заготовки, выполненной из сухих волокон, с использованием избирательно проницаемой оболочки, и отверждение сухой заготовки, пропитанной в вакууме смолой.
B2. Также предложен способ по пункту B1, также включающий повышение ударной вязкости композитного компонента посредством растворения избирательно проницаемой оболочки в смоле во время инфузии смолы.
B3. Также предложен способ по пункту B1, также включающий повышение ударной вязкости композитного компонента посредством плавления и диспергирования избирательно проницаемой оболочки в смоле во время инфузии смолы.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложена:
C1. Сухая заготовка, имеющая локально избирательную проницаемость для смолы и содержащая по меньшей мере один армирующий слой и избирательно проницаемую оболочку, нанесенную на него, причем избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки заданной пространственной плотности и выполнена с возможностью растворения или плавления в указанной смоле с приданием заготовке, по меньшей мере локально, ударной вязкости после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки.
C2. Также предложена сухая заготовка по пункту C1, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет неравномерную проницаемость.
C3. Также предложена сухая заготовка по пункту C1, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки локально изменяющейся пространственной плотности.
C4. Также предложена сухая заготовка по пункту C1, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки локально изменяющейся толщины.
C5. Также предложена сухая заготовка по пункту C1, в которой избирательно проницаемая оболочка изготовлена из растворимого в смоле материала, способного растворяться в смоле во время процесса инфузии смолы.
C6. Также предложена сухая заготовка по пункту C5, в которой смесь оболочки со смолой, образованная посредством растворения избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывает заготовку и, таким образом, повышает её ударную вязкость.
C7. Также предложена сухая заготовка по пункту C1, в которой избирательно проницаемая оболочка изготовлена из материала, способного плавиться и диффундировать в смоле во время процесса отверждения смолы.
C8. Также предложена сухая заготовка по пункту C7, в которой смесь оболочки со смолой, образованная посредством плавления и диффундирования избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывает заготовку и, таким образом, повышает её ударную вязкость.
C9. Также предложена сухая заготовка по пункту C1, содержащая множество армирующих слоев, в которой избирательно проницаемая оболочка нанесена по меньшей мере на некоторые из указанного множества армирующих слоев.
C10. Также предложена сухая заготовка по пункту C9, в которой указанная избирательно проницаемая оболочка имеет первый узор оболочки, и еще одна избирательно проницаемая оболочка нанесена по меньшей мере на второй армирующий слой из указанного множества армирующих слоев и имеет второй узор оболочки.
C11. Также предложена сухая заготовка по пункту C10, согласно которому второй узор оболочки имеет отличающиеся пространственную плотность и/или толщину по сравнению с первым узором оболочки.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложена:
D1. Избирательно проницаемая оболочка, имеющая узор оболочки заданной пространственной плотности и выполненная с возможностью растворения или плавления в смоле с приданием сухой заготовке, на которую она нанесена, по меньшей мере локально ударной вязкости после инфузии смолы 5 и отверждения сухой заготовки.
D2. Также предложена избирательно проницаемая оболочка пункту D1, имеющая неравномерную проницаемость.
D3. Также предложена избирательно проницаемая оболочка по пункту D2, имеющая узор оболочки локально изменяющейся пространственной плотности.
D4. Также предложена избирательно проницаемая оболочка по любому пунктe D2, имеющая узор оболочки локально изменяющейся толщины.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен:
E1. Способ повышения ударной вязкости заготовки, пропитанной в вакууме смолой, включающий:
размещение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один армирующий слой сухой заготовки и повышение ударной вязкости сухой заготовки посредством растворения или плавления избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывающей под действием вакуума сухую заготовку.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен:
F1. Способ повышения ударной вязкости заготовки, пропитанной в вакууме смолой, включающий:
размещение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один армирующий слой сухой заготовки и повышение ударной вязкости сухой заготовки посредством растворения или плавления избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывающей под действием вакуума сухую заготовку.
[0064] Описание различных иллюстративных вариантов реализации представлено в целях иллюстрации и описания и не должно считаться исчерпывающим или ограниченным по отношению к вариантам реализации в той форме, как они раскрыты. Многие модификации и варианты будут очевидны специалистам в данной области техники. Кроме того, различные иллюстративные варианты реализации могут обеспечить различные преимущества по сравнению с другими иллюстративными вариантами реализации. Отобранный вариант реализации или отобранные варианты реализации выбраны и описаны для лучшего объяснения принципов вариантов реализации, практического применения и предоставления возможности другим специалистам в данной области техники понимать раскрытие различных вариантов реализации с различными модификациями, которые подходят для предполагаемого конкретного использования.
1. Способ локального влияния на проницаемость смолы сухой заготовки, имеющей один или более армирующих слоев, включающий:
нанесение избирательно проницаемой оболочки по меньшей мере на один из армирующих слоев сухой заготовки, причем избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки, пространственная плотность которого выбирается в зависимости от проницаемости смолы по меньшей мере части сухой заготовки для достижения требуемого объема инфузии смолы, и выполнена с возможностью растворения или плавления в смоле с приданием заготовке, по меньшей мере локально, ударной вязкости после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки;
обеспечение инфузии смолы в сухую заготовку и направление смолы через избирательно проницаемую оболочку таким образом, что смола пропитывает сухую заготовку.
2. Способ по п. 1, согласно которому пространственная плотность узора оболочки выбирается так, чтобы пространственная плотность узора оболочки увеличивалась для уменьшения проницаемости смолы по меньшей мере части сухой заготовки и для уменьшения скорости продвижения фронта потока смолы, пропитывающей сухую заготовку.
3. Способ по п. 1, согласно которому пространственная плотность узора оболочки выбирается так, чтобы пространственная плотность узора оболочки уменьшалась для увеличения проницаемости смолы по меньшей мере части сухой заготовки и для увеличения скорости продвижения фронта потока смолы, пропитывающей сухую заготовку.
4. Способ по п. 1, согласно которому избирательно проницаемая оболочка имеет избирательно неравномерную проницаемость.
5. Способ по п. 1, также включающий выполнение избирательно проницаемой оболочки с узором оболочки, имеющей локально изменяющуюся пространственную плотность.
6. Способ по п. 1, также включающий управление объемным расходом смолы, протекающей в сухую заготовку, посредством локального изменения толщины избирательно проницаемой оболочки и направление смолы по пути прохождения смолы.
7. Способ по п. 1, также включающий нанесение избирательно проницаемой оболочки для удлинения пути прохождения смолы через сухую заготовку и направление смолы по указанному пути прохождения смолы.
8. Способ по п. 1, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает 3D-печать оболочки на армирующем слое сухой заготовки.
9. Способ по п. 8, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает струйную печать оболочки на армирующем слое сухой заготовки.
10. Способ по п. 1, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает укладку оболочки на армирующий слой сухой заготовки.
11. Способ по п. 1, согласно которому нанесение избирательно проницаемой оболочки включает нанесение оболочки на армирующий слой сухой заготовки под давлением по меньшей мере через одно сопло.
12. Способ по п. 1, согласно которому сухая заготовка содержит множество армирующих слоев, причем локальное влияние на проницаемость сухой заготовки включает нанесение избирательно проницаемой оболочки, по меньшей мере, на некоторые из указанного множества армирующих слоев.
13. Способ по п. 12, также включающий нанесение указанной избирательно проницаемой оболочки, имеющей первый узор оболочки, по меньшей мере на первый армирующий слой из указанного множества армирующих слоев и еще одной избирательно проницаемой оболочки, имеющей второй узор оболочки, по меньшей мере на второй армирующий слой из указанного множества армирующих слоев.
14. Способ по п. 13, согласно которому второй узор оболочки имеет отличающиеся пространственную плотность и/или толщину по сравнению с первым узором оболочки.
15. Сухая заготовка, имеющая локально избирательную проницаемость для смолы и содержащая по меньшей мере один армирующий слой и избирательно проницаемую оболочку, нанесенную на него, причем избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки, пространственная плотность которого выбирается в зависимости от проницаемости смолы по меньшей мере части сухой заготовки для достижения требуемого объема инфузии смолы, и выполнена с возможностью растворения или плавления в указанной смоле с приданием заготовке, по меньшей мере локально, ударной вязкости после инфузии смолы и отверждения сухой заготовки.
16. Сухая заготовка по п. 15, в которой по меньшей мере часть узора оболочки имеет увеличенную пространственную плотность такую, что проницаемость смолы по меньшей мере части сухой заготовки снижается.
17. Сухая заготовка по п. 15, в которой по меньшей мере часть узора оболочки имеет уменьшенную пространственную плотность такую, что проницаемость смолы по меньшей мере части сухой заготовки увеличивается.
18. Сухая заготовка по п. 15, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет неравномерную проницаемость.
19. Сухая заготовка по п. 15, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки локально изменяющейся пространственной плотности.
20. Сухая заготовка по п. 15, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет узор оболочки локально изменяющейся толщины.
21. Сухая заготовка по п. 15, в которой избирательно проницаемая оболочка изготовлена из растворимого в смоле материала, способного растворяться в смоле во время процесса инфузии смолы.
22. Сухая заготовка по п. 21, в которой смесь оболочки со смолой, образованная посредством растворения избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывает заготовку и, таким образом, повышает её ударную вязкость.
23. Сухая заготовка по п. 15, в которой избирательно проницаемая оболочка выполнена из материала, способного плавиться и диффундироватьcя в смоле во время процесса отверждения смолы.
24. Сухая заготовка по п. 23, в которой смесь оболочки со смолой, образованная посредством плавления и диффундирования указанной избирательно проницаемой оболочки в смоле, пропитывает заготовку и, таким образом, повышает её ударную вязкость.
25. Сухая заготовка по п. 15, содержащая:
множество армирующих слоев,
причем избирательно проницаемая оболочка нанесена, по меньшей мере, на некоторые из указанного множества армирующих слоев.
26. Сухая заготовка по п. 25, в которой избирательно проницаемая оболочка имеет первый узор оболочки, а еще одна избирательно проницаемая оболочка нанесена по меньшей мере на второй армирующий слой из указанного множества армирующих слоев и имеет второй узор оболочки.
27. Сухая заготовка по п. 26, в которой второй узор оболочки имеет отличающиеся пространственную плотность и/или толщину по сравнению с первым узором оболочки.
