專利名稱：樹(shù)脂浸入設(shè)備及系統(tǒng),層鋪系統(tǒng),及其使用方法
樹(shù)脂浸入設(shè)備及系統(tǒng)，層鋪系統(tǒng)，及其使用方法
背景技術(shù)：
纖維復(fù)合材料在汽車和航空工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這些材料重量輕，然而提供良好的強(qiáng)度和剛度。纖維復(fù)合層壓片或者部件典型地可通過(guò)首先用樹(shù)脂浸漬纖維增強(qiáng)體以形成預(yù)浸料(prepreg)，以及然后將預(yù)浸料的兩層或者多層固結(jié)成層壓片而被制造。盡管同樣對(duì)把預(yù)浸料的各個(gè)層接合在一起是有用的，該固結(jié)步驟還對(duì)減少和消除在所得層壓片中的孔隙是必需的。這些孔隙反過(guò)來(lái)可由樹(shù)脂不充分地滲透進(jìn)入纖維束、絲束(tow)或者粗紗 (roving)中而導(dǎo)致。固結(jié)對(duì)于將預(yù)浸料的各個(gè)層形成為層壓片以及去除可存在于其中的孔隙可能是不理想的方法。這是因?yàn)楣探Y(jié)可能需要施加熱和壓力，并且因而需要使用能夠于很長(zhǎng)時(shí)期施加這類條件的昂貴設(shè)備，例如壓熱器(autoclave)。對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，部件的尺寸，以及所需專用設(shè)備的相應(yīng)成本，可能導(dǎo)致固結(jié)成本高不可及。進(jìn)一步，可能發(fā)生在固結(jié)期間的除氣作用可實(shí)際上在層壓片和/或預(yù)浸料中產(chǎn)生孔隙。近些年來(lái)，用于去除預(yù)浸料中的孔隙和/或由此制備層壓片的低成本方法已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，其不需要施加壓力。然而，一般說(shuō)來(lái)，這些方法可能在預(yù)浸料和/或經(jīng)由此法處理的層壓片中留下所不希望的殘余孔隙。結(jié)果，由這些層壓片制備的部件可表現(xiàn)出折損的強(qiáng)度。用于減少由預(yù)浸料制備的層壓片中孔隙的其他方法包括在浸漬前降低樹(shù)脂粘度， 使得其將更容易地且均勻地流到增強(qiáng)材料上且流入增強(qiáng)材料中。例如，這類方法提供用于加熱樹(shù)脂或者用溶劑稀釋樹(shù)脂。然而，盡管通常是有用的，這些方法也可能無(wú)法完全消除在由預(yù)浸料制備的層壓片中的孔隙問(wèn)題。提供改進(jìn)的設(shè)備和方法用于均勻地使樹(shù)脂浸入增強(qiáng)材料、例如纖維、纖維束、絲束、粗紗或者股(Ply)中是希望的。希望的是，提供的設(shè)備/方法將能夠容易結(jié)合到現(xiàn)有的方法中，或者與現(xiàn)有的設(shè)備組合，以提供預(yù)浸料的鋪層。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于由樹(shù)脂和增強(qiáng)材料形成預(yù)浸料的樹(shù)脂浸入設(shè)備。該設(shè)備包括至少一個(gè)中空?qǐng)A筒，其具有穿過(guò)其圓弧表面的多個(gè)孔，和允許流體進(jìn)入該圓筒內(nèi)部的在其至少一個(gè)平坦表面上的孔口(orifice)，其中該圓筒內(nèi)部至少一部分設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)限流器 (flow restrictors)0在另一方面，提供了一種用于由樹(shù)脂和增強(qiáng)材料形成預(yù)浸料的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括樹(shù)脂浸入設(shè)備和用于供應(yīng)流體進(jìn)入圓筒內(nèi)部的泵。用于將樹(shù)脂浸入增強(qiáng)材料以形成預(yù)浸料的方法也被提供，且其包括使用本文所述的設(shè)備或系統(tǒng)來(lái)形成預(yù)浸料。另一方面，提供了用于提供多個(gè)預(yù)浸料的層壓片的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括樹(shù)脂浸入系統(tǒng)和層鋪設(shè)備。還提供了使用該系統(tǒng)提供多個(gè)預(yù)浸料的層壓片的方法。


本發(fā)明這些和其他特征，方面和優(yōu)點(diǎn)當(dāng)參考附圖(在其中，類似的字符表示遍及所有附圖的類似部件)閱讀了下面詳細(xì)的描述時(shí)可以被更好地理解，其中圖1是某些實(shí)施例中使用的限流器的孔半徑與其滲透率的關(guān)系的圖形描繪。圖2是本文提供的樹(shù)脂浸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的在第一平面所取的橫截面圖；圖2A是在圖2中所示的該樹(shù)脂浸入系統(tǒng)的實(shí)施例的在基本上垂直于第一平面且在線A-A處的平面中所取的橫截面圖。圖2B是在圖2中所示的該樹(shù)脂浸入系統(tǒng)的實(shí)施例的在基本上垂直于第一平面且在線B-B處的平面中所取的橫截面圖，以及圖3是在圖2中所示的樹(shù)脂浸入設(shè)備的實(shí)施例的橫截面圖，其顯示通過(guò)圓筒的樹(shù)脂流動(dòng)。
具體實(shí)施例方式除非另有定義，本文使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)以及科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有如本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員普遍所知的相同含義。如本文使用的術(shù)語(yǔ)“第一”，“第二”及類似的表達(dá)，不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而是用來(lái)區(qū)別一個(gè)元件與另外一個(gè)元件。術(shù)語(yǔ)“一”也不表示數(shù)量的限制，而是表示提到的項(xiàng)目的至少一個(gè)的存在，以及術(shù)語(yǔ)“前面”，“后面”，“底部”，和/或“頂部”(除非另有注明)僅僅被用于方便描述，且并不限于任何一個(gè)位置或者空間取向。如果公開(kāi)了范圍，針對(duì)相同部件或者特性的所有范圍的端點(diǎn)值都包括在內(nèi)且分別可組合(例如，“上至約25wt%”、或者更具體地，約5wt. %至約20wt. %"的范圍包括端點(diǎn)值和“約 5wt. %至約25wt. 范圍中的所有中間值，等等)。與數(shù)量相連使用的修飾語(yǔ)“約”意思是包括所記載的值，且具有根據(jù)上下文所規(guī)定的含義(例如，包括與特定數(shù)量的度量關(guān)聯(lián)的誤差度)。本文提供了用于用樹(shù)脂浸入增強(qiáng)材料以形成預(yù)浸料的設(shè)備和系統(tǒng)，以及與層鋪設(shè)備相組合以提供預(yù)浸料的層壓片的這樣的系統(tǒng)。有利地，本文所述的設(shè)備提供增強(qiáng)材料上的基本上均勻的樹(shù)脂流動(dòng)，使得由所得預(yù)浸料制備的固化的層壓片基本上沒(méi)有孔隙。并且， 該設(shè)備的所希望的尺寸和設(shè)計(jì)是使得它可以容易地被增添至或者以別的方式結(jié)合至層鋪設(shè)備中使得預(yù)浸料和層壓過(guò)程基本上能連續(xù)地被實(shí)施。更具體地，該樹(shù)脂浸入設(shè)備包括至少一個(gè)中空?qǐng)A筒，其具有穿過(guò)其圓弧表面且連通該圓筒內(nèi)部與該圓筒外部的多個(gè)孔，以及允許流體進(jìn)入該圓筒內(nèi)部的在其至少一個(gè)平坦表面上的孔口(orifice)，其中該圓筒內(nèi)部至少一部分設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)限流器。該中空?qǐng)A筒可由任何適宜的材料形成。希望的是，這種材料將是穩(wěn)定的，例如，當(dāng)暴露在樹(shù)脂或者樹(shù)脂被應(yīng)用于增強(qiáng)材料的所處的環(huán)境中時(shí)，其基本上不會(huì)降級(jí)、侵蝕或者結(jié)垢。在某些實(shí)施例中，該圓筒可由不銹鋼、鈦、合金、塑料等形成。在某些實(shí)施例中，該中空?qǐng)A筒包括鋁合金。該圓筒的尺寸不是關(guān)鍵，且可根據(jù)浸入過(guò)程中所利用的以有助于提供所期望的效果、即從圓筒均勻流出樹(shù)脂的其他條件來(lái)選擇。例如，該圓筒的尺寸可根據(jù)采用樹(shù)脂按希望方式被浸入的增強(qiáng)材料的尺寸、樹(shù)脂的粘度、按希望方式應(yīng)用于樹(shù)脂的壓力、從中空?qǐng)A筒的孔的樹(shù)脂流速等等來(lái)確定。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，該圓筒可具有的長(zhǎng)度從約50mm至約400mm，外部直徑從約20mm至約100mm，以及內(nèi)部直徑從約17mm至約95mm。該圓筒上設(shè)置有多個(gè)孔，其穿過(guò)中空?qǐng)A筒的圓弧表面，即這些孔連通了該圓筒內(nèi)部和該圓筒外部。這些孔可具有任何所期望的尺寸，且該孔直徑可基于所期望的從其中流出的流量、根據(jù)其他可能對(duì)其有影響的過(guò)程參數(shù)來(lái)選擇，這些參數(shù)例如浸入的樹(shù)脂及其特性(如樹(shù)脂粘度)。希望來(lái)說(shuō)，孔直徑將允許或者有助于從其中流出的所期望樹(shù)脂的均勻流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，這些孔希望具有的直徑從約0. 2mm至約2mm。孔間距可希望是這樣的，使得該圓筒的開(kāi)放區(qū)域(例如，未被孔占據(jù)的區(qū)域)是至少約25%，或者至少約30%，或者至少約35%。孔與孔之間的距離可希望是基本上近似地等于孔直徑，即，孔與孔之間的距離可希望是在約0. 2mm至約2mm之間。這些孔可遍布在圓筒基本上整個(gè)長(zhǎng)度，和/或圍繞圓筒基本上整個(gè)圓周，或者僅僅遍布其一部分來(lái)設(shè)置。在某些實(shí)施例中，這些孔希望是遍布基本上等于增強(qiáng)材料(其希望是用該設(shè)備被樹(shù)脂浸入)的寬度的圓筒長(zhǎng)度上來(lái)設(shè)置。這些孔可圍繞圓筒的基本上整個(gè)圓周，或者只其一部分來(lái)設(shè)置。在某些實(shí)施例中， 這些孔有利地圍繞圓筒的基本上整個(gè)圓周來(lái)設(shè)置，因?yàn)榻?jīng)確信這樣的配置有助于減少樹(shù)脂中的任何孔隙，否則這些孔隙可能在增強(qiáng)材料上或者其內(nèi)形成。這些孔可以以任何密度沿著圓筒的長(zhǎng)度或者圍繞其圓周被設(shè)置。希望地，不管什么樣的孔密度，其將能足以提供流出孔且流至/流入增強(qiáng)材料的、至少有助于基本上涂敷增強(qiáng)材料的樹(shù)脂流量。更進(jìn)一步，孔的排列可以是均勻的，即，個(gè)體孔之間的距離可基本上相等，或者也可出于任何目的而變化，即，這些孔以其中孔間距變化的圖案來(lái)設(shè)置，或隨制造該中空?qǐng)A筒過(guò)程中制造偏差而變化來(lái)設(shè)置。至于沿著圓筒長(zhǎng)度或者圍繞圓筒圓周的孔的布置，適當(dāng)?shù)拿芏群团帕锌扇Q于其他因素，例如所應(yīng)用的樹(shù)脂及其特性，以及被浸入的增強(qiáng)材料及其特性。給定以上的參數(shù)， 可以確信的是本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員將能夠確定將基本上實(shí)現(xiàn)至少本文所述的部分目標(biāo)的在該中空?qǐng)A筒上的孔的排列或者圖案。該中空?qǐng)A筒還希望地包括設(shè)置在其平坦表面上至少一個(gè)樹(shù)脂注入口(inlet)，其連通圓筒的外部及其內(nèi)部，所期望的樹(shù)脂可通過(guò)其而被導(dǎo)入。該樹(shù)脂注入口可具有任何幾何外形或者構(gòu)造，即是，該樹(shù)脂注入口實(shí)際上可包括多個(gè)注入口，且可具有任何形狀，也就是說(shuō)該樹(shù)脂注入口一般可是圓形、方形、三角形、矩形、橢圓形，等等。在某些實(shí)施例中，樹(shù)脂注入口一般是圓形的。更進(jìn)一步，在這類實(shí)施例中，該樹(shù)脂注入口可具有任何直徑，且可具有和圓筒直徑同樣大的直徑，即，在某些實(shí)施例中，該圓筒可只包括一個(gè)平坦表面，而另一個(gè)作為樹(shù)脂注入口。在其他實(shí)施例中，樹(shù)脂注入口將具有的直徑少于圓筒的直徑。在這類實(shí)施例中，該樹(shù)脂注入口可具有的直徑是圓筒直徑的約90 %， 或約80 %，或約70 %，或約60 %，或甚至約50 %，或者更少。該圓筒可設(shè)置有兩個(gè)樹(shù)脂注入口，該示例中，在該圓筒的各平坦表面上將希望地設(shè)置一個(gè)注入口。在這類實(shí)施例中，孔口可具有相同的或者不同的直徑。如果是提供具有基本上一致直徑的孔口的例子，該例子可有助于提供用于從中空?qǐng)A筒的大部分孔流出的基本上均勻的流量，且因此這可能是在某些實(shí)施例中所期望的配置。該圓筒內(nèi)部至少一部分設(shè)置有一個(gè)或者多個(gè)限流器。該限流器希望地用作限制樹(shù)脂通過(guò)且流出圓筒的流量，使得在樹(shù)脂通過(guò)孔流出前，樹(shù)脂基本上充滿整個(gè)圓筒內(nèi)部。因?yàn)樵谄渫ㄟ^(guò)孔流出前，基本上整個(gè)圓筒內(nèi)部被樹(shù)脂所充滿，來(lái)自這些孔的至少大多數(shù)(例如， 大于50 %，不然也可以是約60 %，或70 %，或80 %或90 %，或95 %，或甚至基本上所有的孔)的樹(shù)脂的流速將基本上相等。并且，出自圓筒的孔的不希望的樹(shù)脂泄漏量可被減少或基本上消除。該限流器可由能夠控制圓筒內(nèi)樹(shù)脂的流量的任何材料或者配置構(gòu)成，使得在允許樹(shù)脂從孔流出之前，圓筒內(nèi)部基本上是充滿的。該限流器可被永久地或者臨時(shí)地附連于圓筒內(nèi)部，或者可以是分開(kāi)的且被設(shè)計(jì)成如所期望的那樣被插入該圓筒或者從該圓筒移除， 以達(dá)到通過(guò)或從圓筒的樹(shù)脂所期望的流量。在某些實(shí)施例中，該限流器是可拆裝的，使得可基于樹(shù)脂和被浸入的增強(qiáng)材料來(lái)選擇和使用限流器，使得該設(shè)備和系統(tǒng)能夠適用于各種預(yù)浸料應(yīng)用。與如果限流器被永久附連于中空?qǐng)A筒的情況相比，可拆裝的限流器還可致使中空?qǐng)A筒和限流器更加易于清洗。如果希望是可拆裝的話，限流器或可自由地置立于圓筒中，或可通過(guò)可拆裝部件、 即例如通過(guò)臨時(shí)粘結(jié)或機(jī)械位置保持器(placeholder)而被保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫蛘叱蔀橹锌請(qǐng)A筒的一體化元件。泡沫特別地適合用作限流器，因?yàn)椋谶@類實(shí)施例中，泡沫的孔尺寸可有助于控制通過(guò)其的樹(shù)脂流量。用于這類實(shí)施例中的泡沫可以具有對(duì)樹(shù)脂流量控制有用的任何配置和任何材料，但泡沫材料將希望地對(duì)于在預(yù)浸料處理中采用的環(huán)境是惰性的。那就是，預(yù)浸料溫度、壓力、濕度和所用的特定的樹(shù)脂將希望地不會(huì)導(dǎo)致該泡沫材料的相當(dāng)大的降級(jí)。由于在某些預(yù)浸料過(guò)程中采用的溫度和/或壓力，在某些實(shí)施例中，該泡沫可希望地是金屬。適宜的金屬具有充分的強(qiáng)度使得其完整性在預(yù)浸料過(guò)程期間基本上不會(huì)折損，即，其蜂窩結(jié)構(gòu)基本上不會(huì)在預(yù)浸料過(guò)程期間降級(jí)。所用的金屬還將希望地在預(yù)浸料過(guò)程期間不降級(jí)，即，該金屬將希望地不氧化、不結(jié)垢、或者不會(huì)以將導(dǎo)致所得的預(yù)浸料因氧化和/或金屬生銹產(chǎn)物所污染或者折損泡沫的完整性的方式而降級(jí)。塑料泡沫可用于某些實(shí)施例中，只要該塑料基本上對(duì)樹(shù)脂是惰性的，且能夠在該處理過(guò)程中所利用的溫度和壓力下起作用即可。的確，在某些實(shí)施例中，如果在特定應(yīng)用中清洗金屬泡沫被認(rèn)為是所不希望地浪費(fèi)時(shí)間的話，則塑料泡沫可提供一次性使用的可能性。給定了這些參數(shù)和所期望進(jìn)行的預(yù)浸料過(guò)程，本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員將能夠選擇適宜的泡沫。那么一般說(shuō)來(lái)，適宜的金屬泡沫包括，但不限于，鋁合金，銅合金及鋅合金。 所提供的適合用作限流器的金屬泡沫的一個(gè)非限制性例子包括商業(yè)上可獲得的商標(biāo)名為 RetimetR的材料，其來(lái)自 Dunlop Equipment (England)。限流器可以任何適于控制從圓筒的孔流出的樹(shù)脂流量的配置來(lái)設(shè)置。在某些實(shí)施例中，所用的限流器的配置將如這樣當(dāng)被插入圓筒時(shí)，該限流器緊貼圓筒內(nèi)部，使得相當(dāng)大數(shù)量的樹(shù)脂不能在圓筒內(nèi)表面和限流器外表面之間流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，限流器希望地包括一個(gè)或者多個(gè)泡沫圓環(huán)或者圓盤，和/或一個(gè)或多個(gè)金屬泡沫圓環(huán)或者圓盤(當(dāng)插入其中時(shí)其緊貼圓筒內(nèi)表面)，使得相當(dāng)大數(shù)量的樹(shù)脂將不在金屬泡沫圓環(huán)/圓盤和圓筒內(nèi)表面之間流動(dòng)。換種方式說(shuō)，在某些實(shí)施例中，限流器的外徑可近乎與圓筒的內(nèi)徑相同，所要求的差別量?jī)H使得限流器緊密配合在中空?qǐng)A筒內(nèi)。更確切地，在經(jīng)由圓筒的孔離開(kāi)之前，樹(shù)脂將經(jīng)由金屬泡沫圓環(huán)/圓盤中心流動(dòng)，直至該圓筒基本上被樹(shù)脂充滿。 在此類實(shí)施例中，泡沫圓環(huán)/圓盤可希望地被臨時(shí)保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫沟妙A(yù)浸料過(guò)程的條件不會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的泡沫圓環(huán)的移位。任何適宜這樣做的方法都可被利用，只要它提供至少一定阻力在預(yù)浸料過(guò)程期間阻止該圓環(huán)/圓盤的位移即可。例如，該圓環(huán)/ 圓盤可通過(guò)臨時(shí)粘結(jié)、或者任何適宜的機(jī)械方法保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ谀承?shí)施例中，該圓環(huán)/圓盤通過(guò)擋環(huán)而希望地保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?限流器希望地以一定配置在圓筒內(nèi)設(shè)置，使得基本上所有的樹(shù)脂先經(jīng)過(guò)至少一個(gè)限流器，然后再經(jīng)過(guò)該多個(gè)孔中的大多數(shù)(例，大于50 % )。在某些實(shí)施例中，樹(shù)脂將先經(jīng)過(guò)至少一個(gè)限流器，然后再經(jīng)過(guò)該多個(gè)孔中約80%、或90%、或95%或甚至高達(dá)100%的孔。 換種方式說(shuō)，該限流器希望地被設(shè)置在該圓筒的基本上對(duì)應(yīng)于該多個(gè)孔穿過(guò)的該圓弧表面部分的部分內(nèi)。以這種方式，該限流器能夠控制從至少一部分孔、希望地是大多數(shù)孔、以及甚至更希望地是約80 %、或90 %、或95 %，或甚至高達(dá)100 %的孔流出的樹(shù)脂的流量。一個(gè)或者多個(gè)限流器可被利用以用于提供所期望的孔覆蓋量(pore coverage) 0 在那些實(shí)施例中，其中該限流器希望地包括泡沫圓環(huán)或圓盤，或者金屬泡沫圓環(huán)或圓盤，例如，一個(gè)或者多個(gè)圓環(huán)/圓盤可被插入圓筒中，以控制從其的該多個(gè)孔中至少一部分孔流出的樹(shù)脂流量。當(dāng)限流器包含泡沫，或者金屬泡沫，其平均孔尺寸可以選擇成提供期望的通過(guò)泡沫、以及因而到圓筒的孔以及從圓筒的孔流出的滲透率。盡管通過(guò)圓筒的樹(shù)脂的精確流速可取決于進(jìn)行的預(yù)浸料過(guò)程，在某些實(shí)施例中，泡沫的平均孔尺寸可希望地少于約800微米，或少于約600微米。在某些實(shí)施例中，泡沫的平均孔尺寸將希望地從約300微米至約 500微米。在這種平均孔尺寸下，泡沫或者金屬泡沫的滲透率預(yù)期是高于約5000Da，或者高于約6000Da，或者高于約7000Da，或者高于約8000Da，或者高于約9000Da，或者甚至高達(dá)約 lOOOODa。例如，圖1顯示了隨著滲透率值變化及高達(dá)5g/SeC的所期望的質(zhì)量流率的計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果。更具體地，圖1顯示了根據(jù)某些實(shí)施例，5000-10000Da的滲透率導(dǎo)致了在中空?qǐng)A筒寬度上的良好分配的樹(shù)脂流量。提供圖1數(shù)據(jù)的模擬的其他所需的輸入是樹(shù)脂特性和軋輥(roller)及泡沫尺寸。盡管本發(fā)明并不限于此，對(duì)于該模擬，以下特性被假定中空?qǐng)A筒外直徑38mm，中空?qǐng)A筒內(nèi)直徑35mm，中空?qǐng)A筒孔直徑1. 4mm,中空?qǐng)A筒開(kāi)放區(qū)域33%，中空?qǐng)A筒孔區(qū)域長(zhǎng)度100mm，泡沫限流器外直徑35mm，泡沫限流器內(nèi)直徑12. 7mm，泡沫限流器長(zhǎng)度100mm，及樹(shù)脂粘度15Pa-s。在圖1中，斜黑線表示取決于泡沫蜂窩半徑的泡沫滲透率。 由模擬得到的所需滲透率范圍則對(duì)應(yīng)于孔尺寸300-500微米。應(yīng)該理解的是，樹(shù)脂特性，操作條件和軋輥和泡沫尺寸的變化都將導(dǎo)致不同的曲線，且因而導(dǎo)致不同的最優(yōu)孔尺寸。現(xiàn)參考圖2，顯示了本文所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。如圖2所示，樹(shù)脂浸入設(shè)備200包括具有內(nèi)圓弧表面204和外圓弧表面206的中空?qǐng)A筒202。中空?qǐng)A筒202進(jìn)一步包括平的端面208。每個(gè)端面208被設(shè)置有樹(shù)脂注入口 210，盡管這不是必須的例子。 例如，中空?qǐng)A筒202可包括僅一個(gè)樹(shù)脂注入口 210，其設(shè)置在其一個(gè)端面208上，或者，可包括多個(gè)在單個(gè)端面208上的樹(shù)脂注入口 210。多個(gè)孔212被設(shè)置成與中空?qǐng)A筒202相連，且穿過(guò)其圓弧表面，即，多個(gè)孔連通內(nèi)圓弧表面204和外圓弧表面206。如圖2所示，多個(gè)孔212被設(shè)置在中空?qǐng)A筒202的中間區(qū)域216中，且多個(gè)孔中的孔設(shè)置成孔與孔之間具有基本上一致的間距。然而，這些配置都不是必需的，且中空?qǐng)A筒202可提供有的多個(gè)孔延伸基本經(jīng)過(guò)中空?qǐng)A筒202整個(gè)長(zhǎng)度，或任何較短的長(zhǎng)度，或者它們以非規(guī)則的方式或圖案間隔開(kāi)，其中孔與孔間距不相等。以金屬泡沫圓環(huán)或者圓盤218的形式的一個(gè)或多個(gè)限流器，被設(shè)置在中空?qǐng)A筒 202內(nèi)部。如圖示，限流器218緊貼中空?qǐng)A筒202內(nèi)圓弧表面204且所使用的限流器218的數(shù)量/長(zhǎng)度基本上在包括孔212的中空?qǐng)A筒202的長(zhǎng)度的整個(gè)上延伸，即，中空?qǐng)A筒202內(nèi)部中設(shè)置圓環(huán)或者圓盤218的部分基本上對(duì)應(yīng)于被穿孔的圓弧表面204和206。然而，該例子不是必須的，且提供的金屬泡沫圓環(huán)218的長(zhǎng)度可延伸超過(guò)包括孔212的中空?qǐng)A筒202 的長(zhǎng)度。限流器218通過(guò)擋環(huán)220保持在圓筒202內(nèi)的適當(dāng)位置處。擋環(huán)220可以是任何構(gòu)造，只要在設(shè)備200運(yùn)行期間，其適宜有助于保持限流器218在合適的位置即可。或者，這可通過(guò)其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。擋環(huán)220希望地具有的外徑使得其緊配合于圓筒202內(nèi)，即，使得相當(dāng)大數(shù)量的樹(shù)脂不能在擋環(huán)202和中空?qǐng)A筒202的內(nèi)圓弧表面204之間流動(dòng)。希望地， 擋環(huán)220的外直徑將基本上等于中空?qǐng)A筒202的內(nèi)直徑，其差別足以使得擋環(huán)220緊配合于圓筒202內(nèi)。在圖2中所示的實(shí)施例中，擋環(huán)202的內(nèi)直徑222大于限流器218的內(nèi)直徑。然而該關(guān)系并不是關(guān)鍵性的，且擋環(huán)202的內(nèi)直徑222可小于、等于、或大于限流器218的內(nèi)直徑2M。圖3顯示了在運(yùn)行中的圖2的樹(shù)脂浸入設(shè)備。如圖示，樹(shù)脂通過(guò)樹(shù)脂注入口 310被推進(jìn)中空?qǐng)A筒302內(nèi)。樹(shù)脂優(yōu)先地充滿在中空?qǐng)A筒302內(nèi)的空腔326。由于由限流器318 提供的增加的阻力，直至空腔3 充滿后，樹(shù)脂才會(huì)流經(jīng)限流器318。一旦空腔3 充滿，樹(shù)脂將會(huì)如由箭頭3 示意地所示那樣比較均勻地從孔312徑向地被推出。所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備可被設(shè)置為樹(shù)脂浸入系統(tǒng)的一部分，且被用于將任何所期望的樹(shù)脂浸入至任何所期望的增強(qiáng)材料中。這樣的一種系統(tǒng)將希望地包括所期望的樹(shù)脂的來(lái)源，以及泵，其能提供給樹(shù)脂所期望的壓力以將其擠壓通過(guò)圓筒且相對(duì)均勻地離開(kāi)其中的孔以浸入所期望的增強(qiáng)材料。所浸入的樹(shù)脂可以是任何典型用于形成預(yù)浸料的樹(shù)脂，S卩，該樹(shù)脂可以是任何在預(yù)浸料應(yīng)用中有用的熱固型樹(shù)脂。可被利用的適宜的熱固型樹(shù)脂的例子包括，但不僅限于環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚酰胺、或它們中的兩種或者兩種以上的組合。任何適宜的增強(qiáng)材料可使用所述設(shè)備，系統(tǒng)和方法被浸入。例如，相對(duì)連續(xù)纖維、 或絲束可被排列成形成單向纖維陣列、纖維的交叉股陣列、或者捆扎成絲束，這些絲束被排列成形成單向絲束陣列，或者它們被紡織或者成股交叉以形成二維陣列，或它們被紡織或者編織以形成三維織物。對(duì)于三維織物，單向絲束的組例如可彼此橫向交織。在這類增強(qiáng)材料中所包含的有用纖維、例如帶或織物，包括且不限于玻璃纖維、碳和石墨纖維、玄武巖纖維，聚合物纖維，其包括芳族聚酰胺纖維、硼纖維、陶瓷纖維、金屬纖維、石棉纖維、鈹纖維、石英纖維、碳化硅纖維，及諸如此類。該纖維根據(jù)所期望的預(yù)浸料應(yīng)用可以是不導(dǎo)電的或者導(dǎo)電的。通過(guò)采用本文所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備和系統(tǒng)，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將能夠建立該設(shè)備/系統(tǒng)以提供所期望的預(yù)浸料。則一般說(shuō)來(lái)，本文描述的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)可被用于形成如下的預(yù)浸料。所期望的增強(qiáng)材料可例如通過(guò)布置、排列、編織等所期望的纖維來(lái)制備，或提供為預(yù)先組裝至該系統(tǒng)。該增強(qiáng)材料被引導(dǎo)至具有一個(gè)或多個(gè)浸入圓筒的裝備中。該增強(qiáng)材料被傳遞經(jīng)過(guò)圓筒，使得圓筒與增強(qiáng)材料的接觸充分以使樹(shù)脂被增強(qiáng)材料帶起且使樹(shù)脂浸入增強(qiáng)材料。增強(qiáng)材料和樹(shù)脂的傳送速度互相匹配，使得所期望/需要的樹(shù)脂含量可被獲得。在一些實(shí)施例中，本文所述的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)可與層鋪機(jī)相組合，使得在基本上連續(xù)的過(guò)程中預(yù)浸料被形成并且直接進(jìn)給到其上。即是，一旦預(yù)浸料通過(guò)如上所述的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)被形成，該預(yù)浸料將被提供給層鋪設(shè)備，其則會(huì)根據(jù)預(yù)編程的位置和方向來(lái)定位該預(yù)浸料以及層鋪該預(yù)浸料。在每個(gè)層鋪序列的開(kāi)始處，預(yù)浸料被進(jìn)給至層鋪點(diǎn)(壓實(shí)機(jī))， 并且被擠壓在層鋪工具或墊層上。在每個(gè)層鋪序列的結(jié)束處，預(yù)浸料將被切割。為了增加過(guò)程的可靠性，該預(yù)浸料在某些位置可被冷卻以減少粘連性，也可在其他位置被加熱以增加粘連性。適宜用在廣泛的各種應(yīng)用的任何所期望的預(yù)浸料或者層壓片可使用所提供的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)和/或?qū)愉佅到y(tǒng)來(lái)被制備。特定應(yīng)用的例子包括風(fēng)力渦輪機(jī)部件，例如，渦輪機(jī)葉片或其子部件，比如風(fēng)力渦輪機(jī)的翼梁、翼梁帽、翼面外皮(airfoil skin)，或者圓筒根部或者塔部。由使用所述設(shè)備和/或系統(tǒng)制備的預(yù)浸料制備的層壓片還可被用于航空應(yīng)用中，例如機(jī)翼外皮、機(jī)身外皮，翼梁，或者例如機(jī)翼小骨(rib)的平的層壓片。盡管本發(fā)明僅有某些特征在本文被圖示和描述，許多修改和變化可由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到。因此可以理解，附上的權(quán)利要求意在覆蓋落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神之內(nèi)的所有這樣的修改和變化。部件清單
權(quán)利要求
1.一種用于由樹(shù)脂和增強(qiáng)材料形成預(yù)浸料的樹(shù)脂浸入設(shè)備000)，其包括至少一個(gè)中空?qǐng)A筒002)，其具有穿過(guò)其圓弧表面004，206)的多個(gè)孔012)，以及在其至少一個(gè)平的表面上的孔口(210)以用于允許流體進(jìn)入該圓筒內(nèi)部，其中該圓筒內(nèi)部至少一部分設(shè)置有一個(gè)或者多個(gè)限流器(218)。
2.如權(quán)利要求1所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備，其中所述圓筒內(nèi)部的設(shè)置有一個(gè)或者多個(gè)限流器的部分基本上與被穿孔的圓弧表面相對(duì)應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備，其中該多個(gè)孔的平均孔半徑是從約300微米至約500微米。
4.如權(quán)利要求1所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備，其中所述限流器包括金屬泡沫。
5.一種用于由樹(shù)脂和增強(qiáng)材料形成預(yù)浸料的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的樹(shù)脂浸入設(shè)備；以及用于供應(yīng)樹(shù)脂至所述圓筒內(nèi)部的泵。
6.一種用于提供多個(gè)預(yù)浸料的層壓片的層鋪系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)；以及層鋪設(shè)備。
7.一種使用如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)來(lái)提供多個(gè)預(yù)浸料的層壓片的方法。
8.一種包括使用如權(quán)利要求6所述的層鋪系統(tǒng)或如權(quán)利要求5所述的樹(shù)脂浸入系統(tǒng)所制備的層壓片的物品。
9.如權(quán)利要求8所述的物品，其包括渦輪機(jī)部件，其中所述渦輪機(jī)部件包括風(fēng)力渦輪機(jī)的翼梁、翼梁帽、翼面外皮、或圓筒根部或塔部。
10.如權(quán)利要求8所述的物品，包括一種航空部件，其中所述航空部件包括機(jī)翼外皮、 機(jī)身外皮、翼梁或者平的層壓片。
全文摘要
提供一種樹(shù)脂浸入設(shè)備(200)及系統(tǒng)，包括其的層鋪系統(tǒng)，以及使用它們的方法。該樹(shù)脂浸入設(shè)備(200)包括具有穿過(guò)其圓弧表面(204，206)的多個(gè)孔(212)的中空?qǐng)A筒(202)。該圓筒的內(nèi)部設(shè)置有幫助控制離開(kāi)該圓筒的孔的流量的一個(gè)或多個(gè)限流器(218)。由使用該設(shè)備和/或系統(tǒng)制備的預(yù)浸料而成的層壓片可因此基本上無(wú)孔隙。
文檔編號(hào)B32B37/00GK102179941SQ20101062469
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者尼烏文霍弗 S·G·范, T·克爾維恩, T·米巴赫, 郭書(shū)敬 申請(qǐng)人:通用電氣公司