專利名稱：生產(chǎn)離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料，更特別涉及為制造飛行器復(fù)合部件生產(chǎn)離軸復(fù)合 預(yù)浸漬體材料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
目前存在用來生產(chǎn)多層帶材和制造交叉層結(jié)構(gòu)材料的方法和裝置。這種
已知方法包括使用許多層具有標(biāo)準(zhǔn)層片纖維取向角度的碳帶材，諸如0度， 正負(fù)45度和90度。新近的調(diào)查顯示，利用非標(biāo)準(zhǔn)層片纖維取向角度，對于 飛行器復(fù)合部件來說，可以非常顯著地節(jié)省重量，諸如正負(fù)5度、和正負(fù)65 度片材取向角度。65度片材取向角度容易利用現(xiàn)有設(shè)備布置。但是，正負(fù)5 度的片材角度對于目前的布置過程帶來了困難，特別是對于更為狹窄的飛行 器復(fù)合部件，諸如桁條布置。利用目前的預(yù)浸漬體層壓設(shè)備在預(yù)浸漬體帶材 上制作角度非常小的切口不切實(shí)際或者無法實(shí)施。可以通過讓運(yùn)行路線離開 部件邊緣來避免進(jìn)行小角度切割,但是這樣會浪費(fèi)大量材料。目前，為了獲 得小角度布置的重量優(yōu)勢，需要進(jìn)行手工切割和布置。甚至對于手工切割來 說，也難于實(shí)現(xiàn)，原因在于切口長度(即，6英寸寬的帶材的切口大約69 英寸長)以及產(chǎn)生難于控制的長捆(wispy)尾部。優(yōu)選方式是獲得預(yù)浸漬 體材料輥?zhàn)?，其已?jīng)布置成一層為正5度帶材，而第二層為負(fù)5度帶材。但 是，這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還不為人所知，或者尚未實(shí)現(xiàn)。
研究表明，使用非標(biāo)準(zhǔn)層片取向角度可以顯著節(jié)省重量。但是實(shí)施方法 有限。手工布置價(jià)格昂貴，而利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行布置又顯著浪費(fèi)材料，特別 是對于狹窄的部件。如果能有效地生產(chǎn)正負(fù)5度材料，則可以利用傳統(tǒng)帶材 布置設(shè)備進(jìn)行鋪設(shè)。實(shí)際上，可以增加生產(chǎn)力，因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)鋪設(shè)兩層。
因此，需要一種改進(jìn)的生產(chǎn)離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的方法和裝置，且該 方法和裝置不具有已知方法和設(shè)備中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
6本發(fā)明滿足了這種需求，提供了 一種改進(jìn)的生產(chǎn)離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料 的方法和裝置，并且提供了一種獨(dú)特的、非顯而易見的、具有優(yōu)勢的生產(chǎn)離 軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的方法和裝置?，F(xiàn)有方法和設(shè)備都未能提供本發(fā)明的眾 多優(yōu)勢之全部。與已知方法和設(shè)備不同，生產(chǎn)離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的方法
和裝置提供以下優(yōu)勢提供了一種以狹窄帶材生產(chǎn)兩層單向離軸復(fù)合預(yù)浸漬
體材料的方法和裝置，該狹窄帶材相對于基底紙張的縱向具有小角度纖維方
向，即大約正負(fù)5度；提供了生產(chǎn)具有纖維取向不同的若干片材的復(fù)合預(yù)浸 漬體材料輥?zhàn)拥姆椒ê脱b置；提供了改善部件布置生產(chǎn)力的方法和裝置，因 為若干層可以同時(shí)布置，而非單獨(dú)布置；提供了簡化所需布置設(shè)備的方法和 裝置，因?yàn)榭梢圆恍枰獑为?dú)的交叉片材層壓過程,原因在于，交叉片材包含 在所鋪設(shè)的材料中；并且提供了有效并廉價(jià)地生產(chǎn)離軸帶材的方法和裝置， 主要用于制造長寬比較大的部件，諸如飛行器的復(fù)合機(jī)翼桁條。由于離軸帶 材可以沿著部件長度應(yīng)用，所以避免了因單向預(yù)浸漬體帶材離開部件邊界而 導(dǎo)致的大量三角形預(yù)浸漬體廢料。除了浪費(fèi)材料，離開部件邊緣運(yùn)行也延長 的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種生產(chǎn)兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料 的裝置，該裝置包括安裝在第一輥?zhàn)幼系幕准垙堓佔(zhàn)?；適配成解繞基 底紙張并將基底紙張巻繞在由至少兩個(gè)心軸座支撐的柱狀心軸周圍的至少 一個(gè)紙張導(dǎo)向件；獨(dú)立于心軸支撐并設(shè)計(jì)成以彼此相反的方向在心軸周圍同 軸旋轉(zhuǎn)的至少兩個(gè)應(yīng)用輪，每個(gè)輪中安裝紙張剝離輥?zhàn)雍椭辽僖粋€(gè)具有預(yù)浸 漬體材料的復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，紙張剝離輥?zhàn)雍皖A(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)游挥?相對于心軸中軸線法向量處于離軸位置的各軸線上，而且每個(gè)輪設(shè)計(jì)成從預(yù) 浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸向基底紙張上同步鋪設(shè)帶材層；壓緊部 件，其用于將預(yù)浸漬體材料壓緊并擠壓到基底紙張上，形成巻繞在心軸周圍 的預(yù)浸漬體管件；切割設(shè)備，其用于切割預(yù)浸漬體管件；和開啟部件，其用 于打開并鋪平切割后的預(yù)浸漬體管件，形成基本上平坦的、由基底紙張和復(fù) 合預(yù)浸漬體形成的兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體輸出材料，其中該帶材巻繞起 來，形成安裝在第二輥?zhàn)幼系妮敵鲚佔(zhàn)?。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了 一種如上所述的裝置，除了該裝置形成帶狀的3層或更多層離軸復(fù)合預(yù)浸漬 體材料，并且具有3個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用輪，每個(gè)輪上具有一個(gè)預(yù)浸漬體供應(yīng)輥 子。
7在本發(fā)明的另一方面，提供了一種生產(chǎn)兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料 的方法，該方法包括步驟解繞安裝在第一輥?zhàn)幼系幕准垙堓佔(zhàn)樱?br> 基底紙張繞制在由至少兩個(gè)心軸座支撐的柱狀心軸周圍；在心軸周圍以彼此
相反的方向同軸旋轉(zhuǎn)至少兩個(gè)應(yīng)用輪，每個(gè)應(yīng)用輪中安裝紙張剝離輥?zhàn)雍椭?少一個(gè)具有預(yù)浸漬體材料的復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，紙張剝離輥?zhàn)雍凸?yīng)輥 子位于相對于心軸中心線法向量處于離軸位置的軸線上，而且每個(gè)輪從預(yù)浸
漬體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸向基底紙張鋪設(shè)帶材層；利用壓緊部件將 預(yù)浸漬體材料壓緊在基底紙張上，形成巻繞在心軸周圍的預(yù)浸漬體管件；以 切割部件切割預(yù)浸漬體管件；以開啟部件打開并鋪平預(yù)浸漬體管件，形成基 本上平坦的、由基底紙張和復(fù)合預(yù)浸漬體形成的兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體 材料；和巻起該復(fù)合預(yù)浸漬體帶材，形成安裝在第二輥?zhàn)幼系妮敵鲚佔(zhàn)印?在本發(fā)明的另一方面，提供了一種如上所述的方法，除了該方法形成3層或 更多層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料，并且具有3個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用輪，每個(gè)輪 具有一個(gè)預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)印?br>

本發(fā)明的前述和其他優(yōu)勢及特征以及實(shí)現(xiàn)它們的方式，將在結(jié)合附圖考 慮以下本發(fā)明的詳細(xì)說明之后，變得更加清楚明白，所述附圖示出了優(yōu)選和 示例的實(shí)施方式，但是并不是依據(jù)比例繪制，其中
圖l是透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式用來生產(chǎn)離軸復(fù)合預(yù)浸 漬體材料的裝置；
圖2是透視圖，示出了包含加熱器部件的本發(fā)明的裝置的輪部分；
圖3是預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)酉鄬τ谛妮S軸線的取向角度處于正5度和負(fù)5 度的視圖4是5度片材鋪平時(shí)，預(yù)浸漬體輥?zhàn)酉鄬τ谛妮S軸線的取向角度的視
圖5是65度片材鋪平時(shí)，預(yù)浸漬體輥?zhàn)酉鄬τ谛妮S軸線的取向角度的 視圖6是4個(gè)預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)游挥趹?yīng)用輪內(nèi)側(cè)的視圖，在心軸周圍應(yīng)用 一個(gè)完整的片材。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更為全面地說明本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的一些實(shí) 施方式，但不是全部。實(shí)際上，本發(fā)明可以以若干不同形式實(shí)施，且不應(yīng)當(dāng) 理解為限制于文中所述的實(shí)施方式。相反，提供這些實(shí)施方式使得本公開全 面且完整，將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完整傳達(dá)本發(fā)明的范圍。類似的附圖標(biāo)記始 終指代類似的元件。
現(xiàn)在參照附圖，特別是圖1,示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，用來 生產(chǎn)兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬材料的裝置和系統(tǒng)10。本發(fā)明指導(dǎo)一種方法和
裝置，將零度復(fù)合預(yù)浸漬體(商品材料配置)輥?zhàn)觾?yōu)選轉(zhuǎn)化為帶有正負(fù)5度 取向的兩個(gè)層的材料輥?zhàn)?。產(chǎn)生的產(chǎn)品可以裝載到現(xiàn)有的布置設(shè)備中，諸如 傳統(tǒng)復(fù)合帶層壓設(shè)備，并像傳統(tǒng)零度材料那樣發(fā)放。轉(zhuǎn)換設(shè)備的配置可以與 材料零售商或部件制造商所用的設(shè)備相同。術(shù)語"預(yù)浸漬體"在文中作為術(shù) 語"預(yù)先浸漬過"的簡寫。預(yù)浸漬材料是襯墊、織物或非紡織材料與通常固 結(jié)的樹脂的結(jié)合體。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)浸漬體包含比完工部件所希望的量更多的樹脂， 并且在固結(jié)過程中將多余的樹脂排出。凈樹脂預(yù)浸漬體包含的樹脂量與完工 部件所希望的量相同，并且在固結(jié)過程中沒有樹脂排出。包含化學(xué)增稠劑的 預(yù)浸漬體稱為模制片材，而那些呈片狀的稱為片材模制混合物。
圖1示出了本發(fā)明的裝置10。該裝置包括安裝在第一輥?zhàn)幼?4上并由 其支撐的基底紙件12輥?zhàn)?。?yōu)選，基底紙件是設(shè)置在紙板管件或芯部上的 具有非粘性涂層的紙質(zhì)材料。裝置IO進(jìn)一步包括至少一個(gè)紙張導(dǎo)向件16, 其適配成解巻或解繞基底紙張12，并將基底紙張巻繞在由至少兩個(gè)心軸座 20支撐的柱狀心軸18周圍。裝置10進(jìn)一步包括至少兩個(gè)應(yīng)用輪22，所述 應(yīng)用輪獨(dú)立于心軸18支撐并設(shè)計(jì)地在心軸周圍同軸旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選方向彼此相 反。每個(gè)輪22由驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)?4支撐并驅(qū)動(dòng)。每個(gè)輪22承載紙張剝離輥?zhàn)?6 以至少一個(gè)具有預(yù)浸漬體材料的預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?8。紙張剝離輥?zhàn)?6安 裝在軸30上。預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)影惭b在軸32上。軸30、 32相對于心軸中 心線的法向量略微傾斜。輪22向相對方向旋轉(zhuǎn)，每個(gè)輪以螺旋取向圍繞心 軸鋪設(shè)預(yù)浸漬體帶材。每個(gè)輪22設(shè)計(jì)地隨著其沿著心軸移動(dòng)，而從預(yù)浸漬 體供應(yīng)輥?zhàn)酉蚧准垙埳贤戒佋O(shè)螺旋取向的帶材層。輪沿著心軸移動(dòng)時(shí)， 其旋轉(zhuǎn)與基底紙張的線性運(yùn)動(dòng)機(jī)械同步或電氣同步。這樣保證了每個(gè)螺旋層 100%^隻蓋心軸。每個(gè)應(yīng)用4侖可以包4舌一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)預(yù)
9浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)樱Q于供應(yīng)材料的可用寬度。在另一種樣式中，3個(gè)或更 多個(gè)應(yīng)用輪可以用在該裝置中，提供3層或更多層離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料或 預(yù)浸漬體帶材。在該裝置的另一種樣式中，可以僅在該裝置中使用一個(gè)應(yīng)用 輪，以提供一層復(fù)合預(yù)浸漬體材料或預(yù)浸漬體帶材。該裝置可以構(gòu)造地僅僅 具有一個(gè)應(yīng)用輪?？梢赃x擇的是，該裝置可以構(gòu)造有兩個(gè)應(yīng)用輪，其中一個(gè)
輪脫開不使用?？梢赃x擇的是，該裝置構(gòu)造有3個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用輪。供應(yīng)輥
子所需寬度取決于片材角度，相對于軸線較小的片材角度比較大的片材角度 需要更寬的帶材。所需帶材寬度可以從應(yīng)用輪上的超過一個(gè)供應(yīng)輥?zhàn)荧@取。
優(yōu)選，供應(yīng)輥?zhàn)由系念A(yù)浸漬體材料厚度從0.007英寸到約0.0085英寸，更優(yōu) 選預(yù)浸漬體材料寬度為0.008英寸。優(yōu)選，基底紙張寬度為24英寸、厚度約 為0.005英寸。但是，也可以使用其他合適的基底紙張寬度。在各種情況下， 心軸直徑必須等于或小于基底紙張寬度除以7t ( tt等于3.14159265 )，以確 保基底紙張完全覆蓋心軸。
裝置10進(jìn)一步包括第一壓緊部件34,用來將預(yù)浸漬體材料壓緊并擠壓 到基底紙張12上，形成巻繞在心軸18周圍的預(yù)浸漬體管件36。壓緊部件 34優(yōu)選呈軌道壓緊輥?zhàn)有问?，位于?yīng)用輪22下游較遠(yuǎn)處。任選，輻射或?qū)?流熱源(未示出)可以用來軟化壓緊部件上游的預(yù)浸漬體帶材，以協(xié)助壓緊 過程。該裝置可以進(jìn)一步包括切割部件38,用來切割預(yù)浸漬體管件36。優(yōu) 選，切割部件38呈切刀輪形式，用來在基底紙張邊緣匯合的地方切斷預(yù)浸 漬體管件36。裝置IO還包括開啟部件(未示出)，用于將切斷的預(yù)浸漬體管 件36打開并鋪平，形成輸出產(chǎn)品或輥?zhàn)?0，該輥?zhàn)尤〕鰰r(shí)，成為基本上平 坦的兩層離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料，帶有基底紙張。預(yù)浸漬體管件36逐漸打 開，形成平坦片材，并纏繞或巻繞在輸出輥?zhàn)?0周圍，該輸出輥?zhàn)影惭b在 第二輥?zhàn)幼?2上。優(yōu)選，輸出輥?zhàn)拥膶挾葹?4英寸寬，且通常雙層預(yù)浸漬 體厚度為0.15英寸。但是，也可以使用其他適當(dāng)寬度。在輸出輥?zhàn)又?，?能希望整合另外的切割部件(未示出)，并且使用多個(gè)輥?zhàn)永p繞輸出材料。 例如，24英寸的寬度可以切割成4件6英寸寬的輸出輥?zhàn)?。這種切割和繞制 過程在工業(yè)上經(jīng)常使用。裝置10還包括第二壓緊部件44，用于在復(fù)合預(yù)浸 漬體材料或帶材巻繞在輸出輥?zhàn)又車?，將其壓緊并擠壓。此外，可以應(yīng) 用各種輥?zhàn)雍蜔嵩?未示出)以促使預(yù)浸漬體管件向平坦片材的過渡。
圖2是透視圖，示出了本發(fā)明的裝置的輪22,其包含加熱器部件46。優(yōu)選，該加熱器部件是輻射加熱器，諸如石英燈，該加熱器可以用來加熱預(yù) 浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，以改善樹脂的粘性。?yōu)選，加熱器部件的位置靠近預(yù)浸漬 體供應(yīng)輥?zhàn)樱约訜犷A(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)觼碥浕?。?yōu)選，加熱預(yù)浸漬體輥?zhàn)?br> 所用的溫度大約小于150華氏度，更優(yōu)選該溫度為90華氏度。根據(jù)心軸座 之間的心軸跨度，可能需要心軸支撐輥?zhàn)?8來防止心軸下垂。由于輥?zhàn)?8 將接觸預(yù)浸漬體材料，所以其可以具有非粘性表面，諸如碳氟塑料材料。優(yōu) 選，生成的兩層離軸預(yù)浸漬體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體中的單向碳纖 維，碳纖維在樹脂基體中相對于基底紙張中軸線的取向角度對于第一預(yù)浸漬 體層而言大約為正5度，而對于第二預(yù)浸漬體層而言為負(fù)5度。此外，生成 的復(fù)合材料可以包括兩層離軸預(yù)浸漬體材料，該預(yù)浸漬體材料包括處于未固 結(jié)樹脂基體中的單向碳纖維，碳纖維相對于基底紙張中軸線的取向角度，對 于第一預(yù)浸漬體層來說可以為大約5度到大約85度之間的任何角度，而對 于第二聚集體層來說，可以是從大約5度到大約85度之間的任何對應(yīng)負(fù)角 度。更優(yōu)選，對于第一預(yù)浸漬體層來說，碳纖維相對于基底紙張中軸線的取 向角度小于30度，而對于第二預(yù)浸漬體層來說，取向角度為小于30度的對 應(yīng)負(fù)角度。
圖3是預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)酉鄬τ谛妮S軸線的取向角度50為正5度和負(fù)5 度的情形。但是，可以利用不同的設(shè)備設(shè)置來產(chǎn)生各種其他角度，從5度到 85度。片材數(shù)目可以從1到6或更多發(fā)生變化，只要實(shí)施方式具有對應(yīng)數(shù)目 的串聯(lián)輪即可。
圖4是當(dāng)5度片材52鋪平時(shí)，預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)酉鄬τ谛妮S軸線的取 向角度。每個(gè)片材的取向要求不同寬度的預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)印］^小的片材角 度，諸如5度，要求預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)踊旧吓c輸出輥?zhàn)訉挾纫粯?，如圖4 所示。圖中示出了供應(yīng)輥?zhàn)訉挾?4,以及心軸18。
較大的片材角度，諸如65度，要求如圖5所示更為狹窄的預(yù)浸漬體供 應(yīng)輥?zhàn)?。圖5是65度的片材56鋪平時(shí)，預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)酉鄬τ谛妮S軸線 的取向角度。圖中還示出了供應(yīng)輥?zhàn)訉挾?4。如果預(yù)浸漬體輥?zhàn)酉鄬^寬， 則可以使用兩個(gè)或更多個(gè)較為狹窄的預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，而非單一供?yīng)輥 子，以提供所需的寬度。
圖6是4個(gè)預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?8位于應(yīng)用輪(未示出)內(nèi)側(cè)的圖示， 在心軸18周圍應(yīng)用完整的片材。因此，本發(fā)明的裝置可以包括4個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用輪。
在本發(fā)明的另一種樣式中，提供了用來生產(chǎn)3層或更多層帶狀離軸復(fù)合 預(yù)浸漬體材料的裝置。該裝置包括安裝在第一輥?zhàn)幼系幕准垙堓佔(zhàn)?，?至少一個(gè)適配成解繞基底紙張并將其巻繞在柱狀心軸周圍的紙張導(dǎo)向件，心 軸支撐在至少兩個(gè)心軸座上。該裝置進(jìn)一步包括多個(gè)應(yīng)用輪，數(shù)量等于需要 形成的復(fù)合預(yù)浸漬體材料的層數(shù)，每個(gè)應(yīng)用輪于獨(dú)立于心軸支撐，并設(shè)計(jì)成 在心軸周圍旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)輪內(nèi)安裝紙張剝離輥?zhàn)雍鸵粋€(gè)具有預(yù)浸漬體材料的 復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)樱垙垊冸x輥?zhàn)雍椭屋佔(zhàn)游挥诟鬏S線上，所述的各 軸線相對于心軸中心線法向量處于離軸位置。此外，每個(gè)輪設(shè)計(jì)成從預(yù)浸漬 體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸向基底紙張上鋪設(shè)帶材層。該裝置進(jìn)一步包 括壓緊元件，用于將預(yù)浸漬體材料壓緊和擠壓在基底紙張上，形成巻繞在心 軸周圍的預(yù)浸漬體管件。該裝置進(jìn)一步包括切割部件，用于切割預(yù)浸漬體管 件。該裝置進(jìn)一步包括開啟部件，用于打開并鋪平切割后的預(yù)浸漬體管件， 形成基本上平坦的、以基底紙張和復(fù)合預(yù)浸漬體形成的三層或更多層帶狀離 軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料，其中帶材巻繞起來，形成安裝在第二輥?zhàn)幼系妮敵?輥?zhàn)?。三層或更多層離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單 向碳纖維，碳纖維相對于基底紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層
而言，處于大約正5度和正85度之間，而對于第二預(yù)浸漬體層而言，處于 負(fù)5度到負(fù)85度之間。
在本發(fā)明的另 一種樣式中，提供了 一種用于以輸出輥?zhàn)踊驇Р男问缴a(chǎn) 兩層離軸復(fù)合預(yù)浸漬材料的方法。該方法類似于現(xiàn)有使用傳統(tǒng)復(fù)合帶材層壓 設(shè)備的方法，該設(shè)備連續(xù)編織一管材料，然后將其切開并作為連續(xù)帶條巻起。 不同之處在于，本發(fā)明生產(chǎn)較之編織過程生產(chǎn)的產(chǎn)品而言，以更小的纖維銳 角生產(chǎn)非紡織產(chǎn)品。本發(fā)明的方法包括步驟首先將安裝在第一輥?zhàn)幼鵐 上的基底紙張12輥?zhàn)咏饫@，并將基底紙張繞制在由至少兩個(gè)心軸座20支撐 的心軸18周圍。該方法進(jìn)一步包括步驟在該心軸周圍以彼此相反的方向 同軸旋轉(zhuǎn)至少兩個(gè)應(yīng)用輪22,每個(gè)應(yīng)用輪中安裝紙張剝離輥?zhàn)?6和至少一 個(gè)具有預(yù)浸漬體材料的復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?8，紙張剝離輥?zhàn)雍凸?yīng)輥?zhàn)?位于各軸線上，所述各軸線相對于心軸中心線法向量而言處于離軸位置。每 個(gè)輪從預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸鋪設(shè)預(yù)浸漬體帶材。每個(gè)應(yīng)用 輪中包括一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?。如上所述?br> 12優(yōu)選復(fù)合預(yù)浸漬體帶材為6英寸寬。此外，該方法包括一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、
四個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用輪。該方法進(jìn)一步包括步驟利用第一壓緊部件34將預(yù) 浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)訅壕o并擠壓在基底紙張上，形成圍繞心軸巻繞的預(yù)浸漬體管 件36。該方法另外包括步驟以切割部件38切割預(yù)浸漬體管件。該方法另 外包括步驟以開啟部件(未示出)打開并鋪平切割后的預(yù)浸漬體管件，形 成基本上平坦的、由基底紙張和復(fù)合預(yù)浸漬體形成的兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸 漬體材料。該方法進(jìn)一步包括步驟將該復(fù)合預(yù)浸漬體材料巻起，形成安裝 在第二輥?zhàn)幼?2上的輸出產(chǎn)品或輥?zhàn)?0。在壓緊步驟之前，該方法可以進(jìn) 一步包括步驟以第一加熱器部件加熱所述預(yù)浸漬體輥?zhàn)?，以軟化之。在?割步驟之前，該方法可以另外包括步驟以第二加熱器部件加熱預(yù)浸漬體輥 子，以軟化之。優(yōu)選，用于加熱預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)拥臏囟却蠹s小于150華氏 度，更優(yōu)選為90華氏度。在巻繞復(fù)合預(yù)浸漬帶材的步驟之前，該方法可以 進(jìn)一步包括步驟以第二壓緊部件44壓緊并擠壓復(fù)合預(yù)浸漬體。
優(yōu)選，本發(fā)明的方法形成包括處于樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維的兩層離軸 復(fù)合預(yù)浸漬體材料，碳纖維相對于基底紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù) 浸漬體層而言，為大約正5度，而對于第二預(yù)浸漬體層而言，大約為負(fù)5度。 此外，本發(fā)明的方法形成包括處于樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維的兩層離軸復(fù)合 預(yù)浸漬體材料，碳纖維相對于基底紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬 體層而言，為大約小于30度的正值，而對于第二預(yù)浸漬體層而言，大約為 小于30度的負(fù)值。此外，當(dāng)一個(gè)應(yīng)用輪中僅存在一個(gè)預(yù)浸潰體供應(yīng)輥?zhàn)訒r(shí)， 本發(fā)明的方法形成包括處于樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維的 一層離軸復(fù)合預(yù)浸 漬體材料。形成預(yù)浸漬體復(fù)合材料輸出產(chǎn)品的平均速率約為每分鐘 2000-5000英寸。
取向的多層帶材的輥?zhàn)樱T如具有正5度、負(fù)5度、正65度、負(fù)65度片材 的產(chǎn)品，全部結(jié)合在材料輥?zhàn)又小Ｔ撦佔(zhàn)拥拿恳粚釉诙鄠€(gè)方向具有強(qiáng)度。本 發(fā)明的方法和裝置還生產(chǎn)具有單層正負(fù)5度取向的材料的材料輥?zhàn)?。這種離 軸預(yù)浸漬體復(fù)合材料帶材主要用來制造長寬比較大的部件，諸如飛行器的復(fù) 合機(jī)翼街條或翼梁。
本發(fā)明的許多改動(dòng)方案和其他實(shí)施方式將進(jìn)入本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域人 員的思想，并具有前述說明和相關(guān)附圖教導(dǎo)的優(yōu)勢。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)
13明并非限于所公開的具體實(shí)施方式
，改動(dòng)方案和其他實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)包含在附 帶的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。雖然文中采用了具體的術(shù)語，但是它們僅用于 概括和說明的意思，而不用于限制。
權(quán)利要求
1. 一種生產(chǎn)兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的裝置，該裝置包括安裝在第一輥?zhàn)幼系幕准垙堓佔(zhàn)樱贿m配成解繞基底紙張并將基底紙張卷繞在由至少兩個(gè)心軸座支撐的柱狀心軸周圍的至少一個(gè)紙張導(dǎo)向件；獨(dú)立于心軸支撐并設(shè)計(jì)成以彼此相反的方向在心軸周圍同軸旋轉(zhuǎn)的至少兩個(gè)應(yīng)用輪，每個(gè)輪中安裝紙張剝離輥?zhàn)雍椭辽僖粋€(gè)具有預(yù)浸漬體材料的復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，紙張剝離輥?zhàn)雍皖A(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)游挥谙鄬τ谛妮S中軸線法向量處于離軸位置的各軸線上，而且每個(gè)輪設(shè)計(jì)成從預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸向基底紙張上同步鋪設(shè)帶材層；壓緊部件，其用于將預(yù)浸漬體材料壓緊并擠壓到基底紙張上，形成卷繞在心軸周圍的預(yù)浸漬體管件；切割設(shè)備，其用于切割預(yù)浸漬體管件；和開啟部件，其用于打開并鋪平切割后的預(yù)浸漬體管件，形成基本上平坦的、由基底紙張和復(fù)合預(yù)浸漬體形成的兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體輸出材料，其中該帶材卷繞起來，形成安裝在第二輥?zhàn)幼系妮敵鲚佔(zhàn)印?br> 2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括加熱器部件，其靠近所述預(yù) 浸漬體輥?zhàn)?，用來加熱所述預(yù)浸漬體輥?zhàn)?，以軟化它?br> 3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述兩層離軸復(fù)合預(yù)浸漬 體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相對于基底紙 張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言為大約正5度，而對于第二 預(yù)浸漬體層而言，為大約負(fù)5度。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述兩層離軸復(fù)合預(yù)浸漬 體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相對于基底紙 張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言，為大約小于30度的正值， 而對于第二預(yù)浸漬體層而言，為大約小于30度的負(fù)值。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述兩層離軸復(fù)合預(yù)浸漬 體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相對于基底紙 張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言，為大約小于85度的正值， 而對于第二預(yù)浸漬體層而言，為大約小于85度的負(fù)值。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在該裝置中， 一個(gè)應(yīng)用輪 中僅有 一個(gè)預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)印?br> 7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個(gè)應(yīng)用輪包括4個(gè)預(yù)浸 漬體供應(yīng)輥?zhàn)印?br> 8. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，應(yīng)用輪的數(shù)目為3或更多。
9. 如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括第二壓緊部件，用于在復(fù)合 預(yù)浸漬體帶材巻繞在輸出輥?zhàn)又車?，壓緊并擠壓復(fù)合預(yù)浸漬體帶材。
10. —種生產(chǎn)三層或更多層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的裝置，該裝置 包括安裝在第 一輥?zhàn)幼系幕准垙堓佔(zhàn)?；適配成解繞基底紙張并將基底紙張巻繞在由至少兩個(gè)心軸座支撐的柱 狀心軸周圍的至少一個(gè)紙張導(dǎo)向件；獨(dú)立于心軸支撐并設(shè)計(jì)成以彼此相反的方向在心軸周圍同軸旋轉(zhuǎn)的多 個(gè)應(yīng)用輪，應(yīng)用輪數(shù)目等于需要形成的復(fù)合預(yù)浸漬體材料的層數(shù)，每個(gè)輪中 安裝紙張剝離輥?zhàn)雍鸵粋€(gè)具有預(yù)浸漬體材料的復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)樱垙?剝離輥?zhàn)雍皖A(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)游挥谙鄬τ谛妮S中軸線法向量處于離軸位置 的各軸線上，而且每個(gè)輪設(shè)計(jì)成從預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸向 基底紙張上同步鋪設(shè)帶材層；壓緊部件，其用于將預(yù)浸漬體材料壓緊并擠壓到基底紙張上，形成巻繞在心軸周圍的預(yù)浸漬體管件；切割部件，其用于切割預(yù)浸漬體管件；和開啟部件，其用于打開并鋪平切割后的預(yù)浸漬體管件，形成基本上平坦 的、由基底紙張和復(fù)合預(yù)浸漬體形成的三層或更多層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體 輸出材料，其中該帶材巻繞起來，形成安裝在第二輥?zhàn)幼系妮敵鲚佔(zhàn)印?br> 11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述三層或更多層離軸 復(fù)合預(yù)浸漬體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相 對于基底紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言，為大約介于5 度到85度之間的正值，而對于第二預(yù)浸漬體層而言，為大約介于5度到85 度之間的負(fù)值。
12. —種生產(chǎn)兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的方法，該方法包括步驟 解繞安裝在第一輥?zhàn)幼系幕准垙堓佔(zhàn)?，并將基底紙張繞制在由至少兩個(gè)心軸座支撐的柱狀心軸周圍；在心軸周圍以彼此相反的方向同軸旋轉(zhuǎn)至少兩個(gè)應(yīng)用輪，每個(gè)應(yīng)用輪中 安裝紙張剝離輥?zhàn)雍椭辽僖粋€(gè)具有預(yù)浸漬體材料的復(fù)合預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)樱?紙張剝離輥?zhàn)雍凸?yīng)輥?zhàn)游挥谙鄬τ谛妮S中心線法向量處于離軸位置的各 軸線上，而且每個(gè)輪從預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)右月菪∠驀@心軸向基底紙張鋪設(shè)帶材層；利用壓緊部件將預(yù)浸漬體材料壓緊在基底紙張上，形成巻繞在心軸周圍的預(yù)浸漬體管件；以切割部件切割預(yù)浸漬體管件；以開啟部件打開并鋪平預(yù)浸漬體管件，形成基本上平坦的、由基底紙張 和復(fù)合預(yù)浸漬體形成的兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料；和巻起該復(fù)合預(yù)浸漬體帶材，形成安裝在第二輥?zhàn)幼系妮敵鲚佔(zhàn)印?br> 13. 如權(quán)利要求12所述的方法，在壓緊步驟之前，進(jìn)一步包括步驟 以第一加熱器部件加熱所述預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，以軟化它?br> 14. 如權(quán)利要求12所述的方法，在切割步驟之前，進(jìn)一步包括步驟 以第二加熱器部件加熱預(yù)浸漬體供應(yīng)輥?zhàn)?，以軟化它?br> 15. 如權(quán)利要求12所述的方法，在巻繞步驟之前，進(jìn)一步包括步驟 壓緊并擠壓所述復(fù)合預(yù)浸漬體。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述兩層離軸復(fù)合預(yù)浸 漬體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相對于基底 紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言為大約正5度，而對于第 二預(yù)浸漬體層而言，為大約負(fù)5度。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述兩層離軸復(fù)合預(yù)浸 漬體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相對于基底 紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言，為大約小于30度的正 值，而對于第二預(yù)浸漬體層而言，為大約小一于30度的負(fù)值。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述兩層離軸復(fù)合預(yù)浸 漬體材料包括處于未固結(jié)樹脂基體內(nèi)的單向碳纖維，所述碳纖維相對于基底 紙張中軸線的取向角度，對于第一預(yù)浸漬體層而言，為大約小于85度的正 值，而對于第二預(yù)浸漬體層而言，為大約小于85度的負(fù)值。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，應(yīng)用輪的數(shù)目為3或更
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，應(yīng)用輪的數(shù)目等于需要 形成的離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料層的數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明指導(dǎo)一種優(yōu)選用于生產(chǎn)兩層帶狀離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的方法和裝置，該離軸復(fù)合預(yù)浸漬體材料的纖維方向相對于基底紙張縱向成正負(fù)5度角。這種離軸預(yù)浸漬體復(fù)合材料帶材的用途是制造長寬比較大的部件，諸如飛行器的復(fù)合機(jī)翼桁條或翼梁。
文檔編號B29C70/20GK101472731SQ200780023009
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者保羅·E·納爾遜 申請人:波音公司