具有一体化配件的热塑性复合材料支撑结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及一种复合材料零件的制造，更具体地涉及具有一体化配件的纤维增强的热塑性支撑结构。
【背景技术】
[0002]支撑结构常常具有提供用于附接、支撑该结构或者将该结构与其他部件连接的点的特有配件。在飞行器产业中，某些支撑结构可以从具有针对特定应用而独特地形成的部分的加工金属构件形成，有时被称之为“拱起(hog-out)”。尽管被实施，然而，这些特定配置的加工构件可能比预期的重并且制造起来比较昂贵。
[0003]用于解决该问题的部分解决方案凭借着利用连续的压缩成型处理从纤维增强的热塑性树脂形成类似突起的支撑结构，其中使用支撑结构装配金属性的或者单独的成型配件。然而，这种解决方法是劳动密集型的并且还导致支撑结构比预期的要重。
[0004]因此，需要一种具有既是轻重量的又容易制造的独特配件的复合材料支撑结构。此外，还需要一种制造能够使特有构造的配件一体化并且非常适合高生产率环境的复合材料支撑结构的方法。
[0005]本申请涉及于2013年12月3日提交的美国专利申请序列号14/095，711 (代理人案号13-0763-US-NP)和于2013年12月3日提交的美国专利申请序列号14，095,693(代理人案号 13-0764-US-NP)。
【发明内容】
[0006]本公开的实施方式提供了一种具有独特配置、一体化配件的复合材料支撑结构，该一体化配件适合用于形成附接点，该附接点用于支撑或者将其他部件和/或传输负荷或者附接至其他结构。通过将配件一体化至支撑结构中减少了制造成本并且可以增强结构性能。可以生产在连续长度上具有配件的支撑结构，该配件沿着零件长度被一体化在期望的位置上。
[0007]根据一个公开的实施方式，提供了一种制造具有至少一个一体化配件的复合材料零件的方法。压缩汽缸被放置在具有零件腔和至少一个配件腔的模具上，并且压缩汽缸和模具相对于彼此移动。纤维增强的树脂薄片的装料被放置在汽缸中，并且薄片中的树脂熔化形成树脂和纤维的可流动的混合物。随着压缩汽缸和模具相对于彼此移动，可流动的混合物被压缩到零件腔和配件腔中。通过相对于压缩汽缸间歇性地或者连续地移动模具可执行移动模具。多个压缩汽缸可被放置在模具上的不同位置处以形成零件的不同区域。可离线(off-line)填充压缩汽缸。通过推动活塞经过汽缸执行压缩可流动的混合物。树脂可以是热塑性树脂并且纤维可具有大于约0.25英寸的长度。纤维可具有约0.50英寸的长度。
[0008]根据另一公开的实施方式，提供了一种制造具有一体化配件的伸长的、纤维增强的热塑性结构的方法。该方法包括形成纤维增强的热塑性零件并且使热塑性配件在纤维增强的热塑性零件上压缩成型。通过连续压缩成型可以形成纤维增强的热塑性零件。使热塑性配件压缩成型可包括将压缩汽缸放置在零件上并且使用压缩汽缸将热塑性树脂和随机定向增强纤维的可流动混合物压缩在零件上。压缩汽缸可沿着零件的长度被移动至各个区域以在零件上连续形成多个配件中的每一个。该方法可进一步包括使用可流动的树脂使零件的区域熔化在一起。使热塑性配件压缩成型可包括将模具定位在零件上，并且使用压缩汽缸将热塑性树脂和纤维的可流动混合物压缩在模具中并且抵靠在零件上。该方法还可包括将热塑性预浸料薄片的装料引导至压缩汽缸中，并且通过加热压缩汽缸内的装料使预浸料薄片中的树脂熔化。
[0009]仍然根据另一公开的实施方式，复合材料结构包括:伸长的零件，该伸长的零件由使用纤维增强的的热塑性树脂形成；以及至少一种配件，该至少一种配件与零件成一整体并且由使用随机定向的纤维进行增强的热塑性树脂形成。随机定向纤维每个可具有约0.25英寸与约0.50英寸之间的程度。增强零件的纤维基本上是连续的并且是单向的。增强零件的纤维分别具有基本上随机的纤维定向。零件的树脂与配件的树脂熔化在一起。
[0010]总之，根据本发明的一方面，提供了一种制造具有至少一个一体化配件的复合材料零件的方法，包括:将压缩汽缸放置在具有零件腔和至少一个配件腔的模具上；相对移动压缩汽缸和模具；将纤维增强的树脂薄片的装料放置在汽缸中；使薄片中的树脂熔化以形成树脂和纤维的可流动混合物；并且随着压缩汽缸和模具相对于彼此移动，将可流动混合物压缩到零件腔和配件腔中。
[0011]有利地，在该方法中，通过相对于压缩汽缸连续移动模具来执行相对移动压缩汽缸和模具。
[0012]有利地，在该方法中，通过相对于压缩汽缸间歇性地移动模具来执行相对移动压缩汽缸和模具。
[0013]有利地，该方法进一步包括将纤维增强的树脂薄片的装料放置在多个压缩汽缸的每一个中；并且将压缩汽缸中的每一个放置在模具上的不同位置处以分别形成零件的不同区域。
[0014]有利地，在该方法中，通过推动活塞经过汽缸来执行压缩可流动的混合物。
[0015]有利地，在该方法中，树脂是热塑性树脂。
[0016]有利地，在该方法中，树脂中的每一个具有大于约0.25英寸的长度。
[0017]有利地，在该方法中，纤维中的每一个具有约0.5英寸的长度。
[0018]根据本发明的另一方面，提供了一种制造具有一体化配件的伸长的、纤维增强的热塑性结构的方法，包括:形成纤维增强的热塑性零件；并且在纤维增强的热塑性零件上使热塑性配件压缩成型。
[0019]有利地，在该方法中，通过连续压缩成型来执行形成纤维增强的热塑性零件；并且使热塑性配件压缩成型包括将压缩汽缸放置在零件上并且使用压缩汽缸将热塑性树脂和随机定向的增强纤维的可流动混合物压缩至零件上。
[0020]有利地，在该方法中，压缩汽缸沿着零件的长度移动至各个区域以在零件上连续形成多个配件中的每一个。
[0021]有利地，该方法进一步包括使用可流动的树脂将零件的各个区域熔化在一起。
[0022]有利地，在该方法中，使热塑性配件压缩成型包括将多个模具中的每一个定位在零件上；并且使用压缩汽缸将热塑性树脂和纤维的可流动混合物压缩直模具中的每一个中并且抵靠在零件上。
[0023]有利地，该方法进一步包括将热塑性预浸料薄片的装料引导至压缩汽缸中；并且通过对压缩汽缸内的装料进行加热使预浸料薄片中的树脂熔化。
[0024]根据本发明的又一方面，提供了一种复合材料结构，包括:伸长的零件，该伸长的零件由使用纤维增强的的热塑性树脂形成；和至少一个配件，该至少一个配件与零件成一整体并且由具有使用随机定向纤维增强的的热塑性树脂形成。
[0025]有利地，在复合材料结构中，随机定向纤维均具有约0.25英寸与约0.50英寸之间的长度。
[0026]有利地，在复合材料结构中，增强零件的纤维基本上是连续并且是单向的。
[0027]有利地，在复合材料结构中，增强零件的纤维分别具有基本上随机的纤维定向。
[0028]有利地，在复合材料结构中，增强零件的纤维均具有约0.25英寸与约0.50英寸之间的长度。
[0029]有利地，在复合材料结构中，零件的树脂与配件的树脂熔化在一起。
[0030]参考下列描述和附图在本公开的各种实施方式或者可以组合能够看出另外的细节的又一些其他实施方式中可以独立地实现特性、功能以及优点。
【附图说明】
[0031]在所附权利要求中阐述了被认为是新颖性特征的示例性实施方式的特性。然而，通过参照结合附图阅读时对本公开的示例性实施方式的以下详细描述中，将充分地理解示例性实施方式以及所使用的优选的方式、其他目的和优点，在附图中:
[0032]图1是示出了根据所公开的实施方式的具有一体化配件的热塑性复合材料支撑结构的立体图。
[0033]图2是示出了图1中示出的支撑结构的侧面正视图。
[0034]图3是示出了沿着图2中的直线3-3截取的截面图。
[0035]图4是示出了用于形成图1至图3中所示的支撑结构的装置的纵截面图的示图，该支撑