真空包装复合部件的系统和方法
【专利说明】真空包装复合部件的系统和方法
[0001]发明背景
[0002]复合材料在各种应用中得到使用。飞机构造中，复合材料以逐渐增加的数量用于形成机身、机翼、尾段和其它构件。在形成复合结构的过程中，复合层可铺放于具有最终复合部件形状的工具上。热和/或压力可施加至复合层以固化或凝固复合层中的树脂材料。通过使用真空包装覆盖铺层(layup)，将真空包装密封至所述工具，并在真空包装上抽真空，压缩压力可施加至复合铺层。通过将包装的铺层放入压热器中，可施加额外的压力。真空包装的压缩压力可迫使复合层在固化过程中紧靠工具表面，以使得最终复合部件呈现工具的形状。压缩压力还可加固复合层和帮助去除多余的树脂，这可增加纤维体积分数并从而增加最终复合部件的比强度。此外，压缩压力的施加可帮助去除树脂加热和固化过程中生成的挥发物(例如，气体)和/或湿气，并还可帮助避免最终复合部件中的空隙。
[0003]对于包含内棱角或凹形半径的工具表面，真空包装过程可需要在真空包装压迫复合铺层内棱角的位置形成真空包装中多余材料的裙(pleats)。通过将真空包装材料翻折至其自身上并在真空包装的边缘处将重叠材料密封在一起，可手工形成褶。褶的形成允许复合铺层在压缩压力的作用力下在厚度上收缩时真空包装在内棱角区域内的局部滑动。褶对于避免真空包装和复合层在内棱角区域内桥接通常是需要的。这种桥接可导致复合层加固的降低，并可导致具有多余树脂的内棱角和在最终复合部件内增加的空隙或孔隙率风险。
[0004]遗憾的是，真空包装内褶的形成是需要大量触摸劳动的费时和劳动密集型过程。对此，每个褶必须以精细化的方式手工形成且必须进行调整以使得褶与内棱角的长度对齐。每个褶也可代表可能的进入真空包装的泄露通道，其可损坏真空包装工艺的完整性和强固性(robustness)。
[0005]由此可见，本领域存在以这样的方式真空包装复合铺层的系统和方法的需求:允许在复合铺层的内棱角中施加压缩压力并且可以以减少的时间量和减少的触摸劳动量实施以及具有高度的强固性。
【发明内容】
[0006]本公开解决了上述有关复合铺层的真空包装(bagging/bag)的需求，本公开提供包含包装膜和管包装的真空包装组合体。包装膜可具有包装膜长度并可位于复合铺层之上，且密封至具有内棱角的工具表面。管包装可具有相对管端和管包装长度，且可沿着内棱角的长度位于复合铺层之上。管端的每一个可以沿着管端周边边缘(perimeter edge)的第一部分密封至工具表面，和可以沿着管端周边边缘的第二部分密封至包装膜，以使得管端的每一个可对大气开放。
[0007]在进一步的实施方式中，公开了用于真空包装复合铺层的包装系统。包装系统可包括施加至具有工具表面和内棱角的工具的真空包装组合体。真空包装组合体可包括包装膜和管包装。包装膜可具有包装膜长度并可位于复合铺层之上和密封至工具表面。管包装可具有相对管端和管包装长度，并可沿着内棱角的长度位于复合铺层之上。管端的每一个可沿着管端周边边缘的第一部分密封至工具表面，并可沿着管端周边边缘的第二部分密封至包装膜，以使得管端的每一个可对大气开放。
[0008]还公开了真空包装复合铺层的方法。所述方法可包括沿着内棱角的长度将管包装施加至复合铺层之上。所述方法另外可包括通过将管端周边边缘的第一部分密封至工具表面而将相对管端的每一个密封至工具表面。所述方法还可包括将包装膜施加至复合铺层之上和管包装之上。此外，所述方法可包括将包装膜密封至工具表面以及沿着管端周边边缘的第二部分密封至管端的每一个，以使得管端的每一个对大气和/或压热器(autoclave)压力开放。
[0009]已经讨论过的特征、功能和优势可在本公开的各种实施方式中独立地实现或可在其它实施方式中结合，其进一步的细节可参照以下描述和附图。
【附图说明】
[0010]通过参考附图，本公开这些和其它特征将变得更加明显，其中相同的标号始终代表相同的部件，其中:
[0011]图1为真空包装系统实施方式的透视图解，所述真空包装系统包括组装至包装膜和施加至复合铺层之上并密封至工具的中空管包装；
[0012]图2为真空包装系统的分解透视图解，其图解组装至包装膜的管包装；
[0013]图3为施加至工具的包装系统的俯视图；
[0014]图4为沿着图3的线4截取的包装系统截面图，并图解密封至包装膜的管包装管端周边边缘第一部分和密封至工具表面的管端周边边缘第二部分；
[0015]图5为图4包装系统的分解图；
[0016]图6为沿着图3的线6截取的包装系统截面图，图解在大约管端之间的中间位置的施加至复合铺层之上的管包装和包装膜；
[0017]图7为图6的包装系统的分解图；
[0018]图8为包括一个或多个操作的流程图，所述操作可被包含在真空包装复合铺层以形成复合部件的方法中；
[0019]图9为具有内棱角的工具的透视图；
[0020]图10为工具的透视图，所述工具具有施加至工具表面的复合铺层；
[0021]图11为工具的透视图，所述工具具有施加至工具表面的密封带；
[0022]图12为工具透视图，所述工具具有围绕复合铺层的周边边缘施加至工具表面的边缘通气器(breather)；
[0023]图13为在安装在内棱角上之前管包装的分解透视图；
[0024]图14为在相对管端诸如通过使用密封带密封至工具相对端之后包装系统的透视图；
[0025]图15为在包装膜安装于管包装上之前包装膜的分解透视图；
[0026]图16为包装膜的透视图，所述包装膜安装于管包装上，且密封至包装端并密封至工具表面；
[0027]图17为沿着图16的线17截取的包装系统的截面图，并图解对真空包装组合体真空压力抽气之前布置为紧靠复合铺层的中空管包装；
[0028]图18为对真空包装组合体施加真空压力和压热器压力期间包装系统的截面图。
[0029]发明详述
[0030]现在参考附图，其中的显示是为了说明本公开的优选和各种实施方式，图1中显示的是真空包装组合体102的实施方式的透视图解，真空包装组合体102包括与包装膜104组装在一起并施加至复合铺层400之上并密封至工具300的中空管包装200。有利地，管包装200可用于复合铺层400的真空包装，以将均匀的压缩压力至少施加至复合铺层400的内棱角304区域。对此，管包装200具有开放的相对管端208。管端208的每一个可密封至包装膜104，如包装膜周边边缘106，并以一定的方式密封至工具表面302，以使得管端208各自对周围大气和/或对压热器压力116(图18)开放。管端208之间的管包装部分可在复合铺层400之上在横向方向自由移动或滑动，允许管包装200顺应(conform to)内棱角304的形状。以这种方式，均匀的压缩压力114可通过管包装200以其中压缩压力114通过包装膜104施加至复合铺层400的其它部分上的相同方式施加至复合铺层400的内棱角304 上。
[0031]参见图1，显示的是施加至工具300的真空包装系统的示例，所述工具300具有内棱角304。内棱角304显示在两个大体上平面的工具表面302交界处的单一的半径(singleradius)。此外，内棱角304显示具有沿着内棱角304的长度大体上恒定的半径。然而，内棱角304可以以任何尺寸、形状和构造形成，而不受限制。例如，内棱角304可以以非圆角的(non-radiused)横断面形状形成。例如，内棱角304可具有不规则的形状或递增的半径或递减的半径的横断面形状。此外，内棱角304可位于两个非平面表面之间或平面表面与非平面表面之间。此外，内棱角304可具有可沿着内棱角304的长度在尺寸和/或形状上变化的可变曲率。在本公开中，术语内棱角可被描述为在工具表面内形成的任何凹面特征或凹形半径，并且不限于附图所示的内棱角304的示例。
[0032]在图1中，当真空包装组合体安装于工具300上时，管包装200组合体可具有中空形状。在该实施方式中显示，管包装200具有大体上为三角形的横断面形状。三角形横断面形状的对角线包括被包装膜104重叠的管包装200。然而，管包装200和重叠包装膜104可呈现大体上中空的L形横断面(未显示)，其大体上近似于内棱角304横断面形状。真空包装系统100可具有安装在包装膜104上至少一个位置处的真空口 110。真空口 110可连接到真空源(未显示)，用于对包装膜104和管包装200抽真空。在实施方式中，包装膜104和管包装200可各自密封至工具30