專利名稱：用于長絲繞制復合殼體的泡沫心軸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于成形長絲繞制復合殼體造型的一種心軸。
長絲繞制復合殼體應用在許多不同的領域，如壓力容器、汽油箱和火箭發(fā)動機殼體。一般地，這樣的殼體是自撐式的，在一端或兩端有相對較小通孔的柱狀結構。這種殼體的制造是通過在心軸周圍繞制一種或多種長絲或纖維，這樣就可以賦予殼體以所需的形狀并在制造過程中支撐殼體。纖維可以用可熟化樹脂預浸漬或者在繞制過程中或之后用可熟化樹脂浸漬。繞制工序完成以后，在心軸還在其位置的時候熟化樹脂以形成熟化的復合殼體。然后將心軸從殼體中除去從而在殼體內(nèi)形成一個空的內(nèi)部空間。
多年來，使用過幾種不同類型的心軸來生產(chǎn)長絲繞制復合殼體。一種類型的心軸包括一種型砂和粘結劑如聚乙烯醇的混合物，常常制在一種絲網(wǎng)結構上。粘結劑熟化后，把心軸加工成所需的尺寸，這種心軸是尺寸穩(wěn)定的且能夠用在上述的繞制過程中。繞制后，用溶劑如水進行沖洗以溶解粘結劑，使心軸粉碎，把濕沙從殼體內(nèi)除去，通過這樣的方法將心軸從熟化的殼體中除去。盡管這種類型的心軸成功地應用在許多領域特別是在需要經(jīng)常變化設計的原型樣領域中，但是把心軸從熟化的復合殼體中除去比較困難。另外，隨著所用的溶解粘結劑的溶劑的不同，該方法中所產(chǎn)生的廢物可能需要特殊處理。
另一種普通類型的心軸包括許多小的、精確加工的金屬片，這些金屬片配合在一起可以形成所需的形狀。這種類型的心軸本身可重復使用，但是生產(chǎn)成本較高且很難裝配。在熟化的復合殼體內(nèi)限定的空間中拆卸這種類型的心軸甚至比沙子和粘結劑類型的心軸還要困難。另外，這種類型的心軸不太適合應用在需要經(jīng)常變化設計的領域。
因此，工業(yè)上所需要的心軸是在合理的成本下易于形成所需的形狀、易于處置并且能夠快速地從成品殼體中除去。
本發(fā)明所涉及的心軸是在合理的成本下易于形成所需的形狀、易于處置并且能夠快速地從成品殼體中除去。
本發(fā)明一方面包括一種制造長絲繞制復合殼體的方法。所提供的心軸具有所需形狀的外表面且包含易碎的泡沫材料。在心軸外表面周圍繞制一種或多種長絲以形成至少有一個通孔的未熟化殼體，熟化這種殼體形成熟化的復合殼體。通過將心軸破碎成許多易于除去的碎片以此把心軸基本上全部從復合殼體中除去的方法把心軸和復合殼體相分離。通過通孔把心軸碎片從復合殼體中除去。
本發(fā)明另一方面包括一種心軸，它包含易碎的泡沫材料，適用于形成其外表面為所需形狀的長絲繞制復合殼體。
本發(fā)明的這些特點和其它特點及其優(yōu)點在下面的說明書和附圖中將變得更為明顯。


圖1示出本發(fā)明的整體式泡沫心軸。
圖2示出本發(fā)明的分段式泡沫心軸。
圖3示出安裝在繞線設備上的本發(fā)明的心軸。
圖4示出一個置于本發(fā)明心軸的空心里的壓力氣囊。
圖5示出一個置于本發(fā)明心軸的外表面周圍的氣囊。
圖6示出一個嵌入本發(fā)明的心軸內(nèi)的絲網(wǎng)。
圖7示出一個置于本發(fā)明心軸的外表面周圍的絲網(wǎng)。
如圖1所示，本發(fā)明的泡沫心軸2具有和將要用其形成的復合殼體的所需形狀相一致的外表面4并且可以具有限定一個任選的空心8的內(nèi)表面6。心軸2可以是整體式的，也可以如圖2所示包括許多分段10。
本發(fā)明的泡沫心軸2可以是由任一泡沫材料所制成，這種泡沫材料在經(jīng)受到纖維繞制或熟化操作期間加到其上的壓力時是尺寸穩(wěn)定的，而在經(jīng)受到為破碎心軸而設定的壓力時是易碎的。在本申請的文本中，術語“易碎的”的意思是能夠破碎成易于除去的碎片。易于除去的碎片優(yōu)選為具有的最大尺寸是大約1英寸(2.5cm)，最優(yōu)選的可以是粒狀的或粉末狀的。例如，在繞制和熟化過程中，這種泡沫材料在經(jīng)受到壓力高達大約每平方英寸100磅(psi)(690kPa)時應當是尺寸穩(wěn)定的。優(yōu)選地是，在繞制和熟化過程中，這種泡沫材料在經(jīng)受到壓力高達大約190psi(1310kPa)時是尺寸穩(wěn)定的。但是，這種泡沫材料在經(jīng)受到大約200psi(1380kPa)或更大壓力時應當是易碎的。優(yōu)選地是，這種泡沫材料在經(jīng)受到高達大約300psi(2070kPa)的壓力時是易碎的。
在泡沫材料中，酚醛泡沫具有所需的性能。酚醛泡沫可從多種不同的地方買到，包括American Foam Products(Painsville，Ohio)和Jiffy Foam，Inc.(Newport，Rhode Island)。一種可從Jiffy Foam，Inc.得到的優(yōu)選泡沫是通過將一種酚醛樹脂和脲和一種異氰酸酯反應而得到的。不論特定的泡沫組成如何，這種泡沫都優(yōu)選為是由不受到限制的發(fā)泡劑如水所形成的，這樣可以減小對環(huán)境的影響。
可以用任一方便的方法或方法的組合把選擇好的泡沫材料形成所需的形狀。例如，可以用傳統(tǒng)技術把液體泡沫澆鑄到模具里將泡沫材料澆鑄成網(wǎng)狀或近似網(wǎng)狀。如果所需形狀的特定細節(jié)部分鑄模不方便，例如內(nèi)表面6，可以把它們加工成近似網(wǎng)狀的鑄件?？商娲姆绞绞?，整個心軸2是由一大塊泡沫材料加工而成。運種方法可能特別適用于原型樣領域，這樣就省去了澆鑄用模具的生產(chǎn)成本。為了能夠達到所需的尺寸穩(wěn)定性，泡沫的密度應當至少為大約10lbs/ft3(0.16g/cm3)并且如上所述，在繞制和熟化過程中，經(jīng)受到高達100psi(690kPa)的壓力時應當是尺寸穩(wěn)定的。優(yōu)選地是，泡沫的密度為至少大約10lbs/ft3(0.16g/cm3)并且在繞制和熟化過程中，經(jīng)受到高達大約190psi(1310kPa)的壓力時是尺寸穩(wěn)定的。
心軸2形成所需的形狀后，可以如圖3所示把它安裝在繞線設備12里?？稍谛妮S2里選擇性地使用脫模劑，這樣可在繞制和熟化后更加容易地除去心軸2。合適的脫模劑包括聚四氟乙烯、其它含氟化合物及樹脂基配合物，所有這些都可由Mclube division of McGee Industries，Inc(Aston，Pennsylvania)大量供應。然后在心軸2上繞制所需的復合殼體14，一般地，至少形成一個通孔16，接著從繞線設備12上取下來，使用傳統(tǒng)技術進行熟化。
本發(fā)明的心軸2適用于許多不同的長絲18、繞制技術、可熟化樹脂和養(yǎng)護期。合適的長絲包括碳纖維、玻璃纖維和Kevlar(即聚(對亞苯基-對苯二甲酰胺))纖維，這些可由廠家如Hercules，Inc.(Wilmington，Delaware)、Owens Corning(Toledo，Ohio)及E.I.Du Pont De Nemours andCompany(Wilmington，Delaware)大量供應。正如本領域所熟知的那樣，長絲可以用可熟化樹脂預浸漬或者在繞制過程中或之后用可熟化樹脂浸漬。合適的樹脂包括胺和酸酐熟化的環(huán)氧樹脂，這些可由廠家如Dow ChemicalCompany(Midland，Michigan)及Shell Chemical Company(Houston，Texas)大量供應。本發(fā)明的泡沫心軸2適用于所有傳統(tǒng)的養(yǎng)護期，例如可將心軸2暴露于溫度高達大約350°F(160℃)、壓力高達大約100psi(690kPa)下。
熟化后，通過將心軸2破碎成易于除去的碎片并將易于除去的碎片除去的方法把心軸2和復合殼體14相分離。易于除去的碎片優(yōu)選為具有的最大尺寸是大約1inch(2.5cm)，最優(yōu)選的是粒狀或幾乎是粉末狀的?？梢杂萌魏畏奖愕钠扑榉椒ㄆ扑樾妮S2，如圖4所示的可膨脹的壓力氣囊20，其可插入心軸的空心8里并膨脹以傳遞足夠的壓力來破碎心軸2且提供了易于除去和盛放心軸碎片的運載工具?？商娲氖?，如圖5所示的可收縮的氣囊22，其在繞制操作之前已裝配在心軸的外表面4上，使其收縮以傳遞足夠的壓力來破碎心軸2。還有一種可供選擇的破碎方法是切割法，例如一個嵌在心軸2里的絲網(wǎng)24，用足夠的力可以將其拉出以把心軸2破碎或切割成易于除去的碎片。絲網(wǎng)24可由任一具有適當抗張強度例如至少大約300,000psi(2MPa)的材料制成，以能夠傳遞所需的力。優(yōu)選地是，用于制造絲網(wǎng)24的絲的直徑不大于大約0.040英寸(0.1cm)以減少將絲網(wǎng)拉過泡沫心軸2的阻力。還有另外一種替代方式是將絲網(wǎng)24環(huán)繞在心軸的外表面4上，用足夠的力拉以把心軸2破碎或切割成易于除去的碎片。
可以不用破碎的方法把心軸2與復合殼體14分離，把心軸2冷卻到大約-10°F(-23℃)以下，用磨粒流沖擊心軸?？梢杂酶杀鶉姶登謇矸ㄒ韵嗨频纳淞?vein)沖擊心軸2使之破碎，以足夠的力使干冰粒子沖擊泡沫心軸2從而使心軸2破碎成易于除去的碎片。干冰噴吹清理設備可由Cold Jet，Inc.(Loveland，Ohio)大量供應，干冰粒子可具有的最大尺寸是大約0.25英寸(0.6cm)。
心軸2破碎成易于除去的碎片后，通過復合殼體14上的通孔16或類似的孔將易于除去的碎片(未示出)從復合殼體14中除去。
本發(fā)明的泡沫心軸2與現(xiàn)有技術相比有幾個優(yōu)點。例如，相對來說它比較便宜且易于制成不同的尺寸和形狀。尤其是，心軸2在開始制成后如果需要支撐特殊工藝時可以重新制成另外的形狀。另外，心軸2可以作為整體制成，這樣就不需要象分段金屬心軸那樣把許多小的精確加工的部件精確地裝配起來。再則，泡沫心軸2比金屬心軸輕許多，從而導致更大的結構剛度，泡沫心軸由于重量而產(chǎn)生較小的偏差并且更易處置。
權利要求
1.一種制造長絲繞制復合殼體的方法，包括以下步驟a.提供具有所需形狀的外表面的心軸，其中心軸包含易碎的泡沫材料；b.在心軸外表面周圍繞制一種或多種長絲以形成至少有一個通孔的未熟化殼體；c.熟化這種殼體形成熟化的復合殼體；d.通過將心軸破碎成許多易于除去的碎片從而將基本上全部的心軸從復合殼體中除去的方法把心軸和復合殼體相分離；和e.通過通孔把易于除去的碎片從復合殼體中除去。
2.權利要求1的方法，其中心軸是整體式的。
3.權利要求1的方法，其中心軸包括許多分段，每一段都具有所需形狀的外表面。
4.權利要求1的方法，其中易碎的泡沫材料包括酚醛泡沫。
5.權利要求1的方法，其中易碎的泡沫的密度至少為大約0.16g/cm3，在繞制和熟化步驟中，經(jīng)受到高達大約690kPa的壓力時是尺寸穩(wěn)定的且在經(jīng)受到大于大約1380kPa的壓力時是易碎的。
6.權利要求1的方法，其中心軸具有限定一個空心的內(nèi)表面，通過用足夠的力將一個置于空心里的可膨脹的壓力氣囊膨脹把心軸破碎成易于除去的碎片的方法將心軸破碎成易于除去的碎片。
7.權利要求1的方法，其中心軸具有限定一個空心的內(nèi)表面，心軸的外表面包括置于易碎的泡沫材料周圍的可收縮氣囊，通過用足夠的力使氣囊收縮把心軸破碎成易于除去的碎片的方法將心軸破碎成易于除去的碎片。
8.權利要求1的方法，其中通過切割心軸的方法將心軸破碎成易于除去的碎片。
9.權利要求1的方法，其中通過用冷凍粒子流沖擊心軸的方法將心軸破碎成易于除去的碎片。
10.權利要求1的方法，其中通過把心軸急冷并用磨粒沖擊心軸的方法將心軸破碎成易于除去的碎片。
11.一種用于形成具有所需形狀的外表面的長絲繞制復合殼體的心軸，包含易碎的泡沫材料。
12.權利要求11的心軸，進一步包括限定空心的內(nèi)表面。
13.權利要求11的心軸，其中易碎的泡沫材料包括酚醛泡沫。
14.權利要求11的心軸，其中易碎的泡沫的密度至少為大約0.16g/cm3，在繞制和熟化步驟中，經(jīng)受到高達大約690kPa的壓力時是尺寸穩(wěn)定的且在經(jīng)受到大于大約1380kPa的壓力時是易碎的。
15.權利要求11的心軸，進一步包括一個置于空心里的可膨脹的壓力氣囊。
16.權利要求11的心軸，進一步包括一個置于外表面上的可收縮氣囊。
17.權利要求11的心軸，其中一個絲網(wǎng)嵌在心軸里。
18.權利要求11的心軸，進一步包括一個置于外表面上的絲網(wǎng)。
全文摘要
一種長絲繞制復合殼體可以這樣制造,提供具有所需形狀的外表面的心軸且包含易碎的泡沫材料。在心軸外表面周圍繞制一種或多種長絲以形成至少有一個通孔的未熟化殼體,熟化這種殼體形成熟化的復合殼體。通過將心軸破碎成易于除去的碎片從而把心軸基本上全部從復合殼體中除去的方法把心軸和復合殼體相分離。通過通孔把心軸碎片從復合殼體中除去。
文檔編號B29C33/48GK1260265SQ9912586
公開日2000年7月19日 申請日期1999年12月7日 優(yōu)先權日1998年12月15日
發(fā)明者福里斯特·R·古德森, 唐納德·L·科納萊斯伯羅, 弗蘭克·S·英曼 申請人:聯(lián)合工藝公司