具有通過受控纖維鋪放生產(chǎn)的孔圖案的復(fù)合材料層壓板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及用于制作復(fù)合材料層壓板的過程，并用更具體地涉及在使用受控纖維鋪放的此類層壓板中產(chǎn)生孔圖案的方法，并且涉及具有由此產(chǎn)生的孔圖案的層壓板。
【背景技術(shù)】
[0002]有時需要在復(fù)合結(jié)構(gòu)中形成大量孔或穿孔。例如，聲學(xué)處理結(jié)構(gòu)可以采用具有設(shè)置有數(shù)千穿孔的外部復(fù)合材料層壓面板的隔音板。面板穿孔與蜂窩狀板芯配合以減弱聲音。飛行器機(jī)翼蒙皮也可以包括穿孔的復(fù)合材料層壓面板，以便改變在機(jī)翼上的氣流。
[0003]目前用于在復(fù)合材料層壓板中形成大量穿孔或孔的技術(shù)可以是耗時的、勞動密集型且昂貴的。在一種技術(shù)中，被稱為銷墊的工具用于在單個織物層片被壓在上面并且在銷附近時產(chǎn)生孔，并且然后固化成的層壓板。銷可以是脆弱的，并且可以難以從固化層壓板中移除。在另一種技術(shù)中，在層壓板已經(jīng)固化之后，所述孔是通過在該層壓板中通過鉆孔單個孔形成的。用鉆頭鉆孔數(shù)千個單個孔是耗時的，并且由于鉆頭磨損可導(dǎo)致孔周圍的纖維斷裂。也可能使用掩蔽和噴砂的組合在復(fù)合材料層壓板中形成孔，其中孔圖案被掩蔽到固化層壓板上，并且孔被噴砂到層壓板中。噴砂過程也可導(dǎo)致不期望的纖維斷裂。孔圍繞的纖維斷裂可能導(dǎo)致孔直徑、孔光潔度和/或孔的邊緣超出公差。
[0004]因此，需要一種用于在復(fù)合材料層壓板中形成相對較大量的孔或穿孔方法，這種方法簡單、有效和可控，并且其消除了對于模具和/或鉆孔過程的需要。如果正在制作層壓板，還需要一種用于在層壓板結(jié)構(gòu)中原位形成孔圖案的方法。此外，需要具有受控孔圖案的穿孔的復(fù)合材料層壓板，在其中形成的孔可以具有各種尺寸、形狀和分布圖案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所公開的實施例提供了在復(fù)合材料層壓板(諸如在聲學(xué)處理板中用于消聲的蒙皮)中形成的孔圖案的方法。當(dāng)正在構(gòu)造層壓板時可以在層壓板中原位形成孔圖案。消除了對于專門的工具諸如銷墊的需要，并且避免了可產(chǎn)生纖維斷裂的諸如鉆孔和噴砂的過程。該方法可以使用數(shù)控自動纖維鋪放裝置來進(jìn)行，并且因此期望較高的生產(chǎn)率時該方法是有效的、高度可重復(fù)的和有用的。該方法也非常適合用于使用非熱壓罐工藝制作具有受控孔圖案的復(fù)合材料層壓板。為了提高層壓板的聲學(xué)屬性，當(dāng)正在形成孔圖案時織造材料或非織造材料，諸如但不限于金屬或塑料絲網(wǎng)，可以被嵌入到層壓板中。
[0006]根據(jù)一個公開的實施例，提供了生產(chǎn)其內(nèi)具有孔圖案的復(fù)合材料層壓板的方法。該方法包括通過鋪層單向纖維增強(qiáng)樹脂(預(yù)浸漬)的多個層片來形成疊層，層片中的每個具有纖維取向并且包括其間具有間隙的多個纖維增強(qiáng)樹脂絲束。在疊層中的層片的纖維取向可以變化以在復(fù)合材料層壓板中形成孔圖案。該方法還可以包括控制層片中的每個的絲束之間的間隙，和使絲束的寬度變化。由數(shù)控纖維鋪放機(jī)自動執(zhí)行多個層片的鋪層。該方法還可以包括在多個層片內(nèi)嵌入織造材料或非織造材料中的至少一種。該方法還可以包括選擇孔圖案，并且編程自動纖維鋪放機(jī)以自動鋪層層片并且使層片的纖維取向變化以形成所選擇的孔圖案。該方法可以包括選擇孔尺寸和孔形狀，并且編程自動纖維鋪放機(jī)以自動鋪層層片并且使層片的纖維取向變化以形成具有所選擇的孔尺寸和孔形狀的孔。該方法還可包括固化疊層，并選擇具有基本上防止樹脂在固化過程中填充孔的受控流動特性的樹月旨。利用使用真空壓力以幫助控制樹脂的流動的非熱壓罐可以固化疊層，但是熱壓罐固化也是可能的。
[0007]根據(jù)另一個公開的實施例，提供了生產(chǎn)其內(nèi)具有孔圖案的復(fù)合材料層壓板疊層的方法。通過鋪層單向預(yù)浸漬纖維的多個層片形成疊層，其中通過鋪設(shè)預(yù)浸漬纖維束的帶寬來鋪層層片中的每個。該方法還包括間隔開每個帶寬中的絲束，以邊在正在鋪設(shè)帶寬時在絲束之間形成間隙，以及在正在鋪設(shè)帶寬時控制絲束的位置。當(dāng)正在鋪設(shè)帶寬時可以控制絲束之間的間隙，并且層片的纖維取向可以變化以在疊層中形成孔圖案。層片中的每個通過使用數(shù)控自動纖維鋪放機(jī)進(jìn)行鋪層。間隔絲束包括使絲束之間的間隙變化。該方法還可包括使絲束的寬度變化。織造材料和非織造材料中的至少一種可被嵌入疊層的層片內(nèi)。該方法還可包括選擇孔位置、孔尺寸和孔形狀，并且編程自動纖維鋪放機(jī)以自動鋪層層片并且使層片的纖維取向變化以形成孔圖案。該方法還可包括固化疊層，并選擇具有基本上防止樹脂在固化過程中填充孔的受控流動特性的樹脂。
[0008]根據(jù)另一個實施例，提供了其內(nèi)具有孔圖案的復(fù)合材料層壓板。層壓板包括具有被布置成形成層壓板中的孔圖案的不同纖維取向的多個間隔開的纖維絲束，以及在其中嵌入纖維絲束的樹脂基體。纖維絲束被布置在具有不同纖維取向的多個層片內(nèi)，并且纖維束具有不同的寬度。每個孔可以具有多邊形形狀。樹脂基體可以是可熱固化的熱固性材料或熱塑性塑料，并且具有防止材料在熱固化期間流入到孔中的流動特性。
[0009]根據(jù)另一個實施例，復(fù)合材料層壓板疊層在其內(nèi)包含孔圖案。層壓板疊層包括纖維增強(qiáng)樹脂的多個層片，其中層片中的每個具有單向纖維取向，并且包括其間具有間隙的多個預(yù)浸漬絲束。布置層片使得預(yù)浸漬絲束之間的間隙形成疊層中的孔圖案。樹脂是可熱固化的，并具有在固化過程中防止樹脂流入到孔中的流動特性。預(yù)浸漬絲束之間的間隙可變化，并且絲束的寬度在層片之間變化。
[0010]總之，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其提供了生產(chǎn)在其內(nèi)具有孔圖案的復(fù)合材料層壓板的方法，該方法包括:通過鋪層纖維增強(qiáng)樹脂的多個層片形成疊層，層片中的每個具有纖維取向并且包括之間具有的間隙的多個纖維增強(qiáng)樹脂絲束；以及使在疊層中層片的纖維取向變化以在復(fù)合材料層壓板中形成孔圖案。
[0011 ] 有利的是，該方法還包括控制層片中的每個的絲束之間的間隙。
[0012]有利的是，在該方法中鋪層多個層片包括在層片的至少兩個中使用分別具有至少兩個不同寬度的絲束。
[0013]有利的是，在該方法中通過數(shù)控纖維鋪放機(jī)自動執(zhí)行鋪層多個層片。
[0014]有利的是，該方法還包括在多個層片內(nèi)嵌入織造材料和非織造材料中的至少一種。
[0015]有利的是，該方法還包括選擇孔圖案；以及編程自動纖維鋪放機(jī)以自動地鋪層使用間隔開的絲束的層片并且使層片的纖維取向變化以形成所選擇的孔圖案。
[0016]有利的是，該方法還包括選擇孔尺寸和孔形狀；并編程自動纖維鋪放機(jī)以自動地鋪層層片并且使層片的纖維取向變化以形成具有所選擇的孔尺寸和孔形狀的孔。
[0017]有利的是，該方法還包括固化疊層；并選擇具有基本上防止樹脂在固化過程中填充孔的受控流動特性的樹脂。
[0018]有利的是，在該方法中固化疊層是通過使用非熱壓罐和熱壓罐固化工藝中的一個來進(jìn)行的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了生產(chǎn)其內(nèi)具有孔圖案的復(fù)合材料層壓板疊層的方法，該方法包括:通過鋪層單向預(yù)浸漬纖維的多個層片來形成疊層，每個層片通過鋪設(shè)預(yù)浸漬纖維束的帶寬而被鋪層；每個帶寬中的絲束彼此間隔開，以便在帶寬正被鋪設(shè)之時在絲束之間形成間隙；當(dāng)帶寬正被鋪設(shè)時控制絲束的位置；當(dāng)帶寬正被鋪設(shè)時控制絲束之間的間隙；以及使層片的纖維取向變化以在疊層中形成孔圖案。
[0020]有利的是，在該方法中層片中的每個通過使用數(shù)控自動纖維鋪放機(jī)進(jìn)行鋪層。