用于接合复合材料元件的方法和装置与流程

本发明涉及一种将复合材料的第一元件与复合材料的第二元件接合以限定复合材料的结构部件的方法，该结构部件是例如，用于航空领域的结构部件，并且该结构部件是飞行器的结构的一部分，诸如飞行器的机身的梁、桁条、纵梁等，以下描述将明确地描述这些结构部件，但不会因此损失其通用性。尤其是，本发明有利地但不限于应用于修复受损或有缺陷的复合材料的结构部件。此外，本发明有利地但不限于应用于对构成上述类型的结构部件的复合材料的固化。本发明还涉及一种用于将复合材料的第一元件和复合材料的第二元件接合以限定上述复合材料的结构部件或其一部分的连接设备。

背景技术：

1、航空领域使用的结构部件是熟知的，例如用复合材料制造的机身及其零件。此种材料的使用由对于减少飞行器的总重量和消除或减少航空结构的腐蚀问题以及增加其疲劳强度的需要所决定。

2、在现有技术中，存在用轻合金并且因此用金属材料生产的航空结构部件，然后将其应用于机身。

3、使用这种金属元件并将其与复合材料的结构接触进行安装会导致电耦合的问题，带来金属腐蚀的相关风险，并且需要增加检查水平。这必然会增加此种部件的生产者的总成本并且因此增加航空公司的总成本。

4、因此，还存在着制造这种复合材料的结构部件的需要。

5、使用复合材料允许减少飞行器的总重量并且同时获得非常坚实的结构。

6、为了生产上述结构部件，根据打算生产的结构部件的形状，将多层未固化复合材料布置在适当成形的成形工具上。

7、复合材料是由基体和纤维两步组成的材料。尤其是，在预浸渍材料的情况下，每层通常由不同性质的纤维(如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等)增强的基体(热固性树脂、热塑性塑料等)构成。

8、由此获得的层在成形工具上层压在一起。

9、在层压之后，如果需要，通常借助于真空在成形模具上执行成形工艺：以这种方式，将层压实并且将期望的形状(例如t-、z-、c-、ω形状等)压印在结构部件上。

10、由此形成的组件随后通过施加高压和高温在固化工具上进行固化过程，以便固化复合材料并将前述层压实在一起，从而获得结构部件。

11、为此，组件容纳在高压釜内，在高压釜内施加必要的压力和温度，从而产生树脂的聚合以及材料的固化。

12、然而，通常使用的高压釜具有相对于零件大得多的尺寸。这需要增加对高压釜进行加压和加热所需的时间和成本，尤其是在待固化的部件相对于高压釜的体积具有小尺寸的情况下。此外，高压釜相当昂贵。

13、众所周知，该行业需要修复受损或有缺陷的结构部件。结构部件的修复减少了浪费并且允许降低成本，尤其是在制造大尺寸部件的情况下。

14、因此，修复干预是已知的，其包括将未固化或预固化的预浸渍复合材料的贴片施加在有缺陷的或受损的零件上，优选地在它们之间插入粘合剂片材。ep-a-2457718提供了制造胶粘飞行器接合件(即，使用粘合剂元件制造)的方法和设备实例。

15、围绕受损或有缺陷的部件和布置在待修复部件上的贴片，卷绕真空袋以施加给定的压力。

16、在真空袋的替代方案中，一些已知的解决方案提供了在贴片上方布置可充气腔室的以及通过例如用压缩空气对腔室进行预加压来施加压力。

17、然后例如通过红外灯施加特定温度。

18、以这种方式，在用复合材料的第一元件(贴片)与第二元件(部件)之间获得接合。

19、本申请人观察到，仅由真空袋或仅由可充气腔室施加的压力不允许在两个零件之间达到最佳接合效果(以及因此修复效果)。因此，本申请人观察到，容易进一步改进已知的接合方法，特别是关于上述接合(修复)效果、该方法对具有不同尺寸(或直接在飞机上)的零件的灵活性和适用性、总成本降低、执行的简单性和快速性以及便携性方面的改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种将复合材料的第一元件和复合材料的第二元件接合的方法和设备，其具有高可靠性和有限的成本，并且允许克服以上指定的并且与已知类型的接合方法和装置相关的至少一些缺点。

2、根据本发明，此目的通过所附独立权利要求中要求保护的方法和设备来实现。

技术特征：

1.一种将复合材料的第一元件(2)与复合材料的第二元件(3)接合以限定飞行器的结构部件(4)的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，施加步骤b)包括以下之一：

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二元件(3)限定具有受损或缺陷部分(3a)的飞行器的结构部件，并且所述第一元件(2)限定修复贴片；

9.根据权利要求8所述的方法，包括以下步骤：

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一元件至少限定未固化或预固化的预浸渍复合材料的第一层(2)，并且第二元件至少限定未固化或预固化的预浸渍复合材料的第二层(3)；

11.一种用于将复合材料的第一元件(2)与复合材料的第二元件(3)接合以限定飞行器的结构部件(4)的设备(1)，所述设备包括：

12.根据权利要求11所述的设备，包括：

13.根据权利要求11或12所述的设备，包括覆盖层(15)，所述覆盖层(15)被布置成在相对于所述第一元件(2)的相反侧上接触在所述形状记忆层(7)上，并且被配置为限制和/或防止所述形状记忆层(7)在与所述第一元件(2)相反的方向上膨胀。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的设备，包括密封的可变形非刚性中空元件(18)，其内部容积填充有流体；

技术总结描述了一种将复合材料的第一元件(2)与复合材料的第二元件(3)接合以限定飞行器的结构部件(4)的方法，所述方法包括以下步骤：a)将所述第一元件(2)布置成与所述第二元件(3)接触；b)将非刚性加热层(6)施加到所述第一元件(2)上；c)将在压缩非平衡状态下预负荷的形状记忆热塑性聚合物层(7)施加到所述加热层(6)上；d)将真空袋(8)应用至由此获得的组件；e)将所述真空袋(8)密封以限定容纳所述第一元件(2)、所述第二元件(3)的至少一部分、所述加热层(6)和所述形状记忆层(7)的真空腔室(10)；f)在所述真空腔室(10)内施加真空；g)通过激活所述加热层(6)而向所述第一元件(2)、所述第二元件(3)和所述形状记忆层(7)施加热量；h)通过施加热量的步骤g)使所述形状记忆层(7)从所述压缩非平衡状态膨胀到膨胀平衡状态；1)通过膨胀步骤h)向所述第一元件(2)施加压力以将其压靠在所述第二元件(3)上。技术研发人员：亚历山德罗·塞里奥,尼古拉·加洛,斯特凡诺·朱塞佩·科尔瓦利亚受保护的技术使用者：列奥纳多股份公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18