СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТРУКТУР И ЛЕНТЫ ПРЕПРЕГА, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ МЕЖДУ НИМИ Российский патент 2021 года по МПК C08J5/00 B29C65/02 B29C65/44 B32B27/08 B29C70/40 

1. Область техники

Настоящее описание, в целом, относится к композиционным структурам и, более конкретно, относится к способу получения композиционной слоистой структуры с применением преформы высокотемпературного термопластичного препрега.

2. Уровень техники

Композиционные слоистые структуры, получаемые с применением высокотемпературных термопластичных полимеров, обычно спекают при температурах более 300°С, и в некоторых случаях при 400°С или выше. В одном из применений многослойную преформу препрега выкладывают сверху, а затем формуют до требуемой формы с помощью штамповки или других технологий. Преформу нагревают до температуры спекания до или во время процесса формования. Слои выкладывают сверху с помощью, например, автоматизированных устройств выкладки лент (ATL), которые обеспечивают укладку и уплотнение полос термопластичного препрега.

Слои преформы зачастую содержат различные ленточные структуры, такие как сдвоенные слои и скосы слоя, которые образуют структурные особенности при выкладке. Следовательно, важно сохранять совмещение слоев относительно друг друга при их выкладке и, соответственно, при их хранении, транспортировке, спекании и/или формовании в определенную форму. Одна из технологий сохранения необходимого совмещения слоев заключается в объединении слоев друг с другом посредством расплава ленты препрега при ее выкладке и уплотнении с помощью лентоукладочной машины. В случае высокотемпературного термопластичного препрега, используют устройство с высокой энергией, такое как лазер, для нагревания термопласта до температуры его плавления, которая, как отмечено выше, обычно составляет от 300°С до 400°С или более. Такой способ скрепления имеет несколько недостатков. Нагревание высокотемпературного термопласта до температуры его плавления может приводить к неравномерной рекристаллизации полимера при охлаждении, вызывая нежелательные изменения характеристик материала композиционной структуры. Кроме того, скорость, с которой лента может быть уложена, ограничена временем, необходимым для нагревания высокотемпературного термопласта до температуры его плавления. Кроме того, плавление слоев для скрепления их друг с другом снижает их способность к сдвигу (скольжению относительно друг друга) после формования в определенную форму, что может приводить к сморщиванию или короблению слоя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание относится, в целом, к композиционным структурам и, более конкретно, к композиционным слоистым структурам, получаемым с применением высокотемпературных термопластичных полимеров.

В соответствии с одним аспектом, предложен способ получения термопластичной композиционной преформы. Способ включает сборку пакета из композиционных слоев высокоплавкого термопласта и введение низкоплавкого термопласта между слоями композита. Способ также включает скрепление композиционных слоев высокоплавкого термопласта друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта.

В соответствии с другим аспектом, предложен способ получения термопластичной композиционной структуры. Способ включает получение композиционной преформы, содержащей армированные волокнами термопластичные слои, причем указанные слои содержат и высокоплавкий термопласт, и низкоплавкий термопласт. Способ также включает скрепление слоев друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта и спекание композиционной преформы.

В соответствии с дополнительным аспектом, предложен способ получения ленты из композиционного материала для применения в производстве композиционной структуры. Способ включает получение ленты из высокоплавкого термопластичного препрега и нанесение низкоплавкого термопласта на поверхность ленты из высокоплавкого термопластичного препрега.

В соответствии с другим аспектом, предложена термопластичная композиционная лента, содержащая полоску из высокоплавкого термопластичного препрега и низкоплавкий термопласт, приклеенный на поверхность полоски из высокоплавкого термопластичного препрега. Низкоплавкий термопласт имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления полоски из высокоплавкого термопластичного препрега.

В соответствии с другим вариантом реализации, термопластичная композиционная преформа содержит пакет слоев из термопластичного препрега, имеющего температуру плавления, при которой слои могут быть консолидированы, и термопластичный полимер, скрепляющий слои друг с другом. Указанный термопластичный полимер имеет температуру плавления ниже температуры плавления термопластичного препрега.

Одно из преимуществ описанных вариантов реализации заключается в том, что слои высокотемпературного термопластичного слоистого материала могут быть скреплены друг с другом с сохранением совмещения без необходимости в плавлении высокотемпературного полимера. Таким образом, могут быть получены композиционные слоистые структуры с более однородными характеристиками материала. Другое преимущество заключается в том, что скорость выкладки ленты может быть увеличена, и для достижения скрепления слоев могут быть использованы источники тепловой энергии меньшей мощности. Еще одно преимущество заключается в том, что слои имеют больше возможности смещаться при их формовании в конечную форму, что снижает возможность сморщивания или коробления слоя.

Отличительные признаки, функции и преимущества в различных вариантах реализации настоящего описания могут быть достигнуты независимо или могут быть комбинированы в других вариантах реализации, дополнительные подробности которых станут понятны со ссылкой на следующее описание и чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В прилагаемой формуле изобретения представлены новые отличительные признаки, которые считаются характерными для иллюстративных вариантов реализации. Однако иллюстративные варианты реализации, а также предпочтительный способ применения, их дополнительные задачи и преимущества станут более понятны со ссылкой на следующее подробное описание иллюстративного варианта реализации настоящего изобретения при рассмотрении вместе с сопровождающими чертежами, среди которых:

На фиг.1 представлено изображение вида в перспективе слоистой структуры из высокотемпературного термопластичного композита.

На фиг.2 представлено изображение вида в перспективе пакета слоев, использованного для получения структуры, показанной на фиг.1, с небольшим увеличением для лучшей демонстрации отдельных слоев.

На фиг.3 представлено изображение вида в перспективе автоматизированного лентоукладочного оборудования, выкладывающего слой, где источник тепловой энергии обеспечивает плавление низкотемпературных термопластичных частиц на поверхности слоя.

На фиг.4 представлено изображение вида в поперечном сечении, взятом по линии 4-4 на фиг.3, где расстояние между слоями преувеличено для демонстрации скрепления, обеспечиваемого низкотемпературным термопластом.

На фиг.5 представлено изображение, подобное фиг.4, но демонстрирующее консолидированные слои.

На фиг.6 представлено изображение вида сверху сегмента ленты из высокоплавкого термопластичного препрега, имеющей частицы низкотемпературного термопласта, нанесенные на ее поверхность.

На фиг.7 представлено изображение вида с торца ленты препрега, показанной на фиг.6.

На фиг.8 представлено изображение вида сверху сегмента ленты препрега, на которую нанесен расплавленный низкоплавкий термопласт непрерывным, но случайным образом.

На фиг.9 представлено изображение, подобное фиг.8, но с повторяющейся схемой.

На фиг.10 представлено схематическое изображение устройства для нанесения низкотемпературного термопластичного полимера на поверхность ленты из высокотемпературного термопластичного препрега.

На фиг.11 представлено схематическое изображение способа получения деталей из высокотемпературного термопластичного композиционного слоистого материала с применением преформы, полученной в соответствии с описанными вариантами реализации.

На фиг.12 представлена технологическая блок-схема способа получения деталей из высокотемпературного термопластичного композиционного слоистого материала.

На фиг.13 представлена блок-схема производства воздушного судна и методика технического обслуживания.

На фиг.14 представлена блок-схема воздушного судна.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ссылаясь, прежде всего, на фиг.1, описанные варианты реализации относятся к способу получения композиционной слоистой структуры 20. В данном примере композиционная слоистая структура 20 представляет собой швеллерный профиль 22, имеющий основание 24 и пару стоек 26, образующих U-образное поперечное сечение. Хотя изображенный швеллерный профиль 22 является прямым, в других примерах он может иметь один или более контуров, поворотов, изгибов и/или выступов, или других особенностей, и может иметь любую из множества форм поперечного сечения, включая, но не ограничиваясь ими, формы букв «I», «J», «Z», «Т», «С». Швеллерный профиль 22 является лишь иллюстрацией широкого разнообразия деталей и структур, которые могут быть получены с применением принципов описанных вариантов реализации.

Как показано на фиг.2, композиционная слоистая структура 20 может быть получена сборкой пакета 28 из композиционных слоев 30, которые скреплены друг с другом с образованием плоской композиционной преформы 88, иногда упоминаемой как заготовка. В изображенном примере каждый из композиционных слоев 30 содержит полоски 32 из ленты 38 препрега, уложенные бок о бок, в которых волокнистый армирующий материал 40 находится в высокоплавкой термопластичной смоле 46. Однако в других примерах композиционные слои 30 могут быть выложены с применением любой из множества других технологий, включая автоматизированную выкладку волокон (AFP), ручную выкладку, сплетение и переплетение, и могут содержать листы (не показаны) препрега, а не полоски из высокоплавкого термопластичного композиционного препрега 32. Композиционные слои 30 могут иметь различную ориентацию волокон, в зависимости от технических требований швеллерного профиля 22. Хотя это не показано на чертежах, пакет 28 может содержать один или более скосов слоя, сдвоенных слоев и/или других особенностей, в зависимости от конкретной схемы выкладки слоев, требуемой для данного применения.

Как показано на фиг.3, в изображенном примере каждый из композиционных слоев 30 выложен с помощью автоматизированного лентоукладочного (ATL) оборудования 82. ATL оборудование 82 может содержать рабочий орган в форме лентоукладочной головки 36 для выкладки композиционной ленты 38 препрега на подложку 48, которая может быть либо инструментом (не показан), либо предыдущим композиционным слоем 30. Композиционная лента 38 препрега содержит волокнистый армирующий материал 40 в форме однонаправленных армирующих волокон, находящихся в высокоплавкой термопластичной смоле 46. В изображенном примере композиционная лента 38 препрега содержит частицы низкоплавкого термопласта 54 на поверхности 34, однако, как будет описано ниже, низкоплавкий термопласт 54 может быть представлен в других формах на поверхности 34 ленты 38.

В данном контексте «высокоплавкий термопласт» 46 представляет собой термопласт, который обычно плавится и обеспечивает возможность скрепления слоистого материала при температурах выше приблизительно 300°С. Примеры высокоплавкого термопласта 46 включают, но не ограничиваются ими, PSU (полисульфон), РЕ1 (полиэтиленимин), PEEK (полиэфиркетонкетон) и PEEK (полиэфирэфиркетон). В данном контексте «низкоплавкий термопласт» 54 представляет собой термопласт, который плавится при температурах ниже температуры плавления высокоплавкого термопласта 46. Примеры низкоплавких термопластичных полимеров включают, но не ограничиваются ими, полиэтилен и полипропилен.

При нагревании преформы 88, содержащей высокоплавкий и низкоплавкий термопласты, до температуры плавления низкоплавкого термопласта, низкоплавкий термопласт плавится, а высокоплавкий термопласт не плавится. В некоторых примерах низкоплавкий термопласт 54 может иметь температуру плавления ниже приблизительно 300°С, однако в других примерах низкоплавкий термопласт может иметь температуру плавления выше 300°С, при условии, что температура плавления высокоплавкого термопласта выше, чем температура плавления низкоплавкого термопласта. Например, и без ограничения, если температура плавления высокоплавкого термопласта составляет 340°С, то низкоплавкий термопласт может иметь температуру плавления 310°С. Следовательно, можно использовать термопласт, такой как PEEK, имеющий температуру плавления 343°С, для скрепления слоев PEEK препрега, который имеет температуру плавления примерно 360°С.

Как показано на фиг.3, лента 38 имеет ширину «W», которая зависит от применения, и в некоторых случаях может содержать разрезанную ленту, т.е. срезы из ленты большей ширины. Композиционную ленту 38 вытягивают из подающей катушки (не показана) на выкладывающую головку 36 и подают на уплотнительный ролик 44, который придавливает ленту 38 к поверхности предыдущего слоя 30 (или инструмента) по мере движения головки 36 над подложкой 48. Выкладывающая головка 36 автоматически вращается и смещается для выкладки ленты 38 на подложке 48 в любой требуемой ориентации волокон. По мере движения выкладывающей головки 36 над подложкой 48, источник 50 нагревания направляет тепловую энергию 52 на область предыдущего слоя 30 непосредственно перед уплотнительным роликом 44.

Источник 50 нагревания может содержать устройство, которое генерирует тепловую энергию 52 относительно низкой интенсивности, такое как, без ограничения, инфракрасный нагреватель. Однако могут быть использованы источники тепловой энергии более высокой мощности, такие как лазер или электронный пучок. Источник 50 нагревания генерирует достаточное количество тепловой энергии 52 для расплавления частиц 62 низкоплавкого термопласта 54, находящегося на поверхности 34 ленты 38. Однако приложенная тепловая энергия 52 является не настолько высокой, чтобы плавить высокоплавкую термопластичную ленту 38. Другими словами, источник 50 нагревания нагревает поверхность 34 ленты 38 до температуры, которая достаточна для плавления низкоплавкого термопласта 54 без плавления высокоплавкого термопласта 46 ленты 38 препрега. Как упомянуто ранее, принципы описанных вариантов реализации применимы к преформам 88, содержащим композиционные слои 30, которые выложены с применением любой из множества технологий выкладки.

На фиг.4 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий частицы 62 после их расплавления источником 50 тепла и последующего охлаждения. По мере охлаждения расплавленных частиц 62 они склеиваются и скрепляют слои 30 друг с другом, и препятствуют сдвигу слоев 30 относительно друг друга в пакете 28. Следовательно, совмещение слоев 30 сохраняется в течение всего процесса выкладки, а также впоследствии, когда преформу 88 переносят на хранение или в другую технологическую установку для формования в определенную форму и/или спекания. На фиг.5 представлен такой же вид, как на фиг.4, но показаны консолидированные слои 30 как результат нагревания до температуры плавления высокоплавкого термопласта 46 и уплотнения.

Как показано на фиг.6-9, низкоплавкий термопласт 54 может быть нанесен на поверхность 34 ленты 38 препрега любым из различных способов. На фиг.6 и 7 низкоплавкий термопласт 54 в форме частиц 62 нанесен в сухой форме, или альтернативно ожиженный низкоплавкий термопласт 54 может быть нанесен разбрызгиванием на поверхность 34 ленты 38 либо в случайном порядке 58 (фиг.6-8), либо в упорядоченной/повторяющейся схеме 60 (фиг.9). При охлаждении расплавленные сухие частицы 62 отверждаются и прилипают к поверхности 34 ленты 38. В другом примере, показанном на фиг.8, низкоплавкий термопласт 54 наносят на ленту 38, направляя поток расплавленного низкоплавкого термопласта 54 на поверхность 34 непрерывным, но случайным образом 58. В другом примере, показанном на фиг.9, расплавленный низкоплавкий термопласт 54 может быть нанесен на ленту 38 посредством непрерывного нанесения его потока на поверхность 34 в соответствии с повторяющейся схемой 60.

В другом примере, не показанном на фигурах, низкоплавкий термопласт 54 может быть нанесен на ленту 38 посредством разбрызгивания ожиженного низкоплавкого термопласта по всей поверхности 34 ленты 38. Возможны другие схемы нанесения, включая, например и без ограничения, нанесение низкоплавкого термопласта 54 по схеме (не показана), имеющей определенную форму, которая способствует скреплению между слоями 30 и/или минимизирует количество низкоплавкого термопласта 54, необходимое для достижения требуемой степени скрепления между слоями 30. Возможны многие другие технологии нанесения низкоплавкого термопласта 54. В том примере, в котором вся поверхность 34 ленты 38 покрыта низкоплавким термопластом 54, тепловая энергия 52 может быть направлена на поверхность 34 ленты так, что расплавляется весь или только часть низкоплавкого термопласта 54. Например и без ограничения, низкоплавкий термопласт может быть нанесен в виде схемы, а затем нагрет до температуры его плавления для достижения скрепления только в определенных выбранных областях слоев 30 для облегчения формования преформы в конкретную форму. Кроме того, низкоплавкий термопласт 54 может быть нанесен по схеме, которая облегчает создание преформы 88, имеющей определенную форму, и/или которая облегчает формование преформы 88 в конкретную форму.

На фиг.10 представлено схематическое изображение системы 72 для получения ленты 38 препрега из высокоплавкого термопласта, содержащей низкоплавкий термопласт 54, нанесенный на нее так, как описано ранее. Ленту 64 препрега из высокоплавкого термопласта, которая может содержать разрезанную ленту, вытягивают из подающей катушки 66 и пропускают через аппликатор 70, который наносит низкоплавкий термопласт 54 на поверхность 34 ленты 64 препрега. Как описано ранее, аппликатор 70 может обеспечивать нанесение в виде брызг, потока или иное нанесение низкоплавкого термопласта 54 в сухом или ожиженном состоянии на поверхность 34 ленты 64 препрега. Нанесенный низкоплавкий термопласт 54 может содержать частицы, или прерывистый, или непрерывный расплавленный поток материала, который покрывает часть или всю площадь поверхности 34 ленты 38.

В некоторых вариантах реализации низкоплавкий термопласт 54, нанесенный аппликатором 70, может быть в расплавленной форме, которая прилипает к поверхности 34 ленты 38 вскоре после приведения в контакт. В других примерах низкоплавкий термопласт 54 нагревают до температуры его плавления источником 74 тепловой энергии, таким как, например и без ограничения, инфракрасный нагреватель (не показан), после чего ленту 38 пропускают через охлаждающее устройство 76, охлаждая низкоплавкий термопласт 54, что приводит к его отверждению и прилипанию к поверхности 34 ленты 38. Затем готовую ленту 38 препрега пропускают через один или более приводных или пассивных роликов 78, а затем наматывают на принимающую катушку 80. Катушка 80 может быть использована в качестве устройства для подачи ленты 38 препрега, которую подают на лентоукладочную головку 36 (фиг.3), направляющую ленту 38 на уплотнительный ролик 44, который прижимает ленту 38 к подложке 48.

На фиг.11 представлено схематическое изображение технологической системы для производства термопластичных композиционных деталей с применением принципов описанных вариантов реализации. ATL оборудование 82 может содержать рабочий орган 84, такой как описанная ранее лентоукладочная головка 36, эксплуатируемый с помощью манипулятора с цифровым управлением, который может содержать, без ограничения, робот 85. Робот 85 выкладывает группу 92 преформ 88, каждая из которых содержит множество слоев 30 препрега из высокоплавкого термопласта, которые скреплены друг с другом низкоплавким термопластом 54, как описано ранее. Преформы 88 спекают по отдельности или в виде группы в подходящем прессе 90 для отверждения, и затем они могут быть сложены в виде пакета 94. Преформы 88 могут быть по отдельности извлечены из пакета 94 и перенесены с помощью челнока 96 или специального устройства в печь 98, где их нагревают по меньшей мере до температуры плавления высокоплавкого термопластичного препрега 46. Затем каждую из нагретых преформ 88 помещают в формовочный автомат, такой как, без ограничения, штамповочный пресс 100, где ее формуют до требуемой формы детали между парой штампов 102 противоположной формы. Возможны другие технологии формования, включая, но не ограничиваясь этим, прессование в вакуумном мешке, обработку в автоклаве и позитивное вакуумное формование.

Далее представлено описание фиг.12, на которой широко показаны стадии способа получения композиционной структуры 20 в соответствии с описанными вариантами реализации. Начиная со стадии 104, низкоплавкий термопласт 54 наносят на поверхность 34 множества композиционных слоев 30 высокоплавкого термопласта. На стадии 106 композитные слои 30 высокоплавкого термопласта собирают в пакет 94. Пакет 94 может быть собран посредством выкладки слоев 30 с помощью технологий автоматизированной или ручной выкладки, как описано ранее. На стадии 108 формуют высокотемпературную термопластичную композиционную преформу 88, включая скрепление композиционных слоев 30 высокоплавкого термопласта друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта 54, например, нагреванием низкоплавкого термопласта до температуры его плавления. Низкоплавкий термопласт 54 может быть введен между слоями 30 посредством нанесения низкоплавкого термопласта 54 в ожиженной или другой форме на поверхность 34 слоев 30. На стадии 110 преформу 88 спекают и формуют до требуемой формы, включая нагревание преформы и плавление композиционных слоев 30 высокоплавкого термопласта.

Варианты реализации настоящего изобретения могут находить применение в различных потенциальных областях, в частности, в транспортной промышленности, включая, например, аэрокосмическую промышленность, судостроение, автомобилестроение, а также в других областях, в которых используют термопластичные композиционные детали. Следовательно, как показано на фиг.13 и 14, варианты реализации настоящего описания могут быть использованы в контексте способа 112 строительства и технического обслуживания воздушного судна, как показано на фиг.13, и в контексте воздушного судна 114, показанного на фиг.14. Применение описанных вариантов реализации в воздушных суднах может включать, например, без ограничения, конструкционные элементы жесткости, используемые в корпусе 137 воздушного судна 114. На предпроизводственной стадии иллюстративный способ 112 может включать технический регламент и проект 115 воздушного судна 114, а также закупку 118 материалов. На производственной стадии осуществляют изготовление 120 деталей и компоновочных узлов, а также системную интеграцию 122 воздушного судна 114. Затем воздушное судно 114 может проходить сертификацию и доставку 124 для ввода в эксплуатацию 126. В течение срока эксплуатации заказчиком воздушное судно 114 подлежит регулярному техническому обеспечению и обслуживанию 128, которое также может включать модификацию, перенастройку, модернизацию и т.д.

Каждый из процессов в соответствии со способом 112 может быть осуществлен или выполнен компанией, занимающейся системной интеграцией, третьей стороной и/или авиакомпанией (например, заказчиком). В контексте настоящего описания компания, занимающаяся системной интеграцией, может включать, без ограничения, любое количество производителей воздушных суден и субподрядчиков главных систем; третья сторона может включать, без ограничения, любое количество посредников, субподрядчиков и поставщиков; и авиакомпания может быть авиационной компанией, лизинговой компанией, военной организацией, обслуживающей организацией и т.д. Высокотемпературные термопластичные композиционные детали и конструкции в соответствии с описанными вариантами реализации могут быть использованы на стадии закупки 118 материалов, изготовления 120 деталей и компоновочных узлов, как часть корпуса 130 и внутренней части 134 воздушного судна 114.

Как показано на фиг.14, воздушное судно 114, изготовленное иллюстративным способом 112, может содержать корпус 130 с множеством систем 132 и внутреннюю часть 134. Примеры систем 132 высокого уровня включают одну или более из винтомоторных систем 136, электрических систем 138, гидравлических систем 140 и систем 142 искусственного климата. Может быть включено любое количество других систем. Несмотря на представленный пример применения в аэрокосмической области, принципы настоящего описания могут быть применены к другим отраслям промышленности, таким как судостроение и автомобилестроение.

Системы и способы, осуществленные в настоящем документе, могут быть использованы на любом одной или более стадиях способа 112 производства и обслуживания. Например, детали или узлы, соответствующие производственному процессу 120, могут быть изготовлены или произведены таким же способом, как детали или компоненты, изготовленные при эксплуатации воздушного судна 114. Кроме того, один или более вариантов реализации устройства, вариантов реализации способа или их комбинации могут быть использованы на стадиях 120 и 122 производства, например, для значительного ускорения сборки или снижения стоимости воздушного судна 114. Точно так же, один или более вариантов реализации устройства, вариантов реализации способа или их комбинации могут быть использованы при эксплуатации воздушного судна 114, например и без ограничения, для технического обеспечения и обслуживания 128.

В контексте настоящего документа выражение «по меньшей мере один из», используемое с перечнем элементов, означает, что могут быть использованы различные комбинации одного или более перечисленных элементов и что может быть необходим лишь один элемент из перечня. Например, «по меньшей мере один из элемента А, элемента В и элемента С» может включать, без ограничения, элемент А, элемент А и элемент В, или элемент В. Представленный пример также может включать элемент А, элемент В и элемент С или элемент В и элемент С. Элемент может представлять собой конкретный объект, предмет или категорию. Другими словами, «по меньшей мере один» означает, что может быть использована любая комбинация элементов и любое количество элементов перечня, но не все элементы перечня являются необходимыми.

Настоящее изобретение также относится к следующим пунктам, которые не следует путать с формулой изобретения.

А1. Способ получения термопластичной композиционной преформы (88), включающий:

сборку пакета (28) из композитных слоев (46) высокоплавкого термопласта;

введение низкоплавкого термопласта (54) между композиционными слоями (46); и

скрепление композиционных слоев (46) высокоплавкого термопласта друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта (54).

А2. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что:

введение низкоплавкого термопласта (54) включает нанесение низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) каждого из слоев (46), в результате чего низкоплавкий термопласт (54) находится между слоями (46), и

плавление низкоплавкого термопласта (54) включает нагревание низкоплавкого термопласта (54) на поверхности (34) каждого из слоев (46) до температуры плавления низкоплавкого термопласта (54).

A3. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что введение низкоплавкого термопласта (54) включает нанесение частиц (62) низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) каждого из слоев (46).

А4. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что введение низкоплавкого термопласта (54) включает нанесение ожиженного низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) каждого из слоев (46).

А5. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что сборка пакета (28) включает выкладку полос (32) из высокоплавкого термопластичного композиционного препрега (64), имеющих низкоплавкий термопласт (54) на поверхности (34).

А6. Предложен также способ в соответствии с параграфом А5, отличающийся тем, что плавление низкоплавкого термопласта (54) включает нагревание низкоплавкого термопласта (54) под полосками (32) по мере выкладки полосок (32) из высокоплавкого термопластичного композиционного препрега (64).

А7. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что введение низкоплавкого термопласта (54) включает нанесение низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) композиционных слоев (46) высокоплавкого термопласта по схеме (58, 60), которая способствует скреплению слоев (46) высокоплавкого термопластичного композита друг с другом.

А8. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что введение низкоплавкого термопласта (54) включает нанесение низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) композиционных слоев (46) высокоплавкого термопласта по схеме (58, 60), которая способствует формованию композиционных слоев (46) в требуемую форму.

А9. Предложен также способ в соответствии с параграфом А1, отличающийся тем, что введение низкоплавкого термопласта (54) включает нанесение низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) высокоплавкого термопластичного композита (46) одним из способом:

нанесение сухих частиц (62) низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34),

нанесение струи расплавленного низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34), и

разбрызгивание ожиженного низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34).

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложен:

В1. Способ получения термопластичной композиционной структуры (20), включающий:

получение композиционной преформы (88), имеющей армированные волокнами термопластичные слои (30), где указанные слои (30) содержат высокоплавкий термопласт (46) и низкоплавкий термопласт (54);

скрепление слоев (30) друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта (54); и

спекание композиционной преформы (88).

B2. Предложен также способ в соответствии с параграфом В1, отличающийся тем, что:

высокоплавкий термопласт (46) представляет собой препрег, и

получение композиционной преформы (88) включает нанесение низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) препрега.

B3. Предложен также способ в соответствии с параграфом В2, отличающийся тем, что нанесение низкоплавкого термопласта (54) осуществляют одним из способов:

нанесение низкоплавкого термопласта (54) в ожиженном состоянии на поверхность(34) препрега,

нанесение частиц (62) низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) препрега, и

разбрызгивание низкоплавкого термопласта (54) по существу по всей поверхности(34) препрега.

B4. Предложен также способ в соответствии с параграфом В2, отличающийся тем, что получение композиционной преформы (88) включает:

сборку пакета (28) из слоев (30), включающую выкладку каждого из слоев (30) и

расплавление низкоплавкого термопласта (54) на поверхности (34) препрега.

B5. Предложен также способ в соответствии с параграфом В4, отличающийся тем, что плавление низкоплавкого термопласта (54) осуществляют во время выкладки слоев (30).

B6. Предложен также способ в соответствии с параграфом В1, отличающийся тем, что спекание включает:

расплавление высокоплавкого термопласта (54) посредством нагревания преформы (88), и

уплотнение преформы (88).

B7. Предложен также способ в соответствии с параграфом В6, дополнительно включающий:

формование преформы (88) до требуемой формы,

при этом нагревание преформы (88) приводит к расплавлению низкоплавкого термопласта (54), обеспечивая возможность скольжения слоев (30) относительно друг друга при формовании.

B8. Предложен также способ в соответствии с параграфом В1, отличающийся тем, что получение композиционной преформы (88) включает:

выкладку слоев (30) посредством укладки полос (32) из термопластичного препрега с помощью автоматизированной лентоукладочной машины (82), и

расплавление низкоплавкого термопласта (54) по мере выкладки полос (32) препрега посредством направления тепловой энергии (52) на поверхность (34) полос (32) препрега.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложен:

С1. Способ получения полоски (32, 64) из композиционного материала для применения при изготовлении композиционной структуры (20), включающий:

получение полоски (32, 64) из высокоплавкого термопластичного препрега (64); и

нанесение низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) полоски (32, 64) высокоплавкого термопластичного препрега (64).

С2. Предложен также способ в соответствии с параграфом С1, отличающийся тем, что нанесение низкоплавкого термопласта (54) осуществляют одним из способов:

нанесение частиц (62) низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) высокоплавкого термопластичного препрега (64), и

нанесение струи ожиженного низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) высоко плавкого термопластичного препрега (64).

С3. Предложен также способ в соответствии с параграфом С1, дополнительно включающий:

приклеивание низкоплавкого термопласта (54) на поверхность (34) высокоплавкого термопластичного препрега (64) нагреванием низкоплавкого термопласта (54) до температуры его плавления.

С4. Предложен также способ в соответствии с параграфом С3, дополнительно включающий:

отверждение низкоплавкого термопласта (54) охлаждением низкоплавкого термопласта (54), и

наматывание высокоплавкого термопластичного препрега (64) на катушку (80).

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложена:

D1. Термопластичная композиционная лента (64), содержащая:

полоску (32) из высокоплавкого термопластичного препрега (64); и

низкоплавкий термопласт (54), наклеенный на поверхность (34) полоски (32) из высокоплавкого термопластичного препрега (64), причем низкоплавкий термопласт (54) имеет температуру плавления ниже температуры плавления полоски (32) из высокоплавкого термопластичного препрега (64).

D2. Предложена также термопластичная композиционная лента (64) в соответствии с параграфом D1, отличающаяся тем, что:

температура плавления полоски (32) из высокоплавкого термопластичного препрега (64) составляет более приблизительно 300°С, и

температура плавления низкоплавкого термопласта (54) составляет менее приблизительно 300°С.

D3. Предложена также термопластичная композиционная лента (64) в соответствии с параграфом D2, отличающаяся тем, что:

полоска (32) из высокоплавкого термопластичного препрега (64) представляет собой одну из PSU, PEI, PEEK и PEEK, и

низкоплавкий термопласт (54) представляет собой один из полиэтилена и полипропилена.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложена:

Е1. Термопластичная композиционная преформа (88), содержащая:

пакет (28) слоев (30) из термопластичного препрега (46), имеющего температуру плавления, при которой слои (30) могут быть консолидированы, и

термопластичный полимер (54), скрепляющий слои (30) друг с другом, где указанный термопластичный полимер (54) имеет температуру плавления ниже температуры плавления термопластичного препрега (46).

Е2. Предложена также термопластичная композиционная преформа (88) в соответствии с параграфом Е2, отличающаяся тем, что:

температура плавления термопластичного препрега (46) составляет более приблизительно 300°С, и

термопластичный полимер (54) имеет температуру плавления ниже приблизительно 300°С.

Описание различных иллюстративных вариантов реализации представлено для демонстрации и описания, и оно не предназначено быть исчерпывающим или ограниченным до вариантов реализации в описанной форме. Специалистам в данной области техники станут понятны многочисленные модификации и вариации. Кроме того, одни иллюстративные варианты реализации могут обеспечивать другие преимущества по сравнению с другими иллюстративными вариантами реализации. Выбранный вариант или варианты реализации выбраны и описаны для наилучшего пояснения принципов вариантов реализации, практического применения и обеспечения возможности понимания специалистами в данной области техники настоящего описания для различных вариантов реализации с различными модификациями, подходящими для конкретного предполагаемого применения.

Группа изобретений относится к способу получения термопластичной композиционной преформы, к термопластичной композиционной ленте и к термопластичной композиционной преформе. Способ получения термопластичной композиционной преформы включает сборку пакета из композиционных слоев высокоплавкого термопласта; введение низкоплавкого термопласта между композиционными слоями; и скрепление композиционных слоев высокоплавкого термопласта друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта. Сборка пакета включает выкладку полосок высокоплавкого термопластичного композиционного препрега, имеющего на поверхности низкотемпературный термопласт. Введение низкоплавкого термопласта включает нанесение частиц низкоплавкого термопласта на поверхность каждого из слоев. Группа изобретений обеспечивает повышение физико-механических свойств получаемых изделий. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ получения термопластичной композиционной преформы, включающий:

сборку пакета из композиционных слоев высокоплавкого термопласта;

введение низкоплавкого термопласта между композиционными слоями; и

скрепление композиционных слоев высокоплавкого термопласта друг с другом посредством расплавления низкоплавкого термопласта,

где сборка пакета включает выкладку полосок высокоплавкого термопластичного композиционного препрега, имеющего на поверхности низкотемпературный термопласт; и

где введение низкоплавкого термопласта включает нанесение частиц низкоплавкого термопласта на поверхность каждого из слоев.

2. Способ по п. 1, в котором:

введение низкоплавкого термопласта включает нанесение низкоплавкого термопласта на поверхность каждого из слоев, в результате чего низкоплавкий термопласт находится между слоями, и

плавление низкоплавкого термопласта включает нагревание низкоплавкого термопласта на поверхности каждого из слоев до температуры плавления низкоплавкого термопласта.

3. Способ по п. 1, в котором введение низкоплавкого термопласта включает нанесение ожиженного низкоплавкого термопласта на поверхность слоев.

4. Способ по п. 3, в котором плавление низкоплавкого термопласта включает нагревание низкоплавкого термопласта под полосками по мере выкладки полосок из высокоплавкого термопластичного композиционного препрега.

5. Способ по п. 1, в котором введение низкоплавкого термопласта включает нанесение низкоплавкого термопласта на поверхность композиционных слоев из высокоплавкого термопласта одним из способов:

нанесение сухих частиц низкоплавкого термопласта на поверхность,

потоковое нанесение расплавленного низкоплавкого термопласта на поверхность, и

разбрызгивание ожиженного низкоплавкого термопласта на поверхность.

6. Термопластичная композиционная лента, содержащая:

полоску из высокоплавкого термопластичного композиционного препрега; и

низкоплавкий термопласт в форме частиц, нанесённый на поверхность полоски из высокоплавкого термопластичного препрега, причем низкоплавкий термопласт имеет температуру плавления ниже температуры плавления полоски из высокоплавкого термопластичного препрега.

7. Термопластичная композиционная лента по п. 6, в которой:

температура плавления полоски из высокоплавкого термопластичного препрега составляет более приблизительно 300 °С, и

температура плавления низкоплавкого термопласта составляет менее приблизительно 300 °С.

8. Термопластичная композиционная лента по п. 6, в которой:

полоска из высокоплавкого термопластичного препрега представляет собой одну из полисульфона (PSU), полиэтиленимина (PEI), полиэфиркетонкетона (PEKK) и полиэфирэфиркетона (PEEK), и

низкоплавкий термопласт выбран из полиэтилена и полипропилена.

9. Термопластичная композиционная преформа, содержащая:

пакет слоев из термопластичного препрега, имеющего температуру плавления, при которой слои могут быть консолидированы, и

термопластичный полимер, скрепляющий слои друг с другом, где указанный термопластичный полимер имеет температуру плавления ниже температуры плавления термопластичного препрега;

где частицы термопластичного полимера нанесены на поверхность каждого из слоёв.

10. Термопластичная композиционная преформа по п. 9, в которой:

температура плавления термопластичного препрега составляет более приблизительно 300 °С, и

термопластичный полимер имеет температуру плавления ниже приблизительно 300 °С.