СИСТЕМА И СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ТЕРМОРЕАКТИВНОГО КОМПОЗИТА ДО ЗАДАННОГО СОСТОЯНИЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК B29C35/02 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/472,360, поданной 16 марта 2017 года, под названием «СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ОТВЕРЖДЕНИЯ ТЕРМОРЕАКТИВНОГО КОМПОЗИТА ДО ЗАДАННОГО СОСТОЯНИЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ».

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится в целом к системам и способам отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Термореактивные композиты используются в различных деталях, продуктах и/или областях промышленности. Материалы для этих термореактивных композитов могут включать пропитанные смолой текстильные материалы или жгуты волокон (например, препрег) и/или подложки сухого волокна (например, преформы), которые перед выполнением отверждения могут быть обработаны смолой перед выполнением отверждения и/или в которые может быть введена под давлением смола. В любом случае, смола, которая также может быть названа в настоящем документе как термореактивная смола, может быть латентной, нереактивной или по меньшей мере по существу нереактивной при комнатной или окружающей температурах.

[0004] Такие термореактивные композиты обычно укладывают слоями в гибком неотвержденном состоянии, которое также может быть названо в настоящем документе как необработанное (green) состояние, и затем нагревают.Нагрев приводит к отверждению термореактивного композита, например, посредством сшивания смолы, и переходу термореактивного композита в отвержденное состояние. Сшивание также может быть названо в настоящем документе полимеризацией смолы.

[0005] В некоторых областях применения, например в авиакосмической промышленности, отвержденные детали на основе термореактивного композита, которые могут быть изготовлены из термореактивных композитов, могут быть особенно крупными. Например, из термореактивных композитов могут быть выполнены цилиндрические секции фюзеляжа летательного аппарата, крылья летательного аппарата и/или секции хвостовой части летательного аппарата. Для таких крупных деталей на основе термореактивного композита требуются большие оправки для укладки слоев, а также большие узлы для нагрева, такие как автоклавы, печи и/или прессы, для отверждения детали на основе термореактивного композита. Большие оправки для укладки слоев и большие узлы для нагрева являются дорогими и требуют значительного производственного пространства. По существу, экономически целесообразное производство отвержденной детали на основе термореактивного композита может требовать эффективного использования больших оправок для укладки слоев и больших узлов для нагрева.

[0006] Известные способы отверждения термореактивного композита в целом основаны на нагреве неотвержденного термореактивного композита выше пороговой температуры в течение по меньшей мере порогового периода времени с получением отвержденной детали на основе термореактивного композита. Такие способы, почти во всех случаях предназначены для обеспечения полного, или почти полного, отверждения термореактивного композита, представляют собой ресурсоемкий подход к отверждению термореактивного композита и могут не обеспечивать использования производственного оборудования и/или мощностей наилучшим образом. Таким образом, существует потребность в улучшенных способах отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В настоящем документе раскрыты системы и способы отверждения термореактивного композита (ТРК) до заданного состояния отверждения (СО). Способы включают нагрев термореактивного композита до более высокой температуры, чем пороговая температура. Во время нагрева, способы также включают отслеживание фактической температуры термореактивного композита, определение максимальной температуры, которой достигает термореактивный композит, и определение истекшего времени, в течение которого фактическая температура термореактивного композита выше пороговой температуры. Способы также включают прекращение нагрева по меньшей мере частично на основе максимальной температуры термореактивного композита и истекшего времени.

[0008] Системы содержат узел для нагрева, опорную оправку, термореактивный композит, детектор температуры и контроллер, запрограммированный для выполнения способов. Узел для нагрева выполнен с возможностью регулирования температуры нагретой окружающей среды. Опорная оправка расположена в нагретой окружающей среде. Термореактивный композит расположен в нагретой окружающей среде и поддерживается опорной оправкой. Детектор температуры выполнен с возможностью отслеживания температуры термореактивного композита. Контроллер запрограммирован для приема температуры термореактивного композита от детектора температуры и для управления температурой нагретой окружающей среды за счет управления работой узла для нагрева.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] На ФИГ. 1 показан пример летательного аппарата, содержащего композитную конструкцию, которая может быть выполнена с использованием систем и способов согласно настоящему изобретению.

[0010] На ФИГ. 2 показан пример крыла, которое может образовывать часть летательного аппарата по ФИГ. 1.

[0011] На ФИГ. 3 показана блок-схема способов отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения согласно настоящему изобретению.

[0012] На ФИГ. 4 показан пример вида в разрезе модельного термореактивного композита, который может быть использован со способами согласно настоящему изобретению.

[0013] На ФИГ. 5 показан пример кривой температуры в зависимости от степени отверждения и времени для модельного термореактивного композита по ФИГ. 4 при заданном наборе условий обработки.

[0014] На ФИГ. 6 показан пример множества кривых зависимости температуры от времени, выработанных для модельного термореактивного композита по ФИГ. 4 при множестве различных условий обработки, причем каждая кривая из множества кривых зависимости температуры от времени обеспечивает такое же состояние отверждения для модельного термореактивного композита.

[0015] На ФИГ. 7 показан пример кривой зависимости температуры от времени для модельного термореактивного композита по ФИГ. 4, иллюстрирующей пороговую температуру, максимальную температуру и истекшее время, в течение которого фактическая температура термореактивного композита превышает пороговую температуру для модельного термореактивного композита по ФИГ. 4.

[0016] На ФИГ. 8 показан график истекшего времени в зависимости от максимальной температуры, чтобы выработать заданное состояние отверждения для модельного термореактивного композита по ФИГ. 4.

[0017] На ФИГ. 9 показана блок-схема производства летательного аппарата и методики обслуживания летательного аппарата.

[0018] На ФИГ. 10 показана структурная схема летательного аппарата.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] На ФИГ. 1-10 показаны иллюстративные неисключительные примеры способов 200 согласно настоящему изобретению, термореактивных композитов, которые могут быть изготовлены с использованием способов 200 и/или данных и/или информации, которые могут быть выработаны и/или использованы в ходе выполнения способов 200. Элементы, которые служат аналогичной, или по меньшей мере по существу аналогичной цели имеют на каждой из ФИГ. 1-10 одни и те же позиционные обозначения, и эти элементы не обязательно должны быть подробно раскрыты в настоящем документе со ссылкой на каждую из ФИГ. 1-10. Аналогичным образом, не все элементы могут иметь позиционные обозначения на каждой из ФИГ. 1-10, но ссылочные позиции, связанные с ними, могут быть использованы в настоящем документе для поддержания единой сквозной нумерации. Элементы, компоненты и/или признаки, которые раскрыты в настоящем документе со ссылкой на одну или большее количество из ФИГ. 1-10, могут быть включены в любую из ФИГ. 1-10 и/или использоваться с любой из ФИГ. 1-10 без отступления от объема настоящего изобретения.

[0020] В общем случае, элементы, которые могут быть включены в данный (т.е. конкретный) вариант осуществления, показаны сплошными линиями, а элементы, которые не являются обязательными в данном варианте осуществления, показаны пунктирными линиями. При этом элементы, которые показаны сплошными линиями, не обязательно являются необходимыми для всех вариантов осуществления, и элемент, показанный сплошной линией, может быть опущен в конкретном варианте осуществления без отступления от объема настоящего изобретения.

[0021] На ФИГ. 1 показан пример летательного аппарата 700, содержащего композитную конструкцию 800, которая может содержать деталь 100 на основе утвержденного термореактивного композита, которая может быть по меньшей мере частично выполнена из термореактивного композита с использованием способов 200 согласно настоящему изобретению. На ФИГ. 2 показан пример крыла 740, которое может образовывать часть летательного аппарата 700. Летательный аппарат 700 может содержать множество компонентов, в том числе корпус 710, фюзеляж 720, цилиндр 730 фюзеляжа, крыло 740 и/или стабилизатор 750.

[0022] Композитная конструкция 800 летательного аппарата 700 может содержать множество слоев 102 композитного материала, которые могут образовывать деталь 100 на основе отвержденного термореактивного композита и/или которые могут образовывать часть любого подходящего компонента летательного аппарата 700. В качестве примера, как показано на ФИГ. 1, летательный аппарат 700 может содержать сегменты 790 обшивки, которые могут образовывать, покрывать и/или являться наружной поверхностью любой подходящей части летательного аппарата 700, и/или множество стрингеров 770, которые вместе с множеством шпангоутов 780 могут поддерживать внутреннюю поверхность сегментов 790 обшивки. В качестве другого примера, как показано на ФИГ. 2, крыло 740 может содержать множество стрингеров 742 крыла, которые могут проходить по длине крыла. Крыло 740 также может содержать множество нервюр 744. Стрингеры 742 крыла и нервюры 744 вместе могут формировать и/или образовывать по меньшей мере часть внутренней опорной конструкции 746 для крыла 740, которая может поддерживать внутреннюю поверхность 748 сегментов 790 обшивки, покрывающих крыло 740. Эти сегменты обшивки также могут быть названы в настоящем документе сегментами 790 обшивки крыла. Сегменты 790 обшивки (или сегменты 790 обшивки крыла), стрингеры 770, шпангоуты 780, стрингеры 742 крыла, нервюры 744 и/или внутренняя опорная конструкция 746 могут быть по меньшей мере частично, или даже полностью, выполнены из слоев 102 композитного материала и/или могут представлять собой деталь 100 на основе отвержденного термореактивного композита, которая может быть выполнена с использованием способа 200, раскрытого в настоящем документе.

[0023] На ФИГ. 3 показана блок-схема способов 200 отверждения термореактивного композита (ТРК) до необходимого и/или заданного состояния отверждения (СО) согласно настоящему изобретению. Способы 200 могут включать проведение корреляции параметров процесса на этапе 210 и/или выбор верхнего температурного порога на этапе 220. Способы 200 включают нагрев термореактивного композита на этапе 230 и прекращение нагрева термореактивного композита на этапе 240. Указанное проведение на этапе 210 может включать выполнение множества симуляций температурных условий на этапе 212 и/или выработку коэффициента корреляции параметров процесса на этапе 214. Во время нагрева на этапе 230, способы 200 включают мониторинг фактической температуры термореактивного композита на этапе 232, определение максимальной температуры термореактивного композита на этапе 234 и определение истекшего времени, в течение которого термореактивный композит находится выше пороговой температуры на этапе 236.

[0024] Термореактивный композит может быть включен в и/или может образовывать часть любой подходящей детали на основе отвержденного термореактивного композита, такой как деталь 100 на основе отвержденного термореактивного композита по ФИГ. 1-2, которая может быть выполнена, изготовлена и/или отверждена с использованием способов, раскрытых в настоящем документе. В качестве примера, термореактивный композит может содержать множество пластов, или слоев композитного материала. Слои могут содержать множество волокон и/или быть выполнены из них. Волокна могут быть покрыты и/или пропитаны термореактивной смолой. При таких условиях термореактивный композит также может быть назван в настоящем документе как предварительно пропитанный материал или препрег. Однако другие термореактивные композиты также входят в объем настоящего изобретения. В качестве примера, термореактивный композит может содержать подложку сухого волокна и/или ткани, которая покрыта, пропитана термореактивной смолой и/или в которые может быть введена под давлением термореактивная смола.

[0025] Примеры волокон включают любое подходящее углеродное волокно, полимерное волокно, стекловолокно, органическое волокно, неорганическое волокно, арамидное волокно, кремниевое волокно, металлическое волокно, алюминиевое волокно, бор-волокно, волокно карбида вольфрама, природное волокно и/или искусственное волокно. Волокна могут быть расположены относительно друг друга любым подходящим образом. Примеры включают рубленные волокна в случайной ориентации, один жгут, узкий жгут, плетеные ткани, маты, трикотажные ткани, пучки и/или оплетки. Волокна могут быть длинными (например, более 10 миллиметров в длину) или короткими (например, менее 10 миллиметров в длину).

[0026] Примеры термореактивной смолы включают любую подходящую смолу, которая может быть отверждена отверждающим агентом и/или сшивающим соединением, с использованием внешнего источника энергии для формирования и/или образования трехмерной сшитой сетки. Примеры термореактивных смол включают термореактивную эпоксидную смолу, термореактивный адгезив, термореактивный полимер, эпоксидные смолы, эпоксиноволачные смолы, эфирные смолы, винилэфирные смолы, цианат-эфирные смолы, малеимидные смолы, бисмалеимидные смолы, бисмалеимидные триазиновые смолы, фенольные смолы, новолачные смолы, резорцинольные смолы, ненасыщенные полиэфирные смолы, диаллилфталатные смолы, карбамидные смолы, меламиновые смолы, бензоксазиновые смолы, полиуретаны и/или их смеси.

[0027] Как описано выше, известные способы отверждения неотвержденных термореактивных композитов как правило предназначены для изготовления и/или выработки полностью отвержденного, или по меньшей мере по существу полностью отвержденного, термореактивного композита и могут отверждать неотвержденный термореактивный композит неэффективным образом, тем самым не лучшим образом используя производственные ресурсы. Это может быть особенно справедливым для термореактивных композитов, которые используют как часть процесса совместного соединения (co-bonding), согласно которому выполняют сборку первого полностью отвержденного термореактивного композита со вторым неотвержденным термореактивным композитом с получением узла термореактивных композитов, и выполняют отверждение узла термореактивных композитов второй раз для получения отвержденного узла термореактивных композитов и соединения первого термореактивного композита и второго термореактивного композита друг с другом.

[0028] Иными словами и без необходимости, способы, раскрытые в настоящем документе, в целом используют для отверждения неотвержденного термореактивного композита до заданного состояния отверждения, которое отличается от полностью отвержденного, или по меньшей мере по существу полностью отвержденного известного термореактивного композита. Такой способ, который может быть назван в настоящем документе способом получения и/или выработки частично отвержденного термореактивного композита, имеющего заданное состояние отверждения, может быть промежуточным этапом в производственном процессе. В качестве примера, частично отвержденный термореактивный композит с заданным состоянием отверждения может быть использован совместно с вышеописанным процессом совместного соединения для получения и/или выработки отвержденного узла термореактивных композитов, в то же время повышая эффективность процесса, используемого для получения отвержденного узла термореактивных композитов. Таким образом, способы 200, которые раскрыты в настоящем документе, могут представлять собой, или могут быть названы в настоящем документе способами бережливого, оптимизированного по времени и/или экономичного по времени отверждения неотвержденного термореактивного композита и/или получения отвержденного узла термореактивных композитов.

[0029] Заданное состояние отверждения для частично отвержденного термореактивного композита также может быть названо в настоящем документе состоянием отверждения, заданным состоянием отверждения, степенью отверждения и/или заданной степенью отверждения для частично отвержденного термореактивного композита и может быть определено любым подходящим способом. В качестве примеров, заданное состояние отверждения может быть определено как или через необходимый и/или заданный процент сшивания в смоле, содержащей частично отвержденный термореактивный композит, и/или необходимый и/или заданный процент реакции превращения смолы. Примеры заданного состояния отверждения включают состояние отверждения по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 20%, по меньшей мере на 30%, по меньшей мере на 40%, по меньшей мере на 50%, по меньшей мере на 60%, по меньшей мере на 70%, по меньшей мере на 80%, по меньшей мере на 90%, самое большее на 95%, самое большее на 90%, самое большее на 85%, самое большее на 80%, самое большее на 75%, самое большее на 70%, самое большее на 65%, самое большее на 60%, самое большее на 50% и/или самое большее на 40%.

[0030] Использованные в настоящем документе выражения «неотвержденный термореактивный композит» и/или «необработанный термореактивный композит» могут относится к термореактивному композиту, который является неотвержденным, по меньшей мере по существу неотвержденным, не был целенаправленно отвержден, находится в гибком состоянии, находится в состоянии, в котором термореактивный композит может быть уложен, сформован и/или профилирован, не был нагрет и/или процент сшивания которого в смоле, содержащей термореактивный композит, составляет менее порогового значения. В качестве примеров, процент сшивания неотвержденного термореактивного композита может составлять менее 20%, менее 15%, менее 10%, менее 5% и/или менее 1%.

[0031] Использованные в настоящем документе выражения «отвержденный термореактивный композит» и/или «отвержденная деталь на основе термореактивного композита» могут относится к термореактивному композиту, который был полностью, или по меньшей мере по существу полностью отвержден. В качестве примеров, заданное состояние отверждения отвержденного термореактивного композита может быть большим, чем у частично отвержденного термореактивного композита, и/или может составлять по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 99% и/или по меньшей мере по существу, или фактически, 100%.

[0032] Использованное в настоящем документе выражение «частично отвержденный термореактивный композит» может относиться к термореактивному композиту, который был частично отвержден до заданного состояния отверждения с использованием способов, раскрытых в настоящем документе. Как раскрыто более подробно в настоящем документе, такой частично отвержденный термореактивный композит может обладать многими (физическими характеристиками отвержденного термореактивного композита, и в то же время обладать соответствующим состоянием отверждения, которое является неполным и/или меньшим, чем состояние отверждения сравнимого полностью отвержденного термореактивного композита.

[0033] Использованное в настоящем документе выражение «термореактивный композит» или аббревиатура «ТРК» может относиться к любому подходящему термореактивному композиту, который имеет любое подходящее состояние отверждения. Таким образом, выражение «термореактивный композит» и/или аббревиатура «ТРК» в целом могут быть использованы для обозначения неотвержденного термореактивного композита, отвержденного термореактивного композита и/или частично отвержденного термореактивного композита.

[0034] Способы, раскрытые в настоящем документе, в целом описаны как применимые к термореактивным композитам, и в настоящем документе раскрыты примеры таких термореактивных композитов. Однако в объем настоящего изобретения входит, что эти способы также могут быть применены и/или использованы с объемными термореактивными материалами, которые необязательно являются композитами. Примером такого объемного термореактивного материала является смола, которая используется в термореактивных композитах, раскрытых в настоящем документе. С учетом вышесказанного, выражение «термореактивный композит» и/или аббревиатура «ТРК» могут быть заменены в настоящем документе выражением «объемный термореактивный материал» без отступления от объема настоящего изобретения.

[0035] Проведение корреляции параметров процесса на этапе 210 может включать проведение любой подходящей корреляции параметров процесса, или калибровки, для термореактивного композита и/или для отверждения термореактивного композита. Корреляция параметров процесса может быть описана множеством кривых зависимости температуры от времени, свойственной термореактивному композиту, для получения и/или достижения заданного состояния отверждения в частично отвержденном термореактивном композите. В качестве примера, корреляция параметров процесса может быть описана комбинацией истекшего времени, определенного во время определения на этапе 236, и максимальной температурой, определенной во время определения на этапе 234, которые обеспечивают получение и/или достижение заданного состояния отверждения в частично отвержденном термореактивном композите для данной пороговой температуры.

[0036] Корреляция параметров процесса может отличаться изменениями в термореактивном композите, изменениями в пороговой температуре и/или изменениями в заданном состоянии отверждения. Другими словами, корреляция параметров процесса может быть конкретной для данного термореактивного композита в данной конфигурации (например, данный химический состав термореактивного композита, данная толщина термореактивного композита, отличающаяся конфигурации оправки для укладки слоев и т.п.), при данной пороговой температуре и данном заданном состоянии отверждения. Примеры корреляции параметров процесса включают кривую корреляции параметров процесса, которая описывает и/или показывает функциональное отношение между значениями максимальной температуры и соответствующими значениями истекшего времени, в течение которого достигается заданное состояние отверждения, справочную таблицу корреляции параметров процесса, которая описывает парные значения максимальной температуры и соответствующие значения истекшего времени, в течение которого достигается заданное состояние отверждения, и/или функцию корреляции параметров процесса, которая описывает функциональное отношение между значениями максимальной температуры и соответствующими значениями истекшего времени, в течение которого достигается заданное состояние отверждения, или подходит ему.

[0037] Пороговая температура может быть выбрана и/или установлена любым подходящим образом. В качестве примера, пороговая температура может быть выбрана по меньшей мере частично на основе состава, или химического состава термореактивного композита. В качестве другого примера, пороговая температура может включать температуру, выше которой в термореактивном композите происходит сшивание со скоростью, которая является достаточной для обеспечения обработки или отверждения термореактивного композита в разумные или экономически обоснованные сроки, или может являться ею. В качестве еще одного примера, пороговая температура может включать минимальную температуру для сшивания термореактивного композита или может являться ею. В качестве другого примера, пороговая температура может включать температуру, при которой итоговая скорость отверждения термореактивного композита обеспечивает получение приемлемых механических свойств в отвержденном термореактивном композите и/или в частично отвержденном термореактивном композите, или может являться ею. Примеры пороговой температуры включают пороговые температуры по меньшей мере 70°С, по меньшей мере 80°С, по меньшей мере 90°С, по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 110°С, по меньшей мере 120°С, по меньшей мере 130°С, по меньшей мере 135°С, по меньшей мере 140°С, по меньшей мере 145°С, по меньшей мере 150°С, по меньшей мере 155°С, по меньшей мере 160°С, по меньшей мере 165°С, по меньшей мере 170°С, не более 200°С, не более 195°С, не более 190°С, не более 185°С, не более 180°С, не более 175°С, не более 170°С, не более 165°С, не более 160°С и/или не более 155°с.

[0038] Проведение на этапе 210 может включать проведение любым подходящим образом. В качестве примеров, проведение на этапе 210 может включать получение корреляции параметров процесса из полуэмпирических моделей термореактивного композита, из кинетики отверждения термореактивного композита и/или из моделей теплопередачи термореактивного композита. В качестве еще одного примера, проведение на этапе 210 может включать получение корреляции параметров процесса экспериментальным образом, например, посредством отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения при определенных условиях и/или параметрах процесса отверждения. Примеры определенных условий и/или параметров процесса отверждения включают пороговую температуру, истекшее время, диапазон температур или изменение, скорость и/или максимальную температуру. Когда проведение на этапе 210 включает получение корреляции параметров процесса экспериментальным образом, состояние отверждения термореактивного композита также может быть определено экспериментальным образом и/или любым подходящим способом.

[0039] В качестве более конкретного примера, проведение на этапе 210 может включать использование выполнения на этапе 212 и выработки на этапе 214 для обеспечения корреляции параметров процесса. В таком способе может быть обеспечена и/или установлена имитационная модель термореактивного композита. Пример такой модели 70 термореактивного композита показан на ФИГ. 4, в которой термореактивный композит в форме неотвержденной термореактивной композитной укладки 80, содержащей множество слоев 82, расположен на несущем слое, укладке и/или оправке 90 для отверждения, или, как показано пунктирными линиями на ФИГ. 4, между двумя оправками 90 для укладки слоев. Как дополнительно показано пунктирными линиями на ФИГ. 4, способы 200 могут включать отверждение модели 70 внутри узла 60 для нагрева, такого как печь и/или автоклав. Узел 60 нагрева может создавать нагретую окружающую среду 62.

[0040] Как показано пунктирными линиями на ФИГ. 4, контроллер 50 может быть предназначен, выполнен с возможностью, спроектирован, сконструирован и/или использован для управления работой узла 60 для нагрева, например, посредством и/или с использованием способов 200, которые раскрыты в настоящем документе. Также показано пунктирными линиями на ФИГ. 4, что один или более детекторов 52 температуры могут быть использованы для отслеживания температуры термореактивной композитной укладки 80. Детекторы 52 температуры, при наличии, могут быть выполнены с возможностью передачи температуры термореактивной композитной укладки на контроллер 50; и контроллер 50 может управлять работой узла 60 для нагрева по меньшей мере частично на основе температуры термореактивной композитной укладки, измеренной детекторами 52 температуры. Узел 60 для нагрева, нагретая окружающая среда 62, контроллер 50, детекторы 52 температуры и/или модель 70 также могут быть названы в настоящем документе как система 40 для отверждения термореактивного композита.

[0041] Проведение на этапе 210 может быть определенным для данного и/или выбранного термореактивного композита. Таким образом, изменения в термореактивном композите или в имитационной модели термореактивного композита может обеспечивать, вырабатывать и/или требовать различной корреляции параметров процесса. Примеры таких изменений в термореактивном композите могут включать одно или более изменений в конфигурации оправок 90 для укладки слоев, присутствии и/или отсутствии оправок 90 для укладки слоев, изменений в химическом составе термореактивной композитной укладки 80, изменений в количестве слоев 82 внутри термореактивной композитной укладки 80 и/или изменений толщины термореактивной композитной укладки 80.

[0042] Выполнение на этапе 212 может включать выполнение множества симуляций температурных условий на и/или с использованием имитационной модели термореактивного композита. Множество симуляций температурных условий включает кинетические модели термореактивного композита и выполняется для множества различных условий обработки для отверждения термореактивного композита. Примеры множества различных условий обработки для термореактивного композита включают одно или более из множества температур нагретой окружающей среды, используемых во время нагрева на этапе 230, множества различных скоростей нагрева для термореактивного композита, используемых во время нагрева на этапе 230, множества различных толщин для термореактивного композита, множества различных коэффициентов теплопередачи для термореактивного композита, множества различных толщин для опорной оправки, которая поддерживает термореактивный композит во время нагрева на этапе 230 и/или множества различных коэффициентов теплопередачи для опорной оправки. Множество симуляций температурных условий может быть основано, по меньшей мере частично на кинетике отверждения термореактивного композита и/или на моделировании теплопередачи термореактивного композита.

[0043] Пример одной симуляции температурных условий из множества симуляций температурных условий показан на ФИГ 5. Более конкретно, температура 110 термореактивного композита, температура 112 нагретой окружающей среды, которую используют для нагрева термореактивного композита, и состояние 114 отверждения термореактивного композита показаны на графике в зависимости от времени отверждения. В симуляции температурных условий температура окружающей среды повышается до установившейся температуры 113 и затем поддерживается на уровне установившейся температуры в течение некоторого периода времени до уменьшения. При теплопередаче от нагретой окружающей среды, температура 110 термореактивного композита увеличивается до максимальной температуры 111, а затем уменьшается при снижении температуры 112 окружающей среды. Максимальная температура 111 также может быть названа в настоящем документе максимальной температурой 111, которую достигает реальный термореактивный композит во время нагрева реального термореактивного композита. В зависимости от общего цикла нагрева термореактивного композита, представленного температурой 110 термореактивного композита, состояние 114 отверждения термореактивного композита увеличивается до конечного состояния 115 отверждения.

[0044] На ФИГ. 6 показана температура 110 термореактивного композита в зависимости от времени для множества симуляций температурных условий, включая симуляцию температурных условий по ФИГ. 5. Для выработки различных кривых температур 110 термореактивного композита, показанных на ФИГ. 6, множество симуляций температурных условий выполняют для различных материалов для оправок 90 для укладки слоев, для различных толщин оправок 90 для укладки слоев, для разнообразия различных толщин термореактивной композитной укладки 80 и для разнообразия различных коэффициентов теплопередачи между моделью 70 термореактивного композита по ФИГ. 4 и нагретой окружающей средой 62. Каждая из показанных симуляций температурных условий приводит термореактивный композит по ФИГ. 4 к такому же, необходимому и/или заданному состоянию отверждения (например, приблизительно 75%, как показано на ФИГ. 5). Кроме того, каждая из показанных симуляций температурных условий выработана с использованием одинакового профиля нагрева (например, как показано температурой 112 окружающей среды по ФИГ. 5), однако совсем не обязательно, но также в объем настоящего изобретения входит, что множество симуляций температурных условий может использовать множество различных профилей нагрева.

[0045] Выработка корреляции параметров процесса на этапе 214 может включать использование информации каждой из множества симуляций температурных условий. В качестве примера, как показано на ФИГ. 7, выработка на этапе 214 может включать определение максимальной температуры 111 и истекшего времени 125 выше пороговой температуры 120 для каждой из множества симуляций температурных условий. В качестве другого примера, как показано на ФИГ. 8, выработка на этапе 214 может включать нанесение истекшего времени на график в зависимости от максимальной температуры для каждого из множества термических моделирований. График по ФИГ. 8 затем может быть использован в качестве отображения корреляции параметров процесса, как показано на ФИГ. 8 позиционным обозначением 130. Такая корреляция параметров процесса может быть создана для конкретного состояния отверждения, например 75% в примере по ФИГ. 8.

[0046] Дополнительно или в качестве альтернативы, график по ФИГ. 8 может быть кривой, подходящей для обеспечения функции 134 корреляции параметров процесса, которая раскрыта в настоящем документе, и/или данные, используемые для выработки графика по ФИГ. 8, могут быть использованы для выработки справочной таблицы корреляции параметров процесса, которая раскрыта в настоящем документе. Функция 134 корреляции параметров процесса, при использовании, может включать и/или задавать любое подходящее функциональное отношение между истекшим временем и максимальной температурой. Примеры функции 134 корреляции параметров процесса включают линейную функцию, полиномиальную функцию и/или дугообразную функцию.

[0047] Выбор верхнего температурного порога на этапе 220 может включать выбор любого подходящего верхнего температурного порога для термореактивного композита во время нагрева на этапе 230. Выбор на этапе 220 может быть выполнен перед нагревом на этапе 230; и, когда способы 200 включают выбор на этапе 220, нагрев на этапе 230 может включать поддержание максимальной температуры термореактивного композита ниже верхнего температурного порога.

[0048] Термореактивные композиты могут претерпевать экзотермическую реакцию при нагреве и/или отверждении. Эта экзотермическая реакция, которая также может быть названа в настоящем документе экзотермой, может вызывать увеличение температуры термореактивного композита, быстрое увеличение и/или увеличение выше температуры нагретой окружающей среды, которую используют для нагрева термореактивного композита Таким образом, экзотермическая реакция может усложнять управление и/или регулирование температуры термореактивного композита в большей степени; однако верхняя пороговая температура может быть выбрана, чтобы уменьшить потенциальную возможность экзотермы и/или избежать ее, тем самым обеспечивая более точное управление температурой термореактивного композита и/или максимальной температурой термореактивного композита, которая имеет место во время нагрева на этапе 230.

[0049] Дополнительно или в качестве альтернативы, определенные последующие этапы производства, которые могут быть выполнены с использованием частично отвержденного термореактивного композита после выполнения способов 200 с термореактивным композитом, могут испытывать воздействие максимальной температуры частично отвержденного термореактивного композита, которая достигается во время нагрева на этапе 230, и/или истекшего времени, при котором термореактивный композит находится выше пороговой температуры. В качестве примера, и когда термореактивный композит используют в процессе совместного соединения, прочность соединения между термореактивным композитом и неотвержденным термореактивным композитом может испытывать негативные воздействия высоких температур, воспринимаемых термореактивным композитом, во время нагрева на этапе 230. Таким образом, выбор на этапе 220 может быть использован для улучшения прочности соединения, воспринимаемой в процессе совместного соединения.

[0050] Нагрев термореактивного композита на этапе 230 может включать нагрев термореактивного композита любым подходящим образом и/или с использованием любой подходящей конструкции и/или конструкций. В качестве примеров, нагрев на этапе 230 может включать одно или более из нагрева посредством конвективной теплопередачи к термореактивному композиту, нагрева посредством кондуктивной теплопередачи к термореактивному композиту и/или нагрева посредством радиационной теплопередачи к термореактивному композиту. В качестве более конкретных примеров, нагрев на этапе 230 может включать нагрев в узле для нагрева, таком как узел 60 для нагрева по ФИГ. 4, и/или нагрев опорной оправки, такой как оправка 90 для укладки слоев по ФИГ. 4, которая поддерживает термореактивный композит во время нагрева на этапе 230.

[0051] В качестве другого примера, нагрев на этапе 230 может включать нагрев в нагретой окружающей среде, которая окружает термореактивный композит, такой как нагретая окружающая среда 62 по ФИГ. 4, за счет увеличения температуры нагретой окружающей среды. В качестве еще одного примера, нагрев на этапе 230 может включать воздействие на термореактивный композит источником тепла и/или приложение тепловой энергии к термореактивному композиту с, посредством и/или с использованием источника тепла. При таких условиях, прекращение на этапе 240 может включать прекращение приложения тепловой энергии к термореактивному композиту с помощью источника тепла.

[0052] Когда нагрев на этапе 230 включает нагрев с помощью источника тепла, нагрев на этапе 230 дополнительно может включать повышение температуры источника тепла до температуры выдержки или установившейся температуры, такой как установившаяся температура 113 по ФИГ. 5, и поддержание температуры источника тепла на уровне установившейся температуры в течение порогового времени выдержки. Установившаяся температура превышает пороговую температуру; и когда способы 200 включают выбор на этапе 220, установившаяся температура может быть меньше верхнего температурного порога. Примеры установившейся температуры включают установившиеся температуры по меньшей мере 80°С, по меньшей мере 90°С, по меньшей мере 93,3°С, по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 110°С, по меньшей мере 120°С, по меньшей мере 130°С, по меньшей мере 140°С, по меньшей мере 150°С, по меньшей мере 160°С, по меньшей мере 170°С, по меньшей мере 179.4°С, по меньшей мере 180°С, по меньшей мере 190°С, по меньшей мере 200°С, не более 250°С, не более 225°С, не более 200°С, не более 190°С, не более 180°С, не более 170°С, не более 160°С, не более 150°С, не более 140°С, не более 130°С, не более 120°С, не более НО°С, не более 100°С, и/или не более 95°С.

[0053] Как было упомянуто, во время нагрева на этапе 230, способы 200 включают отслеживание фактической температуры термореактивного композита на этапе 232, определение максимальной температуры термореактивного композита на этапе 234 и определение истекшего времени, в течение которого термореактивный композит находится выше пороговой температуры на этапе 236 или превышает ее. Отслеживание фактической температуры термореактивного композита на этапе 232 может включать отслеживание с, посредством и/или с использованием детектора температуры, такого как детекторы 52 температуры по ФИГ. 4. Примеры детектора температуры включают, без ограничения, термопару, резистивный детектор температуры (РДТ) и/или инфракрасный датчик (ИК) температуры.

[0054] В объем настоящего изобретения входит, что отслеживание на этапе 232 может включать отслеживание выбранной температуры выбранного, конкретного и/или заранее определенного местоположения на термореактивном композите, отслеживание средней температуры термореактивного композита и/или отслеживание самой нижней температуры термореактивного композита. Дополнительно или в качестве альтернативы, отслеживание на этапе 232 также может включать отслеживание множества фактических температур термореактивного композита во множестве разнесенных местоположений на термореактивном композите. Фактическая температура термореактивного композита также может быть названа в настоящем документе как и/или может представлять собой температуру детали, температуру детали термореактивного композита, температуру термореактивного композита, измеренную температуру термореактивного композита и/или отслеженную температуру термореактивного композита. В объем настоящего изобретения входит, что фактическая температура термореактивного композита может быть измерена, или напрямую измерена, на термореактивном композите, например, посредством прямого теплового контакта между детектором температуры и термореактивным композитом. Дополнительно или в качестве альтернативы, в объем настоящего изобретения также входит, что (фактическая температура термореактивного композита может быть косвенно измерена, рассчитана и/или выведена, например, посредством знания температуры нагретой окружающей среды, которая окружает термореактивный композит.

[0055] Определение максимальной температуры термореактивного композита на этапе 234 может включать измерение и/или определение максимальной температуры, которой достиг термореактивный композит во время нагрева на этапе 230. Когда отслеживание на этапе 232 включает отслеживание одного местоположения и/или средней температуры термореактивного композита, максимальная температура может быть максимальной температурой в одном местоположении и/или максимумом средней температуры термореактивного композита. Альтернативно, когда отслеживание на этапе 232 включает отслеживание во множестве разнесенных местоположений на термореактивном композите, максимальная температура термореактивного композита может включать, или может являться, самой низкой отслеженной температурой термореактивного композита, измеренной в местоположении самой низкой температуры из множества разнесенных местоположений на термореактивном композите. Такая самая низкая отслеженная температура также может быть названа в настоящем документе температурой отставания термореактивного композита и/или температурой детектора температур отставания. Самая низкая отслеженная температура может представлять температуру самого последнего отвержденного местоположения из множества разнесенных местоположений на множестве отвержденных термореактивных композитов. Таким образом, состояние отверждения в местоположении самой низкой отслеженной температуры может быть последним, или самым низким, состоянием отверждения частично отвержденного термореактивного композита среди множества разнесенных местоположений на множестве отвержденных термореактивных композитов.

[0056] Определение истекшего времени, в течение которого термореактивный композит находится выше, или больше, пороговой температуры на этапе 236, может включать определение периода времени, или истекшего времени, которое начинается, когда фактическая температура термореактивного композита превышает пороговую температуру, и заканчивается, когда инициировано прекращение. Пример такого истекшего времени показан на ФИГ. 7 и раскрыт более подробно в настоящем документе со ссылкой на нее. В целом, на ФИГ. 7 показана общее количество времени, в течение которого температура термореактивного композита превышает пороговую температуру. Поскольку охлаждение термореактивного композита ниже пороговой температуры после прекращения на этапе 240 может занять конечный период времени охлаждения, общее время, в течение которого температура термореактивного композита превышает пороговую температуру, может быть больше истекшего времени, которое определено во время определения на этапе 236. Дополнительно или в качестве альтернативы, определение на этапе 236 может включать оценку времени охлаждения и, таким образом, может оценивать общее истекшее время как сумму истекшего времени охлаждения и периода времени, который начинается, когда фактическая температура термореактивного композита превышает пороговую температуру, и заканчивается, когда инициировано прекращение.

[0057] Прекращение нагрева термореактивного композита на этапе 240 может включать прекращение по меньшей мере частично на основе максимальной температуры термореактивного композита, такой, которая определена во время определения на этапе 234, и истекшего времени, таком, которое определено во время определения на этапе 236. В качестве примера, прекращение на этапе 240 может включать прекращение или инициирование прекращения по меньшей мере частично на основе соотношения между максимальной температурой термореактивного композита и истекшим временем. Пример такого соотношения показан на ФИГ. 8 и раскрыт более подробно в настоящем документе со ссылкой на нее.

[0058] В качестве более конкретного примера, когда способы 200 включают проведение на этапе 210, прекращение на этапе 240 может включать прекращение, когда корреляция параметров процесса, указывает на то, что термореактивный композит достиг, или достигнет, заданного состояния отверждения (например, что термореактивный композит является частично отвержденным термореактивным композитом). В качестве другого более конкретного примера, когда способы 200 включают проведение на этапе 210, прекращение на этапе 240 может включать прекращение, когда истекшее время превысит пороговое значение истекшего времени, для максимальной температуры термореактивного композита, которая обеспечивает достижение заданного состояния отверждения. В качестве еще одного примера, когда способы 200 включают проведение на этапе 210, прекращение на этапе 240 может включать прекращение, когда максимальная температура превысит пороговую максимальную температуру, для текущего истекшего времени, которое обеспечивает достижение заданного состояния отверждения.

[0059] Прекращение на этапе 240 может включать прекращение любым подходящим способом. В качестве примера, прекращение на этапе 240 может включать прекращение подачи тепла к термореактивному композиту. В качестве другого примера, прекращение на этапе 240 может включать уменьшение температуры нагретой окружающей среды, которая окружает термореактивный композит во время нагрева на этапе 230.

[0060] Способы 200, которые раскрыт в настоящем документе, могут обеспечивать несколько значительных преимуществ по сравнению с известными способами отверждения термореактивных композитов. В качестве примера, раскрыто, что известные способы в целом выполнены с возможностью полного, или по меньшей мере по существу полного, отверждения термореактивного композита путем обеспечения того, что термореактивный композит находится выше пороговой температуры в течение по меньшей мере порогового времени. Таким образом, эти известные способы не учитывают максимальную температуру, которой достигает термореактивный композит, не учитывают кривую распространения температуры, воздействию которой подвергается термореактивный композит во время процесса отверждения, и/или не учитывают, когда максимальная экзотермическая температура термореактивного композита превышает верхнюю пороговую температуру. Раскрыто, что это в целом приводит к или требует неэффективного отверждения термореактивного композита и вносит неэффективность в процесс отверждения.

[0061] В дополнение, когда заданное состояние отверждения приводит к получению в результате частично отвержденного термореактивного композита, такой частично отвержденный термореактивный композит может проявлять другие предпочтительные, или даже улучшенные, характеристики по сравнению со сравнимым полностью отвержденным термореактивным композитом. В качестве примера, частично отвержденный термореактивный композит может обладать более низким влагопоглощением относительно сравнимого полностью отвержденного термореактивного композита. В качестве более конкретных примеров, влагопоглощение частично отвержденного термореактивного композита может составлять на 0,05 весовых процентов (вес. %), 0,1 вес. %, 0,15 вес. % и/или 0,2 вес. % меньше, чем влагопоглощение, которым обладает сравнимый полностью отвержденный термореактивный композит, и эта разница во влагопоглощении может увеличиваться с большей разницей между состоянием отверждения частично отвержденного термореактивного композита и состоянием отверждения сравнимого полностью отвержденного термореактивного композита.

[0062] Напротив, способы 200, которые раскрыты в настоящем документе, выполнены с возможностью отверждения термореактивного композита до любого подходящего состояния отверждения, включая состояние отверждения, которое меньше, чем полностью отвержденное (например, состояние отверждения меньше, чем 80%, меньше, чем 85%, меньше, чем 90%, меньше, чем 95% и/или меньше, чем 99%). Способы 200 управляют процессом отверждения на основании как истекшего времени выше пороговой температуры, так и максимальной температуры термореактивного композита и, таким образом, учитывают кривую распространения температуры, воздействию которой подвергается термореактивный композит во время процесса отверждения. Такое рассмотрение кривой распространения температуры обеспечивает дополнительную информацию, необходимую для отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения воспроизводимо и/или эффективно. Способы 200 также позволяют регулировать время отверждения, во время процесса отверждения, с реагированием на непредвиденные события, такие как прерывание нагрева из-за перебоев в электроснабжении и т.п.

[0063] Далее на ФИГ. 9-10, варианты реализации раскрытия изобретения могут быть описаны в контексте способа 900 изготовления и обслуживания летательного аппарата, как показано на ФИГ. 9, и/или летательного аппарата 700, как показано на ФИГ. 10. Во время подготовки к производству показанный в качестве примера способ 900 может включать разработку спецификации и проектирование 905 летательного аппарата 700 и материальное снабжение 910. Во время производства осуществляют изготовление 915 компонентов и сборочных узлов и интеграцию 920 систем летательного аппарата 700. После этого летательный аппарат 700 может проходить этапы сертификации и доставки 925 для ввода в эксплуатацию 930. В процессе эксплуатации заказчиком летательный аппарат 700 подпадает под регламентное техобслуживание и текущий ремонт 935 (которые также могут включать в себя модернизацию, перенастройку, переоборудование и так далее).

[0064] Каждый из процессов способа 900 может быть выполнен или осуществлен системным интегратором, третьей стороной и/или оператором (например заказчиком). Для целей настоящего описания системный интегратор может включать в себя, помимо прочего, любое количество производителей воздушных летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам; третья сторона может включать в себя, помимо прочего, любое количество продавцов, субподрядчиков и поставщиков; а оператор может представлять собой авиакомпанию, лизинговую компанию, военную организацию, обслуживающую организацию и т.д.

[0065] Как показано на ФИГ. 10, летательный аппарат 700, изготовленный согласно приведенному в качестве примера способу 900, может включать в себя корпус 710 с множеством систем 712 и внутренней частью 714. Пример высокоуровневых систем 712 включают в себя одну или более таких систем, как движительная система 715, электрическая система 716, гидравлическая система 717 и климатическая система 718. Может быть включено любое количество других систем. Хотя показан пример, относящийся к аэрокосмической отрасли, принципы изобретения применимы к другим отраслям, например, автомобильной промышленности.

[0066] Устройства и способы, представленные в настоящем документе, могут быть использованы во время любых одного или более этапов способа 900 изготовления и обслуживания. Например, компонент или сборочные узлы, относящиеся к этапу 915 изготовления компонентов и сборочных узлов, могут быть изготовлены или произведены аналогично компонентам или сборочным узлам, изготовленным во время эксплуатации летательного аппарата 700. Также, один или более вариантов реализации устройства, вариантов реализации способа или их комбинаций могут быть использованы во время этапов 915 и 920, производства, например, с существенным ускорением сборки или снижением стоимости летательного аппарата 700. Аналогично, один или более вариантов реализации устройства или вариантов реализации способов или их комбинаций могут быть использованы во время эксплуатации летательного аппарата 700, например и без ограничения, для регламентного техобслуживания и ремонта 935.

[0067] Далее, способы 200 пояснены в контексте рабочих примеров. Согласно рабочему примеру, который иллюстрирует способы 200, корреляция параметров процесса, например, корреляция 130 параметров процесса по ФИГ. 8, была использована для выбора условия 132 обработки, которое обеспечивает максимальную температуру и соответствующее истекшее время, при которых будет достигнуто заданное состояние отверждения для термореактивного композита. Согласно рабочему примеру, условие 132 обработки соответствует максимальной температуре 326,7°F (163,7°С) и истекшему времени 104 минуты. Считается, что корреляция 130 параметров процесса по ФИГ. 8, которая основана на моделировании моделей, обеспечит условия, при которых состояние отверждения для термореактивного композита составит приблизительно 75%.

[0068] Далее, термореактивный композит был помещен в автоклав. Выполняли цикл нагрева, в котором температура 112 окружающей среды в автоклаве возрастала от окружающей до установившейся температуры 113 приблизительно 340°F (171°С) перед уменьшением обратно до окружающей. При этом отслеживали температуру 110 термореактивного композита и, в ответ на увеличение температуры 112 окружающей среды, температуру 110 термореактивного композита увеличивали до максимальной температуры 111 величиной 326,7°F (163,7°С). Кроме того, термореактивный композит оставался выше пороговой температур 120 величиной 280°F (138°С), как показано на ФИГ. 7, в течение истекшего времени 125 величиной 104 минуты. Этот цикл нагрева обеспечил отверждение термореактивного композита до состояния отверждения приблизительно 74,7%.

[0069] Иллюстративные и неисключительные примеры предмета настоящего раскрытия согласно настоящему изобретению описаны в следующих пронумерованных абзацах:

А1. Способ отверждения термореактивного композита (ТРК) до заданного состояния отверждения (СО), включающий:

нагрев термореактивного композита до более высокой температуры, чем пороговая температура;

во время нагрева:

(i) отслеживание фактической температуры термореактивного композита;

(ii) определение максимальной температуры, которой достигаеттермореактивный композит; и

(iii) определение истекшего времени, в течение которого фактическая температура термореактивного композита превышает пороговую температуру; и

прекращение нагрева по меньшей мере частично на основе максимальной температуры термореактивного композита и истекшего времени.

А2. Способ по пункту А1, согласно которому прекращение основано, по меньшей мере частично, на соотношении между максимальной температурой термореактивного композита и истекшим временем.

A3. Способ по любому из пунктов А1-А2, согласно которому способ дополнительно включает обеспечение корреляции параметров процесса, или калибровки для заданного состояния отверждения термореактивного композита.

А4. Способ по пункту A3, согласно которому корреляция параметров процесса описывает комбинации истекшего времени и максимальной температуры термореактивного композита, при которых достигается заданное состояние отверждения.

А5. Способ по пункту A3, согласно которому корреляция параметров процесса для данного заданного состояния отверждения отличается от корреляции параметров процесса для другого заданного состояния отверждения.

А6. Способ по любому из пунктов А3-А5, согласно которому корреляция параметров процесса для данной пороговой температуры отличается от корреляции параметров процесса для другой пороговой температуры.

А7. Способ по любому из пунктов А3-А6, согласно которому корреляция параметров процесса включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) кривую корреляции параметров процесса, описывающую функциональное отношение между значениями максимальной температуры и соответствующими значениями истекшего времени, в течение которого достигается заданное состояние отверждения;

(ii) справочную таблицу корреляции параметров процесса, описывающую парные значения максимальной температуры и соответствующие значения истекшего времени, в течение которого достигается заданное состояние отверждения; и

(iii) функцию корреляции параметров процесса, описывающую функциональное отношение между значениями максимальной температуры и соответствующими значениями истекшего времени, в течение которого достигается заданное состояние отверждения.

А8. Способ по любому из пунктов А3-А7, согласно которому обеспечено по меньшей мере одно из следующего:

(i) корреляция параметров процесса получена из полуэмпирических моделей термореактивного композита, кинетики отверждения термореактивного композита и моделирования теплопередачи термореактивного композита;

(ii) способ дополнительно включает получение корреляции параметров процесса из полуэмпирических моделей термореактивного композита, кинетики отверждения термореактивного композита и моделирования теплопередачи термореактивного композита;

(iii) корреляция параметров процесса получена экспериментальным образом;

(iv) причем способ дополнительно включает получение корреляции параметров процесса экспериментальным образом.

А9. Способ по любому из пунктов А3-А8, согласно которому прекращение включает прекращение в ответ на корреляцию параметров процесса, указывающую на то, что термореактивный композит достиг заданного состояния отверждения.

А10. Способ по любому из пунктов А1-А9, согласно которому прекращение включает прекращение, когда истекшее время превышает пороговое значение истекшего времени для максимальной температуры, которая обеспечивает достижение заданного состояния отверждения.

А11. Способ по любому из пунктов А1-А10, согласно которому прекращение включает прекращение, когда максимальная температура превышает пороговую максимальную температуру для истекшего времени, которое обеспечивает достижение заданного состояния отверждения.

А12. Способ по любому из пунктов А3-АН, согласно которому обеспечение корреляции параметров процесса включает:

выполнение множества симуляций температурных условий, которые включают модели кинетики отверждения первого термореактивного композита для множества различных условий обработки, и

выработку корреляции параметров процесса из множества симуляций температурных условий,

причем каждая симуляция температурных условий из множества симуляций температурных условий моделирует отверждение термореактивного композита до заданного состояния отверждения.

А13. Способ по пункту А12, согласно которому множество различных условий обработки включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) множество различных температур нагретой окружающей среды, использованных во время нагрева термореактивного композита;

(ii) множество различных скоростей нагрева для термореактивного композита;

(iii) множество различных толщин для термореактивного композита;

(iv) множество различных коэффициентов теплопередачи для термореактивного композита;

(v) множество различных толщин для опорной оправки, которая поддерживает термореактивный композит во время нагрева; и

(vi) множество различных коэффициентов теплопередачи для опорной оправки.

А14. Способ по любому из пунктов А12-А13, согласно которому множество симуляций температурных условий основано, по меньшей мере частично, на кинетике отверждения и моделировании теплопередачи термореактивного композита.

А15. Способ по любому из пунктов А1-А14, согласно которому, перед нагревом, способ также включает выбор верхнего температурного порога для термореактивного композита во время нагрева, и при этом нагрев включает поддержание максимальной температуры термореактивного композита ниже верхнего температурного порога.

А16. Способ по любому из пунктов А1-А15, согласно которому нагрев термореактивного композита включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) нагрев термореактивного композита посредством конвективной теплопередачи к термореактивному композиту;

(ii) нагрев термореактивного композита посредством кондуктивной теплопередачи к термореактивному композиту и

(iii) нагрев посредством радиационной теплопередачи к термореактивному композиту.

А17. Способ по любому из пунктов А1-А16, согласно которому нагрев термореактивного композита включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) нагрев в печи;

(ii) нагрев в автоклаве и

(iii) нагрев опорной оправки/указанной опорной оправки, которая поддерживает термореактивный композит во время нагрева.

А18. Способ по любому из пунктов А1-А17, согласно которому нагрев включает нагрев в нагретой окружающей среде, которая окружает термореактивный композит, за счет увеличения температуры нагретой окружающей среды.

А19. Способ по любому из пунктов А1-А18, согласно которому нагрев включает воздействие на термореактивный композит источником тепла.

А20. Способ по пункту А19, согласно которому нагрев включает приложение тепловой энергии к термореактивному композиту с помощью источника тепла.

А21. Способ по пункту А20, согласно которому прекращение включает прекращение приложения тепловой энергии к термореактивному композиту с помощью источника тепла.

А22. Способ по любому из пунктов А28-А30, согласно которому нагрев первого термореактивного композита включает повышение температуры источника тепла до температуры выдержки и поддержание температуры источника тепла на уровне температуры выдержки.

А23. Способ по пункту А22, согласно которому температура выдержки представляет собой по меньшей мере одно из следующего:

(i) большую температуру, чем максимальная температура; и

(ii) меньшую температуру, чем верхний температурный порог/указанный верхний температурный порог.

А24. Способ по любому из пунктов А22-А23, согласно которому температура выдержки представляет собой по меньшей мере одно из следующего:

(i) по меньшей мере 80°С, по меньшей мере 90°С, по меньшей мере 93,3°С, по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 110°С, по меньшей мере 120°С, по меньшей мере 130°С, по меньшей мере 140°С, по меньшей мере 150°С, по меньшей мере 160°С, по меньшей мере 170°С, по меньшей мере 179.4°С, по меньшей мере 180°С, по меньшей мере 190°С, по меньшей мере 200°С; и

(ii) не более 250°С, не более 225°С, не более 200°С, не более 190°С, не более 180°С, не более 170°С, не более 160°С, не более 150°С, не более 140°С, не более 130°С, не более 120°С, не более 110°С, не более 100°С и/или не более 95°С.

А25. Способ по любому из пунктов А1-А24, согласно которому прекращение включает прекращение подачи тепла к термореактивному композиту.

А26. Способ по любому из пунктов А1-А25, согласно которому прекращение включает уменьшение температуры/указанной температуры нагретой окружающей среды/указанной нагретой окружающей среды, которая окружает термореактивный композит.

А27. Способ по любому из пунктов А1-А26, согласно которому отслеживание (фактической температуры термореактивного композита включает отслеживание с помощью детектора температуры, причем при необходимости детектор температуры включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) термопару;

(ii) резистивный детектор температуры и

(iii) инфракрасный датчик температуры.

А28. Способ по любому из пунктов А1-А27, согласно которому отслеживание (фактической температуры термореактивного композита включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) отслеживание выбранной температуры выбранного местоположения на термореактивном композите;

(ii) отслеживание средней температуры термореактивного композита и

(iii) отслеживание самой низкой измеренной температуры термореактивного композита.

А29. Способ по любому из пунктов А1-А28, согласно которому отслеживание (фактической температуры термореактивного композита включает отслеживание множества фактических температур термореактивного композита во множестве разнесенных местоположений на термореактивном композите.

А30. Способ по пункту А29, согласно которому максимальная температура термореактивного композита представляет собой самую низкую отслеживаемую температуру термореактивного композита, измеренную в местоположении самой низкой температуры из множества разнесенных местоположений на термореактивном композите.

А31. Способ по любому из пунктов А1-А30, согласно которому определение истекшего времени включает определение периода времени, который начинается, когда фактическая температура термореактивного композита превышает пороговую температуру, и заканчивается, когда инициировано прекращение.

А32. Способ по любому из пунктов А1-А31, согласно которому заданное состояние отверждения включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) заданный процент сшивания в смоле термореактивного композита и

(ii) заданный процент реакции превращения смолы термореактивного композита.

А33. Способ по любому из пунктов А1-А32, согласно которому заданное состояние отверждения представляет собой по меньшей мере одно из следующего:

(i) по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 20%, по меньшей мере на 30%, по меньшей мере на 40%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере на 80%, по меньшей мере на 90%; и

(ii) самое большее на 95%, самое большее на 90%, самое большее на 85%, самое большее на 80%, самое большее на 75%, самое большее на 70%, самое большее на 65%, самое большее на 60%, самое большее на 50% и/или самое большее на 40%.

А34. Способ по любому из пунктов А1-А33, согласно которому термореактивный композит включает множество слоев композитного материала.

А35. Способ по любому из пунктов А1-А34, согласно которому термореактивный композит включает, представляет собой или образован множеством волокон и термореактивной смолой.

А36. Способ по пункту А35, согласно которому термореактивная смола включает термореактивную эпоксидную смолу.

В1. Система для отверждения термореактивного композита, содержащая:

узел для нагрева, который выполнен с возможностью регулирования температуры нагретой окружающей среды;

опорную оправку, расположенную в нагретой окружающей среде;

термореактивный композит, расположенный в нагретой окружающей среде и поддерживаемый опорной оправкой;

детектор температуры, выполненный с возможностью отслеживания фактической температуры термореактивного композита; и

контроллер, запрограммированный для приема температуры термореактивного композита от детектора температур и для управления температурой нагретой окружающей среды за счет управления работой узла для нагрева с использованием способа по любому из пунктов Al А36.

С1. Использование любого из способов по любому из пунктов А1-А36 или система по пункту В1 для отверждения термореактивного композита (ТРК) до заданного состояния отверждения (СО).

D1. Термореактивный композит (ТРК), отвержденный до заданного состояния отверждения (СО) с использованием способа по любому из пунктов А1-А36.

При использовании в настоящем документе термины "выборочный" и "выборочно", когда они модифицируют действие, перемещения, конфигурации или другую активность одного или более компонентов или характеристики устройства, означает, что конкретные действие, перемещение, конфигурация или другая активность являются прямым или непрямым результатом действий пользователя в отношении аспекта или одного или более компонентов устройства.

При использовании в настоящем документе термины "приспособленный" и "выполненный с возможностью" означают, что элемент, компонент или другой объект разработан и/или предназначен для выполнения данной функции. Таким образом, при использовании в настоящем документе термины приспособленный" и "выполненный с возможностью" не должны толковаться означающими, что данный элемент, компонент или другой объект просто "способен" выполнять определенную функцию, а что указанный элемент, компонент и/или другой объект специально выбран, создан, реализован, использован, запрограммирован и/или разработан с целью выполнения этой функции. Также без отхода от объема настоящего изобретения элементы, компоненты и/или другие объекты, упомянутые как приспособленные для выполнения конкретной функции, могут дополнительно или в качестве альтернативы быть описаны как выполненные с возможностью выполнения этой функции и наоборот. Схожим образом, объект, упомянутый как выполненный с возможностью выполнения определенной функции, может дополнительно или в качестве альтернативы быть описан как способный функционировать для выполнения этой функции.

При использовании в настоящем документе выражение "по меньшей мере один" со ссылкой на список из одного или более объектов следует понимать как означающие по меньшей мере один объект, выбранный из любого одного или большего количества объектов в списке объектов, но не обязательно включающий по меньшей мере один и каждый объект, конкретно указанный в списке объектов и не исключающий любые комбинации объектов в списке объектов. Это определение также обеспечивает возможность того. Что объекты могут при необходимости присутствовать помимо объектов, конкретно указанных в списке объектов, на которые ссылается фраза «по меньшей мере один», независимо от того, связаны ли они или нет с теми объектами, которые конкретно указаны. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, "по меньшей мере один из А и В" (или эквивалентно "по меньшей мере один из А или В" или эквивалентно "по меньшей мере один из А и/или В") может относится, в одном варианте реализации, к по меньшей мере одному, при необходимости включающему более одного А в отсутствие В (и при необходимости включающему объекты, отличающиеся от В); в другом варианте реализации, к по меньшей мере одному, при необходимости включающему более одного В в отсутствие А (и при необходимости включающему объекты, отличающиеся от А); еще в одном другом варианте реализации, к по меньшей мере одному, при необходимости включающему более одного А, и по меньшей мере одному, при необходимости включающему более одного В (и при необходимости включающему другие объекты). Другими словами, выражения "по меньшей мере один", "один или более" и "и/или" являются открытыми выражениями, которые являются как союзными, так и разделительными в действии. Например, каждое из выражений "по меньшей мере одно из А, В и С", "по меньшей мере одно из А, В или С", "одно или более из А, В и С" "одно или более из А, В или С" и "А, В и/или С" могут означать только А, только В, только С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе, А, В и С вместе, и при необходимости любой из указанных выше в комбинации с по меньшей мере одним другим объектом.

Различные раскрытые элементы устройств и операции способов, раскрытые в настоящем документе, не обязательно необходимы для всех устройств и способов согласно настоящему изобретению, и раскрытие настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных раскрытых в настоящем документе элементов и операций. Кроме того, один или более из раскрытых в настоящем документе различных элементов и операций могут определять независимый объект, обладающий признаками изобретения, выделяемый и существующий отдельно от рассматриваемого в целом устройства или способа. Соответственно, такой патентоспособный объект изобретения не обязан быть связанным с конкретными устройствами и способами, явно раскрытыми в настоящем документе, и такой патентоспособный объект изобретения может найти применение в устройствах и/или способах, которые не раскрыты явно в настоящем документе.

При использовании в настоящем документе, выражение "например", выражение "в качестве примера" и/или просто выражение "пример", используемые со ссылкой на один или более компонентов, признаков, деталей, конструкций, вариантов осуществления и/или способов согласно настоящему раскрытию, предназначены для передачи информации о том, что описанный компонент, признак, деталь, конструкция, вариант осуществления и/или способ является иллюстративным, не исключающим примером компонентов, признаков, деталей, конструкций, вариантов осуществления и/или способов согласно настоящему раскрытию. Таким образом, описанный компонент, признак, деталь, конструкция, вариант осуществления и/или способ не предназначен быть ограничивающим, обязательным или исключительным/исчерпывающим и другие компоненты, признаки, детали, конструкции, варианты осуществления и/или способы, включая в себя конструктивно и/или функционально аналогичные и/или эквивалентные компоненты, признаки, детали, конструкции, варианты осуществления и/или способы, также находятся в объеме настоящего раскрытия.

Изобретение относится к способу отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения. Техническим результатом является снижение ресурсоемкости отверждения термореактивного композита и обеспечение использования производственного оборудования и/или мощностей наилучшим образом. Технический результат достигается способом отверждения термореактивного композита до заданного состояния отверждения, который включает нагрев термореактивного композита до более высокой температуры, чем пороговая температура. При этом во время нагрева проводят (i) отслеживание фактической температуры термореактивного композита, (ii) определение максимальной температуры, которой достигает термореактивный композит, и (iii) определение истекшего времени, в течение которого фактическая температура термореактивного композита превышает пороговую температуру, и прекращение нагрева по меньшей мере частично на основе максимальной температуры термореактивного композита и истекшего времени. Причем способ также включает проведение корреляции параметров процесса для заданного состояния отверждения термореактивного композита, где корреляция параметров процесса описывает комбинации истекшего времени и максимальной температуры термореактивного композита, при которых достигается заданное состояние отверждения. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 пр.

1. Способ [200] отверждения термореактивного композита до заданного состояния [114] отверждения, включающий:

нагрев [230] термореактивного композита до более высокой температуры, чем пороговая температура [120];

во время нагрева [230]:

(i) отслеживание [232] фактической температуры [110] термореактивного композита;

(ii) определение [234] максимальной температуры [111], которой достигает термореактивный композит; и

(iii) определение [236] истекшего времени [125], в течение которого фактическая температура [110] термореактивного композита превышает пороговую температуру [120]; и

прекращение [240] нагрева [230] по меньшей мере частично на основе максимальной температуры [111] термореактивного композита и истекшего времени [125],

при этом способ [200] также включает проведение [210] корреляции [130] параметров процесса для заданного состояния [114] отверждения термореактивного композита, где корреляция [130] параметров процесса описывает комбинации истекшего времени [125] и максимальной температуры [111] термореактивного композита, при которых достигается заданное состояние [114] отверждения.

2. Способ [200] по п. 1, согласно которому прекращение [240] основано по меньшей мере частично на соотношении между максимальной температурой [111] термореактивного композита и истекшим временем [125].

3. Способ [200] по п. 1, согласно которому обеспечено по меньшей мере одно из следующего:

(i) корреляция [130] параметров процесса для данного заданного состояния [114] отверждения отличается от корреляции [130] параметров процесса для другого заданного состояния [114] отверждения и

(ii) корреляция [130] параметров процесса для данной пороговой температуры [120] отличается от корреляции [130] параметров процесса для другой пороговой температуры [120].

4. Способ [200] по п. 1, согласно которому корреляция [130] параметров процесса включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) кривую корреляции параметров процесса, описывающую функциональное отношение между значениями максимальной температуры [111] и соответствующими значениями истекшего времени [125], в течение которого достигается заданное состояние [114] отверждения;

(ii) справочную таблицу корреляции параметров процесса, описывающую парные значения максимальной температуры [111] и соответствующие значения истекшего времени [125], в течение которого достигается заданное состояние [114] отверждения; и

(iii) функцию [134] корреляции параметров процесса, описывающую функциональное отношение между значениями максимальной температуры [111] и соответствующими значениями истекшего времени [125], в течение которого достигается заданное состояние [114] отверждения.

5. Способ [200] по п. 1, согласно которому обеспечено по меньшей мере одно из следующего:

(i) корреляция [130] параметров процесса получена из полуэмпирических моделей термореактивного композита, кинетики отверждения термореактивного композита и моделирования теплопередачи термореактивного композита;

(ii) способ [200] дополнительно включает получение корреляции [130] параметров процесса из полуэмпирических моделей термореактивного композита, кинетики отверждения термореактивного композита и моделирования теплопередачи термореактивного композита;

(iii) корреляция [130] параметров процесса получена экспериментальным образом;

(iv) причем способ [200] дополнительно включает получение корреляции [130] параметров процесса экспериментальным образом.

6. Способ [200] по п. 1, согласно которому прекращение [240] включает прекращение, когда корреляция [130] параметров процесса указывает на то, что термореактивный композит достиг заданного состояния [114] отверждения.

7. Способ [200] по п. 1, согласно которому прекращение [240] включает прекращение, когда истекшее время [125] превышает пороговое значение истекшего времени для максимальной температуры [111], которая обеспечивает достижение заданного состояния [114] отверждения.

8. Способ [200] по п. 1, согласно которому прекращение [240] включает прекращение, когда максимальная температура превышает пороговую максимальную температуру для истекшего времени [125], которое обеспечивает достижение заданного состояния [114] отверждения.

9. Способ [200] по п. 1, согласно которому проведение [210] корреляции [130] параметров процесса включает:

выполнение [212] множества симуляций температурных условий, которые включают модели кинетики отверждения термореактивного композита для множества различных условий [132] обработки, и

выработку [212] корреляции [130] параметров процесса из множества симуляций температурных условий,

причем каждая симуляция температурных условий из множества симуляций температурных условий моделирует отверждение термореактивного композита до заданного состояния [114] отверждения.

10. Способ [200] по п. 9, согласно которому множество различных условий [132] обработки включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) множество различных температур нагретой окружающей среды, использованных во время нагрева [230] термореактивного композита;

(ii) множество различных скоростей нагрева для термореактивного композита;

(iii) множество различных толщин для термореактивного композита;

(iv) множество различных коэффициентов теплопередачи для термореактивного композита;

(v) множество различных толщин для опорной оправки [90], которая поддерживает термореактивный композит во время нагрева [230]; и

(vi) множество различных коэффициентов теплопередачи для опорной оправки [90].

11. Способ [200] по п. 9, согласно которому множество симуляций температурных условий основано по меньшей мере частично на кинетике отверждения и моделировании теплопередачи термореактивного композита.

12. Способ [200] по п. 1 или 2, согласно которому прекращение [240] включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) прекращение подачи тепла к термореактивному композиту и

(ii) уменьшение температуры нагретой окружающей среды [62], которая окружает термореактивный композит.

13. Способ [200] по п. 1 или 2, согласно которому отслеживание [232] фактической температуры [110] термореактивного композита включает отслеживание с помощью детектора [52] температуры.

14. Способ [200] по п. 1 или 2, согласно которому отслеживание [232] фактической температуры [110] термореактивного композита включает по меньшей мере одно из следующего:

(i) отслеживание выбранной температуры выбранного местоположения на термореактивном композите;

(ii) отслеживание средней температуры термореактивного композита и

(iii) отслеживание самой низкой измеренной температуры термореактивного композита.

15. Способ [200] по п. 1 или 2, согласно которому отслеживание [232] фактической температуры [110] термореактивного композита включает отслеживание множества фактических температур [110] термореактивного композита во множестве разнесенных местоположений на термореактивном композите.

16. Способ [200] по п. 15, согласно которому максимальная температура [111] термореактивного композита представляет собой самую низкую отслеживаемую температуру термореактивного композита, измеренную в местоположении самой низкой температуры из множества разнесенных местоположений на термореактивном композите.

17. Способ [200] по п. 1 или 2, согласно которому определение [236] истекшего времени [125] включает определение периода времени, который начинается, когда фактическая температура [110] термореактивного композита превышает пороговую температуру [120], и заканчивается, когда инициировано прекращение [240].

18. Система [40] для отверждения термореактивного композита, содержащая:

узел [60] для нагрева, который выполнен с возможностью регулирования температуры нагретой окружающей среды [62];

опорную оправку [90], расположенную в нагретой окружающей среде [62];

термореактивный композит, расположенный в нагретой окружающей среде [62] и поддерживаемый опорной оправкой [90];

детектор [52] температуры, выполненный с возможностью отслеживания фактической температуры [110] термореактивного композита; и

контроллер [50], запрограммированный для приема температуры термореактивного композита от детектора [52] температуры и для управления температурой нагретой окружающей среды [62] за счет управления работой узла [60] для нагрева с использованием способа [200] по любому из пп. 1-17,

при этом обеспечено проведение корреляции [130] параметров процесса для заданного состояния [114] отверждения термореактивного композита, где корреляция [130] параметров процесса описывает комбинации истекшего времени [125] и максимальной температуры [111] термореактивного композита, при которых достигается заданное состояние [114] отверждения.