專利名稱：對(duì)于由復(fù)合材料制成的元件的保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被保護(hù)以免受到放電影響的由復(fù)合材料制成的元件，特別是飛機(jī)部件，以及制造所述元件的方法。
背景技術(shù)：
基于復(fù)合材料的使用的技術(shù)目前在部件制造工業(yè)中越來(lái)越多地得到應(yīng)用。因此， 特別是用于航空領(lǐng)域的構(gòu)成所謂的航空結(jié)構(gòu)體的復(fù)合材料的比例大大增加。但是，趨向相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料部件為不良導(dǎo)體的材料的這種趨勢(shì)主要在構(gòu)成飛機(jī)結(jié)構(gòu)體的元件的情況下，需要徹底保護(hù)它們不受外部因素如放電的影響，因?yàn)榉烹娛怯砷W電產(chǎn)生的。當(dāng)論及的部件或元件含有燃料蒸氣或潛在易燃的氣氛時(shí)，如在飛機(jī)的燃料箱或機(jī)翼的情況下當(dāng)這些最后提到的部件也執(zhí)行燃料箱的功能時(shí)，這種保護(hù)極其重要。在這些情況下，必須保護(hù)所有的內(nèi)部區(qū)域以防止可能成為點(diǎn)火源的發(fā)光粒子或電弧的放電。盡管目前在防止閃電和涉及放電的其它外部因素方面，特別是在航空領(lǐng)域中取得了進(jìn)展，但是存在的巨大困難在于，在制造階段應(yīng)用所提出的理論上的元件保護(hù)。這個(gè)問(wèn)題在飛機(jī)的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的邊緣的保護(hù)區(qū)域是特別顯著的，對(duì)于該區(qū)域，沿著邊緣的整個(gè)長(zhǎng)度需要介電材料(電絕緣體)，以防止電弧和放電。但是，出于實(shí)用的觀點(diǎn)，在論及的部件的工作壽命中，在這些邊緣上以堅(jiān)固和整體的方式應(yīng)用執(zhí)行物理阻擋層和電氣阻擋層雙重功能的絕緣產(chǎn)品被證明是高度復(fù)雜的。用于保護(hù)由復(fù)合材料制成的部件的邊緣的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。但是，這些方法是昂貴的，因?yàn)樗鼈冎饕允謩?dòng)方式進(jìn)行，此外，所述手動(dòng)應(yīng)用是很困難的。因此，目前密封元件是已知的，其主要被安置在復(fù)合材料的部件的邊緣，但是它們隨時(shí)間的流逝造成耐久性的問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儐适Я似渫暾浴＝^緣材料的膜或?qū)釉趶?fù)合部件的邊緣上的施用也是已知的(所述施用在制造復(fù)合材料的部件之后進(jìn)行)，這些膜或?qū)油ǔＳ刹ＡЮw維或一些其它的介電材料層構(gòu)成。該方案的缺點(diǎn)在于，其需要艱苦而昂貴的額外工藝，并且其沒(méi)有恰當(dāng)?shù)剡m合幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜(difficult)的表面，例如，具有曲率的那些表面。本發(fā)明旨在解決剛剛概述的問(wèn)題。發(fā)明概述因此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及元件，特別是飛機(jī)的元件，其由復(fù)合材料制成并且防止受到它們可能暴露在其中的放電，例如由閃電引起的放電影響。本發(fā)明尤其與結(jié)構(gòu)體特別是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)體相關(guān)，所述結(jié)構(gòu)體由于它們?nèi)菁{易燃性液體、氣體或固體的功能，而必須受到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)以免受到可能產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的點(diǎn)火源的影響。如已經(jīng)提及的，本發(fā)明特別適用于航空領(lǐng)域，其中復(fù)合材料的制造在目前是非常普遍的，此外，在一些情況下，所述部件滿足燃料箱的功能，如例如在機(jī)翼和水平穩(wěn)定器 (配平油箱(trim tank))的情況下。因此，本發(fā)明涉及被保護(hù)以免受到放電影響的由復(fù)合材料制成的元件，所述元件包括不導(dǎo)電絕緣樹(shù)脂層，所述不導(dǎo)電絕緣樹(shù)脂層以如下方式被安置在需要保護(hù)的邊緣上 所述樹(shù)脂層是在適合復(fù)合材料元件的制造工藝中一次性(in one go)制造的，而無(wú)需后續(xù)用于邊緣的特殊保護(hù)的操作。因此，本發(fā)明在其應(yīng)用中不存在任何主要的技術(shù)限制，因?yàn)槟康氖峭瑫r(shí)地并且在所述元件的同一制造工藝中獲得對(duì)于復(fù)合材料元件的邊緣的保護(hù)。本發(fā)明呈現(xiàn)出(assume)與關(guān)于在特別復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)上涂覆樹(shù)脂的能力特別相關(guān)，因?yàn)楫?dāng)已經(jīng)將非導(dǎo)電樹(shù)脂的涂覆結(jié)合到適合元件的制造工藝中時(shí)，它無(wú)需額外、特殊的用于涂覆絕緣阻擋層的工藝。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及用于制造如上所述的元件的方法，所述元件， 特別是飛機(jī)部件，由復(fù)合材料制成并且可能暴露于放電中。該方法包括以下步驟a)設(shè)計(jì)元件或部件所述元件或部件的幾何結(jié)構(gòu)是在不考慮在難以涂覆的邊緣上的保護(hù)厚度的情況下限定的。b)基于所述邊緣的絕緣確定元件或部件的需要保護(hù)的邊緣。通常，對(duì)于本發(fā)明， 這些邊緣被認(rèn)為在其上應(yīng)用普通的介電保護(hù)如密封劑、玻璃纖維等是復(fù)雜的，難以達(dá)成(of difficult access)，或需要昂貴的手動(dòng)作業(yè)。c)限定和設(shè)計(jì)模具，在所述模具中制造飛機(jī)元件或部件，所述限定和設(shè)計(jì)考慮到用于限定在需要介電保護(hù)的邊緣中確定的空間的距離。在適合復(fù)合材料元件或部件的制造工藝中，不導(dǎo)電絕緣樹(shù)脂層將被設(shè)置在邊緣上設(shè)置的這些空間中。d)對(duì)邊緣進(jìn)行刮面(Facing)以使過(guò)量樹(shù)脂變平至所需的厚度，從而在所述邊緣上確保所必需的介電強(qiáng)度。參考附圖，從下面舉例說(shuō)明其目的的申請(qǐng)?jiān)斒鲋?，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)將變
得清楚。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明在其邊緣上被保護(hù)以免受到放電影響(樹(shù)脂的局部積聚)的復(fù)合材料所制成的元件的示意性平面圖。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的被保護(hù)以免受到放電影響的復(fù)合材料制成的元件在其飛機(jī)桁條的具體應(yīng)用中的示意性正視圖。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在邊緣的刮面步驟之前，以積累樹(shù)脂的方式制造具有額外的樹(shù)脂的復(fù)合材料的元件的圖。圖4顯示在邊緣刮面步驟之前，通過(guò)本發(fā)明的制造方法制造的復(fù)合材料的元件的邊緣的詳圖。發(fā)明詳述根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及以復(fù)合材料制造并且在其復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)之處如各個(gè)邊緣和拐角被保護(hù)以免受到放電影響的元件，其中所述元件是以碳纖維復(fù)合材料制造的，并且主要是用于飛機(jī)的元件。通常，可能暴露于放電下的飛機(jī)部件邊緣必須用介電材料(電絕緣體)保護(hù)以防止電弧或發(fā)光粒子的影響，所述電弧或發(fā)光粒子以不可預(yù)測(cè)的方式損害材料而導(dǎo)致機(jī)械性能的劣化，或如果位于易燃?xì)夥罩袆t構(gòu)成點(diǎn)火源(如在由碳纖維制成的燃料箱的情況下)。本發(fā)明，盡管可以在更寬的范圍內(nèi)使用，但卻是在航空裝配(setting)中研發(fā)的。 商用飛機(jī)遭遇閃電(放電)的可能性是高的經(jīng)計(jì)算，飛機(jī)平均每年幾乎遭遇2次閃電。因此，必需的是，采取充分的對(duì)策以首先確保乘客的安全性，其次確保閃電對(duì)飛機(jī)運(yùn)行的可能影響最小。因此，面對(duì)覆蓋可能由于雷擊而在飛機(jī)中引起放電的所有內(nèi)部邊緣的難題，本發(fā)明所研發(fā)的解決方案出于電的觀點(diǎn)以及易于應(yīng)用，通過(guò)結(jié)合到制造工藝中，依靠高完整性的穩(wěn)健解決方案滿足了使邊緣電絕緣的要求。在復(fù)合材料(在熱真空工藝中共同固化的纖維+樹(shù)脂)的制造工藝中，存在由樹(shù)脂朝部件或元件的末端流動(dòng)導(dǎo)致的過(guò)剩材料的積累。由本發(fā)明研發(fā)的思想是使用所述具有高絕緣能力(具有很高的介電強(qiáng)度常數(shù))的過(guò)剩材料以滿足防止邊緣受到放電的影響的要求。因此，使用作為自然地集中在以可控的方式(基于用于部件或元件的模具的適當(dāng)尺寸和精確的樹(shù)脂量)制造的部件或元件的邊緣的復(fù)合材料的組分的環(huán)氧樹(shù)脂，可以一次性并且在不需要后續(xù)操作的情況下獲得用于特定的防止邊緣受到放電的影響的系統(tǒng)。因此，復(fù)合材料(所述復(fù)合材料是例如具有環(huán)氧樹(shù)脂的碳纖維)的元件1是通過(guò)在模具2的基礎(chǔ)上施加溫度和壓力循環(huán)獲得的，以如下方式設(shè)計(jì)所述模具被設(shè)計(jì)為使得一旦知道所論及的元件1的幾何結(jié)構(gòu)，模具2就被設(shè)計(jì)為使得其包括打算用于容納來(lái)自元件 1的制造工藝的樹(shù)脂的空間6，并且所述樹(shù)脂將形成元件1的邊緣的介電保護(hù)。因此，模具 2在其上需要元件1的介電(絕緣)保護(hù)的指定自由邊緣上包括空間6，因此在所述元件1 的制造工藝中允許樹(shù)脂在所述空間6內(nèi)的積聚。樹(shù)脂積聚形成被設(shè)置在元件1的自由邊緣周圍的層3，從而對(duì)該邊緣化表面賦予介電保護(hù)(電絕緣)，這在對(duì)所述元件1的閃電或等價(jià)的嚴(yán)重放電的情況下防止可能的放電和熱粒子的噴出。樹(shù)脂層3必須具有介于4至5mm之間的厚度，以在所述元件1的邊緣上確保顯著的介電或絕緣能力。所有對(duì)于目前用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)體的復(fù)合材料所采用的樹(shù)脂都是絕緣體，盡管它們的絕緣能力(耐受電勢(shì)差的能力)在最新一代的樹(shù)脂中更大。下面給出表，其顯示了與用于航空結(jié)構(gòu)體的復(fù)合材料部件的制造中非常普遍使用的樹(shù)脂相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。因此， 基于該表1中所示的獲得的值，從例如在飛機(jī)燃料箱中的邊緣保護(hù)應(yīng)用的電的觀點(diǎn)來(lái)看， 可以聲稱在該表中所示的所有測(cè)試樹(shù)脂都是是絕緣的。然而，樹(shù)脂的絕緣能力越大，在樹(shù)脂層3中所需的用于耐受元件1中的電勢(shì)差的厚度越小。
深度(Z軸)上的體積電阻率(歐厚度電阻率(歐姆.cm)姆)樹(shù)脂 8552/IM70.5025.8(沒(méi)有樹(shù)脂或硬化劑夾層)樹(shù)脂 M21/IMA5.6-7.7287-397(具有樹(shù)脂或硬化劑夾層)樹(shù)脂 M21E/IMA9.1469(具有樹(shù)脂或硬化劑夾層)
圖2顯示了本發(fā)明用于飛機(jī)用復(fù)合材料桁條4的特殊應(yīng)用的示意性圖示，所述桁條包括復(fù)合材料的遮蓋物5，特別是碳纖維的遮蓋物。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及用于制造如前所述的元件1的方法，所述元件特別是飛機(jī)部件，其由復(fù)合材料制成并且可能暴露于放電下。該方法包括以下步驟a)設(shè)計(jì)元件1 所述元件1的幾何結(jié)構(gòu)是在不考慮在難以涂覆的邊緣上的保護(hù)厚度的情況下限定的。b)基于所述邊緣的絕緣確定元件1的需要保護(hù)的邊緣。通常，對(duì)于本發(fā)明，認(rèn)為這些邊緣在其上應(yīng)用普通的介電保護(hù)如密封劑、玻璃纖維等是復(fù)雜的，難以達(dá)成，或需要昂貴的手動(dòng)作業(yè)。c)限定和設(shè)計(jì)模具2，在所述模具2中制造飛機(jī)元件1，所述限定和設(shè)計(jì)考慮到用于限定在需要介電保護(hù)的邊緣中確定的空間的距離。在適合復(fù)合材料元件或部件的制造工藝中，不導(dǎo)電絕緣樹(shù)脂層3將被設(shè)置在邊緣上設(shè)置的這些空間中。d)對(duì)邊緣進(jìn)行刮面以使過(guò)量樹(shù)脂變平至所需的厚度，從而在所述邊緣上確保所必需的介電強(qiáng)度。在由后附權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)包括的修改可以被引入到本發(fā)明剛剛描述的優(yōu)選實(shí)施方案中。
權(quán)利要求
1.復(fù)合材料元件(1)，所述復(fù)合材料元件(1)在其復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)之處比如各個(gè)邊緣和拐角被保護(hù)，以免受到所述元件⑴可能暴露到的放電的影響，其特征在于所述元件⑴ 是通過(guò)如下方法獲得的對(duì)安置在模具O)中的復(fù)合材料施加溫度和壓力循環(huán)，所述模具(2)被設(shè)計(jì)為使得一旦知道所述元件(1)的幾何結(jié)構(gòu)，所述模具(2)就包括打算用于積聚來(lái)自所述元件(1)的制造工藝的樹(shù)脂的自由空間(6)，并且所述樹(shù)脂在其積聚時(shí)將形成所述元件(1)的各個(gè)邊緣或拐角的介電保護(hù)，從而形成被設(shè)置在元件(1)的自由邊緣周圍的層(3)，因而對(duì)各個(gè)邊緣或拐角的這些表面賦予電絕緣的介電保護(hù)，所述介電保護(hù)在對(duì)所述元件(1)的放電的情況下防止可能的放電和熱粒子的噴出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料元件(1)，其特征在于，所述樹(shù)脂的絕緣能力越大， 在所述樹(shù)脂層(3)中所需的用于耐受所述元件(1)中的電勢(shì)差的厚度越小。
3.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料元件(1)，其特征在于，所述樹(shù)脂層(3) 具有在4至5mm之間的厚度，以在所述元件(1)的各個(gè)邊緣和拐角上確保足夠的介電強(qiáng)度或絕緣能力。
4.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料元件(1)，其特征在于，所述復(fù)合材料是具有環(huán)氧樹(shù)脂的碳纖維。
5.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料元件(1)，其特征在于，所述元件(1)具有容納易燃性液體、氣體或固體的功能。
6.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料元件(1)，其特征在于，所述元件(1)是飛機(jī)部件。
7.包括根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料元件(1)的飛機(jī)。
8.制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料元件(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)基于所述元件(1)的幾何結(jié)構(gòu)的限定來(lái)設(shè)計(jì)所述元件(1)；b)基于所述表面的絕緣確定所述元件(1)的需要保護(hù)的各個(gè)邊緣或拐角；c)限定和設(shè)計(jì)模具O)，在所述模具O)中制造所述元件(1)，所述限定和設(shè)計(jì)考慮到用于限定在需要介電保護(hù)的所述各種邊緣和拐角中的空間(6)的距離，不導(dǎo)電絕緣樹(shù)脂層 (3)在適合所述元件(1)的制造工藝中被設(shè)置在這些空間(6)中；d)對(duì)所述元件(1)的各個(gè)邊緣或拐角進(jìn)行刮面，以使層(3)的過(guò)量樹(shù)脂變平至所需的厚度，從而在所述表面上確保所必需的介電強(qiáng)度。
全文摘要
對(duì)于由復(fù)合材料制成的元件(1)的保護(hù)，所述由復(fù)合材料制成的元件(1)在其復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)之處例如邊界、隆起、邊緣和拐角被保護(hù)，以免受到這些元件可能暴露到的放電的影響，所述元件(1)是通過(guò)如下方法獲得的對(duì)安置在模具(2)上的復(fù)合材料施加溫度和壓力循環(huán)，所述模具(2)被設(shè)計(jì)為使得一旦知道所述元件(1)的幾何結(jié)構(gòu)，所述模具(2)就包括打算用于積聚在所述元件(1)的制造工藝中的樹(shù)脂的空腔(6)，從而樹(shù)脂將形成用于元件(1)的邊界、隆起、邊緣或拐角的介電保護(hù)，所述樹(shù)脂積聚并形成保持在元件(1)的自由邊界周圍之處的層(3)，因此對(duì)這樣元件的邊界、隆起、邊緣或拐角賦予電絕緣的介電保護(hù)，所述介電保護(hù)在對(duì)所述元件(1)的放電的情況下防止可能的放電和熱粒子的噴出。本發(fā)明還涉及制造這種復(fù)合材料元件(1)的方法。
文檔編號(hào)B29C70/88GK102171102SQ200980138673
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者何塞·伊格納西奧·洛佩斯-雷納·托里霍斯, 費(fèi)爾南德斯 路易斯·曼努埃爾·德斯凱爾索 申請(qǐng)人:空客運(yùn)營(yíng)有限公司