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CN111448055A - 树脂阻隔件装置、垫圈和灌注预成型件的方法 - Google Patents

树脂阻隔件装置、垫圈和灌注预成型件的方法 Download PDF

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CN111448055A
CN111448055A CN201880079664.8A CN201880079664A CN111448055A CN 111448055 A CN111448055 A CN 111448055A CN 201880079664 A CN201880079664 A CN 201880079664A CN 111448055 A CN111448055 A CN 111448055A
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vacuum
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欧兰·沃尔什
乔纳森·托马斯·格雷哈姆
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Short Brothers PLC
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Short Brothers PLC
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Abstract

公开了一种用于连接在真空管线中以在复合材料制造期间用于树脂灌注的树脂阻隔件装置(1)。所述树脂阻隔件装置包括：外壳(3)，所述外壳具有用于连接到树脂源的进口端口(9)；和用于连接到真空源的出口端口(11)；以及在进口端口和出口端口之间延伸的流动路径(13)。透气膜(15)横跨所述流动路径(13)布置，以防止树脂流入到真空泵。另外公开了一种用于支撑所述膜(15)、适于防止树脂渗漏的垫圈(17)，以及一种用树脂来灌注预成型件的方法。

Description

树脂阻隔件装置、垫圈和灌注预成型件的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月4日提交的英国申请第1720138.5号的优先权，其整个公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及复合材料制造领域，特别是涉及用于树脂转移灌注复合材料制品的方法和设备。
背景技术
复合材料由增强组分和基体组分形成，它们相结合以为复合材料提供比单独的任何一种组分都有改善的性能。
增强组分通常是织物材料。例如，碳纤维织物通过合成聚合物织物材料的碳化而形成，并且可以以纺织物、无纺布的形式提供，或者可以由单向纤维构成。可以使用替代织物，诸如玻璃纤维或合成聚合物(例如，芳族聚酰胺)，或织物的组合物，来形成类似的复合材料。
将多层织物放在模具上，然后使用树脂灌注方法(诸如树脂转移模塑、真空辅助树脂转移模塑或树脂转移灌注)将干燥的“预成型件”用树脂浸渍，然后树脂固化以形成增强聚合物基体。例如，在树脂转移灌注(RTI)中，干燥的预成型件被密封在限定于柔性真空“箔”(有时称为真空袋)和模具表面之间的空腔中。然后，空腔被排空，液态树脂在所得压差的作用下流入到该体积中。
为了确保复合材料组分具有可接受的质量，必须在灌注过程之前和灌注过程期间从预成型件中移除所有的空气和挥发物。
因此，在整个灌注过程中保持所施加的真空，使得预成型件尽可能被均匀地灌注，并使得孔隙率缺陷最小化。
在树脂灌注期间，尤其是当在高温下或在高压釜内进行灌注时，必须防止树脂流出空腔并流入到昂贵的真空泵中。
例如，在Heim等人的US 2013/0069286中已经提出将半渗透膜放置在预成型件和真空膜之间的真空空腔内，该真空空腔安装有真空端口。特别是，对于复杂的或大型的组件而言，均匀地施加该膜会是有挑战性的，而褶皱或渗漏可能导致材料的“桥接”或其它的组分缺陷。虽然原则上可以在预成型件的较小区域上放置膜以减轻此类问题，但在实践中，将这些膜定位成使得树脂“前部”大致同时到达真空端口处以便灌注整个预成型件会是有挑战性的或是不可能的。
一种方法是在真空空腔和真空泵之间放置“收集槽”。由于大型组件需要多个真空端口，因此这种方案的构建会是耗时的，导致大量的树脂浪费和收集槽上游的真空管道。另外，在诸如高压釜的密闭室中，不可能控制树脂的出流且因此不可能控制组分的纤维体积分数(fraction)。
另一种方案是将树脂捕集器或阻隔件装置放置在每个单独的真空管线中，且更靠近真空端口。尽管这可以减少管道浪费，但存在与每个单独的树脂捕集器的构建和灌注后清洁相关联的额外成本和时间。
树脂捕集器本身也可能带来问题。由于它们通常是基于浮子阀(float valve)，因此如果定向不正确，则它们可能会发生故障。当与高压釜的高温和高压相结合时，基于浮子的树脂阻隔件装置也会易于在浮子树脂捕集器的周围发生泄漏，并且树脂阻隔件装置也可能导致不期望的流量限制。
仍然需要解决在树脂转移灌注期间遇到的一个或多个前述问题。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种用于在复合材料预成型件的树脂灌注中使用的树脂阻隔件装置，所述树脂阻隔件装置包括：
外壳，所述外壳具有用于连接到树脂源的进口端口；
出口端口，所述出口端口用于连接到真空源；
流动路径，所述流动路径在所述进口端口和出口端口之间延伸；
其中，所述流动路径的一部分具有比所述进口端口或所述出口端口的流动面积大的增大的流动面积；以及
透气膜，所述透气膜横跨所述流动路径的所述增大的流动面积的部分。
所述流动路径可以沿着轴线延伸穿过所述外壳，所述外壳围绕所述轴线对称布置。
所述树脂阻隔件装置在复合材料部件的树脂转移灌注制造中特别有用。可以将所述树脂阻隔件装置放置在从树脂源延伸的真空管线中，诸如放置在包含复合材料预成型件的真空空腔中，或放置在任何其它方便的位置。
所述透气膜使得气体能够被泵送通过所述真空管线，以便排空所述空腔并移除在所述预成型件的灌注期间捕集的空气或逸出的气体。从所述空腔流出并流入到所述树脂阻隔件装置的流动路径中的任何树脂都被所述膜阻挡。
所述膜横跨流动面积中的增大的流动面积的部分定位，因而横跨所述膜的流动面积就是增大的流动面积；以便减轻或消除由所述膜施加的任何流动限制。
与传统的管内树脂捕集器不同，所述树脂阻隔件装置的功能与其定向无关。这有利于将装置放置在所需位置，诸如靠近真空空腔的真空端口，这可以减少管道的浪费。所述树脂阻隔件装置不包含移动部件，因此提高了可靠性。
对于真空源，我们指的是指一种通过其施加减低压力的布置，例如通过真空泵或通过保持在减低压力下的腔室。
对于树脂源，我们指的是从中可以流出树脂(例如，在复合材料制造中使用的环氧树脂)的体积或导管；以及其它流体，诸如空气、溶剂蒸汽等。
所述外壳可以包括可分离的第一部分和第二部分，以提供对所述膜的接触。通常，可以通过将所述外壳的所述第一部分和第二部分分开来更换所述膜。
所述可分离的外壳部分中的每一个都可以包括所述端口。例如，所述第一部分可以包括进口端口，并且所述第二部分可以包括出口端口。
所述第一部分和第二部分可以用任何合适措施固定在一起，例如，它们可以被旋拧在一起，或被栓接在一起。
在一些实施例中，所述第一部分和第二部分中的每一个都包括凸缘，它们通过所述凸缘被彼此固定。
方便地，可以使用常规接头，诸如卡箍接头(tri-clover fitting)。
因而，所述凸缘可以具有背向周边边缘彼此分开渐缩的周边表面。所述树脂阻隔件装置可以包括在使用时围绕所述外壳布置的轴环，所述轴环包括内凹部，所述内凹部的尺寸被设置用以部分地接收所述周边表面。所述轴环可以围绕所述外壳(通过蝶形螺母等)收紧，以便将所述渐缩表面推压到所述凹部中，由此，在所述第一部分和第二部分之间施加夹紧力。
虽然外壳可以具有任何合适的形状或构造，但是所述流动路径方便地沿着轴线延伸穿过外壳。所述外壳可以围绕所述轴线对称地布置。所述外壳可以例如是多边形的(例如正方形)，或者替代地是成圆形对称的。
所述树脂阻隔件装置可以包括在所述外壳的所述第一部分和第二部分之间的密封布置。所述密封布置可以包括一个或多个密封件，例如由回弹性材料或弹性材料(例如，VitonTM、TeflonTM、硅树脂材料，或诸如乙丙橡胶或聚氨酯的聚合物材料)形成。
增大的流动面积的部分的至少一部分可以延伸穿过所述密封布置。所述密封布置可以在所述膜的一侧或两侧上沿着所述流动路径的增大的流动面积的部分的至少一部分限定所述流动路径的周边。所述第一外壳部分和第二外壳部分可以例如通过所述密封布置间隔开，并且所述增大的流动面积的部分中的至少一部分可以延伸穿过所述密封布置。
在一些实施例中，所述流动路径的所述增大的流动面积的部分的全部或基本上全部周边由所述密封布置限定。
在使用时，所述密封布置可以在所述第一外壳部分和第二外壳部分之间被压缩。这种压缩可以例如有助于所述密封布置与所述外壳部分中的每一个之间的以及围绕所述膜的周边的密封。
在一些实施例中，所述膜可以被接收在所述密封布置中，或部分地由所述密封布置支撑。
所述密封布置可以包括一个或多个O形圈和/或一个或多个垫圈。
所述密封布置可以包括垫圈，所述垫圈包括：
外凸缘部分，所述外凸缘部分围绕所述垫圈的周边延伸；以及
第一内凸缘部分和第二内凸缘部分，所述第一内凸缘部分和第二内凸缘部分围绕所述垫圈的周边从所述外凸缘部分向内延伸；以及
周边狭槽，所述周边狭槽位于所述第一内凸缘部分和第二内凸缘部分之间，以接收膜。
在使用时，所述膜可以被接收在所述狭槽中，并且围绕其周边被支撑。
另一方面，本发明扩展到一种用于在树脂阻隔件装置中支撑透气膜的垫圈，所述垫圈包括：
外凸缘部分，所述外凸缘部分围绕所述垫圈的周边延伸；以及
第一内凸缘部分和第二内凸缘部分，所述第一内凸缘部分和第二内凸缘部分围绕所述垫圈的周边从所述外凸缘部分向内延伸；以及
周边狭槽，所述周边狭槽位于所述第一内凸缘部分和第二内凸缘部分之间以接收膜。
所述垫圈可以包括膜，所述膜被接收在所述狭槽中并且在所述狭槽中围绕其周边被支撑。
所述垫圈既围绕所述周边支撑所述膜，又在所述树脂阻隔件装置外壳的所述第一部分和第二部分之间密封。另外，在使用时，防止树脂围绕所述膜的周边向外泄漏。
所述凸缘部分的内面还提供唇部，以帮助将流动介质或通气材料抵靠所述膜定位。
所述垫圈还可以包括围绕所述外凸缘部分的一个或两个面的周边凸棱。在一些实施例中，所述外壳的第一部分和/或第二部分包括对应于所述凸棱/每个凸棱的通道。因而，在使用时，凸棱被接收在所述通道中，并且在密封件和外壳之间提供螺旋形交界面以帮助密封。
所述垫圈的每个面都可以包括单个凸棱或多于一个凸棱。
替代地或者除密封布置之外，还可以使用密封剂(例如，硅树脂密封剂或胶黏密封剂)或真空油脂。
术语“膜”是指用作选择性阻隔件的片材或织物。本文所公开的透气膜能够透过气体(空气、溶剂蒸汽等)，但是对于冷凝相(包括树脂)是不可渗透的，或极大阻碍其通过。
所述膜可以是多孔材料或织物。
所述膜可以是半透性膜。
所述膜可以具有一层或多层相同类型的材料，或者一层或多层一种或多种不同类型的材料。例如，所述膜可以是膨胀的聚合物膜，诸如膨胀的聚四氟乙烯。所述膜可以是网状材料的纺织物或无防布，诸如丝绸材料。本领域技术人员应明白，所选膜的孔径或渗透性将取决于在特定应用中使用的树脂的粘度。例如，对于某些“高压釜外”树脂而言，具有大的空气流速能力的简单ePTFE膜是可接受的，而对于高温、非常低粘度的树脂(诸如可用于高压釜的树脂)，则可能需要更高级/低空气流速膜(例如，基于聚合物泡沫材料)。
跨膜的流动路径中的增大的流动面积的部分的流动面积可以以所述流动路径中的任何其余部分的流动面积的至少3倍大，或至少5倍大，至少10倍大或至少20倍大。例如，所述增大的流动面积可以是所述进口端口和出口端口和/或相邻的真空导管的流动面积的至少3倍大、5倍大、10倍大或20倍大，以便减少或消除在其它情况下可能由所述膜造成的任何流动限制。在一些实施例中，所述增大的流动面积可以是所述流动路径中的任何其余部分的约30-100倍大，或约40-90倍大，或约50-80倍大或约60-70倍大。
所述跨膜的流动面积可以根据特定应用来选择，但是可以方便地在约5-50cm2或5-40cm2或10-30cm2的范围内。在一些实施例中，所述跨膜的流动面积是约20cm2。
所述流动路径中的一段长度可以在所述膜的紧接上游和/或下游(最通常为上游和下游两者)具有增大的流动面积。所述一段长度可以是大约1cm、0.5cm或1-2mm。也就是说，所述外壳可以在所述膜的一侧或两侧上限定跨所述流动面积的体积。所述一段长度的至少一部分或全部可以由所述密封布置限定。
在一些实施例中，所述树脂阻隔件装置可以包括在所述膜的一侧或两侧上在所述外壳和所述膜之间的流动介质或通气材料。所述流动介质或通气材料可以在所述膜的下游。所述流动介质或通气材料可以在所述膜的上游。在一些实施例中，所述树脂阻隔件装置可以包括在所述膜下游的通气材料和在所述膜上游的流动介质。
流动介质和通气材料提供高渗透性层，以分别帮助树脂和空气的流动。应明白，给定类型的材料可以既能够用作流动介质，也能够用作通气材料。
所述树脂阻隔件装置可以包括任何合适的流动介质和/或通气材料，例如开孔网状材料，诸如粗糙织物材料，例如聚酯织物。在所述膜的上游的流动介质可以帮助均匀地分配树脂，并延长所述膜的使用寿命。在所述膜下游的通气材料可以为所述膜提供额外的结构支撑，如下所述。
所述流动介质/通气材料可以与所述膜分离，或者可以与所述膜集成。例如，所述树脂阻隔件装置可以包括膜层压体，包括粘附有流动介质和/或通气材料的膜。
所述膜可以在其表面面积的至少一部分上被支撑。
例如，所述膜可以在所述外壳的所述第一部分和第二部分之间围绕其一些或全部的周边被支撑，可选地采用垫圈或密封件来支撑，如本文所述的。
在使用时，可以跨所述流动路径在所述膜的至少一部分上来支撑所述膜。特别是，在下游侧(即，最靠近出口端口的一侧)上，这可以帮助抵抗所述膜在使用时的变形或破裂。
所述膜可以由所述外壳直接或间接地支撑。
所述流动介质或通气材料可以在所述膜和外壳之间横跨增大的流动面积的至少一部分延伸。因而，通气材料(或流动介质)可以在使用时接触所述膜和所述外壳两者，由此为所述膜提供支撑。
所述外壳的所述第一部分和/或第二部分可以包括压印的或雕刻的流动图案。在使用时，所述流动图案可以抵靠于所述膜的至少下游面(并且在一些实施例中，仅抵靠于下游面上)。所述膜可以以这种方式由外壳直接支撑，并且所述流动路径被限定在所述膜和流动图案之间。在一些实施例中，流动图案可以消除对所述膜的下游(和/或在一些实施例中，上游)的通气材料/流动介质的需要。
所述流动图案和所述膜可以限定多个通道，所述多个通道横跨膜表面或围绕膜表面延伸并与出口端口和/或进口端口连通。例如，所述通道可以围绕出口端口以“蜘蛛网”图案布置。
所述流动图案可以包括脊或突起(例如，尖头物)的阵列，以向所述膜提供支撑线或支撑点。
所述流动图案可以被铸造或模制，或者可以从相应的外壳部分蚀刻或机加工。
所述进口端口和出口端口可以是用于连接至导管的任何合适的构造。所述进口端口和出口端口可以适于连接到柔性导管(诸如在高压釜外方法中使用的导管或软管)，或者可以适于连接刚性导管，诸如铜管等(如在高压釜复合材料制造中所使用的那样)。
例如，所述端口可以包括倒钩接头或螺纹接头。
所述端口可以包括支撑管、夹头和可螺纹接合或可滑动的轴环，用于在所述夹头和支撑管之间压缩导管的端部。替代地，所述端口可以适于使用可压缩(例如，黄铜)橄榄状件(olive)和轴环来连接导管。
进口端口或出口端口可以包括快速释放接头，诸如包括如上所述的滑动轴环的并且是本领域已知的接头。
进口端口或出口端口可以包括卡箍接头。
导管可以连接到所述进口端口和/或出口端口。导管可以在所述出口端口和真空源之间延伸。导管可以在所述进口端口和树脂源之间延伸，诸如在复合材料制造期间形成的真空空腔。
所述空腔可以被限定在真空箔和模具之间，或者可以被限定在两个模具表面之间。形成所述空腔的一个或多个模具可以处于高压釜内，或者可以在高压釜复合材料制造方法中使用。
所述外壳可以由任何合适的材料形成。例如，所述外壳可以由塑料材料或金属材料形成。所述外壳可以铸造或机加工。所述外壳可以注塑成型或3D打印。
所述外壳的第一部分在使用时可以特别适于在所述膜的上游。所述外壳的第一部分和/或第二部分可以包括渐缩孔(朝向所述膜或背对所述膜流动面积增大)，以允许易于移除固化的树脂。
所述外壳可以包括独特的特征(诸如外部标记)以帮助上游识别/下游识别。
所述膜还可以在一侧或两侧上设有标记，以帮助上游识别/下游识别。
另一方面，本发明延伸到一种用树脂来灌注复合材料预成型件的方法，包括：
使用真空源，向包括预成型件的真空空腔施加减低压力；和
在施加减低压力的同时：
使树脂从树脂源流入到所述真空空腔中；
使树脂从所述真空空腔中流出，并沿流动路径流向真空源；
使树脂流到真空空腔和真空源之间的流动路径中的具有增大的流动面积的一部分中；并且
使用横跨流动路径的所述增大的流动面积的部分布置的透气膜，阻止树脂沿所述流动路径流动。
所述方法可以包括：使树脂通过一个或多个进口流入到真空空腔中。
所述方法可以包括：使树脂通过出口流出真空空腔，流到真空导管，或者更通常地，流到两个或更多个或者多个出口和真空导管。多个真空导管可以与公共的真空源连通。
所述多个真空导管中的每一个可以与透气膜相关联。例如，包括透气膜的树脂阻隔件装置可以与每个所述真空导管成直线(in line with)地连接。
所述方法可以包括：使树脂沿着一根真空导管或多根真空导管从所述真空空腔流出；并且使用如本文公开的树脂阻隔件装置，阻止树脂沿着所述真空导管或各个真空导管流动。
所述方法可以包括阻止树脂沿着流动路径靠近真空空腔流动。例如，可以将所述透气膜横跨流动路径布置在真空导管的靠近真空空腔或与真空空腔相邻的位置处。例如，为了减少导管浪费，可以将树脂阻隔件装置安装成距真空空腔大约2至50cm，或2至25cm或大约3至15cm或大约5或10cm。应理解，真空空腔的几何形状可以决定如此定位的所述树脂阻隔件装置的定向，并且可以导致一个或多个树脂阻隔件装置被倒置或斜置(on oneside)。
例如，在一些实施例中，一个或多个真空端口可以从真空空腔延伸(例如，可以分布在整个真空箔上，或者分布在整个模具表面上)，并且本文公开的树脂阻隔件装置可以与紧邻每个真空端口的每个相应真空导管成直线地连接。
所述方法可以包括使用高温和高压使树脂从树脂源流入到真空空腔中。例如，温度可以高于或是约100℃、150℃、170℃或190℃，并且/或者施加到树脂的压差可以高于或是约5巴、6巴或7巴。
所述方法可以在高压釜中进行，该高压釜可以被加压和/或加热。预成型件可以是碳纤维预成型件。
预型件可以替代地或附加地包括其它的织物，诸如玻璃纤维、芳族聚酰胺、KevlarTM、尼龙等。一种或多种其它材料可以在预成型件的一层或多层中所使用的单一织物中被交织或混合在一起。
本发明每个方面的进一步的优选和可选特征都对应于本发明的每个其它方面的优选和可选特征。
附图说明
现在将参考下面的附图描述示例实施例，其中：
图1示出了树脂阻隔件装置的透视横截面图。
图2示出了图1的树脂阻隔件装置，其中卡箍夹具将多个主体部分固位在一起。
图3(a)示出了用在树脂阻隔件装置中的垫圈的透视图，图3(b)示出了穿过平面B的垫圈的膨胀横截面图。
图4(a)示出了树脂阻隔件装置的可替代实施例的透视图，图4(b)示出了树脂阻隔件装置的横截面图。
图5(a)和图5(b)是使用树脂阻隔件装置的树脂转移灌注过程的步骤的示意图。图5(c)是树脂阻隔件装置的特写图。
图6示出了在树脂转移灌注过程期间用在树脂阻隔件装置中的膜的(a)上游面和(b)下游面的照片。
图7示出了在树脂转移灌注过程期间用在树脂阻隔件装置中的膜的(a)下游面和(b)上游面的照片。
图8示出了树脂阻隔件装置的替代主体部分的端视图。
图9(a)和图9(b)示出了树脂阻隔件装置的外壳主体部分的示意性横截面侧视图。
具体实施方式
图1示出了树脂阻隔件装置1的横截面图。树脂阻隔件装置具有外壳3，该外壳3具有可分离的第一部分5和第二部分7。外壳具有进口端口9和出口端口11。在使用时，这些端口分别被连接到树脂源和真空源。
流动路径13在进口端口9和出口端口11之间延伸穿过外壳。透气膜15在外壳3内横跨流动路径布置。
外壳3的第一部分5和第二部分7通过垫圈17形式的密封布置密封在一起，这将在下面进一步详细描述。
与进口端口或出口端口相比，流动路径13的一部分具有增大的流动面积14。膜15横跨流动路径13的所述增大的流动面积的部分14。在所示实施例中，穿过膜的流动面积是在进口端口9处的流动面积的约70倍。在所示实施例中，进口的流动面积可以是例如约28mm2，而在膜处是约2000mm2。外壳的相应第一部分5和第二部分7的相对的面21、23被间隔开(在所示的实施例中，被垫圈17间隔开)，使得流动路径在膜15的任一侧上具有约1-2mm的增大的流动面积。
外壳3内在膜15下游(即在膜与外壳的第二部分7之间的流动路径13中)的体积也包括以通气材料制成的垫19(尼龙网)。通气材料对膜提供一定程度的结构支撑，此外还防止因膜与外壳之间的直接接触而减小膜的有效流动面积。
在替代实施例中，树脂阻隔件装置还可以包括在膜的上游的流动介质，以在使用时促进流入到树脂阻隔件装置中的任何树脂的均匀分布。
外壳的第一部分和第二部分通过常规的卡箍接头固定在一起，如图2中所示。铰接的夹具25围绕外壳3，并且外壳部分的渐缩表面27、29的外部部分配合在绕轴环的内周边延伸的狭槽(图中不可见)内。蝶形螺母31用于将轴环25绕外壳固定，使得当轴环骑跨在外壳的相反的渐缩表面27、29上时，轴环绕外壳的径向压缩被转换成沿轴线A在外壳部分之间的压缩。
为了更换膜15，可以移除轴环，以便触及垫圈17。
图3(a)示出了垫圈17的透视图。在图3(b)中示出了垫圈的区域B的示意性横截面图。垫圈具有外凸缘部分40和从其向内延伸的第一内凸缘部分42和第二内凸缘部分44。在第一内凸缘部分42和第二内凸缘部分44之间是周边狭槽46。
在使用时，膜15被支撑在狭槽46内。应明白，图3(b)示出了当处于未压缩构造时的垫圈17的构造，其中第一内凸缘部分42和第二内凸缘部分44之间的任何间隔都被大幅夸张，以能够清楚观察到垫圈的特征。
图3(b)中还示出了由通气材料制成的盘17相对于膜15的下游内凸缘部分的内面15a的位置。内凸缘部分44的内面52和膜的暴露的下游面15b限定了用于通气材料的浅凹部，其抵接面52，由此在垫圈和膜在外壳中组装在一起时被防止向一侧滑动并暴露膜。
在使用时，当在外壳的可分离部分之间施加压力时，内凸缘部分42、44被压靠于膜15，使得膜在狭槽46内围绕其周边被密封。这防止树脂从膜15的边缘48向外泄漏。
垫圈17在其两个面上还具有围绕外凸缘部分40的周边延伸的凸起的凸棱50。所述凸棱位于在外壳3的第一部分5和第二部分7的相对的表面21、23中的对应的通道33中(参见图1)。因此，垫圈与外壳的第一部分和第二部分的表面21、23之间的交界面在某种程度上是曲折的，以提高密封的完整性。
替代地，一个或多个常规垫圈和/或O形圈可以用作密封布置。
图4(a)示出了树脂阻隔件装置100的替代实施例的透视图。在图4(b)中示出了树脂阻隔件装置100的示意性横截面图。与树脂阻隔件装置1共同的特征设有相同的附图标记，但增加100。
与树脂阻隔件装置1的圆形对称主体3不同，树脂阻隔件装置100具有围绕轴线A对称布置的多边形(正方形)主体103。主体103的第一部分105由一系列螺栓125和螺母126附接到主体103的第二部分107，所述螺栓125和螺母126围绕主体103的周边延伸穿过主体103。透气膜115在主体内布置在流动路径113中，该流动路径在进口端口109和出口端口111之间延伸。
在第一部分和第二部分之间的密封布置包括在膜115和第一主体部分105之间的垫圈117a，以及在膜和第二主体部分107之间的另一垫圈117b。可选地，硅树脂密封剂也可应用。
在主体103的可分离的部分之间的体积116中(即，沿着流动路径的所述增大的流动面积的长度)，在膜115的上游侧上是流动介质204，而在下游侧上，设有由通气材料制成的垫119。
图5(a)是在树脂转移灌注方法中使用的设备的示意图。
将干燥的碳纤维预成型件200放置在工具202的模具表面201上。预成型件上覆盖有由流动介质204、多孔脱模织物206(也称为“剥离层”)和真空箔(通常由硅树脂材料形成)或(在所示实施例中)模具工具208组成的多个层。然后使用胶黏密封带210和可选的O形圈将这些层抵靠工具202的模具表面201密封，以便在工具和模具工具208之间限定真空空腔212。至少一个出口端口214延伸穿过工具，并且真空导管216连接到真空源，通常为真空泵(未示出)。
本文所公开的树脂阻隔件装置1靠近出口214与真空导管成直线地连接。树脂阻隔件装置1和真空管线的特写图在图5(c)中示出，其中在进口端口和出口端口处有卡箍接头。树脂阻隔件装置1定位成尽可能靠近工具202(约5到10cm——以允许足够长的真空导管216与树脂阻隔件装置的出口端口214和进口端口9两者形成气密连接)。可以这样做的原因是因为树脂阻隔件装置可以在任何定向上起作用，包括如图所示的进口端口在出口端口上方的情况。
进口导管218从树脂源(通常是包含树脂贮存器(未示出)的容器)延伸到真空空腔中的进口喷嘴220。进口喷嘴与流动介质204连通。
为了清楚起见，省略了本领域中已知的各种密封剂和脱模层。还应理解，虽然示出了来自真空空腔的单个出口，但实际上可以存在多个出口。
在进口导管218中的进口阀222关闭的情况下，使用真空泵来降低真空空腔中的压力，实际上由于真空空腔与其周围环境(通常处于大气压力下)之间的所产生的压差引起真空空腔的内容物被压缩。树脂阻隔件装置1中的透气膜允许以这种方式将空气从真空空腔中泵出。
在仍然向真空导管216施加真空情况下，阀222被打开，来自树脂源的树脂在压力差的作用下流过导管218和进口喷嘴220。树脂通过相对较高渗透率的流动介质204进行灌注，并被抽吸到预成型件200中且朝向出口214抽吸。在此过程期间，残留空气和从树脂蒸发的溶剂被从真空空腔中泵出，并穿过树脂阻隔件装置的透气膜15。
可选地，树脂转移灌注是在高压釜中进行，并且当预成型件已被灌注时(且同时仍然施加真空时)，高压釜内的压力增大。这通常使得进一步的过量树脂流出真空空腔。
如图5(b)中所示，当灌注完成时，真空空腔212被树脂填充，并且过量的树脂流过出口214，沿着真空导管216流动。树脂沿着树脂阻隔件装置1中的流动路径流动，但是被膜阻挡，这不同于气态组分。由此阻止树脂向树脂阻隔件装置的下游流动，并防止损坏真空泵。
示例
图6示出了一系列测试膜的(a)上游面和(b)下游面。
这些膜大体如上文参考图5所述地用于树脂灌注过程。从真空空腔穿过树脂阻隔件装置的初始泵送速率在大约每分钟约2-4升之间。
Cycom 890环氧树脂(Cycom是氰特工业公司(Cytec Industries Inc.)的商标)在高温下被灌注到测试预成型件中，此时，树脂的粘度相对较低(约200-250cps)。
使用外壳部分之间的密封布置进行测试，所述密封布置由手动切割的硅树脂垫圈(具有邵氏A硬度50-60)形成，绕手动切割的气体多孔膜的周边定位，其中近似暴露出的膜表面直径为约7.5cm(3inch)、6.3cm(2.5inch)和5cm(2inch)。
所使用的膜材料为层压构造，其包括两层微孔聚合物泡沫和聚酯纺织品外面，可从德国弗赖拉辛的
Figure BDA0002532443220000181
股份有限公司获得。该膜在20cm2上具有2-4lpm的气流渗透性(使用标准方法EN ISO9237确定)，最高运行温度为190℃，并且对粘度低至10cps的树脂具有树脂阻隔件的作用。
在每个膜的下游面上，设置由粗糙编织通气材料制成的手工切割盘。
在灌注和固化后，移除所述密封布置。如图所示，树脂已被收集在膜的上游面上，几乎没有或没有树脂渗透穿过膜。在通气材料的下游面上未见树脂。
图7(a)和图7(b)示出了使用如上文关于图1和图3所述而构造的垫圈17的类似结果。
图8示出了树脂阻隔件装置外壳的第二部分209的替代实施例。该图示出了表面223，表面223在使用中面向树脂阻隔件装置的第一部分，并且抵靠垫圈17密封。
表面223包括在使用时接收凸棱50的周边通道233。另外，该表面刻有流动图案252(在本示例中，是背向出口端口211辐射的蜘蛛网图案)。
部分209适于树脂阻隔件装置，以在膜和表面223之间没有通气材料的情况下使用。在使用时，当膜接触表面223时(当初次抽空期间横跨膜的压差增大，和/或在灌注期间树脂在上游面上积聚时)，膜表面和流动图案252一起限定横跨膜表面的通道，该通道在进口端口和出口端口之间提供流体连通。在使用时，在流动图案的雕刻通道256之间的非雕刻区域254对膜提供支撑。
图9示出了阻隔件装置300的(a)第一外壳部分305和(b)第二外壳部分307的另一实施例的横截面图。与阻隔件装置1共同的特征设有相同的附图标记，但增加300。
第一外壳部分适于在使用时放置在膜的下游，并且包括出口端口311。为了帮助识别，第一外壳部分设有标记360，其呈围绕外壳的凹槽的形式。
第二外壳部分具有进口端口309。
如上文关于装置1所述的，在使用时，第一外壳部分305和第二外壳部分307限定了流动路径313，该流动路径在进口端口309与出口端口311之间延伸穿过外壳。如本文所公开的，透气膜横跨所述流动路径布置。
在所示实施例中，第一外壳部分305和第二外壳部分307以及进口端口309和出口端口311两者均设有卡箍接头。
在使用时，如上所述，外壳部分的面向膜的表面321、323被垫圈隔开，使得流动路径在膜处具有增大的流动面积。
每个外壳部分都具有渐缩孔362、364。这些孔在靠近面向膜的表面321、323附近较窄，使得面向膜的表面在使用时为膜提供最大的支撑。渐缩有助于在使用后从外壳部分(在进口端口/出口端口的方向上)移除由固化的或部分固化的树脂形成的“塞子”。
尽管本文已经描述了示例性实施例，但是这些示例性实施例不应被解释为限制在本文中所公开的和所附权利要求书中所述的本发明范围内的可能修改和变化。

Claims (24)

1.一种用于在复合材料预成型件的树脂灌注中使用的树脂阻隔件装置，所述树脂阻隔件装置包括：
外壳，所述外壳具有用于连接到树脂源的进口端口；
出口端口，所述出口端口用于连接到真空源；
流动路径，所述流动路径在所述进口端口和所述出口端口之间延伸；
其中，所述流动路径的一部分具有比所述进口端口或所述出口端口的流动面积大的增大的流动面积；以及
透气膜，所述透气膜横跨所述流动路径的所述增大的流动面积的部分。
2.根据权利要求1所述的树脂阻隔件装置，其中，所述流动路径沿着轴线延伸穿过所述外壳，并且其中，所述外壳围绕所述轴线对称地布置。
3.根据权利要求1或2所述的树脂阻隔件装置，其中，所述外壳包括能分离的第一部分和第二部分，以提供对所述膜的接触。
4.根据权利要求3所述的树脂阻隔件装置，其中，所述第一部分包括所述进口端口，并且所述第二部分包括所述出口端口。
5.根据权利要求3或4所述的树脂阻隔件装置，其中，所述第一部分和所述第二部分中的每一个都包括凸缘，所述第一部分和所述第二部分通过所述凸缘被彼此固定。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的树脂阻隔件装置，其中，所述第一部分和所述第二部分使用卡箍接头或通过一个或更多螺栓固定在一起。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的树脂阻隔件装置，其中，所述树脂阻隔件装置包括在所述外壳的所述第一部分和所述第二部分之间的密封布置。
8.根据权利要求7所述的树脂阻隔件装置，其中，所述流动路径的所述增大的流动面积的部分中的至少一部分延伸穿过所述密封布置。
9.根据权利要求7或8所述的树脂阻隔件装置，其中，所述密封布置包括一个或多个O形圈和/或一个或多个垫圈。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的树脂阻隔件装置，其中，所述膜被接收在所述密封布置中，或者部分地由所述密封布置支撑。
11.根据权利要求10所述的树脂阻隔件装置，其中，所述密封布置包括垫圈，所述垫圈包括：
外凸缘部分，所述外凸缘部分围绕所述垫圈的周边延伸；以及
第一内凸缘部分和第二内凸缘部分，所述第一内凸缘部分和所述第二内凸缘部分围绕所述垫圈的周边从所述外凸缘部分向内延伸；以及
周边狭槽，所述周边狭槽位于所述第一内凸缘部分和所述第二内凸缘部分之间；
其中，所述膜被接收在所述狭槽中，并且所述膜在所述狭槽中围绕所述膜的周边被支撑。
12.根据权利要求11所述的树脂阻隔件装置，其中，所述垫圈还包括围绕所述外凸缘部分的一个或两个面的周边凸棱，并且所述外壳的所述第一部分和/或所述第二部分包括对应于所述凸棱/每个凸棱的通道。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的树脂阻隔件装置，包括流动介质或通气材料，所述流动介质或通气材料在所述膜的一侧或两侧上位于所述流动路径的所述增大的流动面积的部分中。
14.根据上述权利要求中的任一项所述的树脂阻隔件装置，其中，所述膜在使用时至少在下游侧上横跨所述增大的流动面积的至少一部分被支撑。
15.根据权利要求14所述的树脂阻隔件装置，其中，所述膜直接或间接地由所述外壳支撑。
16.根据权利要求14所述的或根据权利要求15在从属于权利要求14时所述的树脂阻隔件装置，其中，所述流动介质或通气材料在所述膜和所述外壳之间横跨所述增大的流动面积的至少一部分延伸。
17.根据权利要求3至12中的任一项所述的或根据权利要求13至15中的任一项在从属于权利要求3时所述的树脂阻隔件装置，其中，所述外壳的所述第一部分和/或所述第二部分能够包括压印的或雕刻的流动图案，所述流动图案抵靠所述膜的上游面和/或下游面。
18.根据权利要求17所述的树脂阻隔件装置，其中，所述流动图案和所述膜限定多个通道，所述多个通道横跨所述膜表面或围绕所述膜表面延伸，并且与所述出口端口和/或所述进口端口连通，可选地，所述多个通道围绕所述出口端口以“蜘蛛网”图案布置。
19.根据上述权利要求中的任一项所述的树脂阻隔件装置，其中，导管在所述出口端口和真空源之间延伸，并且其中，导管在所述进口端口和树脂源之间延伸。
20.一种用于在树脂阻隔件装置中支撑透气膜的垫圈，所述垫圈包括：
外凸缘部分，所述外凸缘部分围绕所述垫圈的周边延伸；以及
第一内凸缘部分和第二内凸缘部分，所述第一内凸缘部分和所述第二内凸缘部分围绕所述垫圈的周边从所述外凸缘部分向内延伸；以及
周边狭槽，所述周边狭槽位于所述第一内凸缘部分和所述第二内凸缘部分之间，用以接收膜。
21.根据权利要求20所述的垫圈，还包括围绕所述外凸缘部分的一个面或两个面的周边凸棱。
22.一种用树脂来灌注复合材料预成型件的方法，包括：
使用真空源，向包括所述预成型件的真空空腔施加减低压力；以及
在施加所述减低压力的同时：
使树脂从树脂源流入到所述真空空腔中；
使树脂从所述真空空腔流出，并沿着流动路径流向所述真空源；
使所述树脂流到在所述真空空腔和所述真空源之间的流动路径中的具有增大的流动面积的一部分中；并且
使用横跨所述流动路径的所述增大的流动面积的部分布置的透气膜，阻止树脂沿所述流动路径流动。
23.根据权利要求22所述的方法，包括：通过一根真空导管或多根真空导管流出所述真空空腔。
24.根据权利要求23所述的方法，包括：使树脂沿一根真空导管或多根真空导管流出所述真空空腔；并且使用根据权利要求1至21中的任一项所述的树脂阻隔件装置，阻止树脂沿所述真空导管或每个真空导管流动。
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