CN103128981B - 稳定的干预型件和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于形成预型件的方法，其包括提供含有结构纤维和树脂的增粘纤维材料层。所述层可通过具有模具横截面形状的成型模具组。热塑性树脂可被加热。所述层可形成模具横截面形状。热塑性树脂可被允许以这样的方式固化，以便形成具有模具横截面形状的预型件。

Description

稳定的干预型件和方法

技术领域

本发明一般涉及复合材料，尤其是涉及用于形成预型件的系统和方法，其中预型件可被用于制造复合材料制品。

背景技术

当形成复合材料制品时，需要在特定部位并且以特定的纤维取向在工具上放置多个复合材料层片。在这方面，通常需要将层片放置成使得每个层片内的纤维相对于堆垛内余下的层片并且相对于工具以特定的角度取向。当形成具有相对简单的几何外形（例如平面几何外形）的复合材料制品时，在没有过度困难的情况下，即可实现以所需纤维取向在工具上放置每个层片。

然而，当在具有复杂三维几何外形的工具上铺设复合材料层片时，由于在铺设每个层片时沿着工具三维几何外形将纤维维持在所需角度的困难性，所以复合材料层片的放置将是具有挑战性且是劳动密集型的过程。此外，在将基体材料注入铺层堆垛的过程期间且在施加热和压力时纤维必须被维持在所需的取向，这将增加了形成复合材料制品的复杂性。在这方面，可采用工具辅助以助于在工具上对准和放置复合材料层片。不幸地，这样的工具辅助增加了与形成复合材料制品相关的时间、成本以及复杂性。

能够看出，本领域需要这样的系统和方法，即用于将复合材料层放置在工具上，以便在无需工具辅助的情况下，可以将复合材料层放置在工具上所需的位置和部位。进一步在这方面，本领域需要这样的用于将复合材料层放置在工具上的系统和方法，其可以减少用于放置复合材料层以便每个层片中的纤维被维持在所需取向所需的触摸劳动量。

发明内容

通过本公开解决并且缓解了关于形成复合材料制品的上述需要，其中在实施例中，本公开提供形成预型件的方法，该方法可包括提供含有结构纤维和树脂的增粘的纤维材料层。本方法可还包括使所述层通过具有模具横截面形状的成型模具组。本方法可包括加热树脂。本方法可额外地包括使所述层形成模具横截面形状，并且允许树脂以形成具有模具横截面形状的预型件的方式固化。

在其他实施例中，公开了形成复合材料制品的方法，其包括提供至少一层纤维材料，其含有结构纤维以及体积高达大约百分之10的树脂，例如树脂体积占大约百分之1至10之间。本方法可还包括使所述层通过具有模具横截面形状的成型模具组，并且使用加热装置加热树脂。本方法可额外地包括使所述层形成模具横截面形状，并且允许树脂以形成具有模具横截面形状的预型件的方式固化。本方法可还包括定位带有额外的纤维材料的预型件、将基体材料注入预型件和额外的纤维材料以及固化基体材料从而形成复合材料制品。

同样公开了用于形成预型件的系统，其可包括具有模具横截面形状的成型模具组。成型模具组可经配置接收包括树脂的增粘的纤维材料层。本系统可包括：拔取机构，其经配置拉拔所述层经过成型模具组；以及加热装置，其经配置以使得当树脂固化时所述层形成保持模具横截面形状的预型件的方式来加热树脂。

总之，根据本发明的一个方面，提供了形成预型件的方法，其包括步骤：提供含有结构纤维和树脂的增粘纤维材料层；使所述层通过具有模具横截面形状的成型模具组；加热树脂；使所述层形成模具横截面形状；以及允许树脂以形成具有模具横截面形状的预型件的方式固化。

优选地，在所述方法中树脂为热塑性树脂，允许树脂固化的步骤包括：允许热塑性树脂冷却，以便热塑性树脂固化。

优选地，在所述方法中增粘纤维材料层含有体积占大约百分之1至10的树脂。

优选地，在所述方法中增粘纤维材料层含有体积占大约百分之2至4的树脂。

优选地，在所述方法中成型模具组包括静止模具组，使所述层通过成型模具组的步骤包括使用拔取机构连续地拉拔所述层通过静止模具组。

优选地，在所述方法中成型模具组包括可移动模具组，使所述层通过成型模具组的步骤包括通过在可移动模具组之间连续地夹紧所述层的截面，使所述层相继形成模具横截面形状。

优选所述方法，其中加热树脂的步骤包括下列中的至少一个：

传导加热；

辐射加热；以及

感应加热。

优选地，在所述方法中加热所述层的步骤包括下列中的至少一个：

加热纤维材料层构成的材料卷；

响应从那里通过的所述层而加热成型模具组和所述层。

优选地，在所述方法中提供增粘纤维材料层的步骤包括提供来自冷藏材料卷的纤维材料层；以及加热纤维材料层，从而给所述层增粘。

优选地，所述方法还包括下列步骤：定位带有额外纤维材料的预型件；将基体材料注入预型件和额外的纤维材料；以及固化基体材料，从而形成复合材料制品。

优选地，在所述方法中复合材料制品具有范围在大约百分之30至70的纤维体积分数。

优选地，在所述方法中模具横截面形状随成型模具组的长度而变化。

优选地，在所述方法中模具横截面形状从成型模具组的入口到出口渐缩。

优选地，所述方法还包括下列步骤：将基体材料注入预型件；以及固化基体材料，从而形成复合材料制品。

优选地，在所述方法中复合材料制品包括飞机和宇宙飞船中的至少一个的部件。

优选地，在所述方法中当存在基体材料时，树脂是具有至少一个下列特性的热塑性树脂：至少部分地可溶解在基体材料中；与基体材料反应；以及在基体材料的固化过程中，保持为与基体材料的相不同的相。

优选地，所述方法还包括下列步骤：提供至少两层纤维材料层；将所述层组装成层组件；以及使所述层组件通过成型模具组。

优选地，在所述方法中每一个所述层包括纤维；并且在至少一个所述层内的纤维具有与在另一个所述层内的纤维不同的取向。

优选地，所述方法还包括至少一个下列步骤：从单层片材料卷拉拔至少两个所述层；从多层片材料卷中拉拔至少两个所述层。

优选地，在所述方法中树脂为热塑性树脂，所述方法还包括下列步骤：将至少两个预型件堆叠成预型件堆垛；将预型件堆垛加热至引起热塑性树脂的粘度降低的温度；将压缩力施加至预型件堆垛；并且允许热塑性树脂固化，从而形成固化的预型件组件。

优选地，在所述方法中所述纤维材料层具有至少一个下列配置：纤维；以及有机丝束。

根据本发明的另一个方面提供了形成复合材料制品的方法，其包括下列步骤：提供至少一层纤维材料，其含有结构纤维和体积占大约百分之1至10的树脂；使所述层通过具有模具横截面形状的成型模具组；使用加热装置加热树脂；使所述层形成模具横截面形状；允许树脂以形成具有模具横截面形状的预型件的方式固化；定位具有额外纤维材料的预型件；将基体材料注入预型件和额外的纤维材料；以及固化基体材料，从而形成复合材料制品。

根据本发明的又一个方面提供了用于形成预型件的系统，其包括成型模具组，其具有模具横截面形状，并且经配置接收包括树脂的增粘纤维材料层；拔取机构，其经配置拉拔所述层通过成型模具组；以及加热装置，其经配置以使得当树脂固化时所述层形成了保持模具横截面形状的预型件的方式加热树脂。

优选地，在所述系统中纤维材料层含有体积占大约百分之1至10的树脂。

优选地，在所述系统中纤维材料层含有体积占大约百分之2至4的树脂。

优选地，在所述系统中树脂包括热塑性树脂和热固性树脂中至少一者。

优选地，在所述系统中纤维材料包括相互不同的至少两层纤维材料；以及所述层在成型模具组中作为层组件被拉拔。

优选地，所述系统，还包括拔取机构，其经配置将所述层拉拔经过成型模具组。

优选地，在所述系统中成型模具组包括静止模具组。

优选地，在所述系统中成型模具组包括可移动模具组，其经配置相继夹紧所述层的连续区段。

优选地，在所述系统中加热装置经配置使用传导加热、辐射加热以及感应加热中的至少一种加热树脂。

优选地，在所述系统中树脂为热塑性树脂，其在与基体材料接触时，具有至少一种下列特性：至少部分可溶解于基体材料中；与基体材料反应；以及在基体材料的固化过程中，保持为与基体材料相不同的相。

在本公开的不同实施例中能够单独实现或者在其他实施例中可以组合实现已讨论的特征、功能和优势，下面参考下列描述和附图能够明白本公开的进一步细节。

附图说明

参考附图将更加明白本公开的这些和其他特征，其中贯穿几幅图相同标记指代相同的部件，其中：

图1是系统实施例的透视图，其中本系统用于将一个或者更多纤维材料层连续形成为具有所需横截面形状的预型件；

图2是图1所示系统的侧视图，并且示出成型模具组和拔取机构，其用于将所述层拉拔经过成型模具组；

图3是沿图2所示线3截取的成型模具组实施例的横截面图，并且示出被置于成型模具组的上和下成型模具之间的纤维材料层；

图4是沿图2所示线4截取的拔取机构实施例的横截面图，并且示出设置在拔取机构的上和下辊子之间的纤维材料层；

图5是成型模具组的替代性实施例中的系统侧视图，其中成型模具组具有沿从成型模具组入口到出口方向逐渐改变的模具横截面形状；

图5A是沿图5所示线5A截取的成型模具组的横截面图，并且示出位于成型模具组入口处的成型模具组的大体平面的模具横截面形状；

图5B是沿图5所示线5B截取的成型模具组的横截面图，并且示出成型模具组的相对低的高度处所形成的凸起和凹槽；

图5C是沿图5所示线5C截取的成型模具组的横截面图，并且示出具有在成型模具组内的增加的高度的凸起和凹槽；

图5D是沿图5所示线5D截取的成型模具组的横截面图，并且示出在成型模具组的出口处以全高所形成的凸起和凹槽；

图6是本系统实施例的侧视图，其中本系统具有可移动模具组，用于将模具横截面形状相继形成一段所述层长度的连续区段；

图7是沿图6所示线7截取的可移动模具组实施例的横截面图，并且示出上可移动模具关于下可移动模具隔开设置，以及被设置在其间的纤维材料层；

图8是图6所示可移动模具的横截面图，并且示出在夹紧位于上和下可移动模具之间的所述层的过程中，纤维材料层呈现模具横截面形状；

图9是图6所示可移动模具的横截面图，并且示出上模具与下模具以及形成具有帽形截面的预型件的纤维材料层分开；

图10是系统实施例的侧视图，其中本系统具有位于成型模具组下游的冷却模具组；

图11是系统实施例的侧视图，其中本系统具有位于成型模具组下游的层压模具组，用于使用预型件层压随后的纤维材料层；

图12是沿图10所示线12截取的层压模具组的横截面图，并且示出在上和下层压模具组之间被压缩的随后的纤维材料层和预型件；

图13是沿图12所示线13截取的层压模具组的放大的横截面图，并且示出随后的纤维材料层被放置在上和下层压模具组之间的预型件的盖子上方；

图14示出系统实施例的透视图，其中本系统具有至少三层纤维材料，其经组装形成层组件，以便拉拔经过成型模具组，以将模具横截面形状形成层组件；

图15示出预型件模具，其示出预型件上模具关于预型件下模具被分开设置，以及多个预型件，其被设置在上和下预型件模具之间的预型件堆垛中；

图16示出预型件模具，其示出在上和下预型件模具之间夹紧预型件的过程中，将热和压缩力施加至多个预型件；

图17示出预型件组件，其通过使用预型件模具，由预型件堆垛形成；

图18示出将额外的纤维材料层应用至预型件上方的侧视图，随后注入基体材料并且使其固化，从而形成作为帽形截面纵梁的复合材料制品；

图19示出沿图18所示线19截取的复合材料制品的横截面图，并且示出帽形截面纵梁；

图20示出帽形截面纵梁和预型件以及多个纤维材料层的一部分的横截面图，其中纤维材料层可构成帽形截面纵梁；

图21示出飞机的透视图，其中使用本文中公开的系统和方法的复合材料制品可以形成飞机；

图22示出一个或者更多操作的流程图，其中该操作可被包括在形成复合材料制品的方法中；

图23示出一个或者更多操作的流程图，其中该操作可被包括在形成预型件组件的方法中；

图24示出本文中公开的系统实施例的方框图；

图25示出飞机生产和使用方法的流程图；以及

图26示出飞机的方框图。

具体实施方式

现在参考附图，其中这些附图是为了说明本公开的优选和不同实施例的目的，图1示出系统10的实施例，其中该系统将纤维材料18的一个或者更多个层16连续地形成具有所需预型件横截面形状202的预型件200。每层16纤维材料18均包括相对于所述层16的总体积具有小体积分数的树脂24。树脂可被预先施加至所述层16的至少一部分。可以从一个或者更多材料卷14拉拔出被树脂涂覆的层16，并且所述层16经加热来软化树脂24，从而允许使用成型模具组50将所述层16形成所需的横截面形状。当树脂24固化，例如通过允许树脂24冷却而固化时，可以保持所述层16的横截面形状。以这种方式，预型件200可形成具有预型件横截面形状202的近净形预型件200，其中该预型件横截面形状可以与要使用预型件200形成的最终复合材料制品250（图19）的所需横截面形状互补或者可大体上与其近似。预型件200可与一个或者更多额外的预型件200或者额外的纤维材料214层被共同处理和/或结合（图18）、注入基体材料222（图18）以及被固化，从而形成复合材料制品250（图19）。

优选地，通过将预型件200（图1）形成最终复合材料制品250的近净形（图19），简化了预型件200的处理和放置。在该方面，在精确度增加并且无需工具辅助（未示出）（而这通常是处理和/或放置典型组成复合材料制品的多层纤维层（未示出）时所需的）的情况下，相对于堆垛（未示出）中的其他纤维层（未示出），可实现放置相对复杂的立体纤维层（未示出）。应当注意，尽管在将预型件200形成帽状截面204（图19）的情况下描述了本公开，其中该模形截面204可被用于形成帽状纵梁252（图19），不过本系统10（图1）还可以被无限制地用于形成任何形状的预型件200，并且不被限制于形成帽状截面204的预型件200。例如，本系统10可经配置使预型件形成“Z”截面、“L”截面、“T”截面、“I”截面、“J”截面、叶片截面以及各种其他横截面形状中的任何一种，而不受限制。

在图1中，系统10可包括成型模具组50和拔取机构150，其用于将一个或者更多连续的纤维材料18的层16拉拔经过成型模具组50。如上所指出的，纤维材料18的层16可包括具有相对小体积分数的树脂24，其可包括热塑性或者热固性树脂。可提供足够量的树脂24，从而允许使用成型模具组50将所述层16形成模具横截面形状56，以便当树脂24固化时，预型件200可保持模具横截面形状56。还可提供足够量的树脂24，从而使所述层16黏着在一起，从而促进相邻层16的附着，并且促进给定所述层16内的相邻纤维20之间的附着，从而允许相对于彼此和/或相对于工具（未示出）处理、放置以及组装预型件200。

在实施例中，树脂24（图1）可具有使得树脂24在室温下具有相对低的粘性或大体上无粘性并且一旦树脂24被加热则具有增加的粘性的特性。以这种方式，纤维材料18（图1）的一个或者更多层16（图1）可被存储在材料卷14（图1）上，并且由于所述层16之间的粘附力，在无阻力的情况下，可自材料卷14被分配。在其他实施例中，树脂24可具有这样的特性，即在热被移除的情况下引起树脂24增粘/黏着，并且其中在热被移除的情况下，树脂24的粘度可增加。例如，可冷却或者冷冻纤维材料18的一个或者更多层16，从而降低树脂24的温度并且促进增粘，同时树脂24的粘度增加至固化树脂24，从而造成预型件200（图1）保持模具横截面形状56（图1）。树脂24还可被施加至所述层16的局部区域（未示出）。在该方面，树脂24可被施加至所述层16的选定区域（未示出），而无需被施加至所述层16的整个长度和/或宽度。例如，树脂24可被施加至所述层16的足以允许所述层16保持模具横截面形状56的区域（未示出）。例如，树脂24向所述层（16）的施加可被限制在所述层16将形成非平面形状（未示出）的局部区域（未示出），该非平面形状例如所述层16中的弯曲或者曲线形状（未示出）。在实施例中，树脂24可被施加至所述层16的可形成模具横截面形状56的半径（未示出）的区域。

被施加至所述层16（图1）的树脂24（图1）的体积分数可以是这样的，即在一个或者更多所述层16通过成型模具组50（图1）之后，在树脂24固化时预型件200可保持模具横截面形状56（图1）。纤维层16中的树脂24的体积分数优选相对低，以便预型件200保持大体多孔性，从而允许在复合材料制品250的绝大部分上大体上均匀地注入和分布基体材料222（图19）。另外，树脂24的体积分数优选相对低，以便使树脂24对最终复合材料制品250（图19）的强度和刚度特性的任何影响被减至最小。

在实施例中，相对于纤维材料18的层16的总体积，纤维材料18（图1）的层16（图1）可含有体积占大约在百分之1和10之间的树脂24（图1）。然而，可以想到体积分数大于或者小于百分之1和10。例如，在实施例中，纤维材料18的层16可包含体积占大约百分之2至4之间的树脂24。通过任何合适的方式，例如通过喷涂、刷或滚压至纤维材料18（图1）上或者通过其他方式，树脂24可以被预先施加至纤维材料18。树脂24的体积分数被优选成使得在树脂24固化时预型件200维持成型模具组50（图1）的横截面形状。然后，当在注入基体材料222（图18）之前，放置具有其他预型件（未示出）或者纤维材料214的额外层（图18）的预型件200（图1）时，在无需处理辅助（未示出）或者工具辅助（未示出）的情况下，可处理和放置预型件200。

除了被预先施加至每层16（图1）纤维材料18（图1）的树脂24（图1）之外，每层16纤维材料18包含结构纤维20（图1），其可被布置成各种不同配置和/或纤维取向（例如，0、30、45、60、75、90度或者其他角度）中的任何一种，并且使用各种不同的材料或者材料组合中的任何一种来形成结构纤维20。例如，纤维材料18可包含机织或者无纺织物，其中树脂24可以施加于该机织或无纺织物。纤维材料18还可以由结构纤维20的有机丝束形成，其中结构纤维20具有单向布置、双向布置或者其他多种方向布置或者纤维取向。在该方面，纤维材料18的实施例可还包括，但不限制于，多轴向织物、编织物、经编织物以及纤维材料18的各种其他配置中的任何一种。

形成结构纤维20（图1）的材料可包括芳族聚酰胺、聚烯烃、金属、玻璃、碳、硼、陶瓷以及各种其他材料中的任何一种或者是材料组合。例如，结构纤维20可以由下列材料中的任何一种形成：聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酯、聚丁二烯、聚氨酯、聚丙烯、聚醚酰亚胺、聚砜、聚苯醚砜、聚苯砜、聚苯硫、聚醚酮、聚醚醚酮、聚芳基酰胺、聚酮、聚邻苯二酰胺、聚对苯砜醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酯基-聚亚芳香基、芳香聚酰胺、聚苯并恶唑、粘胶以及其他材料。

树脂24（图1）可被混杂、密切混和或者以其他方式与结构纤维20（图1）混合。另外，树脂24可被提供成各种材料成分中的任何一种。例如，树脂24可被提供成下列材料成分中的至少一个：聚丙烯腈系纤维、碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺以及其他材料成分。树脂24可被提供成具有熔点或者玻璃转变温度的材料成分，其中玻璃转变温度可以比基体材料222（图18）在成最终复合材料制品250（图19）中固化时的温度要高，从而在高温下提供对最终复合材料制品250强度的良好影响。

参考图1-2，可以从被安装在卷轴12上的材料卷14分配纤维材料18层16，其中卷轴12可以沿着旋转方向14a旋转。可以从一个或者更多单层片材料卷14b分配所述层16，其中单层片材料卷14b含有具有如下所述的所需的树脂和纤维材料成分、厚度和纤维取向和布置的单层16纤维材料18。另外，可以从一个或者更多个多层片材料卷14c分配所述层16，其中多层片材料卷14c含有相同树脂和具有相同厚度和/或纤维取向的纤维材料成分的多个所述层16，或者多层片材料卷14c上的所述层16可以被提供成具有不同的树脂和纤维材料成分、厚度和/或纤维取向。所述层16可以由张力辊26支撑，以在纤维材料18层16中维持预定水平张力。可提供导辊28，以用于维持纤维材料18层16以所需取向供至成型模具组50。例如，如图2所示，导辊28可维持纤维材料18层16与成型模具组50的上和下成型模具52、54之间的空隙58的取向对准。

参考图2-3，成型模具组50可包含上和下成型模具52、54。至少在成型模具组50的入口76处，上和下成型模具52、54之间的空隙58可以比纤维材料18的层16的厚度要大，从而允许所述层16进入空隙58，并且避免层16在入口76处打褶。沿着成型模具组50的长度，上和下成型模具52、54之间的空隙58可渐缩。上和下成型模具52、54可形成所需的横截面形状，以便将纤维材料18形成预型件200。在所示实施例中，横截面形状包含帽状截面204。上和下成型模具52、54中每个均可包括平坦面64，以形成预型件200的凸缘206。下成型模具54可包括突起62（图3），以及上成型模具52可包括用于接收突起62的凹槽60（图3）。

在实施例中，空隙58（图3）可以是使得当纤维材料18的层16拉拔经过成型模具组50（图3）时，可将预定量的成型压力66（图3）施加至纤维材料18（图3）的层16（图3）。例如，空隙58的尺寸可以被形成为使得高达大约150psi或者更大的成型压力66被施加至纤维材料18层16，尽管可以施加小于150psi的成型压力。成型压力66还可以是使得树脂24（图3）可在结构纤维20（图2）之间流动，以至于多层16可以如下所述被黏着在一起。树脂24可被允许固化，例如在冷却树脂24上可发生，于是，被固化的树脂24使预型件200维持模具横截面形状56。

参考图2，成型模具组50可具有入口76和出口78。在实施例中，成型模具组50可具有大体不变的模具横截面形状56（图2），或者横截面形状从入口76到出口78沿着成型模具组50的长度可以变化（图5），如下所述。基本不变的模具横截面形状56可包括从入口76到出口78基本不变的空隙58。然而，空隙58从入口76到出口78沿着成型模具组50的长度可以变化。例如，为了避免纤维材料18在入口76处打褶，空隙58可以比入口76处的所述层16的厚度要大，并且可以朝向出口78变窄，从而在所述层16上提供所需量的成型压力66，如下所述。

主要参考图5-5D，图5示出在如下实施例中的成型模具组50的侧视图，在该实施例中模具横截面形状56从成型模具组50的入口76处的大体平面形状逐渐过渡至成型模具组50的出口78处的完整模具横截面形状56。图5A示出位于入口76处的成型模具组50的基本平面模具横截面形状56。入口76处的平面模具横截面形状56处的空隙58尺寸（例如，高度）可以比进入成型模具组50的入口76处的空隙58的纤维材料18的厚度要大，从而避免位于入口76处的纤维材料18打褶。图5B示出以相对低的高度在成型模具组50中形成的凸起62和凹槽60，其作为模具横截面形状56从入口76处的空隙58（图5A）的平面形状到出口78处的完整模具横截面形状56（图5D）的部分逐渐过渡。在图5B中，相对低的模具横截面形状56上的空隙58尺寸（例如，高度）可以与入口76（图5A）处的空隙58尺寸相同或者比入口76处的空隙58稍小。

图5C示出在成型模具组50中，以增加的高度形成的凸起62和凹槽60。可选地，相对于入口76处的空隙58尺寸，空隙58的尺寸可以降低高度，以便随着纤维材料18运动经过成型模具组50，成型压力66（图5C）可以被逐渐地施加至纤维材料18，从而逐渐地将纤维材料18形成模具横截面形状56。尽管图5C示出成型压力66最初被施加至纤维材料18，但是成型模具组50可经配置使得在从成型模具组50的入口76（图5A）到出口78（图5D）沿着成型模具组50的长度的任何部位处将成型压力66施加至纤维材料18。图5D示出在成型模具组50的出口78处，凸起62和凹槽60以模具横截面形状56的整个高度被形成。图5D所示的上和下成型模具52、54之间的空隙58的尺寸可以是使得在纤维材料18上维持成型压力66，从而使纤维材料18形成模具横截面形状56的最终形状。如上所述，可以在沿着成型模具组50的长度在任何部位处向纤维材料18施加热（未示出）。

参考图2和图5，如上所指示的，在入口76（图2、图5和图5A）处，上和下成型模具52、54之间的空隙58可以比在出口78处的空隙58的尺寸要大，以便随着纤维材料18运动经过成型模具组50，纤维材料18的层16上的成型压力66（图3、图5C和图5D）可以逐渐地增加。以这种方式，将需要降低的拉力量来经过成型模具组50拉拔纤维材料18的层16。另外，随着在通过成型模具组50时纤维材料18的层16在接触上和下成型模具52、54（这可以允许纤维材料18逐渐地符合模具横截面形状56），向最终模具横截面形状56（图5D）的逐渐过渡允许树脂24被逐渐加热。

在非限制的实施例中，预型件200（图9）可以形成具有帽形截面204（图9）的预型件横截面形状202（图9），不过预型件还可以形成广泛而多样的配置中的任何一种形状，而不受限制。帽形截面204可包括一对凸缘206（图9）和从凸缘206（图9）延伸至盖子210（图9）的一对腹板208（图9）。预型件200可与额外的预型件（未示出）、额外的干纤维材料214（图18）、预浸渍体（未示出）和/或可拆卸的或永久性工具（例如，心轴216）（图18）固化或者层压，从而形成连续的构成预型件200（图2），其可包括具有不同类型的结构纤维20（图2）和不同类型的树脂24（图2）的不同类型的纤维材料18。预浸渍体（未示出）可包含纤维材料（未示出），且使用一定体积分数的基体材料（未示出）预先浸透该纤维材料，即该分数在预浸渍体（未示出）总体积的大约百分之30至70的范围内。

如与相对低体积分数（例如，百分之1至10）的树脂24（图1）不同（该树脂24被用于纤维材料18（图1）中以维持预型件200（图18）的形状），在预浸渍体（未示出）中使用的基体材料（未示出）和被用于注入预型件200（图18）的基体材料222（图18）将有助于相邻纤维之间的剪切负荷的传递。在使用额外的纤维材料214（图18）组装预型件200（图18）之后，可以将基体材料222（图18）注入组件，且组件经固化以形成复合材料制品250（图19）。在该方面，在本文中公开的系统10（图1）和方法可便于预型件200（图18）的制造，其中该预型件200具有任何的横截面形状，从而可选地与一个或者更多复合材料部件组装，例如与任何数量的额外的预型件200或者额外的纤维材料214（图18）组装。可将基体材料222（图18）注入预型件200（图18）和/或额外的纤维材料214，然后通过固化来形成具有任何尺寸、形状以及构造的最终的复合材料制品250。

参考图3，系统10可包括加热装置110，其用于在纤维材料18层16通过成型模具组50时加热树脂24。在所示实施例中，加热装置110可包含一个或者更多加热线圈112，其可被结合到或者以其他方式安装至上成型模具52和/或下成型模具54。加热装置110可经配置将树脂24加热至使得促进树脂24例如在纤维材料18的结构纤维20（图1）之间的流动的粘度水平。在实施例中，加热装置110可经配置在纤维材料18的层16通过成型模具组50时，将树脂24加热至至少高达树脂24的近似熔化温度或者玻璃化转换温度，从而造成树脂24至少部分地被软化。

在图3中，在实施例中，加热线圈112可经布置成提供穿过纤维材料18层16的大体均匀分布的热114。加热线圈112可经配置成加热上和下成型模具52、54，以便纤维材料18的层16由于与上和/或下成型模具52、54接触而被传导加热。尽管示出的加热线圈112沿着上和下成型模具52、54的长度延伸，然而可以以各种替代布置中的任何一种将加热线圈112布置或者安装至上和/或下成型模具52、54。在进一步实施例中，加热装置110可经配置成通过辐射加热树脂24而加热树脂24。例如，尽管未示出，不过加热装置110可经配置成通过使用辐射来加热树脂24，其中该辐射具有的频带可经调谐从而将纤维材料18中的树脂24加热至比纤维材料18中的结构材料20（图1）加热要大的程度。

在其他实施例中，上和/或下成型模具52、54（图3）可以由铁磁性材料（未示出）组成，其中基于铁磁性材料的居里温度选择铁磁性材料，该居里温度要近似于纤维材料18（图3）的层16（图3）中的树脂24的熔化温度、玻璃化转换温度或者其他所需温度。在这样的布置中，上和/或下成型模具52、54中的铁磁性材料可以通过磁场（未示出）被感应加热，其中磁场可以由流过邻近上和/或下成型模具52、54安装的一个或者更多感应线圈的电流（未示出）产生。上和/或下成型模具52、54可经感应被加热至接近铁磁性材料居里温度的平衡温度。纤维材料18的层16由于与上和/下成型模具52、54的热接触而被传导地加热。因为上和/或下成型模具52、54的温度接近居里温度，所以铁磁性材料的磁性将开始衰退，这将导致上和/或下成型模具52、54的感应加热降低，以及导致与上和/或下成型模具52、54接触的纤维材料18层16的传导加热降低。处于平衡温度的上和/或下成型模具52、54部分将变得无磁性，以便感应线圈中的感应电流的流动自动减小至如下水平，该水平足以将纤维材料18层16的温度稳定在所需温度，例如热塑性树脂24的熔化温度或者玻璃化转变温度。

然而，加热装置110（图3）可被提供成各种配置并且不被限制于使用传导加热、辐射加热或者感应加热来加热树脂24（图3）。此外，尽管示出的加热装置110被结合到成型模具组50（图3）中，但是加热装置110还可被提供为分离于成型模具组50的分离部件，并且可被安装在任何部位，例如入口76附近的成型模具组50的上游（图2）和/或出口78附近的成型模具组50的下游（图2）。替代性地，为了升高材料卷14上的所述层16（图1）中的树脂24的温度，可以加热一个或者更多材料卷14（图1）。在其他实施例中，可以冷冻（未示出）一个或者更多材料卷14（图1），以便在降低的温度下（此时所述层16大体上不具有粘性或者具有降低量的粘性）提供材料卷14上的纤维材料18（图1）。为了将树脂24的温度升高至使所述层16黏着在一起并且以上述方式促进与相邻层16的和/或给定层16内的相邻纤维20（图1）之间的粘性，可以加热材料卷14。在这样的实施例中，可选地，成型模具组50（图1）可被加热或者不被加热。

参考图2，可选地，成型模具组50可包括冷却装置130，以用于降低纤维材料18中的树脂24温度。在实施例中，冷却装置130可被结合到或者以其他方式被安装至成型模具组50的上和/或下成型模具54。如图10所示和下列描述，冷却装置130可还位于加热装置110的下游。在图2中，冷却装置130可提供用于将热（未示出）从纤维材料18层16中抽离的器件，从而允许树脂24以使得预型件200保持模具横截面形状56的方式冷却和固化。在实施例中，冷却装置130可提供用于将树脂24温度降低至玻璃化转变温度以下且同时成型模具组50包括模具横截面形状56的器件。当树脂24冷却时，所述层16上的成型压力66（图3）可使预型件200形成模具横截面形状56。在实施例中，冷却装置130可包括一个或者更多导管（未示出），以用于循环冷却介质（未示出）（例如如水的任意合适液体）通过上和/或下成型模具54。冷却介质可以将热（未示出）从上和/或下成型模具54的一部分抽离，这可允许树脂24冷却。

参考图1、图2和图4，系统10（图1）可包括拔取机构150（图4），其位于成型模具组50（图1）下游，并且经配置拔取或者拉拔纤维材料18（图1）层16（图1）经过成型模具组50。在所示实施例中，拔取机构150可包括一个或者更多拉辊152（图2），例如上和下辊子154、156（图2），其被安装在纤维材料18（图2）层16（图2）的相反侧上，并且沿着各自旋转方向154a、156a（图2）绕相应旋转轴线可旋转。上辊子154可包括周向槽160（图4），并且下棍子156可包括周向凸起162（图4），其可以被成形为与模具横截面形状56互补。拉辊152可夹紧纤维材料18，并且拉拔来自模具组50的纤维材料18层16。在实施例中，拉辊152可具有与模具横截面形状56互补或者大体等同的横截面形状。

可选地，拔取机构150（图1）可包含多个大体圆柱形的辊子（未示出），其可被安装在纤维材料18（图1）层16（图1）的相反侧上，用于在辊子之间夹紧预型件横截面形状202（图13）的不同区段。辊子可被分布在纤维材料18层16的宽度上，并且可以被放置成使得将大体上均匀分布的拉力施加至纤维材料18层16的宽度。通过配置拔取机构150以使得施加大体上均匀分布的拉力，与在所述层16宽度上施加不均匀拉力时结构纤维20中将出现扭曲相比，结构纤维20（图1）的相对取向会免于扭曲或扰动。例如，在预型件200（图1）中，某些类型的纤维材料18（例如机织织物（woven fabric））中的结构纤维20的取向将被维持成大体与材料卷14上的纤维取向相同的纤维取向。尽管图4示出单个上辊子152和单个下棍子154，但是可以沿着所述层16宽度在任何部位提供任何数量的辊子。甚至进一步，尽管图2示出单个拔取机构150，但是可以在沿着预型件200长度的任何位置提供任何数量的拔取机构150。

参考图2，上和下成型模具52、54可经配置成被大体固定就位或者相对于彼此以及相对于通过成型模具组50的纤维材料18层16是大体静止的。例如，图2示出由上和下静止模具72、74组成的成型模具组50、70，其中上和下静止模具72、74通常相对于彼此被固定就位。在该方面，当正拉拔纤维材料18层16通过成型模具组50时，上和/或下静止模具72、74不可移动，在这种意义上，上和下静止模具72、74可以相对于彼此被固定或者是静止。然而，上和下静止模具72、74中的一个可以相对于上和下静止模具72、74中相对的一个被调整，以便其间的空隙58可经调整成适应纤维材料18层16的不同厚度和/或质量和/或通过上和下静止模具72、74调整被施加至纤维材料18层16的成型压力66（图3）的大小。

参考图6-9，示出成型模具组50的替代性实施例（图6），其中成型模具组50被配置为可移动模具90（图6），以用于连续地形成所述层16的区段（图6）。可移动模具90可包括上和下可移动模具92、94（图6），其沿着如图6所示的移动方向98（例如，竖直地-图6）可移动。上和下可移动模具92、94的移动将有助于连续夹紧一段纤维材料18的区段，从而将模具横截面形状56强加至纤维材料18层16。另外，可移动模具组90可以适应纤维材料18层16的不同厚度和/或质量。

在图7中，上和下可移动模具92、94可被分开，以便纤维材料18的一个或者更多层16可通过成型模具组50相继前进。例如，通过启用拔取机构150（图6），层16可以前进，直到所述层16的区段96（图6）被放置在上和下可移动模具92、94之间的空隙58内。可以停用拔取机构150，并且可选地，借助于加热装置110，可以将热114施加至上和/或下可移动模具92、94。

在图8中，上和下可移动模具92、94可以朝向彼此移动，从而夹紧位于其间的纤维材料18层16。所述层16由于与上和下可移动模具92、94接触而被传导加热，或者如上所述通过辐射和/或感应加热方式。成型压力66可被施加至所述层16，同时树脂24的温度增加至近似熔点或者玻璃化转变温度。温度和/或成型压力66可以被维持预定时间段。可以间断地施加热114，并且可选的冷却装置130（图1）可被启用从而将热（未示出）从上和下可移动模具92、94抽离，从而将树脂24的温度降低至熔点以下。

在图9中，在冷却和/或固化树脂24（图8）时，树脂24可变硬，并且可以将上和下可移动模具92、94分开。当被固化时，树脂24可以将纤维材料18（图8）稳定为模具横截面形状56，如图所示。可再次启用拔取机构150（图6），从而将所述层16（图6）的另一个区段96（图6）拉拔至上和下可移动模具92、94之间的空隙58（图6）内。可以重复该过程，直到形成所需长度的具有模具横截面形状56的预型件200。

参考图10，示出包括冷却装置130的系统10的实施例，其中冷却装置130位于成型模具组50的下游。在实施例中，冷却可包含冷却模具组132，其包括可上和下冷却模具组134、136，所述上和下冷却模具组134、136具有的横截面形状大体上类似于模具横截面形状56（图9）。在实施例中，冷却模具组132可经配置用作散热器以用于在预型件200离开78成型模具组50之后，将热从纤维材料18层16抽离。由于所述层16与冷却模具组132的表面接触，通过提供相对大的热质量，将热从所述层16传导出去，从而冷却模具组模具132可经配置成被动地冷却纤维材料18的层16。

替代性地，冷却装置130（图10）可经配置成使用冷却介质（未示出）主动地冷却纤维材料18层16（图10），其中冷却介质可以以与如上所述冷却介质通过成型模具组50（图10）的一部分循环相似的方式循环通过冷却装置130。冷却装置130可经配置成降低纤维材料18（图10）层16中的树脂24（图10）温度，从而允许树脂24冷却到玻璃化转变温度以下并且变硬，而同时冷却装置130使所述层16维持横截面形状。可选地，冷却装置130可经配置在所述层16上维持成型压力66（图8），直到树脂24温度降低至预定水平。

参考图11，示出具有层压机构170的系统10的实施例，其中层压机构170位于成型模具组50下游。层压机构170可经配置使得额外的或者随后的纤维材料层180固结于预型件200，从而形成连续的集结的预型件200。随后的纤维材料层180可以与最初形成预型件200的纤维材料是相同类型或者是不同类型。在该方面，图11示出包括第一纤维材料40b的第一层40a的第一材料卷40，其被拉拔通过成型模具组50。第二材料卷42包括第二纤维材料42b的第二层42a，其可从卷轴12拉出，并且通过张力辊26和/或导辊28。第二层42a可被结合至第一层40a，并且在层压机构170中被层压在一起。

在实施例中，层压机构170（图11）可包含层压模具组172（图11），其可经配置相似于上述在图1-9中所示的成型模具组50。层压模具组172可包括具有层压模具横截面形状178（图11）的上和下层压模具174、176（图11），其中层压模具横截面形状可大体上与成型模具组50（图11）的模具横截面形状56（图11）相似。层压模具组172可经配置适应第二层42a（图11）的额外厚度，并且当第一和第二层40a、42a通过拔取机构150（图11）被拉拔通过层压模具组172时，将层压压力182（图12）施加至第一和第二层40a、42a（图11）。第二层42a可被提供为任何宽度，并且不被限制于具有与第一层40a相同的宽度。另外，第二层42a可被施加至预型件200（图11）的任何部分。

参考图12-13，示出层压机构170的横截面图，其示出在上和下层压模具组174、176（图11）之间，第二层42a被层压或者固结于第一层40a。如图13所示，第二层42a可被提供为具有可横越预型件200的盖子210的宽度的宽度。上和下层压模具174、176可经配置适应盖子210上的第二层42a（图11）的额外的厚度。层压压力182和/或热184可被施加至第一和第二层40a、42a，从而固结和/或结合第一和第二层40a、42a（图11），以便形成连续的预型件200。正如可以理解的，任何数量的额外的纤维材料层180、预浸渍体（未示出）或者额外的预型件（未示出）可被施加至在图12-13中所示的预型件200的任何部分。

参考图14，示出具有纤维材料18的多个层16的系统10的实施例，其中纤维材料18的多个层16被组装在一起并且被拉入成型模具组50内，以便将模具横截面56强加至层组件46。纤维材料18的层16可以由大体上具有与结构纤维20和树脂24相似材料成分的相似材料构成。然而，所述层16中的纤维材料18可以是不同的。例如，在图14中，示出第一材料卷40用于分配第一纤维材料40b的一个或者更多第一层40a，第二材料卷42用于分配第二纤维材料42b的一个或者更多第二层42a，以及第三材料卷44用于分配第三纤维材料44b的一个或者更多第三层44a。第一、第二和第三层40a、42a、44可包括具有相同纤维材料成分的相同类型或结构纤维20。替代性地，第一、第二以及第三层40a、42a、44a可包括具有不同纤维材料成分的不同结构纤维20。

另外，第一、第二和第三层40a、42a、44a中的结构纤维20可具有相同的纤维取向或者不同的纤维取向，例如不同的纤维角度22（图1）。例如，相对于层40a的纵向轴线（未示出），第一层40a可具有以+45度的第一纤维角度40c取向的纤维、第二层42a可具有以0度的第二纤维角度42c取向的纤维以及第三层44a可具有以-45度的第三纤维角度44c取向的纤维。此外，第一、第二以及第三层40a、42a、44a可包括不同类型的树脂24（即，不同的材料成分）或者相同类型的树脂24。另外，层40a、42a、44a可被提供为相同的厚度或者不同的厚度。一个或者更多材料卷40、42、44可包含单层片卷（未示出），其每个含有单层纤维材料（未示出）。替代性地，一个或者更多材料卷40、42、44可被提供为多层片卷（未示出），其含有如上所述的具有相同或者不同的树脂成分、纤维成分、厚度和/或纤维取向的多层纤维材料。

图14中，纤维材料18的两个或者更多层16可经组装形成层组件46。层组件46可以按照上述方式通过张力辊26和导辊28。通过拔取机构150，例如图14所示的上和下辊子154、156，或者可以使用不同的拔取机构类型（未示出），可以拉拔层组件46通过成型模具组50。热（未示出）和压力（未示出）可被施加至层组件46，从而软化和/或至少部分地熔化树脂24，以便层组件46可以符合成型模具组50的模具横截面形状56（图8）。可固化层组件46和树脂24，从而形成具有模具横截面形状56的稳定预型件200。按照上述方式使得一个或者更多随后的纤维材料层（未示出）或者预浸渍件（未示出）可固结或者层压于预型件200，从而形成具有所需横截面形状的连续的集结的预型件200。在预型件200形成后，预型件200可以被剪切成段并被修剪。

在实施例中，在预型件200（图18）形成所需横截面形状202之后，在二次成型工艺中，预型件200可被热成型（未示出）或者热悬垂成型（未示出），从而在使用额外纤维材料214（图18）组装预型件200之前以及在将基体材料（图18）注入预型件200之前，使预型件200形成额外的形状。热成型预型件200可包含在将被加热的预型件200施加至热成型工具（未示出）时加热预型件200从而软化树脂24（图1），以便预型件200呈现出热成型工具的形状。当维持预型件200抵靠工具时可允许固化预型件200。预型件200中的树脂24可冷却并且变硬，以便除了先前形成的模具横截面形状56（图1）之外预型件200还保持热成型形状。以这种方式，在与其他纤维材料214（图18）组装之前，以及在将基体材料222（图18）注入组件之前，具有所需横截面形状的预型件200可形成各种额外形状中的任何一种。

例如，图14中示出的帽形截面204预型件200可经热成型成沿帽形截面204预型件200的长度方向略微弯曲的形状（未示出）。弯曲形状可以与使用预型件200要形成的复合材料制品的最终形状（未示出）互补。应当注意，预型件200的热成型不被限制于将曲线热成型成预型件200的长度。例如，预型件200可经热成型成沿预型件200长度的扭曲形状（未示出）或者形成各种其他形状中的一种。优选地，相对少量的树脂24（图1）（例如，高达大约百分之10）可使预型件200维持所需的横截面形状和热成型形状，这可以简化复合材料制品的铺设。如上所指出的，通过最小化在工具上组装层片堆垛的过程中的劳动，按照本文所描述的方式形成的形状稳定的预型件200可以极大地降低与铺设复合材料制品有关的复杂性和时间。以这种方式，如本文中所公开的预型件200可极大地减少通常与传统逐层铺设复合材料制品有关的触摸劳动量，其中在真空装袋、高压处理以及与注入和固化基体材料有关的其他工艺之前和过程中，存在与按照所需取向来放置和维持织物或者丝束的纤维有关的大量铺设时间。

参考图15，示出具有上和下预型件模具232、234的预型件模具组230，并且示出被放置在上和下预型件模具232、234之间的预型件200堆垛240。预型件模具组230可包括如上所述的任何配置的加热装置（未示出），从而执行传导、辐射和/或感应加热预型件堆垛240。预型件模具组230可经配置与上述成型模具组50（图1）相似。关于横截面形状，预型件200可以被形成为彼此大体相似，以便预型件200可以相互嵌套。如上所指示的，预型件200可以如上所述由相同的或者不同的树脂24和/或纤维材料18成分、厚度和/或纤维取向形成。

预型件模具组230的上和/或下预型件模具232、234可以相对于彼此沿移动方向236移动（例如，竖直地），从而在上和下预型件模具232、234之间相继夹紧一段预型件堆垛240（未示出）的各区段（未示出）。替代性地，预型件模具组230可以是静止的并且可经配置拉拔预型件堆垛240通过上和下预型件模具232、234之间的空隙（未示出），其与用于图1-2所示的成型模具组50的静止配置的上述拉拔相似。

在图16中，上和下预型件模具232、234可沿移动方向236（图15）朝向彼此移动，从而夹紧预型件堆垛240。使用一个或者更多加热装置110可以将热（未示出）施加至预型件堆垛240，从而将预型件堆垛240加热至可引起树脂24粘度降低的温度。树脂24可被加热至接近或者超过树脂24熔化温度的温度，从而允许树脂24软化和/或降低其粘度。降低树脂24粘度可促进相邻预型件200中的树脂24的混杂。压缩力238可被额外地施加至预型件堆垛240，从而促进预型件200的固结，如以下更加详细地描述。

在图17中，由于对预型件组240（图16）施加热和/或压缩力238（图16），可形成预型件组件242。在树脂24（图16）固化时，预型件组件242可呈现出预型件模具组230（图16）的横截面形状。如下所述，预型件组件242可以与一个或者更多复合材料部件（未示出）（例如额外的纤维材料214（图18））结合并且被基体材料222注入（图18）。可以固化基体材料222，以便复合材料部件250（图19）可以按照如下所述形成。

参考图18，示出使用额外的纤维材料214放置或者组装预型件200。纤维材料214的额外层218可包含其他形状稳定的预型件或者大体上干燥的预型件（未示出）、预浸渍体（未示出）以及各种其他纤维材料214类型中的任何一种。如图18所示，帽形截面204预型件200可使用心轴216被组装成帽状纵梁252，其中心轴216可被安装在预型件200内。在真空装袋和/或高压处理过程中以及在注入基体材料222的过程中，心轴216可支撑预型件200的形状。心轴216可包含临时心轴，例如可移除囊状物（未示出）或者可溶解泡沫（未示出）。替代性地，心轴216可包含永久心轴（未示出），例如永久泡沫心轴或者其他工具，其经配置可被永久地保留在帽状纵梁252内或者其他封闭的横截面形状内。

在图19中，额外的复合材料部件（未示出）可以被组装于预型件200。例如，可以安装一对面条状物（noodle）272（图18-20）或者其他半径范围填充料填充凸缘254（图19）、腹板256（图19）以及帽状纵梁252（图19）的基层压板264（图19）之间的空间，其中帽状纵梁252是使用如下所述的一个或者更多预型件200形成。面条状物272可以由单向丝束、机织织物、纤维增强粘合剂或者其他材料形成，以用于填充心轴216和帽形截面204预型件200之间的半径。额外的材料层218可被施加至预型件200，从而封装心轴216和面条状物272。例如，随后的纤维材料214层218，例如机织或者非机织物、有机丝束、预浸渍体或者其他基质或者材料的层218，可被施加成心轴216和预型件200上的一个或者更多层218。

然后，将基体材料222（图18）注入预型件200（图18）和额外的纤维材料214（图18），随后通过固化基体材料222从而形成单个、整体的最终复合材料制品250（图19）。基体材料222的注入可以通过任何适合的液体成型工艺进行，并且其可选地可包括施加热和/或压力，从而促进基体浸润和固结，从而形成复合材料制品250。例如，预型件200和额外的纤维材料214可以通过树脂传递模塑（RTM）被注入，其中在压力下基体材料222可被注入封闭模具内的预型件200及其他部件内。可还使用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）来注入预型件200和额外的纤维材料214，该过程使用产生真空的压力将基体材料222（图19）注入预型件200和额外的纤维材料214内。还可实施树脂膜熔渗（RFI），其中基体材料（未示出）膜可被放置在预型件200下方或者顶部上。热可被施加以便降低基体材料膜的粘度以及促进其浸润到预型件200中。可使用其他的注入工艺来将基体材料222注入和浸透预型件200的结构纤维20（图11）。

在实施例中，基体材料222（图18）可包含热固性树脂或者热塑性基体材料，其可具有可以与预型件200（图19）中的树脂24（图18）化学地相容的成分。在实施例中，基体材料222可包含下列材料中的任何一种：环氧树脂、双马来酰亚胺、酚醛塑料、聚酯、聚酰亚胺、聚氨基甲酸酯、聚苯并唑、氰酸酯、聚醚酰胺以及其他基体材料222。另外，可选地，基体材料222可包含热塑性树脂24，其可与纤维材料18（图11）层16（图11）所包括的树脂24相同或者不同。

被提供于纤维材料18（图18）层16（图1）的树脂24（图18）优选与基体材料222（图18）化学地相容，并且在有基体材料222存在下的情况下，其可具有一个或者更多相容特性。例如，被提供于纤维材料18层16的树脂24可以至少部分地溶解于可包含热固性基体材料的基体材料222中。替代性地，被提供于纤维材料18层16的树脂24可以完全地溶解于基体材料222中。甚至进一步地，被提供于纤维材料18层16的树脂24可以与基体材料222发生化学反应。在其他实施例中，当树脂24开始与基体材料222接触时，被提供于纤维材料18层16的树脂24可保持处于不同于基体材料222相的相。优选地，被提供于纤维材料18层16的树脂24可以避免或者防止在被注入和固化的复合材料制品250（图19）中的基体材料222与树脂24交界的部位处产生微裂纹。

参考图19-20，示出可包括一个或者更多帽形截面204预型件200的帽状纵梁252。在图20中，一个或者更多帽形截面204预型件200可结合从而形成帽状纵梁252的主要层压件260。主要层压件260可以由多个主要层片262组成，其中一个或者更多个可形成如上所述的形状稳定的预型件200。帽状纵梁252可还包括基础层压件264，其由多个基础层片266（图20）组成，其中的一个或者更多个还形成为形状稳定的（例如，平面）预型件200。替代性地，如图18所示，通过施加来自材料卷14（图18）的纤维材料18，可形成基础层压件264。

在图19中，帽状纵梁252可还包括包装层压件268，其包括包装层片270（图20）并且形成封闭的截面，其中可选地，该封闭的截面可以由心轴216（图20）支撑。包装层压件268的包装层片270可以以如下方式形成为一个或者更多预型件200，即与形成用于帽状纵梁252的主要层压件260的帽形截面204预型件200的方式相似。通过提供一定成分的用于包装层片预型件（未示出）的树脂24，其中该成分使得在施加热（未示出）的情况下黏着以便可以使得包装层片270黏着，以便包装层片270可形成可被施加至心轴216的横截面形状。然而，树脂24还可以具有在移除热的情况下导致树脂24黏着的性质，以便如上所述，在粘性水平随着温度的减小而增加的同时随着树脂24固化，预型件200（图1）可保持模具横截面形状56（图1）。如上所述，在真空包装、高压处理和/或注入基体材料222的过程中，心轴216可支撑帽状纵梁252的封闭横截面形状。在图20中，一个或者更多面条状物272或者半径范围填充料可被包括于帽状纵梁252（图19），从而填充由于凸缘254和腹板256的半径所导致的在凸缘254和腹板256相交处的空间，其中凸缘254和腹板256与基础层压件264结合。

参考图21，示出飞机300的透视图，其可包括通过使用在本文中公开的一个或者更多形状稳定的预型件200（图19）而形成的制品。飞机300可包含机身302，其具有一对机翼304并具有可包括竖直稳定翼312和水平稳定翼310的尾部区段308，并且机身302可还包括控制面306和推进单元314。通常，飞机300可代表可包括在此所述预型件200的各种交通工具中的一种。在这方面，预型件200可被并入任何结构系统、结构子系统、结构组件、结构或者是包括任何航空器和/或宇宙飞船的交通工具。例如，在飞机300的背景下，预型件200可被并入飞机内部和/或外部部件内，例如并入机翼304内，例如翼片、机翼蒙皮、翼梁、翼肋、副翼、控制面306、支撑结构以及其他部件内。预型件200可还被并入机身302的部件，例如机身蒙皮部件、机身舱壁、机架、例如帽状纵梁252（图19）的纵梁以及其他部件。

参考图22，示出一个或者更多操作的流程图，其中所述操作可被包括在形成复合材料制品250的方法400中。本方法可包括关于形成形状稳定的预型件200的步骤，其中预型件200可被并入复合材料制品250（图19）中。

图22所示的本方法400的步骤402可包含提供至少一个含有结构纤维20（图1）的纤维材料18（图1）层16（图1）。在实施例中，纤维材料18层16可含有的热塑性或者热固性树脂24（图1）的量足以形成如上所述的具有模具横截面形状56（图1）的预型件200（图1）和/或如上所述将预型件200的多层黏着在一起。在实施例中，纤维材料18层16可包括相对于所述层16总体积来说体积占高达大约百分之10的树脂24（图1）。在实施例中，纤维材料18层16可包括体积占大约百分之10或者更少的树脂。树脂24可包含热塑性树脂或者热固性树脂。在实施例中，纤维材料18层16可含有相对少量的树脂24。例如，纤维材料18层16（图1）可含有相对于所述层16的总体积来说体积占大约百分之2至4的树脂24。纤维材料18和树脂24可被提供为如上所述的各种不同材料成分、厚度和纤维取向中的任何一种。

通过任何合适的方法，例如通过使用辊子（未示出）、刷子（未示出）、喷涂器（未示出）或者各种其他树脂应用方法中的任何一种，而不受限制，可将树脂24（图1）预先施加至纤维材料18（图1）。树脂24在被施加之前可被加热，从而降低其粘度。在实施例中，树脂24可在厂内和/或通过供货方被预先施加至纤维材料18层16。可以在单层片材料卷14b（图1）或者多层片材料卷14c（图1）上提供如上所述的具有所需树脂和纤维材料成分、厚度和/或纤维取向的所述层16。

可以沿着所述层16（图1）的长度和/或宽度在选定区域（未示出）内施加树脂24（图1），以致树脂24无需被均匀分布（未示出）在所述层16的长度和/或宽度上。例如，可以将树脂24施加在所述层16的能够使预型件200（图1）在加热树脂24后树脂24固化后维持模具横截面形状56（图1）的区域（未示出）内。在这方面，当黏着的层16中的树脂24固化时，冷却树脂24将导致树脂24的粘度增加，以便预型件200可维持模具横截面形状56。以这种方式，可以将施加至所述层16的树脂24的体积分数减至最小，以便纤维材料18通常可保持多孔性，从而允许在注入基体材料222的过程中，在预型件200中大体上均匀分布基体材料222（图18）。

纤维材料18（图1）层16（图1）在如下意义上通常是连续的，即如图1和图14所示，可以自一个或者更多个材料卷14分配一个或者更多纤维材料18层16。例如，如上所述，可以自一个或者更多单层片材料卷14b（图1）和/或从一个或者更多个多层片材料卷14c（图1）拉拔一个或者更多纤维材料18层16。另外，一个或者更多纤维材料18层16可被提供为替代性形式，其包括折叠的或者非折叠板材（未示出）或者其他形式。

图22所示的本方法400步骤404可包含如图1、图2、图3、图5A-5D、图6至图11和图14所示，使得所述层16（图2）通过具有模具横截面形状56（图2）的成型模具组50（图2）。例如，使用拔取机构150（图2），可以通过一个或者更多成型模具组50（图2）拉拔或者拉出纤维材料18（图2）层16（图2）。拔取机构150可包含一个或者更多辊子152（图2），其可被安装在所述层16的相反侧上，从而夹紧所述层16，并且拉拔所述层16通过成型模具组50。然而，可以实施其他的方法来拉拔所述层16通过成型模具组50。

图22所示的本方法400步骤406可包含例如通过使用加热装置110（图8）来加热纤维材料18（图8）层16（图8）中的树脂24（图8）。由于当通过成型模具组50拉拔所述层16时，所述层16与被加热的成型模具组50（图8）的表面接触，所以通过传导加热可以加热树脂24。然而，例如通过使用加热装置110预先加热所述层16，可以加热树脂24，其中加热装置110被安装在成型模具组50上游的任意部位。例如，加热枪（未示出）可以将热空气（未示出）引导至所述层16上，从而提高树脂24的温度，以便软化树脂24和/或降低其粘度。还可以通过其他的手段加热树脂24，包括通过使用加热器发射出辐射波长进行辐射加热，其中树脂24吸收的辐射比结构纤维20（图1）吸收的程度要大。树脂24可还由于与上和/或下成型模具（未示出）热接触而被加热，其中所述成型模具是由铁磁性材料（未示出）形成，并且其中铁磁性材料可被感应加热至居里温度以响应于由被施加至感应线圈（未示出）的电流（未示出）产生的磁场（未示出），其中如上所述，邻近上和/或下成型模具安装所述感应线圈。

图22所示的本方法400步骤408可包含将纤维材料18（图8）层16（图8）形成模具横截面形状56（图9）。在加热树脂24的过程中，或者在施加热114（图8）且树脂24被软化之后，纤维材料18可形成模具横截面形状56。如图3所示，当经过成型模具组50拉拔所述层16时，成型压力66可被施加至所述层16。由于通过一个或者更多上述加热装置110（图8）和方法加热树脂24，所以树脂24可软化，从而允许树脂24将与使用结构纤维20（图1）一起被模塑为模具横截面形状56。

图22所示的本方法400步骤410可包含允许树脂24（图8）固化。在所述层16（图8）呈现出模具横截面形状56（图9）的同时产生树脂24固化。例如，本方法可包括如上所述使得所述层16通过冷却装置130（图10），从而固化树脂24。以这种方式，预型件200（图9）可维持模具横截面形状56。

图22所示的本方法400步骤412可包含放置带有复合材料部件（未示出）例如额外的纤维材料214（图18）的一个或者更多预型件200。例如，图18示出心轴216被安置在帽形截面204预型件200内，并且随后的纤维材料214层180被施加在心轴216上和帽形截面204预型件200上。每个预型件200可包含单个预型件200和/或由预型件堆垛240（图15）形成的预型件组件242（图17），其中如下面更加详细地描述所述预型件堆垛240可在热114（图16）和/或压力238（图16）下固结。可与预型件200一起放置额外的纤维材料214（图18）。预型件200（图18）的组件可以被真空包装和/或高压处理，以便被压实和/或固结。

图22所示的本方法400步骤414可包含使用热塑性或者热固性基体材料222（图18）注入一个或者更多预型件200（图18）和/或纤维材料214（图18）。在该方面，可以执行步骤414，以便在没有注入随预型件200设置的复合材料部件（例如，纤维材料214-图18）的情况下，注入一个或者更多预型件200（图18）。替代性地，可执行步骤414，以便可以使用基体材料注入预型件200和复合材料部件，例如额外的纤维材料214。可以使用任何合适的液体成型工艺或者使用基体材料222注入组件的任何其他工艺来实现所述注入。例如，可以通过使用树脂传递模塑（RTM）、真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂膜熔渗（RFI）、散装树脂注入（BRI）和任何使用基体材料222注入预型件200及额外的纤维材料214的其他方法，使用基体材料222注入预型件200和额外的纤维材料214。

图22所示的本方法400步骤416可包含固化基体材料222（图18），从而形成复合材料制品250（图19）。在该方面，固化基体材料222可包括将热（未示出）和/或压力（未示出）施加至基体材料222，从而促进基体材料222大体均匀注入预型件200的结构纤维20（图1）。在实施例中，预型件200和相关的纤维材料214（图18）可被真空包装并且被高压处理，从而在组件固化过程中，提供所需的压力和温度曲线。基体材料222可被注入预型件200和纤维材料214内，以便最终的复合材料制品250具有范围大约在百分之30至70的纤维体积分数，不过可以为最终的复合材料制品250提供更大或者更小的纤维体积分数。

参考图23，示出如上所述使用多层预型件200（图15）形成预型件组件242的方法实施例的流程图。一个或者更多预型件组件242可以结合于多个单独预型件200、一个或者更多复合材料部件（未示出）和/或额外的纤维材料214（图18）并且被注入基体材料222（图18），从而形成复合材料制品250（图19）。

如图23所示步骤452可包含如图15所示将至少两个预型件200（图15）堆叠成预型件堆垛240（图15）。关于预型件200的横截面形状，预型件200大体上彼此相似，以便在堆叠构造中，预型件200彼此嵌套或者对准。预型件200可以由相同或者不同厚度和层片取向的相同类型的树脂24（图15）和纤维材料18形成，或者预型件200可以由不同厚度和不同纤维取向的不同类型的树脂24和纤维材料18以形成。例如，预型件堆垛240中的预型件200可以由含有不同材料成分的纤维材料18和/或树脂24的不同纤维材料18形成。额外地，为了实现如上所述的预型件堆垛240的所需堆垛顺序，预型件堆垛240中的预型件200可由具有不同纤维取向的纤维20（图1）的纤维材料18形成。

如图15所示，两个或者更多预型件200可被放在具有横截面形状56的预型件模具组230的上和下预型件模具232、234之间的预型件堆垛240中。可类似于上述成型模具组50（图1）地配置预型件模具组230。例如，预型件模具组230（图15）可包括如上所述的任何配置的加热装置110（图15）。预型件模具组230的上和/或下预型件模具232、234相对于彼此（例如，竖直地）可移动，从而在上和下预型件模具232、234之间连续地夹紧一段预型件堆垛240的各部分。替代性地，预型件模具组230可以是静止的，并且经过上和下预型件模具232、234之间的空隙可拉拔预型件堆垛240，这与上述用于形成单个预型件200（图1）相似。

图23所示步骤454可包含将热114（图16）施加至预型件堆垛240（图16），从而将其加热至可引起树脂24（图16）（例如热塑性树脂）的粘度降低的温度。在该方面，加热树脂24的步骤可包含将树脂24加热至如下的温度，即其接近或者超过树脂24的熔化温度或者玻璃转变温度从而允许树脂24软化，以降低树脂24的粘度。树脂24软化可促进预型件堆垛240中的相邻预型件200（图15）之间的树脂24的混杂。可使用任何使用加热线圈的传导加热、辐射加热、感应加热或者各种其他加热方法中的任何一种，例如如上所述的关于形成预型件200的加热方法，来执行预型件堆垛240的加热。

如图23所示步骤456可包含将压缩力238（图16）施加至图16所示的预型件堆垛240（图16），从而有助于预型件200（图16）的固结和/或促进相邻预型件200中的树脂24的混杂。通过控制上和下预型件模具232、234（图16）沿运动方向236（图15）朝向彼此的运动，可以将预定量的压缩力238施加至预型件堆垛240。替代性地，对于上和下预型件模具232、234（图16）的静止构造（未示出），其中经过预型件模具组230拉拔预型件堆垛240（图16），上和下预型件模具232、234之间的空隙（未示出）的尺寸可以被形成以便可以对预型件堆垛240施加所需的压缩力238量级。压缩力238可以是使得相邻预型件200的树脂24的至少一部分彼此混杂和粘结。

如图23所示步骤458可包含允许树脂24（图16）固化，从而由预型件堆垛240（图16）形成预型件组件242（图17）。如图17所示，在树脂24（图16）固化的情况下，预型件组件242可呈现出预型件模具组230（图16）的横截面形状。例如，当热塑性树脂24被加热至熔化温度以上，导致热塑性树脂24的粘度降低时，预型件堆垛240（图16）中相邻设置的预型件200的热塑性树脂24可以彼此混杂。在热塑性树脂24固化的情况下，相邻预型件200（图16）的热塑性树脂24可以粘结从而形成预型件组件242（图17）。

可选地，预型件组件242（图17）可以按照图22所示的步骤412，与一个或者更多复合材料部件（未示出）组合，以及可以如步骤414所示被注入基体材料（未示出）。替代性地，在未将与上述步骤414相似的基体材料注入复合材料部件242的情况下，可以将基体材料（未示出）注入预型件组件242。基体材料可以按与上述图22的步骤416相似的方式被固结，从而形成复合材料部件，例如如图19所示的帽状纵梁。

参考图24，示出在本文中描述的系统10的实施例的方框图。本系统10可包括成型模具组50，其由具有上和下模具72、74的静止成型模具组70组成，用于经过成型模具组50拉拔具有纤维20和树脂24的纤维材料18层16。成型模具组50可包括用于加热树脂24的加热装置110，以便所述层16可以形成模具横截面形状56。替代性地，成型模具组50可以是具有上和下模具92、94的可移动成型模具组90，所述上和下模具92、94可以相对于彼此移动，从而将一段所述层16的各截面形成模具横截面形状56。可固化树脂24，以便预型件200保持模具横截面形状56。预型件200的堆垛240可以形成预型件组件242。一个或者更多预型件200和/或一个或者更多预型件组件242可以与额外的纤维材料214组合，其使用基体材料222注入，从而在固化基体材料222的情况下，形成复合材料制品10。

在图24中，在上述形成预型件200的实施例中，树脂24体积分数被选择成在固化树脂24时，预型件200可维持模具横截面形状56，该模具横截面形状56近似于最终的复合材料制品250的形状。维持预型件200近似于最终的复合材料制品250的形状将有助于，当在注入基体材料222之前，放置带有其他纤维材料214（例如，其他的预型件200或者其他的纤维材料）的预型件200时，在无需工具辅助（未示出）的情况下，处理纤维材料18，从而形成最终的复合材料制品250。如上所述，纤维材料18层16可含有体积接近于大约百分之10的树脂24。在实施例中，纤维材料18层16可含有体积占大约百分之1至10之间的树脂24，不过可以使用较大或者较小的体积分数的树脂24。例如，纤维材料18层16可包括体积占大约百分之2至4之间的树脂24。通过将树脂24的体积分数减至最小，预型件200可保持大体多孔状，从而在注入基体材料222的过程中，允许基体材料222大体上均匀地分布在预型件200的绝大部分。此外，通过将树脂24的体积分数减至最小，可以将树脂24对固结的复合材料制品250的强度和刚度性质的影响减至最小。

参考图25-26，可以在如图25所示的飞机制造和使用方法500以及如图26所示的飞机502的背景下描述本公开实施例。在预生产过程中，示例性方法方法500可包括飞机502的规格和设计504以及材料采购506。在生产过程中，发生飞机502的部件和子组件制造508和系统集成510。其后，为了投入使用514，飞机502将通过认证和交付512。在客户使用飞机502的同时，安排飞机502进行常规维修和保养516（其还将包括修改、重组、翻新等等）。

可通过系统综合供应商、第三方和/或操作人员（例如，客户）执行或实施方法500的每个过程。为了描述的目的，系统综合供应商可包括，并非限制，任何数量的飞机制造商和主要系统分包商；第三方可包括，并非限制，任何数量的供货方、分包商和供应商；以及操作人员可以是，并非限制，航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等等。

如图26所示，由示例性方法500生产的飞机502可包括具有多个系统520和一个内部522的飞机机架518。高级系统520的例子包括一个或更多动力系统524、电力系统526、液压系统528以及环境系统530。还可包括任何数量的其他系统。尽管示出航空和航天的例子，但是本发明远离可被应用至其他产业，例如汽车制造业。

在任何一个或者更多生产和使用方法500阶段过程中，可采用在本文中采用的设备和方法。例如，相应于生产过程508的部件或子组件可按相似于飞机502在使用时生产的部件或子组件的方式被制作或制造。同样地，在生产阶段508和510过程中，例如，通过极大地加快飞机502组装或者减少成本，可运用一个或更多设备实施例、方法实施例或其组合。相似地，例如并非限制，当使用飞机502时，可运用一个或更多设备实施例、方法实施例或其组合，从而维修和保养516。

本领域技术人员将想到本公开的许多修正和其他实施例，其中该公开涉及的修正和其他实施例具有前述提出的教导和相关附图的利益。本公开中描述的实施例是为了说明而不是要限制或者穷举。尽管本文中采用了具体术语，但是这些术语也仅用于一般和描述意义，而不是为了限制。

Claims (9)

1.一种用于形成预型件的方法，其包含如下步骤：

提供含有结构纤维和与所述结构纤维混杂或密切混和的树脂的增粘的纤维材料层，其中所述增粘的纤维材料层含有体积占百分之1至10的树脂；

使所述层通过具有模具横截面形状的成型模具组；

加热所述树脂；

使所述层形成所述模具横截面形状；以及

允许所述树脂以形成具有所述模具横截面形状的预型件的方式固化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述树脂为热塑性树脂，允许所述树脂固化的步骤包括：

允许所述热塑性树脂冷却，以便所述热塑性树脂固化。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述增粘的纤维材料层含有体积占百分之2至4的树脂。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述成型模具组包括静止模具组，使所述层通过所述成型模具组的步骤包括：

使用拔取机构，连续地拉拔所述层通过所述静止模具组。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述成型模具组包含可移动模具组，使所述层通过所述成型模具组的步骤包含：

通过在所述可移动模具组之间连续地夹紧所述层的区段，所述层相继形成所述模具横截面形状。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述模具横截面形状在所述成型模具组的长度上变化。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述预型件包含飞机和宇宙飞船中的至少一个的部件。

8.根据权利要求1所述的方法，其中当基体材料存在时，所述树脂是具有至少一个下列特性的热塑性树脂：

至少部分地溶解在所述基体材料中；

与所述基体材料反应；以及

在所述基体材料的固化过程中，保持不同于所述基体材料的相的相。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述树脂为热塑性树脂，所述方法还包含下列步骤：

将至少两个所述预型件堆叠成预型件堆垛；

将所述预型件堆垛加热至引起所述热塑性树脂的粘度降低的温度；

将压缩力施加至所述预型件堆垛；以及

允许所述热塑性树脂固化，从而形成固化的预型件组件。