волокнистый композитный конструктивный элемент и способ изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента

Формула изобретения

1. Волокнистый композитный конструктивный элемент, содержащий, по меньшей мере, граничащие друг с другом первый и второй частичные элементы (1, 2), причем первый частичный элемент (1) состоит из первой волокнистой структуры (3) и первой матричной системы, в которую заделана первая волокнистая структура (3), а второй частичный элемент (2) состоит из второй волокнистой структуры (4) и второй матричной системы, в которую заделана вторая волокнистая структура (4), причем обе матричные системы затвердевают различно, отличающийся тем, что первая матричная система проходит неравномерными граничными поверхностями во вторую волокнистую структуру (4) второго частичного элемента (2), и матричная система второго частичного элемента (2) дополняющими граничными поверхностями примыкает внутри второй волокнистой структуры (4) к матричной системе первого элемента (1).

2. Волокнистый композитный конструктивный элемент, содержащий, по меньшей мере, граничащие друг с другом первый и второй частичные элементы (1, 2), причем первый частичный элемент (1) состоит из первой волокнистой структуры (3) и первой матричной системы, в которую заделана первая волокнистая структура (3), а второй частичный элемент (2) состоит из второй волокнистой структуры (4) и второй матричной системы, в которую заделана вторая волокнистая структура (4), причем обе матричные системы затвердевают различно, отличающийся тем, что первая матричная система первого частичного элемента (1) проходит неравномерными граничными поверхностями во вторую волокнистую структуру (4) второго частичного элемента (2) и образует там зону (8) смешивания с неравномерными граничными поверхностями, и вторая матричная система второго частичного элемента (2) дополняющими граничными поверхностями соединена внутри второй волокнистой структуры (4) с зоной (8) смешивания.

3. Волокнистый композитный конструктивный элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что матричные системы частичных элементов (1, 2) образованы термопластичной пластмассой или термореактивной пластмассой.

4. Способ изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента, содержащего, по меньшей мере, граничащие друг с другом первый и второй частичные элементы (1, 2), причем первый частичный элемент (1) состоит из первой волокнистой структуры (3) и первой матричной системы, в которую заделана первая волокнистая структура (3), а второй частичный элемент (2) состоит из второй волокнистой структуры (4) и второй матричной системы, в которую заделана вторая волокнистая структура (4), причем обе матричные системы затвердевают различно, отличающийся тем, что сначала переводят в жидкое состояние первую матричную систему первого частичного элемента (1), и она при этом неравномерно проникает в зону граничащего второго частичного элемента (2), затем переводят в жидкое состояние матричную систему второго частичного элемента (2) и осуществляют отверждение матричных систем с примыкающими друг к другу, дополняющими друг друга граничными поверхностями внутри второй волокнистой структуры (4).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве матричной системы частичных элементов (1, 2) используют термопластичную пластмассу или термореактивную пластмассу.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что волокнистая структура (4) второго частичного элемента (2) без матричной системы прилегает к первому частичному элементу (1), когда термопласт посредством нагревания переводят в жидкое состояние, и затем впрыскивают термореактивную пластмассу в жидком виде во второй частичный элемент (2).

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что термопласт содержится в волокнистой структуре (3) частичного элемента (1).

8. Способ по одному из пп.4-6, отличающийся тем, что термореактивный материал соответствующего частичного элемента применяют при первой температуре в жидком виде, и он проникает в другой частичный элемент (1) за счет того, что термопласт переходит в жидкое состояние при более высокой температуре, чем первая температура.

9. Способ по одному из пп.4-6, отличающийся тем, что все стадии способа вплоть до затвердевания матричных систем выполняют в однажды закрытой форме (6).

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что все стадии способа вплоть до затвердевания матричных систем выполняют в однажды закрытой форме (6).

11. Способ изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента, содержащего, по меньшей мере, граничащие друг с другом первый и второй частичные элементы (101, 105), причем первый частичный элемент (101) состоит из первой волокнистой структуры (102) и первой матричной системы, в которую заделана первая волокнистая структура (102), а второй частичный элемент (105) состоит из второй волокнистой структуры (102b), причем обе матричные системы затвердевают различно, отличающийся тем, что консолидируют первую матричную систему (103) первого частичного элемента (101), причем на предусмотренную для соединения со вторым частичным элементом переходную зону (104) помещают волокнистую структуру (102), не смоченную первой матричной системой (103), и затем консолидируют второй частичный элемент (105) после проникновения второй матричной системы (106) второго частичного элемента (105) в переходную зону (104) внутри первой волокнистой структуры (102) первого частичного элемента (101).

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что консолидацию первого и/или второго частичного элемента (101, 105) выполняют посредством приведения в жидкое состояние и последующего отверждения соответствующей матричной системы (3, 6).

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что консолидацию первого и/или второго частичного элемента (1, 5) выполняют посредством впрыскивания и последующего отверждения соответствующей матричной системы (3, 6).

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что переходную зону (104) выполняют с неравномерным распределением толщины по площади переходной зоны (104).

15. Способ по одному из пп.11-13, отличающийся тем, что первый частичный элемент (101) выполняют, по меньшей мере, из двух слоев (107а, 107b или 108а, 108b или 109а, 109b), которые соединяют друг с другом, причем первый слой (107а, 108а, 109а) является снабженной матричной системой (103) волокнистой структурой (102), и второй слой (107b, 108b, 109b) является соединенной с первым слоем (107а, 108а, 109а), не снабженной матричной системой и образующей переходную зону (104) волокнистой структурой (102).

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что в качестве первого слоя (107а, 108а, 109а) используют термопластичный смешанный гибрид или термопластичный препрег.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что сшивают друг с другом волокнистые структуры (102), по меньшей мере, двух слоев (107а, 107b; 108а, 108b; 109а, 109b).

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что наносят второй слой (107b, 108b, 109b), который состоит из сшитых друг с другом волокнистых слоев (2), из укладки волокон или предварительно сформированного волокнистого слоя, на первый слой (107а, 108а, 109а) и консолидируют матричную систему (103) первого частичного элемента (101) за исключением переходной зоны (104).

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что переводят в жидкое состояние термопластичный материал матричной системы (103) первого слоя (107а, 108а, 109а) и осуществляют отверждение частично проникшего при переводе в жидкое состояние во второй слой (107b, 108b, 109b) материала матричной системы (103).

20. Способ по п.14, отличающийся тем, что вкладывают, по меньшей мере, одну термопластичную пленку (110) между первым и вторым слоями (109а, 109b) первого частичного элемента (101) перед консолидацией матричной системы (103) первого частичного элемента (101), и осуществляют отверждение матричной системы (103) с помощью нагревания так, что термопластичная пленка (110) плавится и частично проникает во второй слой (109b) с образованием неравномерной переходной зоны (104).

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что термопластичная пленка (110) снабжена отверстиями или перфорацией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента, по меньшей мере, с двумя граничащими друг с другом первым и вторым частичными элементами с волокнистой структурой и различными матричными системами, в которые заделана эта волокнистая структура и которые различно затвердевают из жидкого состояния.

Кроме того, изобретение относится к волокнистому композитному конструктивному элементу, по меньшей мере, с двумя граничащими друг с другом первым и вторым частичными элементами с волокнистой структурой и различными матричными системами, в которые заделана волокнистая структура и которые различно затвердевают из жидкого состояния.

Известно составление различных волокнистых композитных конструктивных элементов из различных частичных элементов, которые имеют различные волокнистые структуры и, в частности, также различные матричные структуры для обеспечения выполнения различных требований к частичным элементам. Согласно уровню техники частичные элементы изготавливают независимо друг от друга и объединяют в конструктивный элемент с помощью клеевого и/или винтового соединения. Объединение частичных элементов приводит к недостатку, состоящему в том, что соединение имеет возможно необходимый высокий предел прочности на срез лишь тогда, когда соединение выполняют с большими затратами, которые значительно увеличивают вес волокнистого композитного конструктивного элемента.

Из DE 199 15 083 С1 и ЕР 1 400 341 А1 известно расположение различных заготовок, т.е. частичных элементов с волокнистой структурой относительно друг друга, и совместная их пропитка связующим средством (матричной системой) и отверждение, при необходимости, в вакууме. Однако при этом применяют для частичных элементов очевидно одинаковые матричные системы.

В US 5 667 881 раскрыто соединение между термопластичной и термореактивной пластмассой, которое выполняется за счет того, что на граничной поверхности между обеими пластмассами они могут в жидком, соответственно, пластифицированном состоянии немного смешиваться для образования друг с другом своего рода дисперсии. Такой способ ограничивается применением смешиваемых друг с другом пластмасс и имеет поэтому лишь ограниченную область применения.

В основу данного изобретения положена задача обеспечения возможности изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента указанного в начале вида, который имеет повышенную устойчивость соединения частичных элементов, является экономичным в изготовлении и не ограничивается определенными комбинациями пластмасс.

Эта задача решается с помощью волокнистого композитного конструктивного элемента указанного в начале рода, который характеризуется тем, что матричная система первого частичного элемента с неравномерными граничными поверхностями проходит в зону второго частичного элемента, и матричная система второго частичного элемента внутри второго частичного элемента дополняющими граничными поверхностями примыкает к матричной системе первого частичного элемента.

В одном альтернативном варианте выполнения волокнистый композитный конструктивный элемент указанного в начале рода, согласно изобретению характеризуется тем, что матричная система первого частичного элемента неравномерными граничными поверхностями проходит в зону второго частичного элемента и образует там зону смешивания с неравномерными граничными поверхностями, и матричная система второго частичного элемента внутри второго частичного элемента дополняющими граничными поверхностями примыкает к зоне смешивания.

Кроме того, указанная выше задача решена согласно первому варианту выполнения с помощью способа указанного в начале рода тем, что сначала приводят в жидкое состояние матричную систему первого частичного элемента, и при этом она неравномерно проникает в область граничащего второго частичного элемента, затем матричную систему второго частичного элемента переводят в жидкое состояние, и матричные системы подвергают отверждению.

Таким образом, способ согласно изобретению предусматривает, что матричную систему первого частичного элемента сначала переводят в жидкое состояние, в то время как волокнистая структура второго частичного элемента еще находится в сухом состоянии, т.е. возможно уже имеющаяся матричная система второго частичного элемента еще не находится в жидком состоянии, или волокнистая структура второго частичного элемента еще совсем не снабжена матричной системой. За счет этого матричная система первого частичного элемента может неравномерно проникать в жидком виде в зону второго частичного элемента, так что при последующем переводе в жидкое состояние матричной системы второго частичного элемента (за счет нагревания или впрыска жидкого связующего средства) между матричными системами образуется неравномерная граничная поверхность, за счет чего затвердевшие матричные системы сцепляются в виде «зубцов» или в виде «крючков» друг с другом. Таким образом, удается выполнять соединение между частичными элементами, которое вследствие соединения в виде «зубцов» или «крючков» матричных систем имеет явно увеличенный предел прочности на срез. Способ согласно изобретению характеризуется тем, что соединение в виде зубцов или крючков матричных систем происходит исключительно в зоне одного из частичных элементов, при этом «обратный поток» в другой частичный элемент является пренебрежительно малым и составляет менее 2%, предпочтительно менее 1% вызывающего в частичных элементах соединение в виде зубцов или крючков объема.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения частичные элементы имеют матричную систему из термореактивной пластмассы и матричную систему из термопластичной пластмассы. При этом термопластичная пластмасса может предпочтительно присутствовать в волокнистой структуре первого частичного элемента, который тем самым выполнен в виде термопластичного препрега, или же его волокнистая структура содержит термопластичные волокна. За счет нагревания термопластичную пластмассу можно переводить в жидкое состояние, так что она проникает в зону второго частичного элемента, предпочтительно в волокнистую структуру второго частичного элемента. Затем можно, например, впрыскивать термореактивное связующее средство в волокнистую структуру второго частичного элемента. При этом образуется неравномерная граничная поверхность между обоими жидкими связующими средствами, так что затвердевающие затем матричные структуры прилегают друг к другу неравномерными граничными поверхностями и частично проникают друг в друга.

Отверждение предпочтительно происходит посредством соответствующего подвода тепла, при этом, например, термореактивное связующее средство затвердевает за счет увеличения температуры и, при необходимости, за счет повышенного давления, в то время как термопластичное связующее средство затем затвердевает при охлаждении.

В другом варианте выполнения изобретения может, например, на одном препреге находиться термореактивная пластмасса, которая переходит в жидкое состояние при относительно низкой температуре (например, 80°С) и проходит в зону примыкающего, имеющего промежуточные пространства термопластичного препрега или термопластичного смешанного гибрида (Comminglinghybrid). При дальнейшем увеличении температуры термопластичная пластмасса переходит в жидкое состояние, так что в частичной зоне термопластов образуется зона смешивания, в которой термопластичные волокна смешанного гибрида или термопластичная доля препрега переходят в жидкое состояние внутри проникшей термореактивной пластмассы, и при затвердевании термореактивных пластмасс образуются термопластичные включения. Однако при этом существенным для повышения силы соединения является пространственное сцепление в виде зубцов соответствующих матриц за счет неравномерно проникающего во вторую частичную зону термореактивного материала. Зона смешивания находится исключительно во второй частичной зоне системы, при этом «исключительно» также здесь означает, что во всех целях происходит незначительный обратный поток термопластичного материала в первую частичную зону термореактивных пластмасс, который по объему составляет менее 2%, предпочтительно менее 1%.

Стадии способа для изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента предпочтительно выполняют до затвердевания матричных систем в один раз закрываемой форме, за счет чего обеспечивается значительная рационализация способа изготовления.

В другом варианте выполнения способ указанного в начале рода характеризуется тем, что консолидируют первый частичный элемент, оставляя предусмотренную для соединения со вторым частичным элементом переходную зону с несмоченной матричной системой волокнистой структурой, и затем после проникновения матричной системы второго частичного элемента в переходную зону первого частичного элемента консолидируют второй частичный элемент.

Таким образом, первый частичный элемент, соответственно, конструктивный элемент узла консолидируют отдельно так, что остается сухая волокнистая зона без матричного материала в переходе к устанавливаемому позже узлу, т.е. ко второму частичному элементу. Консолидацию, например, посредством перевода в жидкое состояние матрицы или впрыска матрицы и отверждения можно выполнять также перед монтажом со вторым частичным элементом. Тем самым задается последующая переходная зона от матричной системы первого частичного элемента к другой матричной системе второго частичного элемента внутри первого частичного элемента.

Таким образом, второй конструктивный элемент не подвергается тепловой нагрузке, когда переводится в жидкое состояние матрица первого частичного элемента, поскольку переходная зона создается в первом частичном элементе уже перед монтажом первого и второго частичного элемента в узел.

Консолидацию первого и/или второго частичного элемента можно осуществлять, например, посредством перевода в жидкое состояние и последующего отверждения соответствующей матричной системы.

Однако возможно также осуществлять консолидацию первого и/или второго частичного элемента посредством впрыска матричного материала и последующего отверждения соответствующей матричной системы.

Особенно предпочтительно, если переходная зона выполнена с неравномерным распределением толщины по площади переходной зоны. Это достигается тем, что слои волокна переходной зоны имеют в своей поверхности как зоны сухого волокна, так и зоны, пронизанные матричным материалом первого частичного элемента. Образуемый в соответствии с этим волокнистыми слоями переходной зоны неравномерный граничный слой имеет то преимущество, что обеспечивается улучшенное сцепление с помощью крючков и зацепление обоих частичных элементов в переходной зоне. Через волокна создается соединение с замыканием по материалу между обеими матричными зонами.

В одном предпочтительном варианте выполнения первый частичный элемент выполнен, по меньшей мере, из двух слоев, которые соединяются друг с другом, например, посредством прошивки. При этом первый слой первого частичного элемента является снабженной матричной системой волокнистой структурой, а второй слой является соединенной с первым слоем, не снабженной матричной системой и образующей переходную зону волокнистой структурой. При консолидации матричной системы, например, посредством перевода в жидкое состояние термопластичного материала матричный материал протекает частично во второй слой первого частичного элемента, так что при затвердевании матричного материала во втором слое образуется граничный слой.

В качестве первого слоя этого двухслойного первого частичного элемента можно использовать, например, термопластичный смешанный гибрид или термопластичный препрег.

В другом предпочтительном варианте выполнения первого частичного элемента образованный из сшитых друг с другом волокнистых слоев, из уложенного волокна или предварительно сформированного волокнистого слоя второй слой наносят на первый слой для изготовления первого частичного элемента. Затем матричную систему первого частичного элемента подвергают консолидации за исключением переходной зоны посредством, например, перевода в жидкое состояние термопласта первого слоя, так что он протекает во второй слой. Затем при затвердевании термопласта во втором слое первого частичного элемента образуется граничный слой.

В другом предпочтительном варианте выполнения первый частичный элемент образован посредством вложения термопластичной пленки между первым и вторым слоем первого частичного элемента перед консолидацией матричной системы первого частичного элемента и отверждением матричной системы с помощью нагревания. При нагревании термопластичная пленка плавится и проникает частично во второй слой с образованием неравномерной переходной зоны.

Термопластичная пленка может быть снабжена отверстиями или перфорацией.

Перфорация термопластичной пленки в основном сохраняется во втором слое, и образуется граничный слой с отверстиями. За счет этого матричная система второго частичного элемента может затекать в эти отверстия и при ее затвердевании дополнительно сцепляться с матричной системой первого частичного элемента. Тем самым обе матричные системы образуют неравномерную граничную поверхность.

Изготовленный с помощью указанного способа волокнистый композитный конструктивный элемент можно применять, например, для усиленных стрингерами оболочек корпуса или крыла самолетов. При этом элементы оболочки выкладывают из эпоксидного углеродного волокнистого препрега, в то время как стрингеры изготавливают из углеродного волокнистого материала с термопластичной матрицей с помощью указанного выше способа. При этом стрингеры подвергают окончательной консолидации вплоть до контактной зоны основания стрингера с оболочкой из препрега, и их можно с помощью тепловой деформации точно согласовывать, например, со сферическими контурами оболочки. При нагревании запечатанной оболочки вместе со стрингерами еще сухая зона оснований стрингеров пропитывается избыточной смолой препрега и образует тем самым способное выдерживать нагрузки соединение стрингера с оболочкой.

Понятно, что способ можно использовать соответствующим образом также для изготовления волокнистых композитных конструктивных элементов для других областей применения.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены примеры выполнения, а именно:

фиг.1 - смежное расположение волокнистых структур двух смежных частичных элементов волокнистого композитного конструктивного элемента;

фиг.2 - воздействие температурой и давлением на систему согласно фиг.1 для плавления термопластичной составляющей в волокнистой структуре первого частичного элемента, схематично;

фиг.3 - проникновение термопластичного материала первого частичного элемента во второй частичный элемент, схематично;

фиг.4 - последующий впрыск термореактивной смолы, схематично;

фиг.5 - отверждение впрыснутой термореактивной смолы;

фиг.6 - затвердевший, изготовленный с помощью способа согласно фиг. 1-5 конструктивный элемент;

фиг.7 - стадия способа изготовления конструктивного элемента согласно другому варианту выполнения изобретения, с образованием зоны смешивания;

фиг.8 - затвердевший конструктивный элемент;

фиг.9 - затвердевший конструктивный элемент согласно фиг.8, в другом виде, схематично;

фиг.10а-f - способ изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента с изображением поперечного сечения образующих волокнистый композитный конструктивный элемент первого и второго частичных элементов, схематично;

фиг.11 - поперечное сечение первого частичного элемента согласно первому варианту выполнения, схематично;

фиг.12а-b - консолидация матричной системы первого частичного элемента согласно фиг.2, схематично;

фиг.13 - поперечное сечение первого частичного элемента согласно второму варианту выполнения, схематично;

фиг.14а-b - консолидация матричной системы первого частичного элемента согласно фиг.4, схематично;

фиг.15 - поперечное сечение первого частичного элемента согласно третьему варианту выполнения, схематично;

фиг.16а-b - консолидация матричной системы первого частичного элемента согласно фиг.6, схематично;

фиг.17 - изготовление усиленных стрингерами оболочек корпуса или крыла, схематично.

На фиг.1 схематично показан первый частичный элемент 1 и второй частичный элемент 2 подлежащего изготовлению волокнистого композитного конструктивного элемента. Первый частичный элемент 1 имеет волокнистую структуру 3, а второй частичный элемент 2 - волокнистую структуру 4, которые схематично показаны в виде наложенных друг на друга слоев ткани. Оба частичных элемента расположены с наложением друг на друга и тем самым образуют общую граничную поверхность 5.

В показанном примере выполнения волокнистая структура 3 первого частичного элемента 1 содержит термопластичные волокна (термопластичный смешанный гибрид).

На фиг.2 схематично показано с помощью окружающей систему линии 6, что система согласно фиг.1 уложена в форму и закрыта снаружи, так что на систему внутри формы 6 можно воздействовать повышенной температурой и модифицированным давлением (повышенным давлением или разрежением).

За счет повышенной температуры можно приводить к расплавлению термопластичные волокна в остальном образованной из углеродных волокон волокнистой структуры 3 первого частичного элемента 1, так что возникает термопластичное жидкое связующее средство. Поскольку волокнистая структура 4 второго частичного элемента 2 выполнена в виде сухого полуфабриката из углеродного волокна, то связующее средство за счет капиллярного эффекта и, при необходимости, под действием повышенного давления внутри формы 6 неравномерно проникает в зону второго частичного элемента 2, предпочтительно в волокнистую структуру 4 второго частичного элемента 2, как показано на фиг.3.

При уже затвердевшем связующем средстве первого частичного элемента 1, как показано на фиг.4, в волокнистую структуру 4 второго частичного элемента 2 нагнетают термореактивное связующее средство (например, эпоксидную смолу), как схематично показано стрелкой. Таким образом, оба связующих средства образуют неравномерную граничную линию 7 друг с другом, которая за счет проникшего в волокнистую структуру 4 второго частичного элемента 2 связующего средства проходит только в зоне второго частичного элемента 2.

За счет дальнейшего повышения температуры в системе согласно фиг.5 происходит затвердевание впрыснутого термореактивного связующего средства. За счет последующего охлаждения системы, предпочтительно внутри формы 6, затвердевает также термопластичное связующее средство первого частичного элемента 1, так что после извлечения из формы 6 получают показанный на фиг.4 волокнистый композитный конструктивный элемент, который имеет на своей граничной поверхности 5 сцепленные друг с другом матричные системы обоих частичных элементов 1, 2 и тем самым высокую стойкость относительно показанных на фиг.6 стрелками срезающих нагрузок.

В показанном на фиг.7-9 примере выполнения первый частичный элемент 1 имеет волокнистую структуру 3, которая выполнена в виде препрега с покрытием в избытке термореактивной пластмассой, так что при повышении температуры в форме или автоклаве 6 термореактивный материал неравномерно проникает в зону второго частичного элемента 2 и образует неравномерную граничную линию 7. Волокнистая структура 4 второго частичного элемента может содержать, например, термопластичные волокна в виде смешанного гибрида. При повышении температуры термореактивный материал начинает затвердевать, в то время как термопластичные волокна начинают плавиться. За счет этого во втором частичном элементе образуется термопластичный композитный материал. После охлаждения и затвердевания конструктивного элемента в зоне второго частичного элемента 2 образуется неравномерная зона 8 смешивания, которая состоит из затвердевшего термореактивного материала с также затвердевшими термопластичными включениями. И в этом случае обеспечивается улучшение устойчивости граничного слоя 5 между частичными элементами 1, 2 за счет образованной механически неравномерной граничной линии 7 зоны 8 смешивания во втором частичном элементе 2.

Понятно, что показанные примеры выполнения не должны ограничивать объем защиты. В рамках изобретения можно применять в смежных частичных элементах 1, 2 различные связующие средства, которые оба являются термореактивными или оба термопластичными. Кроме того, не обязательно применять смешанный гибрид, поскольку равным образом можно применять препреги или сухие волокнистые структуры, в которые впрыскивают соответствующий матричный материал.

Кроме того, можно подвергать отверждению связующее средство первого частичного элемента 1 уже после перевода в жидкое состояние, перед активированием связующего средства второго частичного элемента 2 за счет перевода в жидкое состояние или впрыска. Во всех случаях можно осуществлять желаемое согласно изобретению механическое сцепление матричных систем обоих частичных элементов 1, 2 во втором частичном элементе 2.

На фиг.10а-f показаны различные стадии способа изготовления волокнистого композитного конструктивного элемента, состоящего из двух граничащих друг с другом частичных элементов.

На фиг.10а показано поперечное сечение первого частичного элемента 101, состоящего из волокнистой структуры 102 и заделанной в волокнистую структуру 102 матричной системы 103.

Как показано на фиг.10b, матричную систему 103 первого частичного элемента 101 переводят в жидкое состояние с помощью температуры и давления для последующей консолидации первого частичного элемента 101 посредством отверждения матричного материала 103. За счет того, что волокнистая структура 102 в переходной зоне 104 первого частичного элемента 101 не смочена матричной системой 103, матричная система 103 при консолидации лишь не полностью проникает в переходную зону 104, т.е. в не содержащую матричный материал переходную зону 104. После затвердевания там возникает переходная зона 104 с неравномерным распределением толщины по площади переходной зоны 104, как показано на фиг.10с.

В следующей стадии, которая показана на фиг.10d, отдельно консолидированный первый частичный элемент 101 плоско накладывают на второй частичный элемент 105. Затем впрыскивают матричную систему (смолу) 106 во второй частичный элемент 105 и с помощью температуры и давления обеспечивают протекание матричной системы 106 второго частичного элемента 105 через него в переходную зону 104 первого частичного элемента. Там матричная система 106 сцепляется в виде крючков или зубцов с переходной зоной и затвердевает (фиг.10е и f).

Таким образом, предусмотрено, что матричная система 103 первого частичного элемента 101 переходит в жидкое состояние и вследствие своей высокой вязкости не полностью проникает в переходную зону 104 первого частичного элемента 101, так что образуется неравномерный граничный слой при затвердевании матричной системы 103. Матричная система 106 второго частичного элемента 105 еще не присутствует при затвердевании первого частичного элемента 101, соответственно, матричная система 103 первого частичного элемента 101 переводится в жидкое состояние и отверждается при отсутствии второго частичного элемента 105. Затем во второй частичный элемент 105 впрыскивают матричную систему 106 или же нагревают уже присутствующую во втором частичном элементе 105 матричную систему 106. За счет этого матричная система 106 второго частичного элемента 105 проникает в переходную зону 104 первого частичного элемента 101, которая еще не была смочена матричной системой 106. Вследствие этого матричная система второго частичного элемента 105 протекает к граничному слою первой матричной системы 103, сцепляется с ним в виде крючков или зубцов и затвердевает.

На фиг.11 показан второй вариант выполнения первого частичного элемента 101, который выполнен из двух слоев 107а, 107b. Первый слой 107а состоит из термопластичного смешанного гибрида и соединен со вторым слоем 107b. Второй слой 107b может состоять из одного или нескольких сухих, соответственно, не снабженных матричной системой волокнистых слоев. Соединение первого и второго слоев 107а,b друг с другом можно осуществлять, например, с помощью сшивания. При переводе в жидкое состояние содержащегося в первом слое 107а термопласта он частично протекает во второй слой 107b, так что при затвердевании термопласта в качестве матричной системы во втором слое 107b образуется граничный слой в виде переходной зоны 104.

Для этого, как показано на фиг.12а, образованный из обоих слоев 107а, 107b первый частичный элемент 101 подвергают консолидации с помощью температуры и давления. На фиг.12b показан готовый консолидированный первый частичный элемент 101 с переходной зоной 104.

Показанный на фиг.13 схематично третий вариант первого частичного элемента 101 также выполнен из двух слоев 108а, 108b. И в этом случае первый слой 108а состоит из термопластичного смешанного гибрида или из термопластичного препрега. Второй слой 108b состоит из одного или нескольких сшитых друг с другом волокнистых слоев, из волокнистой укладки или из предварительно сформированного волокнистого слоя.

Перед расплавлением термопласта в первом слое 108а второй слой 109b приводят в контакт с первым слоем 108а. Затем, как показано на фиг.14а, под воздействием температуры и давления первый слой 108а переходит в жидкое состояние и начинает протекать во второй слой 108b. За счет этого при затвердевании термопласта образуется граничный слой во втором слое 108b, который и в этом случае создает переходную зону 104 с неравномерным распределением толщины.

На фиг.15 показан четвертый вариант выполнения первого частичного элемента 101, в котором перед консолидацией содержащегося в первом слое 109а термопласта закладывается в качестве матричной системы между первым и вторым слоями 109а, 109b снабженная отверстиями или перфорацией термопластичная пленка 110.

При показанной схематично на фиг.16а консолидации первого частичного элемента 101 под действием температуры и давления термопластичная пленка 110 начинает плавиться и частично затекает во второй слой 109. Тем самым при затвердевании первого частичного элемента 101 оба слоя 109а, 109b соединяются друг с другом. Кроме того, максимально сохраняется перфорация термопластичной пленки 110 во втором слое 109b, и образуется граничный слой с отверстиями. Это показано на фиг.16b. Там показана имеющая соответствующие отверстия переходная зона 104. Матричная система второго частичного элемента 105 может втекать в эти отверстия переходной зоны 104 и при затвердевании дополнительно сцепляться с матричной системой первого частичного элемента 101, соответственно, создавать усиленно неравномерную граничную поверхность.

На фиг.17а-с показано применение указанного выше способа для изготовления усиленных стрингерами оболочек корпуса или крыла для самолетов. Первый частичный элемент 101 является, например, изготовленным из углеродного волокнистого материала с термопластичной матрицей стрингером, который за исключением переходной зоны 104 у основания стрингера консолидирован в направлении оболочки в качестве второго частичного элемента 105. Стрингеры могут быть также точно согласованы с помощью тепловой деформации с, например, сферическими контурами оболочки, т.е. второго частичного элемента 105.

Оболочка, т.е. второй частичный элемент 105, выложена, например, из препрега из углеродного волокна с эпоксидной смолой. При нагревании запечатанной оболочки, т.е. второго частичного элемента 105 со стрингерами, т.е. первым частичным элементом 101, еще сухая зона оснований стрингеров пропитывается избыточной смолой препрега, и тем самым образуется способное нести нагрузку соединение стрингера с оболочкой. Это показано на фиг.17b и с.