專利名稱：準(zhǔn)各向同性三維預(yù)制件及其制造方法
準(zhǔn)各向同性三維預(yù)制件及其制造方法發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般性地涉及織造預(yù)制件，具體而言，涉及用于強(qiáng)化復(fù)合材料中的具有織造材料條帶的編織預(yù)制件，所述編織預(yù)制件可以被編織成平的并折疊成其最終形狀，所述最終形狀在兩個(gè)或更多個(gè)方向上得到強(qiáng)化。通過引用并入關(guān)于本文中所提及的任何產(chǎn)品的所有專利、專利申請(qǐng)、文件、參考文獻(xiàn)、制造說明書、描述、產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品表均通過引用并入本文中，并可用在本發(fā)明的實(shí)施中。現(xiàn)有技術(shù)描述如今，使用強(qiáng)化復(fù)合材料制造結(jié)構(gòu)部件已非常普遍，特別是在其中尋求的期望特征是重量輕、強(qiáng)、韌、耐熱、自支承并適于形成和成形的應(yīng)用中。這樣的部件被用于例如航空、宇航、人造衛(wèi)星、娛樂(如賽艇和賽車中)及其他應(yīng)用中。通常，這樣的部件由包埋在基體材料中的強(qiáng)化材料組成。強(qiáng)化部件可由材料如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或具有所需物理、熱學(xué)、化學(xué)和/或其他性質(zhì)的其他材料制造，在所述性質(zhì)中，最主要的是高的抗應(yīng)力破壞強(qiáng)度。通過使用這種最終變?yōu)槌善凡考臉?gòu)成元件的強(qiáng)化材料，成品復(fù)合材料部件被賦予所需的強(qiáng)化材料特征如非常高的強(qiáng)度。構(gòu)成的強(qiáng)化材料通?？捎删幙棥⑨樋椈蛞云渌绞饺∠虺蓮?qiáng)化預(yù)制件所需的構(gòu)造和形狀。通常，特別要注意確保所選定的構(gòu)成強(qiáng)化材料的性能的最佳利用。通常將這種強(qiáng)化預(yù)制件與基體材料進(jìn)行組合，從而形成所需的成品部件或制造用于最終生產(chǎn)成品部件的工作原料。在已經(jīng)構(gòu)造了所需的強(qiáng)化預(yù)制件后，可以將基體材料引向并引入預(yù)制件中，使得通常強(qiáng)化預(yù)制件變得埋嵌在基體材料中，并且基體材料填充強(qiáng)化預(yù)制件的構(gòu)成元件之間的間隙區(qū)域。基體材料可以是廣泛種類的材料中的任何材料，例如環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、 陶瓷、碳和/或同樣具有所需的物理、熱學(xué)、化學(xué)和/或其他性質(zhì)的其他材料。選擇用作基體的材料可以與強(qiáng)化預(yù)制件的材料相同或不同，并且可以具有類似或不相類似的物理、化學(xué)、 熱學(xué)或其他性質(zhì)。但通常，其與強(qiáng)化預(yù)制件不是相同的材料，或不具有類似的物理、化學(xué)、熱學(xué)或其他性質(zhì)，因?yàn)槭褂脧?fù)合材料所尋求的常見目的首先是使成品獲得組合性能，而這種組合性能不能通過單獨(dú)使用一種構(gòu)成材料來獲得。組合在一起后，強(qiáng)化預(yù)制件和基體材料就可通過熱固或其他已知方法以相同的操作硬化和穩(wěn)定化，然后為了制造所需部件而進(jìn)行其他操作。在這一點(diǎn)要特別注意的是，在如此硬化之后，基體材料的固化的主體通常很牢固地粘結(jié)于強(qiáng)化材料(例如強(qiáng)化預(yù)制件)。因此，成品部件上的應(yīng)力、特別是通過其作為纖維之間的粘合劑的基體材料而作用在成品部件上的應(yīng)力可被有效地傳遞至強(qiáng)化預(yù)制件的構(gòu)成材料并由強(qiáng)化預(yù)制件的構(gòu)成材料來承受。常常需要制造構(gòu)造不是這類簡(jiǎn)單的幾何形狀如(就其本身而論)板狀、片狀、矩形或方形固體等的部件。一種做法是將這類基礎(chǔ)幾何形狀組合成所需的更復(fù)雜的形式。一種
4這樣的典型組合通過以相對(duì)于彼此成一定角度(通常是直角)接合如上所述制得的強(qiáng)化預(yù)制件做到。接合的強(qiáng)化預(yù)制件的這種角形布置的通常目的是產(chǎn)生所需的形狀以形成包括例如一個(gè)或更多個(gè)端壁或“T”形交叉的強(qiáng)化預(yù)制件，或加強(qiáng)所產(chǎn)生的強(qiáng)化預(yù)制件的組合及其制備的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在暴露于外力如壓力或張力時(shí)的抗撓曲性或抗破壞性。在任何情況下，相關(guān)的考慮是使組成部件間的各接合部盡可能地堅(jiān)固。假定強(qiáng)化預(yù)制件構(gòu)件本身具有所需的非常高的強(qiáng)度，則弱接合部事實(shí)上就成為結(jié)構(gòu)“鏈”中的“薄弱環(huán)節(jié)”。美國(guó)專利6，103，337中給出了交叉構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例，該專利的公開內(nèi)容通過引用并入本文中。該參考文獻(xiàn)給出了一種將兩塊強(qiáng)化板一起接合為T-形的有效措施。過去已提出多種其他方案來制作這樣的接合部。已提出彼此獨(dú)立地形成和硬化面板元件和成角的加固元件，后者具有單個(gè)面板接觸表面或在一端分叉形成兩個(gè)發(fā)散的共面面板接觸表面。然后使用熱固性粘合劑或其他粘合劑材料將加固元件的一個(gè)或更多個(gè)面板接觸表面以粘合劑方式與另一部件的接觸表面粘結(jié)而使兩個(gè)部件接合。然而，當(dāng)向復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的硬化面板或蒙皮施加張力時(shí)，由于接合處的有效強(qiáng)度是基體材料的而非粘合劑的，所以在不可接受的低值下的載荷就導(dǎo)致了使得加固元件與面板在它們的界面處分離 “剝離”力。在這類部件的界面處使用金屬螺栓或鉚釘是不可接受的，這是因?yàn)檫@種附加物至少部分地破壞和削弱復(fù)合材料結(jié)構(gòu)自身的完整性、增加重量并使這類元件和周圍材料之間的熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生差異。解決這個(gè)問題的其他方法是基于這樣的理念通過采用將部件之一縫合到另一個(gè)部件并依靠縫合線將這種高強(qiáng)度纖維引入和穿過接合部位的這種方法而引入跨接合區(qū)域的高強(qiáng)度纖維。美國(guó)專利4，331，495及其分案美國(guó)專利4，256，790中披露了這樣一種方法。這些專利公開了在第一和第二復(fù)合材料面板之間由粘合劑粘合的纖維復(fù)合層制成接合部。第一面板以現(xiàn)有技術(shù)的方式在一端分叉從而形成兩個(gè)發(fā)散的、共面的面板接觸表面，通過將未硬化的柔性復(fù)合材料線縫合穿過兩個(gè)面板而將它們接合到第二面板。然后使面板和線“共同硬化”，即同時(shí)硬化。改進(jìn)接合強(qiáng)度的另一方法見述于美國(guó)專利5，429，853。但是該方法與前述方法相似，這是因?yàn)楠?dú)立構(gòu)造的不同元件通過在兩者之間縫合第三紗線或纖維而接合在一起。無論使用哪種方法，所得到的結(jié)構(gòu)在各個(gè)件之間的界面處均將具有較弱的接合，并且需要大量的接觸工作來裁切和整理各個(gè)復(fù)合層。雖然現(xiàn)有技術(shù)已尋求改進(jìn)強(qiáng)化復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性并已取得成功，特別是在美國(guó)專利6，103，337的情況下，但仍需要通過不同于使用粘合劑或機(jī)械聯(lián)接的方法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)或解決所述問題。在這點(diǎn)上，一種方法可以是通過專用的機(jī)器創(chuàng)建三維(“3D”)織造結(jié)構(gòu)。但涉及的費(fèi)用相當(dāng)高且很少希望織機(jī)專用于創(chuàng)建單一結(jié)構(gòu)。盡管存在這一事實(shí)，但可被加工成纖維強(qiáng)化復(fù)合材料部件的3D預(yù)制件是需要的，因?yàn)槠鋸?qiáng)度比常規(guī)的二維層壓復(fù)合材料高。這些預(yù)制件在要求復(fù)合材料承載面外載荷的應(yīng)用中特別有用。然而，上面討論的現(xiàn)有技術(shù)預(yù)制件在其承受高面外載荷、在自動(dòng)化織機(jī)工藝中織造及提供預(yù)制件的部分以不同厚度的能力方面受限。另一方法是織造二維(“2D”)結(jié)構(gòu)并將其折疊成3D形狀以便面板一體式地被加固，即紗線在平面底基或面板部分和加強(qiáng)件之間連續(xù)地交織。美國(guó)專利6，874，543中公開了折疊成3D形狀的2D織造結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，該專利的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文中。具有特定結(jié)構(gòu)形狀如“T”、“I”、“H”或“ π ”截面的纖維預(yù)制件可在常規(guī)的有梭織機(jī)上織造，若干現(xiàn)有專利描述了織造這類結(jié)構(gòu)的方法(例如美國(guó)專利6，446，675和美國(guó)專利6，712，099)。 構(gòu)造加固面板的另一方法見述于美國(guó)專利6，019，138，該專利的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文中，該專利公開了一種用于制造在經(jīng)向和緯向二者上均具有增強(qiáng)加強(qiáng)件的加固面板的方法。如所公開的，該方法通過反復(fù)織造或簡(jiǎn)單地將凸起處織造進(jìn)預(yù)制件的面板部分中而在兩個(gè)方向上取得了強(qiáng)化。然而，在所有現(xiàn)有技術(shù)中，預(yù)制件均構(gòu)造為使加強(qiáng)件取向?yàn)?度或 +/-90 度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要在兩個(gè)或更多個(gè)方向上提供強(qiáng)化的一體式織造預(yù)制件，所述預(yù)制件可在使用常規(guī)織機(jī)的一種工藝中織造而不經(jīng)任何特別改動(dòng)。具體而言，需要具有離軸加強(qiáng)件的一體式織造預(yù)制件，其中所述加強(qiáng)件以除了 0和90度之外的方向或角度取向，或者所述離軸加強(qiáng)件與以0和90度方向取向的加強(qiáng)件組合地形成。本發(fā)明通過一體式織造蒙皮和加強(qiáng)件使得跨至少一些界面處有連續(xù)的纖維而消除了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中所討論的弱接合。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，本發(fā)明為一種準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件，所述預(yù)制件包括多個(gè)相互編織的織造元件?？椩煸ㄔ谂c織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁?？椩煸械囊惑w式織造加強(qiáng)件共同形成織造預(yù)制件中的準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件。另一示例性的實(shí)施方案為一種包括準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，所述預(yù)制件包括多個(gè)相互編織的織造元件。織造元件包括在與織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁?？椩煸械囊惑w式織造加強(qiáng)件共同形成織造預(yù)制件中的準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件。復(fù)合材料可通過在基體材料中浸漬和硬化織造預(yù)制件來形成。又一示例性實(shí)施方案為一種形成準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件的方法。所述方法包括使多個(gè)織造元件相互編織的步驟?？椩煸ㄔ谂c織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁?？椩煸械囊惑w式織造加強(qiáng)件共同形成織造預(yù)制件中的準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件。一體式織造加強(qiáng)件可通過按環(huán)狀折疊織造元件的一部分并且使環(huán)的底部縫合至織造元件的底基而形成?？椩煸梢允嵌鄬涌椩炜椢铮⑶乙惑w式織造加強(qiáng)件可以通過切開并折疊多層織造織物中的頂層的一部分來形成。根據(jù)又一示例性實(shí)施方案，織造元件可以如下形成將多根經(jīng)紗與多根緯紗織造到織造元件的第一預(yù)定長(zhǎng)度；繼續(xù)織造所述織造元件的頂層，并且使得底層浮線(float) 達(dá)織造元件的第二預(yù)定長(zhǎng)度；在織造第二預(yù)定長(zhǎng)度之后恢復(fù)用于底層的織機(jī)挑線(take up)機(jī)構(gòu)從而在織造元件中形成整體的環(huán)或壁；并且繼續(xù)將頂層和底層織在一起。本發(fā)明的又一示例性實(shí)施方案是一種形成纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，其包括如下步驟通過使多個(gè)織造元件相互編織來形成準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件，其中一個(gè)或更多個(gè)織造元件包括在與織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁，并且使織造預(yù)制件浸漬在基體材料中。本發(fā)明的方法可用來織造具有可變厚度或可變高度的加強(qiáng)件的預(yù)制件，所述加強(qiáng)
6件可以彼此平行或成角。預(yù)制件可用經(jīng)向纖維的任何常規(guī)紋樣織造，即層疊(ply-to-ply)、 全厚度角聯(lián)鎖、正交等。雖然優(yōu)選碳纖維，但本發(fā)明也可適用于實(shí)際任何其他纖維類型。本發(fā)明的織造預(yù)制件的潛在應(yīng)用包括利用加固蒙皮的任何結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如機(jī)翼、 機(jī)身或尾翼結(jié)構(gòu)的加固面板；以及期望六邊形單元的應(yīng)用中。體現(xiàn)本發(fā)明特征的多個(gè)創(chuàng)新技術(shù)特征尤其在本公開所附并構(gòu)成本公開一部分的權(quán)利要求中指出。為了更好地理解本發(fā)明、其操作優(yōu)點(diǎn)和通過其使用所實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)，請(qǐng)參考所附說明部分，其中在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選但非限制性的實(shí)施方案，在附圖中， 相應(yīng)的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。本公開中的術(shù)語(yǔ)“包含”可指“包括”或可具有美國(guó)專利法中術(shù)語(yǔ)“包含”通常所
賦予的意義。權(quán)利要求書中(如果用到的話)的術(shù)語(yǔ)“基本由......組成”具有美國(guó)專利
法中所賦予其的意義。本發(fā)明的其他方面將在下面的公開中描述或從下面的公開顯而易見 (并在本發(fā)明的范圍內(nèi))。


附圖并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，意在提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解。本文中給出的附圖示意了本發(fā)明的不同實(shí)施方案并與描述一起解釋了本發(fā)明的原理。 在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有一體式橫向加強(qiáng)件的織造元件；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有離軸加強(qiáng)件的重復(fù)單元的示意圖；圖3(a)示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的織造元件在折疊前的示例性尺寸；圖3(b)為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有縫合環(huán)的織造元件的示意圖；圖4(a)為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的兩層織造元件的示意圖；圖4(b)為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的具有直立加強(qiáng)件的織造元件的示意圖；圖5(a)_5(d)為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面在形成織造預(yù)制件的織造元件中所涉及的步驟。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明的方法形成的準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件100 的示意圖。預(yù)制件100包括單獨(dú)的織物條帶或織造元件10，其然后編織在一起形成準(zhǔn)各向同性三維織造結(jié)構(gòu)，所述準(zhǔn)各向同性三維織造結(jié)構(gòu)具有一體式織造離軸加強(qiáng)件的陣列?？椩煸?0的示意圖示于圖1中。如所示，織造元件10可以是織物條帶，其被構(gòu)造成具有沿著其長(zhǎng)度周期性布置的一體式橫向加強(qiáng)件16?？椩煸?0可包括三個(gè)蒙皮部分和三個(gè)橫向加強(qiáng)件。圖1所示的織造元件10包括另外的蒙皮部分，僅僅來說明基本單元可以如何重復(fù)?？梢杂腥魏螖?shù)目的蒙皮和加強(qiáng)件部分。更多的部分允許制得更大的面板(即，更多的六邊形單元)。這些織造元件能夠以使織造元件10的縱軸取向?yàn)?°、+60°和-60°方向的紋樣進(jìn)行編織，如圖2所示。在織造元件10進(jìn)行編織的同時(shí)，橫向加強(qiáng)件16對(duì)著蒙皮折疊平， 并隨后在織造元件10被編織進(jìn)合適位置后折疊進(jìn)合適位置。應(yīng)指出，圖2中所示的僅僅是最終結(jié)構(gòu)的重復(fù)部分。這種重復(fù)單元可以用來構(gòu)造任意大的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)僅受限于所用條帶的長(zhǎng)度。如圖2所圖示，織造元件10中的橫向加強(qiáng)件16形成一系列六邊形單元。如可以注意到，橫向加強(qiáng)件16與蒙皮整合在一起，但在邊角處不相互連接。與不在單元的頂面處的織造元件10連接的加強(qiáng)件16突出穿過由其上方的織造元件10所敞開的空間。各個(gè)單元內(nèi)的蒙皮可以是由三層或更多層組成的層合體。在0°、+60°和-60° 方向上具有同等強(qiáng)化的層合體的基本特征在于，其在層合體的面內(nèi)可具有準(zhǔn)各向同性勁度性質(zhì)，即，有效勁度在所有方向上可以是均一的。可以控制織造元件的尺寸，例如，織造元件的寬度(a)必須等于六邊形單元上的邊長(zhǎng)，并且加強(qiáng)件之間的間隔25必須等于加Cos (30° )。例如，這些尺寸示于圖3(a)中。 織造元件10可以使用本發(fā)明中所公開的幾種示例性方法之一來制造。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，織造元件10可以通過在具有適當(dāng)寬度的織造元件或織物中周期性縫合‘環(huán)’ 20來形成，如圖3(b)所示。任何已知的縫合方法均可以用于引進(jìn)針腳30以使環(huán)20的底部縫合至織造元件10的底基。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，織造元件10可以通過織造兩層織物來制造，其中層 12,14沿著織物的長(zhǎng)度在均勻間隔處交換位置。頂層12可以在所需位置觀處切開并相對(duì)于底層14折疊來產(chǎn)生橫向加強(qiáng)件。該方法例如圖示在圖4(a)和4(b)中。根據(jù)一個(gè)示例性的實(shí)施方案，織造元件10可以通過采用具有可編程打緯(beat up)和挑線機(jī)構(gòu)的織機(jī)，例如具有伺服控制的打緯和挑線機(jī)構(gòu)的織機(jī)來制造。所述方法包括 4步，例如，如圖5(a)到5(d)中所示。在第一步中，兩個(gè)織物層利用均勻挑線增量織在一起，并且在嵌入每個(gè)投緯 (pick)之后打緯到同一位置。該打緯位置可以被稱作參比位置。在該位置中，織造織物的正?？椏?fell)示于圖5(a)中。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，當(dāng)每根緯向纖維 22與經(jīng)向纖維32、34、36、38—起織造并且織物逐漸向前行進(jìn)(至圖fe的左邊)時(shí)，鋼筘 (reed)通常將緯向纖維22移動(dòng)到該位置。僅僅作為實(shí)例示出了 4根經(jīng)向纖維，根據(jù)將所有緯向纖維22鎖在合適位置(投緯)的要求，為此目的可使用任意數(shù)目的經(jīng)向纖維。經(jīng)向纖維32、34織進(jìn)一個(gè)缺口(dent)，而經(jīng)向纖維36、38織進(jìn)下一缺口。該紋樣可以跨織機(jī)的寬度重復(fù)。在織造所需的織物長(zhǎng)度之后，包含經(jīng)向纖維32、36的頂層繼續(xù)織造，但是包含經(jīng)向纖維34、38的底層允許浮線。在該步驟過程中，在每個(gè)投緯M之后關(guān)掉挑線機(jī)構(gòu)并且打緯均勻地下降。打緯長(zhǎng)度的下降量等于在第一步中挑線行進(jìn)的量，因此在頂層中投緯M間隔仍然均一。鋼筘的移動(dòng)是可編程的，因此，當(dāng)嵌入投緯M且織物不行進(jìn)時(shí)沖程(stroke) 可以增量式縮短。經(jīng)線34、38在工藝的這個(gè)部分期間不進(jìn)行織造，但經(jīng)線32、36仍鎖在所有投緯M中。在下一步中，挑線機(jī)構(gòu)又開啟，并且兩層均重新開始織造，而打緯返回參比位置。 這就是說，在嵌入投緯沈之后恢復(fù)鋼筘的正常運(yùn)動(dòng)。該步驟中的投緯沈迫使織造頂層在織物中形成為“環(huán)”，這將變成織物或織造元件的一體式橫向加強(qiáng)件或直立護(hù)腿(leg)。這些環(huán)可以根據(jù)需要沿著織物的整個(gè)長(zhǎng)度重復(fù)。如從圖5(d)中可以看到，用投緯M織造的層在織物的頂面上形成“環(huán)”。在形成環(huán)之后恢復(fù)正?？椩?，這將環(huán)鎖在合適位置。—旦形成單獨(dú)的織造元件10，則可以如第一實(shí)施方案中所討論那樣構(gòu)造織造預(yù)制
8件100。本發(fā)明的方法可以用來織造具有可變厚度或可變高度的加強(qiáng)件的預(yù)制件，所述加強(qiáng)件可能彼此平行或成角。預(yù)制件可用經(jīng)向纖維的任何常規(guī)紋樣織造，即層疊、全厚度角聯(lián)鎖、正交等。雖然優(yōu)選碳纖維，但本發(fā)明也可適用于實(shí)際任何其他纖維類型，例如碳、尼龍、 人造絲、玻璃纖維、棉、陶瓷、芳族聚酰胺、聚酯，和金屬紗或纖維。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案，織造預(yù)制件100可以用于形成維強(qiáng)化復(fù)合材料，其中織造預(yù)制件在基體材料如樹脂中浸漬并硬化。樹脂可以是環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酯、乙烯基酯、陶瓷和碳中的任一種。復(fù)合材料可以由任何工藝，例如樹脂傳遞模塑和化學(xué)氣相過濾來形成。本發(fā)明的織造預(yù)制件的潛在應(yīng)用包括利用加固蒙皮的任何結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如機(jī)翼、 機(jī)身或尾翼結(jié)構(gòu)中的加固面板；以及期望六邊形單元的應(yīng)用中。雖然本文中已詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案及其變型，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于該確切的實(shí)施方案和變型，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以實(shí)現(xiàn)其他的變型和變化，本發(fā)明的精神和范圍由附隨的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)各向同性三維預(yù)制件，其包括多個(gè)相互編織的織造元件，其中一個(gè)或更多個(gè)所述織造元件包括在與所述織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁。
2.權(quán)利要求1的預(yù)制件，其中所述織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件共同形成所述預(yù)制件中的準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件。
3.權(quán)利要求1的預(yù)制件，其中所述一個(gè)或更多個(gè)織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件通過折疊所述織造元件的一部分形成。
4.權(quán)利要求3的預(yù)制件，其中所述環(huán)的底部縫合至所述織造元件的底基。
5.權(quán)利要求1的預(yù)制件，其中所述多個(gè)織造元件為多層織造織物。
6.權(quán)利要求5的預(yù)制件，其中所述一個(gè)或更多個(gè)織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件通過切開并折疊所述多層織造織物中的頂層的一部分形成。
7.權(quán)利要求1的預(yù)制件，其中所述一個(gè)或更多個(gè)織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件在織機(jī)上形成。
8.權(quán)利要求1的預(yù)制件，其中所述多個(gè)織造元件中的經(jīng)向纖維紋樣為選自層疊、正交和角聯(lián)鎖的紋樣。
9.權(quán)利要求1的預(yù)制件，其中所述多個(gè)織造元件通過使多根經(jīng)紗和緯紗或經(jīng)向纖維和緯向纖維交織而形成，所述經(jīng)紗和緯紗或經(jīng)向纖維和緯向纖維選自碳、尼龍、人造絲、玻璃纖維、棉、陶瓷、芳族聚酰胺、聚酯和金屬紗或纖維。
10.權(quán)利要求2的預(yù)制件，其中所述織造預(yù)制件中的所述準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件以0度和+/-60度取向形成。
11.一種包括準(zhǔn)各向同性三維預(yù)制件的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，所述預(yù)制件包括多個(gè)相互編織的織造元件，其中一個(gè)或更多個(gè)所述織造元件包括在與所述織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁。
12.權(quán)利要求11的復(fù)合材料，其中在所述織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件共同形成所述預(yù)制件中的準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件。
13.權(quán)利要求11的復(fù)合材料，其中所述多個(gè)織造元件通過使多根經(jīng)紗和緯紗或經(jīng)向纖維和緯向纖維交織而形成，所述經(jīng)紗和緯紗或經(jīng)向纖維和緯向纖維選自碳、尼龍、人造絲、 玻璃纖維、棉、陶瓷、芳族聚酰胺、聚酯和金屬紗或纖維。
14.權(quán)利要求12的復(fù)合材料，其中所述預(yù)制件中的所述準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件以0度和+/-60度取向形成。
15.權(quán)利要求11的復(fù)合材料，還包含基體材料。
16.權(quán)利要求15的復(fù)合材料，其中所述基體材料為樹脂，并且所述復(fù)合材料由選自樹脂傳遞模塑和化學(xué)氣相過濾中的工藝形成。
17.權(quán)利要求15的復(fù)合材料，其中所述基體材料選自環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酯、 乙烯基酯、陶瓷和碳。
18.一種形成準(zhǔn)各向同性三維預(yù)制件的方法，所述方法包括以下步驟使多個(gè)織造元件相互編織，其中一個(gè)或更多個(gè)所述織造元件包括在與所述織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁。
19.權(quán)利要求18的方法，其中在所述織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件共同形成所述預(yù)制件中的準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述一個(gè)或更多個(gè)織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件通過折疊所述織造元件的一部分形成。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述環(huán)的底部縫合至所述織造元件的底基。
22.權(quán)利要求18的方法，其中所述多個(gè)織造元件為多層織造織物。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述一個(gè)或更多個(gè)織造元件中的所述一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件通過切開并折疊所述多層織造織物中的頂層的一部分形成。
24.權(quán)利要求18的方法，其中所述多個(gè)織造元件如下形成將多根經(jīng)紗與多根緯紗織造到所述織造元件的第一預(yù)定長(zhǎng)度；繼續(xù)織造所述織造元件的頂層，并且使得底層浮線達(dá)所述織造元件的第二預(yù)定長(zhǎng)度；在織造所述第二預(yù)定長(zhǎng)度之后恢復(fù)用于所述底層的織機(jī)挑線機(jī)構(gòu)，從而在所述織造元件中形成整體的環(huán)或壁；并且繼續(xù)將所述頂層和所述底層織在一起。
25.權(quán)利要求18的方法，其中所述多個(gè)織造元件中的經(jīng)向纖維紋樣為選自層疊、正交和角聯(lián)鎖的紋樣。
26.權(quán)利要求18的方法，其中所述多個(gè)織造元件通過使多根經(jīng)紗和緯紗或經(jīng)向纖維和緯向纖維交織而形成，所述經(jīng)紗和緯紗或經(jīng)向纖維和緯向纖維選自碳、尼龍、人造絲、玻璃纖維、棉、陶瓷、芳族聚酰胺、聚酯和金屬紗或纖維。
27.權(quán)利要求18的方法，其中所述織造預(yù)制件中的所述準(zhǔn)各向同性離軸或六邊形加強(qiáng)件以0度和+/-60度取向形成。
28.一種形成纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟通過使多個(gè)織造元件相互編織形成準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件，其中一個(gè)或更多個(gè)所述織造元件包括在與所述織造元件的平面垂直的方向上的一個(gè)或更多個(gè)一體式織造加強(qiáng)件或壁；以及使所述織造預(yù)制件浸漬在基體材料中。
全文摘要
一種準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件(100)，其包括單獨(dú)的織物條帶或織造元件(10)，所述織物條帶或織造元件(10)隨后編織在一起形成準(zhǔn)各向同性三維織造結(jié)構(gòu)，所述準(zhǔn)各向同性三維織造結(jié)構(gòu)具有一體式織造離軸加強(qiáng)件的陣列?？椩煸?10)可以是織物條帶，其被構(gòu)造成具有沿著其長(zhǎng)度周期性布置的一體式橫向加強(qiáng)件(16)?？椩煸?10)可包括三個(gè)蒙皮部分和三個(gè)橫向加強(qiáng)件?？梢杂腥我鈹?shù)目的蒙皮和加強(qiáng)件部分。更多的部分允許制得更大的面板(即，更多的六邊形單元)。這些織造元件能夠以使織造元件(10)的縱軸取向?yàn)?°、+60°和-60°方向的紋樣進(jìn)行編織。在織造元件(10)進(jìn)行編織的同時(shí)，橫向加強(qiáng)件(16)對(duì)著蒙皮折疊平，并隨后在織造元件(10)被編織進(jìn)合適位置后折疊進(jìn)合適位置。纖維強(qiáng)化的復(fù)合材料可包含這樣的準(zhǔn)各向同性三維織造預(yù)制件(100)。
文檔編號(hào)D03D11/02GK102362022SQ200980155876
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者強(qiáng)納森·葛林 申請(qǐng)人:阿爾巴尼復(fù)合物工程股份有限公司