專利名稱：角件和利用纖維轉(zhuǎn)移形成角件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有連接所有側(cè)面的連續(xù)纖維的纖維增強(qiáng)角件的預(yù)制 件和制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前應(yīng)用增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件已很普遍，特別是用在需要追 求輕質(zhì)、結(jié)實(shí)、韌性、耐熱、自支承和適于形成和成形等特性的用途中。這類部件用在例如航空、航天、AJt衛(wèi)星和電池工業(yè)中，以及用于娛樂(lè)用 途例如賽艇和賽車上，以及數(shù)不清的其它用途中。三維織物通常可以包括 其中的每種纖維在與其它纖維垂直的方向上延伸的纖維，這些方向即X、 Y和Z軸向。由這種織物形成的部件通常包括嵌入到基體材料中的增強(qiáng)材料。所述 增強(qiáng)部件可以由具有所希望的物理性能、熱性能、化學(xué)性能和/或其它性能 (尤其是具有抵抗應(yīng)力破壞的高強(qiáng)度)的材料制得，所述材料例如玻璃、 碳、陶瓷、芳族聚酰胺(例如"KEVLAR⑧")、聚乙烯和/或其它材料。通 過(guò)4吏用這種增強(qiáng)材料并4吏其最終成為完成部件的組元，完成的復(fù)合部件^更 艦予了所希望的增強(qiáng)材料的特性，例如非常高的強(qiáng)度。組元增強(qiáng)材料通 ?？梢詸C(jī)織、針織或以其它方式定向成所希望的增強(qiáng)預(yù)制件的結(jié)構(gòu)和形 狀。通常，特別需要注意的是確保最有利地利用已選擇的組元增強(qiáng)材料的 性能。 一般說(shuō)來(lái)，這樣的增強(qiáng)預(yù)制件與基體材料結(jié)合以形成所希望的完成 部件或生產(chǎn)用于最后生產(chǎn)完成部件的日常儲(chǔ)存。在構(gòu)造了所希望的增強(qiáng)預(yù)制件后，可以引4體材料并且和預(yù)制件結(jié) 合，使得增強(qiáng)預(yù)制件M體材料包圍，致^J^體材料填充增強(qiáng)預(yù)制件的組 元之間的空隙區(qū)域?；w材料可以是非常多種材料中的任一種，所述非常 多種材料例如環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其它材料，它們 也具有所希望的物理性能、熱性能、化學(xué)性能和/或其它性能。選擇作為基 體的材料可以與增強(qiáng)預(yù)制件的材料相同或不同以及可以具有或不具有類 似的物理性能、熱性能、化學(xué)性能或其它的性能。然而，通常，它們和增 強(qiáng)預(yù)制件不是同一種材料或者不具有類似的物理性能、熱性能、化學(xué)性能或其它性能，因?yàn)樵谑褂脧?fù)合材料時(shí)首先所要達(dá)到的目的通常是獲得僅通 過(guò)使用一種組成材料不能獲得的最終產(chǎn)品的綜合性能。在結(jié)合時(shí)，增強(qiáng)預(yù) 制件和基體材料可以隨后在同一操作中通過(guò)熱定型或其它已知方法固化 和穩(wěn)定化，然后經(jīng)歷其它的操作來(lái)生產(chǎn)所希望的部件。需要強(qiáng)調(diào)指出的是 在如此固化后，基體材料的硬化物質(zhì)通常非常牢固地粘結(jié)至增強(qiáng)材料(例 如，增強(qiáng)預(yù)制件)。結(jié)果，最終部件上的應(yīng)力，尤其是通過(guò)作為纖維之間 粘結(jié)劑的基體材料，可以有效地轉(zhuǎn)移至增強(qiáng)預(yù)制件的組成材料并且由其承 載。常常希望生產(chǎn)這樣的構(gòu)件，其形狀不是如板材、片材、長(zhǎng)方形或正方 形固體材料等這樣簡(jiǎn)單的幾何形狀。例如，復(fù)雜的三維構(gòu)件需要復(fù)雜的三 維預(yù)制件。 一種實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件的方法是將基本幾何形狀結(jié)合成所希望的更 復(fù)雜的形狀。 一種這樣的典型結(jié)合是將上述構(gòu)件相互成一定角度(典型地 為直角)連接來(lái)形成側(cè)面的和橫向的加強(qiáng)件。連接構(gòu)件的這種角度布置的常見(jiàn)目的是產(chǎn)生所希望的形狀，以形成包括一個(gè)或更多個(gè)例如端壁或"T，， 形交叉的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。連接構(gòu)件的另一個(gè)目的是加強(qiáng)增強(qiáng)預(yù)制件所形成的結(jié) 合結(jié)構(gòu)和在承受外力例如壓力或張力時(shí)產(chǎn)生抵抗彎曲或破壞的效果的復(fù) 合結(jié)構(gòu)。因此，使得組成構(gòu)件之間的每個(gè)^^P盡可能牢固是很重要的， 所述組成構(gòu)件即加強(qiáng)件和基臺(tái)或面板部分。增強(qiáng)預(yù)制件的構(gòu)成部分本身具 有所希望的很高的強(qiáng)度，如果不能適當(dāng)連接，接合部的薄弱就會(huì)有效地成 為結(jié)構(gòu)"鏈條"中的"薄弱環(huán)節(jié)"。在過(guò)去已經(jīng)采用了很多辦法來(lái)連接復(fù)合構(gòu)件或增強(qiáng)預(yù)制件來(lái)生產(chǎn)增強(qiáng) 的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。已經(jīng)提出彼此分離地形成并固化板元件和成角度的加強(qiáng)元 件，所述加強(qiáng)元件具有單一的;tl接觸表面或在一個(gè)末端分叉以形成兩個(gè)叉 開(kāi)的、共平面的板接觸表面。這兩個(gè)構(gòu)件接下來(lái)通過(guò)借助熱定型或粘合材 料將加強(qiáng)元件的一個(gè)或更多個(gè)板接觸表面粘合到其它構(gòu)件的接觸表面而 連接。然而，當(dāng)張力施加到已固化的板或復(fù)合結(jié)構(gòu)的表層時(shí)，不受歡迎的 低值載荷經(jīng)常產(chǎn)生"剝落"力，使得加強(qiáng)元件與所i^在它們的界面處分離。在這些構(gòu)件的界面處也已經(jīng)使用金屬螺栓或鉚釘，但使用金屬螺栓或 鉚釘并不受歡迎，因?yàn)檫@種附件至少部分地破壞和削弱了復(fù)合結(jié)構(gòu)自身的 完整性、增加重量、提高成本并且在這些元件和周圍材料之間引起熱膨脹 系數(shù)的差異。解決這個(gè)問(wèn)題的其它辦法基于通過(guò)以下方法引入高強(qiáng)度纖維穿越連接區(qū)域的構(gòu)思例如，將其中一個(gè)構(gòu)件與另一個(gè)縫合，以及依靠縫合線將這 樣的加強(qiáng)纖維引入并穿越接合部位。 一種這樣的方法公開(kāi)于美國(guó)專利 US4331495中和其方法的分案申請(qǐng)US4256790中。這些專利公開(kāi)了在第一 和第二復(fù)合板之間由粘附結(jié)合的纖維層形成的接合部。第一個(gè)板在一個(gè)末 端分叉以形成現(xiàn)有技術(shù)方法中的兩個(gè)分開(kāi)的、共平面的板接觸表面，所述 板接觸表面已通過(guò)未固化的柔軟復(fù)合紗線穿過(guò)兩個(gè)板縫合而與第二個(gè)板 連接。接著，所i^和紗線"共同固化"即同時(shí)固化。然而，該過(guò)程需要 通過(guò)多個(gè)步驟構(gòu)造預(yù)制件，還需要將第三紗線或纖維引入到預(yù)制件中。另一個(gè)交叉構(gòu)造的例子由美國(guó)專利US6103337公開(kāi)，其公開(kāi)的內(nèi)容通 過(guò)引用并入本文。該文獻(xiàn)公開(kāi)了 一種將增強(qiáng)預(yù)制件與預(yù)制板連接以形成三 維增強(qiáng)預(yù)制件的方法。這兩個(gè)單個(gè)的預(yù)制件在#^部通過(guò)紗線或長(zhǎng)絲形式 的增強(qiáng)纖維彼此連接。 一旦兩個(gè)預(yù)制件連接或縫合到一起，就將基體材料 引入到預(yù)制件中。然而，雖然該方法有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它確實(shí)需要以單獨(dú) 的步驟單獨(dú)織造或構(gòu)建預(yù)制件，然后將它們縫合到一起。另外，需務(wù)使用 額外的紗線或纖維連接預(yù)制件。另一種改"I-^強(qiáng)度的方法在美國(guó)專利US5429853中說(shuō)明，然而該方 法與上面提到的方法類似，因?yàn)橐惨謩e構(gòu)建不同元件，并通過(guò)二者之間 的第三紗線或纖維的縫合而連接到一起。盡管現(xiàn)有技術(shù)設(shè)法改善增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)整體性并取得了一些成 績(jī)，但是仍然需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)并需要通過(guò)采取不同于使用粘結(jié)劑或機(jī)械 連接分離板和加強(qiáng)元件的方法來(lái)解決問(wèn)題。在這方面， 一種做法可能是在 專門設(shè)備上制造三維織造結(jié)構(gòu)。但是，相關(guān)的費(fèi)用很高并且很不希望為了 生產(chǎn)筒單結(jié)構(gòu)而配備織機(jī)。另 一種做法是織造二維結(jié)構(gòu)并將其折疊成形，使得所i^是整體加強(qiáng) 的，即紗線在平面底布或板部分和加強(qiáng)件之間連續(xù)交織。然而，這通常在 折疊預(yù)制件時(shí)導(dǎo)致預(yù)制件的變形。這種變形的發(fā)生是由于纖維在織造時(shí)的 長(zhǎng)度不同于預(yù)制件在折疊時(shí)應(yīng)有的長(zhǎng)度。這在織造紗線長(zhǎng)度過(guò)短的地方造 成了凹陷和皺紋，在紗線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)的地方造成了環(huán)扣。這些變形造成不希 望的表面不規(guī)則并降低了構(gòu)件的強(qiáng)度和現(xiàn)變。盡管這可以通過(guò)切割和穿刺 得以減輕，但是這種工序是不希望的，因?yàn)檫@是勞動(dòng)密集型的工序或者會(huì) 損害預(yù)制件的整體性。美國(guó)專利US6446675 (通過(guò)引用并入本文)通過(guò)在織造過(guò)程中調(diào)節(jié)在 一些纖維過(guò)短區(qū)域和另一些纖維過(guò)長(zhǎng)區(qū)域的纖維長(zhǎng)度，解決了二維織造預(yù) 制件在折疊時(shí)產(chǎn)生的變形的問(wèn)題。通過(guò)折疊預(yù)制件，平衡了纖維長(zhǎng)度，并 在折疊處提供了平滑過(guò)渡。但是這種織造預(yù)制件僅僅能夠在與經(jīng)紗方向平 行的方向上提供增強(qiáng)或強(qiáng)化。另一種構(gòu)建強(qiáng)化板的做法公開(kāi)于美國(guó)專利US6019138中，該專利公開(kāi) 了制造在經(jīng)向和蟀向上都具有強(qiáng)化的加強(qiáng)件的強(qiáng)化板的方法。如所公開(kāi) 的，這種方法通過(guò)在預(yù)制件的板部分中進(jìn)行浮織(over weaving)或簡(jiǎn)單 織造凸出點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)方向的增強(qiáng)。使用這種方法會(huì)限制可以獲得的加 強(qiáng)件的高度。另外，該方法需務(wù)使用三種紗線織造預(yù)制件。將加強(qiáng)件與預(yù) 制件的板部分結(jié)合的第三種紗線僅僅在二者之間進(jìn)行周期性的織造。因 此，加強(qiáng)件不是與板部分完全整體織造的，這導(dǎo)致了連接處不如完全整體 織造的連接處牢固。另一種做法見(jiàn)于美國(guó)專利US6733862，該專利的>^開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并 入本文。該"862"專利公開(kāi)了一種適于作為三維復(fù)合結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)件的織物。 該纖維增強(qiáng)件可以在常規(guī)織機(jī)上織造。它從二維結(jié)構(gòu)開(kāi)始形成三維結(jié)構(gòu)，特別是一種具有深沖壓的結(jié)構(gòu)。為此，以如下方式織造該增強(qiáng)織物在部 分織物中，經(jīng)向纖維和綷向纖維互相疊置而不互鎖。在織物被牽伸或折疊 成一定形狀時(shí)，這部分的纖維可以獨(dú)立移動(dòng)并彼此滑動(dòng)。如果這部分是長(zhǎng) 方形或正方形，那么它可以通過(guò)如下方式進(jìn)行^"疊經(jīng)向纖維和絆向纖維 都以單方向方式自身折疊和彼此對(duì)準(zhǔn)折疊，從而制造出在最終結(jié)構(gòu)中作為 壓縮柱的角。因此，希望存在能夠加工成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)件的三維預(yù)制件，因 為它們提供比二維層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)更高的強(qiáng)度。這些預(yù)制件在需要復(fù)合材料 承載非平面載荷的場(chǎng)合是特別有用的。然而，即^A目前已知的最先進(jìn)的 結(jié)構(gòu)，例如在"862專利"中描述的結(jié)構(gòu)，也僅僅在任何角部件的三個(gè)平面 的兩個(gè)中有連續(xù)增強(qiáng)纖維。因此，需要能夠使用常規(guī)織機(jī)織造的在三個(gè)方向上提供增強(qiáng)的織造角 預(yù)制件或織造角件，并且在所述角件的三個(gè)平面上都提供增強(qiáng)纖維。此外， 還需要將這種角件結(jié)合到更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)中。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)制件加以改進(jìn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種角件和形成角件的方法，該角件具有 連接所有側(cè)面的連續(xù)纖維。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種角件和形成角件的方法，該角件具有 連接所有側(cè)面的連續(xù)纖維，并由平面織物形成。本發(fā)明的一個(gè)方面是一種角件，包括以下步驟提供平面織物，所述 平面織物包括具有第一方向和第二方向的織造纖維或紗線的第一織造部 分、鄰近所述第一織造部分的具有第一方向纖維和可去除的或犧牲的第二 方向纖維的第二織造部分以及具有選擇性地與所述犧牲的第二方向纖維 掩^的第一方向纖維的第三不完全織造部分。其中在去除所述犧牲的第二 方向纖維時(shí)，所述笫三不完全織造部分的所述第一方向纖維替代所述第二 織造部分的所述犧牲的第二方向纖維，并形成具有連接所有側(cè)面的連續(xù)纖 維的角件。本發(fā)明的另一方面是一種形成角件的方法，包括以下步驟提供平面 織物，所述平面織物包括具有第一方向織造纖維和第二方向織造纖維的第 一織造部分、鄰近所述第一織造部分的具有第一方向纖維和犧牲的第二方 向纖維的第二織造部分以及具有選擇性地與所述犧牲的第二方向纖維接 合的第一方向纖維的第三不完全織造部分。該方法還包括以下步驟在至 少一個(gè)方向上折疊所述平面織物，并去除所述犧牲的第二方向纖維，其中 在去除過(guò)程中，所述第二方向纖維在所述第二織造部分中被所述第三不完 全織造部分的所述第 一方向纖維替代，并形成具有連接所有側(cè)面的連續(xù)纖 維的角件。一旦形成角件，它可以接著以任何已知方式制成復(fù)合材料或引入到更 大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)中，再將所述更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)制成復(fù)合材料。表現(xiàn)本發(fā)明特色的具有新穎性的多個(gè)特征在本公開(kāi)內(nèi)容所附并形成本 公開(kāi)內(nèi)容一部分的權(quán)利要求中具體指出。為了更好地理解本發(fā)明、它的操 作優(yōu)點(diǎn)和使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)的特殊目的，參考附隨的描述性內(nèi)容，其中本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施方案在附圖中示出，并Jbf目應(yīng)的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。


參照下文的說(shuō)明和附圖，以更加完全地理解本發(fā)明，在附圖中 圖l是本發(fā)明的角件的等距視圖； 圖2是本發(fā)明的平面織物角件的平面圖； 圖3是圖2的平面織物角件的等距視圖； 圖4描繪了第一次折疊后的圖2的平面織物角件； 圖5描繪了第二次折疊后的圖2的平面織物角件； 圖6描繪了纖維轉(zhuǎn)移過(guò)程中的圖2的平面織物角件； 圖7描繪了纖維轉(zhuǎn)移完成后的圖2的平面織物角件； 圖8描繪了圖2的平面織物角件的最終結(jié)構(gòu)； 圖9描繪了圖2所示的這種平面織物角件的真實(shí)原型； 圖10 - 11描繪了圖9的平面織物角件的折疊和織造過(guò)程； 圖12描繪了圖9的平面織物角件的最終結(jié)構(gòu)； 圖13描繪了作為增強(qiáng)元件的角件實(shí)施例；以及 圖14描繪了作為更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)的一部分的完整角件。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是纖維增強(qiáng)角預(yù)制件或角件，以及形成具有連接所有側(cè)面的連 續(xù)纖維的纖維增強(qiáng)角件的方法。圖1示出了角件10。角件10由三個(gè)互相 垂直的側(cè)面12、 14和16組成。這種配件經(jīng)常用于增強(qiáng)將幾個(gè)獨(dú)立塊連接 到一起的角部。它們?cè)诤娇蘸教旖Y(jié)構(gòu)的機(jī)翼上翼肋/翼梁/蒙皮交會(huì)處，以 及機(jī)身上機(jī)架/縱^/蒙皮交會(huì)處很常見(jiàn)。在復(fù)合結(jié)構(gòu)中，具有由與其它構(gòu)件相同的材料制得的角件是有益的， 因?yàn)樗胁糠謱⒕哂邢嗨频臒崤蛎浵禂?shù)。也希望該配件用連續(xù)纖維連接每 個(gè)側(cè)面。這可以通過(guò)交迭和接合三個(gè)"L，，形構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但得到的配件中 的粘合層是薄弱區(qū)域，通常是破壞的起始點(diǎn)。因此，本申請(qǐng)的纖維增強(qiáng)角 件涉及具有環(huán)繞所有三個(gè)角的連續(xù)纖維的整體織造預(yù)制件。角件的制造分為三個(gè)步驟。首先，使用常規(guī)織機(jī)織造圖2所示的平面 預(yù)制件20。接著，將平面預(yù)制件放置于夾具上，來(lái)自于預(yù)制件的一個(gè)區(qū)域的纖維被拉到另一個(gè)位置，這將在下文詳細(xì)說(shuō)明。最后，修剪掉可移動(dòng)的或犧牲的纖維，留下圖8所示的最終的角件110。第二步驟被稱為"纖維轉(zhuǎn) 移"步驟，詳細(xì)示于圖3-8中。最初的平面預(yù)制件20示意性地示于圖2。平面預(yù)制件20可以參照被 織入平面預(yù)制件20中并將保留在角件110中的第一纖維和將在角件110 的形成過(guò)程中被去除的犧牲纖維或第二纖維進(jìn)行描述。圖2描繪了 Al和A2部分。Al和A2部分由第一纖維沿經(jīng)向和綽向 織造而成。這些部分形成了圖8所示角件110的左上側(cè)116和下側(cè)112。Bl部分具有經(jīng)向上的第一纖維和綷向上的犧牲纖維。綿向纖維浮于大 多數(shù)經(jīng)向纖維上，但繞一才艮(并且僅有一4艮)特定的經(jīng)向纖維形成線圏。 由于絆向纖維僅僅繞一才艮經(jīng)向纖維成圏，因此將其稱為不完全織造。該經(jīng) 向纖維最終將被轉(zhuǎn)移到B2部分中的犧牲綽向纖維的位置，以形成圖8所 示的角件110的右上側(cè)114。 B2部分有經(jīng)向的第一纖維，并與蟀向的犧牲 纖維交織。Bl部分的經(jīng)向纖維最終將替代該綽向纖維。Cl部分在經(jīng)向上包含未織造的第一纖維；在該部分沒(méi)有綽向纖維。這 些多余纖維最終將被修剪掉。C2部分有經(jīng)向的犧牲纖維，并與綿向的犧牲 纖維交織。該部分在纖維轉(zhuǎn)移過(guò)程中穩(wěn)定B2部分，并最終4皮修剪掉。圖3 示出了平面預(yù)制件的等距視圖。注意，對(duì)于初始預(yù)制件的織造部分，實(shí)際上并不限制所^L用的纖維種 類或基礎(chǔ)織物組織。初始預(yù)制件甚至可以是多層設(shè)計(jì)。更復(fù)雜的設(shè)計(jì)可能 使得纖維轉(zhuǎn)移過(guò)程更困難，但是盡管如此這些也認(rèn)為包含在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。如圖3至5所示的進(jìn)程，角件110的初始形成通過(guò)沿圖3中所示的兩 條折疊線22和24折疊而完成。沿線22和24的折疊的完成分別示于圖4 和5中。如圖5所示，該配件處于便于進(jìn)行纖維轉(zhuǎn)移步驟的階段。纖維轉(zhuǎn)移通 過(guò)將B2部分中的每根犧牲綽向纖維26從預(yù)制件20中拉出而實(shí)現(xiàn)。完成 這個(gè)步驟時(shí)，Bl部分中的經(jīng)向纖維28將,皮拉入到原來(lái)由犧牲綽向纖維26 所占據(jù)的位置。接著Bl部分中的特定經(jīng)向纖維28將占據(jù)B2部分中的位 置，該位置最初由繞其成圏的犧牲絆向纖維26占據(jù)。該過(guò)程由圖5至7 相繼示出。成形過(guò)程的最后步驟是修剪掉28a處的多余纖維。如圖7所示，這包 括Bl部分中已經(jīng)被完全拉過(guò)B2部分以及整個(gè)C2部分的經(jīng)向纖維(以標(biāo) 記30表示)。得到的角件110示于圖8。在該圖中可以看出，連續(xù)纖維圍 繞所有角部。接著角件110可以本身被制成復(fù)合材料并用作加強(qiáng)元件，或 者被結(jié)合到更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)中，所述更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)被制成復(fù)合 材料，或者根據(jù)需要以其它方式4吏用。實(shí)施例已經(jīng)織造了原型預(yù)制件來(lái)驗(yàn)證本方法。該預(yù)制件使用芳族聚酰胺纖維、 碳纖維和玻璃纖維的組合來(lái)織造，以論汪本方法適用于多種纖維，并闡明 最終預(yù)制件中的纖維路徑。注意，盡管使用的纖維是列出的那些以及可以 是在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中通常使用的上述增強(qiáng)纖維，但是本發(fā)明適用于由任何 適用于該目的的材料并因此不限于本文所提到的材料制成的纖維。該預(yù)制 件在常規(guī)的有梭織機(jī)上織造。該平面織造預(yù)制件示于圖9。由于格子的重 疊，圖2中的Al-C2區(qū)域可以容易地辨認(rèn)。圖9中的預(yù)制件使用平紋組織織造。選擇該組織是因?yàn)樗吮绕?它常規(guī)組織如斜紋或緞紋更多的巻曲，并且在單層織物中最難進(jìn)行纖維轉(zhuǎn) 移。如前所述，可以使用任何織物組織。唯一不能改變的組織位于Bl部 分，在那里每才艮煒向纖維必須繞一^L經(jīng)向纖維成圏。另外，線圏必須沿長(zhǎng) 度方向從Bl部分的左下角前進(jìn)到右上角。將圖9所示的預(yù)制件裝入成形夾具/纖維轉(zhuǎn)移輔助設(shè)備中，該設(shè)備將預(yù) 制件折疊成形并準(zhǔn)備纖維轉(zhuǎn)移過(guò)程的Bl和B2部分。圖10和11示出了裝 入夾具中的原型預(yù)制件。圖IO示出了纖維轉(zhuǎn)移前的預(yù)制件。圖11示出了纖維轉(zhuǎn)移過(guò)程中的預(yù) 制件。壓板有助于在纖維轉(zhuǎn)移期間穩(wěn)定預(yù)制件的多個(gè)部分并幫助將變形減 到最小。完成纖維轉(zhuǎn)移過(guò)程后，犧牲纖維祐:修剪掉，得到了圖12中所示的 角件。注意，連續(xù)的芳族聚酰胺纖維120、碳纖維122和玻璃纖維124圍 繞各個(gè)角。圖12示出的角件在機(jī)器上織造，但纖維轉(zhuǎn)移是手工完成。折疊預(yù)制件 和取出犧牲煒向纖維所需要的各個(gè)步驟容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。例如，在某個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中，平面預(yù)制件可以連續(xù)織造并纏繞成巻。接著可以將該平面預(yù)制 件的巻裝入第二機(jī)器中完成折疊、纖維轉(zhuǎn)移和最后的1務(wù)剪。然后可以將其本身制成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，或者將其引入到更大的預(yù)制件結(jié)構(gòu)中，然后將所 述更大的預(yù)制件結(jié)構(gòu)形成為復(fù)合材料。本文就角件的成形對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了初步說(shuō)明。實(shí)際應(yīng)用中這種角件可 以用在希望增強(qiáng)裝置的兩個(gè)或更多個(gè)部件接合處的情況下。例如在航空航 天工業(yè)中，經(jīng)常需要增強(qiáng)蒙皮材料之間的連接，并且存在既有縱向加強(qiáng)件又有橫向加強(qiáng)件支撐蒙皮的情況。這樣的例子示于圖13中，其中蒙皮材料 200包括^^縱梁202。為了幫助支撐蒙皮200，支撐件204連接至蒙皮200。 支撐件中的鼠穴206使得可以將支撐件置于蒙皮200的縱梁202上。為了 增強(qiáng)這些連接，將角件208應(yīng)用到縱梁202和支撐件204交會(huì)處的一個(gè)或 更多個(gè)側(cè)面上。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案示于圖14中，其中支撐件210通過(guò)上述過(guò)程 形成并且具有整體i殳計(jì)的由連續(xù)纖維形成的角208，所述連續(xù)纖維穿過(guò)所 述角的三個(gè)平面的交會(huì)處?？梢匀菀椎乩斫?，通過(guò)這種設(shè)計(jì)增加的強(qiáng)度允 許在一些情況下去除圖13所示的增強(qiáng)角。盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案及其變化方案在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述， 但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實(shí)施方案和變化方案，并且本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以進(jìn)行其它變化和改變，而不會(huì)背離由所附權(quán)利要求所限定的本 發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種由折疊的平面織物形成的角件，所述角件包括具有第一方向織造纖維和第二方向織造纖維的第一織造部分，鄰近所述第一織造部分的第二織造部分，所述第二織造部分具有第一方向纖維和犧牲的第二方向纖維；和第三不完全織造部分，所述第三不完全織造部分具有選擇性地與所述犧牲的第二方向纖維接合的第一方向纖維，其中在去除所述犧牲的第二方向纖維時(shí)，所述第三不完全織造部分的所述第一方向纖維替代所述第二織造部分的所述犧牲的第二方向纖維，并形成具有連接所有側(cè)面的連續(xù)纖維的角件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的角件，其中所述第一方向纖維是經(jīng)向纖維，所 述第二方向纖維是蟀向纖維，所述犧牲的第二方向纖維是綿向纖維。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的角件，其中所述平面織物是多層織物。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1的角件，其中所述第一方向纖維和第二方向纖維 選自玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維和聚乙烯纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的角件，其中所述第一方向纖維和第二方向纖維 嵌入到構(gòu)造復(fù)合材料的基體材料中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的角件，其中所述角件結(jié)合到更大的預(yù)制件或結(jié) 構(gòu)中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的角件，其中所述更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)嵌入到構(gòu) 造復(fù)合材料的基體材料中。
8. —種形成角件的方法，所述方法包括以下步驟提供平面織物，所述平面織物包括具有第 一方向織造纖維和第二方向 織造纖維的第一織造部分、鄰近所述第一織造部分并具有第一方向纖維和 犧牲的第二方向纖維的第二織造部分以及具有選擇性地與所述犧牲的第 二方向纖維掩^的第一方向纖維的第三不完全織造部分；在至少一個(gè)方向上折疊所述平面織物；以及去除所述犧牲的第二方向纖維，其中在去除過(guò)程中，所述犧牲的第二 方向纖維在所述第二織造部分中被所述第三不完全織造部分的所述第一 方向纖雄替代，并形成具有連接所有側(cè)面的連續(xù)纖維的角件。
9. 4艮據(jù)權(quán)利要求8的方法，所述方法還包括將所述第一方向纖維和 第二方向纖維嵌入到構(gòu)造復(fù)合材料的基體材料中的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，所述方法還包括以下步驟在去除所述 第二織造部分的所述犧牲的第二方向纖維后，切除所述第三不完全織造部 分的第 一方向纖維中伸出所述第二織造部分末端的部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，所述方法還包括修整所述笫二織造部 分中的一部分的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中所述第 一方向織造纖維是經(jīng)向纖維， 所述第二方向織造纖維是煒向纖維，所述犧牲的第二方向纖維是煒向纖 維。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述平面織物是多層織物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，所述方法還包括從玻璃纖維、碳纖維、 陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維和聚乙烯纖維中選擇所述第一方向纖維和第二 方向纖維的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中將所述角件引入到更大的預(yù)制件或 結(jié)構(gòu)中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中將所述更大的預(yù)制件或結(jié)構(gòu)嵌入 到構(gòu)造復(fù)合材料的基體材料中。
全文摘要
一種角件(10)以及形成角件的方法，包括以下步驟提供平面織物(20)，包括具有第一和第二方向織造纖維的第一織造部分、鄰近所述第一織造部分的具有第一方向纖維(28)和犧牲的第二方向纖維(26)的第二織造部分以及具有選擇性地與犧牲的第二方向紗線接合的第一方向纖維的第三不完全織造部分。該方法還包括在至少一個(gè)方向上折疊所述平面織物并去除所述犧牲的第二方向纖維的步驟，其中在去除的過(guò)程中，所述犧牲的第二方向纖維在所述第二織造部分中被所述第三不完全織造部分的第一方向纖維代替，并形成具有連接所有側(cè)面的連續(xù)纖維的角件。
文檔編號(hào)D03D15/06GK101321903SQ200680045476
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3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