專利名稱：：編織預(yù)制件、復(fù)合材料、及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體涉及纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，并具體涉及具有在強(qiáng)化復(fù)合材料中使用的編織材料條的預(yù)制件(preform)，其能夠織平并形成到它們的最終形狀中，最終形狀沿ー個或多個方向強(qiáng)化。相關(guān)申請引入所有專利、專利申請、文獻(xiàn)、參考文件、制造商的使用指南、說明、產(chǎn)品規(guī)格和在此提到的任何產(chǎn)品的產(chǎn)品手冊在此通過援引而被并入，并可被用于本發(fā)明的實踐。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)在普遍地，特別是在尋求重量輕、堅固、強(qiáng)韌、耐熱、自支撐并適合形成和成型這些期望特性的應(yīng)用中，使用強(qiáng)化復(fù)合材料來生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件。這類部件例如用于航空、航天、衛(wèi)星、娛樂(如賽艇和汽車)以及其他應(yīng)用中。典型地，這種部件由嵌入基體材料的強(qiáng)化材料構(gòu)成。強(qiáng)化部件可由例如玻璃、碳、陶瓷、芳香族聚酰胺、聚こ烯之類的材料和/或展現(xiàn)出期望的物理、熱、化學(xué)和/或其他屬性(這些屬性中主要的是抵抗應(yīng)カ破壞的大強(qiáng)度)的其他材料制造。通過使用這種強(qiáng)化材料(其最終成為所完成部件的組成元件)，強(qiáng)化材料的期望特性，例如非常高的強(qiáng)度，被賦予所完成的復(fù)合部件。強(qiáng)化材料的組成成分典型地可被編織(woven)、針織(knitted)或編結(jié)(braided)。通常特別關(guān)注的是確保所選擇的強(qiáng)化材料組成成分的屬性得到最佳利用。通常這種強(qiáng)化預(yù)制件與基體材料組合，以形成期望被完成的部件，或生產(chǎn)用于最終生產(chǎn)被完成部件的工作儲料(workingstock)。在構(gòu)建所期望的強(qiáng)化預(yù)制件之后，基體材料可被引入并加入預(yù)制件，使得強(qiáng)化預(yù)制件典型地變得被封包在基體材料中，而且基體材料填充強(qiáng)化預(yù)制件的組成元件之間的空隙區(qū)域?；w材料可以是眾多材料中的任ー種，例如環(huán)氧樹脂、聚酯(POIyester)、こ烯基酷(vinyl-ester)、陶瓷、碳和/或同樣展現(xiàn)出所期望的物理、熱、化學(xué)和/或其他屬性的其他材料。被選擇用作基體的材料可與強(qiáng)化預(yù)制件的材料相同或不同，并可具有相當(dāng)(comparable)或不相當(dāng)?shù)奈锢怼⒒瘜W(xué)、熱或其他屬性。然而,典型地,它們將不是相同的材料或具有相當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)、熱或其他屬性，因為在使用復(fù)合材料時，所尋求的居于首要位置的通常目的是，在被完成產(chǎn)品中獲得多種特性的組合，而這種特性組合是通過單獨使用一種組成材料不能獲得的。如此組合后，強(qiáng)化預(yù)制件和基體材料可隨后通過熱固法或其他公知方法，在相同的操作中被固化和穩(wěn)定，并隨后向生產(chǎn)期望部件的方向受到其他操作。此時應(yīng)特別注意，在如此固化之后，基體材料的由此凝固(solidified)的物質(zhì)非常堅固地粘附到強(qiáng)化材料(例如強(qiáng)化預(yù)制件)上。因此，所完成部件上的應(yīng)力，具體地經(jīng)由其起到纖維之間的粘合劑作用的基體材料，可被有效地轉(zhuǎn)移到強(qiáng)化預(yù)制件的組成材料并由強(qiáng)化預(yù)制件的組成材料承受。在飛行器機(jī)身上增加對具有這種纖維預(yù)制件強(qiáng)化材料的復(fù)合材料的使用，已經(jīng)引發(fā)對于復(fù)合材料窗框的需求。因為復(fù)合材料機(jī)身與金屬框的熱膨脹系數(shù)之間的差異，所以傳統(tǒng)的金屬窗框不能用于該應(yīng)用。另外，必須利用寄生阻擋層(parasiticbarrierply)來消除當(dāng)一些復(fù)合材料與金屬接觸時會出現(xiàn)的腐蝕問題。這些阻擋層増大了生產(chǎn)成本與總重量。飛行器窗框10(例如圖I所示)趨向于呈橢圓形，其中，該框的主軸彎曲以適應(yīng)機(jī)身的圓柱形形狀。窗框10的橫截面形狀(例如圖2所示)例如通常是均勻的；然而，這種形狀能夠包括例如處于外邊緣的直立腿20之類的復(fù)雜特征，和/或有助于窗戶密封到飛行器的主體的所謂的“榫接部(joggle)”15。因為窗框10的橢圓形形狀，直立腿20是特別難以并入復(fù)合設(shè)計內(nèi)的特征。借助傳統(tǒng)織物或帶來制造這個特征需要利用省道(dart)來形成彎曲的形狀。然而，這些省道増加了需用以制造預(yù)制件的手工勞動并降低了所形成的復(fù)合材料的強(qiáng)度。已經(jīng)開發(fā)出、并且目前正在例如波音787之類的飛行器上使用不需要直立腿的方案(例如，見美國專利公布第2008/0078876號和第2008/0169380)。這種更簡單的幾何形狀能夠使用擠壓成型エ藝與片狀成型復(fù)合材料例如Hexcel公司的HexMC來制造。然而，對于需要直立腿的結(jié)構(gòu)而言，則仍需要一種這樣的方法其能夠在本體以及直立腿中設(shè)置連續(xù)纖維，并能夠使得框架重量減少和/或性能提高。例如，WO2005115728涉及ー種用于制造安裝于飛行器的外殼中的窗框的方法。該結(jié)構(gòu)包括外凸緣、內(nèi)凸緣和垂直設(shè)置到這兩個凸緣并在這兩個凸緣之間的垂直凸緣。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的ー個目的是，提供ー種形成三維預(yù)制件的方法，該三維預(yù)制件與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計相比重量減少和/或性能提高。本發(fā)明的另一目的是，通過一體編織結(jié)構(gòu)中的不同部分，例如主體和腿，來消除現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的上述薄弱節(jié)點，所以所有界面上具有連續(xù)纖維。根據(jù)ー個示意性實施例，本發(fā)明為一種三維編織預(yù)制件，其包括一層或多層經(jīng)線被操縱織物(warpsteeredfabric)。經(jīng)線被操縱織物的一部分被擠壓到模具內(nèi)以形成直立腿。預(yù)制件可包括直立腿和本體部中的榫接部。主體部和直立腿是一體編織的，所以整個預(yù)制件上有連續(xù)纖維。經(jīng)線被操縱織物的第一部分可包括被牽切(stretchbroken)碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第二部分可包括傳統(tǒng)碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第三部分可包括被牽切碳纖維?？稍谂鋫溆胁顒泳砭€機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織經(jīng)線被操縱織物。經(jīng)線被操縱織物可為單層或多層織物。預(yù)制件可為飛行器窗框的一部分。另ー示意性實施例是ー種包括三維編織預(yù)制件的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，該編織預(yù)制件包括一層或多層經(jīng)線被操縱織物。經(jīng)線被操縱織物的一部分被擠壓到模具內(nèi)以形成直立腿。預(yù)制件可包括直立腿和主體部中的榫接部。本體部和直立腿是一體編織的，所以預(yù)制件上有連續(xù)纖維。經(jīng)線被操縱織物的第一部分可包括被牽切碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第二部分可包括傳統(tǒng)碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第三部分可包括被牽切碳纖維?？稍谂鋫溆胁顒泳砭€機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織經(jīng)線被操縱織物。經(jīng)線被操縱織物可為單層或多層織物。復(fù)合材料可為飛行器窗框。復(fù)合材料可通過在基體材料中浸潰并固化編織預(yù)制件形成。又一示意性實施例是ー種形成三維編織預(yù)制件的方法。該方法包括編織經(jīng)線被操縱織物的步驟以及布置一層或多層經(jīng)線被操縱織物以形成預(yù)定形狀的步驟。該方法可包括使一部分經(jīng)線被操縱織物擠壓到模具內(nèi)，以便形成直立腿。該方法還可包括在預(yù)制件的主體部中形成榫接部的步驟。本體部和直立腿是一體編織的，所以預(yù)制件上有連續(xù)纖維。經(jīng)線被操縱織物的第一部分可包括被牽切碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第二部分可包括傳統(tǒng)碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第三部分可包括被牽切碳纖維?？稍谂鋫溆胁顒泳砭€機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織經(jīng)線被操縱織物。經(jīng)線被操縱織物可為單層或多層織物。預(yù)制件可為飛行器窗框的一部分。本發(fā)明的又一示意性實施例是ー種形成纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，其包括形成三維編織預(yù)制件的步驟。該方法包括編織經(jīng)線被操縱織物的步驟以及布置一層或多層經(jīng)線被操縱織物以形成預(yù)定形狀的步驟。該方法可包括使經(jīng)線被操縱織物的一部分?jǐn)D壓到模具內(nèi)，以便形成直立腿。該方法還可包括在預(yù)制件的主體部中形成榫接部的步驟。本體部和直立腿是一體編織的，所以預(yù)制件上有連續(xù)纖維。經(jīng)線被操縱織物的第一部分可包括被牽切碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第二部分可包括傳統(tǒng)碳纖維，經(jīng)線被操縱織物的第三部分可包括被牽切碳纖維。可在配備有差動卷紙機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織經(jīng)線被操縱織物。經(jīng)線被操縱織物可為單層或多層織物。復(fù)合材料可為飛行器窗框。復(fù)合材料可通過在基體材料中浸潰并固化編織預(yù)制件形成。本發(fā)明的預(yù)制件能夠使用任何用于經(jīng)線的傳統(tǒng)圖案纖維來編織，即股對股(ply-to-ply)、通過厚度角聯(lián)鎖(angleinterlock)、正交等圖案。預(yù)制件可使用任何便利的編織圖案例如平紋、斜紋、緞紋等圖案來編織。雖然碳纖維是優(yōu)選的，但是本發(fā)明適用于實際上任何其他纖維，包括但不限于能夠被牽切的那些纖維例如被牽切碳纖維、玻璃、陶瓷，以及不能被牽切或不需被牽切的那些纖維例如由PepinAssociates有限公司生產(chǎn)的Discotex。本發(fā)明的編織預(yù)制件的潛在應(yīng)用包括任何利用帶有剛性腿的波狀外形框架(例如像飛行器的窗框之類)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。構(gòu)成本發(fā)明的特征的各種新穎特征在隨附的并構(gòu)成本申請書的一部分的權(quán)利要求書中具體指出。為了更好地理解本發(fā)明、其操作優(yōu)點和通過其使用而實現(xiàn)的特殊目的，請參照隨附的說明內(nèi)容(其中說明了本發(fā)明的優(yōu)選的但非限制性的實施例)以及附圖(其中對應(yīng)的部件以相同的附圖標(biāo)記表示)。本說明書中的術(shù)語“包括”和“包含”可意味著“包括”和“包含”或可具有美國專利法中對術(shù)語“包括”或“包含”普遍給定的含義。如果在權(quán)利要求書中使用的話，術(shù)語“主要由……組成”或“主要由……構(gòu)成”具有美國專利法中賦予它們的含義。本發(fā)明的其他方案在以下內(nèi)容被描述或從以下內(nèi)容是顯而易見的(并在本發(fā)明的范圍內(nèi))。附圖(包括附圖為的是供進(jìn)一歩理解本發(fā)明)并入本說明書，并構(gòu)成本說明書的一部分。本說明書提供的附圖示出本發(fā)明的不同實施例，并與文字描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。在圖中圖I是飛行器窗框的示意圖；圖2是圖I所示的飛行器窗框沿線2-2的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個方案的使用“操縱”編織法生產(chǎn)的橢圓形織物的示意圖4-圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個方案在形成三維編織預(yù)制件時包括的步驟；而圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個方案在形成三維編織預(yù)制件時包括的步驟。具體實施例方式現(xiàn)在將在下文中參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可通過許多不同形式實施，且不應(yīng)被解釋為局限于在此提出的說明性實施例。而是，提供這些說明性實施例，為的是使本
發(fā)明內(nèi)容徹底且完整，并將本發(fā)明的范圍完全表達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在以下描述中，圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或?qū)?yīng)的部件。另外，在以下描述中，應(yīng)理解如“上”、“下”、“頂部”、“底部”、“第一”、“第二”等這樣的術(shù)語僅是方便的詞語，不應(yīng)被解釋為限制性的術(shù)語?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，根據(jù)一個實施例，本發(fā)明在于提供一種制造三維編織預(yù)制件的方法，該三維編織預(yù)制件用于高強(qiáng)度應(yīng)用，例如像飛行器窗框、復(fù)合材料的渦輪式風(fēng)扇殼、噴氣發(fā)動機(jī)包容環(huán)(jetenginecontainmentring)、飛行器的機(jī)身框或?qū)⒍膛摳浇拥斤w行器引擎的凸緣環(huán)。盡管本說明書描述的優(yōu)選實施例涉及飛行器窗框，但是本發(fā)明不限于此。例如，本說明書描述的編織預(yù)制件或方法可用于制造以上列出的任ー結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)。根據(jù)ー個示意性實施例的方法使用了ー種獨特的紡織品制造エ藝，其或被稱為“經(jīng)線操縱(warpsteering)”。術(shù)語“經(jīng)線操縱”指的是用于經(jīng)紗的差動卷線系統(tǒng)，該系統(tǒng)將經(jīng)紗“操縱”成所需形狀，并允許直織(straightweaving)、極向編織(polarweaving)或其組合以生產(chǎn)能夠?qū)嶋H上在織物或預(yù)制件的X-Y平面上采用任何形狀的預(yù)制件。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的ー個方案，使用“操縱”編織法生產(chǎn)的這種經(jīng)線被操縱的橢圓形織物30的示例；其中，橢圓形織物30可在ー個平面上是平的，并在X-Y平面呈彎曲形狀。在這種排布中，每個經(jīng)紗32能夠具有不同的軌道長度，類似于圍繞跑道的線，同時每條緯紗34總是垂直或正交于織物的邊緣。這就是說，在緯紗34可與一條或多條經(jīng)紗32交織的那些點處，不管經(jīng)紗32的曲線軌道如何，緯紗34總是正交于一條或多條經(jīng)紗32。根據(jù)ー個示意性實施例，該エ藝可被用來制造復(fù)合材料窗框，例如參照圖I描述的窗框，其包括例如直立腿20和“榫接部”15之類的特征，但不需要為傳統(tǒng)材料所需的省道。根據(jù)本實施例的方法使用被牽切碳纖維(“SBCF”)作為選定區(qū)域的周緣纖維，使得直立腿和榫接部能夠一體形成于預(yù)制件內(nèi)。結(jié)果，編織預(yù)制件將沿框架的周向和徑向具有連續(xù)纖維。根據(jù)該方法，能夠在使用可編程差動卷線機(jī)構(gòu)的織機(jī)上執(zhí)行被操縱編織，以產(chǎn)生窗框的所期望的橢圓形形狀。在被操縱的織物30中，經(jīng)線纖維可沿周向連續(xù)，而且緯線纖維相對于局部曲率半徑總是沿徑向來取向?？椢锏亩鄠€連續(xù)層能夠被置于彼此的頂部以構(gòu)成期望的厚度。如果需要額外的強(qiáng)度和/或剛度，還可將其中纖維沿離軸方向(off-axisdirection)(仍然相對于局部曲率半徑)取向的額外的織物層散布在被操縱的織物層之間?？蛇x地，被操縱的織物可編織成多層織物，其中，多層織物中的兩層或更多層通過期望圖案中的一條或多條經(jīng)紗和/或緯紗整體保持?？椢锟墒褂萌魏斡糜诮?jīng)線纖維的便利圖案來編織，即股對股、通過厚度角聯(lián)鎖、正交等圖案?？椢镒陨砜墒褂萌魏蝹鹘y(tǒng)編織圖案例如平紋、斜紋、緞紋等來編織。盡管碳纖維是優(yōu)選的，本發(fā)明可應(yīng)用于實際上任何其他類型的纖維，包括但不限于能夠被牽切的那些類型的纖維，例如被牽切碳纖維、玻璃、陶瓷和不能被牽切或無需被牽切的那些類型的纖維。例如，本發(fā)明中使用的纖維可以是Discotex(—種由PepinAssociates公司生產(chǎn)的不連續(xù)纖維束)，其在被織入紡織結(jié)構(gòu)時，允許紡織結(jié)構(gòu)沿強(qiáng)化方向拉伸，從而容許由簡單的預(yù)制件初始形狀形成復(fù)雜形狀。Discotex是通過將強(qiáng)化紗線或纖維束切成離散長度并使切出的紗線或纖維束對齊以形成不連續(xù)的纖維束來制造的。這種纖維束由多段長的、不連續(xù)且重疊的強(qiáng)化纖維束(這些強(qiáng)化纖維束與對齊的連續(xù)纖維和外包裝纖維組合)組成。在紡織操作期間，需要對齊的連續(xù)纖維和外包裝纖維來處理DiscoTex纖維束，但是對齊的連續(xù)纖維和外包裝纖維也可被用作基體的前體材料。在后續(xù)加工步驟不需要連續(xù)纖維的情況下，可去除連續(xù)纖維以生產(chǎn)全不連續(xù)的紡織材料。DiscoTex織物的拉伸允許快速制造復(fù)雜外形，同時保留纖維取向和纖維體積分?jǐn)?shù)(fibervolumefraction)。能夠消除(省略)對織物進(jìn)行人エ勞動強(qiáng)度大的切割和省道，而且該技術(shù)適用于任何類型的強(qiáng)化線(紗)，包括玻璃纖維、碳纖維和陶瓷纖維。應(yīng)注意，初始的預(yù)制件或織物30是平的。然而，三維預(yù)制件的最終形狀可使用成型エ藝來形成，以產(chǎn)生直立腿、榫接部和沿主軸線大體彎曲的形狀。這樣的成型取決于沿被操縱織物的經(jīng)線方向使用SBCF，這將允許織物按需要沿周向伸長，因此預(yù)制件平坦不起皺。緯線方向上可使用傳統(tǒng)纖維，織物的寬度可設(shè)定為橫截面的總弧長。在ー些需要緯線伸長的局部幾何結(jié)構(gòu)中，如果需要，則可沿緯線方向使用SBCF。當(dāng)使用SBCF時，實際成型エ藝可被設(shè)計成確保所需的總伸長量不超過纖維的屈服伸長極限。根據(jù)ー個實施例，上述方法可如圖4和圖5所示地實施。在該實施例中，在織物的一部分36中例如可使用SBCF作為經(jīng)線纖維，而在織物的另一部分38中使用傳統(tǒng)碳纖維經(jīng)線來形成編織預(yù)制件30。部分36例如可以是橢圓形預(yù)制件的內(nèi)周區(qū)域，同時部分38例如可以是外周區(qū)域。在此情況下，預(yù)制件30的外邊緣40例如可被夾到成型工具45的頂部，而且預(yù)制件30可被擠壓到陰模(femalemold)或成型工具表面42內(nèi)。隨著纖維從初始預(yù)制件的較小半徑形成到最終部件的較大直徑，部分36中的SBCF伸長。將預(yù)制件30擠壓到陰?；虺尚凸ぞ弑砻?2內(nèi)可借助徑向擠壓或使用若干公知技術(shù)之ー來完成。一種這樣的方法可使用被加壓以在預(yù)制件30上得到均勻徑向力的可充氣(inflatable)工具。另一方法可使用多段工具(multiplesectiontooling)以在徑向載荷下使預(yù)制件30移動并固定就位以供隨后注摸。應(yīng)注意，預(yù)制件的內(nèi)邊緣處的SBCF能夠具有最高百分比的伸長率，而且最大伸長量取決于直立腿的高度、榫接部的深度、預(yù)制件的總寬度和最小局部曲率半徑。圖6示出根據(jù)另ー實施例的方法。在該實施例中，可形成例如在邊緣部分36、36(橢圓形預(yù)制件或織物30的內(nèi)周區(qū)域、外周區(qū)域)中沿經(jīng)線方向使用SBCF，而在織物的中心部38使用傳統(tǒng)碳纖維經(jīng)線的編織預(yù)制件30。預(yù)制件30的將成為直立腿20的部分被實際編織成，使得其可在預(yù)制件的主體上被折疊。為確保直立腿20在成型期間不被周向擠壓，此特征是必要的。預(yù)制件30可在包含傳統(tǒng)經(jīng)線纖維的區(qū)域22上被夾入工具內(nèi)。然后榫接部15可通過將預(yù)制件36的左側(cè)擠壓到模具42內(nèi)來形成，而直立腿20可通過將預(yù)制件30的右側(cè)36向上和向外均勻地推到模具42內(nèi)來形成。如較早前所述，借助徑向擠壓或使用若干公知技術(shù)之ー來完成將預(yù)制件30擠壓到陰?；虺尚凸ぞ弑砻?2內(nèi)。一種這樣的方法可使用可被加壓以在預(yù)制件30上得到均勻徑向力的可充氣工具。另ー方法可使用多段工具以使預(yù)制件30在徑向載荷下移動并固定就位以供隨后注摸。應(yīng)注意，位于預(yù)制件的內(nèi)邊緣的SBCF經(jīng)線將具有最高百分比的伸長率，而且正是此特征通常將決定哪一成型方案是可行的。最大伸長量取決于直立腿的高度、榫接部的深度、預(yù)制件的總寬度和最小局部曲率半徑。在織物被模塑以取期望的三維形狀之后，預(yù)制件30可使用傳統(tǒng)的樹脂注入法，例如樹脂傳遞模塑(resintransfermolding),被加工成復(fù)合材料。例如,根據(jù)ー個實施例的預(yù)制件能夠被加工成如圖I所示的飛行器窗框10。結(jié)構(gòu)10包括之前實施例中描述的編織預(yù)制件?？芍圃祛A(yù)制件而無需各個股的切割和省道。消除這些切割和省道提高了所得到的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及性能。本發(fā)明的預(yù)制件能夠使用任何用于經(jīng)線纖維的傳統(tǒng)圖案來編織，即股對股、通過厚度角聯(lián)鎖、正交等圖案。雖然碳纖維是優(yōu)選的，但是本發(fā)明可應(yīng)用于實際上任何其他能夠被牽切類型的纖維，例如碳纖維、尼龍、人造絲、玻璃纖維、棉、陶瓷、芳香族聚酰胺、聚酯和金屬紗或纖維。本發(fā)明的經(jīng)線被操縱織物可由多種材料制成，例如由像碳、尼龍、人造絲、聚酯、玻璃纖維、棉、玻璃、陶瓷、芳香族聚酰胺和聚こ烯之類的材料制成，或由任何其他本領(lǐng)域中公知的材料制成。最終結(jié)構(gòu)可使用樹脂浸潰法，例如樹脂傳遞模塑或化學(xué)氣相滲透(chemicalvaporinfiltration),而浸有基體材料,例如像環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酷、こ烯基酷、陶瓷和碳之類，由此形成三維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。盡管在此以飛行器的窗框作為示例來進(jìn)行說明，但是本發(fā)明的編織預(yù)制件的潛在應(yīng)用包括任何利用帶有加固腿的外形框的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。盡管在此詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其更改，但是應(yīng)理解，本發(fā)明不限于這個精確實施例和更改，本領(lǐng)域技術(shù)人員可實現(xiàn)不背離如隨附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的其他更改和變型。權(quán)利要求1.一種三維編織預(yù)制件，包括一層或多層經(jīng)線被操縱織物。2.如權(quán)利要求I所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的一部分被擠壓到模具內(nèi)以形成直立腿。3.如權(quán)利要求2所述的預(yù)制件，其中，所述預(yù)制件包括所述直立腿和/或位于本體部中的榫接部。4.如權(quán)利要求3所述的預(yù)制件，其中，所述本體部和直立腿是一體編織的，由此所述預(yù)制件上具有連續(xù)纖維。5.如權(quán)利要求4所述的預(yù)制件，其中，所述預(yù)制件是窗框的一部分。6.如權(quán)利要求5所述的預(yù)制件，所述預(yù)制件是飛行器窗框的一部分。7.如權(quán)利要求I所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的第一部分包括沿經(jīng)線方向被牽切碳纖維或不連續(xù)纖維束，或任何沿經(jīng)線方向能夠被牽切或不能被牽切的類型的纖維。8.如權(quán)利要求7所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的第二部分包括沿所述經(jīng)線方向的傳統(tǒng)碳纖維。9.如權(quán)利要求8所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的第三部分包括沿經(jīng)線方向被牽切碳纖維或不連續(xù)纖維束，或者任何沿所述經(jīng)線方向能夠被牽切或不能被牽切的類型的纖維。10.如權(quán)利要求I所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物是在配備有差動卷線機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織的。11.如權(quán)利要求I所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物是多層織物。12.如權(quán)利要求8所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物中的經(jīng)線纖維圖案為選自股對股、正交和角聯(lián)鎖組成的組的圖案。13.如權(quán)利要求I所述的預(yù)制件，其中，所述經(jīng)線被操縱織物是通過交織多個經(jīng)線和緯線紗或纖維形成的，所述經(jīng)線和緯線紗或纖維選自碳、尼龍、人造纖維、玻璃纖維、棉、陶瓷、芳香族聚酰胺、聚酯和金屬紗或纖維組成的組。14.一種纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維編織預(yù)制件。15.如權(quán)利要求14所述的復(fù)合材料，還包括基體材料。16.如權(quán)利要求15所述的復(fù)合材料，其中，所述基體材料是樹脂,而且所述復(fù)合材料由選自樹脂傳遞模塑和化學(xué)氣相滲透組成的組的工藝形成。17.如權(quán)利要求15所述的復(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、陶瓷和碳組成的組。18.一種形成三維編織預(yù)制件的方法，所述方法包括以下步驟編織經(jīng)線被操縱織物以及布置一層或多層所述經(jīng)線被操縱織物以形成預(yù)定形狀。19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括使所述經(jīng)線被操縱織物的一部分?jǐn)D壓到模具中，以便形成直立腿的步驟。20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括以下步驟在所述預(yù)制件的本體部形成榫接部。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述本體部和直立腿是一體編織的，由此所述預(yù)制件上具有連續(xù)纖維。22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述預(yù)制件是窗框的一部分。23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述預(yù)制件是飛行器窗框的一部分。24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的第一部分包括沿經(jīng)線方向被牽切碳纖維或不連續(xù)纖維束，或任何沿經(jīng)線方向能夠被牽切或不能被牽切的類型的纖維。25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的第二部分包括傳統(tǒng)碳纖維。26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的第三部分包括沿經(jīng)線方向被牽切碳纖維或不連續(xù)纖維束，或者任何沿所述經(jīng)線方向能夠被牽切或不能被牽切的類型的纖維。27.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物是在配備有差動卷線機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織的。28.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物是多層織物。29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物的經(jīng)線纖維圖案為選自股對股、正交和角聯(lián)鎖組成的組的圖案。30.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述經(jīng)線被操縱織物是通過交織多個經(jīng)線和緯線紗或纖維形成的，所述經(jīng)線和緯線紗或纖維選自碳、尼龍、人造纖維、玻璃纖維、棉、陶瓷、芳香族聚酰胺、聚酯和金屬紗或纖維組成的組。31.一種形成纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的方法，所述方法包括以下步驟根據(jù)權(quán)利要求18形成三維編織預(yù)制件。32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括以下步驟在基體材料中浸潰所述預(yù)制件。33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述基體材料是樹脂，而且所述復(fù)合材料由選自樹脂傳遞模塑和化學(xué)氣相滲透組成的組的工藝形成。34.如權(quán)利要求32所述的方法，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、陶瓷和碳組成的組。35.如權(quán)利要求I所述的預(yù)制件，還包括一層或多層其中的纖維沿離軸方向取向的散布在多個所述經(jīng)線被操縱織物之間的織物。36.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括以下步驟在所述多個經(jīng)線被操縱織物之間，散布一層或多層其中的纖維沿離軸方向取向的織物。全文摘要公開了一種三維編織預(yù)制件、含預(yù)制件的纖維強(qiáng)化復(fù)合材料及它們的制造方法。編織預(yù)制件包括一層或多層經(jīng)線被操縱織物。一部分經(jīng)線被操縱織物被擠壓到模具內(nèi)以形成直立腿(20)。預(yù)制件包括直立腿和本體部中的榫接部(15)。本體部和直立腿是一體編織的，所以預(yù)制件上有連續(xù)纖維。一部分經(jīng)線被操縱織物包括沿經(jīng)線方向的被牽切碳纖維，另一部分包括傳統(tǒng)碳纖維?？稍谂鋫溆胁顒泳砭€機(jī)構(gòu)的織機(jī)上編織經(jīng)線被操縱織物。經(jīng)線被操縱織物可以是單層或多層織物。預(yù)制件或復(fù)合材料可以是飛行器窗框(10)的一部分。文檔編號B29C70/22GK102666050SQ201080053418公開日2012年9月12日申請日期2010年9月29日優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日發(fā)明者喬納森·戈林,克雷格·羅爾斯申請人:奧爾巴尼工程兩合公司