用于連接應(yīng)用的多軸織物、聚合物-纖維層壓材料和結(jié)合所述織物、層壓材料的形體的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于連接應(yīng)用的多軸織物、聚合物-纖維層壓材料和結(jié)合所述織物、層壓材料的形體
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2012年11月26日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/729，996的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用而全文結(jié)合到本文中。
[0002]領(lǐng)域
本發(fā)明的總體概念涉及多軸織物和聚合物-纖維層壓材料以及結(jié)合所述織物和層壓材料的圓柱形和/或裝有法蘭的形體，用于螺栓連接的應(yīng)用。
[0003]背景
基于織物的聚合物-纖維層壓材料(例如風(fēng)力渦輪葉片和在風(fēng)力渦輪系統(tǒng)中的轂之間的螺栓連接)的應(yīng)用通常特征為由經(jīng)歷在不同的方向施加的不同大小的力的層壓材料形成的結(jié)構(gòu)。因此，考慮到大小和方向的差異，對(duì)于更有效和/或高效地處理這些力的層壓材料有未滿足的需要。
[0004]概述
本發(fā)明的總體概念涉及和預(yù)期多軸織物(包括混合的多軸織物)和包括所述織物的聚合物-纖維層壓材料。本發(fā)明的總體概念還包括結(jié)合織物和/或?qū)訅翰牧系男误w(例如，圓柱形和/或裝有法蘭的形體)。由于改進(jìn)的織物和層壓材料，所述形體呈現(xiàn)改進(jìn)的性能和/或降低的成本(例如，對(duì)于連接應(yīng)用)。
[0005]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，層壓材料包括至少一個(gè)加強(qiáng)層。所述加強(qiáng)層包含包括多個(gè)加強(qiáng)纖維的織物。第一組加強(qiáng)纖維在織物內(nèi)具有第一取向；第二組加強(qiáng)纖維在織物內(nèi)具有第二取向，所述第二取向與所述第一取向相差第一偏移；和第三組加強(qiáng)纖維在織物內(nèi)具有第三取向，所述第三取向相對(duì)于所述第一取向相差第二偏移。
[0006]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，織物為包括所述加強(qiáng)纖維的單一織物。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，織物為針織、梭織和無(wú)瑋織物中的一種。
[0007]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，織物由第一織物和第二織物形成；其中所述第一織物包括所述第一組加強(qiáng)纖維；和其中所述第二織物包括所述第二組加強(qiáng)纖維和所述第三組加強(qiáng)纖維。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一織物為針織、梭織和無(wú)瑋織物中的一種；和所述第二織物為針織、梭織和無(wú)瑋織物中的一種。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，將所述第一織物和所述第二織物縫在一起。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一織物包含層壓材料的第一加強(qiáng)層，而所述第二織物包含層壓材料的第二加強(qiáng)層；和其中所述第一加強(qiáng)層的厚度不同于所述第二加強(qiáng)層的厚度。
[0008]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，織物由第一織物、第二織物和第三織物形成；其中所述第一織物包括所述第一組加強(qiáng)纖維；其中所述第二織物包括所述第二組加強(qiáng)纖維；和其中所述第三織物包括所述第三組加強(qiáng)纖維。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一織物為針織、梭織和無(wú)瑋織物中的一種；所述第二織物為針織、梭織和無(wú)瑋織物中的一種；和第三織物為針織、梭織和無(wú)瑋織物中的一種。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，將所述第一織物、所述第二織物和所述第三織物縫在一起。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一織物包含層壓材料的第一加強(qiáng)層；所述第二織物包含層壓材料的第二加強(qiáng)層；和第三織物包含層壓材料的第三加強(qiáng)層；其中所述第一加強(qiáng)層的厚度不同于所述第二加強(qiáng)層的厚度；其中所述第一加強(qiáng)層的厚度不同于所述第三加強(qiáng)層的厚度；和其中所述第二加強(qiáng)層的厚度與所述第三加強(qiáng)層的厚度基本上相同。
[0009]在一個(gè)不例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為約X- 10° ;所述第二偏移為約X+ 10°。
[0010]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為約X-15° ;所述第二偏移為約x+15°。
[0011]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為約x-20° ;所述第二偏移為約x+20°。
[0012]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為約x-25° ;所述第二偏移為約x+25°。
[0013]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為約x-30° ;所述第二偏移為約x+30°。
[0014]在一個(gè)不例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為約x_45° ;所述第二偏移為約x+45°。
[0015]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄;所述第一偏移為χ-10°至χ-30° ;和所述第二偏移為x+10°至χ+30°。
[0016]在一個(gè)不例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)閄 ;所述第一偏移為x_5°至χ_45° ；和所述第二偏移為x+5°至x+45°。
[0017]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)?°。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一取向?yàn)?0°。
[0018]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一偏移的絕對(duì)值不同于所述第二偏移的絕對(duì)值。
[0019]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維占所述加強(qiáng)纖維的約20重量％ ;和所述第二組加強(qiáng)纖維和所述第三組加強(qiáng)纖維占所述加強(qiáng)纖維的約80重量％。
[0020]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維占所述加強(qiáng)纖維的約50重量％ ;和所述第二組加強(qiáng)纖維和所述第三組加強(qiáng)纖維占所述加強(qiáng)纖維的約50重量％。
[0021]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維占所述加強(qiáng)纖維的10重量％_50重量％ ;和所述第二組加強(qiáng)纖維和所述第三組加強(qiáng)纖維占所述加強(qiáng)纖維的50重量％-90重量%o
[0022]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，加強(qiáng)纖維選自聚合物纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維和玻璃纖維。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，加強(qiáng)纖維為選自A型玻璃纖維、C型玻璃纖維、G-玻璃纖維、E型玻璃纖維、S型玻璃纖維、H型玻璃纖維和E-CR型玻璃纖維的玻璃纖維。
[0023]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包括多個(gè)第一纖維和多個(gè)第二纖維，其中所述第一纖維的彈性模量不同于所述第二纖維的彈性模量。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一纖維為H型玻璃纖維、而所述第二纖維為E-CR型玻璃纖維。
[0024]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包括多個(gè)第一纖維和多個(gè)第二纖維，其中所述第一纖維的拉伸強(qiáng)度不同于所述第二纖維的拉伸強(qiáng)度。
[0025]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包括多個(gè)第一纖維和多個(gè)第二纖維，其中所述第一纖維具有比所述第二纖維更高的彈性模量。所述第一纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的10重量％-40重量％，而所述第二纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的60重量％-90重量%o
[0026]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包括多個(gè)第一纖維和多個(gè)第二纖維，其中所述第一纖維具有比所述第二纖維更高的彈性模量。所述第一纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的20重量％_30重量％，而所述第二纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的70重量％_80重量%o
[0027]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包括多個(gè)第一纖維和多個(gè)第二纖維，其中所述第一纖維具有比所述第二纖維更高的拉伸強(qiáng)度。所述第一纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的10重量％-40重量％，而所述第二纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的60重量％-90重量%o
[0028]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包括多個(gè)第一纖維和多個(gè)第二纖維，其中所述第一纖維具有比所述第二纖維更高的拉伸強(qiáng)度。所述第一纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的20重量％_30重量％，而所述第二纖維占所述第一組加強(qiáng)纖維的70重量％_80重量%o
[0029]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包含第一類(lèi)型的纖維；所述第二組加強(qiáng)纖維包含第二類(lèi)型的纖維；和所述第一類(lèi)型的纖維和所述第二類(lèi)型的纖維不同。
[0030]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維由第一類(lèi)型的纖維組成；所述第二組加強(qiáng)纖維由第二類(lèi)型的纖維組成；和所述第一類(lèi)型的纖維和所述第二類(lèi)型的纖維不同。
[0031]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維包含第一類(lèi)型的纖維；所述第三組加強(qiáng)纖維包含第二類(lèi)型的纖維；和所述第一類(lèi)型的纖維和所述第二類(lèi)型的纖維不同。
[0032]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一組加強(qiáng)纖維由第一類(lèi)型的纖維組成；所述第三組加強(qiáng)纖維由第二類(lèi)型的纖維組成；和所述第一類(lèi)型的纖維和所述第二類(lèi)型的纖維不同。
[0033]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第二組加強(qiáng)纖維包含第一類(lèi)型的纖維；所述第三組加強(qiáng)纖維包含第二類(lèi)型的纖維；和所述第一類(lèi)型的纖維和所述第二類(lèi)型的纖維不同。
[0034]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第二組加強(qiáng)纖維由第一類(lèi)型的纖維組成；所述第三組加強(qiáng)纖維由第二類(lèi)型的纖維組成；和所述第一類(lèi)型的纖維和所述第二類(lèi)型的纖維不同。
[0035]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，層壓材料包括多個(gè)加強(qiáng)層。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，層壓材料具有約100層。
[0036]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，層壓材料包括包含第一層和第二層的多個(gè)層，其中所述第一層的厚度不同于所述第二層的厚度。
[0037]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，層壓材料包含:包含第一織物的第一層；包含第二織物的第二層；和包含第三織物的第三層；其中在所述第一層中的第一纖維基本上彼此平行和與軸a平行；其中在所述第二層中的第二纖維基本上彼此平行和與軸b平行；其中在所述第三層中的第三纖維基本上彼此平行和與軸c平行；其中所述軸b相對(duì)于軸a偏移，使得軸b與軸a交叉；其中所述軸c相對(duì)于軸a偏移，使得軸c與軸a交叉；其中所述第二纖維與所述第三纖維關(guān)于軸a對(duì)稱(chēng)；其中所述第一纖維包括第四纖維和第五纖維；和其中所述第四纖維的彈性模量不同于所述第五纖維的彈性模量。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，將所述第一織物、所述第二織物和所述第三織物縫在一起。
[0038]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一織物、所述第二織物和所述第三織物為單一三軸織物。
[0039]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一織物為單向織物；和所述第二織物和所述第三織物為單一雙軸織物。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，將單向織物和雙軸織物縫在一起。
[0040]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移約-10° ;和軸c相對(duì)于軸a偏移約 +10。 ο
[0041]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移約-15° ;和軸c相對(duì)于軸a偏移約 +15。 ο
[0042]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移約-20° ;和軸c相對(duì)于軸a偏移約 +20。 。
[0043]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移約-25。;和軸c相對(duì)于軸a偏移約 +25。 。
[0044]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移約-30° ;和軸c相對(duì)于軸a偏移約 +30。 。
[0045]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移約-45° ;和軸c相對(duì)于軸a偏移約 +45。 。
[0046]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移-10°至-30° ;和軸c相對(duì)于軸a 偏移+10° 至+30。ο
[0047]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸b相對(duì)于軸a偏移-5°至-45° ;和軸c相對(duì)于軸a偏移+5°至+45。ο
[0048]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸a相應(yīng)于所述第一織物的經(jīng)向。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，軸a相應(yīng)于所述第一織物的瑋向。
[0049]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第一纖維選自聚合物纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維和玻璃纖維。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述第二纖維選