带有可变宽度U形夹的派形预型件及其形成方法技术

本发明专利技术披露了一种用于加强复合材料的织造预型件(200)，这种织造预型件可以平织然后折叠成形。预型件(200)具有三维织纹结构，用填充纤维织造，从而提供经向纤维(216)层的层与层互锁、以及各层内的纤维互锁。至少两个腿(225，235)自基底(220)伸出，基底和腿各自具有至少两层经向纤维。腿可以互相平行或成一定角度，或者在腿之间可以具有可变宽度U形夹(250)。基底和/或腿的外端优选具有楔形，通过以阶状图案终止经向纤维的各层而形成楔形。本发明专利技术还公开了一种在织造预型件中形成可变宽度U形夹的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】带有可变宽度U形夹的派形预型件及其形成方法本申请是分案申请，原申请的申请日为2009年10月27日，申请号为200980146576.6，专利技术创造名称为“带有可变宽度U形夹的派形预型件及其形成方法”。专利技术背景
本专利技术总体涉及织造预型件，特别涉及在加强复合材料中使用的织造预型件，这种织造预型件可以平织然后折叠成其最终形状，而不会在预型件中产生不想要的线圈。参考引用文中针对产品所提及的所有专利、专利申请、文档、引文、厂家使用说明、说明书、产品技术规格、以及产品图表，在此以引用的方式并入本文，并且可以在本专利技术的实践中采用。现有技术当前，广泛使用加强复合材料来生产结构组件，特别在期望结构组件具有重量轻、牢固、坚韧、耐热、自支撑并且适于形成及成形这些特性的应用中。这些组件用在例如航空、航天、卫星、娱乐(如赛艇、赛车中)以及其他应用中。通常这种组件由嵌置在基质材料中的加强材料组成。加强组件可以由诸如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或其他材料制成，这些材料表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能，其中首要性能是高强度，以抵抗应力失效(stressfailure)。通过使用这种加强材料(其最终成为成品组件的构成部件)，将加强材料的期望特性如极高的强度，赋予成品复合组件。通常可以将组分加强材料机织、针织成期望结构和形状，或者使其取向成期望结构和形状，用于加强预型件。通常会特别注意保证所选组分加强材料的性能能够得到最佳利用。通常将这种加强预型件与基质材料结合，从而，形成期望的成品组件，或者制成备料用于最终制成成品组件。在构造出期望的加强预型件之后，可以导入基质材料并使其进入预型件，从而，典型地，使加强预型件埋在基质材料中，以及，基质材料充满加强预型件构成部件之间的空隙区域。基质材料可以是广泛多样材料中的任意材料，诸如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其他材料，这些材料也表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能。选择用作基质的材料与加强预型件的材料可以相同也可以不同，并且，可以具有或者不具有相当的物理性能、化学性能、热性能或其他性能。然而，通常，用作基质的材料与加强预型件的材料不是相同的材料，或者不具有相当的物理性能、化学性能、热性能或其他性能，这是因为在使用复合材料时通常首要目的是在成品中获得性能的组合，而这种性能组合无法通过单独使用一种组分材料获得。这样组合后，然后，可以通过热固或其他已知方法，使加强预型件和基质材料在相同操作中固化和稳定化，然后进行生产期望组件的其他操作。在这一点上应当注意到，在这样固化之后，基质材料中的硬化团块通常非常牢固地粘附于加强材料(例如，加强预型件)。结果，特别地，经由成品组件中位于纤维之间作为粘合剂的基质材料，成品组件上的应力可以有效地传递至加强预型件的组分材料，并由其承受。通常，期望生产出的组件结构不是简单几何形状，诸如原有的板状、片状、长方体或者立方体等简单几何形状。做到这一点的一种方法是，将这些基本几何形状组合成期望的更复杂的形式。通过将如上述方式制成的加强预型件相对彼此以一定角度(通常为直角)结合，形成一种这样的典型组合。经结合加强预型件的这种角形布置的通常目的是产生期望形状，以形成包括一个或多个端壁或者例如“T”形交叉的加强预型件，或者，以加固所得到的加强预型件与复合结构的组合，在暴露于外力诸如压力或张力时，这种加固能够抵抗此时产生的偏斜或失效。在任何情况下，相似的考虑是使构成组件之间的各接合处尽可能牢固。加强预型件组分本身具有期望的极高强度时，接合处的薄弱实际上成为结构“链”中的“薄弱环节”。美国专利N0.6，103, 337中提出了交叉构造的示例，其披露内容在此以引用方式并入本文。该篇引文提出了将两个加强板结合到一起成为T形的有效措施。为了形成这种接合，过去已经提出了多种其他建议方式。有的建议彼此独立地形成并硬化板件和角形加劲件(angled stiffening element)，角形加劲件具有单个的板接触面，或者在其一端分为两部分以形成两个分叉且共面的板接触面。然后，使用热固性粘合剂或其他粘合剂材料，通过粘附方式粘接，使加劲件的一个或多个板接触面与其他组件的接触面相结合，从而将两个部件连接起来。然而，当张力施加于复合结构的硬化板或表皮时，由于连接的有效强度是基质材料的有效强度而非粘合剂的有效强度，很低的负荷就会导致“剥离”力，此“剥离”力使加劲件与板件在其界面处分离。在这些组件的界面处无法使用金属螺钉或铆钉，因为这种附加物至少局部破坏并弱化了复合结构体自身的完整性，增加了重量，并且带来这些部件与周围材料之间的热膨胀系数差异。解决这一问题的其他方法基于引入高强度纤维穿过结合区域的概念，通过使用诸如将一种组件缝合到另一种组件上并且依赖于缝合线的方法，来引入这种加强纤维使其进入并且穿过接合部位。美国专利N0.4，331，495以及其分案美国专利N0.4，256，790示出了这样一种方法。这些专利披露的接合点位于由粘合方式粘合的纤维层所制成的第一复合板与第二复合板之间。按现有技术方式，使第一板在一端分叉，从而形成两个分叉且共面的板接触面，用未固化的挠性复合线穿过两板进行缝合，使第一板的板接触面与第二板相结合。然后，使板和线“共固化”，也就是，同时固化。美国专利N0.5，429，853中提出了改进结合强度的另一方法。尽管现有技术努力改进加强复合材料的结构整体性并取得了成功，特别是在美国专利N0.6，103，337中，然而，仍然希望对其进行改进，或者，通过使用粘合剂或机械联接之外的其他方法来解决该问题。考虑到这一点，一种方法是可以通过专用机器生产织造三维(“3D”)结构体。然而，所涉及的花费相当可观，而且，需要针对生产单一结构体提供织机，这也很难接受。不考虑这一事实的话，可以加工成纤维加强复合组件的3D预型件仍是可取的，因为相对于常规的二维层合复合材料，3D预型件提供了增强的强度。在要求复合材料承载面外负荷的应用中，这些预型件尤其有用。然而，以上所讨论的现有技术预型件，其承受高面外负荷的能力、在自动织机加工中织造的能力、以及改变预型件各部分厚度的能力有限。预型件织造的织造结构和自动化操作仍处于其初期阶段，技术还不够成熟，相比于常规的层合复合材料、纤维缠绕复合材料、或编织复合材料，目前预型件织造结构和自动化操作提供的优势不够突出，这些限制了预型件的广泛应用。另一方法是织造二维(“2D”)结构体并将其折叠成3D形状。然而，这通常导致折叠预型件时的部分扭曲。因为织造纤维的长度与折叠预型件时纤维应有长度不同，出现此扭曲。在织造纤维长度过短的区域中这会导致浅凹和波纹，而在纤维长度过长的区域中则导致起皱。美国专利N0.6，874，543中披露了一种3D预型件织纹结构的示例，在预型件的折叠区域中这种织纹结构会引起波纹或线圈，该专利的全部内容在此以引用的方式并入本文。在常规有梭织机上可以织造具有特定结构形状诸如“T”形、“I”形、“H”形或“派(Pi，) ”形截面的纤维预型件，以及，几件现有专利描述了织造这种结构体的方法(例如，美国专利N0.6，446，675和美国专利N0.6，712，099)。然而，在所有现有技术中，预型件都构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在织造预型件中形成可变宽度U形夹的方法，所述方法包括以下步骤：(a)设置多个相邻层，各层具有多根经向纤维，所述经向纤维互相平行，并形成竖向纵列；(b)将多根填充纤维与经向纤维层进行织造，以形成基底和自所述基底伸出的两个或更多个腿，其中，所述填充纤维使所述基底的多个层互锁，使各腿的多个层互锁，以及，使各层内的经向纤维互锁；以及(c)使形成第一腿的预型件第一部分中的一根或多根经向纤维选择性地退出，从而使形成在所述两个或更多个腿之间的U形夹的宽度加宽，或者，选择性地添加一根或多根经向纤维进入所述预型件第一部分，从而，使形成在所述两个或更多个腿之间的所述U形夹的宽度变窄，或者，进行上述两种操作，即，所述腿之间的宽度沿所述预型件的长度是变化的，其中，形成所述腿的大多数经向纤维沿所述预型件的整个长度是连续的，只有位于边缘的经向纤维是断续的，其浮置在所述预型件的织造部分之上或之下，以及，在从织机上取下所述预型件之后，对浮置的经向纤维进行修整。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思·韦莱特，乔纳森·戈林，布罗克·吉尔伯森，
申请(专利权)人：阿尔巴尼复合物工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US