一种用于增强复合结构的织造预制件，包括具有多个交织层的中心部分（６，１０）。所述预制件还包括具有多个独立织造层（５０）的第一和第二末端部分（４，１２），所述多个独立织造层与所述中心部分（６，１０）中的多个交织层整体织造并且沿着所述预制件的整个长度延伸。在所述第一和第二末端部分中的多个独立织造层（５０）之间散布有斜交层。第一和第二末端部分可具有包括横穿独立织造层和斜交层并将它们锁定在一起的增强纤维的全厚度增强（７１）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于增强复合结构的三维织造预制件的几何构造，在所述增强复合结 构的一个或多个末端上具有准各向同性的或多方向的增强并且在所有其它区域具有近似 单方向的增强。该预制件具有另外通过在厚度方向上嵌入增强纤维而提供的全厚度增强。
技术介绍
当前广泛使用增强复合材料来生产结构组件，尤其是在追求所希望的轻质、坚固、 强韧、耐热、自支撑以及适于成型和定型的特性的应用中。这样的组件例如用在航空、航天 和卫星工业中，以及用于娱乐性应用例如赛艇和赛车中，以及用于其它数不尽的应用中。三 维织物一般由沿三个方向定向的纤维构成，其中每一纤维都沿着垂直于其它纤维的方向， 即沿着X、Y和Z轴方向延伸。通常，由上述织物形成的组件由嵌入基体材料中的增强材料构成。增强组件可以 由具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能(尤其是具有抵抗应力破坏的 高强度)的材料制得，所述材料为例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺(例如获自Ε. I. Dupont 的“KEVLAR ，，)、聚乙烯和/或其它材料。通过使用这种增强材料并使其最终成为完成 组件的组元，完成的复合组件便被赋予了所希望的增强材料的特性，例如非常高的强度。组 成增强材料通常可以机织、针织或以其它方式定向成所希望的增强预制件的结构和形状。 通常，特别需要注意的是确保最有利地利用已选择的组成增强材料的性能。一般说来，这样 的增强预制件与基体材料结合以形成所希望的成品组件或生产用于最后生产成品组件的 日常原料。在构造了所希望的增强预制件后，可以引入基体材料并且将其与预制件结合，使 得增强预制件被基体材料包围，以使基体材料填充增强预制件的组元之间的空隙区域。基 体材料可以是非常多种材料中的任一种，例如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其 它材料，它们也具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能。选择用作基体 的材料可以与增强预制件的材料相同或不同，也可以具有或不具有相当的物理性能、化学 性能、热性能或其它的性能。然而，通常，它们与增强预制件不是同一种材料或者不具有相 当的物理性能、化学性能、热性能或其它性能，这是因为在使用复合材料时首先所要达到的 目的通常是获得仅通过使用一种组成材料不能获得的最终产品的综合性能。在结合时，增强预制件和基体材料可以随后在同一操作中通过热定型或其它已知 方法进行固化和稳定化，然后经历其它的操作来生产所希望的组件。需要强调指出的是在 如此固化后，基体材料的固化物质通常非常牢固地粘结到增强材料(例如，增强预制件)。 结果，最终组件上的应力，尤其是通过充当纤维之间粘合剂的基体材料，可以有效地转移到 增强的增强预制件的组成材料上并且由其承载。通常，材料供应商生产出简单的二维织造织物或单方向的纤维，并将其发送给客 户，裁剪出各种图案并且层层铺设成最终部件。最简单的织造材料是基本上二维的平面结 构，其中基本上仅在两个方向上具有纤维。这种织物通过交织两组相互垂直的纱线来形成。5在二维织造中，0°的纱线称作经向纤维或纱线，90°的纱线称作纬向纤维或纱线。对于树 脂传递模塑来说，一系列的织造织物可以组合形成干燥的铺设物，所述干燥的铺设物被置 于模具中并注入树脂。这些织物可以使用“裁剪缝制”技术或热成形法来预成型并且使用 树脂粘合剂“粘结”。然而，二维织造结构具有局限性。预成型步骤在铺设中需要大量的手工劳动。二 维织造结构在除了 0°和90°方向之外的其它方向上没有足够的强度或没有足够的抗拉 伸性能，尤其是在远离纤维轴向的角度上。减少这种可能的局限性的一种方法是在织物中 增加斜交纤维，以中间角度、优选以与填充纤维的轴成士45°的角度将纤维穿插织入织物 中。简单的织造预制件还是单层的。这限制了材料的可能强度。一种可能的解决方案 是增加纤维的尺寸。另一种解决方案是使用多层。使用多层的附加优点是某些层可以定 向为使不同层的经纱轴和纬纱轴处在不同的方向，由此起到类似上述讨论的斜交纤维的作 用。然而，如果这些层是与树脂一起层合的单层堆叠体，则出现分层问题。如果将各层缝合 在一起，那么许多织造纤维可能在缝合工艺中被破坏并且可能损害总抗张强度。此外，对于 多层的层合和缝合来说，通常需要手工铺设操作来把各层对准。作为替代方案，可以作为织 造工艺的一部分来交织各层。形成多个织物交织层，尤其是具有一体化的斜交纤维的多个 织物交织层，一直是一个难题。复合材料用于生产结构组件的一个实例是生产支架和支柱。支架和支柱通常包括 在结构的每一末端上具有突出部的中心柱。这些突出部可以具有阳型或阴型(U形夹)构 造并且用于把支架或支柱连接到所要增强或支撑的结构上。如前所述，为了提高复合结构 的强度，将多层用于支架和支柱中的突出部和柱部分。尽管由于可以将各层定向为在0° 和90°方向上提供增强以及可以斜向定向以在其它方向例如在士45°方向上提供增强而 使得使用多层是有利的，但是如果与树脂一起层合，则层间分层就会成为问题。存在许多层合突出部的实例，其中一些使用了混杂材料(即，交替的碳和钛层)， 但是还没有将层合的突出部与三维织造柱相结合。用于极高负载结构的层合复合材料突出 部的耐久性在多个政府资助的项目中已经被证实。然而，据本申请人了解，其中没有一个项 目考虑使用三维织造预制件。因此，在支架和支柱中使用的具有层合突出部末端或部分以及整体式三维织造中 心柱的三维预制件是所希望的。在预制件的中心部分使用三维结构的优点是它减少了对厚 复合材料所需的所有层进行剪裁和整理所需要的劳动，并且与常规层合复合材料相比提供 了更好的容损性。末端处的独立层的优点是可以调整层合体以具有特定的性能。具体而言， 可以通过在一个或多个角度嵌入增强纤维而在厚度方向上增强一部分或者整个预制件。因此，需要一种织造预制件，其具有整体织造的三维中心部分和包括独立织造层 的增强的层合突出部末端。
技术实现思路
因此本专利技术的主要目的是提供一种用于复合结构的三维织造预制件，其具有交织 的柱部分和在突出部末端处单独织造的织物的堆叠体。本专利技术的另一目的是提供一种用于厚复合结构的织造预制件，该结构在一个或两个末端处具有准各向同性或多方向的增强以及在所有其它区域内具有近似单方向的增强。本专利技术的另一目的是提供一种织造预制件，该预制件在一个或两个突出部末端处 具有厚度增强，以提高容损性并且改善全厚度性能。本专利技术的又一目的是提供一种可用于承载大的集中载荷的复合结构。本专利技术提供这些和其它目的和优点。就此而言，本专利技术涉及用于增强复合结构的 织造预制件以及制造这种预制件的方法。所述织造预制件包括具有织造在一起的多个层的 中心部分。所述预制件包括具有多个独立织造层的第一末端部分，所述多个独立织造层与 所述中心部分中的多个交织层整体织造并且沿着预制件的整个长度延伸。所述预制件还包 括具有多个独立织造层的第二末端部分，所述多个独立织造层与所述中心部分中的多个交 织层整体织造并且沿着预制件的整个长度延伸。在第一和第二末端部分中的多个独立织造 层之间散布有斜交层(bias plies)。此外，具有单个突出部末端和柱部分末端的织造预制 件可以根据所公开的任意实施方案来构造。本专利技术的另一方面涉及一种三维织造预制件，其具有对第一和第二末端部分中的 独立织造层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于增强复合结构的织造预制件，其包括：具有多个交织层的中心部分；具有多个独立织造层的第一末端部分，其中所述多个独立织造层与所述中心部分中的所述多个交织层整体织造并且沿着所述预制件的整个长度延伸；和具有多个独立织造层的第二末端部分，其中所述多个独立织造层与所述中心部分中的所述多个交织层整体织造并且沿着所述预制件的整个长度延伸；其中在所述第一末端部分和所述第二末端部分中的所述多个独立织造层之间散布有斜交层，并且其中所述第一末端部分和／或所述第二末端部分具有包括横穿所述独立织造层和所述斜交层的增强纤维的全厚度增强。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：强纳森葛林，布赖恩科芬伯里，
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：US[美国]
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