具有搭接接头预型件的立体织造角件制造技术

一种立体角部搭接接头预型件，以及一种形成立体角部搭接接头预型件的方法，该预型件包括织造凸缘，其具有一个或多个延伸自凸缘的腿件。腿件可以包括一个或多个独立织造部分，其允许不用将腿件褶缝或增加附加的加强件而形成角部。独立织造部分可以包括没有织造在预型件内的经向纤维。在形成角部之前，未织造区域允许腿件的一部分的移除，允许腿件的该部分重叠而形成搭接接头。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有搭接接头预型件的立体织造角件引用参考本文所引用的所有专利、专利申请、文件和/或参考以引用方式并入本文，并且可以在本专利技术的实施中采用。
本专利技术总体上涉及立体(3D)织造预型件，以及特别地涉及加强复合材料中使用的立体织造预型件。更具体地，本专利技术涉及能够不用褶缝(darting)或要求附加加强材料而形成为角件的预型件。更具体地，本专利技术涉及能够形成为具有搭接接头的角件的预型件。
技术介绍
如今使用加强复合材料以产生结构性组件十分普遍，特别地，在能作为有利优点的期望特性为重量轻、高强度、韧性、耐热性以及成型和造型能力的应用中。这样的组件用于例如航空、航天、卫星、高性能娱乐产品、海事以及其他应用中。常规地，这样的组件包含嵌入在基质材料内的加强材料。加强材料组件可以由这样的材料制成：例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能的其他材料，主要是非常大的强度以抵抗应力失效。这些材料通常制造为纤维并用作加强纤维，或者用作形成纱线(其在组件中用作加强纱线)的纤维。通过使用这样的加强材料(其最终成为完成组件的构成元件)，使完成的复合组件具备加强材料的期望特性，例如很高的强度。常规的构成加强材料可以为织造的、针织的、或取向成为加强预型件的期望结构。在许多情况中，特别关注的是保证性能的优化利用，选择构成加强材料是为了这些性能。通常，这样的加强预型件与基质材料结合，以形成期望的成品组件，或产生用于最终生产成品组件的工作备料。在构建完期望的加强预型件之后，可以将树脂或基质材料引至预型件并使其进入预型件中，从而，常规地，加强预型件成为包埋在基质材料内，并且基质材料填充加强预型件的构成元件之间的空隙区域。基质材料可以选自广泛多样的材料，例如环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或也表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能的其他材料。用作基质的材料可以与加强预型件的材料相同也可以不同，并具有或不具有相当的物理性能、化学热性能或其他性能。然而，常规地，它们不是相同的材料或者不具有可比的物理性能、化学性能、热性能或其他性能，这是因为通常使用复合材料所寻求的首要目标在于获得成品中特性的组合，而这种组合无法通过使用单独一种构成材料获得。通过组合，加强预型件和基质材料可以随后通过热固化或其他方法在相同的操作中进行固化和稳定化，并随后进行其他操作，以产生期望的组件。在这一点值得注意的是，在这样固化之后，随后基质材料的硬化块通常会牢固地粘附于加强材料(例如，加强预型件)。结果，成品组件上的应力(特别是通过纤维之间作为粘附剂的其基质材料)可以有效地传递至加强预型件的构成材料，并由构成材料承担。加强预型件中任何破裂或不连续限制了预型件传递并承担施加至成品组件上应力的能力。在某些应用中，期望立体(3D)织造复合结构作为主要承载部件。对于这些部件，预型件的一种有用形状通常被称为“Pi形”预型件，这样命名是因为它在轴向视图中像希腊字母pi(∏)。其他有用的预型件可以具有不同的横截面形状，例如T或L。能够在常规梭织机上织造具有特定结构形状的纤维预型件，并且许多现有的专利描述了织造这样结构的方法(例如美国专利6,446,675；6,712,099；7,712,488)。使用这些预型件的缺点之一在于：不通过根据常规方法的将一个或多个直立腿件褶缝起来，无法将预型件形成为角件。而通过褶缝处理腿件，加强材料穿过角部会丧失连续性，穿过角部的主要载荷路径被移除或减小。例如，如果将以上所披露形状的预型件形成为角件，平行于弯折平面的腿件多余材料(即，在弯折的内侧)会在角部的内侧堆积并扣住而弯曲。为维持角件预型件的结构完整性，在许多情况中在一个或多个切口处需要附加的加强件，并使其围绕角部本身。该加强件通常为材料片或材料板的形式，常规地为附加织造材料。附加加强件造成角件预型件的厚度和重量局部增加。该加强件会造成加强角部自身的局部重量集中。一种用于褶缝预型件的这种加强件披露于美国专利申请公开No.2011-0111664A1，其全部内容以引用方式并入本文。此文献所提供的用于褶缝预型件的加强件是转向式织造织物的形式，其填充了Pi形预型件的直立腿件之间的空间，并通过织造而转向，以跟随因腿件褶缝造成的弯曲。在转向式织造织物就位之后，进一步处理预型件以形成加强的复合结构。其他已知方法需要机械紧固件，例如螺栓或铆钉，以便在角部处将加强件固定至预型件。但是，在这种组件的界面处使用金属螺栓或铆钉通常是不能接受的，因为这种紧固件需要穿过孔，这进一步损害了复合结构的完整性。不利的是，紧固件增加了重量并且引入了在这些元件与周围材料之间不同的热膨胀系数。现有技术的方法不能充分地解决对于立体织造预型件的下述需求：预型件能够不用增加加强材料而形成为角件，并且不会导致局部厚度增加以及额外的重量。本专利技术提供一种立体织造预型件，其能够形成为具有搭接接头的角件，而不需要附加加强件以及局部厚度的相关增加和额外重量，从而解决了现有技术的不足。
技术实现思路
据此，本专利技术涉及一种立体织造预型件以及一种制造立体织造预型件的方法，其能够形成为角件而不用将腿件褶缝或要求附加的加强材料。本专利技术还涉及包括立体织造预型件的加强复合结构，该立体织造预型件能够形成为角件而不用褶缝腿件或要求附加的加强材料和树脂或者基质材料。本专利技术的实施例涉及一种立体织造预型件，其包括凸缘或基底，并且至少一个腿件自凸缘的主表面延伸，该预型件适合形成为角件。在期望角部的区域内，预型件腿件的纵向部分形成为具有一个或多个独立织造层。预型件腿件的一个或多个织造层为彼此独立并且独立于凸缘织造的，并且由纤维或纱线织造，纤维或纱线常规包括材料例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能的其他材料。腿件中不在角部区域内的其他部分可以织造为单层或多层，厚度相同或相似于包括独立织造层的部分，并且，该其他部分可以与凸缘整体织造。在腿件的包括独立织造层的纵向部分中，根据所要形成层的数量，将一个或多个腿件中的经向纤维分成组。关于该部分长度的至少一部分，腿件的包括独立织造层部分中的至少一个组的经向纤维或纱线实施为作为经向浮层(浮纱)。本文公开内容中通篇使用的“浮层”意味着在此区域内的经向纤维或纱线不与此区域内的纬向纤维或纱线织造。关于该部分长度的至少一部分，腿件纵向部分的至少一个组的经向纤维或纱线与纬向纤维或纱线织造。沿着腿件中包括独立织造层的纵向部分的长度，经向纤维或纱线的组可以在与对应纬向纤维或纱线织造或不织造之间交替。即，对于腿件中包括独立织造层的纵向部分的部分，一组经向纤维或纱线可以与纬向纤维或纱线织造，以及，对于纵向部分的另外一部分，该组经向纤维或纱线可以不与纬向纤维或纱线织造。相似地，对于腿件中包括独立织造层的纵向部分的部分，一组经向纤维或纱线可以不与纬向纤维或纱线织造，以及，对于纵向部分的另外一部分，该组经向纤维或纱线可以与纬向纤维或纱线织造。即，腿件中的独立织造层可以沿着其长度的一部分包括织造经向和纬向纤维或纱线，以及，可以沿着其长度的不同部分包括不与纬向纤维或纱线织造的经向纤维或纱线的浮层。以相似的方式，腿件中的独立织造层可以沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体(3D)织造预型件，包括：平面状凸缘，其包括交织的经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，并具有第一主表面，所述平面状凸缘具有将所述平面状凸缘分离为第一部分和第二部分的切口位置；第一腿件包括所述经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，所述第一腿件自所述凸缘的所述第一主表面延伸，所述腿件的至少一部分包括多个垂直于所述主表面布置的独立织造层，在相邻于所述切口位置的所述第一部分或第二部分中，移除各所述多个织造层的一段；以及一穿过所述腿件的切口，沿所述切口位置，所述切口的平面垂直于所述凸缘并且垂直于所述腿件，其中，所述第一部分与所述第二部分成角度，以及，各个织造层的经移除段至少部分重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.26 US 13/727,1611.一种立体(3D)织造预型件，包括：平面状凸缘，其包括交织的经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，并具有第一主表面，所述平面状凸缘具有切口位置；第一腿件包括所述经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，所述第一腿件自所述平面状凸缘的所述第一主表面延伸，所述第一腿件的至少一部分包括多个垂直于所述第一主表面布置的独立织造层；一穿过所述第一腿件的切口，沿将所述第一腿件分成第一部分和第二部分的所述切口位置，所述切口的平面垂直于所述平面状凸缘并且垂直于所述第一腿件，以及在相邻于所述切口位置的所述第一部分的第一位置处以及相邻于所述切口位置的所述第二部分的第二位置处，从各多个独立织造层移除一段；其中，所述第一部分与所述第二部分成角度，以及，其中，所述第一位置以及所述第二位置至少部分重叠。2.根据权利要求1所述的预型件，其中，各独立织造层的所述段包括浮层，所述浮层是在一段内经向纤维或纱线不与纬向纤维或纱线织造。3.根据权利要求2所述的预型件，其中，包括所述浮层的所述段的至少一部分从各独立织造层移除。4.根据权利要求1所述的预型件，进一步包括：第二腿件，其包括所述经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，所述第二腿件自所述平面状凸缘的所述第一主表面延伸，所述第二腿件的至少一部分包括多个独立织造层，该多个独立织造层平行并相连于所述第一腿件的所述独立织造层，在相邻于所述切口位置的所述第一部分或第二部分中，移除所述第二腿件的各所述多个独立织造层的段；以及一穿过所述第二腿件的切口，所述切口的平面垂直于所述平面状凸缘并垂直于所述第二腿件，所述切口将所述第二腿件的所述部分平分为独立织造层的第一段以及独立织造层的第二段，使得各段的独立织造层包括作为浮层的所述经向纤维，所述浮层是在一段内经向纤维或纱线不与纬向纤维或纱线织造。5.根据权利要求4所述的预型件，其中，所述第一段的所述独立织造层与所述第二段的所述独立织造层交错。6.根据权利要求1所述的预型件，其中，所述经向和纬向纤维或纱线由选自玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺以及聚乙烯所组成的组的材料制成。7.一种立体(3D)纤维加强复合结构，包括根据权利要求1所述的预型件。8.根据权利要求7所述的复合结构，进一步包括基质材料。9.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·麦克莱恩，乔纳森·戈林，
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