织造具有整体式侧壁的衬底的方法技术

本发明专利技术总体涉及一种成整体地织造的带有在至少一个方向上的至少一个侧壁（１２）的三维预成型件及其形成方法，所述预成型件由包括两层或更多层的编织基底织物构造而成。在第一方向上的多个纤维（１）在至少顶层与第二层之间交织，使得顶层可相对于其他层折叠并通过折叠形成整体式侧壁（１２）。多个纤维还可以在次顶层与第二层之间交织，使得次顶层可相对于其他层折叠，通过折叠形成与第一整体式侧壁（１２）垂直的第二整体式侧壁（１３）。预成型件能够可选择地包括由最顶层的折叠部分形成的多个非整体式侧壁。

【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强化复合结构的整体式编织预成型件，其可以被编织成平滑的， 然后再折叠成它们最终的三维形状，其最终形状具有在至少一个方向上整体式侧壁。
技术介绍
如今，使用强化复合材料生产结构组件已非常普遍，尤其是在追求它们质轻、坚 固、强韧、耐热、自支撑的期望性能以及它们形成和成形适应性的应用中使用普遍。这种组 件用在例如航空、宇航和卫星工业中，以及用于例如赛艇等娱乐用途和无数其他的应用。典 型的组件包括包埋在基质材料中的强化材料。强化组件可由例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰 胺、聚乙烯的材料和/或其他表现出所需的物理学、热学、化学性质和/或其他性质的材料 制成，所述性质中最主要的是抵抗应力疲劳的良好的强度。通过使用这种最终变为成品组 件的构成元件的强化材料，强化材料的期望特性——例如很高的强度——会赋予成品复合 组件。构件强化材料通常由编织、针织或以其他方式定向成强化预成型件所需的构型和形 状。通常，特别要注意确保对因此而选定这些构件强化材料的性能的最佳利用。通常，将这 种强化预成型件与基质材料进行组合，从而形成所需的成品组件或生产用于最终生产成品 组件的工作储备料。在已经构造了所需的预成型件后，可以引入基质材料，并将其与预成型件进行组 合，由此强化预成型件变成包围在基质材料中，使得基质材料填充强化预成型件的构成元 件之间的空隙区域。基质材料可以是范围广泛的例如环氧树脂、聚酯、乙烯酯类、陶瓷、碳的 材料和/或同样表现出所需的物理学、热学、化学性质和/或其他性质的其他材料中的任意 一种材料。选择用作基质的这些材料可以与强化预成型件的材料相同或不同，也可以具有 类似或不相类似的物理学、化学、热学性质或其他性质。但是通常，其与强化预成型件不是 相同的材料，或不具有类似的物理学、化学、热学性质或其他性质，因为使用复合材料的常 见目的首先是使成品具有组合性能，而这种组合性能不能通过单独使用一种构成材料来获 得。组合在一起后，强化预成型件和基质材料就可通过热固或其他已知方法以相同的操作 硬化和稳定化，然后为了生产所需组件而进行其他操作。重要的是要注意，在硬化之后，基 质材料的固化的主体通常很牢固地粘结于强化材料(例如强化预成型件)。因此，成品组件 上的应力、特别是通过其作为纤维之间的粘结剂的基质材料作用在成品组件上的应力可被 有效地传递至增强强化预成型件的构成材料，并由该构成材料来承受。通常，期望生产呈一定构型而非简单几何形状的组件，例如板状、片状、矩形或正方形固体等。特别感兴趣的是由具有在两个方向上的整体式的侧壁的平滑衬底构成的构 型。整体式侧壁可在硬质外层应用中作为常规硬化件来使用，其中衬底用作外层。在每个 这些应用中，重要的是使构成组件、即硬化件和基底平台或面板部分之间的各接合部尽可 能地坚固。假定强化预成型件构件本身具有期望的很高的强度，则弱接合部实际上就成为 结构“链”中的“薄弱环节”。过去已经使用了很多方法用于接合复合材料组件或强化预成型件以生产强化复 合结构或外层硬化面板。已经提出使用独立增粘纤维层或预浸渍制品来形成带有侧壁的衬 底结构。当使用增粘纤维时，能够在得到层压预成型件之后进行树脂传递模塑成型；如果使 用预浸渍制品来形成最终的形状，所得到的预成型件能够进行真空膨胀并硬化。但是，对层 压预成型件施加载荷、特别是通过厚度施加载荷会导致预成型件分层或侧壁与平滑衬底分 罔。还一直采用在这种组件的界面处使用金属螺栓或铆钉，但并不令人满意，因为这 种附加物至少部分地破坏和削弱的复合材料结构本身的整体性、增加了重量、并使这些元 件与周围材料之间的热膨胀系数产生差异。解决这一问题的其他方法一直是基于这样的理念通过采用将一个组件缝合到另 一个组件并依赖缝合线将高强度纤维引入和穿过接合部位的方法而引入这种强化纤维横 穿接合区域。在美国专利No. 4，331，495及其方法的分案美国专利No. 4，256，790中披露这 种一种方法。这些专利公开了在第一和第二复合材料面板之间由粘结剂粘合的纤维复合 层制成接合部。第一面板以现有技术的方式在一端处分叉从而形成两个发散的、共面的面 板接触表面，通过将未硬化的柔性复合材料纱线穿过两个面板缝合而将它们接合到第二面 板。随后使面板与纱线“共同硬化”，即同时硬化。但是，这种方法需要多步骤构造预成型 件，并需要向预成型件引入另外的纱线或纤维。美国专利No. 6，103，337提出了一种交叉构型的示例，通过参引将其公开内容结 合在本文中。该参考文献公开了 一种用于将强化预成型件与预成型件面板接合在一起以形 成三维强化预成型件的方法。两个独立的预成型件在接合部处通过纱或线形式的强化纤维 彼此接合。一旦两个预成型件被接合或缝合在一起，就可将基质材料引入预成型件。但是， 这种方法需要单独织造或构造预成型件，并在其后以单独的步骤将它们缝合在一起。预成 型件不是连续或整体地织造在一起的。另外，需要其他纱线或纤维来连接预成型件。美国专利No. 5，429，853中提出了另一种方法以改进接合部的强度。但是，因为单 独构造的不同元件通过在其间用另外的纱线或纤维缝合而接合在一起，所以该方法与上述 方法相似。尽管现有技术已经在探索改进强化复合物的结构一体性并取得了一定的成功，但 仍然需要对其加以改进并期望通过不同于使用粘结剂或机械地联接单独的面板和硬化件 元件的方法来解决此问题。为此，一种方法可以是通过在专门的机器上造出机织三维结构。 三维织物一般由沿彼此垂直的方向延伸的纤维构成，这些纤维沿X、Y、Z轴方向延伸。但其 费用相当昂贵，而且很少希望编织机专用于织造单一类型的结构。另一种方法是编织二维结构再将其折叠成一定形状，使得面板整体变坚挺，即纱 线连续交织在平面基底或面板部分与硬化件之间。但是，这通常会在折叠预成型件时导致 预成型件扭曲变形。发生变形是因为所织入纤维的长度不同于预成型件被折叠时纤维应有6的长度。这导致在所织入纤维长度过短的区域产生凹窝和波纹，而在纤维长度过长的区域 产生褶皱。这种变形产生不希望的表面异常，并降低了组件的强度和刚度。尽管这可以通 过裁切和缝合褶来消除，但这种工艺步骤并非期望的，因为其劳动强度高或另外地会破坏 预成型件的整体性。美国专利No. 6，446，675通过在织造过程中调整纤维长度使得某些区域一些纤维 过短而某些区域一些纤维过长而解决了折叠二维编织预成型件时产生的变形问题，以参引 的方式将其公开内容结合在本文中。折叠预成型件时，纤维的长度变得相同，从而提供了平 稳过渡的折叠。但是，这种编织预成型件只能在一个平行于纤维经向的方向上进行强化或硬化。美国专利No. 6，019，138提出了另一用于构造硬化面板的方法，其公开了用于制 造带有在经向和纬向上都强化的增强硬化件的硬化面板。如所公开的，该方法通过覆编织 (over weaving)或简单地向预成型件的面板部分织入凸起点而在两个方向上实现强化。使 用这种方法将限制能够实现的硬化件高度。此外，该方法需要使用三支纱线织造预成型件。 将硬化件缚至预成型件的面板部分的第三支纱线仅被周期性地编织在另两根纱线之间。因 此，硬化件与面板部分不是完全成整体地织造的，这导致其接头弱于完全整体织造的接头。因此，需要整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成整体地织造的带有在至少一个方向上的至少一个侧壁的三维预成型件，所述预成型件由编织基底织物构成，所述基底织物包括两层或更多层，其中：所述层包括在第一方向上的纤维和在与所述第一方向垂直的第二方向上的纤维；具有至少一个交织区域，所述至少一个交织区域包括顶层的在第一方向上的纤维与第二层的在第一方向上的纤维交织；具有在第二方向上并形成在第一交织区域处的至少一个第一整体式侧壁，其中，所述第一整体式侧壁是通过折叠外露的所述顶层的位于所述第一交织区域的第一侧上的第一部分而形成的；并且其中，所述第一整体式侧壁包括来自所述顶层和所述第二层的纤维。

【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，
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]