[发明专利]具有局部增强物的预制件

说明书

本发明提供如下由增强织物制造预制件(120)的方法：沉积第一纤维层(112)，和部分地在第一层上沉积第二纤维层(114)，然后从增强织物切割多个预制件。

技术领域

本发明涉及制造复合预制件的方法，特别涉及制造具有载荷路径取向的铺层簿(ply book)的预制件的方法。

背景技术

我们用“预制件”表示具有多个层纤维铺层的二维或三维排布，该排布处于预固化的条件下。预制件也被形成或切割为它们将被模塑成的形状。

复合材料是公知的且用于很多工程领域中。复合材料包括至少两个由物理和/或化学上不同的材料构成的相：增强物和基质。在纤维增强的复合材料中，纤维通常是具有高拉伸强度但低刚度的材料。基质通常不那么坚固，但是具有相对较高的刚度。当将纤维放置进(浸渍有)基质时，可提供具有高强度、高刚度和相对低密度的复合材料(与例如钢相比，这两个相都具有相对较低的密度)。

由于这些特性、以及由于其它有益特性(如耐腐蚀性和低热膨胀性)，对纤维增强的聚合物(FRP)材料的使用不断增加。在航空航天和汽车领域以及其它领域的很多应用中，这些特性的组合使这些材料相对于传统材料(例如，金属)而言是有利的。

FRP材料的一个特征是纤维(其通常以层、或铺层的形式提供)是高度各向异性的。在纤维轴线的方向上的强度显著高于任何其它方向。因此，在连续或长纤维形式中，几个铺层通常分层放置，各铺层或层具有以不同于相邻的一个或多个铺层的方向上取向的纤维。以这种方式，材料的方向性质可以经调节以适应应用。

图1显示典型的碳纤维增强的聚合物铺层预制件10。其中三个层12，14，16配置有以相对于X轴分别成±45度(层12)、90度(层16)和0度(层14)取向的纤维。多个层或铺层的这种组合通常称为“铺层簿”。每一层由纤维片形成，该纤维片由沉积的碳纤维丝束的条带产生。丝束以预定的取向沉积在每一层中。在该实例中，铺层由非卷曲织物(NCF)构成。非卷曲织物(NCF)是通过将纤维丝束沉积到床上然后再用缝线或粘合剂将丝束结合在一起而制成的。这意味着，纤维丝束保持为片材形式而非作为例如机织物以避免纤维的任何卷曲。NCF通常比它们卷曲/机织的同类产品具有较好的机械特性。层状织物被切割成所需的形状，经由例如本领域已知的树脂传递模塑(RTM)或“湿压”操作成形和浸渍。

FRP材料的一个缺点是它们的成本。在复合材料的两个相之中，材料的大部分成本通常在于增强物/纤维相。碳纤维在高性能工程应用中是常用的增强材料。碳的问题在于，加工成所需的纤维形式非常昂贵。碳纤维由前体材料制成，该前体材料需要在高能耗方法中进行纤维化和碳化。因此，作为制造FRP组件的原材料购买起来很昂贵。

因此，期望减少在FRP组件中使用的纤维增强材料的量。

在大多数情况下，FRP组件根据它们的环境将经历特定的载荷。在图1的预制件10的情况中，这些载荷通过提供在整个组件上延伸的三个层来进行管理。

应该理解，在一些区域中，增强相并未承受显著的载荷，因此实际上是多余的。以图1的预制件10为例，在特定的载荷环境中，显著比例的纤维可能是多余的。这可能是浪费的，并且不必要地增加了部件的成本。它也可能使部件比所需的重量重(碳纤维的密度远高于聚合物基质，从而增加了寄生重量)。

发明内容

本发明总地旨在消除或至少减轻上述问题和/或提供改善。

根据本发明，提供了如所附权利要求任一项所限定的方法和预制件。

在本发明的一种实施方式中，提供了一种制造预制件的方法，其包括以下步骤：

通过以下步骤形成增强织物：

沉积第一纤维层；

沉积第二纤维层，其中第二层部分地在由第一层限定的面积上延伸；和