[发明专利]具有搭接接头预型件的立体织造角件

说明书

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，并且可以在本发明的实施中采用。

技术领域

本发明总体上涉及立体(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，本发明涉及能够不用褶缝(darting)或要求附加加强材料而形成为角件的预型件。更具体地，本发明涉及能够形成为具有搭接接头的角件的预型件。

背景技术

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。