[发明专利]通过分别地张紧材料束来形成用于复合材料的织物预制件的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年12月21日提交的、题为“Method and Apparatus for Forming a Fabric Preform for a Composite Material By Separately Tensioning Tows(用于通过将材料束分别张紧来形成用于复合材料的织物预制件的方法和设备)”的美国非临时专利申请13/333,596的优先权。在此，该申请的内容就如全文引用以参见方式纳入本文。

联邦赞助研发的声明

不适用。

背景技术

本发明涉及用于复合部件的织物预制件的形成。具体地说，本申请涉及织物的处理以改进织物预制件的质量。

复合部件通常用在大的强度与重量比极为重要的应用中，例如飞行器部件中。许多结构复合部件能通过如下方式形成：将高强度织物卷绕在成形件周围以产生称为织物预制件的部件，将树脂施加于织物预制件，然后使得树脂固化以形成最终的复合部件。

然而，众所周知，难以形成不具有裂纹的织物预制件，而裂纹会损害最终复合部件的结构完整性。在卷绕过程中，所施加的织物会变得变形，从而在织物预制件中产生褶皱或波纹。在施加树脂之前产生的任何不期望的大块区域会在最终部件中产生不均匀性，并且产生不够理想的机械性能。

因此，存在改进技术的需求，以将织物施加于成形件，并且更确切地用以减小并消除卷绕过程中的瑕疵区域。

发明内容

本文披露了用于改进向成形件施加织物的方法和装置。与传统的卷绕技术相比，通过在织物的卷绕或施加过程中，将织物中的轴向或环绕材料束中的每个分别张紧能减少或消除织物敷设中诸如褶皱、波形或变形之类的瑕疵。通过改进织物结构和卷绕方法，所得到的复合材料能具有较高的纤维与树脂比以及改进的机械性能。

披露一种将具有多个轴向材料束的织物施加到成形件周围以形成织物预制件的方法。可随后将树脂施加于该织物预制件以形成复合部件。根据该方法，织物的一端接纳在成形件上，以使得织物的轴向材料束沿大体垂直于成形件的中心轴线的方向延伸。多个轴向材料束中的至少一些在织物的并未附连于成形件的端部上分别张紧，并且通过使织物和成形件绕中心轴线相对于彼此转动来将织物卷绕在成形件周围。

将轴向材料束中的至少一些分别张紧可实现在卷绕过程中、相对于织物的剩余部分有差别地放出轴向材料束。因此，将轴向材料束中的至少一些分别张紧和将织物卷绕在成形件周围的步骤可同时发生。

在一些形式中，织物可以是三轴编织织物，该三轴编织织物包括多个轴向材料束和多个双轴材料束。将多个轴向材料束分别张紧可致使轴向材料束中的至少一些相对于双轴材料束滑动。例如通过织物结构或者通过在纤维或纤维束之间存在粘结剂或摩擦，该方法也可应用于不允许此种滑动的场合。

周围接纳有织物的成形件可具有不同的形状和几何尺寸。成形件可以是可绕中心轴线转动的心轴。该成形件可以是大体圆柱形的或者可以是所具有的表面相对于中心轴线具有不同径向距离的非圆柱形的。

张紧机构可用于向轴向材料束施加分别张紧。在一个实施例中，可通过将轴向材料束连接于相应的接合器或重块来执行将多个轴向材料束中的每个分别张紧。为了便于该连接，多个轴向材料束中的端部可附连于中间连接器，该中间连接器联接于相对应的接合器或重块。中间连接器可附连于从相对应的接合器或重块延伸出的线。

其它张紧机构也可用于向轴向材料束施加此种分别张紧。在一个较佳实施例中，对于每个相对应的张紧机构存在一个轴向材料束；然而，可设想的是，在一些实施例中，可存在附连于单个张紧机构的多个轴向材料束。在该情形中，会需要多个张紧构件，以允许至少一些轴向材料束相对于其它轴向材料束(或材料束的组)有差别地放出。

在一些形式中，施加于轴向材料束的张力可以是基本上相等的。然而，在某些实施例中，有用的是可基于织物预制件的几何形状来施加有差别的张力，以助于轴向材料束在织物或织物预制件的某些区域中放出或滑动。

轴向材料束中的至少一些能以与其它轴向材料束的速率不同的速率放出。不同轴向材料束的放出速率可至少部分地由周围卷绕有轴向材料束的成形件的局部形状、或者添加至预制件的局部材料构造的存在所规定。

为了清楚起见，在卷绕之后，由于轴向材料束沿大致环绕方向延伸，因而这些轴向材料束变为织物预制件上通常称为“环绕材料束”的材料束。因此，由于轴向材料束与织物的预期馈送方向对准，因而如此描述这些轴向材料束。