[發(fā)明專(zhuān)利]編織預(yù)制件、復(fù)合材料、及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080053418.9
• 申請(qǐng)日: 2010-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102666050A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬納森·戈林;克雷格·羅爾斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 奧爾巴尼工程兩合公司
• 主分類(lèi)號(hào): B29B11/16
• 分類(lèi)號(hào): B29B11/16;B29C70/22;D03D3/08;D03D25/00
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;鄭特強(qiáng)

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，并具體涉及具有在強(qiáng)化復(fù)合材料中使用的編織材料條的預(yù)制件（preform），其能夠織平并形成到它們的最終形狀中，最終形狀沿一個(gè)或多個(gè)方向強(qiáng)化。

相關(guān)申請(qǐng)引入

所有專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)、文獻(xiàn)、參考文件、制造商的使用指南、說(shuō)明、產(chǎn)品規(guī)格和在此提到的任何產(chǎn)品的產(chǎn)品手冊(cè)在此通過(guò)援引而被并入，并可被用于本發(fā)明的實(shí)踐。

背景技術(shù)

現(xiàn)在普遍地，特別是在尋求重量輕、堅(jiān)固、強(qiáng)韌、耐熱、自支撐并適合形成和成型這些期望特性的應(yīng)用中，使用強(qiáng)化復(fù)合材料來(lái)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件。這類(lèi)部件例如用于航空、航天、衛(wèi)星、娛樂(lè)（如賽艇和汽車(chē)）以及其他應(yīng)用中。

典型地，這種部件由嵌入基體材料的強(qiáng)化材料構(gòu)成。強(qiáng)化部件可由例如玻璃、碳、陶瓷、芳香族聚酰胺、聚乙烯之類(lèi)的材料和/或展現(xiàn)出期望的物理、熱、化學(xué)和/或其他屬性（這些屬性中主要的是抵抗應(yīng)力破壞的大強(qiáng)度）的其他材料制造。通過(guò)使用這種強(qiáng)化材料（其最終成為所完成部件的組成元件），強(qiáng)化材料的期望特性，例如非常高的強(qiáng)度，被賦予所完成的復(fù)合部件。強(qiáng)化材料的組成成分典型地可被編織（woven）、針織（knitted）或編結(jié)（braided）。通常特別關(guān)注的是確保所選擇的強(qiáng)化材料組成成分的屬性得到最佳利用。通常這種強(qiáng)化預(yù)制件與基體材料組合，以形成期望被完成的部件，或生產(chǎn)用于最終生產(chǎn)被完成部件的工作儲(chǔ)料（working?stock）。

在構(gòu)建所期望的強(qiáng)化預(yù)制件之后，基體材料可被引入并加入預(yù)制件，使得強(qiáng)化預(yù)制件典型地變得被封包在基體材料中，而且基體材料填充強(qiáng)化預(yù)制件的組成元件之間的空隙區(qū)域。基體材料可以是眾多材料中的任一種，例如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯（polyester）、乙烯基酯（vinyl-ester）、陶瓷、碳和/或同樣展現(xiàn)出所期望的物理、熱、化學(xué)和/或其他屬性的其他材料。被選擇用作基體的材料可與強(qiáng)化預(yù)制件的材料相同或不同，并可具有相當(dāng)（comparable）或不相當(dāng)?shù)奈锢怼⒒瘜W(xué)、熱或其他屬性。然而，典型地，它們將不是相同的材料或具有相當(dāng)?shù)奈锢怼⒒瘜W(xué)、熱或其他屬性，因?yàn)樵谑褂脧?fù)合材料時(shí)，所尋求的居于首要位置的通常目的是，在被完成產(chǎn)品中獲得多種特性的組合，而這種特性組合是通過(guò)單獨(dú)使用一種組成材料不能獲得的。如此組合后，強(qiáng)化預(yù)制件和基體材料可隨后通過(guò)熱固法或其他公知方法，在相同的操作中被固化和穩(wěn)定，并隨后向生產(chǎn)期望部件的方向受到其他操作。此時(shí)應(yīng)特別注意，在如此固化之后，基體材料的由此凝固（solidified）的物質(zhì)非常堅(jiān)固地粘附到強(qiáng)化材料（例如強(qiáng)化預(yù)制件）上。因此，所完成部件上的應(yīng)力，具體地經(jīng)由其起到纖維之間的粘合劑作用的基體材料，可被有效地轉(zhuǎn)移到強(qiáng)化預(yù)制件的組成材料并由強(qiáng)化預(yù)制件的組成材料承受。

在飛行器機(jī)身上增加對(duì)具有這種纖維預(yù)制件強(qiáng)化材料的復(fù)合材料的使用，已經(jīng)引發(fā)對(duì)于復(fù)合材料窗框的需求。因?yàn)閺?fù)合材料機(jī)身與金屬框的熱膨脹系數(shù)之間的差異，所以傳統(tǒng)的金屬窗框不能用于該應(yīng)用。另外，必須利用寄生阻擋層（parasitic?barrier?ply）來(lái)消除當(dāng)一些復(fù)合材料與金屬接觸時(shí)會(huì)出現(xiàn)的腐蝕問(wèn)題。這些阻擋層增大了生產(chǎn)成本與總重量。

飛行器窗框10（例如圖1所示）趨向于呈橢圓形，其中，該框的主軸彎曲以適應(yīng)機(jī)身的圓柱形形狀。窗框10的橫截面形狀（例如圖2所示）例如通常是均勻的；然而，這種形狀能夠包括例如處于外邊緣的直立腿20之類(lèi)的復(fù)雜特征，和/或有助于窗戶密封到飛行器的主體的所謂的“榫接部（joggle）”15。因?yàn)榇翱?0的橢圓形形狀，直立腿20是特別難以并入復(fù)合設(shè)計(jì)內(nèi)的特征。借助傳統(tǒng)織物或帶來(lái)制造這個(gè)特征需要利用省道（dart）來(lái)形成彎曲的形狀。然而，這些省道增加了需用以制造預(yù)制件的手工勞動(dòng)并降低了所形成的復(fù)合材料的強(qiáng)度。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)出、并且目前正在例如波音787之類(lèi)的飛行器上使用不需要直立腿的方案（例如，見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利公布第2008/0078876號(hào)和第2008/0169380）。這種更簡(jiǎn)單的幾何形狀能夠使用擠壓成型工藝與片狀成型復(fù)合材料例如Hexcel公司的來(lái)制造。然而，對(duì)于需要直立腿的結(jié)構(gòu)而言，則仍需要一種這樣的方法：其能夠在本體以及直立腿中設(shè)置連續(xù)纖維，并能夠使得框架重量減少和/或性能提高。

例如，WO?2005115728涉及一種用于制造安裝于飛行器的外殼中的窗框的方法。該結(jié)構(gòu)包括外凸緣、內(nèi)凸緣和垂直設(shè)置到這兩個(gè)凸緣并在這兩個(gè)凸緣之間的垂直凸緣。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種形成三維預(yù)制件的方法，該三維預(yù)制件與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)相比重量減少和/或性能提高。