CN101646816A - 厚度方向线插入针及制造三维纤维结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种厚度方向线插入针(11)，具有近端部分(12)和形成得比近端部分(12)细且能插入到层压纤维层(23)中的插入部分(13)。插入部分(13)具有远端和靠近该远端形成的针眼(14)。插入部分(13)上形成有覆层(16)。覆层(16)具有中心线平均粗糙度Ra为0.1－0.7μm的表面粗糙度，提高了插入部分(13)的耐磨性。厚度方向线插入针(11)被用来制造三维纤维结构。三维纤维结构具有通过层压多个纤维层而形成为具有至少双轴向取向的层压纤维层(23)，以及沿着与每个纤维层相交的方向插入以便接合层压纤维层(23)的厚度方向线(P)。

Description

厚度方向线插入针及制造三维纤维结构的方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种厚度方向线插入针及制造三维纤维结构的方法。更具体地，本发明关于一种厚度方向线插入针，其在将厚度方向线插入到层压纤维层中以连接层压纤维层时使用，所述层压纤维层通过层压在反复地折回线(纤维束)的同时布置该线而形成的纤维层而获得。本发明进而涉及使用这样的厚度方向线插入针来制造三维纤维结构的方法。

背景技术

[0002]纤维强化复合材料的加强基础材料包括三维纤维结构，即三维织物。专利文献1中公开的制造三维纤维结构的方法包括通过层压线层(纤维层)而形成至少双轴向取向的层压制件(层压纤维层)，以及用插入与线层相交的厚度方向线来连接层压纤维层。线层布置在以预定间距设置有销的框架上，使得线层环绕厚度方向线被插入并将在销之间折回的区域。层压线层以形成层压制件。之后，使用布置成一排的厚度方向线插入针将厚度方向线插入到由框架保持的层压制件中。

[0003]包含有三维纤维结构作为框架材料的复合材料的强度极大地受到三维纤维结构的影响。因此，需要通过厚度方向线来收紧层压制件以获得具有高强度的复合材料。如本申请的图6所示，布置成一排的厚度方向线插入针51和厚度方向线z一起刺入层压制件F中。在这个状态下，在层压制件F的厚度方向线插入针51伸出的那侧形成厚度方向线z的线圈L。更具体地，厚度方向线插入针51和厚度方向线z一起穿透层压制件F，直到厚度方向线插入针51的针眼到达层压制件F的另一侧。之后，通过将厚度方向线插入针51拉回一预定的量而形成线圈L。然后，使用毛圈纱插入针52将毛圈纱P插入到线圈L中。之后，将厚度方向线z与厚度方向线插入针51一起从层压制件F拉回，使得厚度方向线z通过毛圈纱P收紧层压制件F。毛圈纱插入针52穿过线圈L，而当在图6的箭头方向上前进时不保持毛圈纱P，该线圈L由连接于已经穿透层压制件F的厚度方向线插入针51的厚度方向线z所形成。毛圈纱插入针52在后退时保持毛圈纱P，并往复运动以穿过很多线圈L。使用舌针作为毛圈纱插入针52。图6没有示出针舌。

[0004]在采用厚度方向线连接通过层压线层而至少双轴向取向的层压制件的三维纤维结构中，在将毛圈纱P插入到厚度方向线z的线圈L中并通过拉回厚度方向线而连接层压制件时，以下所述是需要的。即，由布置成一排的厚度方向线插入针51所形成的线圈L需要形成为大于或等于预定尺寸的尺寸。然而，在用作厚度方向线z的碳纤维束上涂抹了胶粘剂。因此，在将厚度方向线插入针51从层压制件F拉回以形成线圈L时，厚度方向线z可能粘附到厚度方向线插入针51的表面上。当厚度方向线z随着厚度方向线插入针51返回时，线圈L的尺寸可能减小。即使一排厚度方向线z的其中一个线圈L的尺寸减小了，毛圈纱插入针52也不能顺利地穿过该排线圈L。在这种情况下，操作员需要每次手动地调节线圈L，这延长了制造三维纤维结构的时间。

专利文件1：日本特许公开专利公布No：8-218249。

发明内容

[0005]因此，本发明的一个目的是提供一种厚度方向线插入针，其在将厚度方向线插入层压纤维层即层压制件中时能阻止厚度方向线粘附到厚度方向线插入针的表面上。此外，本发明的一个目的是提供一种使用这样的厚度方向线插入针来制造三维纤维结构的方法。

[0006]本发明的一个方面提供一种用于制造三维纤维结构的厚度方向线插入针。所述三维纤维结构包括：通过将纤维层层压成至少双轴向地取向而形成的层压纤维层，以及沿与纤维层相交的方向插入以便连接层压纤维层的厚度方向线。所述厚度方向线插入针包括近端部分和插入部分，插入部分形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中。插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼。插入部分上形成有覆层。覆层具有就中心线平均粗糙度Ra而言为0.1μm以上且0.7μm以下的表面粗糙度，且该覆层提高了插入部分的耐磨性。

[0007]本发明的另一个方面提供一种厚度方向线插入针，其包括近端部分和插入部分，插入部分形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中。插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼。插入部分的表面包括在该插入部分的轴向上延伸的凹槽。插入部分的表面涂覆有耐磨的镀层。

[0008]此外，本发明的另一个方面提供一种制造三维纤维结构的方法。所述三维纤维结构包括通过将纤维层层压成至少双轴向地取向而形成的层压纤维层，以及以与纤维层相交的方式插入层压纤维层中从而连接层压纤维层的厚度方向线。所述层压纤维层包括厚度方向线所插入的插入区域。该制造方法包括：将厚度方向线插入针布置成一排。每个厚度方向线插入针包括近端部分、插入部分和覆层。插入部分形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中。插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼。插入部分上形成有覆层。覆层具有就中心线平均粗糙度Ra而言为0.1μm以上且0.7μm以下的表面粗糙度。覆层提高了插入部分的耐磨性。在层压纤维层保持在框架上的状态下，将布置成一排的厚度方向线插入针与厚度方向线一起同时刺入层压纤维层中而形成线圈。厚度方向线插入针刺入层压纤维层中直到针眼伸出到层压纤维层外。由厚度方向线在层压纤维层的厚度方向线插入针所伸出的那侧形成线圈。沿着厚度方向线插入针的布置方向将毛圈纱插入线圈中。在将毛圈纱插入线圈中之后，通过将厚度方向线插入针从层压纤维层拉回而收紧层压纤维层。通过重复线圈形成、毛圈纱插入和层压纤维层收紧而将厚度方向纱插入到层压纤维层的插入区域中。然后从框架上取下层压纤维层。

[0009]此外，本发明的另一个方面是提供一种用不同的厚度方向线插入针来制造三维纤维结构的方法。每个厚度方向线插入针包括近端部分和插入部分，插入部分形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中。插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼。插入部分的表面包括在该插入部分的轴向上延伸的凹槽。插入部分的表面涂覆有耐磨的镀层。

附图说明

[0010]图1(a)是示出了根据本发明的一个实施例的厚度方向线插入针的主视图；

图1(b)是沿着图1(a)的线1b-1b剖开的剖视图；

图1(c)是沿着图1(a)的线1c-1c剖开的放大剖视图；

图1(d)是沿着图1(a)的线1d-1d剖开的放大剖视图；

图2是示出了将图1(a)的厚度方向线插入针插入层压纤维层的过程的示意剖视图；

图3是示出了包含图1(a)的厚度方向线插入针的三维纤维结构制造设备的示意立体图；

图4(a)是图2的局部放大图；

图4(b)是示出了通过将图4(a)的厚度方向线插入针穿透进层压纤维层而形成了厚度方向线的线圈的状态的示意剖视图；

图5(a)是示出了根据一个修改后实施例的厚度方向线插入针的主视图；

图5(b)是沿着图5(a)的线5b-5b剖开的放大剖视图；

图5(c)示出了根据另一个修改后实施例的厚度方向线插入针，是示出了凹槽间隔从图5(b)改变后的状态的剖视图；以及

图6是示出了毛圈纱插入到厚度方向线的线圈中的状态的示意图。

具体实施方式

[0011]图1至图4示出了本发明的一个实施例。

首先，将参照图1(a)至图1(d)说明厚度方向线插入针11的结构。如图1(a)和图1(b)所示，由碳钢或合金钢制成的厚度方向线插入针11，包括近端部分12和插入部分13。插入部分13形成得比近端部分12细，且选择性地插入到层压纤维层中。针眼14形成在靠近插入部分13的远端处。针眼14在垂直于插入部分13的轴线CL的方向上穿透插入部分13。在优选实施例中，插入部分13的轴线CL代表厚度方向线插入针11的轴线，插入部分13的轴线CL的方向代表厚度方向线插入针11的轴向。

[0012]如图1(d)所示，近端部分12的横断面为D形，圆柱的圆周面的一部分被平部分12a去除了。如图1(a)和图1(b)所示，插入部分13包括大直径部分13a和小直径部分13b。厚度方向线插入针11的厚度沿着轴线CL大致以两个阶段变化，即从近端部分12到大直径部分13a，以及从大直径部分13a到小直径部分13b。厚度方向线插入针11包括线槽15，该线槽15从插入部分13的远端延伸到近端部分12。如图1(b)所示，线槽15位于插入部分13的相对于插入部分13的轴线CL与平部分12a相对的那侧。

[0013]对厚度方向线插入针11进行热处理，例如淬火和回火，以具备所需的硬度。如图1(c)所示，粗糙镀层16形成在插入部分13的表面上。图1(a)和图1(b)没有示出粗糙镀层16。粗糙镀层16减少或防止了例如涂有胶粘剂的厚度方向线粘附到插入部分13的表面上。即，粗糙镀层16起到为插入部分13提供针对例如厚度方向线的非粘附性的覆层的作用。粗糙镀层16的表面粗糙度形成为使得中心线平均粗糙度Ra为0.1μm以上且0.7μm以下。

[0014]通过采用喷丸使厚度方向线插入针11的针材料的表面变粗糙，然后用镀层涂覆针材料的表面而形成粗糙镀层16。将采用喷丸使针材料的表面变粗糙的程度设定(调节)成，使得在镀层处理之后表面粗糙度变为等于目标粗糙度。优选实施例的粗糙镀层16通过镀覆硬铬形成为镀层厚度为20μm。由于硬铬镀层具有极好的耐磨性，故粗糙镀层16也起到提高耐磨性的覆层的作用。

[0015]接下来，将阐述采用如以上描述那样形成的厚度方向线插入针11来制造三维纤维结构的方法。优选实施例中所用的三维纤维结构的制造设备除了厚度方向线插入针11之外，具有与专利文献1中公开的制造设备基本相同的结构，且采用相似的方法制造三维纤维结构。因此，按照要求省略了对该制造设备的结构和制造过程的详细说明。

[0016]如图3所示，三维纤维结构的制造设备20使用框架22，多个销21以预定的间距可拆离地安装在该框架22上。制造设备20将形成在框架22上的层压纤维层23布置成，使得层压纤维层23的厚度方向在水平方向上延伸。层压纤维层23的X轴方向和Y轴方向限定了层压纤维层23的二维平面，该X轴方向在水平方向上延伸，而该Y轴方向在竖直方向上延伸。Z轴方向在层压纤维层23的厚度方向上延伸。制造设备20沿着层压纤维层23的Y轴方向一次同时插入一排厚度方向线z。即，层压纤维层23具有插入区域，厚度方向线z插入到该插入区域中。厚度方向线z中的术语“线”不限于合股纤维，而是也可以包括连续纤维，即捆扎成束而未被合股的丝线。

[0017]如图3所示，制造设备20包括可沿着导轨(未示出)移动的工作台24。用于支撑框架22的一对支撑托架(未示出)在工作台24上突出。螺栓插入孔22a形成在框架22的每个角中，框架22通过穿透螺栓插入孔22a的螺栓固定到支撑托架上。层压纤维层23形成在固定于支撑托架的框架22上。

[0018]如图2和图3所示，制造设备20包括针支撑体25，该针支撑体25支撑固定成一排的厚度方向线插入针11。即，在这个实施例中，厚度方向线插入针11的布置方向为Y轴方向。厚度方向线插入针11将厚度方向线z插入到框架22上的层压纤维层23中。驱动设备(未示出)使针支撑体25在待用位置和工作位置之间移动。如图2、3和4(a)所示，当针支撑体25处于待用位置时，厚度方向线插入针11不能与框架22上的层压纤维层23接合。如图4(b)所示，当针支撑体25处于工作位置时，厚度方向线插入针11穿透层压纤维层23，针眼14到达层压纤维层23的与针支撑体25相对的那侧。

[0019]如图3所示，制造设备20包括穿孔针26，穿孔针26的数量与厚度方向线插入针11的数量相同。在将厚度方向线插入针11刺入到层压纤维层23中之前，穿孔针26在层压纤维层23的预定位置事先形成孔23a(示出在图4(b)中)。即，穿孔针26在层压纤维层23中形成孔23a，使得厚度方向线插入针11容易地刺入层压纤维层23。穿孔针支撑体27保持穿孔针26，所述穿孔针26以对应于厚度方向线插入针11的预定间距固定成一排。驱动设备(未示出)使穿孔针支撑体27在待用位置和工作位置之间移动，同时保持该排穿孔针26与该排厚度方向线插入针11平行。如图2、3、4(a)和4(b)所示，当穿孔针支撑体27处于待用位置时，穿孔针26不能与框架22上的层压纤维层23接合。当穿孔针支撑体27处于工作位置时，穿孔针26穿透层压纤维层23并形成孔23a。

[0020]如图2和图3所示，制造设备20包括用于按压框架22上的层压纤维层23的压板28。压板28从厚度方向线插入针11插入的那侧按压层压纤维层23。压板28包括支撑部分28a和梳齿28b，梳齿28b与支撑部分28a形成为一体。支撑部分28a在厚度方向线插入针11布置的方向即Y轴方向上延伸。支撑部分28a在垂直于Y轴方向的方向上的横截面为L形。

[0021]数量与厚度方向线插入针11的数量相同的梳齿28b布置在Y轴方向上。梳齿28b每个都包括凹部28c，该凹部28c包括用于引导相关联的厚度方向线插入针11或相关联的穿孔针26的表面。如图4(b)所示，压板28以这样的状态按压层压纤维层23，即厚度方向线插入针11或穿孔针26被夹在梳齿28b之间。压板28在Y轴方向上的尺寸形成为略短于框架22的内部宽度，压板28按压层压纤维层23而不与框架22接合。

[0022]如图2和图3所示，制造设备20包括一对压块29、30。压块29、30位于框架22的与压板28相对的那侧。压块29、30在垂直于Y轴方向的方向上的横截面为L形，而在Y轴方向上的尺寸与压板28的相同。压块29、30每个都包括与层压纤维层23接触的接触部分，接触部分之间的距离大于销21的间距。

[0023]压块29、30布置成面对压板28。而且，压块29、30布置成彼此靠近，使得在对应于凹部28c的布置位置的位置处产生间隙。压块29、30的间隙允许厚度方向线插入针11或穿孔针26进入。空气汽缸(未示出)使压块29、30在待用位置和工作位置之间移动。如图3所示，当压块29、30处于待用位置时，压块29、30不能与层压纤维层23接合。如图2和图4(a)所示，当压块29、30处于工作位置时，压块29、30沿着厚度方向线插入针11或穿孔针26的撤回方向按压层压纤维层23。即，压板28和压块29、30将层压纤维层23夹在中间并对其进行压缩。

[0024]如图3所示，工作台24包括孔洞24a，孔洞24a布置成对应于由支撑托架支撑的框架22上的层压纤维层23的下端。制造设备20包括毛圈纱插入针31，该毛圈纱插入针31可在厚度方向线插入针11所布置的排的方向上移动，即可在Y轴方向上移动。毛圈纱插入针31布置成对应于已穿透层压纤维层23的那排厚度方向线插入针11。毛圈纱插入针31的远端包括针舌(未示出)。驱动设备(未示出)使毛圈纱插入针31在工作位置和待用位置之间往复运动。当毛圈纱插入针31处于工作位置时，毛圈纱插入针31穿过由连接于该排厚度方向线插入针11的厚度方向线z所形成的线圈。当毛圈纱插入针31处于待用位置时，毛圈纱插入针31从对应于层压纤维层23的位置撤回。

[0025]现在将描述采用如上述那样构造的制造设备20来制造平板状三维纤维结构的方法。首先如图3所示，使用矩形框架22形成层压纤维层23，销21以预定的间距可拆离地布置在该框架22上。纤维束，在这个实施例中为碳纤维束，布置在框架22的纵向上，即X轴方向，且当碳纤维束与销21接合时折回。这形成了纤维层，在这个实施例中为X-线层。此外，另一个纤维层，在这个实施例中为Y-线层，通过将碳纤维束布置在Y轴方向上而形成，Y轴方向即框架22的宽度方向。碳纤维束根据需要布置在倾斜方向上以进一步形成另一个纤维层，即斜线层。该倾斜方向与X轴方向和Y轴方向相交。当预定数量的线层(纤维层)层压在框架22上后，就形成了层压纤维层23。术语“纤维层”可包括通过布置未合股的纤维束而形成的纤维层以及通过布置线(合股纤维束)而形成的纤维层。

[0026]接着，当保持有层压纤维层23的框架22用螺栓固定到工作台24上的支撑托架上时，将厚度方向线z插入到层压纤维层23中。图2和图4(a)示出了这样的状态，即厚度方向线z和毛圈纱P的插入已进行了两个循环，且厚度方向线z的插入正在进行第三次。图4(a)是图2的局部放大图。图4(a)示出了这样的状态，即穿孔针26已经在层压纤维层23上厚度方向线z将插入的位置处形成了孔23a，且厚度方向线插入针11布置在对应于孔23a的位置处。

[0027]为了使用穿孔针26形成孔23a，压板28和压块29、30保持并压缩层压纤维层23对应于该排穿孔针26的位置。在该保持状态下，使穿孔针26从待用位置前进到工作位置，会使穿孔针26穿透层压纤维层23，从而形成孔23a。然后，将穿孔针26从工作位置撤回到待用位置。穿孔针26由梳齿28b的凹部28c引导，从而垂直插入层压纤维层23中。由于层压纤维层23通过压板28和压块29、30的压缩而布置成彼此紧密接触到一定程度，故在穿孔针26移走之后就形成了孔23a。

[0028]在压块29从图2和图4(a)所示的状态布置到如图4(b)所示的待用位置之后，针支撑体25前进到工作位置，使得厚度方向线插入针11同时刺入层压纤维层23。即，在Y轴方向上布置成一排的厚度方向线插入针11和厚度方向线z一起同时刺入层压纤维层23。厚度方向线插入针11穿过层压纤维层23插入，直到针眼14伸到层压纤维层23外。更具体地，针眼14前进直到它们从层压纤维层23的压块30所抵接的表面伸出并靠近压块29。

[0029]在厚度方向线插入针11到达前进终点之后，厚度方向线插入针11略微撤回。结果，厚度方向线z形成如图4(b)所示的线圈L。即，进行线圈形成的工序。线圈L由厚度方向线z的从层压纤维层23延伸到针眼14的那部分形成。线圈L允许毛圈纱插入针31从其中穿过。即，线圈L由厚度方向线z在层压纤维层23的厚度方向线插入针11所伸出的那侧形成。层压纤维层23的厚度方向线插入针11所伸出的那侧，指的是层压纤维层23的与针支撑体25相对的那侧，或者是压块29、30相对于层压纤维层23所在的那侧。

[0030]当厚度方向线插入针11穿过层压纤维层23插入时，压块29布置在待用位置。因此，制造设备20用来按压层压纤维层23的力稍有减小。但是，由于厚度方向线插入针11穿过先前由穿孔针26所形成的孔23a插入，故在厚度方向线插入针11穿过层压纤维层23插入时所引起的阻力减小。因此，并未影响层压纤维层23的线的布置。

[0031]接下来，将毛圈纱插入针31致动到图4(b)的状态。毛圈纱插入针31穿过先前插入的毛圈纱P的线圈(未示出)，并在厚度方向线插入针11的布置方向即Y轴方向上前进。即，进行了毛圈纱插入工序。当毛圈纱插入针31的远端穿过由厚度方向线插入针11保持的厚度方向线z的线圈L并到达层压纤维层23的边缘时，毛圈纱插入针31停止。此时，从毛圈纱进给部分(未示出)延伸的毛圈纱P锁闭在毛圈纱插入针31的远端上。当毛圈纱插入针31远端处的针舌闭合时，毛圈纱插入针31移动回去，使得不拉在线圈L中。结果，毛圈纱P在折回时穿过厚度方向线z的线圈L插入。即，锁闭在毛圈纱插入针31上的毛圈纱P的线圈穿过先前插入的毛圈纱P的线圈插入。

[0032]然后，厚度方向线插入针11从图4(b)的状态撤离层压纤维层23，并布置在待用位置。压块29再次布置在工作位置。在这个状态下，当张力调节部分(未示出)将厚度方向线z从层压纤维层23拉回时，插入在层压纤维层23中的厚度方向线z被收紧，同时被毛圈纱P锁定。即，进行了层压纤维层收紧工序。之后，该排穿孔针26和该排厚度方向线插入针11返回到初始位置(待用位置)。压板28和压块29、30也布置在待用位置。如上所述，完成了厚度方向线z的一次插入循环。

[0033]接着，当工作台24移动了对应于厚度方向线z的插入间距的量时，穿孔针26面对着下一个厚度方向线z向层压纤维层23中插入的位置。以后，以如上所述的相同方式接连地执行厚度方向线z的插入循环，厚度方向线z从而被插入到层压纤维层23的预定插入区域中。即，重复线圈形成工序、毛圈纱插入工序、以及层压纤维层收紧工序，使得厚度方向线z插入到层压纤维层23的插入区域中。结果，厚度方向线z连接了形成层压纤维层23的线层，从而制造出了三维纤维结构。在完成了将厚度方向线z插入层压纤维层23的整个厚度方向线插入区域中之后，将销21从框架22上拆离，并从框架22上取下三维纤维结构。这就完成了三维纤维结构的制造。

[0034]在用作厚度方向线z的碳纤维束上涂覆胶粘剂。因此，按常规来说，在通过略微拉回插入在层压纤维层23中的厚度方向线插入针而形成线圈L时，厚度方向线z会不期望地粘附在厚度方向线插入针的表面上。由于厚度方向线z和厚度方向线插入针一起返回，所以线圈L的尺寸减小。即使一条厚度方向线z的线圈L的尺寸减小，毛圈纱插入针也不能顺利地穿过整个一排线圈L，操作员就需要每次手动地调节线圈L。

[0035]然而，根据优选实施例(本发明)，在厚度方向线插入针11的插入部分13的表面上进行了防粘附处理，以防止纤维束的粘附。更具体地，通过镀覆硬铬在每个插入部分13的表面上形成有粗糙镀层16，该粗糙镀层16具有中心线平均粗糙度Ra为0.1μm以上且0.7μm以下的表面粗糙度。结果，在通过略微拉回厚度方向线插入针11而形成线圈L时，阻止了纤维束粘附到厚度方向线插入针11上。从而，稳定地形成了具有预定尺寸的或更大的线圈L。因此，使用毛圈纱插入针31将毛圈纱P顺利地插入线圈L中。此外，通过将厚度方向线z和厚度方向线插入针11一起从层压纤维层23拉回，而由厚度方向线z经由毛圈纱P收紧层压纤维层23。

[0036]作为实验，改变了插入部分13的表面粗糙度，并测量了线圈形成率。用于测量线圈形成率的厚度方向线插入针11的小直径部分13b的直径为1mm，厚度方向线z的直径为0.5mm。线圈形成率以百分比表示在厚度方向线z的插入执行了100次循环时、成功形成的线圈L的次数的比例。当线圈L与相关联的厚度方向线插入针11之间的最大距离为3mm或更大时，确定线圈成功地形成。作为该实验的结果，当表面粗糙度小于Ra0.1μm时，即当厚度方向线插入针的表面粗糙度与常规设备相比未被修改时，线圈形成率为10％或更低。而当改变了厚度方向线插入针的表面粗糙度，将中心线平均粗糙度设定成Ra0.5μm时，线圈形成率为100％。而且，即使当中心线平均粗糙度为Ra0.1μm或Ra0.7μm时，线圈形成率也是80％或更高。

[0037]该优选实施例具有以下优点。

(1)在插入层压纤维层23中的厚度方向线插入针11的插入部分13上形成有覆层，在这个实施例中为粗糙镀层16。粗糙镀层16的表面粗糙度形成为使得中心线平均粗糙度Ra为0.1μm以上且0.7μm以下。从而，当将刺入层压纤维层23的厚度方向线插入针11从层压纤维层23略微拉回时，阻止了厚度方向线z粘附到插入部分13的表面上。这样，对每排厚度方向线插入针11而言，厚度方向线z的线圈L稳定地形成为具有一定的或更大的尺寸。从而，顺利地制造三维纤维结构。

[0038](2)通过采用喷丸在厚度方向线插入针11的针材料的表面上形成所期望粗糙度的不规则，然后用镀层涂覆针材料的表面而形成粗糙镀层16。因此，通过改变喷丸条件来形成具有期望表面粗糙度的粗糙镀层16。

[0039](3)通过具有令人满意的耐磨性的硬铬镀层而形成粗糙镀层16。因此，厚度方向线插入针11的耐磨性得到了提高。

(4)层压纤维层23和厚度方向线z由碳纤维束形成。在由碳纤维束形成层压纤维层23和厚度方向线z时，将几百至几万根细纤维放在一束中以形成一个碳纤维束。因此，例如当没有在碳纤维束上涂抹胶粘剂时，不能顺利地进行纤维束的布置和厚度方向线z向层压纤维层23中的插入。当使用涂抹了胶粘剂的厚度方向线z时，常规的厚度方向线插入针不能稳定地使厚度方向线z的线圈L形成为具有一定的或更大的尺寸。然而，根据该优选实施例的厚度方向线插入针11，即使层压纤维层23和厚度方向线z由碳纤维束形成，也能稳定地使厚度方向线z的线圈L形成为具有一定的或更大的尺寸。

[0040]该优选实施例可进行以下修改。

形成层压纤维层23和厚度方向线z的纤维不限于碳纤维，而是可以为，例如，芳族聚酰胺纤维、聚对亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维、超高分子量聚乙烯纤维、多芳基化合物纤维、聚缩醛纤维、或高强度聚乙烯醇(PVA)纤维。

[0041]用于形成粗糙镀层16的表面处理不限于通过采用喷丸在厚度方向线插入针11的针材料的表面上形成所期望的不规则，而是也可对针材料的表面进行珩磨。

[0042]用于形成粗糙镀层16的镀覆类型不限于镀铬例如镀覆硬铬，而是也可以为其它的湿法镀覆或干法镀覆。其它的湿法镀覆包括镀镍和无电镀镍。干法镀覆包括通过离子镀覆形成氮化钛膜。

[0043]在插入部分13的表面上形成粗糙镀层16的方法不限于在采用喷丸或珩磨进行了表面处理以使针材料的表面变粗糙之后、用镀层涂覆针材料的表面。也可以在不进行表面处理以使针材料的表面变粗糙的情况下，通过采用复合镀覆来涂覆针材料的表面而形成粗糙镀层16。复合镀覆是一种镀覆方法，在该方法中，在颗粒悬浮于镀浴中的状态下通过镀覆物体表面将颗粒引入覆层中，所镀覆的物体在该优选实施例中即为插入部分13。通过调节悬浮在浴中的颗粒的直径来调节粗糙镀层16的表面粗糙度。当通过复合镀覆来形成粗糙镀层16时，不需要喷丸和珩磨，这减少了工序的数目。复合镀覆优选是在无电镀镍中悬浮有聚四氟乙烯(PTFE)颗粒的镀覆。

[0044]用在复合镀覆中的颗粒不必为PTFE颗粒，而是也可以为氧化铝颗粒、氧化硅颗粒、氧化钛颗粒、氧化锆颗粒、碳化硅颗粒、碳化硼颗粒或者氮化硼颗粒。

[0045]在厚度方向线插入针11的插入部分13的表面上应用了针对厚度方向线z的防粘附的结构不限于使插入部分13的表面粗糙度就中心线平均粗糙度Ra而言为0.1μm以上且0.7μm以下的涂覆处理。图5(a)和图5(b)示出了另一个实施例的厚度方向线插入针11。如图5(b)所示，在厚度方向线插入针11的轴向(轴线CL的方向)上延伸的凹槽17，可在插入部分13的表面上形成为相互平行。凹槽17为插入部分13的表面提供了针对厚度方向线z的防粘附。凹槽17形成在插入部分13的除了线槽15所形成的部位之外的表面上。凹槽17的宽度小于线槽15的宽度，凹槽17的深度小于线槽15的深度。凹槽17的宽度设定成小于厚度方向线z的直径，优选为0.5mm或更小。相邻凹槽17之间的间距基本上与凹槽17的宽度相同。虽然在厚度方向线插入针11的表面上设有镀层，但图5(b)没有示出该镀层。图5(a)没有示出凹槽17。

[0046]相邻凹槽17之间的间距也可以如图5(c)所示那样大于凹槽17的宽度。

图5(b)和5(c)中示出的凹槽17不需要平行于厚度方向线插入针11的轴向延伸，而是可以形成为相对于厚度方向线插入针11的轴向略微倾斜地延伸。

[0047]可以从图1(c)、5(b)和5(c)的厚度方向线插入针11省略设在插入部分13上的线槽15。

采用厚度方向线插入针11制造的三维纤维结构可具有平板状形状之外的形状。例如，可将厚度方向线插入针11用在制造具有角形形状、方筒形状、圆筒形状或曲板形状的三维纤维结构的方法中。

[0048]在将穿孔针26和厚度方向线插入针11插入到层压纤维层23中时，可将压板28布置在待用位置，而只将压块29、30布置在工作位置。在这种情况下，由于穿孔针26和厚度方向线插入针11在纤维层未被压缩的状态下插入到层压纤维层23中，所以在将穿孔针26和厚度方向线插入针11插入到层压纤维层23中时的阻力减小。这允许顺利地将穿孔针26和厚度方向线插入针11插入到层压纤维层23中。

[0049]布置在层压纤维层23的厚度方向线插入针11所伸出的那侧的压块29、30不需要是一对，而是可以只提供压块29、30中的任一个。

可以通过将压板28的梳齿28b之间的间隙的尺寸略微增大成大于厚度方向线插入针11和穿孔针26的外径而省略凹部28c。压板28可以是不包括梳齿28b的，可简单地包括沿着该排厚度方向线插入针11延伸的直线状按压区。

[0050]根据层压纤维层23的厚度和纤维的类型，可以不必用穿孔针26在层压纤维层23中事先形成孔，而将厚度方向线插入针11直接插入到层压纤维层23中。

根据层压纤维层23的厚度和纤维的类型，可以省略压板28和压块29、30，而将厚度方向线插入针11直接插入到层压纤维层23中。

[0051]不需要通过将毛圈纱P的线圈部分接连地插入到先前插入的毛圈纱P的线圈部分中而将毛圈纱P的线圈部分锁定。可通过简单地收紧厚度方向线z而锁定毛圈纱P。

[0052]可以改变图3中所示的层压纤维层23的结构，只要其在平面内至少双轴向地取向。例如，可通过省略斜线而使纤维层23在平面内双轴向地取向，或者可通过将纤维束布置成相对于彼此成60°角而使纤维层23在平面内三轴向地取向。也可通过层压纺织物而形成层压纤维层23。

Claims (8)

1.一种用于制造三维纤维结构的厚度方向线插入针，所述三维纤维结构包括：通过将多个纤维层层压成至少双轴向地取向而形成的层压纤维层，以及沿与纤维层相交的方向插入以便连接层压纤维层的厚度方向线，该厚度方向线插入针的特征在于包括：

近端部分；

插入部分，形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中，该插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼；以及

形成在插入部分上的覆层，该覆层具有就中心线平均粗糙度Ra而言为0.1μm以上且0.7μm以下的表面粗糙度，该覆层提高了插入部分的耐磨性。

2.根据权利要求1的厚度方向线插入针，其特征在于，层压纤维层和厚度方向线每个都由碳纤维束形成。

3.根据权利要求1或2的厚度方向线插入针，其特征在于，通过使厚度方向线插入针的针材料的表面变粗糙，然后用镀层涂覆该表面而形成覆层。

4.根据权利要求3的厚度方向线插入针，其特征在于，通过喷丸来进行使针材料的表面变粗糙的处理。

5.根据权利要求1或2的厚度方向线插入针，其特征在于，通过复合镀覆来形成覆层。

6.一种厚度方向线插入针，其特征在于包括：

近端部分；以及

插入部分，形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中，该插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼，该插入部分的表面包括多个在该插入部分的轴向上延伸的凹槽，且该插入部分的表面涂覆有耐磨的镀层。

7.一种制造三维纤维结构的方法，所述三维纤维结构包括：通过将多个纤维层层压成至少双轴向地取向而形成的层压纤维层，以及以与纤维层相交的方式插入层压纤维层中从而连接层压纤维层的厚度方向线，所述层压纤维层包括厚度方向线所插入的插入区域，该制造方法的特征在于包括：

将多个厚度方向线插入针布置成一排，每个厚度方向线插入针包括近端部分、插入部分和形成在插入部分上的覆层，所述插入部分形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中，插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼，所述覆层具有就中心线平均粗糙度Ra而言为0.1μm以上且0.7μm以下的表面粗糙度，且该覆层提高了插入部分的耐磨性；

在层压纤维层保持在框架上的状态下，将布置成一排的多个厚度方向线插入针与厚度方向线一起同时刺入层压纤维层中，以使厚度方向线插入针的针眼伸出到层压纤维层外，使得由厚度方向线在层压纤维层的厚度方向线插入针所伸出的那侧形成线圈；

沿着厚度方向线插入针的布置方向将毛圈纱插入线圈中；

在将毛圈纱插入线圈中之后，通过将厚度方向线插入针从层压纤维层拉回而收紧层压纤维层；以及

通过重复线圈形成、毛圈纱插入和层压纤维层收紧而将厚度方向纱插入到层压纤维层的插入区域中，然后从框架上取下层压纤维层。

8.一种制造三维纤维结构的方法，所述三维纤维结构包括：通过将多个纤维层层压成至少双轴向地取向而形成的层压纤维层，以及以与纤维层相交的方式插入层压纤维层中从而连接层压纤维层的厚度方向线，所述层压纤维层包括厚度方向线所插入的插入区域，该制造方法的特征在于包括：

将多个厚度方向线插入针布置成一排，每个厚度方向线插入针包括近端部分和插入部分，该插入部分形成得比近端部分细且选择性地插入到层压纤维层中，插入部分包括远端和靠近该远端形成的针眼，插入部分的表面包括多个在该插入部分的轴向上延伸的凹槽，且该插入部分的表面涂覆有耐磨的镀层；

在层压纤维层保持在框架上的状态下，将布置成一排的多个厚度方向线插入针与厚度方向线一起同时刺入层压纤维层中，以使厚度方向线插入针的针眼伸出到层压纤维层外，使得由厚度方向线在层压纤维层的厚度方向线插入针所伸出的那侧形成线圈；

沿着厚度方向线插入针的布置方向将毛圈纱插入线圈中；

在将毛圈纱插入线圈中之后，通过将厚度方向线插入针从层压纤维层拉回而收紧层压纤维层；以及

通过重复线圈形成、毛圈纱插入和层压纤维层收紧而将厚度方向纱插入到层压纤维层的插入区域中，然后从框架上取下层压纤维层。

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