CN102223997A - 带有可变宽度u形夹的派形预型件及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于加强复合材料的织造预型件(200)，这种织造预型件可以平织然后折叠成形。预型件(200)具有三维织纹结构，用填充纤维织造，从而提供经向纤维(216)层的层与层互锁、以及各层内的纤维互锁。至少两个腿(225，235)自基底(220)伸出，基底和腿各自具有至少两层经向纤维。腿可以互相平行或成一定角度，或者在腿之间可以具有可变宽度U形夹(250)。基底和/或腿的外端优选具有楔形，通过以阶状图案终止经向纤维的各层而形成楔形。

Description

带有可变宽度U形夹的派形预型件及其形成方法

发明背景

技术领域

本发明总体涉及织造预型件，特别涉及在加强复合材料中使用的织造预型件，这种织造预型件可以平织然后折叠成其最终形状，而不会在预型件中产生不想要的线圈。

参考引用

文中针对产品所提及的所有专利、专利申请、文档、引文、厂家使用说明、说明书、产品技术规格、以及产品图表，在此以引用的方式并入本文，并且可以在本发明的实践中采用。

现有技术

当前，广泛使用加强复合材料来生产结构组件，特别在期望结构组件具有重量轻、牢固、坚韧、耐热、自支撑并且适于形成及成形这些特性的应用中。这些组件用在例如航空、航天、卫星、娱乐(如赛艇、赛车中)以及其他应用中。

通常这种组件由嵌置在基质材料中的加强材料组成。加强组件可以由诸如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或其他材料制成，这些材料表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能，其中首要性能是高强度，以抵抗应力失效(stress failure)。通过使用这种加强材料(其最终成为成品组件的构成部件)，将加强材料的期望特性如极高的强度，赋予成品复合组件。通常可以将组分加强材料机织、针织成期望结构和形状，或者使其取向成期望结构和形状，用于加强预型件。通常会特别注意保证所选组分加强材料的性能能够得到最佳利用。通常将这种加强预型件与基质材料结合，从而，形成期望的成品组件，或者制成备料用于最终制成成品组件。

在构造出期望的加强预型件之后，可以导入基质材料并使其进入预型件，从而，典型地，使加强预型件埋在基质材料中，以及，基质材料充满加强预型件构成部件之间的空隙区域。基质材料可以是广泛多样材料中的任意材料，诸如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其他材料，这些材料也表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能。选择用作基质的材料与加强预型件的材料可以相同也可以不同，并且，可以具有或者不具有相当的物理性能、化学性能、热性能或其他性能。然而，通常，用作基质的材料与加强预型件的材料不是相同的材料，或者不具有相当的物理性能、化学性能、热性能或其他性能，这是因为在使用复合材料时通常首要目的是在成品中获得性能的组合，而这种性能组合无法通过单独使用一种组分材料获得。这样组合后，然后，可以通过热固或其他已知方法，使加强预型件和基质材料在相同操作中固化和稳定化，然后进行生产期望组件的其他操作。在这一点上应当注意到，在这样固化之后，基质材料中的硬化团块通常非常牢固地粘附于加强材料(例如，加强预型件)。结果，特别地，经由成品组件中位于纤维之间作为粘合剂的基质材料，成品组件上的应力可以有效地传递至加强预型件的组分材料，并由其承受。

通常，期望生产出的组件结构不是简单几何形状，诸如原有的板状、片状、长方体或者立方体等简单几何形状。做到这一点的一种方法是，将这些基本几何形状组合成期望的更复杂的形式。通过将如上述方式制成的加强预型件相对彼此以一定角度(通常为直角)结合，形成一种这样的典型组合。经结合加强预型件的这种角形布置的通常目的是产生期望形状，以形成包括一个或多个端壁或者例如“T”形交叉的加强预型件，或者，以加固所得到的加强预型件与复合结构的组合，在暴露于外力诸如压力或张力时，这种加固能够抵抗此时产生的偏斜或失效。在任何情况下，相似的考虑是使构成组件之间的各接合处尽可能牢固。加强预型件组分本身具有期望的极高强度时，接合处的薄弱实际上成为结构“链”中的“薄弱环节”。

美国专利No.6,103,337中提出了交叉构造的示例，其披露内容在此以引用方式并入本文。该篇引文提出了将两个加强板结合到一起成为T形的有效措施。

为了形成这种接合，过去已经提出了多种其他建议方式。有的建议彼此独立地形成并硬化板件和角形加劲件(angled stiffening element)，角形加劲件具有单个的板接触面，或者在其一端分为两部分以形成两个分叉且共面的板接触面。然后，使用热固性粘合剂或其他粘合剂材料，通过粘附方式粘接，使加劲件的一个或多个板接触面与其他组件的接触面相结合，从而将两个部件连接起来。然而，当张力施加于复合结构的硬化板或表皮时，由于连接的有效强度是基质材料的有效强度而非粘合剂的有效强度，很低的负荷就会导致“剥离”力，此“剥离”力使加劲件与板件在其界面处分离。

在这些组件的界面处无法使用金属螺钉或铆钉，因为这种附加物至少局部破坏并弱化了复合结构体自身的完整性，增加了重量，并且带来这些部件与周围材料之间的热膨胀系数差异。

解决这一问题的其他方法基于引入高强度纤维穿过结合区域的概念，通过使用诸如将一种组件缝合到另一种组件上并且依赖于缝合线的方法，来引入这种加强纤维使其进入并且穿过接合部位。美国专利No.4,331,495以及其分案美国专利No.4,256,790示出了这样一种方法。这些专利披露的接合点位于由粘合方式粘合的纤维层所制成的第一复合板与第二复合板之间。按现有技术方式，使第一板在一端分叉，从而形成两个分叉且共面的板接触面，用未固化的挠性复合线穿过两板进行缝合，使第一板的板接触面与第二板相结合。然后，使板和线“共固化”，也就是，同时固化。美国专利No.5,429,853中提出了改进结合强度的另一方法。

尽管现有技术努力改进加强复合材料的结构整体性并取得了成功，特别是在美国专利No.6,103,337中，然而，仍然希望对其进行改进，或者，通过使用粘合剂或机械联接之外的其他方法来解决该问题。考虑到这一点，一种方法是可以通过专用机器生产织造三维(“3D”)结构体。然而，所涉及的花费相当可观，而且，需要针对生产单一结构体提供织机，这也很难接受。不考虑这一事实的话，可以加工成纤维加强复合组件的3D预型件仍是可取的，因为相对于常规的二维层合复合材料，3D预型件提供了增强的强度。在要求复合材料承载面外负荷的应用中，这些预型件尤其有用。然而，以上所讨论的现有技术预型件，其承受高面外负荷的能力、在自动织机加工中织造的能力、以及改变预型件各部分厚度的能力有限。预型件织造的织造结构和自动化操作仍处于其初期阶段，技术还不够成熟，相比于常规的层合复合材料、纤维缠绕复合材料、或编织复合材料，目前预型件织造结构和自动化操作提供的优势不够突出，这些限制了预型件的广泛应用。

另一方法是织造二维(“2D”)结构体并将其折叠成3D形状。然而，这通常导致折叠预型件时的部分扭曲。因为织造纤维的长度与折叠预型件时纤维应有长度不同，出现此扭曲。在织造纤维长度过短的区域中这会导致浅凹和波纹，而在纤维长度过长的区域中则导致起皱。美国专利No.6,874,543中披露了一种3D预型件织纹结构的示例，在预型件的折叠区域中这种织纹结构会引起波纹或线圈，该专利的全部内容在此以引用的方式并入本文。在常规有梭织机上可以织造具有特定结构形状诸如“T”形、“I”形、“H”形或“派(Pi，π)”形截面的纤维预型件，以及，几件现有专利描述了织造这种结构体的方法(例如，美国专利No.6,446,675和美国专利No.6,712,099)。然而，在所有现有技术中，预型件都构造成，使得截面在经向纤维的方向上是相同的。

经常使用加强技术诸如树脂传递成型(resin transfer molding)方法将这些预型件加工成复合组件，以及，在飞机结构中这些预型件用作加劲件和/或连接件。在派形预型件的情况下，通常将腹板(web)插进竖立腿即U形夹之间的空间中。

均一宽度的U形夹适用于许多应用。然而，有些情形下均一宽度U形夹是不利的。例如，均一宽度的U形夹要求腹板具有均一厚度，而这一厚度的尺寸由结构体的最高负荷区域确定。这意味着无法实现潜在重量减轻，而这种潜在重量减轻原本在更轻负荷区域通过减薄腹板是可以实现的。

发明内容

本发明是一种具有多个腿的纤维预型件的织造方法，这种方法使得腿不必互相平行。根据本发明一个实施例的示例是一种具有可变宽度U形夹的派形预型件，也就是，预型件的竖立腿之间的宽度沿预型件的长度可以变化。

可变宽度U形夹按下述方式实现，通过使预型件中形成竖立腿的部分中的一些经向纤维选择性地退出，而同时在其他区域中添加经向纤维。为了加宽U形夹，在竖立腿的基底使经向纤维退出，并在竖立腿的末端添加经向纤维。可以做出相反的操作，以使U形夹变窄。

本方法也可以用于制造其他截面形状，诸如“T”形或“T”形加劲件，其具有相对于“T”形的顶部以一定角度伸出的“T”形的翼片，或者其他形状，诸如H形或I形。

本方法可以用来织造具有可变厚度或可变高度腿的预型件，这些腿可以互相平行或成一定角度。可以使用经向纤维的任意合宜图案，即，层与层、穿过厚度方向的角度互锁、正交等，织造预型件。尽管优选碳纤维，但本发明可应用于几乎任何其他纤维类型。

本发明的又一目的是，提供一种3D预型件，其设计是对现有预型件和/或此前所能得到的加强复合材料结构体的替代品和/或改进。

本发明的又一目的是，提供一种生产具有更高质量的3D预型件的新颖方法，这种方法消除了线圈形成，并通过用三次织梭运作取代五次织梭运作，缩短了织造时间，从而在更短时间内提供更好的预型件。

本发明的又一目的是，提供一种3D预型件，其可以折叠成形，而构成此预型件的纤维没有扭曲。

本发明的又一目的是，提供一种3D预型件，其特别可用于形成派形加强复合材料。

这些和其他的目的及优点可以通过本发明提供的3D织造预型件实现，这种3D织造预型件可以平织，然后在浸渍树脂之前折叠成为其最终形状，而不会在纤维中产生不想要的扭曲。通过下述方式达到该目的，在织造期间调整纤维的长度，使得预型件折叠成形时纤维长度相等，在折叠处提供平滑过渡。尽管特别适用于形成派形织造预型件，但这种技术也可以应用于多种形状。此外，尽管参考织造预型件进行讨论，但本领域技术人员易于理解，这种技术可应用于非织造例如编织或缝编的预型件。

据此，本发明的一种实施例是一种用于机械或结构连接的预型件，其具有三维织纹结构，用填充纤维进行织造，从而提供经向纤维层的层与层互锁以及各层内的纤维互锁。织造预型件通过定向纤维转移面外负荷，从而使层间张力减至最小。本预型件具有基底和至少两个自基底伸出的腿，基底和腿各自具有至少两层经向纤维。

填充纤维沿着织造序列前进，织造序列携载填充纤维穿过基底的一部分，然后进入腿，并最终穿过基底的相对部分。腿可以在对称分布的纵列交点处与位于腿之间的奇数个经向纤维纵列相连接。然而，预型件可以具有非对称结构，具有相等或不等的腿长度。预型件也可以在腿之间具有偶数个经向纤维纵列，以及，腿可以与基底垂直、或非垂直、或成一定角度。腿可以互相平行或成一定角度，或者，腿之间可以具有可变宽度U形夹。基底和/或腿的外端优选具有楔形，通过以阶状图案终止经向纤维层，形成楔形。

本发明的另一实施例是一种用在加强复合材料中的预型件的形成方法。预型件形成为具有三维织纹结构，用填充纤维进行织造，从而提供经向纤维层的层与层互锁以及各层内的纤维互锁。织造预型件通过定向纤维转移面外荷载，从而使层间张力减至最小。预型件具有基底和至少两个自基底伸出的腿，基底和腿各自具有至少两层经向纤维。填充纤维沿着织造序列前进，织造序列携载填充纤维穿过基底的一部分，然后进入腿，并最终穿过基底的相对部分。腿可以在对称或非对称分布的纵列交点处与位于腿之间的偶数个或奇数个经向纤维纵列相连接。腿可以与基底垂直、或非垂直、或成一定角度。腿可以互相平行或成一定角度，或者，腿之间可以具有可变宽度U形夹。基底和/或腿的外端优选具有楔形，通过以阶状图案终止经向纤维层，形成楔形。

为了更好地理解本发明、其操作优点、以及通过使用本发明获得的特定目的，请参照所附说明内容，其中示出了本发明优选的非限制性的实施例。

本文中术语“包含的”和“包含”可以指“包括的”、“包括”，或者可以具有美国专利法中通常赋予术语“包含的”或“包含”的含义。如果在权利要求中使用，术语“主要由……构成的”或“主要由……构成”具有它们归于美国专利法中的含义。下文描述本发明的其他方面，或者，通过下文描述，本发明的其他方面(在本发明的范围内)将更为明了。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，附图并入说明书中，并且构成说明书的一部分。本文给出的附图图示本发明的不同实施例，并与说明书一起来说明本发明的原理。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的派形预型件的示意性端视图，说明全纬的形成以及预型件中的纤维结构；

图2(a)和图2(b)分别示出根据本发明的预型件和现有技术中所披露的预型件；

图3是根据本发明一个实施例的派形预型件的示意性端视图，说明预型件中的纤维结构；

图4是根据本发明一个实施例腿处于竖立位置的派形预型件的示意性端视图；

图5(a)至图5(f)是根据本发明一个实施例具有可变宽度U形夹的派形预型件的织造图案或纤维结构的示意性端视图；

图6(a)和图6(b)示出在浮纱修整之前(a)和浮纱修整之后(b)根据本发明一个实施例的可变宽度派形预型件；以及

图7是在根据本发明一个实施例带有可变宽度U形夹的派形预型件中过渡区的顶视图。

具体实施方式

图1、图2(a)、图3和图4图示三维预型件100的优选实施例。将一根或多根填充纤维114按一定图案穿过多根经向纤维116进行织造，形成预型件100，经向纤维116垂直于图案的平面延伸。在图1和图3中，图示了形成派形预型件100所使用的完整图案，其中填充纤维114示于页面上，而经向纤维116示为与页面垂直。尽管实际织成成品预型件100时纤维114、116压紧在一起，但在结构的示意图中纤维114、116示为彼此相隔开。

现在看图1，预型件100中的所有经向纤维116大体互相平行，沿各纤维116的纵向长度稍有起伏，并且经向纤维116排列成大体上竖向纵列。预型件100优选由用于典型复合结构体的材料例如玻璃纤维以及碳纤维织造而成，以及，预型件100织成具有基底120和自基底120伸出的至少两个腿125、135，形成派(π)状外形。腿125、135可以与基底120垂直、或非垂直、或成一定角度。基底120和腿125、135各自包含至少两层经向纤维116，并且示为具有可选的楔形边缘。尽管腿125、135在使用时处于竖立位置，形成U形夹150，例如如图4所示，为了易于织造，在织造时预型件100中的腿125、135紧靠并覆盖基底120。基底120示为具有八层经向纤维116，以及，腿125、135示为具有四层经向纤维116。

可选地，如图所示，基底120中经向纤维116的横截面面积小于腿125、135中经向纤维116的横截面面积。通过仅在基底120中而不在腿125、135中使用较细的经向纤维116，减少在织机上织造结构所需时间，同时，通过经向纤维116的大量互锁，仍可在预型件100中提供更牢固的基底120。

回到图1，预型件100的织造图案从基底120的一端105(其示于基底120的左侧)开始。在织造序列的典型部分中，在每次向右侧行进期间，填充纤维114在一层的经向纤维116的上方和下方交替，使该层的经向纤维116互锁。此外，在织造序列的典型部分中，在每次向左侧行进期间，填充纤维114在两个相邻层的经向纤维116的上方和下方交替，使相邻层彼此互锁。如图中所示以及下文所述，织造序列中的某些部分，包括预型件100的腿125、135内的部分、位于边缘处和外表面处的部分，可以与这种织造序列不同。

如图1所示，一般织造序列在位置A处以填充纤维114开始，填充纤维114朝基底120的中央延伸，然后在位置B1处进入一个腿135的外侧112。填充纤维114然后延伸至腿135最右端处的位置C。从位置C开始，填充纤维114沿相同路线朝基底中央向回织，从基底中央那点开始，填充纤维114向下延伸进入基底120，并返回进入另一腿125的外侧112，到达腿125最左端处的位置D。然后，填充纤维114沿相同路线朝基底120中央向回织，并在位置B2处返回延伸进基底120，穿过位于腿125、135之间的经向纤维116中央纵列，然后，在位置E处返回进入基底120，并到达基底120另一端115处的位置F。这形成了填充纤维114的完整织造序列，其基本上将四个半纬(half-picks)与三个全纬(full-picks)结合在一起，如图1所示。以阶状图案终止经向纤维116的层，在基底120和腿125、135上形成楔形边缘，诸如在基底120左横向边缘上的楔面124和腿135上的楔面126。

为了完成一个单元或竖向部分，对经向纤维116的相邻层重复进行填充纤维114穿经预型件100的行进，直至所有层都互锁。重复纬向图案，从而形成相邻的竖向部分，产生预型件的连续长度。然而，层的互锁不是必须的，以及，预型件100的基底120和/或腿125、135可以分叉成为分开的层。

图3特别示出在派形预型件100中用于形成腿125、135和基底120的织造图案。基底120示为具有八层经向纤维116，腿125、135示为具有四层经向纤维116，然而，该图案可以更改成在基底120和腿125、135中有更多层或更少层经向纤维。换而言之，基底120的层可以比各腿125、135的层多，或反之亦然。织造图案提供层内经向纤维116的互锁、以及经向纤维层之间的互锁。通过使填充纤维114的一部分行进越过第一纵列第一层中的经向纤维116上方，以及穿过相邻第二纵列的相邻第二层(第二层在第一层之下)中的经向纤维下方，使相邻层互锁。腿125、135织在水平覆盖位置中，如图所示，同时织造图案。在安装时，各腿125、135移动至竖向直立位置，各腿125、135竖立向上时的宽度包含四层。

预型件100改进了现有织造预型件，其提供的基底120与腿125、135的交点具有高度对称分布。基底120具有三个经向纤维中央纵列以及两个经向纤维隔离纵列，经向纤维隔离纵列是中央纵列任一个横向侧的相邻纵列。使用奇数个中央纵列，能够允许在中央平面(其将中央纵列对称二等分)的任一个横向侧织造形成近似镜像，改进了基底120内负荷分布的对称性。尽管示为具有三个中央纵列，预型件100的优选实施例也可以具有任意数量的中央纵列，中央纵列的数量决定腿125、135处于直立位置时所形成U形夹150的标定宽度。腿125、135可以与基底120垂直、或非垂直、或成一定角度。

为了将来自腿125、135的负荷，诸如来自粘合在竖立腿125、135之间部件(未示出)的负荷，对称引入基底120，将填充纤维114中连接腿125、135的部分分成相等或大致相等数量纤维部分的组。在一个隔离纵列与中央纵列之间、或在一个隔离纵列和与该隔离纵列相邻的其余横向左侧或右侧纵列之间，各组与基底120相交。例如，如图3所示，组29在腿125的层2和层4与基底120之间延伸，在纵列c与纵列d之间同基底120相交。类似地，组31在纵列d与纵列e之间同基底120相交，组33在纵列g与纵列h之间同基底120相交，而组37在纵列h与纵列i之间同基底120相交。这里应当注意到，尽管本图示出对称几何形状，但本发明的方法也可以在制造非对称构造中使用。

尽管图中示出中央纵列27位于预型件100大致中央处的优选部位，但中央纵列27也可以包含横向远离预型件100中央的经向纤维116纵列。例如，纵列b、c和d可以构成中央纵列，而纵列a和e可以作为隔离纵列。这使腿125、135朝基底120的外缘偏离，然而，基底120在纵列b、c和d附近的织纹仍可提供对称性，以及，使来自腿125、135的负荷对称分散进入基底120。通过以短于先前层长度的方式终止后续层的经向纤维，在预型件的外缘上形成楔面，诸如楔面124和楔面126。例如，图3示出层5终止在纵列s处，而层6终止在纵列t处，层5比层6短一根经向纤维116。类似地，层6比层7短，以及，各相邻的下层重复此图案。与经向纤维层全部以相同长度终止的预型件相比，在基底或竖立腿中具有楔形边缘的预型件对剥离负荷具有更好的抵抗性。另外，经向楔面纤维使用较小纤维尺寸，从而能够更和缓地从预型件逐步过渡到与之相结合的构成部分。图3中的织造图案用于基底120的八层经向纤维116。

完成的织造派形预型件100示于图4中，其中腿125、135处于竖向位置，在腿125、135之间形成U形夹150。然而，腿125、135也可以与基底120垂直、或非垂直、或成一定角度。通过重复完整织造序列，沿预型件100纵向长度形成相邻的竖向部分，织造预型件100。织造加工得到连续长度的预型件100，然后，将其切成期望长度用于安装。图2(a)和图2(b)中分别示出，根据本发明形成的预型件示例，以及，与之形成比较的在竖立腿间带有线圈30的现有设计预型件10。

根据本发明的一个实施例是一种用于织造带有多个腿225、235的预型件200的方法，这种方法使得这些腿不必互相平行。如图5(a)至图5(f)所示，派形预型件200形成有可变宽度U形夹250，即，竖立腿之间的宽度沿预型件的长度是变化的。可变宽度U形夹250按下述方式实现：通过从预型件中形成竖立腿225、235的部分选择性退出一些经向纤维216，而同时在其他区域添加经向纤维216。为了加宽U形夹250，在竖立腿225、235的基底处退出经向纤维216，并且在竖立腿225、235的末端处添加经向纤维216。进行与之相反的操作，可以使U形夹250变窄。

图5(a)至图5(f)以一系列步骤示出U形夹250的这种变动。在这种特定情况下，例如，U形夹250的宽度从0.30英寸变化至0.55英寸。图5(a)至图5(f)示出与经向纤维216垂直的预型件200纤维结构剖视图。单根经向纤维216示为圆圈，而连续纬向纤维214的路径示为实线。这里应当注意到，形成竖立腿225、235的大多数纤维沿预型件200的整个长度是连续的。只有位于边缘的纤维240是断续的。这些纤维240浮在预型件200的织造部分之上或之下，以及，在从织机上取下预型件之后，对这些纤维240进行修整。在图6(a)和图6(b)中分别示出，在浮置纤维240修整之前和修整之后，根据本实施例使用层与层结构形成的可变宽度派形预型件的不同视图。这些图中玻璃跟踪纤维245明确了不变截面区与可变截面区之间的交界处。

根据本实施例，可以将竖立腿225、235移动至支撑凸缘或基底220的几乎任何部位，以及，借助于纬向纤维214将竖立腿225、235连接于凸缘或基底220。然而，位置必须以阶状方式改变，台阶的最小宽度是一个经向纵列的宽度。在本实施例中，使用每英寸有20根经向纤维的20筘齿(dent reed)，因而，最小台阶为0.05英寸(1/20英寸)。

可以使用经向纤维的任意合宜图案，即，层与层、穿过厚度方向的角度互锁、正交等，织造预型件200。在图7所示预型件200中，U形夹250以窄结构230开始，并且织造例如大约12英寸的不变截面。U形夹250宽度逐渐增大至宽结构255，维持宽结构255例如大约8英寸，然后，逐渐减回至窄结构230。然后，织造窄宽度截面例如大约12英寸。图7中示出从窄结构230到宽结构255过渡的近视图。尽管这里描述了U形夹250宽度的逐渐过渡，但本发明并不局限于这种结构。U形夹250宽度的阶跃改变、或宽度以曲折方式改变、或其组合都在本发明的范围内。例如，U形夹250宽度的过渡可以是逐渐改变和阶跃改变的组合、或者阶跃改变与曲折改变的组合、或者逐渐改变与正弦曲线方式改变的组合，如此等等。

本方法也可以用于制造其他截面形状，诸如具有三个或更多个腿与基底相交的预型件。本方法也可以用来织造具有可变厚度或可变高度腿的预型件，这些腿在一个或多个平面中互相平行或成一定角度。

通常，将一类纤维例如碳(石墨)纤维用于经向纤维和填充纤维二者，来织造预型件。然而，预型件也可以为混合织造图案，其利用的纤维由多种材料诸如碳纤维和玻璃纤维制成。这些图案能得到具有更高韧性、更低成本和更优化热膨胀性能的预型件。织造图案包括的所有经向纤维为一种类型而所有填充纤维为另一类型，或者，织造图案可以具有交替类型的经向纤维和/或填充纤维，经向纤维和/或填充纤维排列成例如遍及整层的“棋盘”图案。

本发明的优点包括，其能够织造高强度且容易使用的预型件，用于将组件装配进入结构体。改进的织纹使各层的经向纤维互锁并使层彼此互锁，同时，以高度对称方式，通过预型件分散负荷。通过在预型件腿之间的基底中具有奇数个经向纤维纵列，织造图案可以相对于对称中央平面成镜像。然而，对于本发明的实践而言这不是必须的。预型件也可以具有非对称结构，具有相等或不相等的腿长度，或者，在预型件腿之间的基底中，有偶数个经向纤维纵列。腿可以互相平行或成一定角度，或者，腿之间可以具有可变宽度的U形夹。基底和/或腿的外端优选具有楔面，以阶状图案终止径向纤维的层的方式，形成这些楔面。

据此，本发明提供了生产带有多个腿的3D预型件和/或加强复合结构体的可选方法和/或改进方法，这些方法使得腿不必互相平行，例如，上述的派形预型件具有可变宽度U形夹，也就是，竖立腿之间的宽度沿预型件的长度可以变化。

因此，本发明实现了其目的和优点，以及，尽管在此披露并具体说明了本发明的优选实施例，但并不限制本发明的范围，本发明的范围应当由所附权利要求确定。

Claims (18)

1.一种在织造预型件中形成可变宽度U形夹的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)设置多个相邻层，各层具有多根经向纤维，所述经向纤维互相平行，并形成竖向纵列；

(b)将多根填充纤维与经向纤维层进行织造，以形成基底和自所述基底伸出的两个或更多个腿，其中，所述填充纤维使所述基底的多个层互锁，使各腿的多个层互锁，以及，使各层内的经向纤维互锁；以及

(c)使形成第一腿的预型件第一部分中的一根或多根经向纤维选择性地退出，从而使形成在所述两个或更多个腿之间的U形夹的宽度加宽，或者，选择性地添加一根或多根经向纤维进入所述预型件第一部分，从而，使形成在所述两个或更多个腿之间的所述U形夹的宽度变窄，或者，进行上述两种操作。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：同时，在预型件第二部分中添加或去掉经向纤维。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述经向纤维的纵列包括经向纤维中央纵列，所述中央纵列位于将一个腿和所述基底连接起来的填充纤维与将另一腿和所述基底连接起来的填充纤维之间，所述中央纵列包括奇数个纵列，并允许关于预型件对称中心面的大致镜像织造图案。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述经向纤维的纵列包括经向纤维中央纵列，所述中央纵列位于将一个腿和所述基底连接起来的填充纤维与将另一腿和所述基底连接起来的填充纤维之间，所述中央纵列包括偶数个纵列，并允许关于预型件中心面的大致非对称织造图案。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述经向纤维纵列包括经向纤维隔离纵列，所述隔离纵列与所述中央纵列的横向相对侧相邻，各隔离纵列将填充纤维的多个部分分成两组，一组自中央纵列组与相邻的隔离纵列之间延伸至所述基底与所述腿之间，另一组自隔离纵列与位于隔离纵列横向外侧的纵列之间延伸。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述经向纤维纵列包括经向纤维隔离纵列，所述隔离纵列与所述中央纵列的横向相对侧相邻，各隔离纵列将填充纤维的多个部分分成两组，一组自中央纵列组与相邻的隔离纵列之间延伸至所述基底与所述腿之间，另一组自隔离纵列与位于隔离纵列横向外侧的纵列之间延伸。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底比各所述腿具有更多的层，或反之亦然。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底和/或所述腿的边缘形成为楔形。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腿与所述基底垂直、或非垂直、或成一定角度。

10.一种带有可变宽度U形夹的织造预型件，所述预型件包括：

多个相邻层，各层具有多根经向纤维，所述经向纤维互相平行，并形成竖向纵列；以及

多根填充纤维，其织造在所述经向纤维层之中，以形成基底和自所述基底伸出的两个或更多个腿，所述基底和各腿由至少两层经向纤维形成，所述填充纤维使所述基底的多个层互锁，使各腿的多个层互锁，以及，使各层内的经向纤维互锁；以及

U形夹，其形成在所述两个或更多个腿之间，其中，所述U形夹沿所述预型件的长度具有可变宽度。

11.根据权利要求10所述的预型件，其中，所述可变宽度U形夹按下述方式形成，使形成第一腿的预型件第一部分中的一根或多根经向纤维选择性地退出，以便使形成在所述两个或更多个腿之间的U形夹的宽度加宽，或者，选择性地添加一根或多根经向纤维进入所述预型件第一部分，从而，使形成在所述两个或更多个腿之间的所述U形夹的宽度变窄，或者，进行上述两种操作。

12.根据权利要求10所述的预型件，其中，所述经向纤维的纵列包括经向纤维中央纵列，所述中央纵列位于将一个腿和所述基底连接起来的填充纤维与将另一腿和所述基底连接起来的填充纤维之间，所述中央纵列包括奇数个纵列，并允许关于预型件对称中心面的大致镜像织造图案。

13.根据权利要求10所述的预型件，其中，所述经向纤维的纵列包括经向纤维中央纵列，所述中央纵列位于将一个腿和所述基底连接起来的填充纤维与将另一腿和所述基底连接起来的填充纤维之间，所述中央纵列包括偶数个纵列，并允许关于预型件中心面的大致非对称织造图案。

14.根据权利要求12所述的预型件，其中，所述经向纤维纵列包括经向纤维隔离纵列，所述隔离纵列与所述中央纵列的横向相对侧相邻，各隔离纵列将填充纤维的多个部分分成两组，一组自中央纵列组与相邻的隔离纵列之间延伸至所述基底与所述腿之间，另一组自隔离纵列与位于隔离纵列横向外侧的纵列之间延伸。

15.根据权利要求13所述的预型件，其中，所述经向纤维纵列包括经向纤维隔离纵列，所述隔离纵列与所述中央纵列的横向相对侧相邻，各隔离纵列将填充纤维的多个部分分成两组，一组自中央纵列组与相邻的隔离纵列之间延伸至所述基底与所述腿之间，另一组自隔离纵列与位于隔离纵列横向外侧的纵列之间延伸。

16.根据权利要求10所述的预型件，其中，所述基底比各所述腿具有更多的层，或反之亦然。

17.根据权利要求10所述的预型件，其中，所述基底和/或所述腿的边缘形成为楔形。

18.根据权利要求10所述的预型件，其中，所述腿与所述基底垂直、或非垂直、或成一定角度。

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