CN103266398B - 用于复合结构应用的混杂三维织造/层合支撑物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于复合结构应用的混杂三维织造/层合支撑物。本发明提供一种用作复合结构中的增强物的织造预制件，其包括：三维中心部分，其具有与多根纬向纤维交织的多根经向纤维；第一末端部分；和第二末端部分；其中所述中心部分包括在所述预制件的外表面的一根或更多根沿着所述预制件的整个长度延伸的经向纤维；以及其中所述织造预制件包括一根或更多根沿着所述预制件的整个长度延伸的经向纤维和多根从所述预制件向外织造并提供从所述中心部分到所述第一和第二末端部分中的至少一者的过渡的经向纤维。

Description

用于复合结构应用的混杂三维织造/层合支撑物

本申请是申请日为2008年10月23日、申请号为200880123452.1、发明名称为“用于复合结构应用的混杂三维织造/层合支撑物”(PCT/US2008/080941，进入国家阶段日期2010年6月29日)之申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于增强复合结构的三维织造预制件的几何构造，在所述增强复合结构的一个或多个末端上具有准各向同性的或多方向的增强并且在所有其它区域具有近似单方向的增强。该预制件具有另外通过在厚度方向上嵌入增强纤维而提供的全厚度增强。

背景技术

当前广泛使用增强复合材料来生产结构组件，尤其是在追求所希望的轻质、坚固、强韧、耐热、自支撑以及适于成型和定型的特性的应用中。这样的组件例如用在航空、航天和卫星工业中，以及用于娱乐性应用例如赛艇和赛车中，以及用于其它数不尽的应用中。三维织物一般由沿三个方向定向的纤维构成，其中每一纤维都沿着垂直于其它纤维的方向，即沿着X、Y和Z轴方向延伸。

通常，由上述织物形成的组件由嵌入基体材料中的增强材料构成。增强组件可以由具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能(尤其是具有抵抗应力破坏的高强度)的材料制得，所述材料为例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺(例如获自E.I.Dupont的)、聚乙烯和/或其它材料。通过使用这种增强材料并使其最终成为完成组件的组元，完成的复合组件便被赋予了所希望的增强材料的特性，例如非常高的强度。组成增强材料通常可以机织、针织或以其它方式定向成所希望的增强预制件的结构和形状。通常，特别需要注意的是确保最有利地利用已选择的组成增强材料的性能。一般说来，这样的增强预制件与基体材料结合以形成所希望的成品组件或生产用于最后生产成品组件的日常原料。

在构造了所希望的增强预制件后，可以引入基体材料并且将其与预制件结合，使得增强预制件被基体材料包围，以使基体材料填充增强预制件的组元之间的空隙区域。基体材料可以是非常多种材料中的任一种，例如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其它材料，它们也具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能。选择用作基体的材料可以与增强预制件的材料相同或不同，也可以具有或不具有相当的物理性能、化学性能、热性能或其它的性能。然而，通常，它们与增强预制件不是同一种材料或者不具有相当的物理性能、化学性能、热性能或其它性能，这是因为在使用复合材料时首先所要达到的目的通常是获得仅通过使用一种组成材料不能获得的最终产品的综合性能。

在结合时，增强预制件和基体材料可以随后在同一操作中通过热定型或其它已知方法进行固化和稳定化，然后经历其它的操作来生产所希望的组件。需要强调指出的是在如此固化后，基体材料的固化物质通常非常牢固地粘结到增强材料(例如，增强预制件)。结果，最终组件上的应力，尤其是通过充当纤维之间粘合剂的基体材料，可以有效地转移到增强的增强预制件的组成材料上并且由其承载。

通常，材料供应商生产出简单的二维织造织物或单方向的纤维，并将其发送给客户，裁剪出各种图案并且层层铺设成最终部件。最简单的织造材料是基本上二维的平面结构，其中基本上仅在两个方向上具有纤维。这种织物通过交织两组相互垂直的纱线来形成。在二维织造中，0°的纱线称作经向纤维或纱线，90°的纱线称作纬向纤维或纱线。对于树脂传递模塑来说，一系列的织造织物可以组合形成干燥的铺设物，所述干燥的铺设物被置于模具中并注入树脂。这些织物可以使用“裁剪缝制”技术或热成形法来预成型并且使用树脂粘合剂“粘结”。

然而，二维织造结构具有局限性。预成型步骤在铺设中需要大量的手工劳动。二维织造结构在除了0°和90°方向之外的其它方向上没有足够的强度或没有足够的抗拉伸性能，尤其是在远离纤维轴向的角度上。减少这种可能的局限性的一种方法是在织物中增加斜交纤维，以中间角度、优选以与填充纤维的轴成±45°的角度将纤维穿插织入织物中。

简单的织造预制件还是单层的。这限制了材料的可能强度。一种可能的解决方案是增加纤维的尺寸。另一种解决方案是使用多层。使用多层的附加优点是某些层可以定向为使不同层的经纱轴和纬纱轴处在不同的方向，由此起到类似上述讨论的斜交纤维的作用。然而，如果这些层是与树脂一起层合的单层堆叠体，则出现分层问题。如果将各层缝合在一起，那么许多织造纤维可能在缝合工艺中被破坏并且可能损害总抗张强度。此外，对于多层的层合和缝合来说，通常需要手工铺设操作来把各层对准。作为替代方案，可以作为织造工艺的一部分来交织各层。形成多个织物交织层，尤其是具有一体化的斜交纤维的多个织物交织层，一直是一个难题。

复合材料用于生产结构组件的一个实例是生产支架和支柱。支架和支柱通常包括在结构的每一末端上具有突出部的中心柱。这些突出部可以具有阳型或阴型(U形夹)构造并且用于把支架或支柱连接到所要增强或支撑的结构上。如前所述，为了提高复合结构的强度，将多层用于支架和支柱中的突出部和柱部分。尽管由于可以将各层定向为在0°和90°方向上提供增强以及可以斜向定向以在其它方向例如在±45°方向上提供增强而使得使用多层是有利的，但是如果与树脂一起层合，则层间分层就会成为问题。

存在许多层合突出部的实例，其中一些使用了混杂材料(即，交替的碳和钛层)，但是还没有将层合的突出部与三维织造柱相结合。用于极高负载结构的层合复合材料突出部的耐久性在多个政府资助的项目中已经被证实。然而，据本申请人了解，其中没有一个项目考虑使用三维织造预制件。

因此，在支架和支柱中使用的具有层合突出部末端或部分以及整体式三维织造中心柱的三维预制件是所希望的。在预制件的中心部分使用三维结构的优点是它减少了对厚复合材料所需的所有层进行剪裁和整理所需要的劳动，并且与常规层合复合材料相比提供了更好的容损性。末端处的独立层的优点是可以调整层合体以具有特定的性能。具体而言，可以通过在一个或多个角度嵌入增强纤维而在厚度方向上增强一部分或者整个预制件。

因此，需要一种织造预制件，其具有整体织造的三维中心部分和包括独立织造层的增强的层合突出部末端。

发明内容

因此本发明的主要目的是提供一种用于复合结构的三维织造预制件，其具有交织的柱部分和在突出部末端处单独织造的织物的堆叠体。

本发明的另一目的是提供一种用于厚复合结构的织造预制件，该结构在一个或两个末端处具有准各向同性或多方向的增强以及在所有其它区域内具有近似单方向的增强。

本发明的另一目的是提供一种织造预制件，该预制件在一个或两个突出部末端处具有厚度增强，以提高容损性并且改善全厚度性能。

本发明的又一目的是提供一种可用于承载大的集中载荷的复合结构。

本发明提供这些和其它目的和优点。就此而言，本发明涉及用于增强复合结构的织造预制件以及制造这种预制件的方法。所述织造预制件包括具有织造在一起的多个层的中心部分。所述预制件包括具有多个独立织造层的第一末端部分，所述多个独立织造层与所述中心部分中的多个交织层整体织造并且沿着预制件的整个长度延伸。所述预制件还包括具有多个独立织造层的第二末端部分，所述多个独立织造层与所述中心部分中的多个交织层整体织造并且沿着预制件的整个长度延伸。在第一和第二末端部分中的多个独立织造层之间散布有斜交层(bias plies)。此外，具有单个突出部末端和柱部分末端的织造预制件可以根据所公开的任意实施方案来构造。

本发明的另一方面涉及一种三维织造预制件，其具有对第一和第二末端部分中的独立织造层和斜交层添加的全厚度增强。这样的厚度增强通过降低改变微观力学并导致过早破坏的局部化弯曲的量而使得预制件的抗压强度增加。此外，全厚度增强可以通过使与冲击损伤相关的脱层量局部化来改善复合部件的容损性，以及提高全厚度强度、刚度和剪切强度。

本发明的又一方面涉及使用本文中公开的织造预制件构造的三维增强复合结构。所述增强复合结构包括具有单方向增强的中心部分和准各向同性或多方向增强的第一和第二末端部分。作为替代方案，第一和第二部分可以具有厚度增强，其包括以一定的角度插入预制件的厚度方向中的增强纤维。所述增强复合结构还可以构造为在一个末端具有柱部分且在另一个末端具有突出部部分。

体现本发明的多个新颖性特征在本公开内容所附并形成本公开内容一部分的权利要求中具体指出。为了更好地理解本发明、它的操作优点和通过其应用所实现的特殊目的，参考附随的说明性内容，其中本发明的优选实施方案在附图中示出，并且其中相应的部分用相同的附图标记表示。

附图说明

结合附图将会更好地理解以下详细说明，这些详细说明通过实施例给出并且目的不是使本发明仅限于此，附图中相似的附图标记指相似的元件和部件，其中：

图1是具有包括突出部末端的柱部分的复合结构的平面图，该突出部末端具有阳型构造；

图2是具有包括突出部末端的柱部分的复合结构的平面图，该突出部末端具有阴型或U形夹构造；

图3是根据本发明一个实施方案构造的预制件的平面图；

图4A是根据本发明一个实施方案构造的具有突出部末端的预制件的平面图，该突出部末端具有对称构造；

图4B是根据本发明一个实施方案构造的具有突出部末端的预制件的平面图，该突出部末端具有对称构造；

图4C是根据本发明一个实施方案构造的具有突出部末端的预制件的平面图，该突出部末端具有不对称构造；

图4D是根据本发明一个实施方案构造的具有突出部末端的预制件的平面图，该突出部末端具有不对称构造；

图5A和5B是根据本发明的一个实施方案构造的具有阴型突出部末端的预制件的平面图；

图6A-6B为一种预制件的放大平面图，示出穿过预制件层的增强纤维。图6A示出突出部末端，其中根据本发明的一个方面，增强纤维垂直于层平面，图6B示出突出部末端，其中根据本发明的一个方面，增强纤维与层平面呈一定的角度；

图7是根据本发明一个方面的复合结构的三维视图，所述复合结构具有柱部分，其具有为阳型构造的突出部末端并且在突出部末端具有圆形通孔；

图8是根据本发明一个方面的复合结构的三维视图，所述复合结构具有柱部分，其具有为阴型或者U形夹构造的突出部末端并且在突出部末端具有圆形通孔；

图9是根据本发明一个方面的具有厚度增强的预制件的突出部末端的放大平面图，其中增强纤维均匀分布在整个突出部末端；和

图10是根据本发明一个方面的具有厚度增强的预制件的突出部末端的放大平面图，其中增强纤维集中在突出部末端中通孔的边缘周围。

具体实施方式

下文将参照附图更全面地描述本发明，其中示出本发明的优选实施方案。然而，本发明可以体现为多种不同的形式并且不应当理解为限于本文中示出的实施方案。相反，提供这些示出的实施方案使得本公开内容更全面和更完整，并且使得本领域的技术人员全面获知本发明的范围。

在以下的描述中，相同的附图标记在整个附图中指相同或相应的部件。此外，在以下描述中，应当理解术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”等是方便说明的用语，不应理解为限定性术语。

本发明是用于复合结构或梁的预制件概念，该结构或梁在一个或两个末端具有准各向同性的或多方向的增强以及在所有其它区域中具有近似单方向的增强。这种构造对于必须承载大的集中载荷的结构例如支架和支柱来说是适宜的。准各向同性或多方向增强的末端提供良好的支撑性能和更平衡的张力、压力和剪切强度，使得它们成为用于所述结构的突出部末端的良好选择。这些突出部末端具有阳型或阴型(U形夹)构造。单方向部分提供高的轴向刚度，这对于防止柱弯曲或断裂来说是有益的，并使得其成为用于支架或支柱的主柱的良好选择。图1中描述的是具有突出部末端4和三维主柱部分6的支架或支柱2。图1中的突出部末端4具有阳型构造。图2描述具有三维主柱部分10和突出部末端12的支架或支柱8，所述突出部末端12具有阴型或U形夹构造。

在预制件的中心部分中使用三维结构的优点是它减少了对厚复合材料所需的所有层进行裁剪和整理所需要的劳动，并且和常规的层合复合材料相比提供了更好的容损性。在结构末端处的独立层的优点在于可以调整层合体以使其具有特定的性能。如所公开的，突出部末端被认为是准各向同性或多方向增强的，但是它们实际上可以是任何层合体构造。

本发明的预制件包括三维织造部分，所述三维织造部分由一定数目的层和相似数目的独立斜交层构成。在三维织造件的中心或柱部分中，所有的层都被交织或整体织造在一起，形成整片的织造材料。在该部分中使用的纤维排布可以是用于厚预制件的任何常规方式，包括但不局限于层到层方式、全厚度方式、角联锁方式或正交方式。在该结构的末端，各层彼此独立织造以形成在0°和90°方向上增强的织物堆叠体，其中0°是沿该结构的长度方向。单独构造为在0°/90°方向之外的方向例如±45°方向上提供增强的斜交层散布在0°/90°织物层之间以形成常规的层合体。斜交层可以用经向和纬向纤维或纱线织造或者斜交层可以是非织造的、针织的或者是0°或90°方向的纤维阵列。在以下附图中，经向为沿0°方向或沿所述结构的长度的方向并且由箭头100示出。

具有包括中心或柱部分的预制件的所有层均使用提花织机和俘获梭(captured shuttle)利用经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线进行织造，然而任何常规的织造技术都可以用于织造所述层。所述纤维或纱线可以是合成或天然材料，例如但不限于：碳、尼龙、人造纤维、聚酯、玻璃纤维、棉、玻璃、陶瓷、芳族聚酰胺以及聚乙烯。然后用传统技术例如但不限于树脂传递模塑或化学气相渗透，通过引入基体材料例如但不限于环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其它材料，将完成的织造预制件加工成织造/层合的复合结构，所述基体材料也具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能。

根据本发明的一个实施方案，图3描述了具有厚中心部分16的结构14的一部分，所述厚中心部分16与位于中心部分16两侧的两个较薄的阳型突出部末端18形成一体。从图3中可以看出，厚中心部分16是整体式的三维织造柱，由交织或织造在一起的多个织造层50构成。为了形成较薄的阳型突出部末端18，所述厚中心柱16的经向纤维层从预制件向外织造，以提供从柱16到较薄突出部末端18的锥形过渡22。

一旦所希望数目的经向纤维层从预制件向外织造使得所述柱锥形缩减至所希望的突出部厚度，就在较薄突出部末端18处从预制件向外织造出另外的经向纤维层，从而为斜交织物层提供间隙或空间。在较薄突出部末端18处的剩余经向纤维与柱或中心部分16中的多个层50整体织造并且沿着所述结构的长度方向连续，其形成彼此独立织造的单独的层24。该层或织物的堆叠体在较薄突出部末端18处提供0°和90°方向上的增强。由于0°/90°层24没有相互交织，因此在其它方向例如±45°方向上提供增强的斜交层26可以散布在0°/90°层24之间的间隙中，形成织物堆叠体，当施加基体材料时，所述织物堆叠体形成在较薄突出部末端18处提供准各向同性或多方向增强的层合结构。此外，如图3所示，该结构具有连续的表面纤维28，这是厚柱16的最外层的经向纤维形成的。

如果需要，则可以根据所公开的实施方案构造仅具有一个较薄突出部末端18的结构，这不同于上述的具有中心部分16且在中心部分16的两侧具有两个较薄突出部末端18的结构。在这种情况下，该结构包括一个类似于整体式的三维织造中心部分16的末端和一个如上所述的较薄突出部末端18。以这种方式构造的结构更类似于图3中所述的结构。

本发明的另一个实施方案描述在图4A-4D中，其示出包括两个突出部末端32的结构30的一部分，这两个突出部末端32比结构30的整体式三维织造中心柱部分34更厚。如前述实施方案中所述的那样，中心柱部分34由交织或织造在一起的多个织造层35构成。然而在这种构造中，不需要将来自柱部分34的经向纤维36向外织出以形成较厚突出部末端32。相反，用于构造柱部分34的所有经向纤维36都用于构造较厚突出部末端32。然而，来自柱部分34的经向纤维36不在较厚突出部末端32处相互交织。这使得斜交层38散布在较厚突出部末端32中的经向纤维40之间，所述斜交层38是在0°/90°方向上提供增强的层。因此，较厚突出部末端32具有由0°/90°定向的层或织物和在0°/90°方向之外的方向上定向的单独构造的层(例如±45°定向的层或织物)构成的织物堆叠体，当施加基体材料时，所述织物堆叠体形成准各向同性或多方向增强的层合突出部。此外，从图4A-4D可以看出，根据该实施方案构造的结构具有从较厚层合突出部末端32到整体式柱部分34的锯齿形过渡42，由此改善了从一个部分向另一个部分的载荷转移。

从图4A-4D可以看出，斜交层38的长度和位置是因图而异的。图4A和4B描述了具有对称构造的突出部末端32。也就是说，突出部末端32中的斜交层38的长度和位置是关于中心线或纵轴A-A对称的。图4A描述的对称构造中，当从中心线A-A朝着突出部末端32的顶表面43和底表面45移动时，突出部末端32的上半部分39和下半部分41中相继的斜交层38的长度增加。图4B描述的对称构造中，当从中心线A-A朝着突出部末端32的顶表面43和底表面45移动时，突出部末端32的上半部分39和下半部分41中相继的斜交层38的长度减小。

图4C和4D描述了具有不对称构造的突出部末端32。也就是说，当从突出部末端32的底表面45向顶表面43移动时，突出部末端32中相继的斜交层38的长度仅仅增加或减小。图4C示出的不对称构造中，当从突出部末端32的底表面45向顶表面43移动时，突出部末端32中相继的斜交层38的长度增加。如4D所示，不对称的突出部末端32也可以构造为，当从突出部末端32的底表面45向顶表面43移动时，相继的斜交层38的长度减小。

如果需要，可以根据公开的实施方案构造仅具有一个较厚突出部末端32的结构，这不同于前述实施方案公开的具有中心部分34且在中心部分34的两侧上具有两个较厚突出部末端32的结构。在这种情况下，该结构包括一个类似于整体式的三维织造中心部分34的末端和一个如上所述的较厚突出部末端32。以这种方式构造的结构更类似于图4A-4D中所述的结构。

在本发明另一个实施方案中，图5A描述了具有包括两个阴型突出部或U形夹48的整体式三维织造中心柱部分46的结构44的一部分。如图5A中所示，阴型突出部末端48可以相对于中心柱部分46成角度，使得阴型突出部末端48和中心柱部分46不在一条直线上或不共线。在本发明的另一个实施方案中，整体式三维织造中心部分46平行于两个阴型突出部或U形夹48。和前述实施方案相似的是，中心柱部分46由交织或织造在一起的多个织造层50构成。为了形成阴型突出部或U形夹48，整体式的柱部分46织造为使其分叉52，以形成U形夹的两半。在U形夹的每半部分的第一部分或角度部分56中的0°/90°层54继续交织在一起。

为了在0°/90°增强层58之间为U形夹的平行或末端部分62中的斜交织物层60提供间隙，经向纤维从预制件的角度部分56向外织造。与中心柱部分46以及角度部分54中的多个织造层50整体织造的在突出部末端48处的剩余经向纤维形成互相独立织造的单独层并且在U形夹48处提供0°和90°方向上的增强。由于0°/90°层58没有互相交织，因此在0°/90°方向之外的方向如±45°方向上的增强由散布在0°/90°层58之间的斜交层60来提供，当在预制件中加入基体材料时，在U形夹处形成提供准各向异性或多方向增强的织物堆叠体。

图5B描述了具有包括两个阴型突出部或U形夹48的整体式三维织造中心柱部分46的结构44的替代实施方案。然而，与图5A中所示出的实施方案不同，为了形成阴型突出部或U形夹48，图5B中预制件的经向纤维55并没有从柱部分46向外织出。相反，用来构造柱部分46的所有的经向纤维55都用于构造突出部末端48。然而，来自柱部分46的经向纤维55在突出部末端48处没有相互交织。这使得斜交层60散布在突出部末端48处的经向纤维58之间，所述斜交层60是在0°/90°方向上提供增强的层。因此，较厚突出部末端48具有由0°/90°定向的层或织物和在0°/90°方向之外的方向上定向的单独构造的层(例如±45°定向的层或织物)构成的织物堆叠体，当施加基体材料时，所述织物堆叠体形成准各向异性或多方向增强的层合突出部。

如果需要，可以根据公开的实施方案构造仅具有一个阴型突出部末端48的结构，这不同于上述实施方案的具有中心部分46且在中心部分46的两侧上具有两个阴型突出部末端或U形夹48的结构。在这种情况下，该结构包括一个类似于整体式的三维织造中心部分46的末端和一个如上所述的阴型突出部末端或U形夹48。以这种方式构造的结构，将更类似于图5A或5B中所述的结构。

在所有公开的实施方案中，在将斜交层嵌入到突出部末端之后，织造预制件可以与玻璃材料层进行外层编织(overbraid)以改善预制件的耐磨性能。

在所有公开的实施方案中，突出部末端也可以具有全厚度增强以便将独立织造的0°/90°层和±45°斜交层锁定在一起。该增强由横穿突出部末端中的独立织造层和斜交层的增强纤维来提供。增强纤维可以垂直于突出部末端中的层平面或者可以与法线轴成一个或多个角度，例如成60°角。法线增强使得全厚度张力和压缩性能最大化，同时偏轴增强改善了全厚度剪切性能。图6A-B描述了具有全厚度增强的突出部末端70，其中增强纤维71横穿突出部末端的层72。图6A特别示出了与层72的平面垂直的增强纤维71，而图6B显示与层72的平面的法线成一定角度的增强纤维。一般而言，增强纤维可以均匀地分布在预制件的整个突出部末端。

提供全厚度增强的技术包括本领域已知的簇绒法(tufting)或针织法。簇绒/针织通过插入增强纤维将0°/90°和±45°层锁定在一起。这些纤维可以由诸如碳纤维的不同材料构成。例如，该纤维可以由6k碳丝束构成，即由6000根碳丝的纱线束构成。

可以使用针以与预制件层的法向平行/成角度地插入增强纤维来进行簇绒/针织的方法。例如，用来插入增强纤维的针可以是中空的陶瓷包覆的针，其中隔点是非去芯的且在针的中央。任选地，针可以偏离使隔点朝中央取向。也可以使用电镀加工(EDM)来处理针，例如改变针以具有EDM平端(ground heel)。

簇绒或针织过程可以另外包括其它组件来支撑预制件并且防止预制件材料被针拉出。例如，在簇绒/针织过程中可以邻近预制件放置与预制件具有相同轮廓的乳胶覆盖的泡沫聚苯乙烯垫。

在簇绒/针织过程中，插入速度、插入深度、针间距、针的数目、箝位要求以及经由蒸馏水的润滑量都可以根据预制件的厚度进行调节。

显然对于本领域技术人员来说，上文公开的结构可以具有除本文公开之外的许多形式。例如，所述结构可以具有包括阴型或U形夹突出部构造的厚的整体式三维织造柱。所述结构也可以具有厚的整体式三维织造柱，其中在一个末端具有阳型突出部，在另一个末端具有阴型突出部。此外，所述结构可以具有薄的整体式三维织造柱，其中在一个末端具有阴型突出部或者在一个末端具有阳型突出部，而在另一个末端具有阴型突出部。最后，所有的构造都可以具有：与主柱部分成一直线或共线的两个突出部；与主柱部分成角度的两个突出部；或者可以是一个突出部与主部分共线，另一个突出部与主柱成角度。尽管如上所述，突出部末端被认为是准各向同性或多方向增强的，但是突出部末端实际上可以是任何层合构造。因此，本发明的结构如支架或支柱可以设计为具有不同的构造，以基于结构的特定需要或所希望的用途来提供不同类型的增强或支撑。

另外，以上所公开的结构可以在突出部末端具有一个或多个孔。在其中突出部末端位于阴型或U形夹构造的实例中，孔可以在分叉组件之一或二者之中。在与主柱部分共线的方向上、在垂直于主柱部分的方向上或者在前二者之间的角度方向上，孔可以穿过突出部末端。此外，这些孔可以为任意形状，例如，圆形、椭圆形、多边形、方形、长方形等。图7描述了具有三维主柱部分76和突出部末端77的支架或支柱75，其中突出部末端77具有阳型构造以及穿过突出部末端的圆孔78。图8描述了具有三维主柱部分81和突出部末端82的支架或支柱80，其中突出部末端82具有阴型或U形夹阳型构造以及穿过突出部末端的圆孔83。可以在构造预制件的过程中或者构造预制件之后使用钻孔机等来形成孔。

在其中存在穿过突出部末端的孔的实施方案中，增强纤维可以均匀地分布，或者作为替代方案，可以集中在孔的周围。图9作为一个实例图示了具有三维主柱部分86和突出部末端87的支架或支柱85的一半，其中描述了独立层和斜交层。突出部末端87包括孔88，并且通过横穿独立层和斜交层的增强纤维89来增强。在这种情况下，增强层均匀地分布在整个突出部末端中。图10作为一个实例图示了具有三维主柱部分91和突出部末端92的支架或支柱90的一半，其中描述了独立层和斜交层。突出部末端92包括孔93，并且通过横穿独立层和斜交层的增强纤维94来增强。在图10中，增强纤维94集中在孔93的边缘周围。

尽管本发明的优选实施方案及其变化方案在本文中进行了详细描述，但是应当理解，本发明不限于这些特定的实施方案和变化方案，并且本领域技术人员可以进行其它变化和改变，而不会背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

以下内容对应于母案申请的原始权利要求书：

1.一种用于增强复合结构的织造预制件，其包括：

具有多个交织层的中心部分；

具有多个独立织造层的第一末端部分，其中所述多个独立织造层与所述中心部分中的所述多个交织层整体织造并且沿着所述预制件的整个长度延伸；和

具有多个独立织造层的第二末端部分，其中所述多个独立织造层与所述中心部分中的所述多个交织层整体织造并且沿着所述预制件的整个长度延伸；

其中在所述第一末端部分和所述第二末端部分中的所述多个独立织造层之间散布有斜交层，

并且其中所述第一末端部分和/或所述第二末端部分具有包括横穿所述独立织造层和所述斜交层的增强纤维的全厚度增强。

2.根据项1所述的织造预制件，其中所述中心部分包括沿着所述织造预制件的整个长度延伸的多个层以及沿着所述织造预制件的长度部分延伸的多个层。

3.根据项2所述的织造预制件，其中所述部分延伸的层由经向纤维或纱线形成，所述经向纤维或纱线从所述织造预制件向外织造并且提供从所述中心部分到所述第一末端部分和所述第二末端部分的过渡。

4.根据项2所述的织造预制件，其中在所述第一末端部分和所述第二末端部分中的所述独立织造层之间的用于所述斜交层的间隙是由从所述织造预制件向外织造的经向纤维或纱线产生的。

5.根据项1所述的织造预制件，其中所述第一末端部分和/或所述第二末端部分是具有阳型或阴型构造的突出部。

6.根据项1所述的织造预制件，其中所述第一末端部分和/或所述第二末端部分与所述中心部分共线或与所述中心部分成角度。

7.根据项3所述的织造预制件，其中在所述柱部分与所述第一末端部分和所述第二末端部分之间的所述过渡是平滑的锥形过渡或锯齿形过渡。

8.根据项1所述的织造预制件，其中所述中心部分在所述中心部分末端处分叉。

9.根据项8所述的织造预制件，其中所述分叉的末端形成阴型突出部或U形夹的两半部分。

10.根据项1所述的织造预制件，其中所述中心部分比所述第一末端部分和所述第二末端部分厚。

11.根据项1所述的织造预制件，其中所述中心部分比所述第一末端部分和所述第二末端部分薄。

12.根据项1所述的织造预制件，其中所述第一末端部分、所述第二末端部分和/或所述中心部分的所述层由经向和纬向纤维或纱线织造。

13.根据项1所述的织造预制件，其中所述中心部分具有选自层到层方式、全厚度方式、正交方式和角联锁方式的纤维结构。

14.根据项12所述的织造预制件，其中所述经向和纬向纤维或纱线选自包括碳、尼龙、人造纤维、聚酯、玻璃纤维、棉、玻璃、陶瓷、芳族聚酰胺和聚乙烯的合成或天然材料。

15.根据项1所述的织造预制件，其中所述织造预制件与玻璃层进行外层编织。

16.根据项1所述的织造预制件，其中所述增强纤维在所述层的法向上定向。

17.根据项1所述的织造预制件，其中所述增强纤维在与所述层的法向成一定角度的方向上定向。

18.根据项1所述的织造预制件，其中所述增强纤维是碳丝束。

19.根据项1所述的织造预制件，其中所述增强纤维被簇绒或针织进所述预制件的末端部分中。

20.根据项1所述的织造预制件，其中所述第一末端部分和/或所述第二末端部分包括横穿所述末端部分的孔。

21.根据项20所述的织造预制件，其中所述孔是圆形、椭圆形、正方形、长方形或多边形的。

22.根据项20所述的织造预制件，其中所述厚度增强均匀地分布在整个所述末端部分上。

23.根据项20所述的织造预制件，其中所述厚度增强集中在所述孔的边缘周围。

24.一种利用项1所述的织造预制件增强的三维复合结构。

25.一种用于增强复合结构的织造预制件，其包括：

具有多个交织层的柱部分；和

具有多个独立织造层的突出部末端部分，其中所述多个独立织造层与所述柱部分中的所述多个交织层整体织造并且沿着所述预制件的整个长度延伸；和

其中在所述突出部末端部分中的所述多个独立织造层之间散布有斜交层；

并且其中所述第一和/或第二末端部分具有包括横穿所述独立织造层和所述斜交层的增强纤维的全厚度增强。

26.一种制造用于增强复合结构的织造预制件的方法，包括以下步骤：

将多个层织造在一起以形成整体式中心部分；

织造多个独立层以形成第一末端部分，其中所述多个独立层与所述中心部分中的所述多个层整体织造；

织造多个独立层以形成第二末端部分，其中所述多个独立层与所述中心部分中的所述多个层整体织造；

在所述第一末端部分和所述第二末端部分中的所述多个独立织造层之间散布斜交层；以及

在所述第一末端部分和/或所述第二末端部分中使用增强纤维来簇绒或针织所述独立层和所述斜交层。

27.根据项26所述的方法，还包括从所述织造预制件向外织造经向纤维或纱线以提供从所述中心部分到所述第一末端部分和所述第二末端部分的过渡的步骤。

28.根据项26所述的方法，还包括从所述织造预制件向外织造经向纤维或纱线以在所述第一末端部分和所述第二末端部分中形成独立织造层以由此在所述独立织造层之间为所述斜交层提供间隙的步骤。

29.根据项26所述的方法，其中所述第一末端部分是具有阳型或阴型构造的突出部。

30.根据项26所述的方法，其中所述第二末端部分是具有阳型或阴型构造的突出部。

31.根据项26所述的方法，其中所述第一末端部分与所述中心部分共线或与所述中心部分成角度。

32.根据项26所述的方法，其中所述第二末端部分与所述中心部分共线或与所述中心部分成角度。

33.根据项27所述的方法，其中所述柱部分与所述第一末端部分和所述第二末端部分之间的所述过渡是平滑的锥形过渡或锯齿形过渡。

34.根据项26所述的方法，其中所述中心部分被织造成在所述中心部分的末端具有分叉。

35.根据项34所述的方法，其中所述分叉的末端形成阴型突出部或U形夹的两半部分。

36.根据项26所述的方法，其中所述中心部分比所述第一末端部分和所述第二末端部分厚。

37、根据项26所述的方法，其中所述中心部分比所述第一末端部分和所述第二末端部分薄。

38.根据项26所述的方法，其中所述中心部分、所述第一末端部分和所述第二末端部分是由经向和纬向纤维或纱线织造的。

39.根据项26所述的方法，其中所述中心部分以选自但不限于层到层方式、全厚度方式、正交方式和角联锁方式的纤维结构进行织造。

40.根据项26所述的方法，其中所述经向和纬向纤维或纱线选自包括碳、尼龙、人造纤维、聚酯、玻璃纤维、棉、玻璃、陶瓷、芳族聚酰胺和聚乙烯的合成或天然材料。

41.根据项26所述的方法，其中所述织造预制件与玻璃层进行外层编织。

42.根据项26所述的方法，还包括产生一个或更多个横穿所述第一末端部分和/或所述第二末端部分的孔。

Claims (11)

1.一种用作复合结构中的增强物的织造预制件，其包括：

三维中心部分，其具有在三维与多根纬向纤维交织的多根经向纤维；

第一末端部分；和

第二末端部分；

其中所述织造预制件包括在所述织造预制件的外表面的一根或更多根沿着所述织造预制件的整个长度在外表面连续延伸的经向纤维；以及

其中所述织造预制件包括一根或更多根沿着所述织造预制件的整个长度延伸的经向纤维和多根从所述织造预制件向外织造并提供从所述三维中心部分到所述第一末端部分和所述第二末端部分中的至少一者的过渡的经向纤维，

并且其中所述第一末端部分和/或所述第二末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述第一末端部分和/或所述第二末端部分的增强纤维。

2.一种制造用作复合结构中的增强物的织造预制件的方法，包括以下步骤：

将多根经向纤维与多根纬向纤维织造在一起以形成三维中心部分；

将多根所述经向纤维与多根纬向纤维织造在一起以形成三维第一末端部分；

将多根所述经向纤维与多根纬向纤维织造在一起以形成三维第二末端部分；

其中所述织造预制件的所述三维中心部分包括在所述织造预制件的外表面的一根或更多根被织造成沿着所述织造预制件的整个长度在外表面连续延伸的经向纤维；以及

其中所述织造预制件包括一根或更多根沿着所述织造预制件的整个长度延伸的经向纤维和多根从所述织造预制件向外织造并提供从所述三维中心部分到所述三维第一末端部分和所述三维第二末端部分中的至少一者的过渡的经向纤维，

并且其中所述三维第一末端部分和/或所述三维第二末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述三维第一末端部分和/或所述三维第二末端部分的增强纤维。

3.一种用作复合结构中的增强物的织造预制件，其包括：

三维中心部分，其具有与多根纬向纤维交织的多根经向纤维；

第一末端部分；和

第二末端部分；并且

其中所述织造预制件包括在所述织造预制件的外表面的一根或更多根沿着所述织造预制件的整个长度在外表面连续延伸的经向纤维；以及

其中在所述织造预制件的所述三维中心部分的末端的分叉处，相邻层中的两根或更多根经向纤维在所述三维中心部分全厚度地交换位置，

并且其中所述第一末端部分和/或所述第二末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述第一末端部分和/或所述第二末端部分的增强纤维。

4.一种制造用作复合结构中的增强物的织造预制件的方法，包括以下步骤：

将多根经向纤维与多根纬向纤维织造在一起以形成所述织造预制件的三维中心部分，使得所述织造预制件的外表面上的一根或更多根经向纤维沿着所述织造预制件的整个长度延伸和在所述织造预制件的三维中心部分的外表面连续延伸；

其中在所述三维中心部分的末端的分叉处，将所述三维中心部分的相邻层中的两根或更多根经向纤维织造成在所述三维中心部分全厚度地交换位置直到所述织造预制件的末端部分中，

并且其中所述织造预制件的所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述织造预制件的所述末端部分的增强纤维。

5.一种用作复合结构中的增强物的织造预制件，其包括：

包括多个层的至少一个末端部分；和

三维织造中心部分，所述三维织造中心部分包括与多根纬向纤维交织的多根经向纤维，并包括：

沿着纬向延伸的第一纱线；

沿着经向延伸的第二纱线，其中所述第一纱线和所述第二纱线在所述三维织造中心部分形成交织层；

其中所述三维织造中心部分的第一区域中的第二纱线的数目比所述三维织造中心部分的第二区域中的第二纱线的数目多，使得所述第二区域形成从所述第一区域到所述至少一个末端部分的锥形过渡，

并且其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述末端部分的多个层的增强纤维。

6.一种形成用作复合结构中的增强物的织造预制件的方法，所述织造预制件包括三维织造中心部分和至少一个末端部分，所述方法包括以下步骤：

在所述织造预制件的第一区域织造第一纱线和第二纱线以形成三维织造中心部分，

在所述织造预制件的第二区域中将选定的第二纱线向外织造以降低第二区域中的所述三维织造中心部分的厚度，

并且其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括增强纤维。

7.一种用作复合结构中的增强物的织造预制件，其包括：

包括多个层的至少一个末端部分；

三维织造中心部分，和

与多根纬纱交织的多根经纱，其中一根或更多根经纱沿着所述织造预制件的整个长度延伸，而一根或更多根经纱延伸达不到所述织造预制件的整个长度，

并且其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述末端部分的多个层的增强纤维。

8.一种用于增强复合结构的织造预制件，其包括：

包括多个层的至少一个末端部分；和

三维织造中心部分，其具有与多根纬向纤维交织的多根经向纤维，以及

其中所述织造预制件的所述三维织造中心部分包括在所述织造预制件的外表面的一根或更多根被织造成沿着所述织造预制件的整个长度在外表面连续延伸的经向纤维；以及

其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述末端部分的多个层的增强纤维。

9.一种制造用于增强复合结构的织造预制件的方法，所述织造预制件包括三维织造中心部分和至少一个末端部分，所述方法包括以下步骤：

将多根经向纤维与多根纬向纤维织造在一起以形成三维中心部分，其中将所述织造预制件的一根或更多根经向纤维织造成沿着所述织造预制件的整个长度在外表面连续延伸直到末端部分中，

并且其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括增强纤维。

10.一种用于增强复合结构的织造预制件，其包括：

包括多个层的至少一个末端部分；和

三维中心部分，其具有与多根纬向纤维交织的多根经向纤维，其中两根或更多根经向纤维在所述三维中心部分的末端的分叉处相互交叉，

并且其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述末端部分的增强纤维。

11.一种制造用于增强复合结构的织造预制件的方法，包括以下步骤：

将多根经向纤维与多根纬向纤维织造在一起以形成三维中心部分，其中将两根或更多根经向纤维织造成在所述三维中心部分的末端的分叉处相互交叉直到末端部分中，

并且其中所述末端部分具有全厚度增强，所述全厚度增强包括穿过所述末端部分的增强纤维。