CN104723569B - 织造方法以及用于执行该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种织造方法以及用于执行该方法的装置，该织造浸渍有树脂的纤维以制造三维中空纤维结构的方法，其中浸渍有树脂的纤维在模具内被纺制，以就位于模具的内表面上；其中用于纺纤的纺制单元沿着模具内的移动轴移动并围绕移动轴旋转；其中纤维在离心力作用下沿圆周方向被纺制；以及其中三维纤维结构沿着模具的内部形状织造。

Description

织造方法以及用于执行该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种在没有心轴的情况下，纺制连续纤维以制造中空圆筒件的方法，以及利用该方法制造中空圆筒件的装置。
背景技术
长丝卷绕方法已得到积极开发，作为纤维的织造技术。通常，长丝卷绕是通过将利用浸渍有树脂的连续纤维围绕具有预设形状的心轴进行卷绕，随后通过硬化工艺形成合成物的方法。由于该方法可能要求利用具有预设形状的心轴，因此可能增加制造成本，并降低生产率，并且增加最终产品的重量。
在图1中，示出在相关现有技术中的常规长丝卷绕装置。
在该背景部分中公开的以上信息仅为增强对该发明背景的理解，因此其可能含有在该国家中本领域技术人员已知的未构成现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于解决在常规长丝卷绕中存在的上述问题。相应地，本发明提供一种利用离心力的新的织造方法，以及执行该方法的装置。
本发明的一方面，提供一种织造浸渍有树脂的纤维以制造三维中空纤维结构的方法。
在示例性实施例中，浸渍有树脂的纤维可在模具内被纺制，并且布置在模具的内表面上；用于纺纤的纺制单元可以沿着模具内的移动轴移动并围绕移动轴旋转，纤维可以在离心力作用下沿圆周方向被纺制。相应地，三维纤维结构可以根据模具的内部形状织造。适宜地，模具可以大致中空。特别地，该织造方法可利用离心力。
在本发明的另一方面，提供一种用于制造大致中空纤维结构的装置。特别地，该装置可不包括心轴。因此，可降低制造成本，并且可提高具有形状的无衬产品的生产率。此外，最终产品可在没有心轴的情况下实施，从而减小产品的重量。
在本发明的其他方面，公开一种通过上述方法制造的产品。在示例性实施例中，可通过上述织造浸渍有树脂的纤维纺的方法来制造高压罐。
附图说明
下面参考附图所说明的本发明的特定示例性实施例详细描述本发明的以上特征和其他特征，其中在下文中给出的示例性实施例仅出于说明的目的，因此并非限制本发明，其中：
图1是示出示例性的常规长丝卷绕装置及其示例性工艺的示意图；
图2是示出根据本发明示例性实施例利用离心力的连续织造的示例性方法的示意图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的利用浸渍有树脂的连续纤维制造中空纤维结构的示例性装置。
应该清楚，附图未必是按比例的，其展示说明本发明的基本原理的各种示例性特征的略微简化的表示。如在此所公开的，包括例如特定尺寸、取向、位置和形状的本发明的特定特征将由预期用途和使用环境来部分地确定。
在图中，贯穿附图的所有视图，附图标记指代本发明的同一部分或等效部分。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。出于解释该发明的原理及其实际应用的目的，将提供本发明的具体实施方式，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种示例性实施例，并且理解适于特定预期用途的本发明的各种修改。具体实施方式并非旨在穷举或将该发明限制为所公开的精确的实施例。修改和等效布置对本领域中的技术从业者会是显而易见的，并且其均包含在所附权利要求的精神和保护范围内。
一方面，本发明提供一种织造浸渍有树脂的纤维以制造三维的、大致中空的纤维结构的方法。
在示例性实施例中，浸渍有树脂的纤维可在模具内被纺制，并且布置在模具的内表面上；用于纺纤的纺制单元(spinning unit)可沿着模具内的移动轴移动并围绕移动轴旋转；纤维在离心力作用下沿圆周方向被纺制。因此，三维纤维结构可以沿着模具的内部形状织造。特别地，该方法可以在不包含心轴的情况下执行。
在周向纺制过程中，可以对角速度加速，直到所纺制的纤维到达模具的内壁为止。纺制单元纺纤的喷嘴可以是倾斜的。
可以通过在纺制单元纺纤时喷嘴的倾斜角度、纺制单元的速率、以及模具的内部形状，来确定中空纤维结构的形状和密度。此外，可以在前后往复移动纺制单元时，调整中空纤维结构的织造厚度。
在一个示例性实施例中，该方法还可包括将所织造的纤维结构按压到模具中，在所织造的纤维结构从模具中分离之后将其热固化、紫外光固化或脱水。
在另一方面，如图3所示，本发明提供一种利用浸渍有树脂的织造纤维制造中空纤维结构的装置。
在一个示例性实施例中，该装置可包括：用于纺纤的喷嘴；连接到喷嘴的纺制单元，其中纺制单元具有中空的中心部；以及用于制造中空件的上模和下模。
在图3中，在由喷嘴B进行纺制的步骤之前，纤维A可用于编结(braid)或长丝卷绕，并且浸渍有树脂。喷嘴B可以用第一水平或第二水平的自由度与纺制单元C联接，并朝向在纺制单元末端的第一轴和第二轴倾斜。与喷嘴B连接的纺制单元C可前后移动，围绕中心轴旋转，并且允许纤维通过中空中央部朝向喷嘴B移动。上模D和下模E可用于制造中空部件。相应地，从喷嘴B纺出的纤维可沿着上模D和下模E的内表面的内部形状卷绕或织造。
在图3中，“x”表示稳固早先纺纤轨迹的区域。该纤维可从区域“y”中被纺制成所设计的成形件。
通过纺制单元C的旋转纺成的纤维的角速度可被加速，直到纺纤到达模具的内壁为止。
通过在纺制单元C纺纤时喷嘴B的倾斜角度、纺制单元的速率、以及模具的内部形状，可确定中空纤维结构的形状和密度。另外，当纺制单元C前后往复移动时，可调整中空纤维结构的织造厚度。
特别地，该装置可以不包括心轴。如图1所示，在相关现有领域中，利用连续的纤维增强聚合复合材料，常规的长丝卷绕已广泛用于制造高强度的结构。然而，由于预期的形状利用心轴制造，并且连续纤维围绕着心轴卷绕，因此可能增加制造成本，降低生产率，并增加产品的重量。因此，本发明利用没有心轴的纤维纺制，在离心力的作用下制造连续纤维增强的聚合物复合(polymer composite)结构，从而具有优于常规方法的优势。
更特别地，在浸渍有树脂的纤维的纺制期间，纺制单元可旋转以产生纤维的离心力，使得浸渍有树脂的连续纤维可被纺制，并且布置在如图2所示的模具的内表面或内壁上。因此，可以在没有心轴的情况下，利用连续纤维制造例如中空圆筒件等高强度结构。此外，根据本发明的各个示例性实施例的方法，可被应用到通过长丝卷绕制造的各种形状的纤维中。
制造产品所需的纤维可通过纺制单元C和喷嘴B顺序地转移，并且可从喷嘴B的末端纺入到可用空间中。
典型地，纺制的纤维做抛物线运动，并且在重力作用下落下。然而，根据本发明的示例性实施例，当纺制单元C围绕中心轴旋转时，纺成的纤维可以围绕与纺制单元C相同的中心轴旋转。旋转的轨迹可通过纺制纤维的长度、纺制单元C每分钟的旋转速度、以及喷嘴B的倾斜角度来确定。因此，当快于纺制纤维的角速度到达模具的内壁时，从喷嘴B纺制的纤维可以接触模具的内壁。
当纺制单元C前后移动时，可以调整纤维接触的模具的内壁的位置。此外，喷嘴B和纺制单元C的移动可被整体控制，使得模具的内壁可充满从喷嘴B纺成的纤维。基本上，纤维的轨迹可通过喷嘴B与纺制单元C的运动和模具的形状信息来确定。相应地，纤维的纺制速度和用于B和C的运动的功能，可基于模具的期望形状信息来获得。
例如，在利用根据本发明示例性实施例的装置制造高压罐的过程中，可以基于在起始时模具的高压罐形状信息，对用于喷嘴B和纺制单元C的运动功能自动设定织造和卷绕的程序。然后，该装置可以基于该程序来制造高压罐。
而且，通过前后往复移动纺制单元C，可以调整织造或卷绕的壁的厚度。
此外，在织造和卷绕之后，可以通过关闭模具并且将空气的内压力施加到模具上来进行硬化，或者在模具的分离之后使织造的或卷绕的产品硬化，从而使最终的产品得以制造。
上面已经参考优选实施例对本发明进行详细描述。然而，本领域技术人员应该清楚，在不脱离由所附权利要求及其等效限定的该发明的原理和精神的情况下，还可以对这些实施例进行修改和变换。

Claims (13)

1.一种织造浸渍有树脂的纤维以制造三维中空纤维结构的方法，
其中所述浸渍有树脂的纤维在模具内被纺制，以就位于所述模具的内表面上，
其中用于纺纤的纺制单元沿着所述模具内的移动轴移动并围绕所述移动轴旋转，
其中所述纤维在离心力作用下沿圆周方向被纺制，以及
其中所述三维纤维结构沿着所述模具的内部形状织造，
其中利用第一水平或第二水平的自由度，将喷嘴与所述纺制单元连接，并且所述喷嘴朝向在所述纺制单元一端的第一轴或第二轴倾斜。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法在没有心轴的情况下执行。
3.如权利要求1所述的方法，其中对所述纺制单元的角速度加速，直到所纺制的纤维到达所述模具的内壁为止。
4.如权利要求1所述的方法，其中通过在所述纺制单元纺纤时所述喷嘴的倾斜角度和所述纺制单元的速率，来确定所述中空纤维结构的形状和密度。
5.如权利要求1所述的方法，其中通过前后往复移动所述纺制单元，来调整所述中空纤维结构的织造厚度。
6.如权利要求1所述的方法，还包括将所织造的纤维结构按压到所述模具中，在所织造的纤维结构从所述模具中分离之后将其热固化、紫外光固化或脱水。
7.一种利用浸渍有树脂的织造纤维制造中空纤维结构的装置，包括：
用于纺纤的喷嘴；
连接到所述喷嘴的纺制单元，其中所述纺制单元具有中空的中心部，前后移动，围绕中心轴旋转，并且允许所述纤维通过所述中空的中心部朝向所述喷嘴移动；以及
用于制造中空件的上模和下模，其中从所述喷嘴纺制的所述纤维沿着所述上模和所述下模的内表面的内部形状卷绕或织造，
其中在通过所述喷嘴纺制之前，利用树脂浸渍所述纤维，以及
其中利用第一水平或第二水平的自由度，将所述喷嘴与所述纺制单元连接，并且所述喷嘴朝向在所述纺制单元一端的第一轴或第二轴倾斜。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述装置包括稳定早先纺纤轨迹的第一区域，以及将所述纤维纺制成所设计的成形件的第二区域。
9.如权利要求7所述的装置，其中对通过所述纺制单元的旋转纺制的纤维的角速度进行加速，直到所述纤维到达所述模具的内壁为止。
10.如权利要求7所述的装置，其中通过在所述纺制单元纺纤时所述喷嘴的倾斜角度、所述纺制单元的速率、以及所述模具的内部形状，来确定所述中空纤维结构的形状和密度。
11.如权利要求7所述的装置，其中当所述纺制单元前后往复移动时，调整所述中空纤维结构的织造厚度。
12.如权利要求7所述的装置，其中所述装置不包含心轴。
13.一种利用如权利要求1所述的织造浸渍有树脂的纤维的方法制造的高压罐。
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