CN109843529B - 用于复合部件的纤维结构和3d预制件 - Google Patents

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Abstract

3D纤维结构预制件，包括至少3层(1、2)的纬纱线和/或经纱线，该结构是通过在多个经纱线层和多个纬纱线层之间进行多层编织而编织成一个部件。其包括通过聚合物粘结的经纱线与纬纱线的交叉点的预先确定的分布。该聚合物的重量占小于或等于约10％。该预制件包括至少一个热成形部分，其中经纱线与纬纱线通过聚合物粘结到其交点，在交点处经纱线和/或纬纱线中的至少一者携带聚合物。

Description

用于复合部件的纤维结构和3D预制件
【技术领域】
本发明涉及一种纤维结构和从这个纤维结构获得的3D(3维)预制件，并且用于形成复合部件的基底，具体而言用于例如航空、航天和汽车等高新技术工业。本发明还涉及一种制造方法。
【背景技术】
具有织物或者纤维增强材的复合材料包括至少两个成分：基质和增强材。囊封并且加固增强材的基质使得可能经由其界面传输机械应力。基质还可以用于保护纤维材料免受与应用环境(化学、热、UV等)相关的侵害。所述基质可以是有机的或者可以不是有机的。有机基质分成两个族系：热固性(TS)和热塑性(TP)。
第二成分是增强材，其必须通过吸收由基质传输的应力而提供最终材料的机械性质。在复合增强应用中最常用的材料是玻璃、芳纶和碳。存在用于复合体的增强材的数个族系的纤维材料：也就是，预浸渍产品，其携载获得复合部件所需量的树脂；共混物，其组合增强纤维与树脂纤维；和在此所关注的产品。
因此，复合材料的产生必须涉及增强材与基质的组合和塑形。在用于复合体的产生方法当中，液体复合成型(LCM)树脂传递成型方法提供大规模生产的极佳潜质。闭模注射树脂浸润和开模灌注是构成LCM方法的范围的两个主要族系。在“闭模”生产方法中，将纤维增强材放置于在整个复合产生方法过程中都保持闭合的模具中。这是RTM方法及其衍生物。“开模”是针对半模或者冲模技术而言：也就是，接触成型、纤维缠绕、预浸渍涂覆或者拉挤成型。
在第一族系中，发现有树脂传递成型(RTM)、轻型树脂传递成型(RTM-轻型)、真空辅助树脂传递成型(VARTM)和压缩树脂传递成型(CRTM)。RTM和其衍生法使用重力、活塞位移或者由泵产生的压差以经由注射端口将树脂“推动”到模腔中。我们说的是树脂浸润。干燥增强材可以首先通过喷涂少量树脂在预成形步骤期间塑形，其中增强材接着被放置于闭模中，液体树脂通过施加压力梯度在一个或多个点处注射到所述闭模中。接着，树脂(热塑性或者热固性)随着温度升高而在模具中交联或者固化以形成基质。
在方法的第二族系中，将模具的模腔排空，并且在大气压力的影响下将树脂灌注到所述部件中(真空辅助树脂灌注-VARI)。灌注还可以通过FAST远程致动流道(FASTRAC)网络，经由使用液体树脂灌注(LRI)介质(在航海领域中通常称为SCRIMP(泽曼复合树脂灌注成型方法))和通过灌注以夹在增强材的各层之间的薄膜形式安置的树脂(树脂薄膜灌注-RFI)来辅助。我们说的是树脂灌注。
与待生产部件的尺寸相比，织造织物结构具有厚度小的问题。因此，必须将层堆叠在一起。开发出了互锁结构以将这些层链接在一起。接着，直接开发出具有最终部件的厚度的织物结构，其中所述结构是通过在多个经纱线层和多个纬纱线层之间进行多层编织而编织成一个部件。
EP 424 216描述了从先前与热塑性树脂相关联的纱线产生三维材料。通过在以纤维形式存在的增强树脂纤维纱线中进行均匀混合或者通过用树脂外皮涂覆增强纱线而使纱线与树脂相关联。3D织物由60％的玻璃和40％的PEEK复合纱线制成，其中所述织物包括固结所述部件所需的所有树脂。因此，此文献涉及预浸渍产品，而不涉及使用根据本发明的干燥增强材。
另一方面，WO 2006/136755、WO 2013/088035和FR 2902503描述通过从经纱线和纬纱线进行三维编织来产生复合材料部件，随后通过将基质树脂传递、注射或者浸润到纤维结构中来致密化复合材料部件。FR 2 939 153描述通过三维编织产生具有变化厚度的纤维结构。
因此，已知可以用于形成预制件的多种三维(3D)纤维结构，接着将通过RTM注射或者灌注来固结预制件以产生经固结复合部件。然而，经固结复合部件通常具有非扁平的形状并且甚至可以具有复杂形状，其中部件是弯曲的或者在不同平面中和/或具有不同厚度的区域。有时，也需要在将其放置于模具中之前部署3D纤维结构。纤维结构也有可能沉淀在自身上。这导致预制件的部署形式难以实施或者变形。被施加以渗透树脂的压力可以导致纱线层之间的滑移或者结构变形，这将不良地影响最终部件的机械性能。
主要困难是克服这些缺陷的任何解决方案都不应干扰在模具中进行致密化期间将树脂引入到预制件的包芯中以形成经固结复合部件，或者不应导致增强材的部分或者层发生不受控的移动。
像处置尤其是大厚度或者3D形式的预制件或者在模具中并且在注射期间维持结构定位在上游这种问题是极为现实的。尚未证明提议的解决方案充分有效率，灵活或者适用，而不管预制件的材料如何。DE 2014 2014 213320描述如何可以通过粘结剂来粘结预制件，粘结剂是以粉状形式喷涂到预制件上，但是这个解决方案仅为平面面提供初始解决方案，而例如未考虑垂直面。因此，在所述文档中已提议对由碳纤维(本质上是导电的)形成的整个预制件执行静电涂粉。然而，这种方法并不适用于非导电纤维，例如，玻璃。另外，其缺乏灵活性和适应性，因为整个结构将有可能经受静电涂粉，这未考虑界定不需要或者不接收粘结剂的区域。另外，如果所有导电纤维很容易经受电位差，那么这并不意味着粘结剂粉末将能够以充足量到达深纱线层，也不意味着粘结剂的计量分布可能遍及所述结构或者在所选择部分中。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种良好性能的三维(3D)纤维预制件，特定来说，其是稳定的，易于替换和操纵的，并且提供适合于均匀渗透到聚合物的包芯的渗透性，所述聚合物既定通过在聚合物的渗透的影响下限制或者消除纱线或者纤维的移动而用预制件形成复合部件。
本发明的目标也在于实现一种多层纤维结构，其是平面的并且可以扩展以形成复杂3D预制件。
本发明的目标也在于提供一种产生此预制件以解决先前方法的问题(例如，静电涂粉)的方法。特定来说，所提议方法不管组成预制件的纱线的性质如何必须是适用的，和/或允许界定接收粘结剂的纱线区域或者层和不接收粘结剂的纱线区域或者层。所述方法也必须能够根据结构的层或者区域控制粘结剂的分布或者剂量。这种方法的目标也在于允许优化预制件的部署并且固定其部署配置，以便赋予因此获得的预制件针对上述目标规定的性质。
因此，本发明的目的是一种具有3D纤维结构的预制件，所述3D纤维结构包括至少3层的纬纱线和/或至少3层的经纱线，其中所述结构是通过在多个经纱线层和多个纬纱线层之间进行多层编织而编织成单个部件。经纱线和/或纬纱线的整体或者预先确定的一小部分在表面上携带热敏聚合物。这种聚合物的重量为小于或者等于所述预制件的总重量的约10％、优选地约1％到约7％的总重量、更优选地约1％到约5％的总重量。携带聚合物的纱线的分布并且因此通过聚合物粘结的交叉点的分布是预先确定的而不是随机的。
因此，可能将预制件界定为包括通过聚合物粘结的经纱线与纬纱线的交叉点的预先确定的分布。特定来说，由于用聚合物均匀涂覆纱线，因此存在粘结点的分布，所述粘结点分布在所有经纱线和/或纬纱线均涂覆有聚合物时可以是100％或者接近100％，或者可以低于100％，但是要相对于携带聚合物的纱线的预先确定的分布完美地界定。另一选择为，可以提供小于100％的分布，例如95％、90％或者80％。对于一些应用，甚至可以考虑低于40％的分布。
因此，预制件也可以界定为包括其编织已使用其表面上携带热敏性聚合物的经纱线和/或纬纱线(用这种聚合物涂覆的纱线)进行的织物结构，其中到预制件的转变是通过在高于聚合物的软化点的温度下热成形然后接着冷却实现的，其中经纱线和纬纱线是通过聚合物在其交点处粘结的，在交点处经纱线和/或纬纱线中的至少一者携带聚合物。
因此，预制件包括其中经纱线和纬纱线通过聚合物链接到其交点的至少一个部分，其中经纱线和/或纬纱线中的至少一者携带聚合物。聚合物处于固化状态。交叉点处的连接是通过经由适当加热来软化接着固化聚合物而获得的。在一个实施例中，预制件包括其中经纱线和纬纱线通过聚合物在其交点处粘结的至少一个部分和其中经纱线和纬纱线通过聚合物在其交点处链接的至少一个部分。
存在于纱线上的聚合物，如果其是热固性的，那么是固定的，或者如果其是热塑性的，那么是固化的。聚合物可以低于其玻璃转变温度。无论是热固性的还是热塑性的，聚合物具有可以对应于其Tg的软化温度。超过这个温度将导致不可逆的软化，从而一方面允许经涂覆纱线(接触中的经纱线和纬纱线中的至少一者)在其交叉点处粘结，并且另一方面，允许(如将看到的)以其“预制件”的形式部署结构。冷却到这个温度以下将使预制件凝固，从而准备好用树脂浸渍并且容易操纵。
预制件可以是扁平的、弯曲的、呈在其之间形成一角度的至少两个部分的形式，或者其可以具有变化厚度的部分，如FR 2 939 153中所描述。
预制件也可以具有从部署纤维多层纤维结构产生的形式，所述纤维结构是通过编织产生的，其中这个结构按照定义是扁平的，并且具有从这个编织产生的厚度。因此，这个预制件可以包括中空或者管状部件和/或具有至少两个平面，例如2个、3个、4个、5个等，从而在其之间形成任何角度，例如，1个、2个、3个、4个、5个等次要部分或者分支所连接的主要结构(在原始纤维结构的平面中)。如以下所描述，在纤维结构中的原点处，优选地次要部件的平面对准并且在与主要结构的平面相同的方向上，其中次要部分被如此部署使得其平面改变其定向并且相对于主要结构倾斜。
本发明的目的也是这种织造平面多层纤维结构。
在一个实施例中，纤维结构包括至少3层的纬纱线和/或经纱线。所述结构通过在经纱层与纬纱层之间进行多层编织使得完整地编织纤维结构(即，不存在不通过互补纱线粘结的两个经纱线层或者两个相邻纬纱层)而编织为一个部件。所述纤维结构包括在其表面上携带热敏性聚合物的经纱线和/或纬纱线。所有或者仅一小部分经纱线和/或纬纱线在其表面上携带热敏性聚合物。这种聚合物的重量为小于或者等于预制件的总重量的约10％、优选地约1％到约7％的总重量、更优选地约1％到约5％的总重量。在热敏性聚合物尚未活化的意义上，纱线之间的交点是“自由”的。携带聚合物的纱线的分布并且因此通过聚合物连接的交叉点的分布是预先确定的而不是随机的。
因此，可能将织物结构界定为包括涂覆有聚合物的经纱线与纬纱线的交叉点的预先确定的分布。特定来说，在纱线均匀地涂覆有聚合物的情况下，当所有经纱线和/或纬纱线涂覆有聚合物时存在100％或者接近100％的“具有聚合物的”交叉点的分布，或者分布可以小于100％，但相对于聚合物涂覆纱线的预先确定的分布是完美界定的。
此形式可以用于产生扁平、弯曲或者具有彼此成一角度的至少两个平面的预制件。
在另一实施例中，纤维结构能够以称为“复杂”的非平面“预制件”的形式部署，其中其接着通过热成形以这个非平面形式凝固。这种纤维结构包括至少3层的纬纱线和/或经纱线。所述结构是通过在多个经纱线层和多个纬纱线层之间进行多层编织而编织成一个部件。编织是使用表面上携带热敏聚合物的多个经纱线和/或纬纱线而执行的。这种聚合物的重量为小于或者等于纤维结构的总重量的10％、优选地从约1％到约7％的总重量、更优选地从约1％到约5％的总重量。在这个实施例中，所述纤维结构包括在两个经纱线层之间或者在两个纬纱线层之间的平面中的至少一个脱粘。脱粘意指两个连续经纱线或者纬纱线层在某一表面上不再粘结在一起，但是在脱粘结束之处是链接的。由于这种脱粘，在预制件的部署的上下文中，两个单独部分可以彼此间隔开。
在一个实施例中，所述纤维结构包括在结构的平面中从一个横向边缘延伸到相对横向边缘并且在距正交于先前横向边缘的两个其他横向边缘中的每一者一距离处中断的脱粘。此结构的部署使得可能获得中空或者管状预制件。
在一个实施例中，所述纤维结构包括在结构的平面中从一个横向边缘延伸到相对横向边缘和正交横向边缘但是在距与先前边缘相对的边缘一距离处中断的脱粘。此结构的部署使得可能获得具有在其之间形成任何角度的至少两个平面的预制件，例如连接至1、2、3、4、5个等次要部分或者分支的主要结构。
可组合这两个实施例。
根据这些各种实施例的变型，所述纤维结构包括其中经纱线和/或纬纱线涂覆有聚合物的至少一个部分和其中经纱线和纬纱线不涂覆的至少一个部分。
根据这些各种实施例的变型，所述纤维结构在其整个范围内具有均匀厚度，其中这个厚度取决于同时存在的各种因素，包括特定来说经纱线层的数目、纬纱线层的数目、编织的类型、经纱线的支数、纬纱线的支数。
根据这些各种实施例的另一变型，所述纤维结构在其整个范围内具有不均匀厚度，其中厚度的变化与经纱线层的数目、纬纱线层的数目、编织的类型、经纱线的支数、纬纱线的支数以及根据结构的区的这些准则的变化相关，以便获得不同厚度的至少两个部分。
本发明也涉及一种产生纤维结构的方法。所述方法包括在多个经纱线层和多个纬纱线层之间进行多层编织而将纤维结构编织成一个部件。所述编织是使用其表面上携带热敏性聚合物(预涂覆纱线)的多个经纱线和/或纬纱线执行的。这种聚合物的重量为小于或等于所述预制件的总重量的约10％、优选地约1％到约7％的总重量、更优选地1％到5％的总重量。所述聚合物，特定来说热塑性或者热固性聚合物是热敏的，此意味着其可以通过温度上升(适合于达到聚合物的软化温度或稍高于软化温度)而软化。
在一个实施例中，特定来说，通过基于经纱线层的数目、纬纱线层的数目、编织的类型、经纱线的支数和/或纬纱线的支数进行操作而产生在其整个范围内厚度均匀的纤维结构。
在一个实施例中，产生遍及其整个范围厚度不均匀的纤维结构。厚度的变化特定来说是通过基于经纱线层的数目、纬纱线层的数目、编织的类型、经纱线的支数和/或纬纱线的支数进行操作而引入的。因此，产生具有不同厚度的至少两个部分的结构。
在一个实施例中，产生在两个经纱线层之间或者在两个纬纱线层之间的平面中具有至少一个脱粘的纤维结构。这个脱粘是通过使两个连续经纱线或者纬纱线层在某一表面上不再粘结而引入的。在其中两个纬纱线层未与经纱线粘结的情况下，所述编织方法在这个脱粘区之外导致通过经纱线将这些纬纱层粘结在一起。在其中两个经纱线层未通过纬纱线粘结的的情况下，所述编织方法在这个脱粘区之外导致通过纬纱线将这些经纱线层粘结在一起。由于这种脱粘，可以使两个单独部分彼此间隔开，同时在脱粘的基底处链接在一起，作为预制件的部署的部分。
在一个实施例中，产生包括脱粘的纤维结构，所述脱粘在结构的平面中从一个横向边缘延伸到相对横向边缘，并且在距正交于先前横向边缘的其他两个横向边缘中的每一者一距离处中断。此结构的部署使得可能获得划界例如一个或多个平行管道或者管状空间的中空预制件。
在一个实施例中，产生包括脱粘的纤维结构，所述脱粘在结构的平面中从一个横向边缘延伸到相对横向边缘并且延伸到正交横向边缘，但是在距与先前边缘相对的边缘一距离处中断。此结构的部署使得可能获得具有在其之间形成任何角度的至少两个平面的预制件，例如连接到1、2、3、4、5个等横向部分或者分支的主要结构。
本发明也涉及一种用于生产根据本发明的预制件的方法。在这种方法中，从如本文中所述的纤维结构开始，或者首先根据本文所描述的方法产生纤维结构。
在下一步骤中，将扁平或者经部署纤维结构加热到聚合物的软化温度或者稍高于所述软化温度。接着，将所述温度降低到这个软化点以下并且获得聚合物的固化，作为上述操作的结果，获得在存在这种聚合物的接触点处纱线彼此连接。有利地，将所述聚合物选择成具有大于室温(20℃-25℃)的软化点。
在一个实施例中，在这个加热操作并且接着冷却期间将纤维结构放置在开模或者闭模中。所述模具呈纤维结构必须产生的预制件的形式。
在一个实施例中，当放置于模具中时，所述纤维结构必须被形成或者部署成赋予其模具或者预制件的形状。这种部署可以在纤维结构包括脱粘的情况下进行，或者简单地通过弯曲或者折叠纤维结构而实现。
接着，可以将“经加固”预制件放置于闭模或者开模中用于浸润或者灌注用于形成复合体的基质的树脂。也就是说，树脂或者基质“致密化”复合部件。
本发明也涉及包括由基质致密化的根据本发明的预制件的这种复合材料部件。
本发明也涉及一种加固件或者框架，例如在航空、航天和汽车工业中使用、呈根据本发明的部件的形式或者包括根据本发明的部件的那些加固件或者框架。这些复合部件用于加固任何类型的整流罩、机身、短舱和其他主体。
除非另有说明，以下特征适用于本发明的不同目的。
在其表面上携带热敏性聚合物或者用热敏性聚合物浸渍的纱线在编织前呈这种形式，它们有利地在其整个长度上与这种聚合物相关联，包括在与其交叉的纱线和/或与和其接触的平行纱线的界面处。如将在以下看到，取决于聚合物沉积在纱线的表面上的程度，聚合物可以形成连续涂层或者不规则或者不连续涂层。
当将没有聚合物的纱线整合到结构中时，这些纱线在整个长度上完全不含这种聚合物，这与将聚合物局部喷涂在结构上的情况不同，并且它们可能仅仅与由一纱线携带的聚合物接触，所述一纱线在与这个纱线的交叉点处交叉它们。
在一个实施例中，纱线也可以在其内包括聚合物，即，聚合物插入到纱线的质块中，与构成所述质块的纱线接触并且位于所述纱线之间。在这种情况下，这种所谓的包芯的浸渍优选地在纱线的整个长度上持续。
预制件是易于可移动并且可操纵的，并且可以容易地放置在模具中。它不会自行坍塌，而由于在所选择跨越点处无聚合物的相同的3D结构会坍塌。预制件的这种维持通过以下操作来确保：在遍及预制件使用携带经纱线和/或纬纱线的聚合物；或者使用携带审慎地放置在所需处的经纱线和/或纬纱线的聚合物。另外，在形成预制件之前，3D织造结构可以是弯曲、折叠和/或展开的，并且接着可以通过适当加热以及然后冷却来实现预制件从这个所形成结构的固定。这可以任选地在模具中或者任何其他类型的所采用工具中进行。
因此，在编织之后，纤维结构被部署或者保持展开并且经受这种加热，使得其可能热成形所述结构或者其部分，包括在其表面上携带聚合物的纱线，即，在决定具有聚合物的情况下。这使得可能与静电涂粉结构相比以更可靠和可复制的方式获得具有期望的最佳配置的预制件，如果结构或者预制件具有大的厚度或者呈3D形式，则更是如此。另一优点是确保在交叉点处存在粘结剂(这无法通过编织后喷粉确保)，这也有助于产生最优预制件。可以通过任何合适加热手段来实现加热。感兴趣的模式是红外线加热。根据定义，这种热成形不伴随在纤维结构上施加压力。然而，优选的是用用于夹持结构的工具来保持预制件。
在一个实施例中，纤维结构的边缘中的至少一者包括携带经纱线和/或纬纱线的聚合物。
在一个实施例中，纤维结构的边缘中的至少一者包括携带聚合物的经纱线和/或纬纱线，其中预制件的特征在于这至少一个边缘包括通过加热或者切割并且加热纱线形成的焊接点。所述加热可以如上文所规定来进行。借助于以任何已知方式(例如，通过红外线)加热的切割工具，可以在一个步骤中进行切割加上加热。
与某些经纱线和/或纬纱线接触的聚合物可以选自热塑性和热固性聚合物(包括共聚物)。所述聚合物可以与接着将注射或者灌注的聚合物相同或者不同。可以特别提到的是：聚酰胺(PA)；共聚酰胺(CoPA)；聚酰胺嵌段醚或者酯(PEBAX、PEBA)；聚邻苯二甲酰胺(PPA)；聚酯(尤其是，聚对苯二甲酸乙二酯-PET-、聚对苯二甲酸丁二酯-PBT-)；共聚酯(CoPE)；热塑性聚胺基甲酸酯(TPU)；聚缩醛(POM，...)；聚烯烃(尤其是，PP、HDPE、LDPE、LLDPE)；聚醚砜(PES)；聚砜(PSU，...)；聚苯砜(PPSU，...)；PAEK聚芳基醚酮家族的聚合物，包括聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)；聚(苯硫醚)(PPS)；聚醚酰亚胺(PEI)；热塑性聚酰亚胺；液晶聚合物(LCP)；聚酚氧；嵌段共聚物，例如苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯(SBM)共聚合物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚合物和其混合物；环氧；双马来酰亚胺；酚系聚合物。
更特定来说，聚合物可以选自以下各项：PA6、PA12、PA6,6、PA,10、PA6,12或者具有低软化点的聚环氧化物、或者其中至少两者的混合物。
为了从纤维结构转变到预制件，在高于聚合物的软化点的温度下将纤维结构热成形，后面接着冷却，其中通过聚合物将经纱线和纬纱线粘结到其交点，其中经纱线和/或纬纱线中的至少一者携带聚合物。
在一个实施例中，在编织中接合的经纱线和/或纬纱线在纤维结构的至少的一部分中携带聚合物。换句话说，所述结构的仅一个或多个区包括聚合物。在这种情况下，预制件包括至少一个热成形部件和无聚合物的非热成形部件。
在一个实施例中，可能使在编织中接合的所有经纱线携带聚合物并且使所有或者部分(优选地，所有)预制件热成形。
在一个实施例中，可能使在编织中接合的所有纬纱线携载聚合物并且使所有或者部分(优选地，所有)预制件热成形。
在一个实施例中，可能使在编织中接合的所有经纱线和所有纬纱线携带聚合物并且使所有或者部分(优选地，所有)预制件热成形。
然而，由于使用了提花技术并且特定来说织机(其中可以在高度上个别地控制经纱线)，因此可能使用携带聚合物或者浸渍有聚合物的经纱线和/或纬纱线来编织结构中需要热成形的部分，而不需要热成形的其他部分将用没有聚合物的经纱线和/或纬纱线来编织。可以实现所有所述组合。另外，这种类型的织机也使得可能改变编织图案并且改变厚度。
在一个实施例中，纤维体积比(FVR)为从约30％到约80％。这个百分比表示在既定复合体积中纤维的体积。优选地，这个纤维体积比是在复合部件(包括预制件)已注射并且固结时测量的。这个比率考虑了由某些纱线或者所有纱线携带的聚合物，使得也可以称为纤维+聚合物体积比。使用携带聚合物的纱线具有以下优点：使得可能确保在预制件的所有部件中获得此体积比(而编织后涂粉将导致聚合物含量不规律和体积比的变化)；使得可能确保预制件的包芯在后续步骤(例如，经由注射或者灌注)被聚合物均匀渗透。
有利地，由于减少含量并且仔细定位携带聚合物的纱线，因此预制件具有能够准许预制件的包芯在后续步骤(例如，经由注射或者灌注)被聚合物均匀渗透的渗透率。
在一个实施例中，多个经纱线和/或纬纱线携带粉末沉积的聚合物，例如，重力涂粉或者静电涂粉、挤出、浸渍或者热喷涂。聚合物沉积是在编织前在纱线上进行的。有利地，可进行热处理以将聚合物固定到纱线上，此允许聚合物在编织期间保持在纱线上的适当位置。接着优选地选用热处理，使得保持纱线的柔性以避免使编织操作降级。
经纱层的数目未必与纬纱层的数目相同(例如，7个经纱层和8个纬纱层)。在一个实施例中，纤维结构并且因此预制件包括从3到100、优选地从3到50个经纱线层和/或纬纱线层。在一个实施例中，结构和预制件的特征在于约100mm的最大厚度。特定来说，这个厚度可以在约1mm与约100mm之间，通常在约1mm与约20mm之间。根据本发明，预制件可以具有不同厚度的部件。
用聚合物粘合预制件可以以预先确定的并且均匀方式直接获得这个厚度的包芯。
纱线可以是有机或者无机材料。关于有机材料，可以提及例如聚丙烯(PP)、粘胶纤维、聚酰胺(特定来说PA66)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)、对位芳族聚酰胺、聚(对-苯撑-2,6-苯并恶唑)(PBO)。关于无机材料，可以提及例如钢、碳、二氧化硅、玻璃(S、E、R…)、氧化铝。
在一个实施例中，其是碳纱线。
纱线的组成细丝优选地是连续的。所使用的细丝通常具有大致圆形横截面(圆细丝)或者优选地，大致平行管状或者椭圆(扁平细丝)形状。
可以使用任何类型的碳纱线。优选地，可能使用高阻(HR)纱线(其拉伸模量在220GPa和241GPa之间并且其断裂模量在2450MPa和4830MPa之间)、中间模量(IM)纱线(其断裂模量在242MPa和300GPa之间并且其断裂模量在3450MPa和6400Mpa之间)以及高模数(HM)纱线(其拉伸模量在345MPa和600GPa之间并且其断裂模量在3450MPa和5520MPa之间)(参见ASM手册，ISBN 0-87170-703-9，ASM国际2001)。
在一个实施例中，纤维结构是通过提花编织形成的。
可使用任何类型的编织，例如缎子、斜纹布、塔夫绸。也可以整合互锁编织。
本发明使得可能产生并且安置具有以下有利特性的预制件：
-准备好布置在液体树脂灌注或者浸润模具中的具有准确尺寸/几何结构的预制件；
-非粘性、可热成形、无磨损的干燥预制件，其切割符合用于成型的尺寸；
-由具有树脂的纱线制成的紧致预制件，树脂存在于包芯处，其位置受到控制；
-包含一层热塑性或者热固性树脂但是仍为热敏性(具有软化点)的预制件。
这在树脂灌注成型时提供以下优点并且导致产生率增加：
-避免在预制件模具中进行手动堆叠的织造预制件；
-避免折叠在形成或者灌注压力下不受控滑动的织造预制件：机械特性和废品率的控制；
-避免使用焊料补丁或者手动焊接焊料补丁之间的折叠的织造预制件；
-在纤维制成的紧致部件的包芯处存在树脂，避免多孔性(<1％)；
-避免使用填充角撑板的织造预制件；
-消除使用刷子或者喷涂的手动浸渍步骤(特定来说，每一纤维增强材单位层的手动浸渍步骤)以及例如缝纫或者针织的粘结，以较好地控制材料的横向渗透率和微裂隙的织造预制件；
-呈现显著规律性并且促进实施的织造预制件；
-树脂用于保持预制件，其用于具有双曲率半径的模具或者复杂形状的其他模具中。
【附图说明】
现在将借助通过非限制性实例选择的实施例并且参考附图更详细地描述本发明，附图中：
图1显示用于形成根据本发明的3D预制件的织造结构的示意图。
图2显示将第一织造结构部署到3D预制件中的示意图。
图3显示将第二织造结构部署到3D预制件中的示意图。
图4到9显示根据本发明的3D预制件的6个其他实例的示意图。
【具体实施方式】
织造增强材是复合应用中最常用的之一。所述织造增强材是在平面中具有两个特许定向的增强材。所述织造增强材是通过在织机上使经纱线网络(产生方向)和纬纱线网络(横向方向)交叉而获得。经纱线网络在经轴上经调整，形成一片材。所述片材离开经轴并且穿过特定元件(张紧、抓纱线设备…)。为了实现这种交叉编织，仅将所述片材展开以形成梭口。这个梭口的开口是通过在顶部或者底部从片材的平面取出纱线而实现。一旦形成梭口，便插入纬纱线。接着，将在交叉点处填实这个纱线。在填实之后，形成新的梭口并且陷获之前刚刚插入的纱线。
可以通过所谓的多臂机机构或者“提花机”机构来控制综片。在多臂机机构中，框架各自包括数个综片。框架的数目允许使得编织或多或少的复杂但是仍将是图案的重复。“提花机”机构使得可能独立地选择每一综片，此使得可能产生复杂并且不规则织物。
所述插入通常使用三个族系的工具来预成形：
-剑杆：刚性、柔性或者伸缩的，
-抛射体或者梭子(纱线的机上供应)，
-流体：空气射流或者水射流(疏水性纤维)。
在插入之后，在交叉点处用梳子填实纱线。所述梳子有时可以构形成引导抛射体或者产生流体通道。填实步骤通过以实质方式挤压纱线来约束所述纱线。
可能形成通过选择梭口和连续插入产生的许多编织。所述基本编织是帆布、斜纹布或者缎子。
实例1
图1显示通过3D编织获得的纤维结构的织造物的6个连续水平平面，其中纬纱线1以截面形式可见，而经纱线2纵向地显示。
纤维结构(图式左侧)包括6个纬纱线层和12个经纱线层。在图的右侧上，链接所有经纱线层和纬纱线层。在左侧上，两个中心纬纱线层在纬纱线的7个垂直平面上不通过经纱线粘结在一起，其中这在本文中称为脱粘区，参考3。
纤维体积比：50％.
经纱和纬纱中碳纱线的支数：3K
结构(和预制件)的厚度：约3mm。
经纱线和纬纱线是浸渍有聚环氧化物树脂的碳纱线，所述聚环氧化物树脂的重量是完整结构的重量的大约7％。所述结构展开放置在模具中，通过烘箱以使树脂软化，接着冷却以产生3D预制件。
在图1中，可以看出从左边的初始位置部署结构，其中所述部署绘制在图的右侧上(箭头的方向)。
在同一模具中或者在另一模具中，接着将用PEEK基质浸润或者灌注3D预制件以形成最终部件。
对于这个实例1，另一选择为可以是提供6K纱线，此取决于所期望应用。
实例2
根据实例1的原理，可能编织根据图2(左侧)在左侧包括第一脱粘区4并且在右侧包括两个脱粘区5和6的纤维结构。这个扁平结构(图式左侧)接着可以部署成包括5个分支(图式右侧)的3D部署结构的形式。
经纱线和纬纱线是浸渍有聚环氧化物树脂的碳纱线，所述聚环氧化物树脂的重量是完整结构的重量的大约5％。所述结构展开放置在模具中，通过烘箱以使树脂软化，接着冷却以产生3D预制件。在同一模具中或者在另一模具中，接着将用PEEK基质浸润或者灌注3D预制件以形成最终部件。
实例3
根据与实例1相同的原理，可能编织根据图3(左侧)包括中心脱粘区7的纤维结构。这个扁平结构(左手侧图式)接着可以部署成中空3D或者中空管状结构(右手侧图式)的形式。
经纱线和纬纱线是浸渍有聚酰胺树脂的碳纱线，所述聚酰胺树脂的重量是完整结构的重量的大约10％。所述结构展开放置在模具中，通过烘箱以使树脂软化，接着冷却以产生3D预制件。在同一模具中或者在另一模具中，接着将用PEEK基质浸润或者灌注3D预制件以形成最终部件。
可以例如通过使纱线形成经纱并且在同一结构中组合两种类型的纱线来改变脱粘的实施方案。
实例4
根据与实例1相同的原理，可以编织扁平纤维结构。经纱线和纬纱线是浸渍有酰胺嵌段共聚物树脂的碳纱线，所述酰胺嵌段共聚物树脂的重量是完整结构的重量的大约3％。接着，将纤维结构折叠以形成图4或者图5的形状。所述结构放置在部署于烘箱中的模具中，以使树脂软化，接着冷却以产生3D预制件。在同一模具中或者在另一模具中，接着将用PEEK基质浸润或者灌注3D预制件以形成最终部件。
实例5
根据与实例1相同的原理，可能编织如图7中所示的可变厚度的扁平纤维结构。经纱线和纬纱线是浸渍有聚环氧化物树脂、PEI或者聚酰亚胺的玻璃纱线，所述聚环氧化物树脂、PEI或者聚酰亚胺的重量是完整结构的重量的大约4％。所述结构放置、部署在模具中，通过烘箱以使树脂软化，接着冷却以产生3D预制件。在同一模具中或者在另一模具中，接着将用PEEK基质浸润或者灌注3D预制件以形成最终部件。
实例6
根据与实例3中相同的原理，可能编织扁平纤维结构，其包括在纤维结构的厚度上延伸并且使得可能在部署期间产生图5、8和9中的实例的一个或多个脱粘区7。
经纱线和纬纱线是以根据本发明的比率浸渍有聚环氧化物树脂的碳纱线。所述结构放置、部署在模具中，通过烘箱以使树脂软化，接着冷却以产生3D预制件。在同一模具中或者在另一模具中，接着将用PEEK基质浸润或者灌注3D预制件以形成最终部件。

Claims (24)

1.一种3D纤维结构预制件，其包括至少3层（1、2）的纬纱线和/或经纱线，其中所述结构是通过在多个经纱线层和多个纬纱线层之间进行多层编织而编织成一个部件，经纱线层和纬纱线层之间的纱线交叉，其特征在于，整体或者预先确定的一小部分上，所述预制件利用多个经纱线和/或纬纱线编织而成，所述多个经纱线和/或纬纱线在其表面上预涂覆有硬化或固化的热敏聚合物，其中所述硬化或固化的热敏聚合物具有使其易于可逆软化的软化温度，并且所述预制件包括通过预涂覆在所述纱线上的所述热敏聚合物粘结的经纱线与纬纱线的交叉点的预先确定的分布，所述粘结通过软化并随后冷却所述硬化或固化的热敏聚合物而产生，并且在于这种热敏聚合物的重量为小于或等于所述预制件的总重量的约10%，并且在于所述预制件包括至少一个热成形部分，其中所述经纱线与纬纱线在预涂覆在所述纱线上的所述硬化或固化的热敏聚合物软化和冷却之后粘结到其交点。
2.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，聚合物的重量为所述预制件的总重量的从约1%到约7%。
3.根据权利要求2所述的预制件，其特征在于，聚合物的重量为所述预制件的总重量的从1%到5%。
4.根据权利要求1所述的预制件，其特征在于，所述纤维结构是通过使用其表面上携载热敏性聚合物的经纱线和/或纬纱线进行编织而获得，并且通过在高于所述聚合物的软化点的温度下进行热成形，然后接着冷却而实现到所述预制件的转变，其中所述经纱线与纬纱线通过所述聚合物在其交点处粘结，在交点处所述经纱线和/或纬纱线中的至少一者携带所述聚合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于，在所述编织中接合的所述经纱线和/或纬纱线在所述纤维结构的至少一部分中携带所述聚合物。
6.根据权利要求5所述的预制件，其特征在于，其包括至少热成形部分和无聚合物的非热成形部分。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于，在所述编织中接合的所有所述经纱线和/或所有所述纬纱线携带所述聚合物，并且所有所述预制件是热成形的。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于，多个经纱线和/或纬纱线携载通过喷粉、挤出、浸渍或者热喷涂沉积的聚合物。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于，其包括从3层到100层的经纱线和/或纬纱线。
10.根据权利要求9所述的预制件，其特征在于，其包括从3层到50层的经纱线和/或纬纱线。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于，所述纱线为碳纱线。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于所述聚合物选自热塑性和热固性聚合物，包括以下各项：聚酰胺；共聚酰胺（CoPA）；聚酰胺嵌段醚或者酯（PEBAX、PEBA）；聚邻苯二甲酰胺（PPA）；聚酯；共聚酯（CoPE）；热塑性聚胺基甲酸酯（TPU）；聚缩醛（POM）；聚烯烃；聚醚砜（PES）；聚砜（PSU）；聚苯砜（PPSU）；PAEK聚芳基醚酮族系的聚合物，包括聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚苯硫醚（PPS）；聚醚酰亚胺（PEI）、热塑性聚酰亚胺、液晶聚合物（LCP）；聚酚氧；嵌段共聚物；环氧；双马来酰亚胺；酚系聚合物。
13.根据权利要求12所述的预制件，其特征在于所述聚酯是对苯二甲酸乙二酯-PET-、聚对苯二甲酸丁二酯-PBT-。
14.根据权利要求12所述的预制件，其特征在于所述聚烯烃是PP、HDPE、LDPE、LLDPE。
15.根据权利要求12所述的预制件，其特征在于所述嵌段共聚物是苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（SBM）、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（MAM）和其混合物。
16.根据权利要求12所述的预制件，其特征在于所述聚合物是PA6、PAl2、PA6,6、PA6,10、PA6,12或者其中至少两者的混合物。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的预制件，其特征在于所述纤维结构是通过提花编织形成的。
18.一种织造3D纤维结构，其包括至少3层的纬纱线和/或经纱线，其中所述结构是通过在多个经纱线层与多个纬纱线层（1、2）之间进行多层编织而编织成一个部件，经纱线层和纬纱线层之间的纱线交叉，其特征在于所述多层编织是使用其表面上预涂覆有硬化或固化的热敏性聚合物的多个经纱线和/或纬纱线进行的，其中所述硬化或固化的热敏聚合物具有使其易于可逆软化的软化温度，所述经纱线和/或纬纱线的整体或者预先确定的一小部分预涂覆有所述硬化或固化的热敏聚合物，使得所述硬化或固化的热敏聚合物围绕这些纱线，所述纱线的交点是自由的，并且在于这种聚合物的重量为小于或者等于所述纤维结构的总重量的10%。
19.根据权利要求18所述的纤维结构，其特征在于，聚合物的重量为所述纤维结构的总重量的约1%到7%。
20. 根据权利要求19所述的纤维结构，其特征在于，聚合物的重量为所述纤维结构的总重量的约1 %到5 %。
21.一种制造根据权利要求1到17中任一权利要求所述的预制件的方法，其包括通过在多个经纱线层与多个纬纱线层（1、2）之间进行多层编织而产生纤维结构，经纱线层和纬纱线层之间的纱线交叉，其中所述多层编织是通过使用其表面上预涂覆有硬化或固化的热敏性聚合物的多个经纱线和/或纬纱线而进行的，其中围绕所述纱线的所述硬化或固化的热敏聚合物具有使其易于可逆软化的软化温度，其中这种热敏聚合物的重量为小于或者等于所述预制件的总重量的约10%，并且接着将扁平或者扩展的纤维结构加热到所述硬化或固化的热敏聚合物的软化温度或者稍高于所述软化温度，并且接着将所述温度降低到所述硬化或固化的热敏聚合物的这个软化点以下，从而所述纱线在存在所述硬化或固化的热敏聚合物的接触点处粘结在一起。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，聚合物的重量为所述预制件的总重量的约1%到约7%。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，聚合物的重量为所述预制件的总重量的约1%到约5%。
24.一种包括根据权利要求1到17中任一权利要求所述的预制件的复合部件。
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