CN1942618B - 制造螺旋二维纤维片的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

通过沿着纤维片外环边和内环边之间的行进路径在大致径向进行导向往复，铺叠成横向纤维片(102)，而横向片(202)在每一路径的端部折返，它的宽度从外环边和内环边之间逐渐变窄。横向片在被铺叠时也被固持。铺叠之后即可得到横向纤维片。使用基本相互平行的纱线或丝束(204)以形成一种表面密度从外边到内边逐渐变小的螺旋纵向片(202)。横向和纵向的螺旋片相叠置，以平面状态通过转动连续进给，形成两维的螺旋片(402)，随后取出该片。

Description

制造螺旋二维纤维片的方法和装置
技术领域
本发明涉及制造一种螺旋的二维纤维片。
本发明尤其应用在制造二维螺旋纤维片的领域，这种纤维片用来形成环状三维纤维结构，例如由复合材料制成的环形部分中的增强纤维结构，尤其是刹车盘。
背景技术
由复合材料做成的刹车盘，特别是由含有碳纤维增强和碳基体(碳/碳或c/c复合)或者是带有至少部分基体是陶瓷(碳/陶瓷复合或c/c-陶瓷的复合)的碳纤维增强的复合材料做成的刹车盘是公知的。生产刹车盘先要做出环形的纤维预成形体，随后用基体增实。增实可以通过液态法(浸泡在含有基体的前体成分的树脂中，随后热分解树脂)，或者通过气态法(化学蒸气渗透法)来实现。
纤维预成形体通常通过将多个纤维层铺叠或联合在一起，其中典型的是通过针刺来实现。
预成形体的圆环形可以通过从由多个纤维层相互铺叠并且联合在一起而构成的块上截取而获得，或者通过将具有圆环形状并且是从二维织物(机织织物、一维或多维纤维片，毡等等)中截取的多个层相互铺叠而获得。这样将产生相当多的废料。通过从二维织物中截取多个环状部分、将它们并置以构成环形来制造多个层的方法可以减少废料的数量，但是所需费用更多。可以参考如下文献：美国专利US 4 790052，5 792 715号，以及欧洲专利EP 0 232 059。
已有方法提出几乎没有废料就能得到期望的环状预成形体，此类方法包括用将螺旋纤维织物卷绕成扁平铺叠的多个圈，这些圈具体通过针刺而相互联结。以下文献特别描述了使用可变形的螺旋片或扁平的螺旋带的方法：美国专利US 6 009 605和美国专利US 5 662 855。参考资料还有美国专利US 6 363 593和6 367 130，这些文献涉及用螺旋二维纤维织物制备这种环状纤维预成形体的装置。
那些制备环形纤维预成形体的方法需要用造价相对较高的方法生产的螺旋带或织物片。
WO 98/49382中建议不经由制造纤维织物这一步骤而直接通过自由纤维(free fibers)来制造厚的环状纤维预成形体，特别是通过横跨被移动到圆周方向内的无序的自由纤维构成的床层而径向地搭叠一组自由纤维来制造，这些纤维用针刺而联结在一起。除了其说明书就这些无序纤维如何制得以及径向自由纤维如何放置实际上并未提及之外，显而易见的是，实际上不可能得到不表现出厚度和纤维密度方面的高度不均匀性的纤维预成形体。
发明内容
本发明的一个目的是通过提出制备螺旋纤维织物的方法，使简单而价格也相对低廉地制备厚的环形纤维结构成为可能，从而弥补现有技术方法的不足，同时使得废料的数量和密度及厚度的不均性最小化。
这个目的由包含以下步骤的方法来实现：
·形成至少一个横向纤维片，并且当沿着该横向纤维片的内环边和外环边之间的方向交替的路径中沿着基本径向方向引导该横向纤维片时对其进行铺叠，横向纤维片在它的路径的每一端部处折返，该横向纤维片的宽度在外环边和内环边之间逐渐变窄；
·在该横向纤维片被铺叠时对其进行固持；
·牵引多条大致互相平行的纱线或丝束来形成螺旋纵向纤维片，该螺旋纵向纤维片的单位面积密度从纵向外边缘到它的内边缘逐渐变小；
·使螺旋纵向纤维片和横向纤维片相交叠并使它们在连续旋转中平面地前进；
·将已铺叠的横向纤维片和螺旋纵向纤维片组合在一起以形成螺旋二维纤维片；以及
·取出此方式形成的螺旋二维纤维片。
本发明方法的卓越之处在于它使得通过使用铺叠类型的技术来得到螺旋二维纤维片成为可能。生产成本比起机织和编织技术要低。所获得的螺旋二维纤维片能通过平面地铺叠环圈而直接制备环状纤维结构。与机织或编织技术产生的织物相比，纤维片的使用可以降低由于纱线交缠引起的厚度不规则的程度。
螺旋纵向纤维片优选在横向纤维片和螺旋纵向纤维片即将组合之前被设置在已铺叠的横向纤维片上，螺旋纵向纤维片的纱线因两纤维片被组合在一起而相对于铺叠横向纤维片被固持。
横向纤维片可以由多条纱线或丝束或至少一束牵引丝束组成。
有利的是，当横向纤维片被铺叠时，在引导装置从该横向纤维片的外边缘向内边缘运动以及从内边缘向外边缘运动时，使横向纤维片绕过该引导装置来促使该横向纤维片分别变窄和变宽。
有利的是，引导装置包括两个弯曲杆，当引导装置在横向纤维片的外边缘和内边缘之间的一个方向和该方向的相反方向往复移动时，横向纤维片轮流地被这两个弯曲杆挤压。
当横向纤维片由多个纱线或丝束组成时，每一纱线或丝束还在固定的引导元件间被引导，所述引导元件在横向纤维片的外圆周边和内圆周边之间大致沿径向延伸。
当纤维片至少由一束展开丝束组成时，横向纤维片还优选在两个静止的引导元件之间被引导，所述引导元件在横向纤维片的外圆周边和内圆周边之间大致沿径向延伸。
在一个变化方式中，当横向纤维片由多个纱线或丝束组成时，每根纱线或每束丝束通过各自在外圆周边和内圆周边之间运动的引导元件引导。
有利的是，铺叠之后，横向纤维片在它的折返处被固持在位于沿着该横向纤维片的外边缘和内边缘上的支撑件上，所述支撑件随着被铺叠的横向纤维片和螺旋纵向纤维片的前进而同步运动。
可以通过吸附在所述的支撑件上或绕过支撑件上所承载的栓来产生固持作用。
可以通过使用重量不同的纱线或丝束或改变纱线或丝束之间的间距，来使得螺旋纵向纤维片的单元面积密度发生变化。形成螺旋纵向纤维片的纱线或丝束可以由两个互相压靠的锥形辊子组成的压辊来牵引。
可以使用不同的方法将螺旋纵向纤维片和横向纤维片组合在一起，如针刺，缝合，联结纱线，或者插入热熔性纱线。
横向纤维片和螺旋纵向纤维片可以放入静止的环形托板内，这个环形托板优选为是圆环扇形形式的，具有一个下游端，该下游端位于将螺旋纵向纤维片和横向纤维片组合在一起的区域的前进方向的下游，螺旋二维纤维片在位于圆环托板的下游端的出口处被取走。有利的是，螺旋二维纤维片在旋转环形存储滚筒中呈螺旋状被卷成平面叠置的片圈，该存储滚筒位于环形托板的下方，并具有与托板基本相同的轴线。
在一个变化方式中，把横向纤维片和螺旋纵向纤维片装在旋转的圆环托板上，而从圆环托板的侧面取出螺旋二维纤维片。
本发明的另一个目的是提供一种能实现上述方法的装置。
根据本发明，这样一种装置包括：
·环形托板；
·进给和横向铺叠装置，用来使横向纤维片沿着环形托板的一侧到另一侧的前后路径横向运动，使横向纤维片在路径的每个端点处折返，同时使该横向纤维片在大致径向方向被引导；
·用来固持已铺叠的横向纤维片的装置；
·用来牵引一组纱线或丝束来形成螺旋纵向纤维片并把它进给到在环形托板上的装置；
·用来将已铺叠的横向纤维片和螺旋纵向纤维片组合在一起从而形成螺旋二维纤维片的装置；
·使已铺叠的横向纤维片和螺旋纵向纤维片在环形托板上连续地平面旋转前进的装置；以及
·当纵向和横向纤维片被组合在一起后取走螺旋二维纤维片的装置。
有利的是，用于进给和铺叠横向纤维片的装置包括横向纤维片将绕在其上的引导装置，还包括驱动该引导装置在环形托板内侧和外侧之间的大致径向的路径上往复运动的装置，引导装置做成当该引导装置从环形托板的外侧运动到内侧以及从内测运动到外侧时促使横向纤维片分别变窄和变宽。同时有利的是，引导装置包括两个弯曲杆，当引导装置在环形托板的外侧和内侧之间在一个方向和另一个方向上往复移动时，横向纤维片轮流被这两个弯曲杆挤压。
当横向纤维片由多个横向纱线或丝束形成时，进给和横向铺叠装置优选还包括多个在环形托板的外侧和内侧之间径向排列的静止的引导元件，这些静止的引导元件与横向纱线或丝束配合，引导横向纱线或丝束的每一个在环形托板的外侧和内侧之间的路径中运动。然而，当横向纤维片由至少一束丝束形成时，进给和横向铺叠装置优选还包括在在环形托板的外侧和内侧间成径向排列的两个静止的引导元件，横向纤维片在环形托板的外侧和内侧之间的路径上，在这两个静止的引导元件之间被引导。
在一个变化方式中，当横向纤维片由多个的横向纱线或丝束形成时，进给和横向铺叠装置可以包括多个各自与横向纱线或丝束相连的纱线引导装置，还包括在环形托板外侧和内侧之间的大致径向路径上往复地移动纱线引导装置的装置。
有利的是，用于固持已铺叠的横向纤维片的装置包括：位于环形托板两侧的带状或环状的支承件，用来在横向纤维片折返的位置将横向纤维片固持在所述的支承件上的固持装置，以及用以驱动所述的支承件与前进装置同步运动的装置。
在一个实施方式中，固持装置包括与带状或环状支承件相连的抽吸腔，用以通过抽吸来固持横向纤维片。
在另一个实施方式中，固持装置包括带状支承件上承载的栓，从而能使横向纤维片绕过该栓而折返。
牵引螺旋纵向纤维片的装置可以包括由两个锥形辊子形成的压辊，形成螺旋纵向纤维片的纱线或丝束经过它们之间。
将螺旋纵向纤维片和已铺叠的横向纤维片组合在一起的装置可以是一个针刺装置，该装置包括至少一个针刺头，并且在环形托板的上方延伸成一个圆环扇形，环形托板设有允许针刺装置的针穿过穿孔。
在一个变化方式中，将螺旋纵向纤维片和已铺叠的横向纤维片组合在一起的装置可以包括至少一个缝合头，用以用缝合纱线将各片组合在一起。
前进装置可以包括在前进方向驱动螺旋二维纤维片的驱动装置，该驱动装置位于组合装置的下游。
环形托板可以是静止的，并延伸成一个圆环扇形，并且在螺旋纵向纤维片和已铺叠的横向纤维片的前进方向上具有下游端，所述的下游端在用于将各片组合在一起的装置的下游。在这种情况下，用来移走螺旋二维纤维片的装置包括位于环形托板的下方并具有与托板的轴线基本同轴的环形滚筒；还包括用以驱动环形滚筒使之与前进装置同步运动的装置，从而从环形托板的下游端离开的螺旋二维纤维片被滚筒连续地收集并且被卷绕在其中。
环形托板可以是旋转的，在这种情况下，环形托板具有顶部，该顶部用粗硬纤维形成刷子。
附图说明
本发明方法的其他特征和优点将通过阅读以下非限制性的说明并参照相关附图来了解：
图1为是实现本发明方法的装置的高度概括的整体立体图；
图2为图1装置的高度概括的平面图；
图3是局部立体图，更为详细地显示了如何输送横向纱线及如何将它们固持在纵向纱线的边缘；
图4为横向纱线被铺叠后的纱线方向示意图；
图5为局部平面图，示意性地显示由牵引丝束形成的横向片如何在纵向片上铺叠；
图6为局部立体图，更为详细地显示图7中的横向片如何被铺叠；
图7为图1中VII平面的径向切面的局部图，更为详细地解释了图1装置中的纵向纱线片是如何被送入的；
图8显示了制造纵向片的另一种方法；
图9为图1中的IX平面的切面的局部图，显示纵向片和横向片如何组合在一起；
图10与图5相似，显示在纵向纱线片的边缘处固持住纵向纱线的另一种方法；
图11是局部立体示意图，解释怎样取走图10实施方式中的二维螺旋片；
图12为高度概括的局部视图，显示图10和图11中的实施方式的变化；
图13是能够实现本发明方法的装置的另一种实施方式的平面图；
图14是从图13中XIV箭头方向看过去的更为详细的局部侧视图；
图15是在图13中XV平面的切面上看到的更为详细的局部示意图，显示如何铺叠横向纱线片；
图16详细显示了在图13装置中的横向片怎样被固持在纵向片的边上；
图17详细解释了在图13装置中的横向片被固持在纵向片的边上的另一种实施方式；而
图18为能够实现本发明所要执行的方法的装置的另一种实施方式的整体示意立体图。
具体实施方式
总体而言(图1)，能够实现本发明所要执行的方法的特殊设备包括用来形成在静止的水平环形托板120上被铺叠的横向片102的装置100，用来在托板120上牵引并沉积由纵向纱线或丝束204形成的螺旋片202的装置200，在托板120上对铺叠的横向片102和纵向片202进行组合的装置300，以及在组合装置的输出处从盘120上移走最终成型的环状二维螺旋片400的装置400。横向片和纵向片沉积在盘120上，所获得的二维螺旋片402围绕盘120的中心不断旋转地向前推移(箭头F)。驱动力由牵引装置410提供，该牵引装置410由一对锥形滚筒412a，412b所组成，其中至少有一个是由电机驱动的，该牵引装置位于组合装置的下游处，二维螺旋片经由互相挤压的滚筒412a及412b而被牵引出来。
横向片的成形
片102由在托板120上铺叠横向纱线或丝束而形成。板120是中心为O的圆环扇形的形状。举例来说，它可以由平滑的金属板做成。为简便起见，以下用元素104表示纱线。纱线104优选是重量一致的，且优选以同样的间距而被提供。
纱线104是由一种被选择作为制备二维螺旋片的原料而制成的。在一种制造增强织物或预成形体的应用中，对于C/C复合材料部分或碳/陶瓷或C/C-陶瓷的复合材料部分，纱线104为工业上可行的碳纱线，例如12K(12000条长丝)，24K，50K，或80K的纱线。
形成横向片102的每根横向纱线104从线轴架上(图中没有显示)的对应的绕线筒上抽出。纱线104互相平行地到达引导支架106。纱线104大致垂直地传送到盘120的中间直径处，并被支架106偏转至水平方向。
支架106固定到一个棒110，棒在驱动装置如致动器的驱动下在径向上水平地前后运动。支架106因此能在沿着托板120的外边和内边延展、但绕着中心O形成完整的圈的外圈130和内圈140之间的径向上执行往复运动。
支架106水平平行于托板120而设置，并且具有由弯曲杆108a和108b形成的相对的两侧。当支架106迅速向内移动时，亦即，向内圈140(或向横向片的内边)移动时，纱线104被弯曲杆108a的外凸轮廓所挤压，使得片102变窄。反过来，当导架迅速向外运动，亦即，向外圈130(或是横向片的外边)移动时，纱线104被弯曲杆108b的外凸轮廓所挤压，因而使得片102变宽。弯曲杆108a和108b可以被赋予分别与圈140和圈130不一样的曲率，也可以具有相同的曲率，例如，圈140和130的平均曲率。
在图3和图7中可见，外圈130由向下的开放通道-分栏形成，这些分栏的顶壁或辐板132中设有多个穿孔134。与其类似，内圈140由向下的通道-分栏所构成，它的顶壁或辐板142中设有穿孔144。圈130和140在托板120上的片前进时同步旋转，以下将说明这一点。辐板132，142及托板120的表面大致在同一平面上。
环形形状的静止抽吸腔150(图3)在外圈130的各凸缘之间延伸跨越一个圆环扇形区，该圆环扇形区从一个上游端延伸到一个下游区域，其中的上游端位于横向纱线104被铺叠的那个区域的上游，其中的下游区域位于纵向和横向片被组合的那个区域的上游端的下游(此处的术语“上游”和“下游”是相对于所形成的二维片的前进方向而言的)。
因此抽吸腔150不仅能在纱线104被铺叠的整个区域范围中以及在纵向片102沉积的区域中伸展，而且至少能在部分组合处伸展。抽吸腔150由与圈130上的各凸缘相连的侧壁、底壁，以及在其上游端和下游端的端壁所限定，它的顶端是开放的，与圈130的穿孔壁132相通。
同样的，环形形状的静止抽吸腔160在内圈140的各凸缘之间伸展，并跨越一个与抽吸腔150的一样的圆环扇形区域。抽吸腔160由与圈140的凸缘相邻的侧壁、底壁以及上游和下游端壁所限定，它的顶端是开放的，与圈140的穿壁孔142相通。
抽吸腔150及160通过管道152，162与一个相连真空泵源(图中未显示)相连，这些管道开向并进入抽吸腔的底部。
静止的导梳112包括一系列叶片114，叶片114紧邻于托板120和圈130和140的上方而径向伸展。在内部，形成梳齿的叶片114由支板116结合成一个整体，支板116固定在静止支撑件上(图中未显示)。
操作时，当引导支架106向内圈140移动时，横向纱线104在弯曲杆108a上滑动的同时也被导梳112的叶片114的垂直侧壁面所引导，从而相互靠拢。当引导支架106移向外圈130时，横向纱线在弯曲杆108b上滑动的同时也被导梳112的叶片114的垂直侧壁面所引导，从而相互远离。当在引导支架106的行程的各端部位置被折返时，横向纱线通过吸附作用而被保持在盘120的两边的旋转圈130和140上。
在示出的例子中，引导支架106紧邻于导梳112的上部而移动。在一个变形中，引导支架106可以被移动到托板120和导梳112之间的空间内。
横向纱线104的铺叠与已铺叠的横向片102、纵向螺旋片202、以及圈130和140的连续而且同步的前进同时进行，因此横向纱线104是在不是径向的方向上沉积的，而是纱线104彼此互相交叉并与纵向纱线104相交叉(图1)。
图4示出了说明十股纱线被横向铺叠的方式的一个例子。可以看到铺叠的横向纱线之间的角度在变化，从片的外侧圆周边(半径是r4)到内侧圆周边(半径是r1)时角度在不断增加。半径r2是中间半径，而对应于半径r3的线条将环形片分成相同表面的两部分。为了得到尽可能均匀的二维片，有利的是要保证横向纱线的交错在半径r3的圆周边处形成一个接近或近似等于60°的角，从而，在该位置处，横向纱线和纵向纱线以3×60°的构型来定向。这可以通过改变片在盘120上的行进速度和改变用于螺旋片的指定尺寸的输送横向片的速度来进行调节。在示出的例子中，横向纱线形成的角度在在外侧圆周边和内侧圆周边之间从41°到117°的范围内变化，并且在半径r3的圆周处角度等于58°。
图5和图6显示出通过对展开丝束(spread tow)164进行铺叠而形成的横向片162的变化实施方式。为实现此目的，可以用重量高的丝束，例如300K，320K或400K的碳丝束。丝束可以通过至少一个未示出的弯曲辊子(或“香蕉”辊子)这种公知方法来得到牵引，展开可以用暴露在空气浴中来作为协助，例如在文献PCT/FR02/02249中说明的那样。通过将多个展开丝束并置得到更宽的片是有可能的。
展开丝束164经过引导支架166，该引导支架166与上述引导支架106类似，具有两个弯曲杆168a和168b。在外圈130和内圈140之间的路径上，丝束164也由支板176内边所承载的两个静止的径向叶片174之间被引导而移动。
引导支架166在径向上前后移动。当它径向朝内移动时，它通过它的弯曲杆168a与静止的引导叶片174一起配合，促使横向片162在圈130和140之间变窄，从而赋予其圆环扇形的形状状。当它朝外移动时，引导支架166通过它的弯曲杆168b与叶片174一起配合，使得横向片162又变宽。横向片在它的折返处经由吸附作用而被固持靠在圈130和140处。
螺旋纵向片的成形
螺旋纵向片202由多个互相平行的纵向(或环向的)纱线或丝束204形成。这些纱线或丝束分别从线轴架上的绕线筒中抽出。在以下描述中，为简便起见，元素204被称为“纱线”。纵向片202跨越的宽度大致等于要制造的二维螺旋片的宽度。
在一个实施方式(图1、2和7)中，纵向纱线204的重量相同，并且它们排列时相邻的纱线之间有空隙，该空隙在纵向片的内侧径向边202a(与要制得的二维螺旋片的内侧圆周相对应)和相对的外侧纵向边202b之间逐渐减小。纵向片的各纱线之间的空隙有利地是可以调整的，以便于与横向片组合在一起后，可以得到其单位面积的密度对于宽度来说是常数的二维螺旋片。
在另一个实施方式(图8)中，使用的纵向纱线204’具有不同重量，并且沉积后的相邻纱线间的空隙是定值。纱线的重量是变化的，从片202的内侧202a到外侧202b增加。改变重量的方法有利地被确定为，在与横向片组合在一起之后，二维螺旋纤维片的单位面积密度在它的宽度上为常数。
自然，将改变纵向纱线之间的空隙和改变重量结合起来也将是可行的。
纱线204的类型与纱线104的类型相似。
纱线204通过有两个互相压靠的锥形辊子208a、208b构成的压辊206来牵引(图1、2和7)。两个辊子208a、208b之中至少有一个被转动以牵引纱线204。纱线204连续地通过上辊子208a、上辊子和下辊子208b之间，然后再绕过下辊子208b。纱线204由下辊子208b送到已经铺叠在水平托板120上的横向片之上。
为了能给定片202中纱线204之间的间隙，纱线要绕过一个展开杆110(图7)，这个展开杆在压辊206的上游方向。每根纱线204分别由例如在杆110中制成的小孔、杆110上携载的两个部分之间的缝隙、或是杆110上的凹槽的引导而穿过杆110。也可以提供用于调整纱线204之间的缝隙的其他装置，如导梳。
可以预期通过改变纵向片在径向方向上的密度来提高板120的外边和内边之间的横向片102或162的单位面积密度，从而获得单位面积密度大致均匀的二维螺旋片。
将纵向片和横向片组合在一起
连续地被移送并且由已铺叠的横向片以及纵向片构成的组件被带到组合装置300处。
在所示出的实例(图1，2和9)中，组合装置包括总体上为圆环扇形并且在托板120的两边之间的上方延伸的针刺头302。针刺头302带有多个针304，这些针均匀地分布，并且它在曲柄型驱动元件(图中未显示)的驱动作用下作垂直往复运动。托板120上有可供针304穿过的穿孔128，从而保证针在穿过托板时不会被损坏。
针304穿过片202和102(或162)，通过使纱线204和104(或纱线204和丝束104)中的丝相混合，而将它们联结在一起。
应认识到，通过针刺而联结两个纤维片其本身是公知的。
铺叠的横向片要一直被吸附在圈130和140上，直到纵向片和横向片被充分地组合在一起，比如至少在由针刺头所占据的圆环扇形区域的一半处。
螺旋纵向片202优选尽可能贴近于组合装置300的上游端而沉积在横向片102上，亦即，紧邻要被组合在一起的各片的前面，从而避免纱线204可能在径向方向上发生的偏移，亦即，为了保证所述的纱线之间的相对位置，这是因为在组合之前纱线204并未固持就位。
无论如何，在托板120上先沉积纵向片202再在片202上铺叠横向片102也是可行的。
纵向片和横向片可以通过针刺以外的方法组合在一起。
因此，可以通过用联结线进行缝合从而实现组合。这样组合装置包括一个径向布置的缝合头，或有多个贯穿纵向片的宽度而相互间隔布置的缝合头。
也可在将纵向片铺叠到横向片之前，在横向片上放置热熔纱线，并且组合装置包括用以对插入到各片间的热熔纱线进行加热的装置。
二维螺旋片的移除
在组合装置的输出处得到的螺旋二维片402由锥形滚筒412a和412b牵引出，再不断地卷绕进入环形滚筒420之内。滚筒在托板120下面，并且具有与托板相同的轴线(图1)。
圆环扇形形式的托板120具有下游端124，该下游端位于组合装置300和牵引装置410之间。它的上游端122优选位于用于铺叠片102的装置100的上游处。
环形滚筒420接收因重力而从牵引装置410上脱落下来的片402。片402以连续转圈的方式而缠绕在滚筒420中，滚筒420与片402在托板120上的前进同步转动，以使所述连续转圈平面地相互铺叠。
为此，滚筒420可以被安装在转台422上，转台422由安装在垂直驱动轴426的驱动辊或齿轮424所驱动。驱动轴上也可承载一个用于驱动外圈130的驱动辊或齿轮428。转台422设有轴杆430，该轴杆430通过臂432与内圈140相接。因此，环形滚筒420、外圈130、内圈140一起同步转动。外圈130由轴承(未示出)支撑，在该轴承上通过摩擦或者滚动轴承来支撑所述圈的垂直凸缘。
其它实施方式
图10和11中具体说明了与图1到3以及图7、8不同的实施方式，具体是，通过使纱线绕过圈130、140上承载的垂直栓135、145，使横向片在它的纱线在托板120两侧的方向改变的位置处被固持。
各圈仅仅由环形带形成，没有穿孔，也没有相关的吸附装置。
在脱离组合装置300(图11)时，所获得的螺旋二维片402垂直向上被提升从而脱离栓135、145。基于此目的，牵引装置410中辊子412a和412b之间的切线在各栓的顶端之上。也可以通过使托板120的下游端部分124向上弯曲来帮助实现片402的分离。片102可以被收集到如图1中所示圆环卷筒中，最好在片到圈130、140的平面以下之前对片的各边缘加以引导，从而使片在脱离栓135、145后避免与它们发生相互干涉。
在一个变型(图12)中，使用可垂直伸缩的栓135、145。栓垂直经过圈130和140，并且它们的底端被挤压在静止的凸轮通路136和146中。凸轮通路的形状做成允许栓一旦离开组合装置300就能向下缩回，并且使栓在进入铺叠装置100的上游端后能被升起。这就不再需要把片402向上移动以与各栓相脱离。
图13到16具体说明与图1到3的实施方式不同的另一实施方式，所述不同具体在于横向片被铺叠的方式，以及铺叠后的横向片被驱动的方式。
形成片102的每根横向纱线104穿过例如针孔的纱线引导装置280，在托板120的内外侧120a和120b之间的径向上往复运动。每个纱线引导装置都连接在被水平径向棒284引导的支撑件282之上。支撑件282固定到线286，该线286经过驱动滑轮288和导轮290系在棒284的一端。滑轮288被一个马达(未示出)驱动而交替地向一个方向以及其相反方向运动。可以用其它装置来驱动支撑件282，例如致动棒。
为使图解清晰简明，图中只示出了横向纱线中的一些及其相关的传送装置。
每根横向纱线104分别被皮带180，190挤压而固持在盘120的两边。皮带180，190被引导在水平滑槽182，192中，水平滑槽182，192沿着托板120的边120a及120b伸展并到120a和120b之外。在其底端，每个滑槽182、192上有一个或多个缝或多个孔，经连接器184到连接到真空泵源(图中未显示)的管道186、196。管子186，196在输送横向片和纵向片的装置100和200以及组合装置300的至少一部分的下面延伸。
皮带180和190是环形皮带，相应地沿着托板120上游端和下游端122和124之间的滑槽182、192上的水平路径运动。
皮带180经过分别位于托板120的上游端和下游端122和124的驱动轮181和导轮183，并位于托板的下方。皮带180被弯曲的水平滑槽188(图15)引导沿着轮181和183的回转方向前进，从管道186下方经过。类似地，皮带190绕过位于托板120的端部122和124的上游和下游的驱动轮191和导轮193，也在托板的下方。皮带190被弯曲的水平滑槽198引导沿着驱动轮和导轮的回转方向前进，从管道196的下方经过。
驱动轮181，191连接在对应的马达181a和191a上，来使皮带180和190在滑槽182和192中运动而与托板120上的纱线的运动同步。应该看到，底部滑槽188，198与顶部滑槽182大致平行且在垂直下方。因此，在皮带180和190前进和纱线引导装置280被驱动的共同作用之下，每根横向纱线104在皮带180，190的顶部线股之间沿着锯齿形路径前行，并且因滑槽182，192中建立起的吸附作用，纱线在每一次直接调转方向时，被固持并挤压到皮带180和190中的一个之上。
在一个变化的实施方式(图17)中，每根横向纱线104通过皮带180，190上承载的例如195的栓而被固持在托板120的两边。在纱线的每次行程中，每个纱线引导装置280被引导到稍稍超出皮带的回转点处，以便于横向纱线在带前进时能绕在皮带上承载的栓上而形成折返绕圈。每根横向纱线从而被栓固持住，不再需要吸附作用，因此滑槽182，192上不需要缝隙或孔，也不再需要真空泵源。
在上述中，推定静止托板是表面光滑而且呈圆环扇形。
在一个变化方式中，可以使用顶部是粗硬纤维128的刷子的旋转托板126，如图18中所示，用来铺叠横向片、沉积周向纵向片以及将两片组合在一起的装置100、200和300例如可以与结合图1-3和图7、8而描述的相同。
板126构成一个完整的环形，并与圈130，140一起旋转，例如连接在一起。粗硬纤维128有效地拦住纵向纱线204，从而使之先于横向片沉积在托板124上，而不用担心在组合之前纵向片会径向移动。此外，当通过针刺将各片组合在一起时，粗硬纤维128可使针无损伤地穿过旋转托板。
在组合装置300的输出处，螺旋二维片402在向上方向上从托板126上分离，并且它从托板的侧面被用锥形辊子(未显示)取走。
可以看出，横向纱线一旦被铺叠后，如果盘126上粗硬纤维128能有效地固持住纱线104，可以省略圈130和140。这样的话，纱线104被迅速铺叠同时也在径向行程的尽头处垂直移动，以便于板126的顶部刷子的粗硬纤维128固持住纱线104。
可以看出，可以想象在与所描述(图1-16)的方式不同的其它实施方式中从侧面取走所获得的二维螺旋片，而不用下面的环形滚筒来收集。在这些实施方式中，静止托板120可以是完整的圆环。

Claims (40)

1.一种制造螺旋二维纤维片的方法，该方法的特征在于它包括以下步骤：
·形成至少一个横向纤维片(102)，并且当沿着该横向纤维片的内环边和外环边之间的方向交替的路径中沿着基本径向方向引导该横向纤维片时对其进行铺叠，所述横向纤维片(102)在它的路径的每一端部处折返，该横向纤维片的宽度在外环边和内环边之间逐渐变窄；
·在该横向纤维片被铺叠时对其进行固持；
·牵引多条大致互相平行的纱线或丝束(204)来形成螺旋纵向纤维片(202)，该螺旋纵向纤维片的单位面积密度从纵向外边缘到它的内边缘逐渐变小；
·使所述螺旋纵向纤维片和所述横向纤维片相交叠并使它们在连续旋转中平面地前进；
·将已铺叠的所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片组合在一起以形成螺旋二维纤维片(402)；以及
·取出此方式形成的螺旋二维纤维片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋纵向纤维片(202)在所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片即将组合之前被设置在已铺叠的所述横向纤维片(102)上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横向纤维片由多条纱线或丝束(104)形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横向纤维片是由至少一个展开丝束(164)形成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，当所述横向纤维片被铺叠时，在引导装置(106；166)从所述横向纤维片的外边缘向内边缘运动以及从所述横向纤维片的内边缘向外边缘运动时，使所述横向纤维片绕过该引导装置来促使该横向纤维片分别变窄和变宽。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，引导装置包括两个弯曲杆(108a，108b；168a，168b)，当引导装置在所述横向纤维片的外边缘和内边缘之间的一个方向和该方向的相反方向往复移动时，所述横向纤维片轮流地被这两个弯曲杆挤压。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中所述横向纤维片由多个纱线或丝束(104)组成并且每一纱线或丝束(104)还在固定的引导元件(114)间被引导，所述引导元件在所述横向纤维片的外圆周边和内圆周边之间大致沿径向延伸。
8.根据权要求5所述的方法，其特征在于，所述横向纤维片至少由一束展开丝束(164)组成并且展开丝束(164)还在两个静止的引导元件(174)之间被引导，所述引导元件在所述横向纤维片的外圆周边和内圆周边之间大致沿径向延伸。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述横向纤维片的每一纱线或丝束通过分别穿进相应的纱线引导装置(280)而被引导，所述引导装置在所述横向纤维片的外圆周边和内圆周边之间运动。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，铺叠之后，所述横向纤维片在它的折返处被固持在位于沿着所述横向纤维片的外边缘和内边缘上的支撑件(130，140；180，190)上，所述支撑件随着被铺叠的所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片的前进而同步运动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过吸附在所述支撑件上来实现固持。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过绕在由支撑件所承载的栓上(135，145；195)来实现固持。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，通过使用不同重量的纱线或丝束，和/或，改变纱线或丝束之间的间隙，来使所述螺旋纵向纤维片(202)的单位面积密度发生改变。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，形成所述螺旋纵向纤维片的纱线或丝束(204)由两个互相压靠的锥形辊子组成的压辊(206)牵引并使该形成所述螺旋纵向纤维片的纱线或丝束通过该压辊。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述螺旋纵向纤维片和被铺叠的所述横向纤维片通过针刺而组合在一起。
16.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述螺旋纵向纤维片和被铺叠的所述横向纤维片用联结纱线缝在一起。
17.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述螺旋纵向纤维片和被铺叠的所述横向纤维片通过插入热熔性纱线而被组合在一起。
18.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，把所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片送到静止的环形托板(120)上。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述环形托板(120)是圆环扇形形式的，具有一个下游端(124)，该下游端位于将所述螺旋纵向纤维片和所述横向纤维片组合在一起的区域(300)的前进方向的下游，所述螺旋二维纤维片(402)在位于环形托板的下游端的出口处被取走。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述螺旋二维纤维片在旋转环形存储滚筒(420)中呈螺旋状被卷成平面叠置的片圈，该存储滚筒位于环形托板(120)的下方，并具有与该环形托板基本相同的轴线。
21.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片被送到旋转的环形托板(126)上。
22.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，从环形托板的侧面取出所述螺旋二维纤维片。
23.一种制造螺旋二维纤维片的装置，该装置包括：
·环形托板(120)；
·进给和横向铺叠装置(100)，用来使横向纤维片沿着环形托板的一侧到另一侧的前后路径横向运动，使所述横向纤维片在路径的每个端点处折返，同时使所述横向纤维片在大致径向方向被引导；
·用来固持已铺叠的所述横向纤维片的装置；
·用来牵引一组纱线或丝束(204)来形成螺旋纵向纤维片(202)并把它进给到在环形托板上的装置(200)；
·用来将已铺叠的所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片组合在一起从而形成螺旋二维纤维片的装置(300)；
·使已铺叠的所述横向纤维片和所述螺旋纵向纤维片在环形托板上连续地平面旋转前进的装置(400)；以及
·当所述螺旋纵向纤维片和所述横向纤维片被组合在一起后取走所述螺旋二维纤维片的装置。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，用于进给和铺叠所述横向纤维片的装置包括所述横向纤维片将绕在其上的引导装置(106；166)，还包括驱动该引导装置在环形托板内侧和外侧之间的大致径向的路径上往复运动的装置，引导装置做成当该引导装置从环形托板的外侧运动到内侧时以及该引导装置从环形托板的内侧运动到外侧时促使所述横向纤维片分别变窄和变宽。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，引导装置(106；166)包括两个弯曲杆(108a，108b；168a，168b)，当引导装置在环形托板的外侧和内侧之间在一个方向和另一个方向上往复移动时，所述横向纤维片轮流被这两个弯曲杆挤压。
26.根据权利要求24所述的装置，其中，为了进给和铺叠由多个横向纱线或丝束(104)形成的横向纤维片，进给和横向铺叠装置还包括多个在环形托板(120)的外侧和内侧之间径向排列的静止的引导元件(114)，这些静止的引导元件与横向纱线或丝束配合，引导横向纱线或丝束的每一个在环形托板的外侧和内侧之间的路径中运动。
27.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，为了进给和铺叠由至少一束展开丝束(164)形成的横向纤维片，进给和横向铺叠装置还包括在在环形托板的外侧和内侧间成径向排列的两个静止的引导元件(174)，所述横向纤维片在环形托板的外侧和内侧之间的路径上，在这两个静止的引导元件之间被引导。
28.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，为了进给和铺叠由多个横向纱线或丝束形成的横向纤维片，进给和横向铺叠装置包括多个各自与横向纱线或丝束相连的纱线引导装置(280)，还包括在环形托板(120)外侧和内侧之间的大致径向路径上往复地移动纱线引导装置的装置。
29.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，用于固持已铺叠的所述横向纤维片的装置包括：位于环形托板(120)两侧的带状或环状的支承件(130，140；180，190)，用来在所述横向纤维片折返的位置将所述横向纤维片固持在所述的支承件上的固持装置，以及用以驱动所述的支承件与前进装置同步运动的装置。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，固持装置包括与带状或环状支承件相连的抽吸腔，用以通过抽吸来固持所述横向纤维片。
31.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，固持装置包括带状支承件上承载的栓(135，145；195)，从而能使所述横向纤维片绕过该栓而折返。
32.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，牵引所述螺旋纵向纤维片的装置包括由两个锥形辊子形成的压辊(206)，形成所述螺旋纵向纤维片的纱线或丝束(204)经过它们之间。
33.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，将所述螺旋纵向纤维片和已铺叠的所述横向纤维片组合在一起的装置(300)是一个针刺装置，该装置包括至少一个针刺头(302)，并且在环形托板(120)的上方延伸成一个圆环扇形。
34.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，环形托板是静止的并且设有允许针刺装置的针(304)穿过穿孔(128)。
35.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，将所述螺旋纵向纤维片和已铺叠的所述横向纤维片组合在一起的装置包括至少一个缝合头，用以用缝合纱线将各纤维片组合在一起。
36.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，前进装置包括在前进方向驱动所述螺旋二维纤维片(402)的驱动装置(410)，该驱动装置位于组合装置(300)的下游。
37.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，环形托板(120)是静止的，并延伸成一个圆环扇形，并且在所述螺旋纵向纤维片和已铺叠的所述横向纤维片的前进方向上具有下游端(124)，所述的下游端在用于将各纤维片组合在一起的装置(300)的下游。
38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，用来移走所述螺旋二维纤维片(402)的装置包括位于环形托板(120)的下方并具有与该环形托板的轴线基本同轴的环形滚筒(420)；还包括用以驱动环形滚筒使之与前进装置同步运动的装置，从而从环形托板的下游端离开的所述螺旋二维纤维片被滚筒连续地收集并且被卷绕在其中。
39.根据权利要求23至28中的任一项所述的装置，其特征在于，环形托板(126)是旋转板。
40.根据权利要求39所述的装置，其特征在于，环形托板(126)具有顶部，该顶部用粗硬纤维(128)形成刷子。
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