TW201032991A - Woven preform with integral off axis stiffeners - Google Patents

Description

201032991 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 相關申請案 本案可被視為相關於2004年12月8日申請之No. 11/007,600和2008年 10月 29 日申請之No. 12/260,689等美國 專利申請案，其完整揭露併此附送。 發明領域 本發明概有關於編織預成形體，且尤係有關使用於強 化複合材料的編織預成形體，其能被織成扁平狀並摺成它 們的最後形狀，該最後形狀在二或更多個方向會有補強。 參考附件 所有於此提及的專利、專利申請案、文件、參考資料、 製造廠商的指示、描述、產品說明書和任何產品的產品頁 面等會被併此附送參考，且可被應用於本發明的實施。 【先前椅;1 習知技術之描述 使用強化複合材料來製造結構性構件現已廣泛普及， 特別疋在其所需特性係尋求重量輕、堅固、強韌、耐熱、 自行支推且可適於郷成和成型的用品中。該等構件會例 如被使用於航空、太空、衛星、娱樂(如赛艇和賽車），和其 它的用途等。 典型的該等構件包含補強材料掩埋於基質材料中。該 補強成分可由譬如破璃、碳、陶究、芳香族聚酿胺、聚乙 烯、及/或其㈣材料所製成，它們會展現所㈣物理、轨、 3 201032991 化學及/或其它性質’其中主要是可對抗應 度。藉由使用該等補強材料，其最後會變成所完成:大強 -組成元素，該等補強材料的所需特性，譬如非常構件之 度，會被賦加於所完成的複合構件。該等強 典型可被編織、針織或者定向成補強預成形體的所^ : 和形狀。通常魏加特別的注意以確㈣選敎 - 材料的性質之最佳彻。通常鱗補強預成形 = 之最後製造的工作原料。 凡成構件 在所需的補強預成形體已被構製之後，基質材料 ==進人該預成形體中，因此典型該補強預成形體會變 二構成内’且基歸會填滿該補強預成形 料之任一者的空隙區域。該基質材料可為許多種材 乙烯醋、陶:£譬=氧樹脂、㈣、雙順了稀二酿亞胺、 物及/或其它的材料等，其亦會展現所需的 可相同’或不二/或其它性質。被選擇來用作基質的材料 物理、化學° =補強預成形體，且可有或沒有能相比的 同的材料或具有t其它性質。但是’典型地’它們不是相 為使用複合物^相比的物理、化學、熱或其它性質，因 品中之—特性Γ求之—通常目的首先是要達到該完成產 得者。如此纟二合’其並非單獨使用'"種構成材料所能獲 同-操作中二後’該補強預成形體與該基質材料嗣可在 然後朝向製1叫定形或其它習知方法來固化和穩定化， 所需的構件來進行其它的操作。要特別陳明 4 201032991 非如*此固化之後的此時點，該基質材料的固化塊 /牛固地黏附於該補強材料（例如該補強預成形 4所元成構件中的應力，特別是由其基質材料 if _纖維間的㈣所造成者，會被有效地移轉至該補強 預成形體的構成材料，且會由其產生。 _時常地，有需要製造—些構件其構形係不同於該等簡

早的幾何形狀’譬如(本身而言)板狀、片狀、矩形或方形立 方體等。一籍u_ 疋成1此目的之作法係將該等基本幾何形狀組 二成戶的更複雜形式。—種該典型的組合係藉將如上所 ^地製成之補強預成形體等互相以-角度(典型為直角）接 S而來凡成。如此呈角度排列地接合補強預成形體之一般 目的係為造成_所需形狀來形成-補強預成形冑，其例如 包含一或更多個端壁或“Τ”形交叉物，或可強化補強預成形 體所迨成的組合，且其所製成的複合結構當被曝露於外力 例如壓力或拉力時，將可對抗折彎或破壞。在任何情況下， 一相關考量會使該等構成組件之間的每一接合處儘可能地 強固。該等補強預成形體構成物本身被賦予所需的非常高 強度’故該接合處的脆弱會在一結構“鏈，，中有效地變成一 “弱環節’’。 一交叉構形之例係被述於No. 6,103,337美國專利中， 其揭露併此附送。此參考資料叙述一種將二補強板接合在 一起成一T形的有效手段。 以往曾有不同的其它建議用以造成該等接合物。曾有 建議互相分開地形成並固化一面板元件與—有角度的強化 5 201032991 元件’該後者具有一面板接觸表面’或在一端分叉來形成 二分歧的共平面之面板接觸表面。該二構件嗣會被使用熱 固性黏劑或其它黏性材料將該強化元件的面板接觸表面黏 接於另一構件之一接觸表面而來接合。但是，當拉力施加 於該固化的面板或該複合結構的表皮時’以不可接受之甚 低值的負载即會造成“剝除，，力，其會在它們的介面處分開 該強化元件與該面板，因為該接合處的有效強度係為該基 質材料者而非該黏劑者。 在該等構件之介面處使用金屬螺栓或鉚釘乃是不可接 受的’因為該等附加物會至少部份地破壞和弱化該複合結 構本身的整體性，增加重量，並引致該等元件與周圍材料 之間的熱膨脹係數之差異。 用以解決此問題的其它提議曾經基於將高強度纖維引 經接合區域的概念，其係藉由使用如下之方法：將該等構 件之一者縫合於另一者，而倚賴該縫線來將該等強化纖維 引入並通過該接合部位。一種該提議係被示於No· 4,331,495美國專利及其分割的對應案No. 4,256,790美國專 利案中。此等專利揭露接合點係被形成於一由黏合的纖維 層所製成的第一和第二複合面板之間。該第一面板會以習 知方式在一端分叉來形成二分歧的共平面面板接觸表面， 其會被以未固化的可撓複合線縫綉穿過二面板來接合於該 第二面板。該等面板和線會被“共同固化’，，即同時地固化。 另一種用以改良接合強度的方法係被述於No. 5,429,853美 國專利中。然而，此方法係類似於前述方法，因為分開構 201032991 製的不同元件係被以一第三紗線或纖維縫合於該兩者之間 而接合在一起。不論何種方法被使用’所造成的結構物皆 會在該等個別片件之間的介面有相對較弱的接點，且將須 要實質上接觸的人力來切割和整理該等個別的層片。 雖該習知技術曾尋求改善該強化複合物的結構整體性 並已達到成功，尤其是在No. 6，103,337美國專利中的個 案’但仍存有—需要希能藉由一不同於使用黏劑或機械性 耦合的方法來改善或解決該問題。針對於此，有一種可能 的方法係以特殊化的機器來造成一編織的三維(“ 3 D，，)結構 物。但疋，其費用相當可觀，且罕見的是其需要有一用以 造成一單獨結構物的編織機器。儘管如此，能被製設於纖 維強化的複合構件中之3〇預成形體乃是較佳的，因為相對 於傳統的二維叠層預合物它們會提供增加的強度。該等預 成形體係特別適用於須要該複合物承帶平面外負載的用具 中。但疋，上述的習知預成形體會使其能力受限於承受高 平面外負載，在一自動化織機製程中來被織造，及提供該 預成形體的某些部份之不同厚度。 另-種方法可為編織一二維(“2D，，)結構物絲之指成 3D形狀，而㈣岐被—體地強化，即紗線會連續地交織 於該平坦基礎或面板部份與該加強件之間。—瓜編織結構 物會被摺成3D形狀之例係被揭於N。6,874,543美國專利 中，其完整内容併此㈣參考。具有特定結構形狀 ，例如 “T、I、Η、或“Pl”形截面的纖維預成形體冑乃可在 -傳統的梭織機上被織成’並有若干既存的專利描述織造 201032991 該等結構的方法(例如No. 6,446,675和No. 6,712,099等美國 專利）。另一種用以構製強化面板的方法係被述於No. 6,019,138美國專利中，其完整内容併此附送參考。其揭露 一種方法用以製造強化的面板而在經向和緯向皆具皆具有 補強的加強件。如所述，該方法可藉超量編織，或簡單地 將高結點織入該預成形體的面板部份中而來達到二個方向 的補強。但是，在所有的習知技術中，該等預成形體皆被 構製成會使該等加強件具有〇°或±90°的定向。 【發明内容】 發明概要 因此，仍有需要一種一體織成的預成形體，其會在二 或更多個方向提供補強，且能使用一傳統的織機在一製程 中被織成，而無須任何特別的修正。具言之，現有需要一 種具有偏軸加強件之一體織成的預成形體，其中該等加強 件係被定向在一不同於〇°和±90°的方向或角度，或該等加 強件會與定向於〇°和±90°方向的加強件來被組合形成。 本發明係藉一體地編織該表皮和加強件等，以使連續 的纖維通過至少某些該等介面，而來消除習知結構中所述 的弱接點。 本發明之一實施例為一種一體織成的預成形體，其在 二或更多個方向具有由一織造基礎織物所構成的加強件。 該結構包含一第一編織織物層，一第二編織織物層，及多 數的紗線交織於該第一編織織物層和第二編織織物層之 間，其中該多數的紗線會交織通過該第一織物層與第二織 201032991 物層間之一區域，且該第一織物層會相對於第二織物層摺 疊而使一第一偏軸加強件被形成於該預成形體中。該第一 編織織物層會在一或更多個區域中被由該第二編織織物層 之一頂面割裂。該第一編織織物層之一交織區域的第一面 上之·一第一部份會被與該第一編織織物層之該交織區域的 第二面上之一第一部份摺疊在一起，而沿一第一方向形成 一偏軸加強肋。該編織預成形體亦可包含一第三編織織物 層，及多數的紗線交織於該第二編織織物層與第三編織織 物層之間，其中該多數的紗線會交織通過該第二織物層與 第三織物層間之一區域’且該第三織物層會相對於第二織 物層摺疊而使一第二偏轴加強件被形成於該預成形體中。 該第三編織織物層會在一或更多個區域中被由該第二编織 織物層之一底面割裂。該第三編織織物層之一交織區域的 第一面上之一第一部份會被與該第三編織織物層之該交織 區域的第二面上之一第一部份摺疊在一起，而沿一第二方 向形成一偏轴加強肋。 本發明的另一實施例係為一種纖維強化複合物’包含 —一體織成的預成形體在二或更多個方向具有由一編織基 礎織物所構成的加強件。該結構包含一第一編織織物層’ 第二編織織物層，和多數的紗線交織於該第一編織織物 層與第二編織織物層之間，其中該多數的紗線會交織通過 該第一織物與第二織物間之一區域’且該第一織物會相對 於第二織物摺疊，而使一第一偏軸加強件被形成於該預成 形體中。 9 201032991 本發明之又另一實施例係為一種一體織成的預成形 體，其在二或更多個方向具有由一編織基礎織物所構成的 加強件。該結構包含一第一編織織物層，一第二編織織物 層，及多數的紗線會在多數個獨立區域中交織於該第一編 織織物層與第二編織織物層之間，其中該第一織物會相對 於第二織物摺疊，而使一第一加強件沿一第一方向形成於 該預成形體中，且該第一加強件的一部份會被摺疊而沿一 第二方向在該預成形體中形成一第二加強件，該第二加強 件係為一偏轴加強件。該第一編織織物層會由第二編織織 物層之一頂面在一或更多個區域中被割裂。該編織預成形 體亦可包含一第三編織織物層，及多數的紗線會在多數個 獨立區域中交織於該第二編織織物層與第三編織織物層之 間，其中該第三織物會相對於第二織物被摺疊，而使一第 三加強件沿一第三方向形成於該預成形體中，且該第三加 強件的一部份會被摺疊而沿一第四方向在該預成形體中形 成一第四加強件，該第四加強件係為一偏軸加強件。該第 三編織織物層可由第二編織織物層之一底面在一或更多個 區域中被割裂。 本發明之又另一實施例係為一種纖維強化複合物，包 含——體織成的預成形體在二或更多個方向具有由一編織 基礎織物所構成的加強件。該結構包含一第一編織織物 層，一第二編織織物層，及多數的紗線會在多數個獨立區 域中交織於該第一編織織物層與第二編織織物層之間，其 中該第一織物會相對於第二織物摺疊，而使一第一加強件 201032991 會沿一第一方向被形成於該預成形體中，且該第一加強件 的一部份會被摺疊而沿一第二方向在該預成形體中形成一 第二加強件，該第二加強件係為一偏軸加強件。 本發明之又另一實施例係為一種形成—體編織預成 形體的方法，包含如下步驟：提供二或更多個編織織物層， 交織來自一第一編織織物層的多數條紗線與來自一第二編 織織物層的多數條紗線，該第一編織織物層係可相對於第 二編織織物層摺疊，由該第二編織織物層之一頂面割裂該 第一編織織物層的一部份，及相對於第二編織織物層來摺 疊該第一織物的該部份而在該預成形體中形成一第一偏軸 加強件。該方法亦包含以下步驟：將該第一編織織物層之 一交織區域的第一面上之一第一部份與該第一編織織物層 之該交織區域的第二面上之一第一部份摺疊在一起而沿一 第一方向形成一偏軸加強肋。該方法可更包含如下步驟： 將來自一第三編織織物層的多數條紗線與來自一第二編織 織物層的多數條紗線交織，該第三編織織物層係可相對於 第二編織織物層摺疊，由該第二編織織物層之一底面割裂 該第三編織織物層的一部份，及相對於該第二編織織物層 來摺疊該第三織物的該部份，而在該預成形體中形成一第 二偏軸加強件。該第三編織織物層之一交織區域的第一面 上之一第一部份可被與該第三編織織物層之該交織區域的 第二面上之一第一部份摺疊在一起而沿一第二方向形成一 偏軸加強肋。 11 201032991 本發明之又另一實施例係為一種形成一纖維強化複合 物的方法，包含以下步驟：提供二或更多個編織織物層來 形成—一體編織的預形成體，交織來自一第一編織織物層 的多數條紗線與來自一第二編織織物層的多數修紗線，該 第一編織織物層係可相對於第二編織織物層摺疊，由該第 二編織織物層之—頂面割裂該第一編織織物層的一部份， 及相對於第二編織織物層摺疊該第一織物之該部份而在該 預成形體中形成—第一偏轴加強件。 參 本發明之又另一實施例係為一種形成一 一體編織的預 成形體之方法，包含以下步驟：提供二或更多個編織織物 層’I在多數個獨立區域交織來自一第一編織織物層的多數 條紗線與來自一第二編織織物層的多數條紗線，該第一编 - 織織物層係、可相對於第二編織織物層摺疊，由該第二編冑 ' 織物層之-頂面割裂該第—編織織物層的一部份，及相對 於該第二編織織物來摺叠該第一織物之該部份，而使一第 加強件第-方向形成於該預成形體中，且該第_加 φ 強的部伤會被摺叠而沿一第二方向在該預成形體中形 成第—加強件，該第二加強件係為一偏袖加強件。該方 法亦可包括在多數個獨立區域交織來自一第三編織織物層 的多數條紗線與來自一第二蝙織織物層的多數條紗線該 第三編織織物層係可相對於第二編織織物層摺4，由該第 二編織織物層之-頂面割裂該第三編織織物層的-部份； 及相對於該第二編織織物層來指疊該第三織物之該部份， 而使第二加強件沿—第三方向形成於該賴形體中，且 12 201032991 該第三加強件的一部份會被摺疊而沿一第四方向在該預成 形體中形成一第四加強件，該第四加強件係為—偏轴加強 件。 本發明之又另一實施例係為一種形成一纖維強化複合 物的方法，包含如下步驟：提供二或更多個編織織物層來 形成 體編織的預成形體，在多數個獨立區域交織來自 一第一編織織物層的多數條紗線與來自一第二編織織物層 的多數條紗線，該第一蝙織織物層係巧相對於第二編織織 物層摺疊，由該第二編織織物層之一頂面割裂該第一編織 織物層的一部份，及相對於該第二編織織物層來摺疊該第 一織物之該部份，而使一第一加強件沿一第—方向形成於 該預成形體中，且該第一加強件的一部份會被摺疊而沿一 第二方向在該預成形體中形成一第二加強件，該第二加強 件係為一偏軸加強件。 雖所述係參照具有偏軸加強件的編織預成形體，但本 方法亦可被用於製造任何形狀的預成形體，例如Η形或I形 的編織預成形體。 本方法能被用於織造具有可變厚度或可變高度之加強 件的預成形體，该等加強件可為互相平行或有角度。該預 成形體可被使用任何方便的經纖圖案，即層對層的，貫穿 厚度的斜角聯鎖、正交的等等來織成。雖碳纖維會較佳， 但本發明實際上係可應用於任何其它的纖維種類。 會凸顯本發明的各種新穎性特徵係被詳細地指出於所 附加並形成本揭露之一部份的申請專利範圍中。為使能更 13 201032991 佳地瞭解本發明，其操作優點和使用所獲得的特定目的 等，將會參照所附的描述内容來說明，其中，本發明之較 佳但非限制性的實施例會被示於所附圖式中，其中對應的 構件係被以相同的標號來標示。 在本揭露中所述的“包含有”和“包含，，可意為“包括有，， 和“包括”等，或可具有該“包含有”和“包含，，等用語在美國專 利法中所賦予的一般意義。“主要係由所構成，，或“主要係 由…所組成”等詞語若被使用於申請專利範圍中，則具有美 國專利法中認屬於它們的意義。本發明的其它態樣會被描 參 述於以下揭露中或可由之顯而易知（且在本發明的範圍内）。 圖式簡單說明 所附圖式係被含括以提供本發明的進一步瞭解，乃被 _ 併入且構成本說明書的一部份。所呈現的圖式會示出本發 明的不同實施例並與描述内容一起用來說明本發明的原 理。圖式中： 第1圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體之相片； _ 第2圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體被割裂 和摺疊之相片； 第3圖為第2圖所示的預成形體之紙模型； 第4圖為依據本發明之一態樣的編織時預成形體之示 意圖； 第5圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體之不意 圖； 第6圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體之不意 14 201032991 圖； 第7 15圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體的 戴面圖； 第16〜18圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體的 不意圖， 第19(a)〜(b)圖為依據本發明之一態樣的編織預成形 體之紙模型； y 第20(a)〜（e)圖為依據本發明之一態樣的蝙織預成形 體之相片； / 第21(a)〜（d)圖為依據本發明之一態樣的蝙織預成形 體之相片；

第22(a)〜（b)圖為依據本發明之一態樣的編織預成形 體之紙模型； V 第23圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體之示意圖。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 本揭露描述數種用於編織纖維預成形體的技術，該預 成形體可被處理成一複合構件包含一表皮在多個方向具有 一體的加強件。在本揭露所述的結構類型可被使用於航太 結構物，例如翼板、機身面板及控制表面等。一種依據一 實施例之該等技術係特別適用於該等加強件會形成六邊形 以提供0。、+60。、_60。方向之補強的情況，而依據另一實施 例的另一種技術係可適用於提供實際上任何方向的補強， 即該等加強件實際上可被形成於任何方向。該第二種方法 15 201032991 將會被針對兩種情況來朗：1)_加餅 _。補強)的情況，和2)該等加強件係在二= 況。此第二種情況亦適合於較複雜的構件，譬如二= 例如 道等其H該結構物的_部份須要偏轴觀者；’、s 形樑之腹板。 ’

該兩種方法皆可克服3D編織表皮的主要限制，即指它 們”知提供在G。和9G。方向的補強。此構形當負載著平面中 剪力時會相對較弱。添加±45。的加強件能提供—額外的承 載途徑來承帶此剪切負載，而得增加該結構的硬度和強 度另丨Φ該G/±6G°補強的情況會在該表皮的平面中提供 ㈣㈣$化。該兩種技術皆係依據經向及/或緯向纖 維對當它們被織經該織物時的位置互換。但在第一種方法 中，纖維只會例如在一個方向互換位置。

現請參閱圖式’第丨和2圖係為利用前一種方法所形成 的舉例預成形體之相片。第1圖示出預成形體1〇〇在其織物 階段當其離開織機時’而第2圖示出同一預成形體在該織物 的表面層已被割裂之後且該預成形體1〇〇被摺成其最後形 狀的相片。其中緯向纖維互換位置5〇之處可在第1圖中被看 出如一系列的短水平線。 在該等相片中的織物係由例如四個聯鎖層和一個表面 層所組成。該表面層可形成該等加強件，而該等聯鎖層可 开>成該表皮。在該表面層中的某些緯向纖維會例如與在第 二聯鎖層中的緯向纖維互換位置，而將該表面層鎖固於該 表皮。該等緯向纖維的間隔可被設計成當該表面層被割裂 16 201032991 及摺疊時該等加強件會形成一規則的六邊形。因此，依據 一實施例本發明可為一種用於一基材的編織預成形體，其 具有一體的侧壁等被形成呈一六邊形陣列。 其目的係為織成一種由一基材所構成的單片式預成形 體其具有一體的側壁等能被形成一六邊形陣列。該等側壁 係由二層織物所組成，它們係被摺成垂直於該基材。該預 成形體100之一重複片段25的紙模型係被示於第3圖中。應 請注意在每一六邊形的六個邊之二邊處，該基材與側壁之 間係有連續的纖維。 該預成形體100會被分成九個區域丨〜9等，如第4圖中 所不。纖維方向1可被與經向或緯向對準，但—體連接於該 基材的侧Μ纽平行於纖維方向丨。_成雜_包含 至少二層’例如層1和層2,如第5圖所示。於方向1的纖維 怪會完全保持在單-層内，但於方向2的纖維會在某些區域 的交會處週期地由-層縫至另—層。錢出方向2的纖維之 不同組群是有助益的，如第5圖所示。在Α組中的方向2纖維

會在區域1中織入層以在區域2中織入層2。同樣地，在B 組中的方向2纖維會在區域2中織入^並在區如中織入層 2。在E、F、制組中的方向2纖維會保持類似的關係。相 對地’在.G組中的方向2纖維枝織入層i，而在〇純 組中的方向2纖維會恆織入層2。 依據本發明之-實施例的—種舉例纖維架構係示於第 6圖卜為示現之用’方向1#指經向而方向⑽指緯向。一 系列的截面會㈣出以明示在各區域中之不同纖維的位 17 201032991 置。各截面被剖切的平面位置係示於第6圖中。由圖中可看 出，該等截面切口係被成對地不出（即例如A1 - A1和A2-A2) ’ 而使必須被鎖入所有緯向纖維的全部經向纖維能被分開成 二組群。 在緯向的截面切口之貫穿厚度位置係被示於第7圖 中，是為一舉例。圓圈代表緯向纖維60乃垂直於觀看者的 眼睛延伸。而連續線代表經向纖維80。第7圖亦示出例如有 四層在該預成形體中。層1由單一纖維層所構成，其在此垂 直截面不會與任何其它層互換；但是，在其它截面則會互 換。層2、3和4會實際地聯鎖。層2和4係僅被加入用以示現 該基材的厚度可如何被構建；然而，它們對本發明的實施 例却不一定需要。 在經向的截面切口之貫穿厚度位置係被示於第8圖 中。在第8圖中，圓圈代表經向纖維80乃垂直於觀看者的眼 睛延伸，而連續線代表緯線60。切口 A-A的經向截面係示於 第9圖中。於層1中的經向纖維80會在所有的經向截面中連 續通過全部各區域。此等經向纖維會在摺疊時變成該等側 壁中的縱向纖維。於層2、3和4中的經向纖維80亦會在所有 的經向截面中連續通過全部各區域。更多的層可被添加以 增加該基材的厚度，乃為一般精習於該技術者所可易知。 切口 B-B，C-C和D-D之類似的截面係被分別示於第10 〜12圖中。各截面A-A至D-D之間的差異係為在層1和3中之 緯向纖維60的相對位置。但請注意，於層1和3中的緯向纖 維60在區域3和7中不會變換層。 201032991 現在，緯向截面係被示於第13〜15圖中。於層2和4中 的緯向纖維60會在所有的緯向截面中保留在單一層内。技 參閱第13圖頂部的截面切口 ε_ε之緯向段丨，在區域1中之層 1内的緯向纖維60會織入區域2中的層3内。在區域1之層3内 的緯向纖維60會織入區域2中的層。在層i内的緯向纖維 60最後會在該等側壁中相對於該等加強件的縱向變成橫^ 纖維。 如前所述，在區域3和7中的緯向纖維60不會交織於各 層之間。此係被示於第14圖的區域3中。第15圖示出在層i 和3中的緯向纖維60當它們由區域4到區域5再至區域6時如 何地改換位置。區域7及組合的區域8和9之截面並未被示 出，但它們係可分別相較於區域3及組合的區域1和2。 依據本發明之一實施例，一系列的裂缝會被形成於該 預成形體100中以容許該等側壁被打開。其第一步驟係在第 16圖中被以標號1的箭頭沿各虛線所示之位置處，在層1中 造成縱向裂縫(沿該經向）。第二步驟係形成一系列的橫向裂 縫於前述的縱向裂縫之間。該等裂縫係在第16圖中被以標 號2的箭頭沿各虛線來示出。最後，另一系列的縱向裂縫係 被設在第16圖中以標號3的箭頭沿各虛線所示之位置處。 該等連續側壁嗣可藉摺合層1的兩半以使它們垂直於 該基材而來形成，如第17圖中所示。但是，此等側壁將會 只在區域1和2，4和5，5和6，及8和9的交會處附接於該基 材。該等側壁之未附接於該基的片段會有完全正確的長度 以形成一六邊形的其餘側壁’如第18圖中所示。依據本發 19 201032991 明之-實施例，各侧壁皆會包含 依據本實施狀1成形趙刚的紙模型係被以其在 編織狀態示於第19(a)圖中。卩 ^埯1〜2，4〜6，及8〜9代表 在二層之間改變位置的緯向 纖維組群，而區域3和7代表僅 織於頂層中的緯向纖維組群。~ 割裂並摺合之後的同一預成 形體係被示於第19(b)圖中。 @專側壁的六邊形形狀係可輕 易看出如在第19(b)圖所見。 因此，依據本實施例，〜

〜種一體織成而在二或更多個 方向具有加強件的預成形！* # 岐你由一編織的基礎織物所構 成。該織物結構可包含一第 β ^ , 〜碥織織物層，一第二編織織 物層，及許多的紗線在多數 ^, 岡獨立區域中交織於該第一編 織織物層與第二編織織物層

間。該第一織物會被割裂並 相對於第二織物摺疊，而使— I 第—加強件沿一第一方向被 形成於該預成形體中，且談笛 '^弟一加強件的一部份會被摺疊 而沿一第二方向形成一第_ 弟一加強件於該預成形體中，該第 二加強件係為-偏轴加強件。該編織預成形體亦可包含—

第三編織織物層’且—些紗線可在多數個獨立區域中交織 於該第二_織物層與第三編織織物層之間。該第三織物 會被割裂並相對於該第二織物㈣，而使—第三加強件沿 -第三方向形成於該預成形體中，且該第三加強件的—部 份會被摺疊而沿-第四方向在該預成形體中形成一第四加 強件，該第四加強件係為一偏軸加強件。 應請注意該預成形髏可被織成任何所擇的圖案。 如，該經向纖維圖案可被由層對層，正交的，及斜角聯鎖 20 201032991 的形式等來選出。該等交織紗線可為經紗及m該等 紗線可由任何材料製成，例如碳、尼龍、螺縈、破璃纖唯 棉、喊、料族㈣胺，絲㈣。 瑪纖維、 含上=:=—實施例係為-種纖維強化的複合物，包 如可被以-:質體編織預成形體。該預成形體例 脂移轉成形法===潰。該複合物可經由樹

氧樹脂娜_可為環 任一者。 頃丁烯二醯亞胺、乙烯酯、陶瓷及碳之 形體m據類縣—卿成—㈣織的預成 等加強件與表皮之心第-者唯除在二方向的纖維會於該 、a互換位置。一種使用此方法的織物200 _系被不於第2〇(a)〜⑷圖中。該等相片中的織物200 出面板其具有加強件等呈一六邊形陣列。由該等纖維 互換位置所形成的六邊形圖案可被輕易看出如在第释） 圖中所見。 i預成HGG之表面層的六邊形片塊可被割裂來形 ^-個加強件’如第2Q(b)圖中所示。該等加強件會被摺入 U來形成-六邊形陣列例如在第2()⑷圖中所示。只有 了個完整的六邊频示於此相片中 ，但此重複的元件可被 複製於該面板的整個表面上，乃為—般精習於該技術者所 可易知。 此同-方法亦可被用來形成一預成形體3〇〇,其會藉呈 鐵石圖案而非六邊形圖案來排列該等互換位置而具有沿 21 201032991 ±45。方向的加強件，例如在第21(a)〜(d)圖中所示。請注意 第21(c)和21⑷圖係為相反面，例如同一預成形體3〇〇的頂 面和底面。於此例中在一面上的+45。加強件可例如被一在 相反面上的-45°加強件平衡。但是，此並非一必要的條件 和構形，而僅於一面上具有加強件亦在本發明的範圍内。 因此，依據此實施例，一種在二或更多個方向具有加 強件之一體織成的預成形體可由一編織織物來構成。該織 物可包含一第一編織織物層，一第二編織織物層，及多數 的紗線交織於該第一編織織物層和第二編織織物層之間。 © 一些該等紗線會交織通過該第一織物與第二織物間之一區 域，且該第一織物會被割裂並相對於第二織物摺疊，而使 一第一偏轴加強件形成於該預成形體中。該第一編織織物 層之一交織區域的第一面上之一第一部份會被與該第一編 織織物層之該交織區域的第二面上之一第一部份摺合在一 起而沿一第一方向形成一偏轴加強肋。該編織預成形體亦 可包含一第三編織織物層，及多數的紗線交織於該第二編 織織物層與第三編織織物層之間。一些該等紗線會被交織 ® 通過該第二織物與第三織物間之一區域，且該第三織物會 被割裂並相對於第二織物摺疊，而使一第二偏軸加強件形 成於該預成形體中。該第三編織織物層之一交織區域的第 一面上之一第—部份會被與該第三編織織物層之該父織區 域的第二面上之一第一部份摺合在一起，而沿一第二方向 形成一偏轴加強肋。 如在先前實施例中所述，該預成形體可被以任何所擇 22 201032991 的圖案來織成。例如’該經向纖維圖案可被由層對廣、正 交的，及斜角聯鎖等形式來選出。該等交織紗線可為經紗 及/或緯紗。該等紗線可由任可材料製成’例如碳、足龍、 螺縈、玻璃纖維、棉、陶究、芳香族聚酿胺、及聚。稀。 本發明依據一實施例係為一種纖維強化的複合物，包 含有如上實施例中所述的一體編織預成形體。該預成形體 可例如被以一基質材料譬如樹脂浸潰來形成一複合物。該 複合物可被以樹脂移轉成型法或化學蒸汽過濾來處癦。該 樹脂材料可為環氧樹脂、聚酯、雙順丁烯二醯亞胺、乙烯 酉旨、陶瓷及碳之任一者。 如如所述，本發明的方法亦能被併用於31)織造梯的織 mi中，其具有一體的凸緣和腹板等，例如I型樑或通道。在 此等情況下，互換位置會被排列以形成三角形，此則會將 加強件等設置於凸緣之間。雖該等加強件實際上能相對於 該等凸緣被定向於任何角度，但將它們定向在±45。會最大 化匕們對該樑之剪切強度和硬度的貢獻。另一種可能以此 技術會有用的定向係當該等加強件垂直於該等凸緣時可形 成間肋等’其會在貫穿厚度的壓縮時來支撐該樑。一〗型樑 及—通道之典型的紙模型係分別被示於第22(&)和22(1)) 圖中。 本發明依據一實施例係為一種形成一如第23圖所示之 一體編織預成形體500的方法。在本實施例中，織在區域i 中的表面之經向和緯向纖維能與例如已織入區域丨和2間之 介面處的表皮中之互補的經向和緯向纖維互換位置。此等 23 201032991 相同的纖維能在區域2和3的交會處再度互換位置。該織物 500的頂片可沿緯向被割裂來製成該材料，其可依據本實施 例被往上摺以形成該等加強件。 雖本發明的較佳實施例及其修正例等已於此被詳細描 述，但請義本㈣並样於鱗精確的實施例和修正 例’且其它的修正和變化亦可被精習於該技術者所完成， 而不超出如所财請專利範麟界定之本發明的精神與範圍。 【阁式簡單說明】 ^圖為依據本發明之-態樣的編織預成形體之相片； 2圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體被割裂 不谓登之相片； 第3圖為第2圖所示的預成形體之紙模型； 意圖；

第4圖為依據本發明之一態樣的編織時預成形體之示 意圖； 第5圖為依據本發明之-態樣的編織預成形體 之示 意圖； 第6圖為依據本發明之1'樣的編織預成形體之示

第7〜15圖為依據本發明之― 戴面圖. 之一態樣的編織預成形體的 第16〜18圖為依據本發明之—能| 示意圖. 之—態樣的編織預成形體的 體之紙模剛為依據本發明之-態樣的編織預成形 24 201032991 第20(a)〜（c)圖為依據本發明之一態樣的編織預成形 體之相片； 第21(a)〜（d)圖為依據本發明之一態樣的編織預成形 體之相片； 第22(a)〜（b)圖為依據本發明之一態樣的編織預成形 體之紙模型； 第23圖為依據本發明之一態樣的編織預成形體之示意圖。 【主要元件符號說明】

1〜9...各區域 60...緯向纖維 25...重複片段 80…經向纖維 50…互換位置 100，200，300，500…預成形體

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Claims (1)

1. 201032991 七、申請專利範圍： 1. 一種一體編織的預成形體在二或更多個方向具有加強 件等由一編織基礎織物所構成，該基礎織物包含： 一第一編織織物； 一第二編織織物；及 多數的紗線交織於該第一編織織物與第二編織織 物之間，其中該多數的紗線會交織通過該第一織物與第 二織物間之一區域，且該第一織物會被相對於第二織物 摺疊，而使一第一偏軸加強件被形成於該預成形體中。 2. 如申請專利範圍第1項的編織預成形體，其中該第一編 織織物係在一或更多個區域中由該第二編織織物之一 頂面割裂。 3. 如申請專利範圍第2項的編織預成形體，其中該第一編 織織物之一交織區域的第一面上之一第一部份會與該 第一編織織物之該交織區域的第二面上之一第一部份 摺疊在一起而沿一第一方向形成一偏轴加強肋。 4. 如申請專利範圍第1項的編織預成形體，更包含： 一第三編織織物；及 多數的紗線交織於該第二編織織物和第三編織織 物之間，其中該多數的紗線會交織通過該第二織物與第 三織物間之一區域，且該第三織物會被相對於第二織物 摺疊而使一第二偏軸加強件形成於該預成形體中。 5. 如申請專利範圍第4項的編織預成形體，其中該第三編 織織物係在一或更多個區域中由該第二編織織物之一 201032991 底面割裂。 6. 如申請專利範圍第5項的編織預成形體，其中該第三編 織織物之一交織區域的第一面上之一第一部份會與該 第三編織織物之該交織區域的第二面上之一第一部份 摺疊在一起而沿一第二方向形成一偏軸加強肋。 7. 如申請專利範圍第1項的編織預成形體，其中該基礎織 物係由經向和緯向紗線或纖維所織成。 8. 如申請專利範圍第7項的編織預成形體，其中該經向纖 維圖案係為一選自下列組群的圖案：層對層，正交，及 斜角聯鎖。 9. 如申請專利範圍第7項的編織預成形體，其中該等交織 的紗線係為經紗。 10. 如申請專利範圍第7項的編織預成形體，其中該等交織 的紗線係為緯紗。 11. 如申請專利範圍第7的編織預成形體，其中該等經向和 緯向紗線或纖維係選自下列組群：碳、尼龍、螺縈、玻 璃纖維、棉、陶瓷、芳香族聚醯胺，及聚乙烯。 12. 如申請專利範圍第4項的編織預成形體，其中該等第一 和第二偏軸加強件係形成於+/-60度或+/-45度定向。 13. —種纖維強化複合物包含——體編織的預成形體在二 或更多個方向具有加強件等由一編織基礎織物所構 成，該基礎織物包含： 一第一編織織物； 一第二編織織物；及 27 201032991 多數的紗線交織於該第一編織織物與第二編織織 物之間，其中該多數的紗線會交織通過該第一織物與第 二織物間之一區域，且該第一織物會被相對於第二織物 摺疊，而使一第一偏軸加強件被形成於該預成形體中。 14. 如申請專利範圍第13項之複合物，更包含一基質材料。 15. 如申請專利範圍第14項之複合物，其中該基質材料係為 一樹脂，且該複合物係由一選自下列組群的製法所形 成：樹脂移轉成型法及化學蒸汽過濾。 16. 如申請專利範圍第14項之複合物，其中該基質材料係選 自下列組群：環氧樹脂 '聚酯、雙順丁烯二醯亞胺、乙 烯S旨、陶竞、及碳。 17. 如申請專利範圍第13項之複合物，其中該第一偏轴加強 件係形成於+/-60度或+/-45度定向。 18. —種一體編織的預成形體在二或更多個方向具有加強 件等由一編織基礎織物所構成，該基礎織物包含： 一第一編織織物； 一第二編織織物；及 多數的紗線在多數個獨立區域中交織於該第一織 造織物和第二織造織物之間； 其中該第一織物會相對於該第二織物摺疊，而使一 第一加強件沿一第一方向形成於該預成形體中，且該第 一加強件的一部份會被摺疊而在該預成形體中沿一第 二方向形成一第二加強件，該第二加強件係為一偏軸加 強件。 28 201032991 19. 如申請專利範圍第18項之編織預成形體，其中該第一編 織織物會在一或更多個區域中由該第二編織織物之一 頂面割裂。 20. 如申請專利範圍第18項之編織預成形體，更包含： 一第三編織織物；及 多數的紗線會在多數個獨立區域中交織於該第二 編織織物與第三編織織物之間； 其中該第三織物會相對於第二織物摺疊而使一第 三加強件沿一第三方向形成於該預成形體中，且該第三 加強件的一部份會被摺疊而在該預成形體中沿一第四方 向形成一第四加強件，該第四加強件係為一偏軸加強件。 - 21.如申請專利範圍第20項之編織預成形體，其中該第三編 _ 織織物係在一或多個區域中由該第二編織織物之一底 面割裂。 22. 如申請專利範圍第18項之編織預成形體，其中該基礎織 物係由經向和緯向紗線或纖維所織成。 23. 如申請專利範圍第22項之編織預成形體，其中該經向纖 維圖案係為一選自下列組群的圖案：層對層，正交，及 斜角聯鎖。 24. 如申請專利範圍第22項之編織預成形體，其中該等交織 的紗線係為經紗。 25. 如申請專利範圍第22項之編織預成形體，其中該等交織 的紗線係為緯紗。 26. 如申請專利範圍第22項之編織預成形體，其中該等經向 29 201032991 和緯向紗線或纖維係選自下列組群：碳、尼龍、螺縈、 玻璃纖維、棉、陶瓷、芳香族聚醯胺，及聚乙烯。 27. 如申請專利範圍第20項之編織預成形體，其中該第二加 強件和第四加強件係形成於+/-60度或+/-45度定向。 28. —種纖維強化複合物包含——體編織的預成形體在二 或更多個方向具有加強件等由一編織基礎織物所構 成’該基礎織物包含.

   一第一編織織物； 一第二編織織物；及 多數的紗線在多數個獨立區域中交織於該第一織 造織物和第二織造織物之間；

   其中該第一織物會相對於該第二織物摺疊，而使一 第一加強件沿一第一方向形成於該預成形體中，且該第 一加強件的一部份會被摺疊而在該預成形體中沿一第 二方向形成一第二加強件，該第二加強件係為一偏軸加 強件。 29. 如申請專利範圍第28項之複合物，更包含一基質材料。 30. 如申請專利範圍第29項之複合物，其中該基質材料係為 一樹脂，且該複合物係由一選自下列組群的製法所形 成：樹脂移轉成型法及化學蒸汽過濾。 31. 如申請專利範圍第29項之複合物，其中該基質材料係選 自下列組群：環氧樹脂、聚酯、雙順丁烯二醯亞胺、乙 烯酯、陶瓷、及碳。 32. 如申請專利範圍第28項之複合物，其中該第一偏軸加強 30 201032991 件係形成於+/-60度或+/-45度定向。 33. —種形成一一體編織的預成形體之方法，包含以下步驟： 提供二或更多個編織織物； 交織來自一第一編織織物的多條紗線與來自一第 二編織織物的多條紗線，該第一編織織物係可相對於第 二編織織物摺疊； 由該第二編織織物之一頂面割裂該第一編織織物 的一部份；及 相對於該第二編織織物摺疊該第一編織織物的該 部份而在該預成形體中形成一第一偏轴加強件。 34. 如申請專利範圍第33項之方法，更包含以下步驟： 將該第一偏織織物之一交織區域的第一面上之一 第一部份與該第一編織織物之該交織區域的第二面上 之一第一部份摺疊在一起而沿一第一方向形成一偏袖 加強肋。 35. 如申請專利範圍第33項之方法，更包含以下步驟： 交織來自一第三編織織物的多條紗線與來自一第 二編織織物的多條紗線，該第三編織織物係可相對於該 第二編織織物摺疊； 由該第二編織織物之一底面割裂該第三編織織物 的一部份；及 相對於該第二編織織物摺疊該第三編織織物的該 部份而在該預成形體中形成一第二偏軸加強件。 36. 如申請專利範圍第35項之方法，更包含以下步驟： 31 201032991 將該第三編織織物之一交織區域的第一面上之一 第一部份與該第三編織織物之該交織區域的第二面上 之一第一部份摺疊在一起而沿一第二方向形成一偏轴 加強肋。 37. 如申請專利範圍第33項之方法，其中該二或更多個織物 係由經向和緯向紗線或纖維所織成。 38. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該經向纖維圖案係 為一選自下列組群的圖案：層對層，正交，及斜角聯鎖。 39. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該等交織的紗線係 為經紗。 40. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該等交織的紗線係 為緯紗。 41. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該等經向和緯向紗 線或纖維係選自下列組群：碳、尼龍、螺縈、玻璃纖維、 棉、陶瓷、芳香族聚醯胺，及聚乙烯。 42. 如申請專利範圍第35項之方法，其中該等第一和第二偏 軸加強件係形成於+/-60度或+/-45度定向。 43. —種形成一纖維強化複合物的方法，包含以下步驟： 藉提供二或更多個編織織物來形成——體編織的 預成形體； 交織來自一第一編織織物的多條紗線與來自一第 二編織織物的多條紗線，該第一編織織物係可相對於該 第二編織織物摺疊； 由該第二編織織物之一頂面割裂該第一編織織物 201032991 的一部份；及 相對於該第二編織織物摺疊該第一織物的該部份 而在該預成形體中形成一第—偏轴加強件。 44. 如申請專利範圍第43項之方法，更包含以下步驟： 將該預成形體浸潰在一基質材料中。 45. 如申請專利範圍第44項之方法，其中該基質材料係為一 樹脂，且該複合物係由一選自下列組群的製法所形成： 樹脂移轉成型法及化學蒸汽過濾。 46. 如申請專利範圍第44項之方法，其中該基質材料係選自 下列組群：環氧樹脂、聚酯、雙順丁烯二醯亞胺、乙烯 酯、陶瓷、及碳。 47. 如申請專利範圍第例之方法，其巾該第—偏軸加強件 係形成於+/-60度或+/_45度定向。 48. 一種形成一一體編織的預成形體之方法，包含以下步驟： 提供二或更多個編織織物； 夕在多數個獨立區域中交織來自-第-編織織物的 多條紗線與來自—第二編織織物的多條紗線，該第一編 織織物係可相對於該第二編織織物摺曼； 由該第二編織織物之一頂面割裂該第一編織織物 的一部份；及 相對於該第二編織織物摺疊該第—織物的該部 伤而使f力口強件沿一第一方向形成於該預成形體 中且。亥第加強件的一部份會被摺疊而在該預成形體 中&帛—方向形成—第二加強件’該第二加強件係為 33 201032991 一偏軸加強件。 49. 如申請專利範圍第48項之方法，更包含： 在多數個獨立區域中交織來自一第三編織織物的 多條紗線與來自一第二編織織物的多條紗線，該第三編 織織物係可相對於該第二編織織物摺疊； 由該第二編織織物之一頂面割裂該第三編織織物 的一部份；及 相對於該第二編織織物摺疊該第三織物的該部 份，而使一第三加強件沿一第三方向形成於該預成形體 中，且該第三加強件的一部份會被摺疊而沿一第四方向 在該預成形體中形成一第四加強件，該第四加強件係為 一偏轴加強件。 50. 如申請專利範圍第48項之方法，其中該二或更多個織物 係由經向和緯向紗線或纖維所織成。 51. 如申請專利範圍第50項之方法，其中該經向纖維圖案係 為一選自下列組群的圖案：層對層，正交，及斜角聯鎖。 52. 如申請專利範圍第50項之方法，其中該等交織的紗線係 為經紗。 53. 如申請專利範圍第50項之方法，其中該等交織的紗線係 為緯紗。 54. 如申請專利範圍第50項之方法，其中該等經向和緯向紗 線或纖維係選自下列組群：碳、尼龍、螺縈、玻璃纖維、 棉、陶瓷、芳香族聚醯胺，及聚乙烯。 55. 如申請專利範圍第49項之方法，其中該第二加強件和第 201032991 四加強件係形成於+/-60度或+/-45度定向。 56.—種形成一纖維強化複合物的方法，包含以下步驟： 藉提供二或更多個編織織物來形成——體編織的 預成形體； 在多數個獨立區域中交織來自一第一編織織物的 多條紗線與來自一第二編織織物的多條紗線，該第一編 織織物係可相對於該第二編織織物摺疊；

   由該第二編織織物之一頂面割裂該第一編織織物 的一部份；及 相對於該第二編織織物摺疊該第一織物的該部 份，而使一第一加強件沿一第一方向形成於該預成形體 中，且該第一加強件的一部份會被摺疊而沿一第二方向 在該預成形體中形成一第二加強件，該第二加強件係為 一偏軸加強件。 57·如申請專利範圍第56項之方法，更包含以下步驟： 將該預成形體浸潰在一基質材料中。 58. 如申請專利範圍第57項之方法，其中該基質材料係為一 樹脂，且該複合物係由一選自下列組群的製法所形成： 樹脂移轉成型法及化學蒸汽過濾。 59. 如申請專利範圍第57項之方法，其中該基質材料係選自 下列組群：環氧樹脂、聚酯、雙順丁烯二醯亞胺、乙烯 酯、陶瓷、及碳。 60. 如申請專利範圍第56項之方法，其中該第一偏軸加強件 係形成於+/-60度或+/-45度定向。 35 201032991 61. 如申請專利範圍第1項之編織預成形體，其中該編織預 成形體係為一 I形樑。 62. 如申請專利範圍第13項之纖維強化複合物，其中該纖維 強化複合物係為一I形樑。 63. 如申請專利範圍第33項之方法，其中該編織預成形體係 為一 I形樑。 64. 如申請專利範圍第43項之方法，其中該纖維強化複合物 係為一I形樑。 65. 如申請專利範圍第18項之編織預成形體，其中該編織預 成形體係為一 I形樑。 66. 如申請專利範圍第28項之纖維強化複合物，其中該纖維 強化複合物係為一 I形樑。 67. 如申請專利範圍第48項之方法，其中該編織預成形體係 為一 I形樑。 68. 如申請專利範圍第56項之方法，其中該纖維強化複合物 係為一I形樑。