TWI397211B - 由對稱預製件製造偏軸強化之對稱及非對稱形狀之技術 - Google Patents

Description

由對稱預製件製造偏軸強化之對稱及非對稱形狀之技術 發明領域

本發明係有關偏軸補強的對稱與非對稱形狀物，及用來製成具有偏軸補強無縫織造結構之對稱與非對稱形狀物的方法。

發明背景

雷達天線罩係為使用於航太工業的殼體，其可屏護天線、雷達或類似裝置免受周遭環境侵擾。例如一天線罩可用來保護一天線免於受到其周邊區域之強風、冰雹及/或高溫的損害。若未加保護，則該等裝置依其被使用之處而定，將會容易受到風雨、高熱、腐蝕、壓力及其它損害源的負面作用。

航太用途的天線罩典型會呈軸向對稱的形狀，通常係為錐體、半球體、拋物面體、或半橢圓體等。但是，這些形狀的天線罩並不能符合某些政府機關所規定的雷達截面(“RCS”)要求。即是，雖習知的天線罩可適當地保護該裝置總成，但因為它們的幾何形狀具有高RCS，故將會被雷達容易地偵測到。不幸的是，雷達波吸收材料通常並不能使用於該等天線罩，因為該等材料將會干擾被裝在該罩體內之裝置的信號發送及接收。例如，在某些航太用途中，一天線罩可保護其內的裝置免遭空氣動態力和氣象的損害，並同時可容雷達的傳送和接收，以及防止該等裝置負面影響其所安裝之飛行器的空氣動力特性。干擾到該等裝置對訊號的接收或傳輸將會使該等裝置形如無用。

航太工業就天線罩所面對的另一個問題係，用來構建一天線罩的材料必須具有足夠低的介電性質俾免干擾傳輸訊號。此外，該材料的介電性質亦必須均勻一致，因為不均一的介電性質會負面地影響進出該天線罩的訊號傳輸。例如，天線罩典型係為複合結構物。這些複合結構物通常係由玻璃或石英與一基材來組成，該基材是為一種具有低介電性質的聚合物。此類的天線罩可使用樹脂移轉成型法或以玻璃纖維預浸膠體的人工佈設來構建。該“預浸膠本”(prepreg)係指一種以一聚合物樹脂來預浸的織物或單向條帶。由樹脂移轉成型構件之預塑型胚的構建可藉例如切割及結合個別的玻璃纖維層，成型織造，極性織造，及提花織造(梭織機)等來完成。但是，這些方法皆相當費時且會有甚大缺點，因以該等方法所製成的天線罩將會產生至少一接縫，其在受到異常狀況時常會成為該等結構物的破壞源處。在天線罩中存有接縫亦是不佳的，因為在接縫區域的介電特性會變成不均一，因此可能影響訊號的發送和接收。

但是，三維的提花(Jacquard)織造技術係可用來構建該天線罩。利用該技術，乃可由一片布來造成一襪狀的型胚。此種襪狀型胚會較佳，因其是無縫的，故可免除接縫所造成的一些問題。在基本的織造情況下，經紗和緯紗會互呈直角，而使連續的緯紗沿環箍(90°)方向，經紗則沿軸向(0°)來定位在最終結構上。因此，三維提花織造的襪狀型胚會比其它技術更佳。

藉著選擇性地包含或排除部份的經紗，該等襪狀物乃可形成具有或沒有封閉端部的各種不同幾何形狀。它們可被織成一單層織物，但亦可互合疊合來製成多層襪以構成所需的厚度。此型胚嗣可利用前述的製造技術來被處理成一複合結構。但是，以目前的織造技術要來織成複雜的三維形狀，例如非對稱形狀，仍是一種挑戰。

在一改進航太機具之隱形特性的研發中，已顯示非對稱形狀的天線罩會較佳，因為其能增進該機具的雷達迴避能力。但是，非對稱狀天線罩的出現對該等複雜的三維成型結構物的構是會呈現出更大的挑戰。有一種解決方案係使用自動貼帶技術，而使玻璃(或石英)預浸條帶被貼附在一公心砧上。該貼帶機頭必須具有許多自由度，能施加一致的壓力，並能精確地併列佈設條帶。雖該等機器應可購得，但它們會極昂貴。

此外，天線罩亦可能必須沿偏軸方向來被補強。例如，有些天線罩的用途需要在最好沿接近±45°方向來加強抗拉強度或硬度。而且，有些需要承壓強度的用途亦會使用±45°方向以及在0°和90°方向的補強。偏軸補強不能以目前的織造技術來達成，因為目前的技術其經紗和緯紗係互呈直角，故其連續的緯紗會沿環箍方向(90°)而經紗會沿軸向(0°)來被定位在最終結構上。因此，將不能達到沿±45°方向的補強。

有兩種習知的方法可增加偏軸的強化。其一方法係在一斜砧上來切割二維的布。該等偏軸的料層需要大量的人工，且會造成接縫而不能保有0°/90°襪筒的管狀整體性；故如前所述，將會負面地影響該天線罩的結構整體性及介電性質。但是，該等偏軸料層可被使用於非常大的預塑型胚。而第二種方法係使用一編織的襪筒。此方法可保留該型胚的管狀特性，但其型胚的大小會有限制。又，此方法並不能提供真正的橫向(90°)補強。

因此，乃需要一種低成本的方法來供製造具有偏軸補強的對稱及非對稱狀物體。

發明概要

依據本發明，一裝置會被提供來使一織造物上賦具偏軸的補強。該裝置包含一固定心砧及一旋轉心砧。該旋轉心砧可繞該固定心砧旋轉。該織造物的一部份可被夾在該固定心砧，而該織造物的第二部份可被夾在該旋轉心砧。當旋轉時，該旋轉心砧會使該織造物中的經紗偏離0°來扭轉至一所需角度，而緯紗則會保持平行於90°方向。

本發明的另一態樣係為一種偏軸補強織物的製造方法。該方法包括交織一型胚，以使經紗平行於0°方向排列，而緯紗平行於90°方向排列。當完成後，該型胚的第一部份會被固定並相對於其第二部份來扭轉。此扭轉可使經紗偏離0°方向，但緯紗會保持平行於90°方向。

本發明的又一態樣係以多數的經紗和緯紗來製成一對稱的織物，其嗣會被形成一非對稱的定型物。

依據本發明的其它特徵和優點，將可配合所附圖式參閱以下實施例的詳細說明來清楚瞭解，在各圖式中對應的構件會以相同的編號來標示。

圖式簡單說明

為能更完全地瞭解本發明，請參閱以下說明和所附圖式，其中：第1圖係為一對稱型胚的平面圖；第2圖係該對稱型胚被放在一旋轉座上而依本發明之一態樣來扭轉之前的平面圖；第3圖係為第2圖的對稱型胚在扭轉之後的平面圖；第4a圖為第2圖之旋轉座的平面圖；第4b圖為第4a圖之旋轉座的頂視圖；第5圖為第4b圖之旋轉座沿A－A線的截面圖；第6a圖為依本發明之一態樣的對稱型胚；第6b圖為依本發明另一態樣的非對稱型胚；第7圖示出用來形成第6b圖中之非對稱形狀的相交圓圈；第8圖示出由第7圖的相交圓圈所形成的非對稱形狀；第9圖示出被用來形成非對稱形狀的對稱形狀之圓周；第10圖為本發明一實施例之對稱型胚的平面圖；及第11圖為本發明一實施例之非對稱型胚的平面圖。

較佳實施例之詳細說明

依據本發明之一態樣，如第1圖所示，一對稱成型的襪狀型胚10其末端可被開放或封閉，而包含經紗12平行於0°方向16及緯紗14平行於90°或環箍方向18。於此所述的緯紗和90°方向係指沿圓周繞該型胚運行的纖維和方向，而經紗和0°方向係指垂直於該型胚的緯紗來運行者。該對稱的型胚10可使用傳統的三維提花(Jacquard)織法來織成。該等經紗和緯紗係可為任何種類之用來織造型胚的纖維。且，該等纖維可被預浸一聚合物樹脂。

請參閱第2圖，一對稱型胚10係被置放在一固定心砧20上，而使經紗12垂直於一旋轉心砧22，且緯紗14平行於該旋轉心砧22來佈設。第4a圖示出用來達到偏心補強的特殊設計之夾座25。一沿第4b圖中之A－A線的夾垂25截面係示於第5圖中。該夾座25具有二主要構件，一固定心砧24及一旋轉心砧22。該對稱型胚10會在固定心砧24的頂部28和旋轉心砧22的底部30處被夾住。

為了增進該型胚的結構剛性和強度，其乃需要切變或扭轉經紗12來達到偏軸強化。此所需的切變或形狀係可在一旋轉夾座25上扭轉該對稱型胚10而來達成，該夾座25的形狀即為所須之最終物體的形狀。在第3圖中，當該旋轉心砧22被旋轉後，該等經紗12將會扭轉偏離0°方向16，而不再垂直於旋轉心砧22的基部。但是，該等緯紗14仍會保持平行於旋轉心砧22的基部或90°方向18。其基本概念係切轉該0°/90°襪筒，而使軸向強化物(即0°或經紗12)扭轉至所需的偏軸角度，但緯紗14則保持在90°方向。

當扭轉時，因經紗會偏離0°方向，故型胚10的長度將會變短。為配合該型胚10的變短，該旋轉心砧22的轉軸32係可在一貫穿固定心砧24中心之孔34內自由上下移動，該孔34係如第4b圖中所示。該對稱型胚10的短化乃可在設計時被算出，並在構建該型胚10時被補償。

在具有緊密組織的織物中，於該型胚或襪筒開始皺曲之前，偏軸強化乃可在最大至約20°的角度內來被獲得。為了達到較大的偏軸強化角度，例如在約45°的範圍內，則一具有較開放組織的織物乃可被使用，其將可容許該襪筒在皺曲變形之前被更大地扭轉。

一使用此種型胚的複合結構可使用一平衡構建技術來製成。即是，針對每一＋θ°層即設有一－θ°層。此乃可藉將一沿第一方向或負方向扭轉的襪筒與一沿第二方向或正方向扭轉的襪筒配對組合而來達成。有扭轉的襪筒亦能與未經扭轉的襪筒來組合以形成一具有0°/90°補強作為偏軸強化的組合型胚。該等襪狀型胚能依需要而以任何組配方式和數目來組合，俾達到最終複合物所需的強化、厚度和強度。此將能形成一個無縫型胚，其因在所有方向皆被強化，故相較於沒有偏軸補強的未扭轉型胚會具有較佳的機械特性。此型胚嗣可使用習知的製造技術例如樹脂移轉成型法來處理成一複合結構。

三維提花織造技術可提供一種低成本的方法來供製造對稱的襪狀型胚。但是，專業人士所知的其它技術亦可被使用亦不超出本發明的範圍。

第6a圖示出一對稱的型胚36。第6b圖示出該對稱型胚36可被轉變成一非對稱型胚38。該對稱型胚36可被製成匹配一非對稱的心砧，而使該對稱型胚在各縱向位置的圓周長度能匹配於非對稱造型物的橫向圓周長度。舉例而言，第7圖示出一非對稱的型胚46，亦如第8圖所示，係由二相交的圓圈40之元素所構成。第7和9圖係表示該二相交圓圈40之二相交線徑長度42和44的總合即等於一對稱型胚50的圓周48長度。

第10圖示出一被修整成型的對稱型胚或襪筒50，其係被設計來配合一非對稱的心砧。第11圖示出該對稱型胚50被置於一非對稱心砧上之後，將可調整成其形狀。嗣該非對稱型胚可被扭轉以獲得偏軸強化。結果會造成一具有偏軸補強的非對稱成型物。如此造成的型胚嗣可使用習知生產技術例如樹脂移轉成型法來進一步處理成一複合結構物。

因此，由上已顯示具有偏軸補強的對稱及不對稱成型物皆可由襪狀型胚來構成。

雖本發明之一較佳實施例及其修正變化已被詳細說明如上，但應可瞭解本發明並不受限於此具體實施例和變化例，其它的修正變化亦可為專業人士所製成，而不超出申請專利範圍中所界定之本發明的精神與範疇。

10．．．型胚

12．．．經紗

14．．．緯紗

16．．．0°方向

18．．．90°方向

20，24．．．固定心砧

22．．．旋轉心砧

25．．．夾座

28．．．頂部

30．．．底部

32．．．轉軸

34．．．孔

36，50．．．對稱型胚

38，46，52．．．非對稱型胚

40．．．圓圈

42，44．．．相交線徑

48．．．圓周

第1圖係為一對稱型胚的平面圖；第2圖係該對稱型胚被放在一旋轉座上而依本發明之一態樣來扭轉之前的平面圖；第3圖係為第2圖的對稱型胚在扭轉之後的平面圖；第4a圖為第2圖之旋轉座的平面圖；第4b圖為第4a圖之旋轉座的頂視圖；第5圖為第4b圖之旋轉座沿A－A線的截面圖；第6a圖為依本發明之一態樣的對稱型胚；第6b圖為依本發明另一態樣的非對稱型胚；第7圖示出用來形成第6b圖中之非對稱形狀的相交圓圈；第8圖示出由第7圖的相交圓圈所形成的非對稱形狀；第9圖示出被用來形成非對稱形狀的對稱形狀之圓周；第10圖為本發明一實施例之對稱型胚的平面圖；及第11圖為本發明一實施例之非對稱型胚的平面圖。

10．．．型胚

22．．．旋轉心砧

24．．．固定心砧

25．．．夾座

28．．．頂部

30．．．底部

32．．．轉軸

Claims (23)

1. 一種製造具偏軸強化之多層織物的方法，該方法包含以下步驟：以實質平行於0°方向列設的經紗(warp fiber)和實質平行於90°(環箍)方向列設的緯紗(fill fiber)來交織成一第一型胚；以實質平行於0°方向列設的經紗和實質平行於90°(環箍)方向列設的緯紗來交織成一或多個額外型胚；藉由將該第一型胚的一第一部份相對於該第一型胚的一第二部份予以拘束而在一第一方向上扭轉該第一型胚，其中扭轉該第一型胚的步驟使經紗在一負方向上扭轉偏離0°方向而緯紗則保持實質平行於90°方向；藉由將該一或多個額外型胚的一第一部份相對於該一或多個額外型胚的一第二部份予以拘束而在一第二方向上扭轉該一或多個額外型胚，其中扭轉該一或多個額外型胚的步驟使經紗在一正方向上扭轉偏離0°方向而緯紗則保持實質平行於90°方向；以及將該一或多個額外型胚與該第一型胚予以鋪層。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該多層織物係使用提花(Jacquard)技術來交織。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該多層織物係無接縫的。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該該第一以及一或多個額外型胚係呈對稱的。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該等對稱的第一以及一或多個額外型胚被製成一非對稱型胚。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含將該等第一以及一或多個額外型胚中之一型胚置於一旋轉座上的步驟。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該旋轉座包含一固定心砧及一旋轉心砧。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，更包含將該等第一以及一或多個額外型胚中之該一型胚的第一部份相對於該型胚的第二部份拘束於該固定心砧上的步驟。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該扭轉步驟係藉旋轉該旋轉心砧而進行。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該扭轉步驟會使該等經紗偏離0°方向扭轉至一相對於該旋轉心砧旋轉之程度的角度。
11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中在該扭轉步驟之後該等緯紗會保持實質平行於90°方向。
12. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該固定心砧係呈對稱形狀。
13. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該固定心砧係呈非對稱形狀。
14. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該旋轉係在上達約45°的範圍內。
15. 一種多層織物，包含：一第一層之一型胚，其具有在一負方向上扭轉偏離 0°定向的多數經紗(warp fiber)，以及與90°(環箍)方向實質平行列設的多數緯紗(fill or hoop fiber)，而該等偏離0°方向的經紗提供該織物的偏軸強化；以及一另一層之一或多個型胚，其具有在一正方向上扭轉偏離0°定向的多數經紗、以及與90°(環箍)方向實質平行列設的多數緯紗。
16. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其係用提花技術來製成。
17. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中該織物是無接縫的。
18. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中該織物是對稱的。
19. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中該織物是不對稱的。
20. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中該織物係為一用於天線罩的型胚。
21. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中該織物係為末端開放的。
22. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中該織物係為末端封閉的。
23. 如申請專利範圍第15項之多層織物，其中纖紗係以一聚合物樹脂浸漬過。