TWI485296B - 供複合結構應用的混成式三維編織／疊層支柱及其製造方法 - Google Patents

Description

供複合結構應用的混成式三維編織/疊層支柱及其製造方法 相關申請案之交叉參考

此申請案係為2005年11月17日提申名為“供複合結構應用之混成式三維編織/疊層支柱”的美國專利申請案11/281,063之部分接續案，該案的揭示合併於本文中以供參考。

發明領域

本發明有關用於強化複合結構之三維編織預形體的幾何組態，該強化複合結構係在結構的一或多端上具有準等向性或多向性強化且在所有其他區域中具有近似單向性強化。預形體具有藉由在一厚度方向中插入強化纖維所提供之額外的貫通厚度強化件。

發明背景

現在普遍利用強化複合材料來製造結構組件，特別是在其理想特徵為輕重量、強固、具韌性、耐熱、自我支撐及可適應於被成形及定形之應用中尤然。此等組件譬如使用於航太、航空、及衛星產業、暨諸如賽船及賽車等休閒用途、及無數其他應用中。一三維織物概括係由被定向於三方向中之纖維組成，各纖維沿著垂直於其他纖維的一方向-亦即沿著X、Y、Z軸向方向而延伸。

一般而言，自此等織物所形成的組件係由嵌置於基質材料中的強化材料所組成。強化組件可由諸如玻璃、碳、 陶瓷、芳醯胺(譬如凱維勒®(KEVLAR®)，得自杜邦(E.I.Dupont))、聚乙烯及/或展現理想物理、熱性、化學及/或其他性質-其中主要是對抗應力失效的高強度-之其他材料等材料製成。利用此等強化材料-其最終變成完成組件的成份元件，將諸如很高強度等強化材料的所想要特徵賦予完成的複合組件。成份強化材料一般可被編織、針織或以其他方式定向成對於強化預形體之所想要組態及形狀。通常，特別注意需確保已經選擇這些成份強化材料之性質的最佳利用。一般而言，此等強化預形體係與一基質材料合併以形成所想要的完成組件或產生用於完成組件的最終生產之工作胚料。

已經構成一所想要的強化預形體之後，基質材料可被導入且與預形體合併，所以強化預形體變成包封於基質材料中以使基質材料充填於強化預形體的成份元件之間的間隙區域。基質材料可為任何廣泛不同的材料，諸如環氧樹脂、聚酯、乙烯-酯、陶瓷、碳及/或其他材料，其亦展現所想要的物理、熱性、化學及/或其他性質。選用作為基質之材料可能與強化預形體材料相同或不同並可能具有或沒有類似的物理、化學、熱性或其他性質。然而，一般而言，因為使用複合物之目的通常即企圖達成單獨利用一成份材料所無法達成之完成產品的特徵之組合，其將不是與強化預形體相同之材料且不具有類似的物理、化學、熱性或其他性質。

合併時，強化預形體及基質材料可隨後藉由熱固或其 他已知方法在相同操作中被固化及穩定化，然後受到用來導致產生所想要組件之其他操作。顯然請注意在依此被固化之後，隨後經固體化的基質材料質量係通常很強力地黏著至強化材料(譬如，強化預形體)。結果，完成的組件上之應力-特別是經由其作為纖維間的黏劑之基質材料-可被有效地轉移至強化用強化預形體且由其所支承。

一般而言，簡單、二維編織織物或單向性纖維係藉由一材料供應商生產並送到客戶，由客戶切出圖案且逐一薄層鋪置最後部份。最簡單的編織材料係為纖維只位於兩方向中之扁平、實質地二維結構。其藉由彼此垂直地交織兩組紗線所形成。二維編織中，0°紗線稱為經紗纖維或紗線而90°紗線稱為緯紗或充填纖維或紗線。對於樹脂轉移模製，一系列的編織織物係可合併以形成一乾鋪置，其放置在一模具中且以樹脂注射。這些織物可利用一“切及縫”技術被預成形或利用一樹脂束縛器被熱成形及“黏貼”。

然而，二維編織結構有其限制。預成形的步驟係在鋪置中需要大幅人工勞力。二維編織結構沿著0°及90°軸線以外的方向、特別是在較遠離纖維軸線的角度並不那麼強固或耐拉伸。一種降低此可能限制之方法係將偏斜纖維添加至編織物，纖維被編織成以一中間角度、較佳對於充填纖維軸線呈±45°切過織物。

簡單編織預形體亦為單層式。這限制了材料的可能強度。一種可能的解決方案係增大纖維尺寸。另一方式係利用多重的層或薄層。利用多重層的一額外優點係為：有些 層可被定向成使不同層的經紗及緯紗軸線位於不同方向，藉以具有類似前述偏斜纖維之作用。然而，若這些層為與樹脂層疊在一起之一堆積體的單層，則會產生脫層問題。若層被縫合在一起，則許多編織纖維可能在縫合製程期間受損且可能降低整體抗拉強度。此外，對於多重薄膜的層疊及縫合，通常需要一手鋪置操作來將層對準。或者，層可被互織成為編織製程的部份。要生成多重互織層的織物-特別是藉由整體性偏斜纖維-已經是一項難題。

利用複合材料來製造結構組件之一範例係為支柱及撐條的製造。支柱及撐條通常包含一在結構各端上具有突耳之中央柱。這些突耳可具有公或母(U形鉤)組態並用來將支柱或撐條附接至其所強化或撐持之結構。如前述，為了達成複合結構的增加強度，對於支柱及撐條的突耳及柱部分使用多重的層或薄層。雖然因為個別層可被定向成在0°及90°方向且可以被定向在偏斜方向上以提供諸如±45°方向等其他方向之強化所以使用多重的層是有利的方式，若與樹脂層疊在一起，該等層的脫層可能會有問題。

經層疊的突耳已存在許多範例，部分使用混成式材料(亦即，交替的碳及鈦薄層)，但經層疊的突耳尚未與一三維編織柱合併。在數項政府資助專案中已經展現出經層疊複合突耳對於很高負載結構之可行性。然而，就申請人所知，這些專案皆未考慮使用三維編織預形體。

因此，想要具有供使用在支柱及撐條中之三維預形體，其具有經層疊的突耳端或部分及一單體性三維編織中 央柱。在預形體的中央部分中使用一三維構造的優點係在於：其降低了切割及檢點一厚複合物所需的全部薄層所需要之勞力，且其提供比習知層疊複合物更好的損害容忍度。位於端點之獨立層的優點係在於：疊層可被客製成具有特定性質。確切來說，可藉由以一或多個角度插入強化纖維使得預形體整體的一部分在厚度方向被強化。

為此，仍需要一具有整體性編織的三維中央部分之編織預形體，其具有由獨立、編織層構成之強化疊層突耳端。

發明概要

因此，本發明之一主要目的係提供一三維編織預形體，其具有一互織柱部分及位於突耳端之一堆積體的個別編織織物以供一複合結構使用。

本發明另一目的係提供一用於一厚複合結構之編織預形體，其在一或兩端具有一準等向性或多向性強化且在所有其他方向中具有幾近單向性強化。

本發明另一目的係為提供一在任一或兩突耳端具有厚度強化件以增加損害容忍度並改良貫通厚度性質之編織預形體。

本發明另一目的係提供一可用來攜載重大的集中負荷之複合結構。

藉由本發明提供這些及其他目的與優點。因此，本發明係有關一用來強化一複合結構之編織預形體，及此預形體之一製造方法。編織預形體包含一具有被編織在一起的 複數個層之中央部分。預形體包括一具有複數個獨立編織層之第一端部分，其中該等編織層係與中央部分中的複數個互織層作整體性編織且其沿著預形體的全長延伸。預形體亦包括一具有複數個獨立編織層之第二端部分，該等編織層係與中央部分中的複數個互織層作整體性編織且其沿著預形體的全長延伸。偏斜薄層散佈於第一及第二端部分中的複數個獨立編織層之間。此外，可根據任何所揭露實施例來構成一具有單一突耳端及一柱部分端之編織預形體。

本發明另一態樣係有關一三維編織預形體，其具有添加至獨立編織層之貫通厚度強化件及第一及第二端部分中之偏斜薄層。此厚度強化件係藉由降低會改變微力學(micromechanics)並造成過早失效的局部化翹曲量而導致預形體的壓縮強度增高。此外，貫通厚度強化件可藉由與衝擊損害相關聯的脫層量之局部化作用來改良複合部份的損害容忍度，並增加貫通厚度強度及勁度、及剪強度。

然而，本發明另一態樣係有關利用此處所揭露的一編織預形體所構成之一經三維強化複合結構。經強化複合結構係包含一具有單向性強化之中央部分及經準等向性或多向性強化之第一及第二端部分。或者，第一及第二部分可具有包含在預形體的一厚度方向中以一角度插入的強化纖維之厚度強化件。經強化複合結構亦可構成為在一端具有一柱部分且在另一端具有一突耳部分。

特別在此揭示所附帶且構成此揭示一部份之申請專利 範圍中指出身為本發明特徵之不同新穎特徵構造。為了更加瞭解本發明、其操作優點及利用其達成之特定目的，參照圖中所示範的本發明較佳實施例之附屬描述性物件，其中對應組件標以相同編號。

圖式簡單說明

連同圖式可最清楚地瞭解以範例提供而無意限制本發明之下文詳細描述，其中類似的編號代表類似的元件及部份，其中：第1圖為一具有一柱部分之複合結構的平面圖，其中柱部分具有呈現公組態之突耳端；第2圖為一具有一柱部分之複合結構的平面圖，其中柱部分具有呈現母或U形鉤組態之突耳端；第3圖為根據本發明的一實施例所構成之一預形體的平面圖；第4A圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第4B圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第4C圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現不對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第4D圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現不對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第5A及5B圖為根據本發明實施例所構成之具有母突耳端之預形體的平面圖； 第6A-6B圖為一預形體的放大平面圖，其顯示橫越預形體層的強化纖維。第6A圖描繪根據本發明的一態樣之一突耳端其中強化纖維對於層平面呈法向，而第6B圖顯示根據本發明的一態樣之一突耳端其中強化纖維對於層平面的法向呈一角度；第7圖為根據本發明的一態樣之一複合結構的三維圖，其具有呈現公組態的突耳端及位於突耳端的貫通圓形開口；第8圖為根據本發明的一態樣之一包含一柱部分之複合結構的三維圖，其具有呈現母或U形鉤組態的突耳端及位於突耳端的貫通圓形開口；第9圖為根據本發明的一態樣之具有厚度強化件之一預形體的一突耳端之放大平面圖，其中強化纖維平均地徹底分佈於突耳端；及第10圖為根據本發明的一態樣之具有厚度強化件之一預形體的一突耳端之放大平面圖，其中強化纖維集中於一突耳端中的一貫通開口邊緣周圍。

較佳實施例之詳細說明

現在下文將參照用於顯示本發明較佳實施例之圖式更完整地描述本發明。然而，本發明可以許多不同形式實施且不應視為限於此處所提出的示範性實施例。而是，提供這些示範實施例藉以徹底且完全地瞭解本揭示，並將對於熟習該技藝者完整地傳達本發明的範圍。

下文描述中，類似的代號係代表不同圖中的類似或對應部份。此外，下文描述中，應瞭解諸如“上”、“下”、“頂”及“底”及類似用語係為方便用語而不視為限制用。

本發明係為用於一複合結構或樑之一預形體概念，其在一或兩端上具有準等向性或多向性強化且在所有其他區域中具有幾近單向性強化。對於諸如支柱及撐條等必須攜載重大集中負荷之結構，此組態係為理想。準等向性或多向性強化端係提供良好的支承性質及較平衡的拉力、壓縮、及剪強度，使其成為結構的突耳端之良好選擇。這些突耳端可呈現公或母(U形鉤)組態。單向性部分提供高軸向勁度，其可良好地防止柱翹曲或跛足，使其成為支柱或撐條的主柱之良好選擇。第1圖描繪一支柱或撐條2，其具有突耳端4及一三維主柱部分6。第1圖中的突耳端4呈現公組態。第2圖描繪一支柱或撐條8，其具有一三維主柱部分10及呈現母或U形鉤組態之突耳端12。

在預形體的中央部分中使用一三維構造之優點係在於：其降低了切割及檢點一厚複合物所需的全部薄層所需要之勞力，且其提供比習知層疊複合物更好的損害容忍度。位於結構端點之獨立層的優點係在於：疊層可被客製成具有特定性質。如同揭露，突耳端可視為被準等向性或多向性強化，但其實際可為任何疊層組態。

本預形體包含由一數量的層及一類似數量的獨立偏斜層所組成之一三維編織部分。在三維編織體件的中央或柱部分中，所有層皆被互織或整體性編織在一起而形成一單 體性區塊的編織材料。此部分中所使用的纖維架構可為用於一厚預形體之任何習知圖案，包括但不限於：薄層至薄層、貫通厚度、角度互鎖、或正交架構。在架構的端點，個別層彼此獨立地編織以形成具有0°及90°方向的強化之一堆積體的織物，其中0°係為沿著結構的長度。在0°/90°的額外方向諸如±45°方向中提供強化之分開構成的偏斜層或薄層係散佈於0°/90°織物的層之間以形成一習知疊層。偏斜層或薄層可利用經紗及緯紗纖維或紗線被編織或者其可為非織造、針織或0°或90°定向中之一陣列的纖維。下列圖式中，經紗方向係為沿著0°方向或沿著結構的長度並以箭頭100指示。

包含預形體之全部的層-包括中央或柱部分-係利用雅卡爾織造機(Jacquard loom)及擷取式梭件以經紗纖維或紗線以及緯紗或充填纖維或紗線所編織；然而。可使用任何習知編織技術來編織該等層。纖維或紗線可為合成或天然材料，諸如但不限於碳、耐綸、嫘縈、聚酯、玻璃纖維、綿、玻璃、陶瓷、芳醯胺及聚乙烯。完成的非織造預形體隨後利用諸如但不限於樹脂轉移模製或化學氣相滲透等習知技術經由導入一亦展現所想要物理、熱性、化學及/或其他性質之諸如但不限於環氧樹脂、聚酯、乙烯-酯、陶瓷、碳及/或其他材料的基質材料被加工成一編織/疊層複合結構。

根據本發明的一實施例，第3圖描繪一結構14的一分段，其具有一與兩較薄公突耳端18呈一體且被定位於中央 部分16各側上之厚中央部分16。如第3圖所示，厚中央部分16係為一由互織或編織在一起的複數個編織層50構成之單體性、三維編織柱。為了形成較薄的公突耳端18，來自厚中央柱16之經紗纖維層係編織於預形體外以提供從柱16至較薄突耳端18之一推拔狀過渡部22。

一旦所想要數量的經紗纖維層編織於預形體外以使柱推拔狀縮減至所想要的突耳厚度，額外層的經紗纖維係在較薄突耳端18處編織至預形體外以提供一供偏斜織物薄膜用之間隙或空間。在柱或中央部分16中與複數層50整體地編織且沿著結構長度呈連續狀之位於較薄突耳端18處的剩餘經紗纖維係形成彼此獨立地編織之個別層的薄層24。薄層或織物的此堆積體在0°及90°方向中提供較薄突耳端18處之強化。因為0°/90°薄層24未彼此交織，在諸如±45°等額外方向提供強化之偏斜薄層26係可散佈於0°/90°薄層24之間的間隙中，而形成一堆積體的織物，當施加一基質材料時其形成一疊層結構藉以在較薄突耳端18處提供準等向性或多向性強化。尚且，如第3圖所描繪，結構具有一連續性表面纖維28，其係為厚柱16的最外經紗纖維之結果。

若想要的話，不同於如上文所揭露在中央部分16各側上具有兩較薄突耳端18之供此實施例用之結構，根據所揭露實施例可構成一只有一較薄突耳端18之結構。在此例中，該結構將包含類似於單體性、三維編織中央部分16之一端及一如上述之較薄突耳端18。利用此方式構成之一結構將更加類似於第3圖。

本發明的另一實施例係描繪於第4A-4D圖，其顯示一結構30的一分段，其包含比結構30的單體性三維編織中央柱部份34更厚之兩突耳端32。如同先前實施例中的案例，中央柱部分34包含複數個互織或編織在一起之編織層35。然而，此組態中，並不需要自柱部分34編織出經紗纖維36藉以形成較厚突耳端32。而是，所有用於構成柱部分34的經紗纖維36皆用來構成較厚突耳端32。然而，來自柱部分34的經紗纖維36並未在較厚突耳端32處彼此互織。這讓偏斜薄層38得以散佈於較厚突耳端32中的經紗纖維40之間，其係為在0°/90°方向中提供強化之薄層。因此，較厚的突耳端32具有由0°/90°定向的薄層或織物以及被定向於0°/90°方向以外方向中之分開構成的薄層諸如±45°定向薄層或織物所組成之一堆積體的織物，其當施加一基質材料時係導致一具有準等向性或多向性強化之疊層突耳。尚且，如第4A-4D圖所示，根據此實施例構成之結構將具有從疊層較厚突耳端32至單體性柱部分34之一錯列式過渡部42，藉以改良從一部分至另一部分之負荷轉移。

如第4A-4D圖所示，偏斜薄層38的長度及定位隨圖式不同而變。第4A及4B圖描繪一呈現對稱性組態之突耳端32。亦即，突耳端32中的偏斜薄層38之長度及定位係沿中心線或縱軸線A-A呈對稱。第4A圖描繪一對稱性組態其中接續的偏斜薄層38長度係隨著從中心線A-A移往突耳端32的頂表面43及底表面45而在突耳端32的上半部39及下半部41中增大。第4B圖描繪一對稱性組態其中接續的偏斜薄層 38長度係隨著從中心線A-A移往突耳端32的頂表面43及底表面45而在突耳端32的半部39及41中皆減小。

第4C及4D圖描繪一呈現不對稱性組態之突耳端32。亦即，突耳端32中的偏斜薄層38長度係只隨著從突耳端32的底表面45移至頂表面43而增大或減小。第4C圖顯示一不對稱性組態其中突耳端32中之接續的偏斜薄層38長度係隨著從突耳端32的底表面45移至頂表面43而增大。如第4D圖所示，亦可構成一不對稱性突耳端32其中接續的偏斜薄層38長度係隨著從突耳端32的底表面45移至頂表面43而減小。

若想要的話，不同於具有一中央部分34且在中央部分34各側上具有兩個較厚突耳端32之對於此實施例先前揭露的結構，可根據所揭露的實施例構成一只有一較厚突耳端32之結構。在此例中，結構將包含類似於單體性、三維編織中央部分34之一端及如上文所揭露之一較厚突耳端32。利用此方式構成之一結構將更加類似於第4A-4D圖所描繪的結構。

本發明的另一實施例中，第5A圖描繪一結構44的一分段，其具有一單體性三維編織中央柱部分46而附帶兩母突耳或U形鉤48。如第5A圖所示，母突耳端48可相對於中央柱部分46呈斜角狀，所以母突耳端48未與中央柱部分46呈直列狀或共線狀。本發明的另一實施例中，單體性三維編織中央部分46平行於兩母突耳或U形鉤48。類似於先前實施例，中央柱部分46由複數個互織或編織在一起之編織層50構成。為了形成母突耳端或U形鉤48，單體性柱部分46被編 織使其分支52以形成U形鉤的兩半部。U形鉤的各半部之第一或斜角狀部分56的0°/90°層54係繼續被互織在一起。

為了提供對於U形鉤的平行或端部分62中之偏斜織物薄層60之0°/90°強化層58之間的一間隙，經紗纖維被編織出預形體的斜角狀部分56外。位於突耳端48處之剩餘經紗紗線-其與中央柱部分46及斜角狀部分54中的複數個編織層50整體地編織-係形成彼此獨立地編織之個別層並在0°及90°方向中提供U形鉤48處的強化。因為0°/90°薄層58未彼此交織，當一基質材料添加至預形體時，藉由散佈於0°/90°薄層58之間的偏斜薄層60來提供諸如±45°方向等並非0°/90°方向中的強化，而在U形鉤處形成織物堆積體藉以提供準等向性或多向性強化。

第5B圖描繪一結構44的一替代性實施例，其具有一包含兩母突耳或U形鉤48之單體性三維編織中央柱部分46。然而，不同於第5A圖的實施例，第5B圖中預形體的經紗纖維55並未自柱部分46編織出藉以形成母突耳或U形鉤48。而是，所有用來構成柱部分46之經紗纖維55皆被用來構成突耳端48。然而，來自柱部分46之經紗纖維55並未在突耳端48處彼此互織。這讓偏斜薄層60得以散佈於突耳端48處的經紗纖維58之間，其係為在0°/90°方向中提供強化之薄層。因此，較厚突耳端48具有由0°/90°定向薄層或織物及被定向於並非0°/90°方向中之分開構成的薄層譬如±45°定向薄層或織物所組成之一堆積體的織物，其當施加一基質材料時係導致一具有準等向性或多向性強化的疊層突耳。

若想要的話，不同於具有一中央部分46且中央部分46各側上具有兩母突耳端或U形鉤48之對於此實施例之先前揭露的結構，可根據所揭露實施例構成一只具有一母突耳端48之結構。在此例中，該結構將包含類似於單體性、三維編織中央部分46之一端及如上文所揭露之一母突耳端或U形鉤48。利用此方式構成之一結構將更加類似於第5A或5B圖所描繪之結構。

所有經揭露的實施例中，偏斜薄層在突耳端處插入之後，可以一層玻璃材料添加編結(overbraid)於編織預形體上，以改良預形體的抗磨刮性。

所有經揭露的實施例中，突耳端亦可具有一貫通厚度強化件以將獨立編織的0°/90°層及±45°偏斜薄層鎖固在一起。藉由橫越獨立編織層及突耳端中的偏斜薄層之強化纖維來提供強化。強化纖維可與突耳端中的層平面呈法向或者可對於法向軸線呈一或多個角度諸如60°角。法向強化係盡量加大貫通厚度拉張及壓縮性質，而偏離軸線強化則改良貫通厚度剪性質。第6A-B圖描繪一具有貫通厚度強化件之突耳端70，其中強化纖維71橫越突耳端的層72。第6A圖特別顯示對於層72平面呈法向之強化纖維71，而第6B圖顯示對於層72平面呈一角度之強化纖維71。一般而言，強化纖維可平均地徹底分佈於預形體的突耳端。

提供貫通厚度強化件之技術係包括叢簇或縫織，如該技藝所知。叢簇/縫織藉由插入強化纖維將0°/90°及±45°層鎖固在一起。這些纖維可由諸如碳纖維等不同材料構成。 譬如，纖維可由6k碳絲束構成、亦即由6000碳細絲的一紗線束構成。

可利用對於預形體層法向呈平行/斜角來插入強化纖維之針頭藉以進行叢簇/縫織方法。譬如，用來插入強化纖維之針頭可為一中空陶瓷塗覆式針頭其中中隔點係為非核心式(non-coring)並位於針頭中心。選用性地，針頭可被撓曲以將中隔點定向至中心。針頭亦可利用電沉積機械加工(EDM)作處理，諸如將針頭更改成具有一EDM接地踵跟。

叢簇或縫織製程可額外地包含其他組件以支撐預形體並防止預形體材料被針頭抽出。例如，可在叢簇/縫織製程期間將一與預形體具有相同輪廓之乳膠覆蓋式保麗龍墊放置為與預形體相鄰。

叢簇/縫織期間，可依據預形體的厚度來調整插入速度、插入深度、針頭間隔、針頭數、夾固要求及藉由蒸餾水的潤滑量。

如熟習該技藝者所瞭解，上文揭露的結構除了此處揭露者亦可具有許多其他形式。譬如，結構可具有一呈現母或U形鉤突耳組態之厚單體性三維編織柱。該結構亦可具有一厚單體性三維編織柱，其在一端具有一公突耳且在另一端具有一母突耳。此外，該結構可具有一薄單體性三維編織柱，其在各端具有母突耳或者在一端具有一公突耳且在另一端具有一母突耳。最後，所有組態可具有：與主柱部分呈直列狀或共線狀之兩突耳；相對於主柱部分呈斜角狀之兩突耳；或者一突耳可與主部分呈共線狀且一突耳可相 對於主部分呈斜角狀。雖然如上文所揭露，突耳端被視為受到準等向性或多向性強化，突耳端實際可為任何疊層組態。因此，本結構、譬如一支柱或撐條可設計成具有不同組態藉以提供以一結構的特定需求與所想要用途為基礎之不同類型的強化或撐持。

此外，上文揭露的結構可在突耳端中具有一或多個開口。在突耳端呈現母或U形鉤組態之案例中，開口可位於經分支組件的一或兩者中。開口可在與主柱部分呈共線、垂直於主柱部分、或在其間呈一角度之一方向中橫越突耳端。並且，這些開口可具有任何形狀，譬如圓形、卵形、多角形、正方形、長方形等。第7圖描繪一具有一三維主柱部分76及突耳端77之支柱或撐條75，其中突耳端77具有一公組態及橫越突耳端之圓形開口78。第8圖描繪一具有一三維主柱部分81及突耳端82之支柱或撐條80，其中突耳端82具有一母或U形鉤公組態及橫越突耳端之圓形開口83。可利用一鑽具或類似物在構成預形體期間或其後生成開口。

在出現有橫越突耳端的開口之實施例中，強化纖維可平均地分佈、或者可集中於開口周圍。第9圖譬如顯示一具有一三維主柱部分86及突耳端87之支柱或撐條85的一半，其中描繪獨立層及偏斜薄層。突耳端87包含一開口88，且被橫越獨立層及偏斜薄層之強化纖維89所強化。在此例中，強化層平均地徹底分佈於突耳端。第10圖譬如顯示一具有一三維主柱部分91及突耳端92之支柱或撐條90的一半，其中描繪獨立層及偏斜薄層。突耳端92包含一開口93， 並由橫越獨立層及偏斜薄層之強化纖維94所強化。第10圖中，強化纖維94係集中於開口93的邊緣周圍。

第3及5A圖中的S表示：經紗纖維編織出預形體以對於偏斜薄層提供空間。第3圖中的T表示：經紗纖維編織出預形體以提供從柱橫剖面至突耳之推拔。第3至5B圖中的W表示：經紗。

雖然此處已經詳述本發明的一較佳實施例及其修改，請瞭解本發明不限於此項確切實施例及修改，熟習該技藝者可實行其他修改及變異而不脫離如申請專利範圍所界定之本發明的精神與範圍。

2,8,75,80,85,90‧‧‧支柱或撐條

6,10,76,81,86,91‧‧‧三維主柱部分

4,12,32,70,77,82,87,92‧‧‧突耳端

14,30,44‧‧‧結構

16‧‧‧厚中央部分，厚中央柱

18‧‧‧較薄公突耳端

22‧‧‧推拔狀過渡部

24‧‧‧薄層

26‧‧‧偏斜薄層

28‧‧‧連續性表面纖維

34,46‧‧‧單體性三維編織中央柱部分

35,50‧‧‧編織層

36,40‧‧‧經紗纖維

38‧‧‧偏斜薄層

39‧‧‧突耳端32的上半部

41‧‧‧突耳端32的下半部

42‧‧‧錯列式過渡部

43‧‧‧突耳端32的頂表面

45‧‧‧突耳端32的底表面

48‧‧‧母突耳或U形鉤

52‧‧‧分支

54‧‧‧斜角狀部分，0°/90°層

55‧‧‧預形體的經紗纖維

56‧‧‧第一或斜角狀部分

58‧‧‧0°/90°強化層

60‧‧‧偏斜織物薄層

62‧‧‧U形鉤的平行或端部分

71,89,94‧‧‧強化纖維

72‧‧‧突耳端的層

78,83‧‧‧圓形開口

88,93‧‧‧開口

100‧‧‧經紗方向

A-A‧‧‧中心線或縱軸線

S‧‧‧經紗纖維編織出預形體以對於偏斜薄層提供空間

T‧‧‧經紗纖維編織出預形體以提供從柱橫剖面至突耳之推拔

W‧‧‧經紗

第1圖為一具有一柱部分之複合結構的平面圖，其中柱部分具有呈現公組態之突耳端；第2圖為一具有一柱部分之複合結構的平面圖，其中柱部分具有呈現母或U形鉤組態之突耳端；第3圖為根據本發明的一實施例所構成之一預形體的平面圖；第4A圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第4B圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第4C圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現不對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第4D圖為根據本發明的一實施例所構成之一具有呈現 不對稱性組態的突耳端之預形體的平面圖；第5A及5B圖為根據本發明實施例所構成之具有母突耳端之預形體的平面圖；第6A-6B圖為一預形體的放大平面圖，其顯示橫越預形體層的強化纖維。第6A圖描繪根據本發明的一態樣之一突耳端其中強化纖維對於層平面呈法向，而第6B圖顯示根據本發明的一態樣之一突耳端其中強化纖維對於層平面的法向呈一角度；第7圖為根據本發明的一態樣之一複合結構的三維圖，其具有呈現公組態的突耳端及位於突耳端的貫通圓形開口；第8圖為根據本發明的一態樣之一包含一柱部分之複合結構的三維圖，其具有呈現母或U形鉤組態的突耳端及位於突耳端的貫通圓形開口；第9圖為根據本發明的一態樣之具有厚度強化件之一預形體的一突耳端之放大平面圖，其中強化纖維平均地徹底分佈於突耳端；及第10圖為根據本發明的一態樣之具有厚度強化件之一預形體的一突耳端之放大平面圖，其中強化纖維集中於一突耳端中的一貫通開口邊緣周圍。

14‧‧‧結構

16‧‧‧厚中央部分，厚中央柱

18‧‧‧較薄公突耳端

22‧‧‧推拔狀過渡部

24‧‧‧薄層

26‧‧‧偏斜薄層

28‧‧‧連續性表面纖維

50‧‧‧編織層

100‧‧‧經紗方向

Claims (42)

1. 一種用來強化一複合結構之編織預形體，包含：一中央部分，其具有複數個互織層；一第一端部分，其具有複數個獨立編織層；及一第二端部分，其具有複數個獨立編織層；其中該等複數個獨立編織層之薄層延伸貫通該預形體之整體長度，其中該等薄層在該中央部分係為整體編織以形成一三維織物構造；其中該等薄層在該等端部分係為個別編織以形成一編織織物之堆積體；其中多數偏斜薄層散佈於該等第一及第二端部分中的複數個獨立編織層之間，且其中該第一及/或第二端部分具有包含橫越該等獨立編織層及該等偏斜薄層的強化纖維之貫通厚度強化件。
2. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該中央部分包含沿著該編織預形體全長延伸之複數個層及沿著該編織預形體長度部份地延伸之複數個層。
3. 如申請專利範圍第2項之編織預形體，其中該等部份延伸層係由編織出該編織預形體外且提供從該中央部分至該等第一及第二端部分的一過渡部之經紗纖維或紗線所形成。
4. 如申請專利範圍第2項之編織預形體，其中用於該等第一及第二端部分中的獨立編織層之間的偏斜薄層之間 隙係編織出該編織預形體外之經紗纖維或紗線的一結果。
5. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該第一及/或第二端部分係一具有一公或母組態之突耳。
6. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該第一及/或第二端部分係相對於該中央部分呈共線或斜角狀。
7. 如申請專利範圍第3項之編織預形體，其中該柱部分與該等第一及第二端部分之間的過渡部係一平順推拔狀過渡部或一錯列式過渡部。
8. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該中央部分係於該中央部分的一端分支。
9. 如申請專利範圍第8項之編織預形體，其中該分支端形成一母突耳或U形鉤的兩半部。
10. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該中央部分比該等第一及第二端部分厚。
11. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該中央部分比該等第一及第二端部分薄。
12. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該第一端部分、該第二端部分、及/或該中央部分之層係以經紗或緯紗纖維或紗線編織。
13. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該中央部分具有選自由薄層對薄層、貫通厚度、正交、及角度互鎖所組成的群組之一纖維架構。
14. 如申請專利範圍第12項之編織預形體，其中該第一端部 分、第二端部分及/或該中央部分之多數層係以經紗及緯紗纖維或紗線加以編織，該等經紗及緯紗纖維或紗線係選自由碳、耐綸、嫘縈、聚酯、玻璃纖維、綿、玻璃、陶瓷、芳醯胺、及聚乙烯所組成之合成或天然材料的群組。
15. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該編織預形體上添加編結有一層玻璃。
16. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該等強化纖維被定向於對於該等層呈法向之一方向中。
17. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該等強化纖維被定向在對於該等層的法向呈一角度之一方向中。
18. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該等強化纖維為一碳絲束。
19. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該等強化纖維係被叢簇或縫織至該預形體的端部分中。
20. 如申請專利範圍第1項之編織預形體，其中該第一及/或第二端部分包含一橫越該端部分之開口。
21. 如申請專利範圍第20項之編織預形體，其中該開口為圓形、卵形、正方形、長方形或多角形。
22. 如申請專利範圍第20項之編織預形體，其中該厚度強化件係平均地分佈於該端部分之全部。
23. 如申請專利範圍第20項之編織預形體，其中該厚度強化件係集中於該開口的邊緣周圍。
24. 一種以如申請專利範圍第1項之編織預形體強化之三維 複合結構。
25. 一種用來強化一複合結構之編織預形體，包含：一柱部分，其具有複數個互織層；及一突耳端部份，其具有複數個獨立編織層，其中該等複數個獨立編織層之薄層係延伸貫通該預形體之整體長度；其中該等薄層在該柱部分係為整體編織以形成一三維織物構造；及其中該等薄層在該端部分係為個別編織以形成一編織織物之堆積體；其中多數偏斜薄層散佈於該突耳端部分中的複數個獨立編織層之間；且其中該突耳端部分具有橫越該等獨立編織層及該等偏斜薄層的貫通厚度強化纖維。
26. 一種用以強化一複合結構的一編織預形體之製造方法，包含下列步驟：將複數個層編織在一起以形成一單體性中央部分；編織複數個獨立層以形成一第一端部分；編織複數個獨立層以形成一第二端部分；其中該等複數個獨立編織層之薄層延伸貫通該預形體的整體長度，其中該等薄層在該中央部分係為整體編織以形成一三維織物構造；及將多數偏斜薄層散佈於該等第一及第二端部分中的複數個獨立編織層之間；及 利用該第一及/或第二端部分中的強化纖維來叢簇或縫織該等獨立層及該等偏斜薄層。
27. 如申請專利範圍第26項之方法，進一步包含將經紗纖維或紗線編織出該編織預形體外，以提供從該中央部分至該等第一及第二端部分的一過渡部之步驟。
28. 如申請專利範圍第26項之方法，進一步包含將經紗纖維或紗線編織出該編織預形體外，以形成多數獨立編織層於該第一及第二端部分中，並藉此為該等偏斜薄層在該等獨立編織層之間提供一間隙之步驟。
29. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該第一端部分係一具有一公或母組態之突耳。
30. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該第二端部分係一具有一公或母組態之突耳。
31. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該第一端部分係相對於該中央部分呈共線或斜角狀。
32. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該第二端部分係相對於該中央部分呈共線或斜角狀。
33. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該柱部分與該第一及第二端部分之間的過渡部係一平順推拔狀過渡部或一錯列式過渡部。
34. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該中央部分被編織成在該中央部分的一端具有分支。
35. 如申請專利範圍第34項之方法，其中該分支端形成一母突耳或U形鉤的兩半部。
36. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該中央部分比該等第一及第二端部分厚。
37. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該中央部分比該等第一及第二端部分薄。
38. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該中央部分、該第一端部分及該第二端部分係以經紗及緯紗纖維或紗線編織。
39. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該中央部分係以選自由薄層對薄層、貫通厚度、正交、及角度互鎖所組成的群組之一纖維架構編織。
40. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該等經紗及緯紗纖維或紗線係選自由碳、耐綸、嫘縈、聚酯、玻璃纖維、綿、玻璃、陶瓷、芳醯胺、及聚乙烯所組成之合成或天然材料的群組。
41. 如申請專利範圍第26項之方法，其中以一層玻璃添加編結於該編織預形體上。
42. 如申請專利範圍第26項之方法，進一步包含產生一或多個橫越該等第一及/或第二端部分之開口。