TWI506172B - 在編織預成形體中形成可變寬度u形鉤之方法，以及具有可變寬度u形鉤之編織預成形體 - Google Patents

Description

在編織預成形體中形成可變寬度U形鉤之方法，以及具有可變寬度U形 鉤之編織預成形體 發明領域

本發明大體關於編織預成形體且特別是關於用在一補強複合材料中的編織預成形體，其可被織成平坦形狀且被折疊成其最終形狀而不在該預成形體中產生不想要的環狀物。

引用而納入

用於本文提及的任何產品之所有專利權、專利申請案、文件、參考文獻、製造商的說明、描述、產品規格及任何本文中所提及之產品的產品表均以參考方式納入本文，且可應用在本發明的實施上。

先前技藝描述

利用補強複合材料製造結構組件現在已很普遍，特別在應用中的理想特性被要求是重量輕、結實、堅固、耐熱、自撐及適合被塑造與成形之情況下。此種組件用在例如航空、航太、衛星、娛樂(如在賽艇及汽車中)及其它應用中。

典型地，此種組件由埋置於基體材料中的補強材料構成。該補強材料可由諸如玻璃、碳、陶瓷、醯胺、聚乙烯及/或其它材料之材料製成，該等材料表現理想的物理、熱、化學及/或其它性質，其中首要性質是對抗應力破壞之強度大。透過利用此種最終成為完成組件之一組成部分之此種補強材料，該補強材料之該理想特性諸如極高強度被賦予給該完成複合組件。組成的補強材料典型地可被編織、機織或者以其他方式適應用於補強預成形體之理想結構及形狀。通常對於確保已針對作成選擇之組成補強材料性質的最佳利用寄予特別注意。通常此種補強預成形體與基體材料相組合以形成理想的成品組件或者生產用於成品組件之最終生產之工作儲備料。

該理想的補強預成形體被製成後，基體材料可被導入至該預成形體中，因此典型地該補強預成形體變成被包圍在該基體材料中且基體材料填滿該補強預成形體之組成部分之間的空隙區。該基體材料可以是多種多樣材料中之任一種材料，諸如環氧樹脂，聚酯，乙烯酯，陶瓷，碳及/或其它可表現理想的物理、熱、化學及/或其它性質的材料其。選擇用作該基體之材料與該補強預成形體之材料可能相同也可能不相同，且可能具有或具有類似的物理、熱、化學或其它性質。然而典型地它們不會是相同的材料也不會具有類似的物理、化學、熱和其它性質，因為在利用複合材料中通常一首先尋求的目標是在成品組件中實現一種只單獨利用一組成材料不能獲得的特徵組合。如此組合後，補強預成形體與基體材料可接著藉由熱固法或其它習知的方法在同一操作中被硬化與安定化且接著接受其它有關產生理想組件之操作處理。在此點上值得注意的，被如此硬化後，則基體材料之固化團塊通常非常牢固地黏附在該補強材料(例如，該補強預成形體)上。結果，成品組件上的應力，特別經由其作為纖維之間的一粘合劑之基體材料可有效地地轉移且由該補強預成形體之組成材料承受。

經常想要製造結構上為簡單幾何形狀(就其本身而言)如板、片、矩形或正方形實心體等以外的組件。一達成方式是將此種基本幾何形狀組合成所需要的較複雜形狀。一種此一典型組合是由將依上述製成的補強預成形體以一彼此相對角度(典型地是一直角)連接起來而完成。此種連接補強預成形體之角度安排之通常目的是產生一需要的形狀以形成包括例如一個或多個端壁或「T」形交叉之一補強預成形體，或者用以強化補強預成形體與複合結構之結果組合，該結果組成防止其遭受諸如壓力或張力之外力時的偏斜或破壞。在任何情況下，一相關考慮是使該等組成部分之間的每一接合點盡可能地牢固。鑑於該補強預成形體結構成分本身之該理想的超高強度，該等接合點之弱點實質上成為該結構「鏈」中的一「弱鏈結」。

一交叉結構之一範例在美國專利申請案第6,103,337號案中提出，其揭露以參考方式納入本文。此一參考文獻提出了將兩個補強板連接在一起成為一T形狀之一有效手段。

以往曾有各種其他完成此種接合的提案被提出。曾經建議形成且硬化彼此分開的一平板元件及一角狀的加強元件，後者具有一單一平板接觸面或在一末端分叉形成兩個分開的、共面的平板接觸面。該兩個組件藉由利用熱固性膠粘劑或其它黏合材料將該加強元件之平板接觸面黏接到另一組件之一接觸面。然而，當張力被施加在該已硬化的平板或該複合結構之表面上時，令人無法接受的低負荷值即導致將加強組件與平板在它們的接合點處分開的「剝離」力，此因接合處之有效強度是基體材料的有效強度而不是黏合劑的有效強度。

在此種組件之接合點處使用金屬螺栓或鉚釘是難以接受的，因為此種添加物至少部分破壞且削弱複合結構本身的完整性、增加重量及引入此種組件與周圍材料之間的熱膨脹係數之差異。

解決此問題之其它的方式曾是基於透過利用將該等組件中的一個縫合到另一個且依靠縫合線將此種加強纖維引入遍及該結合位置之概念。一個這樣的方式揭示在美國專利第4,331,495號案及其相應分案-美國專利第4,256,790號案中。此等專利揭露了由黏接纖維層製成的一第一與第二複合板之間所被製造的接合點。該第一平板以先前技藝方式於一端分叉以形成兩個分歧、共面的平板接觸面，該兩個分歧、共面的平板接觸面已經藉由縫合穿過兩個平板的未固化的柔性複合線被連接到該第二平板。該等平板與線已經被「共同固化」，即同時固化。改進接合強度之另一方法在美國專利第5,429,853號案中提出。

儘管先前技藝尋求改進該補強複合材料之結構完整性且已經取得成功，特別在美國專利第6,103,337號案之情況下，惟仍存在透過不同於利用粘合劑或機械耦接的一種方式改進或處理的問題之一需求。就這點而言，一種方式可以是藉由特定的機器產生一編織三維(「3D」)結構。然而，涉及的費用是相當大的且少有對產生一簡單結構之編織機器的需求。儘管如此，可被加工處理成纖維補強複合組件之3D預成形體是合乎需求的，因為其相對於習知二維疊層狀複合材料提供增加的強度。此等預成形體在需要複合材料支撐平面外之負荷的應用中是尤其有用的。然而，以上描述的先前技藝之預成形體是在一自動織機程序中被編織及提供該預成形體之部分之變化厚度，已在承受平面外負荷的能力上受到限制。預成形體編織之編織構造與自動化尚在其初期且僅提供比習知的層壓、纖維纏繞或編織的複合材料一小的優勢，限制該等預成形體之多樣性。

另一方式將是編織一二維(「2D」)結構且將其折疊成3D形狀。然而，此方式典型地導致該預成形體被折疊時變形。因為當該預成形體被折疊時，已編織之纖維長度不同於其應當具有的長度，所以變形發生。此在已編織的纖維長度過短之區域中產生淺凹與波紋且在該纖維長度過長之區域中產生鼓起。可在該預成形體被折疊之區域中造成波紋或環形物之一3D預成形體編織結構之一範例被揭露在美國專利第6,874,543號案中，其全部内容以參考方式納入本文。具有諸如例如‘T’,‘I’,‘H’or‘Pi’橫截面之特定結構形狀之纖維預成形體可在一習知的梭織機上被編織，且一些現存的專利描述編織此種結構之方法(例如，美國專利第6,446,675號案及美國專利第6,712,099號案)。然而在所有先前技藝中，該等預成形體已經被製造成使得橫截面在該經紗纖維方向上是一致的。

這些預成形體經利用一補強技術諸如，例如樹脂轉注成形被加工成複合組件，且被用作飛機結構中的加強及/或接合構件。在一‘Pi’預成形體之情況下，典型地插入一網狀物到該等直立腿部諸如U形鉤之間的空隙中。

一個一致寬度的U形鉤適合很多應用。然而，在很多其其它情況下則有害。例如，一個一致寬度的U形鉤需要網狀物有一致厚度，且此厚度藉由結構之最高負荷區域標定。此意味著藉由使該網狀物在負荷較輕區域中薄化的重量減輕可能性無法被實現。

發明概要

本發明是用於編織一種具有多個腿部之纖維預成形體而使得該等腿部不一定相互平行之一方法。根據本發明之一個實施例，一範例是具有一可變寬度的U形鉤，即直立腿部間之寬度沿著預成形體之長度改變的一‘Pi’預成形體。

該可變寬度U形鉤藉由選擇性地使一些經紗纖維脫離形成該等直立腿部之預成形體部分而同時將經紗纖維添加在其它區域而實現。為了加寬該U形鉤，經紗纖維被脫離開該等直立腿之底部且被添加在頂端。相反操作則可使該U形鉤變窄。

本方法還可用於製造其它橫截面形狀，諸如使一‘T’形或具有‘T’葉片相對於該‘T’之頂部以一正弦方式延伸之一‘T’加強件，或諸如H形或I形之其它形狀之橫截面形狀。

本方法可用以編織具有可相互平行或互成角度之可變厚度或可變高度腿部之預成形體。預成形體可利用用於經紗纖維的任何合適紋路編織，即層與層、透過厚角連結、正交等。儘管碳纖維是較佳的，本發明幾乎適用於任何其它纖維類型。

本發明之另一目的是提供一種設計上是現存預成形體及/或迄今可得到之補強複合結構之一替代方式及/或一改進的3D編織預成形體。

本發明之又一目的是提供一種製造具有改進品質之一3D預成形體之新穎方法，此方法消除環狀結構且藉由以三個梭子運動代替五個梭子運動而減少編織時間，藉此在一較少時間中提供了一較佳的預成形體。

本發明之再一目的是提供可被折疊成形狀而不扭曲組成該預成形體之纖維的此一3D預成形體

本發明之另一目的是。提供一種特別可使用在形成Pi成形體補強複合材料上的一3D預成形體。

此等及其它目的與優勢藉由提供一編織3D預成形體而實現，其可被織成平坦形狀且接著在注入樹脂之前被折疊成其最終形狀而不造成不期望的纖維扭曲。此藉由在編織期間調整該等纖維之長度而實現，使得當該預成形體被折疊成形狀時纖維長度相等而在折疊處提供一平滑過渡。儘管此技藝特別適用於形成Pi形狀編織預成形體，但可適用於各種其它形狀。而且，雖然是以編織預成形體為參考，例如對於熟於此技者來說將是明顯，其適用於諸如編結或縫合之非織物。

因此，本發明之一個實施例是一種機械或結構接合點之一預成形體，具有一透過填充纖維被編織以提供經紗纖維層之層間連結與每一層内之纖維連結的三維編織結構。該已編織的預成形體透過定向的纖維轉移平面外負荷以最小化層内張力。該預成形體具有一基底及至少兩個從該基底延伸之腿部，該基底與腿部各自具有至少兩層經紗纖維。

該等填充纖維沿著一編織順序傳送它們經過該基底之一部分接著到達該等腿部且最後經過該基底之相反部分。該等腿部可以以一對稱、分佈式列交叉方式被連接，經紗纖維之一奇數個列位於該等腿部之間。然而，該預成形體可具有一非對稱結構，具有相等或不等的腿部長度。該預成形體在該等腿部之間可具有一偶數個經紗纖維列，該等腿部可與該基底垂直或不垂直或者成角度。該等腿部可彼此平行或互成角度或者在其之間具有一變化寬度之U形鉤。該基底及/或該等腿部之外邊緣較佳地具有以一階狀形態形成於經紗纖維之終止層之錐形。

本發明之另一實施例是形成用在補強複合材料中的一預成形體之一方法。該預成形體被形成以具有透過已編織的緯紗纖維提供經紗纖維層之層與層連結與每一層内的纖維連結之一三維編織結構。該已編織的預成形體透過定向纖維轉移平面外負荷以最小化層内張力。該預成形體具有一基底及至少兩個從該基底延伸之腿部，該基底與腿部各自具有至少兩層經紗纖維。該等緯紗纖維沿著一編織順序進行經過一部分之基底接著到達該等腿部且最後經過該基底之相反部分。該等腿部可以以一對稱或非對稱、分佈式列交叉方式被連接，經紗纖維之一偶數或奇數個列位於該等腿部之間。該等腿部可與該基底垂直或不垂直或者成角度。該等腿部可彼此平行或互成角度或者在其之間具有一變化寬度之U形鉤。該基底及/或該等腿部之外邊緣較佳地具有以一階狀形態形成於經紗纖維之終止層之錐形。

為了對本發明、其操作優勢及由利用發明所得到的特定目的有一更佳的理解，參考所附描述性内容，其中說明本發明之較佳但非限制性的實施例。

在此揭露中的用語「包含(comprising)」及「包含(comprises)」可意指「包括(including)」及「包括(includes)」或者可具有在美國專利法中一般被賦與「包含(comprising)」及「包含(comprises)」的意思。措辭「主要包括(consisting essentially of)」或「主要包括(consists essentially of)」如果用在申請專利範圍中具有美國專利法認定的含義。本發明之其它層面描述在下面的揭露內容中或由以下面的揭露內容是明顯的(且在本發明之範圍内)。

圖式簡單說明

提供對本發明之進一步理解的附圖被納入且構成本說明書之一部分。在本文中提出的該等圖式說明了本發明之不同實施例連同本描述有助於解釋本發明之原理。在該等圖式中：第1圖根據本發明之一示範實施例的一Pi-形預成形體之示意側視圖，描繪全片及其中的纖維結構之形成之；第2(a)圖與第2(b)圖分別顯示了根據本發明之一個示範性實施例之一預成形體及先前技藝中揭露的一預成形體；第3圖根據本發明之一個示範性實施例是描述其中之纖維結構之一Pi-預成形體之一示意性側視圖；第4圖根據本發明之一個示範性實施例是具有位於直立位置之腿部之一Pi-預成形體之一示意性橫截面視圖；第5(a)圖到第5(f)圖根據本發明之一個示範性實施例是具有一可變寬度U形鉤之Pi-預成形體之編織紋路或纖維結構之示意性側視圖；第6(a)圖與第6(b)圖根據本發明之一個示範性實施例顯示了修剪浮紗之前(a)與之後(b)之一可變寬度Pi-預成形體；及第7圖根據本發明之一個示範性實施例是具有一可變寬度U形鉤之一Pi-預成形體中的過渡區之一俯視圖。

較佳實施例之詳細描述

第1圖、第2a圖、第3圖及第4圖說明了一三維預成形體100之較佳實施例。預成形體100藉由以一紋路編織多數填充纖維114穿過多數該紋路之平面垂直延伸的經紗纖維116而形成。在第1圖與第3圖中，用以形成Pi-形預成形體100之完整紋路予以說明，其中填充纖維114被顯示在觀察面中，而經紗纖維116被顯示成垂直於該觀測面。在該結構之示意圖中纖維114、116被顯示為間隔開，然而當真正被編織成一完整預成形體100時纖維114、116被壓在一起。

現在轉向第1圖，預成形體100中所有的經紗纖維116大體上互相平行，其沿著每一纖維116之縱向長度上具有微小的波浪且大體上被排列成垂直列。預成形體100較佳地由用於典型複合結構之材料編織而成，例如玻璃纖維及碳纖維且被編織成具有一基底120及從基底120延伸出之兩個腿部125、135，形成一Pi形狀輪廓。該等腿部125、135可與該基底120垂直或不垂直或者成角度。基底120及腿部125、135各自包含至少兩層經紗纖維116且被顯示為具有可選擇的錐形邊緣。為便於編織，預成形體100被編織成腿部125、135位與基底120之上，儘管腿部125、135是為了用在一垂直位置以形成諸如一U形鉤150，例如第4圖中所示。基底120被顯示為具有八層纖維116，且腿部125、135被顯示為具有四層纖維116。

可選擇地，如圖所示，基底120中的經紗纖維116比腿部125、135中的經紗纖維116具有一較小的橫截面區域。藉由只在基底120中使用較小經紗纖維116而不在腿部125、135中使用，在一織布機上編織該結構所需的時間上的增長被最小化而仍透過經紗纖維116之一較大數量之連結在預成形體100中提供一較強基底120。

返囘參考第1圖，預成形體100透過編織紋路以該基底120之一末端105開始予以說明，該末端105顯示在該基底120之左邊。在編織順序之一典型部分中，填充纖維114在每一次向右穿過期間在該等經紗纖維116之上與之下交替，連結此層之纖維116。而且，在該編織順序之一典型部分中，填充纖維114在每一次向左穿過期間在兩個相鄰層之經紗纖維116之上與之下交替，將該等層連結起來。如圖式與下面的描述所示，部分的編織順序，包括腿部125、135内部、邊緣處及預成形體100之外表面可能不同於此一編織順序。

如第1圖中所示，總體編織順序以填充纖維114於位置A處開始且朝著該基底120之中心延伸且接著到達一個腿部135之外側112之位置B1處。該填充纖維114接著延伸到位於腿部135右方之最右側位置C。填充纖維114從位置C沿著同一線朝著基底中心織回，填充纖維114從此點向下延伸進入基底120且返囘到另一腿部125之外側112到腿部125之最左邊處之位置D。填充纖維114接著沿著同一線朝著基底120之中心織回，且延伸回到基底120之位置B2處，穿過位於腿部125、135之間的經紗纖維116之中心列接著返囘到基底120位置E處且到達基底120之另一末端115之位置F。此形成了填充纖維114之一完整編織順序，其實際上是將四個半片與三個完整片結合起來，如第1圖中所描繪。經紗纖維116之終止層以一階狀形態在基底120及腿部125、135上形成錐形邊，諸如基底120之左外側邊緣上之錐形124及腿部135上之錐形126。

為了完成一個格子單位或垂直剖面，填充纖維114穿過預成形體100被重覆用於經紗纖維116之相鄰層直到所有的層被連結。緯紗紋路被重覆以形成相鄰的垂直剖面，產生該預成形體之連續長度。然而，該等層之連結不是必需的，且該預成形體100之該基底120及/或該等腿部125、135可被分成獨立的層。

第3圖特別顯示了用於形成一Pi-預成形體100中的腿部125、135與基底120之編織紋路。基底120顯示具有八層經紗纖維116，且腿部125、135顯示具有四層經紗纖維116，惟該紋路可被修改以在基底120與腿部125、135中實施更多或更少的經紗纖維層。換言之，該基底120可比該等腿部125、135之各自具有較多的層或者反之亦然。該編織紋路提供在一層内的經紗纖維116連結及經紗纖維層之間的連結。相鄰層藉由使一部分之填充纖維114延伸在一第一列之一第一層中的一經紗纖維116上，並在一相鄰的、第二列之第二層中的一經紗纖維之下，該第二層在第一層下面。如圖所示當該紋路被編織時，腿部125、135被編織成一平放、水平位置。在設置期間，每一腿部125、135被移至一垂直、站立位置，當呈直立時每一腿部125、135之寬度包含四層。

預成形體100比先前的編織預成形體在提供腿部125、135與基底120之一高對稱性、分佈式交叉方面有所改進。基底120具有三個經紗纖維中央列及兩個經紗纖維分離列，該兩個分離列是相鄰於中心列之每一側邊之列。使用奇數個中心列允許該編織形成一對稱等分該中心列之一中心平板之每一側邊之約略鏡像，提高基底120內的負荷分佈之對稱性。儘管顯示具有三個中心列，預成形體100之較佳實施例可具有任意個中心列，該中心列之數目決定當腿部125、135在一直立位置中時U形鉤150之公稱寬度。該等腿部125、135可與該基底120垂直或不垂直或者成角度。

為了對稱性地將來自腿部125、135之負荷導入基底120，諸如來自於連接在直立腿部125、135之間的一構件(圖未示)之一負荷，連接腿部125、135之填充纖維114部分被分成具有相等或實質上相等數纖維部分之組。每一組與基底120相交在一個分離列與中心列之間或在一個分離列與相鄰於該分離列之剩餘的右側或左側列之間。例如，如第3圖中所示，組29延伸在腿部125之層2及4與基底120之間，與基底120相交在列c與d之間。同樣地，組31與基底120相交在列d與e之間，組33與基底120相交在列g與h之間，及組37與基底120相交在列h與i之間。在此應當注意到，儘管該等圖式顯示了對稱幾何，但本發明之方法也可用在生產非對稱結構中。

雖然以繪示成在近乎預成形體100中心之較佳位置處，中心列27可包含位於預成形體100中心之側邊的經紗纖維116列。例如，列b、c及d可包含該等中心列，且列a與e可作為分離列。此將腿部125、135向基底120之一外邊緣偏移，但仍提供基底120對列b、c、及d的對稱且使腿部125、135的負荷對稱性分佈至基底120中。諸如錐形124及錐形126之錐形藉由將經紗纖維之連續層終止在比前面的層短的長度而形成於一預成形體之一外邊緣上。例如，第3圖顯示層5終止於列s處，而層6終止於列t，層5為比層6短之一經紗纖維116。類似地，層6比層7短且此紋路重覆用於每一相鄰的較低層。在該基底或直立腿部中具有錐形邊緣之一預成形體比該等經紗纖維都以相同的長度終止之一預成形體具有對剝離負荷之一較好的抵抗。此外，使用用於經紗錐形纖維之一較小纖維尺寸提供了一從該預成形體到其連接的一組件之一更順利、平滑的過渡。第3圖中的該編織紋路是用於基底120之八層經紗纖維116。

一完整的、已編織的Pi-預成形體100被顯示在第4圖，其具有在直立位置中的腿部125、135，在腿部125、135之間形成一U形鉤150。然而，該等腿部125、135可與基底120垂直或不垂直或者成角度。預成形體100藉由重覆該完整的編織順序以沿著該預成形體100之縱向長度形成相鄰的垂直剖面而編織而成。該編織過程產生了預成形體100之連續長度，其接著被截到所需的長度以用於設置。根據本發明形成的一預成形體與在該等直立的腿部之間具有環狀物30之一先前技藝設計預成形體10之相比較分別顯示在第2(a)圖與第2(b)圖中。

根據一個實施例本發明是用於編織具有多數腿部225、235之一預成形體200使得此等腿部不必相互平行之一方法。如第5(a)圖到第5(f)圖中所示，該Pi-預成形體200被形成具有一可變寬度U形鉤250，即該等直立腿部之間的寬度隨該預成形體之長度改變。該可變寬度U形鉤250藉由選擇性地使一些經紗纖維216脫離出形成該等直立腿部225、235之該預成形體之部分而同時將經紗纖維216添加到其它區域中而實現。為了加寬該U形鉤250，經紗纖維216被脫離出該等直立腿部225、235之底部處且被添加在頂端處。相反完成使該U形鉤變窄。

第5(a)圖到第5(f)圖以一系列步驟顯示了該U形鉤250之此種移動。在特定的情況下，例如，該U形鉤250之寬度從0.30英寸變到0.55英寸。第5(a)圖到第5(f)圖顯示了該預成形體200之纖維結構之一橫截面圖，其垂直於該等經紗纖維216。個別的經紗纖維216被顯示為圓環且該連續緯紗纖維214之路經顯示為一實線。在此必須注意的是，形成該等腿部225、235之大多數纖維沿著該預成形體200之全長是連續的。只有在邊遠處之該等纖維240是不連續的。此等纖維240浮在該預成形體200之編織部分之上或之下，且在該預成形體從該織布機移開後被修剪。利用一往返架構且根據此實施例形成之修剪浮紗纖維240之前與之後之一可變寬度Pi成形體之不同視圖分別顯示在第6(a)圖與第6(b)圖中。在此等圖式中的玻璃示蹤纖維245確認該固定與可變橫截面區之間的邊界。

根據此實施例，該等直立腿部225、235可被移動到該支撐凸緣或基底220之幾乎任何位置，且藉由緯紗纖維214被緊密結合在該凸緣或基底220。然而，該位置必須以一階梯式方式改變，其中一步之最小寬度是一個經紗列之寬度。在此範例中，每英寸20條經紗纖維有20個鋼筘被使用，因此該最小步寬度是0.05英寸(1/20英寸)。

預成形體200可利用任何用於該經紗纖維之習知的紋路被編織，諸如層與層、透過厚交連結、正交等。在第7圖中顯示的該預成形體200中，該U形鉤250開始於一窄結構230且一固定橫截面被編織例如用於大約12條經紗纖維。該U形鉤250之寬度逐漸增長到一寬結構255，使該寬結構255保持例如大約8條經紗纖維，且接著逐漸降囘該窄結構230。該窄寬度橫截面接著被編織用於例如大約12條經紗纖維。從窄結構230到寬結構255之過渡之一特寫顯示在第7圖中。儘管該U形鉤250之寬度之一逐漸過渡描述在本文中，但本發明不被限制在此種結構中。該U形鉤250之寬度之步長改變或一鋸齒形式之一寬度改變或其中之組合完全在本發明之範圍内。例如，該U形鉤250之寬度過渡可能是一步一步改變或逐步鋸齒式或逐步正弦式等等之一組合。

本方法還可用於製塑造諸如有三個或更多腿部與該基底相交之預成形體之其它橫截面形狀。本方法還可用以編織具有可變厚度與可變高度腿部之預成形體，該等腿部可在一或多數平面中互相平行或互成角度。

典型地，該等預成形體利用例如用於該經紗與填充纖維之碳(石墨)纖維之一個纖維類型編織。然而，預成形體還可以是利用諸如碳及玻璃纖維之多種纖維製成的纖維之混合編織紋路。此等紋路可產生具有高硬度、低成本及最佳化的熱膨脹特性之預成形體。該等編織紋路包含一個類型之所有經紗纖維與另一類型的所有填充纖維或者該編織可具有安排的交替類型之經紗及/或緯紗纖維，例如，在貫穿該等層之一「棋盤格」紋路中。

本發明之優勢包括編織用於將組件組裝成結構體之一高強度且易於使用之預成形體之能力。當以一高對稱方式透過該預成形體分配負荷時，該改進的編織將該等經紗纖維連結到每一層且將該等層彼此連結起來。藉由在該預成形體之腿部之間的基底中具有一奇數個經紗纖維列，一編織紋路可對一中心對稱板成鏡像。然而，對於本發明之實施來說這不是必需的。該預成形體也可具有一非對稱結構，具有相等或不等腿部長度或在該預成形體之腿部之間的基底中具有一偶數個經紗纖維列。該等腿部可相互平行或互成角度或者在其之間具有一可變寬度U形鉤。該基底及/或該等腿之外邊緣較佳地具有由終止經紗層以一階狀形式形成之錐形。

因此，本發明提供了創建具有多數腿部之3D預成形體及/或補強的複合結構之一可選擇的方式及/或一改進的方法，使得該等腿部不必互相平行，例如，以上描述的Pi-預成形體具有一可變寬度U形鉤即沿著該預成形體之長度在該直立腿部之間之一可變寬度。

如此藉由本發明實現其目的與優勢，雖然較佳實施例已在本文中詳細揭露與描述，其範圍不應當藉此被限制，而是其範圍應當藉由所附的申請專利範圍之範圍確定。

10．．．先前技藝設計預成形體

29、31、33、37．．．組

30．．．環狀物

100．．．三維預成形體、Pi-預成形體

105、115．．．末端

112．．．外側

114．．．填充纖維

116．．．經紗纖維

120．．．基底

124、126．．．錐形

125、135、225、235．．．腿部

150．．．U形鉤

200．．．預成形體、Pi-預成形體

214．．．填充纖維、連續的緯紗纖維

216．．．經紗纖維

220．．．支撐凸緣、基底

230．．．窄結構

240．．．浮紗纖維

245．．．玻璃示蹤纖維

250．．．可變寬度U形鉤

255．．．寬結構

B1、B2、A、C、D、E、F．．．位置

第1圖根據本發明之一示範實施例的一Pi-形預成形體之示意側視圖，描繪全片及其中的纖維結構之形成之；

第2(a)圖與第2(b)圖分別顯示了根據本發明之一個示範性實施例之一預成形體及先前技藝中揭露的一預成形體；

第3圖根據本發明之一個示範性實施例是描述其中之纖維結構之一Pi-預成形體之一示意性側視圖；

第4圖根據本發明之一個示範性實施例是具有位於直立位置之腿部之一Pi-預成形體之一示意性橫截面視圖；

第5(a)圖到第5(f)圖根據本發明之一個示範性實施例是具有一可變寬度U形鉤之Pi-預成形體之編織紋路或纖維結構之示意性側視圖；

第6(a)圖與第6(b)圖根據本發明之一個示範性實施例顯示了修剪浮紗之前(a)與之後(b)之一可變寬度Pi-預成形體；及

第7圖根據本發明之一個示範性實施例是具有一可變寬度U形鉤之一Pi-預成形體中的過渡區之一俯視圖。

200‧‧‧預成形體、Pi-預成形體

214‧‧‧填充纖維、緯紗纖維

216‧‧‧經紗纖維

220‧‧‧支撐凸緣、基底

225、235‧‧‧腿部

250‧‧‧可變寬度U形鉤

Claims (18)

1. 一種在一編織預成形體中形成一可變寬度U形鉤之方法，該方法包含以下步驟：(a)提供多數相鄰層，每一層具有多數經紗纖維，該等經紗纖維互相平行且形成垂直之數個列(columns)；(b)將多數填充纖維與該等經紗纖維層予以編織，以形成一基底與從該基底延伸之兩個或更多腿部，其中該等填充纖維連結(interlock)該基底之數個層、各腿部之數個層、及每一層內的該等經紗纖維；及(c)選擇性地將一或多數經紗纖維脫離出可形成一第一腿部之一第一部件的該預成形體之一第一部分，藉此加寬係形成於該等兩個或更多腿部之間的一U形鉤之寬度；或者選擇性地將一或多數經紗纖維添加到該預成形體之該第一部分，藉此使係形成於該等兩個或更多腿部之間的該U形鉤之寬度變窄；或者實行兩者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含以下步驟：同時添加或去除可形成該第一腿部之一第二部件的該預成形體之該第一部分中的數個經紗纖維。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維中心列，該等中心列係位於可連接該等腿部之一腿部到該基底的數個填充纖維、與可連接該等腿部之其它腿部到該基底的數個填充纖維之間，該等中心列包含奇數個列，且允許對於該預成形體之一對稱中心平面形成一實質上呈鏡像的編織紋路(pattern)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維中心列，該等中心列係位於可連接該等腿部之一腿部到該基底的數個填充纖維、與可連接該等腿部之其它腿部到該基底的數個經紗纖維之間，該等中心列包含偶數個列，且允許對於該預成形體之一中心平面形成一實質上非對稱的編織紋路。
5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維分離列，該等分離列係相鄰於該等中心列之對立側面，每一分離列將該等填充纖維之數個部分分成兩組，在該基底與該腿部之間的一組係延伸自該中心列組與該相鄰分離列之間，另一組則係延伸自該分離列與數個在該分離列橫向外側的列之間。
6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維分離列，該等分離列係相鄰於該中心列之對立側面，每一分離列將該等填充纖維之數個部分分成兩組，在該基底與該腿部之間的一組係延伸自該中心列組與該相鄰分離列之間，另一組則係延伸自該分離列與數個在該分離列橫向外側的列之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基底之層數比每一腿部之層數多或者反之亦然。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基底及/或該等腿部之邊緣形成錐形。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等腿部與該基底係垂直、或不垂直、或成角度。
10. 一種具有一可變寬度U形鉤之一編織預成形體，該預成形體包含：多數相鄰層，每一層具有多數經紗纖維，該等經紗纖維相互平行且形成垂直之數個列；多數填充纖維，其編織在該等經紗纖維層之間，以形成一基底與從該基底延伸之兩個或更多腿部，該基底與每一腿部由至少兩層經紗纖維所形成，該等填充纖維連結該基底之數個層、每一腿部之數個層、及每一層內的經紗纖維；及一U形鉤，其形成於該兩個或更多腿部之間，其中該U形鉤沿著該預成形體之長度具有一可變寬度。
11. 如申請專利範圍第10項所述之預成形體，其中該可變寬度U形鉤係藉由以下方式形成：選擇性地使一或多數經紗纖維脫離出可形成一第一腿部的該預成形體之一第一部分，以加寬係形成於該等兩個或更多腿部之間的一U形鉤之寬度；或者選擇性地將一或多數經紗纖維添加到該預成形體之該第一部分，以使係形成於該等兩個或更多腿部之間的該U形鉤之寬度變窄；或者實施兩者。
12. 如申請專利範圍第10項所述之預成形體，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維中心列，該等中心列係位於可連接該等腿部之一腿部到該基底的數個填充纖維、與可連接該等腿部之其它腿部到該基底的數個填充纖維之間，該等中心列包含奇數個列，且允許對於該預成形體之一對稱中心平面形成一實質上呈鏡像的編織紋路。
13. 如申請專利範圍第10項所述之預成形體，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維中心列，該等中心列係位於可連接該等腿部之一腿部到該基底的數個填充纖維、與可連接該等腿部之其它腿部連接到該基底的數個填充纖維之間，該等中心列包含偶數個列，且允許對於該預成形體之一中心平面形成一實質非對稱的編織紋路。
14. 如申請專利範圍第12項所述之預成形體，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維分離列，該等分離列係相鄰於該等中心列之對立側面，每一分離列將該等填充纖維之數個部分分成兩組，在該基底與該腿部之間的一組係延伸自該中心列組與該相鄰分離列之間，另一組則係延伸自該分離列與數個在該分離列橫向外側的列之間。
15. 如申請專利範圍第13項所述之預成形體，其中該等經紗纖維列包括數個經紗纖維分離列，該等分離列係相鄰於該等中心列之對立側面，每一分離列將該等填充纖維之數個部分分成兩組，在該基底與該腿部之間的一組係延伸自該中心列組與該相鄰分離列之間，另一組則係延伸自該分離列與數個在該分離列橫向外側的列之間。
16. 如申請專利範圍第10項所述之預成形體，其中該基底之層數比該等腿部之層數多或者反之亦然。
17. 如申請專利範圍第10項所述之預成形體，其中該基底及/或該等腿部之邊緣為錐形。
18. 如申請專利範圍第10項所述之預成形體，其中該等腿部與該基底係垂直、或不垂直、或成角度。