TWI599690B - 預成形體及用以強化編織纖維節點之方法 - Google Patents

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Description

預成形體及用以強化編織纖維節點之方法 發明領域
本發明係有關於纖維強化結構。更特別地，本發明係有關於具有沿著平面性組件的至少一者之一邊緣交會的平面性組件之纖維強化預成形體。又更特別地，本發明係有關於一製造具有纖維強化節點或接頭的編織預成形體之方法以及藉由此方法製造之結構。該方法可使用於製造用以產生格柵狀結構的預成形體。
發明背景
纖維強化複合結構時常需使二或更多個元件沿著元件的至少一者之一邊緣被接合，以形成一接頭或節點。譬如，一結構可具有以交會角度配置的纖維強化編織平面性元件，使得元件沿著元件的至少一者之一邊緣交會。一結構可包括平面性非編織元件，譬如金屬片或板、或陶瓷面板或其他組成物的面板，其沿著至少一邊緣交會。
在格柵狀結構或具有強化肋的複合面板或表皮之生產中，交會元件的接合係可能有用。在此等實例中，可能欲提供或需沿著交會線在元件之間提供一接頭。一達成此接頭的方法係將擬被接合至一第一元件之第二元件形成為比所需者更長。第二元件的過多材料係平行於第一元件被摺疊且與第一元件相鄰地放置，使得第二元件的一部分重疊第一元件的一部分以與重疊部分形成單一搭接頭(lap joint)。重覆部分可由諸如螺紋式緊固件或鉚釘等機械手段、或諸如該技藝習知的黏劑或樹脂等化學手段被固定至彼此。許多典型的應用仰賴黏劑或樹脂將元件固定在一起。
在部分實例中，第二元件採行一概呈L形形狀，其中L的一腳(垂直抑或水平腳)與第一元件呈平行且相鄰。在形成一格柵狀結構中，可如上述般形成一系列的交會第一及第二元件以形成所欲的格柵狀結構。在部分格柵狀結構中，第一元件可配置於平行列中，其依需要配置有交會的第二元件。在相鄰的第一元件之間，第二元件可採行一概呈C形形狀，而具有近似線性且平行的頂及底分段、及位於頂及底分段之間且相互垂直於頂與底分段的一中分段。可以一概呈Z形的第二元件獲得類似的結果，其具有彼此平行且正交於一概呈線性中分段之近似線性的頂及底分段。在部分實例中，中分段可能未正交於頂及底分段。在任一形式中，第二元件的頂及底分段可被固定至相鄰的第一元件而形成一格柵狀結構。
根據已知的方法，第一及第二元件之間的節點或接頭係由與第一元件呈平行之單一搭剪接頭形成。單一搭剪接頭(lap shear joint)係提供節點的結構完整性，其中節點強度仰賴用來接合第一及第二元件的手段。經由節點從一元件轉移至另一元件的負荷係需要行經元件之間的接頭。
單一搭剪接頭所形成的節點之一相關缺點係在於：接頭的強度由重疊部分之間的搭接頭強度決定。因為元件保持結構性分離，施加至或轉移至交會部的應力係典型地單 獨由黏劑所攜載。因此接頭的強度係依據黏劑的強度而定，其在大部份實例中小於纖維強化元件的強度。強度可能具有顯著的差異。單獨仰賴黏劑的接頭時常是結構中的弱點。
除了接頭處的不良強度外，目前用於製造格柵狀結構之方法係需要顯著人力將個別件的編織織物放置在一模具中，並以織物包繞模具的部分以形成格柵的開放巢室部分。
本發明藉由提供一包含一強化節點之預成形體及一使用所請求的預成形體以製造一在元件之間具有一強化接頭或節點的複合結構之方法，以解決先前技藝的缺點。本發明亦提供一用於製造比先前方法更低勞力密集且便宜之具有強化節點的格柵狀結構之方法。
此申請案中若引用或提到任何文件，並非認可此文件可對於本發明作為先前技藝。
發明概要
根據本發明的態樣，提供一編織預成形體，其包含被交織經過一共同交會線的多重腳，該交會線形成一強化節點或接頭(對於本描述之用，除非上下文另述，“節點”及“接頭”可互換使用)。腳可被共同編織並實質徑向地配置於節點周圍且從節點往外導引。預成形體係可包括一乾纖維預成形體，該乾纖維預成形體係與其他乾預成形體聯合並使用諸如樹脂轉移模製等已知技術被轉換成一複合結構。預成形體亦可包括預浸織物，該預漬織物可與另一或多個織 物聯合且固化以形成一複合結構。預成形體亦可包括一經固化的複合元件，該經固化的複合元件可被結合至其他複合元件以形成一複合結構。
根據本發明的實施例，形成一包括被交織於二或更多腳之間且編織經過節點或接頭的一或多個纖維之強化節點。預成形體可用來製造譬如可作為航太業所用的燃氣輪機中所見的推力反向器輪葉(thrust reverser vanes)、或葉柵(cascades)之格柵狀結構，且具其他功用。預成形體亦可用來製造強化複合面板或表皮。一般熟習該技術者將熟知其他應用。
根據本發明的一示範性實施例，提供一包含被交織經過一共同交會線的複數個腳而形成一強化接頭或節點之編織預成形體。根據此非限制性範例的編織預成形體可與其他類似的預成形體接合以形成一具有強化接頭或節點的格柵狀結構。藉由將來自一第一預成形體之一或多個腳的一部分放置成平行且相鄰於、並抵靠接觸於來自一第二類似預成形體之一或多個腳的一部分、且重覆該圖案，係可形成一格柵狀結構，其中強化纖維係行經節點及來自接合在一起之相鄰預成形體的腳。
根據部分實施例，腳的至少一者可沿著從共同節點至各腳自由端所取的其長度具有均勻的厚度。在其他實施例中，至少一腳的至少一側可從共同節點至腳的自由端或梢端沿著其長度呈推拔狀。在又其他實施例中，至少一腳的兩側可從共同節點至腳的自由端或梢端沿著腳的長度呈推 拔狀。
在一非限制性範例中，可使用一習知織造機以產生一具有當與長度呈正交(亦即沿著縱向軸線)觀看時配置成十字形的四個共同編織元件或腳之第一長形預成形體。一第二類似尺寸及形狀的預成形體可分離地產生或從第一預成形體被切割。兩個預成形體可配置成使縱向軸線概呈平行並被定向使得第一預成形體的一腳或元件平行於第二預成形體的一腳或元件，且平行元件至少部份地重覆及抵靠。在此配置中，兩十字形預成形體係組構以使得四個元件呈平行且概括共面。這些元件可譬如以兩個十字形預成形體的水平元件作代表。
各預成形體的另兩元件係正交於共面元件、平行於彼此且分開。在此範例中，這些元件將以四個垂直元件作代表。
合併來說，兩個十字形預成形體係包含一複合結構第一次總成。
一類似尺寸、形狀及組構的第二次總成係可被定位使得第二次總成之垂直元件的兩者至少部份地重覆且抵靠第一次總成的兩垂直元件。依此被放置在一起，四個十字形預成形體係形成一3x3格柵的一完整(中心)巢室。在此範例中，格柵可類似於一井字棋(tic-tac-toe)格柵。周邊格柵巢室被不完全地關閉，其中角落巢室具有兩側就位且四個內部巢室具有三側就位。從此基本組態，可添加額外十字形預成形體以包圍至少一些經部份形成的巢室，以依意願增大格柵尺寸。
預成形體格柵可依據預成形體的組成物而經由已知方法被加工成一複合結構。譬如，若預成形體由乾纖維構成，可使用一諸如樹脂轉移模製等製程以將一樹脂導入至預成形體並固化以形成一複合結構。一由預浸組件構成的預成形體係可在適當條件下被共同固化以結合預成形體形成一複合結構。可藉由將一適當結合材料提供至元件的重疊部分並將結合材料固化，藉以使從完全固化的複合組件所組裝之一格柵形成為一複合結構。可依據預成形體組成物、複合結構的要求、或其他考慮因素而定，使用複合結構建構的其他已知方法。
根據其他非限制性範例，可形成一具有少於四個元件譬如三個元件、或多於四個元件譬如五個元件的第一長形預成形體。在部分案例中，可使用一習知織造機以產生用於預成形體的編織織物。在部分實施例中，預成形體在與長度正交的一剖面觀看時將具有一供元件各者從其徑向地延伸之共同、居中的節點。
預成形體可在長度維度為線性或可為曲線形。線性預成形體將產生一線性節點，沿著交會部觀看時，一曲線形預成形體則將產生一在一或多個方向具有曲率的節點。任一形狀的預成形體皆可使用類似製程被組裝以形成一格柵狀結構。
本發明的另一示範性實施例係有關於一包含交織的腳之強化預成形體，交織的腳係以具有一共同交會線及共同編織的強化物之相鄰腳成對配置，而形成一強化節點。多 重的腳對可被編織使得強化纖維被編織於個別腳之間暨一或多個額外的腳或腳對之間。節點係在共同交會線被形成於交織的腳對之間並包括交織於腳之間的強化纖維。
腳對係可為實質平面性且平行、彼此分開而形成一空隙，並組構以接受腳之間的空隙中之一平面性元件。對於此揭示之用，“元件”可身為經由已知製程而與其他編織織物組件、元件或預成形體組合以形成一複合結構之一編織織物或編織織物結構，或身為諸如金屬片或板或諸如陶瓷面板等面板或其他材料的面板等非編織結構。若是編織的話，元件可身為乾纖維織物或預成形體、預漬織物或預成形體，固化的複合元件，或具有其他已知組成物，依據製造製程中的特定使用及階段而定。
譬如，一具有配置成三對相鄰腳的六個腳之預成形體係可接受三個平面性元件，各對腳之間各有一個平面性元件。在此非限制性範例中，預成形體提供在一接頭或節點交會的三個平面性元件，其中具有經過節點的纖維強化物。類似地，配置成四對腳之八個腳係可接受四個元件。腳對可沿節點周圍等距分佈或可依需要不平均分佈。
利用一類似方式，腳對可以局部平行面對的表面呈實質非平面性，彼此分開而形成一空隙，並組構以在腳之間所形成的空隙中接受一類似形狀的非平面性元件。一對中的兩腳之至少向內面對表面係具有概括匹配但相對的輪廓。亦即，若一第一腳的向內面對表面在一特定點呈凹形，第二腳的向內面對表面上之一對應區位將具有一類似程度 但相反意義的曲率，代表在該點呈凸形。因此，在所有點皆實質地維持一對中的腳之向內面對表面之間的平行性、或接近平行性。
對於一非限制性範例，在一具有兩平行主要表面(而非邊緣表面)的編織織物元件中，主要表面可具有一簡單、變化或複雜的曲率，其中織物一側的曲率係為另一側的倒反，而維持元件面的局部化平行性。亦即，若一表面在一特定區位具有一凹形曲率，織物相對側上的對應區位具有一凸形曲率。元件可在織物表面上方具有不斷改變的曲率。
一被組構以接收一非平面性元件的一部分之腳對將具有實質與擬接收元件的部分相同之一輪廓及組態。當組裝此曲線形預成形體時，預成形體結構中的腳將具有彎曲的交會線，在一或多個方向具有曲率。
無關乎元件及腳對的平面性，一包含一或多個預成形體腳對及一或多個元件的預成形體結構係可使用類似於上述的方法被加工成一複合結構。腳對及相關聯的元件可被固化、共同固化、或結合以產生一複合結構。預成形體與元件之間的介面可包含單一或雙重搭剪接頭。
根據創新方法的實施例，揭露一製程，其中可以比先前所知者更經濟的一製程使格柵狀結構製作有強化節點。該方法適於配合使用如上文討論的經定形預成形體，亦即預成形體沿著其長度被觀看時可具有十字形形狀，且長度可為線性或曲線形。該製程可包括被定形及組構以與完成產品的所欲形狀呈現對應之一模具或形式(典型稱為“工具 (tool)”或“工具設定(tooling)”)。
根據本發明的預成形體可從具有一能夠被固化的塗覆物之纖維製造。或者，可在製造格柵狀結構之前將一適當塗覆物添加至預成形體。能夠被固化的預成形體之非限制性範例係包括在編織前由塗覆有漿料(sizing)或黏化劑的纖維所編織之預成形體，黏化劑係在編織後施加至預成形體，且預成形體預浸有一樹脂材料。
預成形體可用來作為一適當尺寸及形狀的模具中之插件。擬使用的插件可在插入模具中之前被切成接近淨形狀，或者其可在位於模具中時被修整。在模具中，插件可被放置在工具或模具內所設置的適當形狀腔穴中，其中相鄰預成形體的部分係重疊且抵靠於彼此。
亦可依需要將額外材料放置在模具內。模具、預成形體及任何額外插入的材料可在模具中被預熱。可在包括壓力及溫度的適當條件下注射一樹脂或基質材料，以使格柵狀結構固體化。在妥當加工之後，格柵狀結構可從模具被移除並依需要修整至最終尺寸。
根據本發明的實施例，提供一包含在邊緣被接合且從一共同節點徑向地延伸的複數個共同編織織物元件之強化預成形體，其中來自複數個元件各者的至少一強化纖維被編織經過節點且進入複數個元件的至少另一者內。在部分實施例中，織物元件的至少一者包含概括平行的主要表面。在其他實施例中，主要表面的至少一者從節點推拔至元件的端點。在部分實施例中，織物元件配置於相鄰元件 對中，使得元件之相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙。
在本發明的部分實施例中，提供一包含複數個預成形體的複合結構、或概括為一結構，該等複數個預成形體各包含在邊緣被接合且從一共同節點徑向地延伸的複數個共同編織織物元件，其中來自複數個元件各者的至少一強化纖維被編織經過節點且進入複數個元件的至少另一者內。複數個預成形體的各者包括一縱向軸線，且預成形體配置使得軸線以一格柵狀圖案概括平行對準。一編織織物元件的一第一端點重疊且抵靠於至少一第一編織織物元件。
在結構的實施例中，提供包含主要表面的元件，其中複數個預成形體的至少一第一者係包含成對配置的相鄰元件使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙。提供一被至少部份地接收於空隙內、而重疊且抵靠其相對面對的相鄰主要表面的一者之至少一部分之元件。在部分實施例中，複數個預成形體的一第二預成形體係包含成對配置的相鄰元件，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙。元件的一第二端點被至少部份地接收於第二預成形體中所形成的空隙內，而重疊且抵靠其相對面對的相鄰主要表面之至少一者。
一用於形成一強化複合結構的方法之實施例係包括製造一包含在邊緣被接合且從一共同節點徑向地延伸的複數個共同編織織物元件之第一強化預成形體，其中來自複數個元件的各者之至少一強化纖維被編織經過節點且進入複 數個元件的至少另一者內；製造一類似第一強化預成形體包含有至少一元件之第二強化預成形體；將元件的至少一部分定位成與第一編織預成形體的至少一部分相鄰以形成一預成形體總成；加工預成形體總成以形成一複合結構。
在創新方法的部分實施例中，第一編織預成形體的織物元件係包含主要表面。在其他實施例中，第二強化預成形體係進一步包含在邊緣被接合且從一共同節點徑向地延伸之含有主要表面的複數個共同編織織物元件，其中來自複數個元件的各者之至少一強化纖維被編織經過節點且進入複數個元件的至少另一者內。在實施例中，第一及第二強化預成形體具有縱向軸線且配置成使其縱向軸線概括平行。第一及第二預成形體係被組裝使得第一編織預成形體的主要表面之至少一者的一部分至少部份地重疊且抵靠第二編織預成形體的主要表面之至少一者的一部分。
該方法的部分實施例係包括將一第一預成形體之至少部分的織物元件配置於相鄰元件對中，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙；及將一第二預成形體之元件的第一端點的至少一部分定位於第一強化預成形體中所形成之空隙的一者內，而重疊且抵靠其相對面對的相鄰主要表面的一者之至少一部分。
其他實施例係包括將至少部分的織物元件配置於相鄰元件對中，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙；將一編織元件的一第一端點定位使其被至少部份地接收於第一強化預成形體中所形成的空隙內； 及將元件的一第二端點定位使其被至少部份地接收於第二強化預成形體中所形成的空隙的一者中，而重疊且抵靠其相對面對的相鄰主要表面的一者之至少一部分。
請注意在此揭示中且特別是申請專利範圍中，諸如“包含(comprises、comprised、comprising)”及類似物等用語可具有美國專利法賦予的意義；譬如，其可代表“包括(includes、included、including)”及類似物。
這些及其他實施例係被揭露於或獲知自下列詳細描述並被涵蓋於下列詳細描述中。
圖式簡單說明
連同附圖提供作為範例且無意將本發明限制於所揭露細節之下列詳細描述，其中類似的代號係代表類似或相似的元件及部份，且其中：第1圖是一格柵狀結構的立體圖；第2圖是一強化面板或表皮的立體圖；第3a至3c圖是可使用於第1圖的格柵狀結構或第2圖的強化面板中之元件的軸向圖；第4圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第5圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第6圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第7圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形 體的軸向圖；第8圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的立體圖；第9圖是根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體結構的平面圖；第10圖是根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體結構的平面圖；第11圖是根據本發明的一實施例之一強化預成形體結構的平面圖；第12圖是根據本發明的一實施例之一格柵狀結構的立體圖；第13圖是在形成一複合結構前之用於扣持及定形一強化編織預成形體之模具元件的立體圖；第14圖是第13圖的模具元件及預成形體所產生之一複合結構的立體圖；第15圖是根據本發明的一實施例之一強化結構；第16圖是根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體的軸向圖；及第17圖是一包含第16圖的編織強化預成形體之強化編織預成形體結構的平面圖。
較佳實施例之詳細說明
下文係參照用來描繪編織強化預成形體及自其產生的複合結構的實施例之附圖以描述本發明的實施例。然而， 請瞭解本發明的應用係涵蓋其他強化預成形體且不限於所顯示者。並且，本發明並不限於只供示範而非限制用之所描繪的實施例及其細節。
複合結構係時常包括需使元件沿著其邊緣被接合之細節。第1圖顯示一包括編織第一元件10之開放格柵狀複合結構1，編織第一元件10係交會於且接合至編織第二元件12。在交會線14，元件的一者、譬如12係隨著其交叉一元件-在此範例中為10-而沿著其長度中斷。交會線14常稱為一節點或接頭。在第一元件10的相鄰對及相鄰第二元件12之間，形成一巢室11。如圖所示，巢室11實質呈矩形，但可依據預定用途或其他要求而呈不同形狀。
第2圖顯示一包含表皮或面板16之複合結構2，表皮或面板16係藉由與面板16的至少一表面相鄰地定位且配置成在節點或接頭14交會的元件10、12所強化或勁化。
如同第1及2圖所示者的複合結構典型係由譬如具有足以跨越所欲結構的一維度-在此範例中為W-的長度之一數量的編織第一元件10所製造。一數量的編織第二元件12係製成用以配合於相鄰第一元件10之間的幾何形狀。第二元件12可製成分別具有概呈線性的水平及垂直分段18a及18b之L-、C-或Z-形，如第3a至3c圖所示。概呈水平分段18a典型被固定至第一元件、或元件10的一部分。節點或接頭14形成於元件10、12的交會線。元件10、12使用已知的製程被加工成複合總成。
因為元件10、12是結構性分離的元件，並沒有兩元件 共用的纖維橫跨節點14。結構上來說，節點14常變成結構中的弱點。施加至複合結構1、2或一元件10、12的負荷可沿著一元件被轉移至一節點14。節點的負荷攜載產能係典型依據所採用的結合方法而定，並通常受限於結合方法中所使用的黏劑系統。超出節點的負荷攜載能力之負荷會造成節點處之結構1、2的失效，而常導致災難性失效。
常欲在交會元件10、12之間提供一能夠比已知節點建構技術轉移更大負荷之節點。本發明提供一包括至少一行經的纖維之節點。行經節點的一或多個纖維係藉由補充元件之間的附接之負荷攜載強度以增大節點的負荷攜載產能。
根據本發明的實施例，一編織強化預成形體20係包含複數個織物腳22至26，複數個織物腳22至26被編織在一起成為共同在邊緣接合的片且交會於強化節點29，如第4圖所示。如圖示，腳22至26在一交會線被編織在一起而形成節點29作為一織物的部份並可使用已知技術被編織。利用已知的編織技術，預成形體20可被編織至實質任何長度，該長度係正交於第4圖的視圖。
在編織強化編織預成形體20中，至少一強化纖維被編織於腳各者之間，使得各腳與至少另一腳共用一編織強化纖維。譬如，腳22可具有與腳24編織之至少一共同纖維。腳24可具有與腳26之至少一共同纖維，且腳26可具有與腳22之至少一共同纖維。
如圖示，腳22至26係包含主要表面22a、22b、24a、24b、26a、26b，其並非平行且沿著長度呈實質均勻推拔狀，而 從節點24往外變窄。在替代性實施例中，腳表面可實質地平行，而形成沿著其長度具有均勻厚度的腳，或者其可只在一側上呈推拔狀。僅為易於顯示，腳22至26顯示成沿節點29周圍平均地分佈。腳可依意願被定位於節點29周圍的任何角度位置。
替代性實施例可具有沿節點周圍徑向地分佈之不只三個腳。第5圖顯示一替代性預成形體的一非限制示範性實施例，其中一強化編織預成形體30係包含四個腳32至38，其在邊緣被接合且沿節點39周圍徑向地分佈。腳32至38可包含主要表面32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a及38b。腳可在一或兩側上呈推拔狀，如第5圖所示，或者可如上述沿著其長度呈均勻厚度。
本強化編織預成形體的實施例係可包含類似於上述者的腳，其成對配置徑向地定位於節點周圍。一對中的個別腳係可彼此不同，譬如，其可具有不同維度諸如厚度T、節點方向中的長度、或自節點49呈徑向的寬度W，如第6圖所示。
作為一具有腳對的預成形體之一非限制性範例，第6圖顯示一包含六個腳42、43、44、45、46、47的預成形體40，六個腳42、43、44、45、46、47配置成在邊緣被接合且徑向地配置於節點49周圍之三對腳。各對腳係包含實質地平行於彼此且分開一距離d而形成一空隙之兩個相鄰的腳。當在腳對(42，43)、(44，45)、(46，47)之間編織時，強化纖維可編織於相鄰的腳之間，亦即譬如一纖維可從腳43編織至腳44。或者，一強化纖維可從一腳編織，旁通繞過一或 多腳，且編織至一後續腳內。強化纖維可從一對中的一腳編織至另一對中的另一腳。譬如，一強化纖維可編織於一對中的一腳、譬如腳42(或43)之間，可與腳45(或腳46)編織，藉此跳過相鄰的腳44。當編織於腳之間時，強化纖維穿過節點49。
第7圖顯示一類似的實施例，其中一強化預成形體50包含八個在邊緣接合的腳，其包含分開一距離d而在腳之間形成一空隙之四對腳，腳對徑向地配置於節點59周圍。如上述，一纖維可從一對中的一腳編織並編織至另一對中的一腳內，其中強化纖維穿過節點59。
腳對(42，43)、(44，45)、(46，47)在第6及7圖顯示成分開一距離d，而在相對面對的相鄰主要腳表面之間形成一空隙或空間。僅為易於顯示，如圖示的空間係包含一以直角接合至腳面之扁平底部。在一對的腳之間所形成空間的底部預期將不是扁平狀，底部及側邊亦將不以尖銳角度接合。為了符合典型的複合實行方式，最內側及外側角落預期將不是尖銳或方正狀，而是圓滑狀。圖中的角落僅為易於顯示而畫成尖銳狀。
示範性腳主要表面42a、42b(第6圖)及51a、51b(第7圖)僅為易於顯示而顯示成扁平狀且實質平行。在所顯示的實施例中，腳42至47(第6圖)及51至58(第7圖)具有實質均勻的厚度。如同本發明的其他實施例中，第6及7圖所示的實施例之腳係可包含非平行表面以及因此沿著其長度呈推拔狀的腳。
預成形體可沿著預成形體的長度具有一線性節點。亦即，節點可對於預成形體長度形成一直線狀或實質直線狀的線。譬如，第4至7圖的端視圖所顯示之預成形體20、30、40及50可對於預成形體長度與頁平面正交地延伸，而產生一線性預成形體。
或者，根據此揭示的預成形體可具有一或多個呈現一曲線形組態的部分，或可在其長度上方完全為曲線形。亦即，預成形體可以一所欲曲線形組態形成或可採行一所欲的曲線形組態，如第8圖的預成形體30a所示。在剖面中，預成形體30a係類似於第5圖所示的預成形體30，其中四個元件32a至38a在邊緣被接合且徑向地分佈於節點39a周圍。差異在於第8圖的元件32a至38a可被編織以容納一程度的平面中或平面外曲率。如圖所示，元件34a及38a係實質地共面並彎曲於該平面內。元件32a及36a係實質地共面且配置於實質相同的彎曲表面上，其中元件沿著預成形體長度展現一平面外曲率。
根據本發明的實施例之強化預成形體可以多種不同方式組裝，以形成包含強化節點的格柵狀結構。在部分實施例中，強化預成形體可組裝以提供複合結構中的強化節點，譬如位於元件交會處。第9圖顯示根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體結構60的一非限制性範例，其中各包含三個編織織物腳之一數量的預成形體70至75係以一示範性組合被組裝以形成一格柵狀複合結構。一般熟習該技術者將瞭解用以組合類似的預成形體之不同方式。
第9圖是根據本發明的一編織預成形體結構60之平面圖，其中預成形體70至75與紙平面正交地延伸。
根據第9圖的非限制性範例，根據本發明的一編織預成形體結構60可從各包含三個腳、或元件之強化預成形體70至75作組裝，如下述。一第一預成形體70係配置使得一腳70a被垂直地定向且往上導引，一第二腳70c被往下定向，譬如來到垂直腳的右方，且三件組(triplet)的第三腳70b被往下定向，如圖示來到左方。一第二預成形體71配置使得一腳71b在70a與70c之間的70c側(編織預成形體結構60的“外側”)上抵靠且實質地重疊腳70c。腳71a從節點往上延伸且來到右方，且腳71c從節點垂直地且概括正交於腳70被往下定向。預成形體72配置為使一腳72b被實質垂直地定向，而抵靠且實質地重疊腳71c來到腳71b與71c之間的71c側(結構60的“內側”)。
預成形體73配置使得腳73a垂直往下被定向，實質地共面於腳70a。腳73c被往上定向至右方，而抵靠且實質地重疊腳72c，來到側72c而形成結構的內側。腳73b被往上定向至左方。預成形體74類似於預成形體72般配置，偏移至72的左方。腳74a係被垂直往上定向，腳74c被往下定向至右方，而抵靠且實質地重疊腳73b來到結構的內側。腳74b被往下定向至左方。預成形體75以類似於預成形體71的方式被配置，偏移至預成形體71的左方。腳75b被垂直往下定向而抵靠且實質地重疊腳74a來到結構的外側。腳75c被往上定向朝向右方而抵靠且實質地重疊腳70b。腳75a被往上定 向至左方。
依此配置，預成形體70至75係形成一包含一實質六角形巢室13的編織預成形體結構60。一般熟習該技術者將瞭解：可藉由類似方式重疊及抵靠預成形體腳使類似於70至75的額外預成形體與所顯示的預成形體結構組合而形成額外的六角形巢室，藉以令第9圖所示的單一巢室13擴張成一格柵狀結構。如上文討論，該結構可使用任何已知方法被進一步加工以形成一複合結構。
第9圖中的編織織物腳70a至75c僅為易於圖示而被顯示成線分段。在此結構中，各編織預成形體的腳必然具有一厚度。編織織物腳70a至75c可預期沿著至少部分的腳之長度具有一變化的厚度。譬如，第9圖的編織預成形體的腳70a至75c可類似於第4圖所示者具有一均勻變化的腳厚度。或者，包含第9圖的結構之預成形體的腳亦可具有均勻厚度。
當結構60被固化成一複合結構時，重疊的腳、譬如腳70c及71b可形成單一搭剪接頭。具有變化厚度的腳當重疊時可形成一沿著其長度具有一均勻或實質均勻厚度之腳。如第9圖所示，根據本發明的一實施例，編織預成形體70至75的腳70a至75c係具有實質相同長度使得重疊的腳可實質地共同伸展。在部分實施例中，重疊的腳可能不具有相同長度。此外，腳70a至75c可具有與第9圖的視圖呈正交所取之不同深度。
在第10圖中，強化預成形體80、81、82及83可被組裝 以形成根據本發明另一實施例的一編織預成形體結構62。預成形體80至83係包含編織織物腳80a至83d。如同第9圖的實施例，僅為易於顯示而使用線分段來顯示第10圖的預成形體結構62之腳80a至83d。在此結構中，各編織預成形體的腳將必然具有一厚度。編織織物腳80a至83d可預期沿著至少部分的腳之長度具有一變化的厚度。譬如，第10圖的編織預成形體的腳80a至83d可類似於第5圖所示者具有一均勻變化的腳厚度。
根據第10圖的非限制性範例，根據本發明的一編織預成形體結構62可從各包含四個腳的強化預成形體80至83作組裝，如下述。一第一預成形體80係配置使得一對的腳80a及80c垂直地配置且共面，腳80b及80d彼此共面且正交於80a、80c。亦即，80b及80d被水平地定向，其中80b來到80a、80c的右方。預成形體81係配置使得腳81a及81c共面且垂直地定向使得81a、81c平行於80a、80b且從80a、80b偏移至右方。共面腳81b及81d被水平地定向，其中腳81d抵靠且實質地重疊腳80b來到與腳80a相對的側(編織預成形體結構62的“內側”)。預成形體83及82分別類似於預成形體80及81般配置，其中83及82位居80、81下方。垂直腳82a及82c係共面且定向使得腳82a抵靠且實質地重疊腳81c來到結構的內側。垂直腳83a及83c係共面且定向使得腳83a抵靠且實質地重疊腳80c來到結構的外側。水平腳82b及82d係共面且平行於腳80b、80d、81b、81d。水平腳83b及83d係共面且平行於腳80b、80d、81b、81d，其中腳83b抵靠且實質地重疊 腳82d朝向結構的內側。
當結構62形成為一複合結構時，重疊的腳、譬如腳80b及81d可形成單一搭剪接頭。具有變化厚度的腳當重疊時可形成一沿著其長度具有一均勻或實質均勻厚度之腳。如第10圖所示，根據本發明的一實施例，編織預成形體80至83的腳80a至83d係具有實質相同長度使得重疊的腳可實質地共同伸展。在部分實施例中，重疊的腳可能不具有相同長度。此外，腳80a至83d可具有與第9圖的視圖呈正交所取之不同深度。
因此如第10圖所配置，預成形體80至83形成一包含實質矩形巢室11的編織預成形體結構62。一般熟習該技術者將瞭解：可藉由類似方式重疊及抵靠預成形體腳使類似於80至83的額外預成形體與所顯示的預成形體結構組合，藉以令第10圖所示的單一巢室11擴張成一格柵狀結構。如上文討論，預成形體結構62可使用任何已知方法被進一步加工以形成一複合結構。
曲線形預成形體可被類似地組裝以形成類似的結構，如第10圖所示。曲線形預成形體可譬如如同第11圖所示被組裝，其中兩預成形體30b及30c類似於第8圖的預成形體30a在形成為一複合結構前以一示範性組態被組裝。預成形體30b及30c具有相同或實質相同的曲率使得元件或腳34b及38c重疊並保持實質地平行且抵靠於其長度上方，其可能可或可能不可共同伸展。預成形體30b及30c可被編織使得預成形體的長度可被定位於所欲的彎曲定向並保持如此組 構而在被形成為一複合結構之前不需要定位手段。
一般熟習該技術者將瞭解使類似於30b及30c的額外預成形體組合以形成一較大的格柵狀結構。第13圖顯示此結構100的一非限制性範例。結構100的一示範性用途係可包括用來作為一推力反向器或葉柵，常用來在一航空器輪機引擎導引空氣流。熟習該技術者將瞭解以一類似方式所製造的其他結構及/或示範性結構100的其他用途。
在其他實施例中，預成形體可以一譬如線性預成形體等易製造的形狀被編織，並放置在一適當形狀的模具中以使預成形體保持所欲的最終形狀。第13圖顯示被組構以使一預成形體保持所欲形狀之一模具的一非限制性範例。如圖所示，一十字形預成形體32d被放置在四個模具元件102至108之間所形成的一腔穴中。模具元件係使用習見的成形手段以最終複合結構所欲的淨形狀或接近淨形狀被組構。在一模製裝備中的妥當加工條件下，預成形體32d可被加工成為一具有所欲形狀的複合結構。
第14圖顯示受到妥當加工條件之第13圖所示的模具組態所產生之一成形複合結構101的一範例。
可藉由將多重的預成形體及多組的模具元件102至108放置與第13圖的預成形體及模具元件相鄰使得各預成形體的至少一腳重疊於一相鄰預成形體的至少一腳且保持一抵靠關係並被加工以形成一複合結構，藉以形成較大的結構。
或者，多重結構101可使用已知技術以重疊元件形成及組裝以形成一較大的結構。
根據本發明的強化編織預成形體結構係可用來製造交會元件之間的強化節點。在根據本發明的另一實施例中，類似於第7圖所示者的強化編織預成形體90可以次級元件92、94、96及98組裝以形成一如第15圖所示的預成形體結構64。如圖所示，次級元件92至98的第一端點可至少部份地插入實質平行的腳對(51，52)、(53，54)、(55，56)、(57，58)之間的空間內，其中一對中之相對面對的腳表面(譬如第7圖的51b及52b)係分開一距離d。空間d可組構以緊密地接合被插入其中的元件。在部分實施例中，空間d可在元件與相對面對的腳表面之間提供一些間隙以譬如接受一黏劑。
可使用編織預成形體90以在一經勁化面板或表皮中的元件交會處形成一強化節點。如第2圖所示，交會元件10及12係在交會線處形成一節點14。編織預成形體90可被放置在節點14，其中腳對(51，52)及(55，56)係接受中斷的元件12之端部分，且腳對(53，54)及(57，58)接受中斷的元件10之端部分。
編織預成形體結構64可使用上述方法被轉換成一強化複合結構。
編織預成形體結構64僅為易於圖示而在第15圖中顯示成接合四個元件的單一節點。元件92至98被識別為次級元件使其與預成形體中的其他元件區分。一般熟習該技術者將瞭解：可在次級元件92至98的第二端點處利用額外編織預成形體90連同額外元件(未圖示)重覆預成形體結構64，以形成一包含實質矩形巢室11的格柵狀結構，類似於第10圖 所示者。
一般熟習該技術者將認識到：可從不同組構的編織預成形體達成包含其他形狀的巢室之格柵狀結構。譬如，以類似上述方式將元件接合所採用之第6圖中的一編織預成形體40係可產生一包含與第9圖的巢室13相似的實質六角形巢室之編織預成形體結構。
或者，可以至少部分元件成對配置且其他者單獨配置，藉以形成“混合式(hybrid)”編織預成形體。作為一非限制性範例，第16圖顯示根據本發明的一實施例。編織預成形體110具有配置成兩對元件(111，112)、(113，114)之四個接續的元件，及單獨配置的兩元件(115及116)。為了易於圖示，將節點119顯示成一暗圓形且六個元件111至116顯示成線，代表如上述的元件組態，亦即具有平行或非平行主要表面之元件。
第17圖代表由第16圖的混合式預成形體構成之一複合結構的一非限制性範例。如圖所示，一複合結構120由四個混合式預成形體構成，其組裝使得各單獨元件115及116被接受在元件對(111，112)及(113，114)之間所形成的空隙內。可繼續此圖案以形成比所顯示的3x3格柵更大之結構。可預期具有包含單獨元件及元件對的其他配置之混合式預成形體，亦預期具有包含配置成不只兩個的群組之元件之混合式預成形體。譬如，有些混合式預成形體可包括含有或不含單獨元件之二、三或更多個元件的群組。除了第16圖所示的概呈十字形組態外，混合式預成形體可以含有或不含 單獨元件之其他組態製造，諸如第4及6圖的三合件(triad)組態。
在創新方法的非限制示範性實施例中，可在一比先前已知者更為經濟的製程中製造具有強化節點的格柵狀結構及強化面板或表皮。該方法適於配合使用直線狀及經定形的預成形體，亦即如同其中縱向方向的長度可為線性或曲線形之上列實施例所述的預成形體。該製程可包括一模具或形式，概括係為被定形及組構以與完成產品所欲形狀呈現對應之工具設定。
根據用於產生一格柵狀結構或強化面板的非限制示範性方法之預成形體一般係如下製造。所提出的方法係用於十字形預成形體，請瞭解可在一類似方法中使用具有更少或更多元件的其他形狀。十字形格柵狀結構可以第10圖的示範性強化編織預成形體結構62作代表。以具有三個元件的預成形體所製造之一預成形體結構可以第9圖的示範性強化編織預成形體結構60作代表。
作為示範性第一步驟，一十字形預成形體(30或80)係從具有一塗覆物或包含一能夠被熱固的組件之纖維所編織。或者，預成形體可在一後編織步驟以一適當塗覆物被塗覆或加工。適合熱固的適當塗覆物之非限制性範例係包括漿料或黏化劑。在替代方式中，預成形體可在編織後被預浸有一基質或樹脂材料。
製作包含一或多個具有與所欲最終形狀呈現對應形狀、輪廓及維度的模具腔穴之工具設定。模具將典型地包 含與格柵狀結構所欲尺寸及形狀呈現對應之一重覆圖案的形狀。可以相鄰預成形體的至少部分腳抵靠彼此且重疊至少某量之方式使預成形體接收於模具內。第10圖顯示配置使得相鄰預成形體的腳實質完全地重疊之十字形預成形體。其他實施例可依據需求而提供不同程度的重疊。模具能夠開啟以容許插入適當的預成形體，且能夠關閉以將預成形體密封在腔穴內，如該技藝所習知。
預成形體可被預切至正確長度並放置在模具中，或者過大尺寸的預成形體可被放置在模具中並在模具中修整尺寸。各模具腔穴已經接收一預成形體插件及擬被包括在複合格柵狀結構中的任何其他材料之後，模具係關閉，而密封住其中設有預成形體的腔穴以供加工成一複合結構。
模具元件、插入的預成形體、及放置在模具中的任何額外材料係可在進一步加工前於模具中被預熱。在適當條件下，一樹脂或基質材料在適當壓力及溫度下被注射以充填模具並形成格柵狀結構。妥當加工後，格柵狀結構可從模具被移除以依需要或意願作後模具加工。
雖然已依此詳述本發明的不同實施例，請瞭解由上述段落所界定的本發明並不限於上文描述提供的特定細節，可能具有許多明顯變異而不脫離本發明的精神或範圍。
1‧‧‧開放格柵狀複合結構
2‧‧‧複合結構
10‧‧‧編織第一元件
11‧‧‧巢室
12‧‧‧編織第二元件
13‧‧‧實質六角形巢室
14‧‧‧節點或接頭
16‧‧‧表皮或面板
18a‧‧‧水平分段
18b‧‧‧垂直分段
20‧‧‧編織強化預成形體
22-26‧‧‧織物腳
22a，22b，24a，24b，26a，26b，38b‧‧‧主要表面
29‧‧‧強化節點
30，90‧‧‧強化編織預成形體
30a，30b，30c，40，70-75‧‧‧預成形體
32-38，42，43，44，45，46，47，51-58‧‧‧腳
32a-38a‧‧‧元件
32d‧‧‧十字形預成形體
38c‧‧‧元件或腳
39a，49，59‧‧‧節點
42a，42b，51a，51b‧‧‧示範性腳主要表面
50，80，81，82，83‧‧‧強化預成形體
60，62‧‧‧強化編織預成形體結構
64‧‧‧編織預成形體結構
70a-75c，80a-83d‧‧‧編織織物腳
71‧‧‧第二預成形體
92，94，96，98‧‧‧次級元件
100‧‧‧較大的格柵狀結構
101‧‧‧成形複合結構
102-108‧‧‧模具元件
110‧‧‧編織預成形體
111-116‧‧‧元件
d‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
W‧‧‧寬度
第1圖是一格柵狀結構的立體圖；第2圖是一強化面板或表皮的立體圖；第3a至3c圖是可使用於第1圖的格柵狀結構或第2圖的 強化面板中之元件的軸向圖；第4圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第5圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第6圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第7圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的軸向圖；第8圖是根據本發明的一實施例之一編織強化預成形體的立體圖；第9圖是根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體結構的平面圖；第10圖是根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體結構的平面圖；第11圖是根據本發明的一實施例之一強化預成形體結構的平面圖；第12圖是根據本發明的一實施例之一格柵狀結構的立體圖；第13圖是在形成一複合結構前之用於扣持及定形一強化編織預成形體之模具元件的立體圖；第14圖是第13圖的模具元件及預成形體所產生之一複合結構的立體圖；第15圖是根據本發明的一實施例之一強化結構； 第16圖是根據本發明的一實施例之一強化編織預成形體的軸向圖；及第17圖是一包含第16圖的編織強化預成形體之強化編織預成形體結構的平面圖。
40‧‧‧預成形體
42，43，44，45，46，47‧‧‧腳
42a，42b‧‧‧示範性腳主要表面
49‧‧‧節點
d‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
W‧‧‧寬度

Claims (12)

  1. 一種強化預成形體，包含：複數個共同編織的織物腳強化元件，其中一強化的共同節點由在邊緣被接合並徑向圍繞該共同節點且從該共同節點徑向延伸之該等複數個共同編織的織物腳強化元件組成，其中來自該等複數個織物腳強化元件中之每一者的至少一強化纖維被編織經過該共同節點且進入該等複數個織物腳強化元件中的至少另一者內。
  2. 如申請專利範圍第1項之強化預成形體，其中該等織物腳強化元件中的至少一者包含大致上平行的主要表面。
  3. 如申請專利範圍第1項之強化預成形體，其中該等織物腳強化元件中的至少一者包含從該共同節點推拔至該織物腳強化元件的端點之至少一主要表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之強化預成形體，其中該等織物腳強化元件進一步包含主要表面；及其中該等複數個織物腳強化元件中的至少部分者係配置於相鄰的織物腳強化元件對中，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙。
  5. 一種複合結構，包含：複數個預成形體，各預成形體包含複數個共同編織的織物腳強化元件，其中一強化的共同節點由在邊緣被接合並徑向圍繞該共同節點且從該共同節點徑向延伸之該等複數個共同編織的織物腳強化元件組成，來自該等複數個織物腳強化元件中之每一者的至少一強化纖 維被編織經過該共同節點且進入該等複數個織物腳強化元件中的至少另一者內；其中該等複數個預成形體中之每一者包括一縱向軸線，該等複數個預成形體的軸線以一格柵狀圖案大致平行對準；及該等複數個預成形體中的一第一者之一第一編織織物元件的一第一端點係重疊且抵靠該等複數個預成形體中的一第二者之至少一第二編織織物元件。
  6. 一種複合結構，包含：複數個預成形體，各預成形體包含複數個共同編織的織物腳強化元件，其中一強化的共同節點由在邊緣被接合並徑向圍繞該共同節點且從該共同節點徑向延伸之該等複數個共同編織的織物腳強化元件組成，該等織物腳強化元件包含主要表面且具有來自該等複數個織物腳強化元件中之各者的至少一強化纖維，該至少一強化纖維被編織經過該共同節點且進入該等複數個織物腳強化元件中的至少另一者內；其中該等複數個預成形體中的一第一者包含成對配置的相鄰編織之織物腳強化元件，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一第一空隙；及該結構進一步包含一次級元件，其之一第一端點被至少部份地收容於該第一空隙內。
  7. 如申請專利範圍第6項之複合結構，進一步包含：該等複數個預成形體中的一第二預成形體，其包含 成對配置的相鄰的織物腳強化元件，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙；及該次級元件的一第二端點被至少部份地收容於該第二預成形體中所形成的一第二空隙內、至少部份地重疊且抵靠其該等相對面對的相鄰主要表面中之至少一者。
  8. 如申請專利範圍第7項之複合結構，其中該次級元件包含一編織織物。
  9. 一種用於形成強化複合結構之方法，包含下列步驟：製造包含複數個共同編織的織物腳強化元件的一第一強化預成形體，其中一強化的共同節點由在邊緣被接合並徑向圍繞該共同節點且從該共同節點徑向延伸的該等複數個共同編織的織物腳強化元件組成，其中來自該等複數個織物腳強化元件中的各者之至少一強化纖維被編織經過該共同節點且進入該等複數個織物腳強化元件中的至少另一者內；製造包含至少一次級元件的一第二預成形體；將該次級元件的至少一部分設置成與該第一編織預成形體的至少一部分相鄰，以形成一預成形體總成；加工該預成形體總成以形成一複合結構。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中：該第一強化預成形體的該等織物腳強化元件包含主要表面；該第二預成形體進一步包含複數個次級元件，該等 次級元件包含主要表面；及該第一強化預成形體及該第二預成形體各具有縱向軸線，其中該方法進一步包含下列步驟：配置該第一強化預成形體及該第二預成形體使其縱向軸線大致平行；及將該第一強化預成形體及該第二預成形體設置成該第一強化預成形體的該等主要表面中之至少一者的一部分係至少部份地重疊且抵靠該第二預成形體的一次級元件之該等主要表面中的至少一者的一部分。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含下列步驟：將該第一強化預成形體中之至少部分的該等織物腳強化元件配置於相鄰的織物腳強化元件對中，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙；及將該等複數個次級元件中的一者之一第一端點的至少一部分設置於形成在該第一強化預成形體中之該等空隙中的一者內、重疊且抵靠其間之該等相對面對的相鄰主要表面中的一者之至少一部分。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，進一步包含：製造一第二強化預成形體，其包含在邊緣被接合且從一共同節點徑向延伸的複數個共同編織的織物腳強化元件，該等織物腳強化元件包含主要表面，並具有來 自該等複數個織物腳強化元件中的各者之至少一強化纖維，該至少一強化纖維被編織經過該共同節點且進入該等複數個織物腳強化元件中的至少另一者內；將該第二強化預成形體之至少部分的該等織物腳強化元件配置於相鄰的織物腳強化元件對中，使得相對面對的相鄰主要表面分開一距離且在其間形成一空隙；及將該次級元件的一第二端點設置成被至少部份地收容於形成在該第二強化預成形體中之該等空隙的一者內、重疊且抵靠其間之該等相對面對的相鄰主要表面中的一者之至少一部分。
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