用于在卷繞過程中將壓緊壓力施加于織物預(yù)制件的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】披露了一種在織物預(yù)制件(20)的形成過程中向織物(44)施加壓緊壓力的方法和設(shè)備。將織物(44)的一端施加至具有中心軸線(D-D)的成形件(104)。施加有織物(44)的成形件(104)至少部分地被膜片(106)所圍繞。該膜片(106)沿著膜片路徑延伸至成形件(104)并且繞成形件(104)的至少一部分延伸。將織物(44)和膜片(106)送到成形件(104)上，從而在膜片(106)饋送到成形件(104)上的同時(shí)，將織物(44)卷繞到成形件(104)上以產(chǎn)生織物預(yù)制件(20)。抽取真空以從成形件(104)和膜片(106)之間排出氣體，由此將膜片(106)壓到織物(44)上并將壓緊壓力施加于織物(44)。
【專利說明】用于在卷繞過程中將壓緊壓力施加于織物預(yù)制件的方法和設(shè)備
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001] 本申請(qǐng)要求在2011年12月21日提交的、題為“Method and Apparatus forApplying a Compact1n Pressure to a Fabric Preform During Wrapping (用于在卷繞過程中將壓緊壓力施加于織物預(yù)制件的方法和設(shè)備)”的美國非臨時(shí)專利申請(qǐng)13/333，663的優(yōu)先權(quán)。在此，該申請(qǐng)的內(nèi)容就如全文引用以參見方式納入本文。
聯(lián)邦贊助研發(fā)的聲明不適用。

【背景技術(shù)】
本發(fā)明涉及用于復(fù)合部件的織物預(yù)制件的形成。具體地說，本申請(qǐng)涉及織物的處理以改進(jìn)織物預(yù)制件的質(zhì)量。
復(fù)合部件通常用在大的強(qiáng)度與重量比極為重要的應(yīng)用中，例如飛行器部件中。許多結(jié)構(gòu)復(fù)合部件能通過如下方式形成:將高強(qiáng)度織物卷繞在成形件周圍以產(chǎn)生稱為織物預(yù)制件的部件，將樹脂施加于織物預(yù)制件，然后使得樹脂固化以形成最終的復(fù)合部件。
[0005]在許多情形下，最終復(fù)合部件的幾何形狀會(huì)受到織物的限制，這是因?yàn)樵趶?fù)雜形狀的卷繞過程中，會(huì)潛在地形成嚴(yán)重的瑕疵。甚至在形成圓柱形或近圓柱形管狀本體(呈相對(duì)簡單的幾何形狀)的情形下，在將織物卷繞到成形件上的過程中，一些區(qū)域會(huì)比其它區(qū)域更厚。如果任其發(fā)展，則這些不同厚度區(qū)域會(huì)導(dǎo)致在層疊層內(nèi)以及橫向于層疊層產(chǎn)生織物波紋(通常成為平面內(nèi)和平面外褶皺)。
[0006]為了防止出現(xiàn)上述情形，通常需要在卷繞過程中施加一些織物層、然后停止以周期性地對(duì)所卷繞的織物去脹。根據(jù)該方法，為了實(shí)現(xiàn)最為有效且徹底的去脹，需要在每層放置好之后施加壓力。然而，這是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且昂貴的。
[0007]因此，需要一種改進(jìn)的方法來對(duì)用于復(fù)合部件的織物預(yù)制件進(jìn)行卷繞和去脹。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]披露一種用于對(duì)織物預(yù)制件進(jìn)行連續(xù)地去脹的方法和設(shè)備，該織物預(yù)制件能用于制造復(fù)合部件。一般而言，膜片能隨著織物連續(xù)地饋送到成形件上，并且在成形件和膜片之間抽取真空，以在卷繞織物時(shí)向織物施加壓力，由此對(duì)預(yù)制件去脹。在膜片卷繞到預(yù)制件的織物中之前，膜片能遠(yuǎn)離成形件行進(jìn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在織物預(yù)制件的形成過程中向織物施加壓緊壓力的方法。將織物的一端施加至具有中心軸線的成形件。施加有織物的成形件至少部分地被膜片所圍繞。膜片沿著膜片路徑延伸至成形件并且繞成形件的至少一部分延伸。將織物和膜片送到成形件上，以使得在圍繞成形件饋送膜片的同時(shí)、將織物卷繞在成形件上以產(chǎn)生織物預(yù)制件。抽取真空以從成形件和膜片之間排出氣體，由此將膜片壓到織物上并將壓緊壓力施加于織物。該方法例如可用于形成用于風(fēng)扇容納殼體或用于風(fēng)扇殼體的織物預(yù)制件。
[0010]該方法可以是連續(xù)地過程，其中，將織物饋送到成形件上以及抽取真空同時(shí)發(fā)生。這具有如下益處:并不需要周期性地停止卷繞織物來執(zhí)行去脹。
[0011]可通過成形件的一部分來抽取真空。通過膜片施加于織物的壓緊壓力可以是大約12psi。然而，根據(jù)織物特性和所期望的去脹水平，也可使用其它壓力。
[0012]可在膜片的一整圈以內(nèi)將壓緊壓力施加于織物。在一些實(shí)施例中，膜片可覆蓋卷繞在成形件上的織物表面積的至少75%。
[0013]膜片路徑可進(jìn)一步延伸到拾取卷軸上。中間輥?zhàn)觽魉湍て?，并使膜片改向而從圍繞成形件的至少一部分至拾取卷軸。該中間輥?zhàn)涌删哂信c成形件的中心軸線平行但隔開的軸線，并且偏置成與成形件接觸。
[0014]在一些形式中，膜片的側(cè)向端部可基本上繞織物預(yù)制件密封。這可意味著，膜片基本上超出織物預(yù)制件的側(cè)向端部密封至成形件。
[0015]在一些形式中，膜片可在織物被卷繞到成形件上之前承載織物。
[0016]為了在成形件和織物之間抽取真空，成形件要特別地構(gòu)造。該成形件可包括轉(zhuǎn)動(dòng)部分，該轉(zhuǎn)動(dòng)部分聯(lián)接有固定部分。轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分可在它們之間具有滑動(dòng)密封以限定真空腔室。轉(zhuǎn)動(dòng)部分可包括多個(gè)開口，這些開口使得真空腔室與成形件的外表面連通。
[0017]還披露了根據(jù)該方法制造的織物預(yù)制件。該織物預(yù)制件可基本上不具有織物膨脹度和褶皺，并且與未去脹或周期性去脹的織物預(yù)制件相比能具有較大的織物與樹脂密度t匕。通過將樹脂施加于該織物預(yù)制件，還可制造復(fù)合部件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，披露一種用于在織物預(yù)制件的形成過程中向織物施加壓緊壓力的設(shè)備。該設(shè)備包括成形件、拾取卷軸以及真空源，該成形件可繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)用以接納用于織物預(yù)制件的織物，該拾取卷軸與該成形件隔開。膜片沿著膜片路徑延伸至成形件、繞成形件的至少一部分延伸并且延伸到拾取卷軸上。真空源設(shè)置成能夠在膜片和成形件之間抽取真空，由此向設(shè)置在膜片和成形件之間的織物施加壓緊壓力。
[0019]在一些形式中，設(shè)備可包括中間輥?zhàn)?，該中間輥?zhàn)邮沟媚て瑥膰@成形件的至少一部分行進(jìn)至拾取卷軸。
[0020]如上所述，該成形件可包括轉(zhuǎn)動(dòng)部分，該轉(zhuǎn)動(dòng)部分聯(lián)接有固定部分，且在該轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分之間具有滑動(dòng)密封以限定真空腔室。該真空腔室能與真空源連通，且轉(zhuǎn)動(dòng)部分能包括多個(gè)開口，以使得真空腔室與成形件的外表面連通。該膜片可基本上在成形件的側(cè)向端部附近形成密封。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)將會(huì)從以下詳細(xì)描述和附圖中顯現(xiàn)出來。下文僅僅是對(duì)于本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的描述。由于這些較佳實(shí)施例不趨于作為落在本權(quán)利要求的范圍內(nèi)的僅有的實(shí)施例，因而為確定本發(fā)明的整個(gè)范圍，應(yīng)參見所附權(quán)利要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是包括風(fēng)扇容納殼體和風(fēng)扇殼體的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的局部側(cè)剖視圖；
圖2是用于風(fēng)扇容納殼體或風(fēng)扇殼體的織物預(yù)制件的一個(gè)實(shí)施例；
圖3是在大體管狀本體的軸向端部處已形成凸緣之后、與圖2類似的風(fēng)扇容納殼體； 圖4是圖2所示織物預(yù)制件的部分視圖，其中具有剖取的截面； 圖5是圖3所示風(fēng)扇容納殼體或風(fēng)扇殼體的部分視圖，其中具有剖取的截面；
圖6示出能用于制造織物預(yù)制件和復(fù)合部件的三軸織物材料；
圖7是三軸織物的部段的詳細(xì)視圖，其中軸向或環(huán)繞材料束從織物的端部延伸出；
圖8是三軸織物的側(cè)剖視圖；
圖9是用于在對(duì)每個(gè)軸向材料束分別張緊的同時(shí)、形成織物預(yù)制件的設(shè)備的示意圖； 圖10是可用于將軸向材料束連接于張緊機(jī)構(gòu)的中間連接器的一個(gè)實(shí)施例；
圖11示出了帶有邊緣襯條的織物，這些邊緣襯條用于在織物中引導(dǎo)斜材料束；
圖12是如圖11所示附連于織物的邊緣襯條的詳細(xì)視圖，該視圖提供了邊緣襯條附連于雙軸材料束的進(jìn)一步細(xì)節(jié)；
圖13是用于周期性地切斷或剪斷軸向材料束的設(shè)備；
圖14是凸緣的一部分的側(cè)視圖，其示出了其中一些環(huán)繞材料束部段的布置和間隔；
圖15是通過使用真空將膜片抽吸抵靠于預(yù)制件、而在織物預(yù)制件的卷繞過程中持續(xù)地施加壓力的設(shè)備的側(cè)視圖；
圖16是圖15所示設(shè)備的部分立體圖，其中更詳細(xì)地示出了該設(shè)備在成形件中的各個(gè)構(gòu)件；以及
圖17是圖15所示設(shè)備的剖視圖，其中在成形件的轉(zhuǎn)動(dòng)部分和連接于真空的固定部分之間存在滑動(dòng)密封。

【具體實(shí)施方式】
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)織物預(yù)制件的改進(jìn)方法，這些織物預(yù)制件能被進(jìn)一步處理以制造復(fù)合部件或零件。通常，一旦卷繞好織物預(yù)制件，就能將樹脂導(dǎo)入到織物預(yù)制件中以形成復(fù)合部件。能以多種方式中的任何一種方式來提供該樹脂，這些方式包括但不局限于注塑和諸如樹脂傳遞模塑(RTM)和真空輔助樹脂傳遞模塑(VART)之類的傳遞模塑。在使得樹脂固化之后，織物中的高強(qiáng)度纖維在樹脂基體內(nèi)保持就位，以提供復(fù)合材料。
在本文的詳細(xì)描述中，提供了織物預(yù)制件和復(fù)合部件的一些具體實(shí)施例，其中描述了用于飛行器的復(fù)合部件。然而，所說明的預(yù)制件和部件不應(yīng)被理解成所描述方法可適用的僅有的預(yù)制件和部件。本文所描述的方法也可用于制造非飛行器用復(fù)合部件，以及將織物卷繞在成形件周圍以產(chǎn)生織物預(yù)制件的任何其它工藝。
首先參見圖1，示出了用于飛行器的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分。該渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10包括風(fēng)扇組件12，該風(fēng)扇組件可繞渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的中心軸線A-A轉(zhuǎn)動(dòng)以吸入空氣，并且最終產(chǎn)生推進(jìn)力。風(fēng)扇組件12具有中心轉(zhuǎn)子14，該中心轉(zhuǎn)子沿著中心軸線A-A延伸并且包括多個(gè)葉片16，這些葉片大體從中心轉(zhuǎn)子14徑向向外延伸。
該風(fēng)扇組件12至少部分地由風(fēng)扇容納殼體18圍繞。該風(fēng)扇容納殼體18由諸如封裝在樹脂中的織物之類的高強(qiáng)度復(fù)合材料制成。對(duì)于飛行器部件而言，織物可由碳纖維材料制成，而樹脂可以是諸如雙馬來酰亞胺或聚酰胺之類的環(huán)氧樹脂或高溫樹脂，以制造高溫下穩(wěn)定的強(qiáng)度和剛度極高的部件。然而，根據(jù)應(yīng)用的需求，也可使用其它纖維和樹脂材料。在下文將更詳細(xì)地描述可用于構(gòu)造復(fù)合材料的其中一些材料。
風(fēng)扇容納殼體18有助于防止任何拋射物沿可能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)10或飛行器的方向徑向地離開渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10。例如，如果風(fēng)扇組件12的其中一個(gè)葉片16由于處于其中一些或所有葉片16從中心轉(zhuǎn)子14斷裂的“葉片斷開”情形而失效，則風(fēng)扇容納殼體18有助于容納葉片16的斷裂部分。類似地，如果在進(jìn)氣過程中外部物體被吸入到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10中，則風(fēng)扇容納殼體18能防止若該物件在接觸葉片16之后徑向向外發(fā)射而發(fā)生可能的毀滅性事件。
圖1還示出了附連在風(fēng)扇容納殼體18后方的風(fēng)扇殼體19。該風(fēng)扇殼體19能由與風(fēng)扇容納殼體18類似的材料制成，并且與發(fā)動(dòng)機(jī)旁通空氣在其內(nèi)流動(dòng)的管道接續(xù)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2至5，示出在凸緣22形成在軸向端部24和26上之前和之后的、具有軸線B-B的用于風(fēng)扇容納殼體18的織物預(yù)制件20。該織物預(yù)制件20具有大體管狀的本體28，該本體在兩個(gè)軸向端部24和26之間延伸。該本體28包括徑向面向內(nèi)表面30和徑向面向外表面32，該徑向面向內(nèi)表面在成形過程中與成形件或心軸接觸。在所示的特定實(shí)施例中，本體28包括折曲部或彎曲部的一部分34，該折曲部或彎曲部的一部分將風(fēng)扇容納殼體18的本體28分隔成不同直徑或半徑的兩個(gè)部段36和38。這些不同直徑的部段36和38可有助于適應(yīng)葉片16的特定位置(例如圖1所示)，并且也可用于引導(dǎo)空氣流經(jīng)過渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10。該折曲部或彎曲部的一部分34在概念上是本體28中至少部分地沿徑向方向延伸的結(jié)構(gòu)特征。
在圖2和4中最佳示出的是，用于風(fēng)扇容納殼體18的織物預(yù)制件20可成形為，使得軸向端部24和26比大體管狀本體28的剩余部分薄，以在軸向端部24和26上限定前體凸緣區(qū)域40。在導(dǎo)入樹脂之前，這些前體凸緣區(qū)域40可在圖4的線條41處向上彎曲，以形成用于將風(fēng)扇容納殼體18附連于最終組件中的相鄰部件的凸緣22。類似地，這些前體凸緣區(qū)域40可在圖4上的線條41處向下彎曲以形成凸緣22。然而，還可設(shè)想的是，通過采用下文的織物處理技術(shù)，凸緣22可與織物的卷繞同時(shí)形成。類似地，可設(shè)想僅僅在端部24或26中一個(gè)端部處具有一個(gè)凸緣或者甚至不具有凸緣的設(shè)計(jì)。
用于風(fēng)扇容納殼體18的織物預(yù)制件20包括多個(gè)織物卷繞層。風(fēng)扇容納殼體18的厚度部分地由織物層的數(shù)量以及織物厚度所規(guī)定。然而，織物的卷繞質(zhì)量以及蓬松度也會(huì)影響織物預(yù)制件20和所得到復(fù)合部件的厚度。例如，充分去脹的織物預(yù)制件所具有的平均厚度通常小于并未充分去脹的織物預(yù)制件的平均厚度，這是因?yàn)榭椢锞砝@中的瑕疵會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則區(qū)域。
為了解風(fēng)扇容納殼體18中的織物預(yù)制件20的纖維結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在附加地參見圖6至8對(duì)用于形成織物預(yù)制件20的一種較佳織物進(jìn)行更詳細(xì)地描述。在圖6至8中，所示三軸織物42包括各個(gè)織物材料束，這些織物材料束編織在一起以形成織物片44。三軸織物42包括多個(gè)環(huán)繞或軸向材料束46以及多個(gè)雙軸材料束48和50。
如本文所使用的，材料束指代纖維束或絲束，該纖維束或絲束設(shè)置成形成連續(xù)長度的材料。通常，對(duì)于飛行器復(fù)合結(jié)構(gòu)而言，這些材料束由碳纖維或石墨制成，該碳纖維或石墨對(duì)于它們的重量而言具有良好的強(qiáng)度。
環(huán)繞或軸向材料束46設(shè)置成大體彼此平行。為了簡化起見，這些材料束46沿大體與織物片44的織物片44卷繞在成形件或心軸周圍時(shí)行進(jìn)的方向平行的方向延伸。因此，在織物饋送或卷繞方面，這些材料束可稱為軸向的。由于這些材料束46再繞成形件或心軸的中心軸線卷繞，因而這些材料束46也可被稱為“環(huán)繞材料束”，這是因?yàn)橐坏┛椢?4敷設(shè)到成形件之上，材料束46就沿環(huán)繞方向在成形件周圍延伸。 多個(gè)雙軸材料束48和50包括兩組材料束，這兩組材料束分別相對(duì)于軸向材料束46以正角以及相對(duì)于軸向材料束46以負(fù)角定向。雙軸材料束48和50交替地穿過軸向材料束46上方和下方，以形成在圖8中最佳示出的織物片44，從而在織物片中形成編織物。這意味著軸向材料束46大致直線地延伸穿過織物片44。當(dāng)織物片44被覆平時(shí)，兩組雙軸材料束48和50中的每組材料束都大體彼此平行(即，第一組雙軸材料束48中的各個(gè)材料束彼此平行，且第二組雙軸材料束50中的各個(gè)材料束彼此平行)。
雖然已描述了三軸織物并且提供了用于生產(chǎn)示例在風(fēng)扇容納殼體18的示例復(fù)合部件的織物成形件20的基礎(chǔ)材料，但可設(shè)想其它類型的織物也可用于本文所使用的一些方法。因此，應(yīng)理解的是，雖然一些技術(shù)會(huì)固有地受到織物特征所限制，但也可使用其它類型的織物。例如，如果織物不包含軸向材料束，則無法容易地實(shí)施分別地且獨(dú)立地張緊環(huán)繞材料束。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2至5并且更確切地轉(zhuǎn)向圖4和5，多層三軸織物42卷繞在彼此之上以產(chǎn)生織物預(yù)制件20。三軸織物42設(shè)置在織物預(yù)制件20中，以使得軸向材料束46沿著織物預(yù)制件20的環(huán)繞方向延伸并且大體垂直于軸線B-B，而雙軸材料束48和58大體螺旋地設(shè)置在大體管狀本體28周圍。
通常，為了形成織物預(yù)制件20，將織物44的一端接納在成形件上，以使得織物的軸向材料束沿大體垂直于成形件的中心軸線的方向延伸。然后，通常通過轉(zhuǎn)動(dòng)成形件以將織物44拉到成形件上來將織物44卷繞在成形件周圍，以敷設(shè)織物44的各層(盡管在成形件保持靜止或者在成形件也轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，也可將織物的自由端環(huán)繞在成形件周圍)。在此種卷繞過程中，可使用下文描述的設(shè)備和工藝對(duì)織物44進(jìn)行周期性地去脹或連續(xù)地去脹。
為了形成前體凸緣區(qū)域40中的相對(duì)較薄部分，可在將織物42敷設(shè)在成形件上之前切割織物42。這樣，較少層的三軸織物42敷設(shè)在成形件的軸向端部上。
現(xiàn)在，將描述對(duì)于卷繞工藝的各種改進(jìn)，這些改進(jìn)能有助于提供一種織物預(yù)制件，該織物預(yù)制件所具有的織物結(jié)構(gòu)能促進(jìn)較強(qiáng)復(fù)合部件的形成。所描述的方法能在卷繞工藝過程中更佳地控制織物，并且在卷繞織物時(shí)改進(jìn)預(yù)制件的連續(xù)去脹。這意味著所得到的織物預(yù)制件被更緊地卷繞，比使用傳統(tǒng)卷繞方式制造的預(yù)制件具有更低的膨脹度，并且在如此卷繞的織物預(yù)制件中具有較少的褶皺和波紋。當(dāng)通過將樹脂施加于預(yù)制件來形成復(fù)合部件時(shí)，最終的復(fù)合部件具有較高的織物與樹脂容積比(也稱為纖維容積比或纖維組分)，該較高的織物與樹脂容積比改進(jìn)了復(fù)合部件的強(qiáng)度與重量比，并且在復(fù)合部件內(nèi)提供更一致的織物結(jié)構(gòu)。
轉(zhuǎn)向圖9，示出卷繞設(shè)備52，該卷繞設(shè)備能用于將織物44卷繞在成形件54上，同時(shí)將彼此分開且獨(dú)立的每個(gè)軸向或環(huán)繞材料束46同時(shí)張緊。該卷繞設(shè)備52包括成形件54和工作臺(tái)56，該成形件具有中心或轉(zhuǎn)動(dòng)軸線C-C，而該工作臺(tái)與成形件54隔開并且支承多個(gè)分開的張緊機(jī)構(gòu)58。
在所示的實(shí)施例中，成形件54是可轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，該可轉(zhuǎn)動(dòng)心軸將織物44的一個(gè)端部接納在其上。能以多種方式中的任何一種方式來實(shí)現(xiàn)織物44的端部的接納，這些方式例如包括通過纏繞、粘合劑、緊固件、夾持等等將織物44的一個(gè)端部附連于成形件54。也可通過將織物44卷繞在成形件54上至少一整圈且然后使織物44保持繃緊、以使得織物44卷繞在自身之上的張力就能將織物44保持在成形件54上，從而將織物44接納在成形件54上。 如圖所示，成形件54具有圓柱形的形狀(即，在成形件54的織物卷繞在其上的軸向長度上具有恒定的半徑，由此限定了中心在軸線C-C的面向外圓柱形表面60)。然而，在其它實(shí)施例中，成形件54可具有不同的形狀。例如，成形件可具有正方形或矩形截面，該正方形或矩形截面會(huì)致使纖維預(yù)制件具有管狀矩形形狀。在另一示例中，成形件可具有在成形件的軸向長度的至少一部分上變化的半徑。該可變半徑可用于形成例如在圖1所示的風(fēng)扇容納殼體18上觀察到的折曲部之類。
在卷繞設(shè)備52的另半部可觀察到，張緊機(jī)構(gòu)58在工作臺(tái)56上散開或鋪開。每個(gè)張緊機(jī)構(gòu)58都具有從中饋送出的線62。這些線62各自在織物44的自由端64 (也就是織物44的與織物44中一開始被卷繞在成形件54周圍或接納在成形件上的端部相對(duì)的端部，以使得軸向材料束46從一個(gè)端部延伸至另一個(gè)端部)處聯(lián)接于其中一個(gè)軸向材料束46。來自張緊機(jī)構(gòu)58的線62饋送通過引導(dǎo)件或梳理件66，以使得每根線62都與線62所聯(lián)接的相對(duì)應(yīng)軸向材料束46大體共線。這樣，尺寸顯著地大于軸向材料束46的尺寸的每個(gè)張緊機(jī)構(gòu)58可在工作臺(tái)56上彼此隔開，并且為線62的行進(jìn)提供充足的間隙。
在圖9所示的實(shí)施例中，每個(gè)張緊機(jī)構(gòu)58都是磁性接合器。每個(gè)磁性接合器都具有卷軸，該卷軸將線62從其送出。在線62的此種送出過程中，伴隨著從卷軸拉動(dòng)或退繞線62，磁性接合器提供抵抗卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)的可控阻力。例如下文將更詳細(xì)描述的是，由于每根線62都附連于軸向材料束46，因而每個(gè)軸向材料束46都分別且獨(dú)立地張緊和放出。
如本文所使用的，“分別地張緊”軸向材料束意味著所述軸向材料束與織物中的其它軸向材料束的至少一些不相關(guān)地張緊。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，織物中的每個(gè)軸向材料束都彼此分別地張緊。此種分別張緊能致使一個(gè)或多個(gè)軸向材料束46在織物44的雙軸材料束48和50內(nèi)滑動(dòng)。然而，在其它形式中，軸向材料束的分別張緊能以組的形式執(zhí)行。例如，兩個(gè)或多個(gè)軸向材料束可與其它材料束不相關(guān)地張緊。這可有益于使得卷繞設(shè)備的尺寸和/或成本最小化。個(gè)別地放出意味著能以不同的長度放出材料束。至少對(duì)于一定時(shí)間段，一個(gè)材料束能以與另一材料束的速率不同的速率進(jìn)行饋送。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9中卷繞設(shè)備52的所示實(shí)施例，雖然對(duì)于各個(gè)軸向材料束46進(jìn)行個(gè)別地張緊，但這并非必然意味著每個(gè)軸向材料束46都接受不同的張力。實(shí)際上，可將張緊機(jī)構(gòu)58設(shè)定為對(duì)于每個(gè)軸向材料束46都提供相同的張力或基本上相同的張力。由于織物44自身或者成形件54在其軸向長度上的形狀的差異性，在各個(gè)軸向材料束46上分別地保持恒定的軸向張力會(huì)致使在織物44中有差別地放出軸向材料束46。相反，如果在織物44的整個(gè)寬度上將織物夾緊，則夾持力會(huì)抑制織物46的軸向材料束相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)或各自的放出。
軸向材料束46有差別放出的能力能用于改進(jìn)織物預(yù)制件20的質(zhì)量和一致性。雖然單獨(dú)地張緊的織物需要相對(duì)于成形件極為仔細(xì)地對(duì)準(zhǔn)以防止織物的不均勻卷繞，但所披露的卷繞設(shè)備52容許度更大并且能適應(yīng)更大的錯(cuò)位。此外，由于軸向材料束46能相對(duì)于彼此滑動(dòng)，因而可更佳地適應(yīng)在其寬度上具有不同截面的成形件，這是因?yàn)榫砝@在成形件中具有較短周界的一部分周圍的軸向材料束46能比卷繞在成形件中具有較長周界的一部分周圍的軸向材料束46放出更多。這可以是用于生產(chǎn)圖1至5中示出的風(fēng)扇容納殼體18所用織物預(yù)制件20的成形件的情形。
可設(shè)想的是，來自張緊機(jī)構(gòu)58的線62可直接連接于軸向材料束46，或者軸向材料束46可經(jīng)由中間連接器連接于線62。當(dāng)使用中間連接器時(shí)，該中間連接器可同時(shí)附連于線62和軸向材料束46。通過使用某種連接件，以保持線62的完整性的方式實(shí)現(xiàn)中間連接器與相對(duì)應(yīng)線62的連接。由于直接連接可包括將線打結(jié)或粘合至軸向材料束并且在不犧牲一定長度的線的情形下就難以分離，因而中間連接器可用于將軸向材料束46可逆地連接于線62。
在圖10中部分地示出一種類型的中間連接器68。該中間連接器68包括一對(duì)帶有孔72的墊板70。在軸向材料束46的端部74的每一側(cè)上設(shè)置墊板70，然后將墊板70放置在一起以將軸向材料束46的端部74夾在它們之間。在一些形式中，墊板70可結(jié)合粘合劑使用以附連于軸向材料束46。在其它形式中，一個(gè)或多個(gè)墊板70可朝向彼此磁性吸引。在又一些其它形式中，可將機(jī)械壓力施加于墊板70，以使得這些墊板將軸向材料束46的端部74夾緊。然后，可將系于線62的端部的鉤狀件76引過墊板70中的孔72，以將墊板70暫時(shí)地連結(jié)于張緊機(jī)構(gòu)58的線62。
由于比起并未通過將多個(gè)軸向材料束中的至少一些軸向材料束分別張緊所形成的織物預(yù)制件可更緊密地卷繞織物，因而在將樹脂施加于織物預(yù)制件之后形成的復(fù)合部件中能實(shí)現(xiàn)較高的織物與樹脂容積比。
現(xiàn)在參見圖11和12，示出邊緣襯條78a、78b、78c以及78d，這些邊緣襯條能附連于織物44的雙軸材料束48和50的端部。當(dāng)這些邊緣襯條78a、78b、78c以及78d附連于雙軸材料束48和50的端部時(shí)，能移動(dòng)這些邊緣襯條78a、78b、78c以及78d以更佳地控制織物內(nèi)的剪切角并對(duì)各個(gè)材料束進(jìn)行導(dǎo)向。這表示了在織物預(yù)制件20的卷繞之前和卷繞過程中處理織物44以控制纖維結(jié)構(gòu)的又一模式。
邊緣襯條78a、78b、78c以及78d中的每個(gè)在織物44的側(cè)向邊緣80和82中的一個(gè)邊緣上附連于其中一組雙軸材料束48或50的端部。側(cè)向邊緣80和82相對(duì)于織物44在成形件54上的饋送方向(由圖11中箭頭D所示)是“側(cè)向的”，該饋送方向大體垂直于成形件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線C-C。在所示出的形式中，例如可在圖12中觀察到，在織物44的側(cè)向邊緣80上，邊緣襯條78a附連于第一組雙軸材料束48的一個(gè)端部，而邊緣襯條78b附連于第二組雙軸材料束50的一個(gè)端部。在織物44的另一側(cè)向邊緣82 (該側(cè)向邊緣與第一側(cè)向邊緣80相對(duì))上，邊緣襯條76c附連于第一組雙軸材料束48的另一端部，而邊緣襯條76d附連于第二組雙軸材料束50的另一端部。
邊緣襯條78a、78b、78c以及78d能以多種方式中的任一方式附連于相應(yīng)一組材料束的端部。例如，邊緣襯條78a、78b、78c以及78d可粘附于材料束。在另一示例中，邊緣襯條78a.78b.78c以及78d可各自包括多個(gè)部件，這些部件在所施加的力的作用下夾在一起以抓持材料束的端部。
在所示出的實(shí)施例中，邊緣襯條78a、78b、78c以及78d各自具有形成在其中的一排開口 84，這些開口例如能與一系列鉤狀件接合，以有選擇地并且獨(dú)立地移動(dòng)邊緣襯條78a、78b,78c以及78d。這些鉤狀件可用于使得邊緣襯條78a、78b、78c以及78d相對(duì)于織物44向前或向后運(yùn)動(dòng)(即，分別平行于或反向平行于箭頭方向D)，和/或相對(duì)于織物44向外側(cè)向地運(yùn)動(dòng)(即，在織物44的平面中垂直于箭頭方向D)。還可使用邊緣襯條78a、78b、78c以及78d的其它或替代的接合裝置，例如但不局限于鏈輪。
這些邊緣襯條78a、78b、78c以及78d能被彼此獨(dú)立地控制。由于這些邊緣襯條附連于兩組斜材料束(在所示的形式中，這兩組斜材料束是第一和第二組雙軸材料束48和50)，第一組斜材料束能獨(dú)立于第二組斜材料束由四個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d所控制。通過使得一個(gè)或多個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d運(yùn)動(dòng)，能夠在將織物44卷繞在成形件54周圍之前和/或過程中，引導(dǎo)所附連的一組雙軸材料束48和50以產(chǎn)生織物預(yù)制件20。雙軸材料束48和50的此種引導(dǎo)可用于出于性能方面的目的來對(duì)材料束進(jìn)行導(dǎo)向，或者以有益于織物預(yù)制件20和所得到的復(fù)合部件的形成的方式在織物44中引起剪切力或應(yīng)力。
應(yīng)理解的是，為了在雙軸材料束卷繞到成形件上時(shí)對(duì)雙軸材料束進(jìn)行充分地導(dǎo)向，會(huì)期望保持在邊緣襯條上的力，直到將整個(gè)材料束放置在成形件上。因此，這可以是如下情形:可保持雙軸材料束中首先接納在成形件上的端部，直到弟_■端部也接納在成形件上為止。由于雙軸或斜材料束相對(duì)于織物的饋送方向成一角度，這意味著材料束在接納在成形件上之后需要保持一段距離。
現(xiàn)在將描述邊緣襯條78a、78b、78c以及78d的多個(gè)運(yùn)動(dòng)示例，以強(qiáng)調(diào)可處理織物44的可能方式。這些示例被規(guī)定為是說明性的，但并非是可如何采用邊緣襯條78a、78b、78c以及78d的僅有示例。
為了在織物44中引起應(yīng)力或剪切力，一個(gè)或多個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d可相對(duì)于織物44行進(jìn)(即前行)或后退(即延后)，以控制相應(yīng)附連的一組材料束的定向，并改變第一組斜材料束和第二組斜材料束之間的角度。例如，邊緣襯條78a可沿著由箭頭A指示的方向相對(duì)于織物44的饋送方向D行進(jìn)，而邊緣襯條78c可沿著由箭頭R指示的方向相對(duì)于織物44的饋送方向D后退，以減小軸向材料束46和第一組雙軸材料束48之間的角度。這例如會(huì)在該組雙軸材料束48中產(chǎn)生從-60度至-50度的角位移。同時(shí)，邊緣襯條78b可相對(duì)于織物44的饋送方向D后退，而邊緣襯條78d可相對(duì)于織物44的饋送方向D行進(jìn)，以減小軸向材料束46和第二組雙軸材料束50之間的角度。再次，這會(huì)產(chǎn)生從+60度至+50度的變化。這具有縮窄織物44和使雙軸材料束48和50剪式運(yùn)動(dòng)的效果，以減小軸向材料束46之間的側(cè)向間隔。這可以根據(jù)成形件54的形狀以及在織物44上引起的局部剪切力的大小形成軸向材料束46的有差別的間隔。
替代地，每個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d可沿相反方向(即行進(jìn)而非后退，且反之亦然)運(yùn)動(dòng)，以致使雙軸材料束48和50具有相對(duì)于軸向材料束46變大的角度。這導(dǎo)致在對(duì)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d施加運(yùn)動(dòng)之下，織物44有效地變寬。
在另一示例中，可沿著箭頭L指示的方向側(cè)向向外拉動(dòng)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d，以在織物44的寬度上保持繃緊。這可與邊緣襯條78a、78b、78c以及78d行進(jìn)或后退一起或分開進(jìn)行。
可設(shè)想的是，每個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d都可具有施加于該邊緣襯條的力，其中在任何位置施加的力的方向沿著織物44的平面中的180度圓弧從純粹行進(jìn)方向A到純粹逆反方向R，且該力穿過側(cè)向向外方向L?；旧希@意味著具有(A或R)和/或L方向的合力的力可施加于每個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d。根據(jù)將力施加于邊緣襯條78a、78b,78c以及78d的設(shè)備，以沿(A或R)和/或L方向的分開的離散矢量或者單一組合矢量來施加該力或這些力。
最后，這意味著每個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d都能相對(duì)于織物饋送的方向D和速率獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)或保持靜止，以提供多種模式的織物處理。如上所述，四個(gè)邊緣襯條78a、78b,78c以及78d中的每個(gè)都能相對(duì)于織物饋送方向D行進(jìn)、后退、保持靜止和/或側(cè)向向外運(yùn)動(dòng)。此外，每個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d的朝前/朝后運(yùn)動(dòng)能與側(cè)向向外力組合，從而在織物平面中在180度范圍內(nèi)能沿任何方向拉動(dòng)每個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d。由于能分別地控制所有四個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d，因而會(huì)產(chǎn)生可能施加的力的許多組合。
雖然示出四個(gè)邊緣襯條78a、78b、78c以及78d，但可設(shè)想的是，也可使用少于四個(gè)的邊緣襯條78a、78b、78c以及78d來導(dǎo)向或引導(dǎo)材料束。例如，可使用單個(gè)邊緣襯條來引導(dǎo)或?qū)騿谓M材料束的一個(gè)端部。在另一示例中，一對(duì)邊緣襯條可附連于織物的僅僅單個(gè)側(cè)向邊緣，以使得每一個(gè)邊緣襯條附連于每一組斜纖維的成組邊緣中的一個(gè)。然后通過使得其中一個(gè)邊緣襯條行進(jìn)而使得另一個(gè)邊緣襯條后退，能在織物的該側(cè)引起局部剪切力。
在復(fù)雜形狀的卷繞過程中，能利用織物的此種局部變形。例如，如果折曲部或一些其它結(jié)構(gòu)特征存在于成形件54上，則能控制或引導(dǎo)斜纖維以更好地塑造表面的輪廓(例如，具有較少的褶皺，更平坦地敷設(shè)在成形件上等等)。這可例如通過選擇性地引起剪切力來進(jìn)行，以便于在織物預(yù)制件20上形成結(jié)構(gòu)特征。
此外，在織物44敷設(shè)于成形件54上時(shí)，通過向斜或雙軸材料束施加一定量的張力或力，該織物的形狀或輪廓能保持或鎖定到織物預(yù)制件20中的織物44中。這意味著織物44能共軸地形成使用傳統(tǒng)卷繞技術(shù)難以(如果并非是不可能的)獲得的形狀和輪廓，然后通過進(jìn)一步卷繞而穩(wěn)定至該構(gòu)造，這首先保持了受應(yīng)力條件中的下層纖維并最終保持了樹脂的施加。由于應(yīng)力會(huì)從織物中自然地釋放出，因而除非織物的上述形狀在卷繞過程中捕獲在成形件上，否則織物會(huì)趨于向其初始的相對(duì)大體平坦的狀態(tài)折回。
應(yīng)理解的是，需要進(jìn)行一些考慮，以平衡向織物施加的各個(gè)力的強(qiáng)度。施加于斜或雙軸材料束的力應(yīng)足夠大，以克服用于使織物沿饋送或加工方向保持繃緊的力。如果施加于織物的斜或雙軸材料束的力過小，則用于使得織物保持繃緊的力的強(qiáng)度會(huì)克服施加于織物的斜或雙軸材料束的力并抵消它們的效果。
因此，使用該方法能形成纖維預(yù)制件和復(fù)合部件，并在如此敷設(shè)的織物中具有迄今未見的材料束結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，織物預(yù)制件包括第一容積和第二容積，第一組和第二組斜或雙軸材料束相對(duì)于彼此以第一角度設(shè)置在該第一容積中，而第一組和第二組斜或雙軸材料束相對(duì)于彼此以第二角度設(shè)置在該第二容積中，且第一角度與第二角度不同。這意味著，織物能在成形件的某些區(qū)域上選擇性地伸展以滿足所選定的幾何形狀。
在其它實(shí)施例中，與放松的織物相比，斜或雙軸材料束處于通過改變這些斜或雙軸材料束的定向所引起的應(yīng)力下，且所引起的應(yīng)力在卷繞過程中鎖定到織物預(yù)制件中，以維持斜或雙軸材料束的定向。雖然所引起的應(yīng)力或剪切力在整個(gè)預(yù)制件中會(huì)是均勻的，但這仍會(huì)在預(yù)制件的織物中弓I起應(yīng)力或剪切力。
在一些實(shí)施例中，一些結(jié)構(gòu)特征可形成在織物預(yù)制件上，這些結(jié)構(gòu)特征例如折曲部那樣至少部分地沿相對(duì)于織物預(yù)制件的中心軸線的徑向方向延伸，或者在直徑上發(fā)生改變。
如上所述，任何一個(gè)如此敷設(shè)的材料束結(jié)構(gòu)能夠通過將樹脂施加于織物預(yù)制件并且使樹脂固化來形成復(fù)合部件而鎖定就位。
應(yīng)理解的是，可利用任何一類具有至少兩組斜纖維的織物來實(shí)踐織物的此種邊緣處理。例如，可利用斜紋編織織物、雙軸織物以及三軸織物來進(jìn)行實(shí)踐。如果織物是本文所描述的三軸織物42，則兩組雙軸材料束中的一組48由第一組斜材料束構(gòu)成，而兩組雙軸材料束中的另一組50由第二組斜材料束構(gòu)成。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，材料束包括碳纖維，該碳纖維通常用在飛行器復(fù)合部件中。
現(xiàn)在將描述處理織物以便于形成織物預(yù)制件及其所得到的復(fù)合部件的第三方法。根據(jù)該第三方法，卷繞在成形件54周圍的織物44具有環(huán)繞材料束46，且這些環(huán)繞材料束46能夠分成各個(gè)部段以允許改進(jìn)織物44的撓性。由于環(huán)繞材料束部段分隔產(chǎn)生的此種改進(jìn)撓性有助于形成尤其需要較高的變形量或拉伸量的結(jié)構(gòu)特征(例如，形成凸緣)。
根據(jù)一般方法，織物44的一端接納在成形件54上，以使得織物44的環(huán)繞材料束46例如圖9中總地示出那樣、沿大體垂直于成形件54的中心軸線C-C的方向延伸。然后，通過使織物44和成形件54繞成形件54的中心軸線C-C相對(duì)于彼此轉(zhuǎn)動(dòng)來將織物44卷繞在成形件54上。在卷繞過程中或者在卷繞之后，在織物44處于張力、應(yīng)力或剪切力作用下的同時(shí)，至少一些環(huán)繞材料束46分隔成環(huán)繞材料束部段。此種分隔能夠沿著環(huán)繞材料束46的長度在相鄰環(huán)繞材料束部段的端部之間形成空間。
有利的是，通過將至少一些環(huán)繞材料束分成環(huán)繞材料束部段以在相鄰的環(huán)繞材料束部段之間產(chǎn)生空間，在織物預(yù)制件的形成過程中能適應(yīng)織物的增大變形。此外，在出于強(qiáng)度考慮在織物的至少一些部分中仍保持環(huán)繞材料束部段的存在的同時(shí)會(huì)發(fā)生上述適應(yīng)情況。
依據(jù)上文所述，為了形成諸如凸緣22那樣需要高度織物變形的結(jié)構(gòu)特征，會(huì)需要從織物44的將形成為上述結(jié)構(gòu)的部段除去環(huán)繞材料束46。這是因?yàn)榄h(huán)繞材料束46通常會(huì)抑制諸如凸緣22之類待形成的徑向延伸結(jié)構(gòu)特征的形成，其原因則是將前體凸緣區(qū)域40彎成凸緣22的動(dòng)作會(huì)很大程度上受到初始織物預(yù)制件20中的環(huán)繞材料束46的阻礙。然而，環(huán)繞材料束46的除去會(huì)使得織物預(yù)制件20某些區(qū)域僅僅留有雙軸材料束48和50，并且使得這些區(qū)域比該部件的剩余部分相對(duì)較弱。
已發(fā)現(xiàn)，理想的是，對(duì)織物44進(jìn)行改型，以使得環(huán)繞材料束46能選擇性地在張力、應(yīng)力或剪切力作用下分開，從而環(huán)繞材料束46能保持在復(fù)合部件中諸如凸緣之類的區(qū)域中，而不會(huì)削弱在第一種情形中形成結(jié)構(gòu)特征的能力。
可通過在卷繞之前制備織物44來使環(huán)繞材料束46變得可分離。在一些實(shí)施例中，以周期性間隔將至少一些環(huán)繞材料束46拉伸斷裂，以限定環(huán)繞材料束部段。在其它實(shí)施例中，能以周期性間隔切割環(huán)繞材料束46，以限定環(huán)繞材料束部段。
現(xiàn)在來看圖13，其示出了設(shè)備86，該設(shè)備用于以周期性間隔將環(huán)繞材料束46切割成環(huán)繞材料束部段87。該設(shè)備86包括成對(duì)滾筒88和90，且織物44能在該成對(duì)滾筒之間饋送。該成對(duì)滾筒中的一個(gè)滾筒88具有徑向延伸刀片或沖頭92，這些徑向延伸刀片或沖頭92能用于選擇性地切割環(huán)繞材料束46。雖然并未示出，但滾筒90可具有供滾筒88的沖頭92接納在其中的相對(duì)應(yīng)槽(以確保完整切斷)，或者滾筒88和90可充分地隔開，從而在滾筒88和90之間形成刀片92能穿過的滾筒間間隙。雖然并未示出，但可設(shè)想的是，斜纖維或雙軸材料束48和50可被分開，以在切割環(huán)繞材料束46之前提供通達(dá)環(huán)繞材料束46的通道，以使得對(duì)于雙軸材料束48和50的損傷最小。
通過使得各沖頭92在滾筒88的軸向長度上并且在滾筒88的周緣上間隔開，能以周期性間隔來選擇織物44中環(huán)繞材料束46的切口 94的間隔。根據(jù)所示出的沖頭92在滾筒90上的間隔，環(huán)繞材料束中的分隔點(diǎn)與在相鄰環(huán)繞材料束中的那些分隔點(diǎn)沿環(huán)繞材料束的延伸方向錯(cuò)位(即，異相，以下同)。切口 94的此種周期性間隔會(huì)是有益的，這是因?yàn)橐坏┰谛纬煽椢?4的過程中產(chǎn)生空間或間隙，一個(gè)環(huán)繞材料束中的兩個(gè)環(huán)繞材料束部段之間的分隔間隙就可由相鄰環(huán)繞材料束中的環(huán)繞材料束部段所支承。
例如并且附加地參見圖14，示出在凸緣22彎曲之后的側(cè)視圖，其中示意地示出環(huán)繞材料束46 (但為了清楚起見省略了雙軸材料束)。如圖所示，在凸緣22中經(jīng)受剪切力的各部分中，其中一些環(huán)繞材料束46分離成環(huán)繞材料束部段87，從而沿著環(huán)繞材料束46的長度在相鄰的環(huán)繞材料束部段的端部之間產(chǎn)生空間。在局部施加張力或拉力的情形下，每個(gè)環(huán)繞材料束46都能在分隔點(diǎn)處斷裂和/或分開以釋放張力。
環(huán)繞材料束部段87之間的間隔能在整個(gè)預(yù)制件20(或所得到的部件18)上變化。例如，在凸緣22的內(nèi)周緣96附近，環(huán)繞材料束46具有切口 94，但這些切口最小程度地(如果有的話)分開。然而，在外周緣98附近，織物44在形成過程中所需的變形會(huì)需要環(huán)繞材料束46擴(kuò)張成環(huán)繞材料束部段87，且在這些環(huán)繞材料束部段87之間具有間隙或空間100。如圖所示，在環(huán)繞材料束部段87之間的這些空間100在凸緣22的區(qū)域中較大，在這些區(qū)域處，織物44遭受到增大的直徑尺寸。此外，由于切口 94彼此錯(cuò)位，因而避開了間隙或空間線，這可防止在最終復(fù)合部件中產(chǎn)生弱化線。
為了確保間隙100被充分地覆蓋并且確保環(huán)繞材料束部段87保持在織物44中，可根據(jù)材料束的寬度或直徑來將環(huán)繞材料束部段87選定為至少一些最小長度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)繞材料束部段87的長度不小于環(huán)繞材料束寬度的10倍。
環(huán)繞材料束部段87之間的間隙100的分隔或間隔量會(huì)是重要的而非微不足道的。例如，環(huán)繞材料束部段87之間的間隙100會(huì)至少與織物材料束的寬度一樣長。在又一示例中，環(huán)繞材料束的包括環(huán)繞材料束部段87分開之后形成的間隙100的總長度會(huì)超過環(huán)繞材料束中不具有所提供的分隔點(diǎn)的同一環(huán)繞材料束在由于所施加的張力而產(chǎn)生的彈性變形作用下的最大長度。
此外，應(yīng)注意到的是，在制備織物44時(shí)，可僅僅將織物44的某些區(qū)域制備成具有可分離的環(huán)繞材料束46。例如，在用于風(fēng)扇容納殼體18的織物預(yù)制件20的示例中，可僅僅將前體凸緣區(qū)域40和/或折曲部34制備成具有可分離的環(huán)繞材料束，因?yàn)檫@些區(qū)域是僅有的需要形成增大水平的織物變形和拉伸程度的區(qū)域。本體的大體圓柱形部分可具有標(biāo)準(zhǔn)的不可分離的環(huán)繞材料束46，以使得這些區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最大化。
可設(shè)想的是，在具有可分環(huán)繞材料束的織物中，在卷繞過程中可形成通常難以產(chǎn)生的某些結(jié)構(gòu)特征。例如，通過引導(dǎo)具有選擇性可分的環(huán)繞材料束的織物(并且可進(jìn)一步使用上述邊緣襯條技術(shù)來使得雙軸材料束48和50運(yùn)動(dòng))，可在如此敷設(shè)的預(yù)制件中形成凸緣22，而無需將預(yù)制件再次彎曲來獲得該結(jié)構(gòu)特征。
還可設(shè)想的是，能對(duì)織物結(jié)構(gòu)進(jìn)行改型，以限制相鄰環(huán)繞材料束中的環(huán)繞材料束部段87的相對(duì)布置。例如，能將側(cè)向連接線分別地連結(jié)于各個(gè)相鄰的環(huán)繞材料束部段87以將它們保持在一起。如果線與環(huán)繞材料束部段87的連接大于使得特定環(huán)繞材料束中環(huán)繞材料束部段87彼此分開所需的力，則該側(cè)向連接螺紋通常會(huì)限制環(huán)繞材料束部段87相對(duì)于彼此的布置和間隔。這例如可用于抑制在環(huán)繞材料束中形成單個(gè)較大間隙而非多個(gè)較小間隙。此外，在分隔點(diǎn)被有意地設(shè)定成彼此錯(cuò)位的情形下，此種側(cè)向連接螺紋可用于確保這些間隙不會(huì)形成弱化線。
因此，提供如下一種織物預(yù)制件或復(fù)合部件，該織物預(yù)制件或復(fù)合部件包括由織物形成的本體和形成在本體中的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)特征。結(jié)構(gòu)特征(例如，風(fēng)扇容納殼體中的凸緣)中的至少一些環(huán)繞材料束分成環(huán)繞材料束部段，這些環(huán)繞材料束部段沿著環(huán)繞材料束的長度彼此隔開。為了利用可擴(kuò)張或可分環(huán)繞材料束的益處，該結(jié)構(gòu)特征(包括環(huán)繞材料束)可至少部分地沿遠(yuǎn)離該本體的中心軸線的徑向方向延伸。此外,基礎(chǔ)織物中的其中一些環(huán)繞材料束可以是可分的，而其它環(huán)繞材料束可以是不可分的，以使得結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度最大化。
最后，織物預(yù)制件連續(xù)地去脹的方法可與本文所描述的織物處理技術(shù)分別采用或者與一種或多種織物處理技術(shù)結(jié)合采用。
現(xiàn)在參見圖15至17，示出一種用于使得織物預(yù)制件連續(xù)地去脹的設(shè)備102。在敷設(shè)織物時(shí)，該設(shè)備向織物的頂層的一部分施加壓緊壓力。
首先觀察圖15所示的簡化視圖，該設(shè)備102包括成形件104，該成形件可繞中心軸線D-D轉(zhuǎn)動(dòng)，用以接納用于織物預(yù)制件20的織物44。在一些方面，該成形件104類似于一些其它成形件，在這些其它成形件中織物44拉到成形件上用以卷繞織物預(yù)制件20。
然而，該設(shè)備102與典型的卷繞設(shè)備的不同之處在于，該設(shè)備還構(gòu)造成同時(shí)使膜片106繞成形件104的至少一部分行進(jìn)。膜片106從膜片供給卷軸108饋出并且具有膜片路徑，該膜片路徑延伸至成形件104、繞成形件104的至少一部分(如圖所示是大約300度)、繞中間輥?zhàn)?10并到與成形件104隔開的膜片拾取卷軸112上。該膜片106設(shè)置在成形件104徑向外面，以使得織物預(yù)制件20的織物44捕獲在膜片106和成形件104之間。由于膜片106在行進(jìn)到拾取卷軸112上之前僅僅圍繞成形件104的一部分延伸，因而膜片106并是做成織物預(yù)制件20的一部分，而是圍繞織物預(yù)制件20的一部分。
膜片106和織物44可一起饋送到成形件104上，使得膜片106相對(duì)于成形件設(shè)置在織物44外面。這樣，可認(rèn)為在膜片一開始卷繞到成形件104上時(shí)，該膜片106用作承載織物44的襯片。
現(xiàn)在附加地參見圖16和17，示出設(shè)備102的又一些細(xì)節(jié)。確切地說，示出抽真空結(jié)構(gòu)，該抽真空結(jié)構(gòu)用于在成形件104和膜片106之間抽真空，以使得織物44在該成形件104和膜片106之間被壓縮。
應(yīng)注意到的是，為了進(jìn)行抽真空，應(yīng)在成形件104中位于成形件104和膜片之間之間的側(cè)向或軸向端部處形成密封件。在所示的實(shí)施例中，由于成形件104是大體圓柱形的，因而密封件在圓弧上延伸。
需要被“密封”的其它部位是(I)在所饋送的織物一開始與成形件104接觸(或者織物44已卷繞在成形件上)的位點(diǎn)處以及(2)在膜片106與成形件的外周緣分開的位點(diǎn)處的橫向于織物饋送路徑的線路。通過使膜片106和織物44保持繃緊，這些線路會(huì)形成少量氣體能穿過的偽密封。
真空源(由箭頭114示出)用于在膜片106和成形件104之間抽真空。該真空致使膜片106被拉向成形件104，由此向被卷繞成織物預(yù)制件20的織物的面向外表面施加壓緊壓力。
在所示出的設(shè)備102的特定實(shí)施例中，通過成形件104的一部分抽取真空。在圖16和17中最佳示出的是，成形件104包括固定部分116和轉(zhuǎn)動(dòng)或可轉(zhuǎn)動(dòng)部分118，由于成形件104的形狀，因而該固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)或可轉(zhuǎn)動(dòng)部分都是大體環(huán)形的。如圖所示，轉(zhuǎn)動(dòng)部分118包括中心部段120，其中側(cè)向部段122固定地連接在該中心部段的端部處。中心部段122和側(cè)向部段122的面向外表面大體限定了成形件104的卷繞有織物44的表面。
在截面中，側(cè)向部段122大體是倒置的U形通道。這些側(cè)向部段122包括多個(gè)開口 124，這些開口從側(cè)向部段122的面向外一側(cè)(限定了成形件104的一部分)延伸至“U”形通道內(nèi)側(cè)的面向內(nèi)一側(cè)。
在截面中，固定部分116是大體U形通道，該大體U形通道粗略地接納在倒置形“U”形通道中。成對(duì)環(huán)形密封件126固定于固定部分116和轉(zhuǎn)動(dòng)部分118中的一個(gè)，用以在這兩個(gè)部分之間形成環(huán)形真空腔室128。在所示出的特定形式中，密封件126連接于固定部分116并且壓靠于轉(zhuǎn)動(dòng)部分118的面向內(nèi)表面。
一系列真空管路130連接于固定部分116并且與真空腔室128連通。通過這些真空管路130，可使用真空源114在真空腔室128中抽取真空。由于開口 124與真空腔室128連通，因而在真空腔室128中抽取的真空與膜片106和成形件104之間的區(qū)域連通。當(dāng)有足夠的密封件設(shè)置在成形件104的側(cè)向邊緣以及橫向于織物饋送路徑的線路上時(shí)，該真空致使膜片106被下吸，以使得膜片向部分卷繞的織物預(yù)制件20施加壓緊壓力。
在所示出的形式中，通過在成形件104的卷繞有織物44的一部分外面軸向放置一對(duì)凸起墊圈132來形成側(cè)向密封件。將一些開口 124布置在墊圈132之間，以在墊圈132之間布置與真空腔室128連通的空間。當(dāng)抽取真空時(shí)，膜片106被下吸到墊圈132上并且形成側(cè)向密封件。
因此，使用上述類型的去脹設(shè)備102，在織物預(yù)制件的形成過程中，能將壓緊壓力持續(xù)地施加于織物。首先，將織物44的一端施加于成形件104。施加有織物44的成形件104至少部分地由膜片106圍繞，其中膜片106沿著膜片路徑從膜片供給卷軸108至成形件104并圍繞成形件104的至少一部分延伸。將織物和膜片106饋送到成形件104上，以使得在膜片106饋送到成形件104周圍(但并非構(gòu)成預(yù)制件20的一部分)的同時(shí)，織物44卷繞在成形件104上以形成織物成形件20。在此種饋送過程中，抽取真空以從成形件104和膜片106之間排出氣體，由此將膜片106壓到織物44上并將壓緊壓力施加于織物44。
可與卷繞過程同時(shí)地施加上述壓緊壓力，且該壓緊壓力可以是恒定的。然而，可設(shè)想的是，可使用去脹設(shè)備102施加交替可變和/或周期性的壓力。由膜片106施加于織物104的壓緊壓力可以是大約12psi (磅/平方英尺)；然而，根據(jù)織物44的機(jī)械性能、成形件104的幾何形狀、在卷繞過程中施加于織物44的力等等可施加不同的壓緊壓力。
此外，膜片106能圍繞卷繞在成形件104上的織物的相當(dāng)大部分但非所有部分。這意味著，壓緊壓力在成形件104的少于一整圈范圍內(nèi)施加于織物?？稍O(shè)想的是，最上方織物層的75%或更高百分比的表面積可由膜片106壓靠于成形件。因此，與典型的去脹方法不同，在給定時(shí)間內(nèi)僅僅對(duì)織物預(yù)制件的一部分進(jìn)行去脹，且在成形件104的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，該特定部分發(fā)生恒定地更替。
在該方法的一些形式中，中間棍子110傳送膜片106和使膜片106改向使其從圍繞成形件104的至少一部分至拾取卷軸112。該中間輥?zhàn)?10可具有與成形件104的中心軸線D-D平行但隔開的軸線，且此外還可偏置成與成形件104接觸以助于形成良好的密封。
使用該方法，可形成用于諸如風(fēng)扇容納殼體或風(fēng)扇殼體復(fù)合部件的織物預(yù)制件。由于在卷繞過程中對(duì)織物進(jìn)行持續(xù)地去脹，因而所得到的織物預(yù)制件會(huì)明顯沒有膨脹和褶皺。因此，該技術(shù)在下層織物中提供了優(yōu)于傳統(tǒng)卷繞技術(shù)所獲得纖維結(jié)構(gòu)的纖維結(jié)構(gòu)。
該方法也可用于對(duì)預(yù)浸潰或非預(yù)浸潰織物進(jìn)行去脹。預(yù)浸潰織物是那些在所供給的織物中包含一定量樹脂的織物，且因此被稱為預(yù)浸潰有樹脂材料。然而，由于與非預(yù)浸潰織物相比，預(yù)浸潰織物是實(shí)心的并且無法良好地透過氣體，因而可設(shè)想的是，膜片106可具有一定紋理，以在成形件104的軸向長度上、將真空傳遞至膜片106的底表面和最上方預(yù)浸潰織物層的上表面之間。
應(yīng)再次強(qiáng)調(diào)的是，該去脹技術(shù)可與其它織物處理技術(shù)組合，以協(xié)同地產(chǎn)生用于超高強(qiáng)度復(fù)合部件的織物預(yù)制件。例如，該去脹技術(shù)可與分別軸向張緊方法組合，以產(chǎn)生具有極高的纖維容積比的預(yù)制件。
應(yīng)理解到可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對(duì)較佳實(shí)施例進(jìn)行各種其它修改和變型。因此，本發(fā)明不應(yīng)被局限于所述的實(shí)施例。應(yīng)參照所附權(quán)利要求，以確定本發(fā)明的整個(gè)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在織物預(yù)制件的形成過程中向織物施加壓緊壓力的方法，所述方法包括: 將所述織物的一端施加至具有中心軸線的成形件； 至少部分地用施加有膜片的織物圍繞所述成形件，所述膜片沿著膜片路徑延伸至所述成形件并且圍繞所述成形件的至少一部分延伸； 將所述織物和所述膜片送到所述成形件上，以使得在圍繞所述成形件饋送所述膜片的同時(shí)、將所述織物卷繞在所述成形件上以形成所述織物預(yù)制件； 抽取真空以從所述成形件和所述膜片之間排出氣體，由此將所述膜片壓到所述織物上并將壓緊壓力施加于所述織物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:中間輥?zhàn)?，所述中間輥?zhàn)觽魉退瞿て⑹顾瞿て南蚨鴱膰@所述成形件的至少一部分至拾取卷軸。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述中間輥?zhàn)泳哂信c所述成形件的中心軸線平行但隔開的軸線，并且偏置成與所述成形件接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片覆蓋卷繞在所述成形件上的織物表面積的至少75%。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述膜片施加于所述織物的壓緊壓力是大約12psi。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟:基本上密封所述膜片的繞所述織物預(yù)制件的側(cè)向端部。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述膜片基本上超出所述織物預(yù)制件的側(cè)向端部密封至所述成形件。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是連續(xù)的過程，其中，將所述織物饋送到所述成形件以及抽取真空同時(shí)發(fā)生。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述成形件的一整圈以內(nèi)將壓緊壓力施加于所述織物。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在將所述織物卷繞到所述成形件上之前，所述膜片承載所述織物。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述織物預(yù)制件用于風(fēng)扇容納殼體。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述織物預(yù)制件用于風(fēng)扇殼體。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述成形件的一部分來抽取真空。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述成形件包括轉(zhuǎn)動(dòng)部分，所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分聯(lián)接有固定部分，且在所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分和所述固定部分之間具有滑動(dòng)密封以限定真空腔室，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括多個(gè)開口，所述多個(gè)開口使得所述真空腔室與所述成形件的外表面連通。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜片路徑進(jìn)一步延伸到拾取卷軸上。
16.一種根據(jù)如權(quán)利要求1所述方法制造的織物預(yù)制件，其中:所述織物預(yù)制件基本上無織物膨脹和褶皺。
17.一種由如權(quán)利要求16所述織物預(yù)制件制造的復(fù)合部件，所述復(fù)合部件包括樹脂，所述樹脂施加于所述織物預(yù)制件。
18.—種在織物預(yù)制件的形成過程中向織物施加壓緊壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 成形件，所述成形件可繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，用以接納用于所述織物預(yù)制件的織物； 拾取卷軸，所述拾取卷軸與所述成形件隔開； 膜片，所述膜片沿著膜片路徑延伸至所述成形件、繞所述成形件的至少一部分延伸并且延伸到所述拾取卷軸上；以及 真空源，所述真空源設(shè)置成能夠在所述膜片和所述成形件之間抽取真空，由此向設(shè)置在所述膜片和所述成形件之間的織物施加壓緊壓力。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，還包括:中間輥?zhàn)樱鲋虚g輥?zhàn)邮顾瞿て瑥膰@所述成形件的至少一部分行進(jìn)至所述拾取卷軸。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述成形件包括轉(zhuǎn)動(dòng)部分，所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分聯(lián)接有固定部分，且在所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分和所述固定部分之間具有滑動(dòng)密封以限定真空腔室，且所述真空腔室與所述真空源連通，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括多個(gè)開口，所述多個(gè)開口使得所述真空腔室與所述成形件的外表面連通。
21.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述膜片基本上在成形件的側(cè)向端部附近形成密封。
【文檔編號(hào)】B29C70/32GK104169058SQ201280063557
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】C·J·菲尼, S·R·黑塞 申請(qǐng)人:吉?jiǎng)P恩航空服務(wù)結(jié)構(gòu)公司