通过分别地张紧材料束来形成用于复合材料的织物预制件的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201280063576.1 | 申请日 | 2012-12-17 | 公开(公告)号 | CN104169059B | 公开(公告)日 | 2016-06-08 |
| 申请人 | 吉凯恩航空服务结构公司; | 发明人 | C·J·菲尼; J·M·费尔考克斯; S·R·黑塞; | ||||
| 摘要 | 披露用于形成织物预制件(20)的方法和装置，该织物预制件可随后浸有 树脂 以形成复合部件(18)。织物(44)的一端接纳在成形件(54)上，以使得织物(44)的轴向材料束(46)沿大体垂直于该成形件(54)的中 心轴 线(C-C)的方向延伸。多个轴向材料束(46)中的至少一些在织物(44)的并未附连于成形件(54)的端部上分别张紧，并且通过使织物(44)和成形件(54)绕中心轴线(C-C)相对于彼此转动来将织物(44)卷绕在成形件(54)周围。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种将具有多个轴向材料束的织物施加到成形件周围用以形成织物预制件的方法，其中树脂施加于所述织物预制件以形成复合部件，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 通过分别地张紧材料束来形成用于复合材料的织物预制件的方法和设备 [0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求在2011年12月21日提交的、题为“Method and Apparatus for Forming a Fabric Preform for a Composite Material By Separately Tensioning Tows(用于通过将材料束分别张紧来形成用于复合材料的织物预制件的方法和设备)”的美国非临时专利申请13/333,596的优先权。在此，该申请的内容就如全文引用以参见方式纳入本文。 [0004] 不适用。 背景技术[0006] 复合部件通常用在大的强度与重量比极为重要的应用中，例如飞行器部件中。许多结构复合部件能通过如下方式形成：将高强度织物卷绕在成形件周围以产生称为织物预制件的部件，将树脂施加于织物预制件，然后使得树脂固化以形成最终的复合部件。 [0007] 然而，众所周知，难以形成不具有裂纹的织物预制件，而裂纹会损害最终复合部件的结构完整性。在卷绕过程中，所施加的织物会变得变形，从而在织物预制件中产生褶皱或波纹。在施加树脂之前产生的任何不期望的大块区域会在最终部件中产生不均匀性，并且产生不够理想的机械性能。 [0008] 因此，存在改进技术的需求，以将织物施加于成形件，并且更确切地用以减小并消除卷绕过程中的瑕疵区域。 发明内容[0009] 本文披露了用于改进向成形件施加织物的方法和装置。与传统的卷绕技术相比，通过在织物的卷绕或施加过程中，将织物中的轴向或环绕材料束中的每个分别张紧能减少或消除织物敷设中诸如褶皱、波形或变形之类的瑕疵。通过改进织物结构和卷绕方法，所得到的复合材料能具有较高的纤维与树脂比以及改进的机械性能。 [0010] 披露一种将具有多个轴向材料束的织物施加到成形件周围以形成织物预制件的方法。可随后将树脂施加于该织物预制件以形成复合部件。根据该方法，织物的一端接纳在成形件上，以使得织物的轴向材料束沿大体垂直于成形件的中心轴线的方向延伸。多个轴向材料束中的至少一些在织物的并未附连于成形件的端部上分别张紧，并且通过使织物和成形件绕中心轴线相对于彼此转动来将织物卷绕在成形件周围。 [0011] 将轴向材料束中的至少一些分别张紧可实现在卷绕过程中、相对于织物的剩余部分有差别地放出轴向材料束。因此，将轴向材料束中的至少一些分别张紧和将织物卷绕在成形件周围的步骤可同时发生。 [0012] 在一些形式中，织物可以是三轴编织织物，该三轴编织织物包括多个轴向材料束和多个双轴材料束。将多个轴向材料束分别张紧可致使轴向材料束中的至少一些相对于双轴材料束滑动。例如通过织物结构或者通过在纤维或纤维束之间存在粘结剂或摩擦，该方法也可应用于不允许此种滑动的场合。 [0013] 周围接纳有织物的成形件可具有不同的形状和几何尺寸。成形件可以是可绕中心轴线转动的心轴。该成形件可以是大体圆柱形的或者可以是所具有的表面相对于中心轴线具有不同径向距离的非圆柱形的。 [0014] 张紧机构可用于向轴向材料束施加分别张紧。在一个实施例中，可通过将轴向材料束连接于相应的接合器或重块来执行将多个轴向材料束中的每个分别张紧。为了便于该连接，多个轴向材料束中的端部可附连于中间连接器，该中间连接器联接于相对应的接合器或重块。中间连接器可附连于从相对应的接合器或重块延伸出的线。 [0015] 其它张紧机构也可用于向轴向材料束施加此种分别张紧。在一个较佳实施例中，对于每个相对应的张紧机构存在一个轴向材料束；然而，可设想的是，在一些实施例中，可存在附连于单个张紧机构的多个轴向材料束。在该情形中，会需要多个张紧构件，以允许至少一些轴向材料束相对于其它轴向材料束(或材料束的组)有差别地放出。 [0016] 在一些形式中，施加于轴向材料束的张力可以是基本上相等的。然而，在某些实施例中，有用的是可基于织物预制件的几何形状来施加有差别的张力，以助于轴向材料束在织物或织物预制件的某些区域中放出或滑动。 [0017] 轴向材料束中的至少一些能以与其它轴向材料束的速率不同的速率放出。不同轴向材料束的放出速率可至少部分地由周围卷绕有轴向材料束的成形件的局部形状、或者添加至预制件的局部材料构造的存在所规定。 [0018] 为了清楚起见，在卷绕之后，由于轴向材料束沿大致环绕方向延伸，因而这些轴向材料束变为织物预制件上通常称为“环绕材料束”的材料束。因此，由于轴向材料束与织物的预期馈送方向对准，因而如此描述这些轴向材料束。 [0019] 还披露了一种根据本文所述方法形成的织物预制件。在上述织物预制件中，比起并非通过将多个轴向材料束中的至少一些分别张紧所形成的织物预制件，织物能更紧密地卷绕。这允许在将树脂施加于织物预制件之后形成的复合部件中具有较高的织物与树脂容积比(也称为纤维容积比或纤维容积分数)。 [0020] 还披露了一种用于实践本文所描述方法的设备。该设备包括成形件和多个分别张紧机构，这些分别张紧机构相对于该成形件设置在一定距离处。该成形件用于接纳织物的一端并且具有中心轴线。该多个分别张紧机构用于分别地连接于织物的一开始并未接纳在成形件上的端部上的多个轴向材料束中的至少一些。当织物的一端接纳在成形件上、且成形件和织物中的至少一个绕中心轴线转动以将织物卷绕在成形件周围时，多个分别张紧机构将张力分别地施加于轴向材料束。 [0021] 在一个形式中，分别张紧机构可各自包括相对应的接合器或重块。该分别张紧机构还可包括中间连接器，用于固定于轴向材料束的端部，其中每个中间连接器还联接于相对应的接合器或重块。每个接合器或重块可构造成向轴向材料束施加基本上类似的张力。 [0022] 该成形件可以是可绕中心轴线转动的心轴，具有大体圆柱形形状，或者具有非圆柱形形状，而非圆形形状的成形件所具有的表面相对于中心轴线具有不同的径向距离。 [0023] 本发明的这些和其它优点将会从以下详细描述和附图中显现出来。下文仅仅是对于本发明的一些较佳实施例的描述。由于这些较佳实施例不趋于作为落在本权利要求的范围内的仅有的实施例，因而为确定本发明的整个范围，应参见所附权利要求。 附图说明[0025] 图2是用于风扇容纳壳体或风扇壳体的织物预制件的一个实施例； [0026] 图3是在大体管状本体的轴向端部处已形成凸缘之后、与图2类似的风扇容纳壳体或风扇壳体； [0027] 图4是图2所示织物预制件的部分视图，其中具有剖取的截面； [0028] 图5是图3所示风扇容纳壳体或风扇壳体的部分视图，其中具有剖取的截面； [0029] 图6示出能用于制造织物预制件和复合部件的三轴织物材料； [0030] 图7是三轴织物的部段的详细视图，其中轴向或环绕材料束从织物的端部延伸出； [0031] 图8是三轴织物的侧剖视图； [0032] 图9是用于在对每个轴向材料束分别张紧的同时、形成织物预制件的设备的示意图； [0033] 图10是可用于将轴向材料束连接于张紧机构的中间连接器的一个实施例； [0034] 图11示出了带有边缘衬条的织物，这些边缘衬条用于在织物中引导斜材料束； [0035] 图12是如图11所示附连于织物的边缘衬条的详细视图，该视图提供了边缘衬条附连于双轴材料束的进一步细节； [0036] 图13是用于周期性地切断或剪断轴向材料束的设备； [0037] 图14是凸缘的一部分的侧视图，其示出了其中一些环绕材料束部段的布置和间隔； [0038] 图15是通过使用真空将膜片抽吸抵靠于预制件、而在织物预制件的卷绕过程中持续地施加压力的设备的侧视图； [0039] 图16是图15所示设备的部分立体图，其中更详细地示出了该设备在成形件中的各个构件；以及 [0040] 图17是图15所示设备的剖视图，其中在成形件的转动部分和连接于真空的固定部分之间存在滑动密封。 具体实施方式[0041] 本发明涉及用于生产织物预制件的改进方法，这些织物预制件能被进一步处理以制造复合部件或零件。通常，一旦卷绕好织物预制件，就能将树脂导入到织物预制件中以形成复合部件。能以多种方式中的任何一种方式来提供该树脂，这些方式包括但不局限于注塑和诸如树脂传递模塑(RTM)和真空辅助树脂传递模塑(VART)之类的传递模塑。在使得树脂固化之后，织物中的高强度纤维在树脂基体内保持就位，以提供复合材料。 [0042] 在本文的详细描述中，提供了织物预制件和复合部件的一些具体实施例，其中描述了用于飞行器的复合部件。然而，所说明的预制件和部件不应被理解成所描述方法可适用的仅有的预制件和部件。本文所描述的方法也可用于制造非飞行器用复合部件，以及将织物卷绕在成形件周围以产生织物预制件的任何其它工艺。 [0043] 首先参见图1，示出了用于飞行器的涡轮风扇发动机10的一部分。该涡轮风扇发动机10包括风扇组件12，该风扇组件可绕涡轮风扇发动机10的中心轴线A-A转动以吸入空气，并且最终产生推进力。风扇组件12具有中心转子14，该中心转子沿着中心轴线A-A延伸并且包括多个叶片16，这些叶片大体从中心转子14径向向外延伸。 [0044] 该风扇组件12至少部分地由风扇容纳壳体18围绕。该风扇容纳壳体18由诸如封装在树脂中的织物之类的高强度复合材料制成。对于飞行器部件而言，织物可由碳纤维材料制成，而树脂可以是诸如双马来酰亚胺或聚酰胺之类的环氧树脂或高温树脂，以制造高温下稳定的强度和刚度极高的部件。然而，根据应用的需求，也可使用其它纤维和树脂材料。在下文将更详细地描述可用于构造复合材料的其中一些材料。 [0045] 风扇容纳壳体18有助于防止任何抛射物沿可能损坏发动机10或飞行器的方向径向地离开涡轮风扇发动机10。例如，如果风扇组件12的其中一个叶片16由于处于其中一些或所有叶片16从中心转子14断裂的“叶片断开”情形而失效，则风扇容纳壳体18有助于容纳叶片16的断裂部分。类似地，如果在进气过程中外部物体被吸入到涡轮发动机10中，则风扇容纳壳体18能防止若该物件在接触叶片16之后径向向外发射而发生可能的毁灭性事件。 [0046] 图1还示出了附连在风扇容纳壳体18后方的风扇壳体19。该风扇壳体19能由与风扇容纳壳体18类似的材料制成，并且与发动机旁通空气在其内流动的管道接续。 [0047] 现在转向图2至5，示出在凸缘22形成在轴向端部24和26上之前和之后的、具有轴线B-B的用于风扇容纳壳体18的织物预制件20。该织物预制件20具有大体管状的本体28，该本体在两个轴向端部24和26之间延伸。该本体28包括径向面向内表面30和径向面向外表面32，该径向面向内表面在成形过程中与成形件或心轴接触。在所示的特定实施例中，本体28包括折曲部或弯曲部的一部分34，该折曲部或弯曲部的一部分将风扇容纳壳体18的本体28分隔成不同直径或半径的两个部段36和38。这些不同直径的部段36和38可有助于适应叶片 16的特定位置(例如图1所示)，并且也可用于引导空气流经过涡轮风扇发动机10。该折曲部或弯曲部的一部分34在概念上是本体28中至少部分地沿径向方向延伸的结构特征。 [0048] 在图2和4中最佳示出的是，用于风扇容纳壳体18的织物预制件20可成形为，使得轴向端部24和26比大体管状本体28的剩余部分薄，以在轴向端部24和26上限定前体凸缘区域40。在导入树脂之前，这些前体凸缘区域40可在图4的线条41处向上弯曲，以形成用于将风扇容纳壳体18附连于最终组件中的相邻部件的凸缘22。类似地，这些前体凸缘区域40可在图4上的线条41处向下弯曲以形成凸缘22。然而，还可设想的是，通过采用下文的织物处理技术，凸缘22可与织物的卷绕同时形成。类似地，可设想仅仅在端部24或26中一个端部处具有一个凸缘或者甚至不具有凸缘的设计。 [0049] 用于风扇容纳壳体18的织物预制件20包括多个织物卷绕层。风扇容纳壳体18的厚度部分地由织物层的数量以及织物厚度所规定。然而，织物的卷绕质量以及蓬松度也会影响织物预制件20和所得到复合部件的厚度。例如，充分去胀的织物预制件所具有的平均厚度通常小于并未充分去胀的织物预制件的平均厚度，这是因为织物卷绕中的瑕疵会产生不规则区域。 [0050] 为了解风扇容纳壳体18中的织物预制件20的纤维结构，现在附加地参见图6至8对用于形成织物预制件20的一种较佳织物进行更详细地描述。在图6至8中，所示三轴织物42包括各个织物材料束，这些织物材料束编织在一起以形成织物片44。三轴织物42包括多个环绕或轴向材料束46以及多个双轴材料束48和50。 [0051] 如本文所使用的，材料束指代纤维束或丝束，该纤维束或丝束设置成形成连续长度的材料。通常，对于飞行器复合结构而言，这些材料束由碳纤维或石墨制成，该碳纤维或石墨对于它们的重量而言具有良好的强度。 [0052] 环绕或轴向材料束46设置成大体彼此平行。为了简化起见，这些材料束46沿大体与织物片44的织物片44卷绕在成形件或心轴周围时行进的方向平行的方向延伸。因此，在织物馈送或卷绕方面，这些材料束可称为轴向的。由于这些材料束46再绕成形件或心轴的中心轴线卷绕，因而这些材料束46也可被称为“环绕材料束”，这是因为一旦织物44敷设到成形件之上，材料束46就沿环绕方向在成形件周围延伸。 [0053] 多个双轴材料束48和50包括两组材料束，这两组材料束分别相对于轴向材料束46以正角以及相对于轴向材料束46以负角定向。双轴材料束48和50交替地穿过轴向材料束46上方和下方，以形成在图8中最佳示出的织物片44，从而在织物片中形成编织物。这意味着轴向材料束46大致直线地延伸穿过织物片44。当织物片44被覆平时，两组双轴材料束48和50中的每组材料束都大体彼此平行(即，第一组双轴材料束48中的各个材料束彼此平行，且第二组双轴材料束50中的各个材料束彼此平行)。 [0054] 虽然已描述了三轴织物并且提供了用于生产示例在风扇容纳壳体18的示例复合部件的织物成形件20的基础材料，但可设想其它类型的织物也可用于本文所使用的一些方法。因此，应理解的是，虽然一些技术会固有地受到织物特征所限制，但也可使用其它类型的织物。例如，如果织物不包含轴向材料束，则无法容易地实施分别地且独立地张紧环绕材料束。 [0055] 现在转向图2至5并且更确切地转向图4和5，多层三轴织物42卷绕在彼此之上以产生织物预制件20。三轴织物42设置在织物预制件20中，以使得轴向材料束46沿着织物预制件20的环绕方向延伸并且大体垂直于轴线B-B，而双轴材料束48和58大体螺旋地设置在大体管状本体28周围。 [0056] 通常，为了形成织物预制件20，将织物44的一端接纳在成形件上，以使得织物的轴向材料束沿大体垂直于成形件的中心轴线的方向延伸。然后，通常通过转动成形件以将织物44拉到成形件上来将织物44卷绕在成形件周围，以敷设织物44的各层(尽管在成形件保持静止或者在成形件也转动的同时，也可将织物的自由端环绕在成形件周围)。在此种卷绕过程中，可使用下文描述的设备和工艺对织物44进行周期性地去胀或连续地去胀。 [0057] 为了形成前体凸缘区域40中的相对较薄部分，可在将织物42敷设在成形件上之前切割织物42。这样，较少层的三轴织物42敷设在成形件的轴向端部上。 [0058] 现在，将描述对于卷绕工艺的各种改进，这些改进能有助于提供一种织物预制件，该织物预制件所具有的织物结构能促进较强复合部件的形成。所描述的方法能在卷绕工艺过程中更佳地控制织物，并且在卷绕织物时改进预制件的连续去胀。这意味着所得到的织物预制件被更紧地卷绕，比使用传统卷绕方式制造的预制件具有更低的膨胀度，并且在如此卷绕的织物预制件中具有较少的褶皱和波纹。当通过将树脂施加于预制件来形成复合部件时，最终的复合部件具有较高的织物与树脂容积比，该较高的织物与树脂容积比改进了复合部件的强度与重量比，并且在复合部件内提供更一致的织物结构。 [0059] 转向图9，示出卷绕设备52，该卷绕设备能用于将织物44卷绕在成形件54上，同时将彼此分开且独立的每个轴向或环绕材料束46同时张紧。该卷绕设备52包括成形件54和工作台56，该成形件具有中心或转动轴线C-C，而该工作台与成形件54隔开并且支承多个分开的张紧机构58。 [0060] 在所示的实施例中，成形件54是可转动心轴，该可转动心轴将织物44的一个端部接纳在其上。能以多种方式中的任何一种方式来实现织物44的端部的接纳，这些方式例如包括通过缠绕、粘合剂、紧固件、夹持等等将织物44的一个端部附连于成形件54。也可通过将织物44卷绕在成形件54上至少一整圈且然后使织物44保持绷紧、以使得织物44卷绕在自身之上的张力就能将织物44保持在成形件54上，从而将织物44接纳在成形件54上。 [0061] 如图所示，成形件54具有圆柱形的形状(即，在成形件54的织物卷绕在其上的轴向长度上具有恒定的半径，由此限定了中心在轴线C-C的面向外圆柱形表面60)。然而，在其它实施例中，成形件54可具有不同的形状。例如，成形件可具有正方形或矩形截面，该正方形或矩形截面会致使纤维预制件具有管状矩形形状。在另一示例中，成形件可具有在成形件的轴向长度的至少一部分上变化的半径。该可变半径可用于形成例如在图1所示的风扇容纳壳体18上观察到的折曲部之类。 [0062] 在卷绕设备52的另半部可观察到，张紧机构58在工作台56上散开或铺开。每个张紧机构58都具有从中馈送出的线62。这些线62各自在织物44的自由端64(也就是织物44的与织物44中一开始被卷绕在成形件54周围或接纳在成形件上的端部相对的端部，以使得轴向材料束46从一个端部延伸至另一个端部)处联接于其中一个轴向材料束46。来自张紧机构58的线62馈送通过引导件或梳理件66，以使得每根线62都与线62所联接的相对应轴向材料束46大体共线。这样，尺寸显著地大于轴向材料束46的尺寸的每个张紧机构58可在工作台56上彼此隔开，并且为线62的行进提供充足的间隙。 [0063] 在图9所示的实施例中，每个张紧机构58都是磁性接合器。每个磁性接合器都具有卷轴，该卷轴将线62从其送出。在线62的此种送出过程中，伴随着从卷轴拉动或退绕线62，磁性接合器提供抵抗卷轴转动的可控阻力。例如下文将更详细描述的是，由于每根线62都附连于轴向材料束46，因而每个轴向材料束46都分别且独立地张紧和放出。 [0064] 如本文所使用的，“分别地张紧”轴向材料束意味着所述轴向材料束与织物中的其它轴向材料束的至少一些不相关地张紧。在一个较佳实施例中，织物中的每个轴向材料束都彼此分别地张紧。此种分别张紧能致使一个或多个轴向材料束46在织物44的双轴材料束48和50内滑动。然而，在其它形式中，轴向材料束的分别张紧能以组的形式执行。例如，两个或多个轴向材料束可与其它材料束不相关地张紧。这可有益于使得卷绕设备的尺寸和/或成本最小化。个别地放出意味着能以不同的长度放出材料束。至少对于一定时间段，一个材料束能以与另一材料束的速率不同的速率进行馈送。 [0065] 现在转向图9中卷绕设备52的所示实施例，虽然对于各个轴向材料束46进行个别地张紧，但这并非必然意味着每个轴向材料束46都接受不同的张力。实际上，可将张紧机构58设定为对于每个轴向材料束46都提供相同的张力或基本上相同的张力。由于织物44自身或者成形件54在其轴向长度上的形状的差异性，在各个轴向材料束46上分别地保持恒定的轴向张力会致使在织物44中有差别地放出轴向材料束46。相反，如果在织物44的整个宽度上将织物夹紧，则夹持力会抑制织物46的轴向材料束相对于彼此的运动或各自的放出。 [0066] 轴向材料束46有差别放出的能力能用于改进织物预制件20的质量和一致性。虽然单独地张紧的织物需要相对于成形件极为仔细地对准以防止织物的不均匀卷绕，但所披露的卷绕设备52容许度更大并且能适应更大的错位。此外，由于轴向材料束46能相对于彼此滑动，因而可更佳地适应在其宽度上具有不同截面的成形件，这是因为卷绕在成形件中具有较短周界的一部分周围的轴向材料束46能比卷绕在成形件中具有较长周界的一部分周围的轴向材料束46放出更多。这可以是用于生产图1至5中示出的风扇容纳壳体18所用织物预制件20的成形件的情形。 [0067] 可设想的是，来自张紧机构58的线62可直接连接于轴向材料束46，或者轴向材料束46可经由中间连接器连接于线62。当使用中间连接器时，该中间连接器可同时附连于线62和轴向材料束46。通过使用某种连接件，以保持线62的完整性的方式实现中间连接器与相对应线62的连接。由于直接连接可包括将线打结或粘合至轴向材料束并且在不牺牲一定长度的线的情形下就难以分离，因而中间连接器可用于将轴向材料束46可逆地连接于线 62。 [0068] 在图10中部分地示出一种类型的中间连接器68。该中间连接器68包括一对带有孔72的垫板70。在轴向材料束46的端部74的每一侧上设置垫板70，然后将垫板70放置在一起以将轴向材料束46的端部74夹在它们之间。在一些形式中，垫板70可结合粘合剂使用以附连于轴向材料束46。在其它形式中，一个或多个垫板70可朝向彼此磁性吸引。在又一些其它形式中，可将机械压力施加于垫板70，以使得这些垫板将轴向材料束46的端部74夹紧。然后，可将系于线62的端部的钩状件76引过垫板70中的孔72，以将垫板70暂时地连结于张紧机构58的线62。 [0069] 由于比起并未通过将多个轴向材料束中的至少一些轴向材料束分别张紧所形成的织物预制件可更紧密地卷绕织物，因而在将树脂施加于织物预制件之后形成的复合部件中能实现较高的织物与树脂容积比。 [0070] 现在参见图11和12，示出边缘衬条78a、78b、78c以及78d，这些边缘衬条能附连于织物44的双轴材料束48和50的端部。当这些边缘衬条78a、78b、78c以及78d附连于双轴材料束48和50的端部时，能移动这些边缘衬条78a、78b、78c以及78d以更佳地控制织物内的剪切角并对各个材料束进行导向。这表示了在织物预制件20的卷绕之前和卷绕过程中处理织物44以控制纤维结构的又一模式。 [0071] 边缘衬条78a、78b、78c以及78d中的每个在织物44的侧向边缘80和82中的一个边缘上附连于其中一组双轴材料束48或50的端部。侧向边缘80和82相对于织物44在成形件54上的馈送方向(由图11中箭头D所示)是“侧向的”，该馈送方向大体垂直于成形件的转动轴线C-C。在所示出的形式中，例如可在图12中观察到，在织物44的侧向边缘80上，边缘衬条78a附连于第一组双轴材料束48的一个端部，而边缘衬条78b附连于第二组双轴材料束50的一个端部。在织物44的另一侧向边缘82(该侧向边缘与第一侧向边缘80相对)上，边缘衬条 76c附连于第一组双轴材料束48的另一端部，而边缘衬条76d附连于第二组双轴材料束50的另一端部。 [0072] 边缘衬条78a、78b、78c以及78d能以多种方式中的任一方式附连于相应一组材料束的端部。例如，边缘衬条78a、78b、78c以及78d可粘附于材料束。在另一示例中，边缘衬条78a、78b、78c以及78d可各自包括多个部件，这些部件在所施加的力的作用下夹在一起以抓持材料束的端部。 [0073] 在所示出的实施例中，边缘衬条78a、78b、78c以及78d各自具有形成在其中的一排开口84，这些开口例如能与一系列钩状件接合，以有选择地并且独立地移动边缘衬条78a、78b、78c以及78d。这些钩状件可用于使得边缘衬条78a、78b、78c以及78d相对于织物44向前或向后运动(即，分别平行于或反向平行于箭头方向D)，和/或相对于织物44向外侧向地运动(即，在织物44的平面中垂直于箭头方向D)。还可使用边缘衬条78a、78b、78c以及78d的其它或替代的接合装置，例如但不局限于链轮。 [0074] 这些边缘衬条78a、78b、78c以及78d能被彼此独立地控制。由于这些边缘衬条附连于两组斜材料束(在所示的形式中，这两组斜材料束是第一和第二组双轴材料束48和50)，第一组斜材料束能独立于第二组斜材料束由四个边缘衬条78a、78b、78c以及78d所控制。通过使得一个或多个边缘衬条78a、78b、78c以及78d运动，能够在将织物44卷绕在成形件54周围之前和/或过程中，引导所附连的一组双轴材料束48和50以产生织物预制件20。双轴材料束48和50的此种引导可用于出于性能方面的目的来对材料束进行导向，或者以有益于织物预制件20和所得到的复合部件的形成的方式在织物44中引起剪切力或应力。 [0075] 应理解的是，为了在双轴材料束卷绕到成形件上时对双轴材料束进行充分地导向，会期望保持在边缘衬条上的力，直到将整个材料束放置在成形件上。因此，这可以是如下情形：可保持双轴材料束中首先接纳在成形件上的端部，直到第二端部也接纳在成形件上为止。由于双轴或斜材料束相对于织物的馈送方向成一角度，这意味着材料束在接纳在成形件上之后需要保持一段距离。 [0076] 现在将描述边缘衬条78a、78b、78c以及78d的多个运动示例，以强调可处理织物44的可能方式。这些示例被规定为是说明性的，但并非是可如何采用边缘衬条78a、78b、78c以及78d的仅有示例。 [0077] 为了在织物44中引起应力或剪切力，一个或多个边缘衬条78a、78b、78c以及78d可相对于织物44行进(即前行)或后退(即延后)，以控制相应附连的一组材料束的定向，并改变第一组斜材料束和第二组斜材料束之间的角度。例如，边缘衬条78a可沿着由箭头A指示的方向相对于织物44的馈送方向D行进，而边缘衬条78c可沿着由箭头R指示的方向相对于织物44的馈送方向D后退，以减小轴向材料束46和第一组双轴材料束48之间的角度。这例如会在该组双轴材料束48中产生从-60度至-50度的角位移。同时，边缘衬条78b可相对于织物44的馈送方向D后退，而边缘衬条78d可相对于织物44的馈送方向D行进，以减小轴向材料束 46和第二组双轴材料束50之间的角度。再次，这会产生从+60度至+50度的变化。这具有缩窄织物44和使双轴材料束48和50剪式运动的效果，以减小轴向材料束46之间的侧向间隔。这可以根据成形件54的形状以及在织物44上引起的局部剪切力的大小形成轴向材料束46的有差别的间隔。 [0078] 替代地，每个边缘衬条78a、78b、78c以及78d可沿相反方向(即行进而非后退，且反之亦然)运动，以致使双轴材料束48和50具有相对于轴向材料束46变大的角度。这导致在对边缘衬条78a、78b、78c以及78d施加运动之下，织物44有效地变宽。 [0079] 在另一示例中，可沿着箭头L指示的方向侧向向外拉动边缘衬条78a、78b、78c以及78d，以在织物44的宽度上保持绷紧。这可与边缘衬条78a、78b、78c以及78d行进或后退一起或分开进行。 [0080] 可设想的是，每个边缘衬条78a、78b、78c以及78d都可具有施加于该边缘衬条的力，其中在任何位置施加的力的方向沿着织物44的平面中的180度圆弧从纯粹行进方向A到纯粹逆反方向R，且该力穿过侧向向外方向L。基本上，这意味着具有(A或R)和/或L方向的合力的力可施加于每个边缘衬条78a、78b、78c以及78d。根据将力施加于边缘衬条78a、78b、78c以及78d的设备，以沿(A或R)和/或L方向的分开的离散矢量或者单一组合矢量来施加该力或这些力。 [0081] 最后，这意味着每个边缘衬条78a、78b、78c以及78d都能相对于织物馈送的方向D和速率独立地运动或保持静止，以提供多种模式的织物处理。如上所述，四个边缘衬条78a、78b、78c以及78d中的每个都能相对于织物馈送方向D行进、后退、保持静止和/或侧向向外运动。此外，每个边缘衬条78a、78b、78c以及78d的朝前/朝后运动能与侧向向外力组合，从而在织物平面中在180度范围内能沿任何方向拉动每个边缘衬条78a、78b、78c以及78d。由于能分别地控制所有四个边缘衬条78a、78b、78c以及78d，因而会产生可能施加的力的许多组合。 [0082] 虽然示出四个边缘衬条78a、78b、78c以及78d，但可设想的是，也可使用少于四个的边缘衬条78a、78b、78c以及78d来导向或引导材料束。例如，可使用单个边缘衬条来引导或导向单组材料束的一个端部。在另一示例中，一对边缘衬条可附连于织物的仅仅单个侧向边缘，以使得每一个边缘衬条附连于每一组斜纤维的成组边缘中的一个。然后通过使得其中一个边缘衬条行进而使得另一个边缘衬条后退，能在织物的该侧引起局部剪切力。 [0083] 在复杂形状的卷绕过程中，能利用织物的此种局部变形。例如，如果折曲部或一些其它结构特征存在于成形件54上，则能控制或引导斜纤维以更好地塑造表面的轮廓(例如，具有较少的褶皱，更平坦地敷设在成形件上等等)。这可例如通过选择性地引起剪切力来进行，以便于在织物预制件20上形成结构特征。 [0084] 此外，在织物44敷设于成形件54上时，通过向斜或双轴材料束施加一定量的张力或力，该织物的形状或轮廓能保持或锁定到织物预制件20中的织物44中。这意味着织物44能共轴地形成使用传统卷绕技术难以(如果并非是不可能的)获得的形状和轮廓，然后通过进一步卷绕而稳定至该构造，这首先保持了受应力条件中的下层纤维并最终保持了树脂的施加。由于应力会从织物中自然地释放出，因而除非织物的上述形状在卷绕过程中捕获在成形件上，否则织物会趋于向其初始的相对大体平坦的状态折回。 [0085] 应理解的是，需要进行一些考虑，以平衡向织物施加的各个力的强度。施加于斜或双轴材料束的力应足够大，以克服用于使织物沿馈送或加工方向保持绷紧的力。如果施加于织物的斜或双轴材料束的力过小，则用于使得织物保持绷紧的力的强度会克服施加于织物的斜或双轴材料束的力并抵消它们的效果。 [0086] 因此，使用该方法能形成纤维预制件和复合部件，并在如此敷设的织物中具有迄今未见的材料束结构。 [0087] 在一些实施例中，织物预制件包括第一容积和第二容积，第一组和第二组斜或双轴材料束相对于彼此以第一角度设置在该第一容积中，而第一组和第二组斜或双轴材料束相对于彼此以第二角度设置在该第二容积中，且第一角度与第二角度不同。这意味着，织物能在成形件的某些区域上选择性地伸展以满足所选定的几何形状。 [0088] 在其它实施例中，与放松的织物相比，斜或双轴材料束处于通过改变这些斜或双轴材料束的定向所引起的应力下，且所引起的应力在卷绕过程中锁定到织物预制件中，以维持斜或双轴材料束的定向。虽然所引起的应力或剪切力在整个预制件中会是均匀的，但这仍会在预制件的织物中引起应力或剪切力。 [0089] 在一些实施例中，一些结构特征可形成在织物预制件上，这些结构特征例如折曲部那样至少部分地沿相对于织物预制件的中心轴线的径向方向延伸，或者在直径上发生改变。 [0090] 如上所述，任何一个如此敷设的材料束结构能够通过将树脂施加于织物预制件并且使树脂固化来形成复合部件而锁定就位。 [0091] 应理解的是，可利用任何一类具有至少两组斜纤维的织物来实践织物的此种边缘处理。例如，可利用斜纹编织织物、双轴织物以及三轴织物来进行实践。如果织物是本文所描述的三轴织物42，则两组双轴材料束中的一组48由第一组斜材料束构成，而两组双轴材料束中的另一组50由第二组斜材料束构成。在一个较佳实施例中，材料束包括碳纤维，该碳纤维通常用在飞行器复合部件中。 [0092] 现在将描述处理织物以便于形成织物预制件及其所得到的复合部件的第三方法。根据该第三方法，卷绕在成形件54周围的织物44具有环绕材料束46，且这些环绕材料束46能够分成各个部段以允许改进织物44的挠性。由于环绕材料束部段分隔产生的此种改进挠性有助于形成尤其需要较高的变形量或拉伸量的结构特征(例如，形成凸缘)。 [0093] 根据一般方法，织物44的一端接纳在成形件54上，以使得织物44的环绕材料束46例如图9中总地示出那样、沿大体垂直于成形件54的中心轴线C-C的方向延伸。然后，通过使织物44和成形件54绕成形件54的中心轴线C-C相对于彼此转动来将织物44卷绕在成形件54上。在卷绕过程中或者在卷绕之后，在织物44处于张力、应力或剪切力作用下的同时，至少一些环绕材料束46分隔成环绕材料束部段。此种分隔能够沿着环绕材料束46的长度在相邻环绕材料束部段的端部之间形成空间。 [0094] 有利的是，通过将至少一些环绕材料束分成环绕材料束部段以在相邻的环绕材料束部段之间产生空间，在织物预制件的形成过程中能适应织物的增大变形。此外，在出于强度考虑在织物的至少一些部分中仍保持环绕材料束部段的存在的同时会发生上述适应情况。 [0095] 依据上文所述，为了形成诸如凸缘22那样需要高度织物变形的结构特征，会需要从织物44的将形成为上述结构的部段除去环绕材料束46。这是因为环绕材料束46通常会抑制诸如凸缘22之类待形成的径向延伸结构特征的形成，其原因则是将前体凸缘区域40弯成凸缘22的动作会很大程度上受到初始织物预制件20中的环绕材料束46的阻碍。然而，环绕材料束46的除去会使得织物预制件20某些区域仅仅留有双轴材料束48和50，并且使得这些区域比该部件的剩余部分相对较弱。 [0096] 已发现，理想的是，对织物44进行改型，以使得环绕材料束46能选择性地在张力、应力或剪切力作用下分开，从而环绕材料束46能保持在复合部件中诸如凸缘之类的区域中，而不会削弱在第一种情形中形成结构特征的能力。 [0097] 可通过在卷绕之前制备织物44来使环绕材料束46变得可分离。在一些实施例中，以周期性间隔将至少一些环绕材料束46拉伸断裂，以限定环绕材料束部段。在其它实施例中，能以周期性间隔切割环绕材料束46，以限定环绕材料束部段。 [0098] 现在来看图13，其示出了设备86，该设备用于以周期性间隔将环绕材料束46切割成环绕材料束部段87。该设备86包括成对滚筒88和90，且织物44能在该成对滚筒之间馈送。该成对滚筒中的一个滚筒88具有径向延伸刀片或冲头92，这些径向延伸刀片或冲头92能用于选择性地切割环绕材料束46。虽然并未示出，但滚筒90可具有供滚筒88的冲头92接纳在其中的相对应槽(以确保完整切断)，或者滚筒88和90可充分地隔开，从而在滚筒88和90之间形成刀片92能穿过的滚筒间间隙。虽然并未示出，但可设想的是，斜纤维或双轴材料束48和50可被分开，以在切割环绕材料束46之前提供通达环绕材料束46的通道，以使得对于双轴材料束48和50的损伤最小。 [0099] 通过使得各冲头92在滚筒88的轴向长度上并且在滚筒88的周缘上间隔开，能以周期性间隔来选择织物44中环绕材料束46的切口94的间隔。根据所示出的冲头92在滚筒90上的间隔，环绕材料束中的分隔点与在相邻环绕材料束中的那些分隔点沿环绕材料束的延伸方向错位(异相)。切口94的此种周期性间隔会是有益的，这是因为一旦在形成织物44的过程中产生空间或间隙，一个环绕材料束中的两个环绕材料束部段之间的分隔间隙就可由相邻环绕材料束中的环绕材料束部段所支承。 [0100] 例如并且附加地参见图14，示出在凸缘22弯曲之后的侧视图，其中示意地示出环绕材料束46(但为了清楚起见省略了双轴材料束)。如图所示，在凸缘22中经受剪切力的各部分中，其中一些环绕材料束46分离成环绕材料束部段87，从而沿着环绕材料束46的长度在相邻的环绕材料束部段的端部之间产生空间。在局部施加张力或拉力的情形下，每个环绕材料束46都能在分隔点处断裂和/或分开以释放张力。 [0101] 环绕材料束部段87之间的间隔能在整个预制件20(或所得到的部件18)上变化。例如，在凸缘22的内周缘96附近，环绕材料束46具有切口94，但这些切口最小程度地(如果有的话)分开。然而，在外周缘98附近，织物44在形成过程中所需的变形会需要环绕材料束46扩张成环绕材料束部段87，且在这些环绕材料束部段87之间具有间隙或空间100。如图所示，在环绕材料束部段87之间的这些空间100在凸缘22的区域中较大，在这些区域处，织物44遭受到增大的直径尺寸。此外，由于切口94彼此错位(异相)，因而避开了间隙或空间线，这可防止在最终复合部件中产生弱化线。 [0102] 为了确保间隙100被充分地覆盖并且确保环绕材料束部段87保持在织物44中，可根据材料束的宽度或直径来将环绕材料束部段87选定为至少一些最小长度。例如，在一个实施例中，环绕材料束部段87的长度不小于环绕材料束宽度的10倍。 [0103] 环绕材料束部段87之间的间隙100的分隔或间隔量会是重要的而非微不足道的。例如，环绕材料束部段87之间的间隙100会至少与织物材料束的宽度一样长。在又一示例中，环绕材料束的包括环绕材料束部段87分开之后形成的间隙100的总长度会超过环绕材料束中不具有所提供的分隔点的同一环绕材料束在由于所施加的张力而产生的弹性变形作用下的最大长度。 [0104] 此外，应注意到的是，在制备织物44时，可仅仅将织物44的某些区域制备成具有可分离的环绕材料束46。例如，在用于风扇容纳壳体18的织物预制件20的示例中，可仅仅将前体凸缘区域40和/或折曲部34制备成具有可分离的环绕材料束，因为这些区域是仅有的需要形成增大水平的织物剪切力和拉伸程度的区域。本体的大体圆柱形部分可具有标准的不可分离的环绕材料束46，以使得这些区域的结构强度最大化。 [0105] 可设想的是，在具有可分环绕材料束的织物中，在卷绕过程中可形成通常难以产生的某些结构特征。例如，通过引导具有选择性可分的环绕材料束的织物(并且可进一步使用上述边缘衬条技术来使得双轴材料束48和50运动)，可在如此敷设的预制件中形成凸缘22，而无需将预制件再次弯曲来获得该结构特征。 [0106] 还可设想的是，能对织物结构进行改型，以限制相邻环绕材料束中的环绕材料束部段87的相对布置。例如，能将侧向连接线分别地连结于各个相邻的环绕材料束部段87以将它们保持在一起。如果线与环绕材料束部段87的连接大于使得特定环绕材料束中环绕材料束部段87彼此分开所需的力，则该侧向连接螺纹通常会限制环绕材料束部段87相对于彼此的布置和间隔。这例如可用于抑制在环绕材料束中形成单个较大间隙而非多个较小间隙。此外，在分隔点被有意地设定成彼此错位的情形下，此种侧向连接螺纹可用于确保这些间隙不会形成弱化线。 [0107] 因此，提供如下一种织物预制件或复合部件，该织物预制件或复合部件包括由织物形成的本体和形成在本体中的至少一个结构特征。结构特征(例如，风扇容纳壳体中的凸缘)中的至少一些环绕材料束分成环绕材料束部段，这些环绕材料束部段沿着环绕材料束的长度彼此隔开。为了利用可扩张或可分环绕材料束的益处，该结构特征(包括环绕材料束)可至少部分地沿远离该本体的中心轴线的径向方向延伸。此外，基础织物中的其中一些环绕材料束可以是可分的，而其它环绕材料束可以是不可分的，以使得结构的强度最大化。 [0108] 最后，织物预制件连续地去胀的方法可与本文所描述的织物处理技术分别采用或者与一种或多种织物处理技术结合采用。 [0109] 现在参见图15至17，示出一种用于使得织物预制件连续地去胀的设备102。在敷设织物时，该设备向织物的顶层的一部分施加压紧压力。 [0110] 首先观察图15所示的简化视图，该设备102包括成形件104，该成形件可绕中心轴线D-D转动，用以接纳用于织物预制件20的织物44。在一些方面，该成形件104类似于一些其它成形件，在这些其它成形件中织物44拉到成形件上用以卷绕织物预制件20。 [0111] 然而，该设备102与典型的卷绕设备的不同之处在于，该设备还构造成同时使膜片106绕成形件104的至少一部分行进。膜片106从膜片供给卷轴108馈出并且具有膜片路径，该膜片路径延伸至成形件104、绕成形件104的至少一部分(如图所示是大约300度)、绕中间辊子110并到与成形件104隔开的膜片拾取卷轴112上。该膜片106设置在成形件104径向外面，以使得织物预制件20的织物44捕获在膜片106和成形件104之间。由于膜片106在行进到拾取卷轴112上之前仅仅围绕成形件104的一部分延伸，因而膜片106并是做成织物预制件 20的一部分，而是围绕织物预制件20的一部分。 [0112] 膜片106和织物44可一起馈送到成形件104上，使得膜片106相对于成形件设置在织物44外面。这样，可认为在膜片一开始卷绕到成形件104上时，该膜片106用作承载织物44的衬片。 [0113] 现在附加地参见图16和17，示出设备102的又一些细节。确切地说，示出抽真空结构，该抽真空结构用于在成形件104和膜片106之间抽真空，以使得织物44在该成形件104和膜片106之间被压缩。 [0114] 应注意到的是，为了进行抽真空，应在成形件104中位于成形件104和膜片之间之间的侧向或轴向端部处形成密封件。在所示的实施例中，由于成形件104是大体圆柱形的，因而密封件在圆弧上延伸。 [0115] 需要被“密封”的其它部位是(1)在所馈送的织物一开始与成形件104接触(或者织物44已卷绕在成形件上)的位点处以及(2)在膜片106与成形件的外周缘分开的位点处的横向于织物馈送路径的线路。通过使膜片106和织物44保持绷紧，这些线路会形成少量气体能穿过的伪密封。 [0116] 真空源(由箭头114示出)用于在膜片106和成形件104之间抽真空。该真空致使膜片106被拉向成形件104，由此向被卷绕成织物预制件20的织物的面向外表面施加压紧压力。 [0117] 在所示出的设备102的特定实施例中，通过成形件104的一部分抽取真空。在图16和17中最佳示出的是，成形件104包括固定部分116和转动或可转动部分118，由于成形件104的形状，因而该固定部分和转动或可转动部分都是大体环形的。如图所示，转动部分118包括中心部段120，其中侧向部段122固定地连接在该中心部段的端部处。中心部段122和侧向部段122的面向外表面大体限定了成形件104的卷绕有织物44的表面。 [0118] 在截面中，侧向部段122大体是倒置的U形通道。这些侧向部段122包括多个开口124，这些开口从侧向部段122的面向外一侧(限定了成形件104的一部分)延伸至“U”形通道内侧的面向内一侧。 [0119] 在截面中，固定部分116是大体U形通道，该大体U形通道粗略地接纳在倒置形“U”形通道中。成对环形密封件126固定于固定部分116和转动部分118中的一个，用以在这两个部分之间形成环形真空腔室128。在所示出的特定形式中，密封件126连接于固定部分116并且压靠于转动部分118的面向内表面。 [0120] 一系列真空管路130连接于固定部分116并且与真空腔室128连通。通过这些真空管路130，可使用真空源114在真空腔室128中抽取真空。由于开口124与真空腔室128连通，因而在真空腔室128中抽取的真空与膜片106和成形件104之间的区域连通。当有足够的密封件设置在成形件104的侧向边缘以及横向于织物馈送路径的线路上时，该真空致使膜片106被下吸，以使得膜片向部分卷绕的织物预制件20施加压紧压力。 [0121] 在所示出的形式中，通过在成形件104的卷绕有织物44的一部分外面轴向放置一对凸起垫圈132来形成侧向密封件。将一些开口124布置在垫圈132之间，以在垫圈132之间布置与真空腔室128连通的空间。当抽取真空时，膜片106被下吸到垫圈132上并且形成侧向密封件。 [0122] 因此，使用上述类型的去胀设备102，在织物预制件的形成过程中，能将压紧压力持续地施加于织物。首先，将织物44的一端施加于成形件104。施加有织物44的成形件104至少部分地由膜片106围绕，其中膜片106沿着膜片路径从膜片供给卷轴108至成形件104并围绕成形件104的至少一部分延伸。将织物和膜片106馈送到成形件104上，以使得在膜片106馈送到成形件104周围(但并非构成预制件20的一部分)的同时，织物44卷绕在成形件104上以形成织物成形件20。在此种馈送过程中，抽取真空以从成形件104和膜片106之间排出气体，由此将膜片106压到织物44上并将压紧压力施加于织物44。 [0123] 可与卷绕过程同时地施加上述压紧压力，且该压紧压力可以是恒定的。然而，可设想的是，可使用去胀设备102施加交替可变和/或周期性的压力。由膜片106施加于织物104的压紧压力可以是大约12psi(磅/平方英尺)；然而，根据织物44的机械性能、成形件104的几何形状、在卷绕过程中施加于织物44的力等等可施加不同的压紧压力。 [0124] 此外，膜片106能围绕卷绕在成形件104上的织物的相当大部分但非所有部分。这意味着，压紧压力在成形件104的少于一整圈范围内施加于织物。可设想的是，最上方织物层的75％或更高百分比的表面积可由膜片106压靠于成形件。因此，与典型的去胀方法不同，在给定时间内仅仅对织物预制件的一部分进行去胀，且在成形件104的转动过程中，该特定部分发生恒定地更替。 [0125] 在该方法的一些形式中，中间辊子110传送膜片106和使膜片106改向使其从围绕成形件104的至少一部分至拾取卷轴112。该中间辊子110可具有与成形件104的中心轴线D-D平行但隔开的轴线，且此外还可偏置成与成形件104接触以助于形成良好的密封。 [0126] 使用该方法，可形成用于诸如风扇容纳壳体或风扇壳体复合部件的织物预制件。由于在卷绕过程中对织物进行持续地去胀，因而所得到的织物预制件会明显没有膨胀和褶皱。因此，该技术在下层织物中提供了优于传统卷绕技术所获得纤维结构的纤维结构。 [0127] 该方法也可用于对预浸渍或非预浸渍织物进行去胀。预浸渍织物是那些在所供给的织物中包含一定量树脂的织物，且因此被称为预浸渍有树脂材料。然而，由于与非预浸渍织物相比，预浸渍织物是实心的并且无法良好地透过气体，因而可设想的是，膜片106可具有一定纹理，以在成形件104的轴向长度上、将真空传递至膜片106的底表面和最上方预浸渍织物层的上表面之间。 [0128] 应再次强调的是，该去胀技术可与其它织物处理技术组合，以协同地产生用于超高强度复合部件的织物预制件。例如，该去胀技术可与分别轴向张紧方法组合，以产生具有极高的纤维容积比的预制件。 |
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