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偏移针刺头针刺环形 纤维预制件形成的织物的台和方法

阅读：838发布：2020-05-12

专利汇可以提供偏移针刺头针刺环形纤维预制件形成的织物的台和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种偏移针刺头针刺环形纤维预制件形成的织物的台和方法，所述用于针刺由环形纤维预制件制成的织物结构的圆形针刺台(10)包括：水平顶部(14)，环形纤维预制件(12)待放置在所述水平顶部(14)上；驱动机构，所述驱动机构用于驱动纤维预制件使其围绕竖直旋转轴线(16)旋转；和针刺机构(22)，所述针刺机构(22)用于针刺纤维预制件，所述机构包括针刺头(24)，所述针刺头(24)在台顶部的预定角扇区上延伸并且被驱动从而相对于台顶部进行竖直往复运动；和装置(38)，所述装置(38)使针刺头相对于纤维预制件的旋转轴线以径向方向移动。，下面是偏移针刺头针刺环形纤维预制件形成的织物的台和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于针刺由环形纤维预制件制成的织物结构的圆形针刺台(10)，所述圆形针刺台包括：
水平顶部(14)，环形纤维预制件(12)待放置在所述水平顶部(14)上；
驱动机构(18a、18b)，所述驱动机构(18a、18b)用于驱动纤维预制件使其围绕竖直旋转轴线(16)旋转；和
针刺机构(22)，所述针刺机构(22)用于针刺纤维预制件，所述针刺机构包括针刺头(24)，所述针刺头(24)在圆形针刺台的水平顶部的预定角扇区上延伸并且被驱动从而相对于所述圆形针刺台的水平顶部进行竖直往复运动；
所述圆形针刺台的特征在于其进一步包括装置，所述装置在针刺纤维预制件的过程中使针刺头相对于纤维预制件的旋转轴线以径向方向移动，并且所述装置为电动马达(38)，其中，所述针刺机构(22)包括：
竖直支撑件(36)，所述竖直支撑件(36)被驱动从而相对于圆形针刺台的水平顶部竖直往复运动并且具有安装在其上的针刺头(24)；和
电动马达(38)，所述电动马达(38)安装在竖直支撑件上并且具有输出轴(40)，所述输出轴(40)联接至针刺头从而使其相对于纤维预制件的旋转轴线沿着径向方向移动，并且电动马达(38)为线性步进马达，并且所述电动马达构造成将针刺头定位在相对于纤维预制件的旋转轴线的至少三个不同的径向位置上，并且所述电动马达将针刺头在纤维预制件围绕竖直旋转轴线的连续旋转之间定位在不同的径向位置处。
2.根据权利要求1所述的用于针刺由环形纤维预制件制成的织物结构的圆形针刺台，其中针刺头(24)适合于沿着竖直支撑件(36)的顶部边缘(36a)滑动。
3.根据权利要求1或2所述的用于针刺由环形纤维预制件制成的织物结构的圆形针刺台，其中针刺机构(22)的竖直支撑件(36)进一步包括用于针刺头(24)的径向移动的行程终止传感器(44)。
4.一种针刺由环形纤维预制件形成的织物结构的方法，所述方法包括：
将环形纤维预制件(12)以重叠层的形式放置在水平顶部(14)上；
使环形纤维预制件在圆形针刺台的水平顶部上围绕竖直旋转轴线(16)旋转；和通过针刺头(24)针刺纤维预制件，所述针刺头(24)在圆形针刺台的水平顶部的预定角扇区上延伸并且被驱动从而相对于圆形针刺台的水平顶部竖直往复运动；
所述方法的特征在于在针刺纤维预制件的过程中使针刺头相对于纤维预制件的旋转轴线以径向方向移动，用以在纤维预制件的针刺中引入径向偏移，
其中对所述纤维预制件的针刺包括：至少将针刺头定位在相对于纤维预制件的旋转轴线的第一径向位置处，通过所述针刺头针刺所述纤维预制件从而将纤维预制件定位在该第一径向位置处，然后将针刺头定位在相对于纤维预制件的旋转轴线的第二径向位置处，所述第二径向位置从所述第一径向位置偏移，然后通过所述针刺头针刺所述纤维预制件从而将纤维预制件定位在该第二径向位置处。
5.根据权利要求4所述的针刺由环形纤维预制件形成的织物结构的方法，其中针刺头在纤维预制件围绕旋转轴线的两次连续旋转之间通过相同大小的预定行程(p)径向移动。
6.根据权利要求4所述的针刺由环形纤维预制件形成的织物结构的方法，其中对于纤维预制件围绕旋转轴线的每次新的旋转，针刺头通过相同的预定大小的行程(p)径向移动。
7.根据权利要求4或权利要求5所述的针刺由环形纤维预制件形成的织物结构的方法，其中针刺头的行程和径向移动数目为所需针刺密度的函数。

说明书全文

偏移针刺头针刺环形纤维预制件形成的织物的台和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及针刺环形纤维预制件从而制备针刺的织物结构的一般领域。

背景技术

[0002] 已知使用圆形形状的针刺台从而制造环形织物结构，所述环形织物结构构成由复合材料制成的环形部件的纤维增强件，所述环形部件特别是制动盘，例如由用于飞机制动器的碳/碳(C/C)复合材料制成的盘片。

[0003] 通常地，圆形针刺台包括在其上放置环形纤维预制件的水平顶部，用于驱动纤维预制件使其围绕竖直旋转轴线旋转的驱动机构(通常为摩擦驱动机构)，和具有针刺头的针刺机构，所述针刺头占据台顶部的环形区并且被驱动相对于台顶部进行竖直往复运动。

[0004] 环形纤维预制件以互相叠置的层铺设在针刺台的顶部上。纤维预制件被驱动围绕竖直轴线旋转并且每当其经过针刺头下方时被针刺头撞击，从而将各个层结合在一起。随着纤维预制件的其它层被放置就位并被针刺，导致所述台向下移动行程。可以参考文献WO02/088451，其描述了这种针刺台的实施方案。

[0005] 以这种方式获得的最终产品的机械性能主要取决于纤维增强件中使用的实际针刺密度。该实际针刺密度特别取决于每单位面积的针刺密度、刺针穿透深度、台向下行程的尺寸和刺针的功能特征。

[0006] 使用现有的针刺方法，有时难以在纤维预制件的整个表面积上获得良好的针刺均匀性。此外，不能始终优化由于经过刺针而造成的所获得的纤维预制件的纤维的膨胀。

发明内容

[0007] 本发明因此提出针刺台及相关方法，所述针刺台和相关方法通过更均匀地针刺纤维预制件同时鼓励纤维的膨胀从而缓解所述缺点。

[0008] 通过用于针刺由环形纤维预制件制成的织物结构的圆形针刺台实现该目的，所述台包括：水平顶部，在所述水平顶部上待放置环形纤维预制件；驱动机构，所述驱动机构用于驱动纤维预制件使其围绕竖直旋转轴线旋转；和针刺机构，所述针刺机构用于针刺纤维预制件，所述机构包括针刺头，所述针刺头在台顶部的预定角扇区上延伸并且被驱动从而相对于台顶部进行竖直往复运动；所述台还包括装置，所述装置使针刺头相对于纤维预制件的旋转轴线以径向方向移动。

[0009] 控制针刺头从而使其在针刺纤维预制件的过程期间径向移动，从而在刺针撞击纤维预制件的位置上产生偏移。对针刺头的所述控制因此有可能获得纤维预制件中的更均匀的针刺，并且增强预制件中的纤维的膨胀，因此提升基质材料渗入到预制件的孔中。

[0010] 针刺机构可以包括竖直支撑件和电动马达，所述竖直支撑件被驱动从而相对于台顶部进行竖直往复运动并且具有安装在其上的针刺头；所述电动马达安装在支撑件上并且具有输出轴，所述输出轴联接至针刺头从而使其相对于纤维预制件的旋转轴线沿着径向方向移动。在所述情况下，马达优选为线性步进马达。

[0011] 优选地，针刺机构的支撑件进一步包括用于针刺头的径向移动的行程终止传感器。该传感器用于将针刺头设定为“零”。

[0012] 相应的，本发明还提供针刺由环形纤维预制件形成的织物结构的方法，所述方法包括：将环形纤维预制件以叠置层的形式放置在水平的台顶部上；使环形纤维预制件在台顶部上围绕竖直旋转轴线旋转；并且通过针刺头针刺纤维预制件，所述针刺头在台顶部的预定角扇区上延伸并且被驱动从而相对于台顶部进行竖直往复运动；所述方法进一步包括在针刺纤维预制件的过程中使针刺头相对于纤维预制件的旋转轴线以径向方向移动。

[0013] 针刺头可以在纤维预制件围绕旋转轴线的两次连续旋转之间通过相同的预定行程进行径向移动。

[0014] 可替代地，针刺头可以通过相同的预定行程进行径向移动，用于纤维预制件围绕旋转轴线的每次新的旋转。

[0015] 针刺头的行程大小和径向移动次数为所需针刺密度的函数。附图说明

[0016] 从下面参考附图的描述中，会呈现本发明的其它特征和优点，所述附图显示了具有非限制特性的实施方案。在这些附图中：

[0017] ·图1A-1B和2分别为显示根据本发明的圆形针刺台的侧视图和平视图；和[0018] ·图3A和3B显示了通过图1A-1B和2的台来实施本发明的针刺方法的对比实施例。

具体实施方式

[0019] 本发明应用于任何圆形针刺方法，其中环形织物层(或层片)在台顶部上堆叠并被针刺在一起从而形成环形形状的针刺纤维预制件。

[0020] 这些层可以预先形成圆环或并列的圆环区，其从由单向或多向纤维制成的机织织物或非机织物材料切割而来。其还可以由从供料机构平坦卷绕的绕卷形成，例如在专利申请WO02/088449中所描述的，或者由从变形的编织物制成的绕卷形成，或者实际从可变形的二维织物(螺旋编织物或纺织织物)的绕卷制成。

[0021] 图1A-1B和2以高度示意性的方式显示了用于进行所述针刺过程的根据本发明的圆形针刺台10。

[0022] 将用于针刺的纤维环形预制件12直接放置在针刺台的水平顶部14上。例如通过保持与预制件永久接触的锥形辊子18a和18b驱动该预制件12围绕竖直旋转轴线16旋转(图2)。

[0023] 通常地，用于驱动预制件使其旋转的该机构包括两个锥形辊子，所述两个锥形辊子彼此隔开120°并且各自被独立的齿轮马达20a、20b致动。然而，也可以设想联接至合适驱动器的共用马达。

[0024] 以更通常的方式，可以设想用于驱动纤维预制件使其围绕竖直轴线16旋转的其它装置。

[0025] 以这种方式进行旋转的环形预制件12移动通过针刺机构22，所述针刺机构22特别包括针刺头24，所述针刺头24置于水平顶部14的预定角扇区(angular sector)上。该针刺头通过合适的驱动机构26(例如曲柄滑块类型)驱动从而相对于顶部14进行竖直往复运动(即其进行上下移动)。

[0026] 针刺头24携带有预定数量的刺针28，所述刺针28具有倒钩、钩子或叉状件，用于从环形预制件的堆叠层获取纤维，并且在刺针穿透预制件时传递纤维使其穿过所述层。以已知的方式，这些刺针28以多个刺针排30的方式设置。

[0027] 针刺台的顶部14还具有一系列竖直的穿孔32，所述穿孔32与针刺头的刺针28对准设置，从而在对环形预制件的初始层进行针刺时通过刺针。每当新层被针刺时，针刺台的顶部通过合适的驱动机构34竖直移动通过与针刺的层的厚度基本对应的预定大小的向下行程。

[0028] 根据本发明，针刺机构22还具有能够使针刺头24相对于纤维预制件12的旋转轴线16以径向方向移动的装置。

[0029] 因此，在图1A-1B和2中所示的实施例中，针刺机构22具有竖直支撑件36，针刺头24安装在所述竖直支撑件36上，该支撑件通过驱动机构26驱动从而进行竖直往复运动。

[0030] 针刺机构的支撑件36在其顶部部分带有电动马达38，所述马达具有输出轴40，所述输出轴40联接至针刺头24从而使其相对于纤维预制件的旋转轴线以径向方向移动。

[0031] 优选使用线性步进马达38，所述线性步进马达38具有以线性方式移动的输出轴40。该输出轴以径向方向定向并且例如通过支架42连接至针刺头。

[0032] 如图1A-1B和2中所示，针刺头22以这样的方式安装在针刺机构的支撑件36上，从而能够沿着其顶部边缘36a在两个极限位置之间滑动，即收缩位置(图1A)和前进位置(在图1B中以距离A示意性地表示前进)。

[0033] 取决于针刺头在这两个极限位置之间的位置，由针刺头携带的刺针28对位于其下方的纤维预制件的冲击不同(每当针刺头移动时，刺针排30在不同位置处撞击)。因此可以描述为在纤维预制件的针刺中引入了径向偏移。

[0034] 通过控制机构(未示出)控制用于移动针刺头22的马达38，取决于从针刺范围中选择的参数对所述控制机构进行编程。因此，取决于待施用的针刺标准，控制机构在针刺待制备的织物结构的整个过程期间控制针刺头。

[0035] 例如，可以对控制机构进行编程从而在纤维预制件围绕其旋转轴线的两个连续绕卷之间通过相同的预定行程引入径向偏移。

[0036] 换言之，在该实施例中，针刺头设置在其极限位置之一(图1A或图1B)用于纤维预制件的整个第一次旋转。然后对于整个下一次旋转，针刺头通过预定大小的行程p(例如，对应于两个相邻刺针排30之间的距离的一半)朝向其另一个极限位置径向偏移。在下一次旋转的过程中，针刺头返回至其原始极限位置，以此类推。

[0037] 可替代地，可以对控制机构进行编程从而通过用于纤维预制件的每个新的旋转的相同预定大小的行程来引入径向偏移(即对于第一次旋转没有偏移，对于第二次旋转通过预定行程p偏移，对于下一次旋转通过另一个行程p(合计2p)偏移，对于下一次旋转通过另一个行程p(合计3p)偏移，以此类推)。

[0038] 此外，行程终止传感器44有利地设置在针刺机构的支撑件36上。该传感器44用于检测针刺头22何时到达其极限位置之一(即收缩位置)从而初始化针刺头的控制过程，即从而在开始偏移序列之前将针刺头设定在原始“0”处。

[0039] 当然，有可能设想对控制机构进行编程从而在针刺中引入径向偏移的其它方式。例如，有可能设想对于纤维预制件的前三次旋转不偏移，然后对于之后的三次旋转通过行程p使用相同的偏移，然后对于之后的三次旋转不偏移，以此类推。

[0040] 图3A和3B显示了通过现有技术的针刺方法(图3A)和通过根据本发明的针刺方法(图3B)(即其中引入径向针刺偏移)获得的针刺结果。

[0041] 图3A显示了如现有技术中控制的针刺头的刺针的冲击，针刺头设置有四排刺针。预制件的旋转方向通过箭头Ω表示。所获得的针刺花纹包括对应于针刺头中的四排刺针的四排刺孔46。通过使纤维预制件围绕其旋转轴线进行六次完整旋转从而进行针刺。

[0042] 在图3A中，可见在纤维预制件的每次旋转中引入周向偏移。因此，在第一次和第二次旋转之间，引入周向偏移d，在第二次和第三次旋转之间也引入周向偏移d，以此类推。特别地，刺针在第四次、第五次和第六次旋转时的冲击分别与刺针在第一次、第二次和第三次旋转时的冲击一致。

[0043] 因此，在纤维预制件第一次和第四次穿过针刺头下方的过程中形成的刺孔用附图标记“1”表示，在第二次和第五次穿过的过程中形成的刺孔用附图标记“2”表示，在第三次和第六次穿过的过程中形成的刺孔用附图标记“3”表示。

[0044] 通过对纤维预制件围绕其旋转轴线的前进速度进行作用而刻意引入该周向偏移d，从而尽可能多地增加被刺针冲击的位置的数目。

[0045] 图3B使用相同的针刺头，所述针刺头具有四排刺针并且同样地使纤维预制件围绕其旋转轴线进行六次完整旋转，但是根据本发明(即通过引入径向偏移)对针刺头进行控制。

[0046] 更准确而言，除了通过对纤维预制件的前进速度进行作用而引入的周向偏移d之外，还在纤维预制件的前三次旋转之后通过预定行程p引入径向偏移。

[0047] 因此，刺针在第一次、第二次和第三次旋转的过程中的冲击与图3A中进行的针刺冲击相同(通过附图标记“1”至“3”表示的刺孔)，而第四次、第五次和第六次旋转的冲击通过行程p朝向预制件的更大半径径向偏移(这些刺孔通过附图标记“4”至“6”表示)。在该实施例中，行程p基本上对应于两个相邻的刺针排之间的距离的一半。

[0048] 通过对比图3A和3B，可以清楚看见在针刺过程中引入径向偏移有可能获得纤维预制件的更均匀的针刺，并因此加强了预制件的纤维的膨胀。特别地，在该实例中获得的针刺花纹包括对应于针刺头的四排刺针的四排刺孔46和通过径向偏移产生并且在所述四排刺孔46之间形成另外四排刺孔46'。

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