專利名稱：復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，尤其涉及能夠由各種材料形成的結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)能夠?yàn)樵搹?fù)合材料提供改進(jìn)的性質(zhì)和成本優(yōu)勢。本發(fā)明將特別參照其應(yīng)用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造進(jìn)行描述，其中所述 復(fù)合結(jié)構(gòu)可被用于汽車固定裝置或配件，或者其他交通工具的固定裝 置或配件的結(jié)構(gòu)中。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用，任 何特別應(yīng)用的描述都不應(yīng)被考慮成任何形式的限制。因而，本發(fā)明在 結(jié)構(gòu)、工業(yè)，建筑物，航空器結(jié)構(gòu)和很多其他領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。
技術(shù)背景復(fù)合材料呈現(xiàn)出多種形態(tài)，并且通常被廣泛地描述成兩種或多種 不同材料的結(jié)合或混合，用以開發(fā)和利用每種材料的特性。這些特性 包括相對低的重量、耐熱性、耐磨性、高強(qiáng)度和硬度，包括剪切、拉 伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，以及許多其他可能對特殊應(yīng)用有用處的特性。復(fù)合材料由多種天然和合成纖維制成，例如玻璃纖維、Kevlar (商 標(biāo))、酚醛環(huán)氧樹脂、碳、芳酰亞胺、大麻、棉花和許多其他纖維，以 及樹脂、各種合成塑性材料、橡膠和許多其他結(jié)構(gòu)材料。許多復(fù)合材料在目前商業(yè)上是可以得到的，包括常用的隨機(jī)排列 纖維、增強(qiáng)型注射成型塑料，以及熱壓成型增強(qiáng)塑料。但是，這些通?？傻玫降牟牧贤ǔＰ枰嘿F的加工。在汽車工業(yè)中，例如，許多汽車零部件由模壓并形成的鋼板結(jié)構(gòu)形成。例如，許多座椅結(jié)構(gòu)由被模壓并且/或者形成為所需形狀的鋼板 形成，并且形成結(jié)構(gòu)剛度和功能。為了能夠匹配這種模壓并且/或者形 成的鋼結(jié)構(gòu)的特性，需要利用先進(jìn)的復(fù)合材料，例如使用在航空器、 航天、軍事和賽車運(yùn)動(dòng)工業(yè)的材料。當(dāng)復(fù)合材料工業(yè)在這些領(lǐng)域中不受成本竟?fàn)幜Φ南拗贫焖侔l(fā)展時(shí)，在更加廣泛的制造工業(yè)中有著不同情況，其中在成本和性能方面 存在根本的差異。然而汽車工業(yè)雖然在許多領(lǐng)域中包含復(fù)合材料，尤 其是在高端市場，但相對于低端的、低成本產(chǎn)品的折衷的強(qiáng)度和性能 質(zhì)量，主流汽車工業(yè)主要受限于大部分高端復(fù)合材料的長生產(chǎn)周期時(shí) 間、高勞動(dòng)力和加工成本。高端先進(jìn)的復(fù)合材料例如碳-碳復(fù)合材料，通常被用在精英汽車 運(yùn)動(dòng)和航天應(yīng)用中，要求對利用定向織物的材料層壓板進(jìn)行昂貴的預(yù) 處理和粘合劑樹脂的預(yù)浸漬。這些材料具有有限的保存期限，因此需 要強(qiáng)制執(zhí)行嚴(yán)格的成本質(zhì)量管理過程以確保最終產(chǎn)品的一致性和完整 性。使用這些高端材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造需要?jiǎng)趧?dòng)密集型的鋪設(shè)過程 以實(shí)現(xiàn)所需的纖維的方向定向和復(fù)雜幾何形狀的優(yōu)化強(qiáng)度。這看起來 將是傳統(tǒng)先進(jìn)復(fù)合材料制造過程中最具限制性和最費(fèi)時(shí)間的屬性。對 結(jié)構(gòu)零件而言另一限制方面是需要昂貴的模具加工和用于固化粘合劑 材料的大型的昂貴的高壓烘箱。已經(jīng)進(jìn)行了很多努力來減少或消除方向控制纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的 鋪設(shè)過程。大部分努力已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在纖維的方向性上的折衷并因此導(dǎo) 致了產(chǎn)品性能上的折衷。 一些更成功的努力已經(jīng)被使用在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的 部件組件上，這些部件組件具有統(tǒng)一的幾何形狀并對于批量生產(chǎn)方式 更具開放性。但是，這些部件組件仍需要大量的勞動(dòng)力用于最終的裝 配，并且由于最終幾何形狀的限制而使設(shè)計(jì)的靈活性折衷。因此，需要提供一種改進(jìn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)以及制造它們的方法，這將 在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中促進(jìn)復(fù)合材料的使用，尤其是飛行器制造，汽車 制造和許多其他方面的應(yīng)用。還需要提供始終一致均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)。還需要提供一種在制造、組裝和生產(chǎn)過程中需要最小勞動(dòng)力的復(fù) 合結(jié)構(gòu)。還需要提供一種在使用中相對剛性并且堅(jiān)固的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 還需要提供一種生產(chǎn)起來相對簡單并且經(jīng)濟(jì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 還需要提供一種能夠形成為具有必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且具有應(yīng)用中所需的其他屬性的復(fù)合結(jié)構(gòu)。還需要提供一種形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，所述方法適用于生產(chǎn)廣泛 的各種不同形狀的結(jié)構(gòu)。還需要提供一種生產(chǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，所述方法利用結(jié)合到結(jié)構(gòu) 中的纖維的各種不同屬性。 發(fā)明內(nèi)容按照本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟使用三維編織機(jī)編織三維預(yù)成形件，所述預(yù)成形件的形狀與需要 形成的結(jié)構(gòu)相當(dāng)，并且使用一種或多種選擇的纖維編織所述預(yù)成形件， 使編織預(yù)成形件獲得三維形狀， 固定該形狀，以及隨后使用該固定形狀來限定復(fù)合結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，通過使用可固化的樹脂浸漬或涂覆纖維并隨后固化樹脂 來固定形狀，或者通過固化或以另外的方式固定合成纖維以形成復(fù)合 材料三維預(yù)成形件來固定形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供一由上文描述的方法形成的復(fù)合材料 三維預(yù)成形件。本發(fā)明還包括一通過編織復(fù)合材料纖維形成的編織三維預(yù)成形當(dāng)所述編織結(jié)構(gòu)膽;脹或。以另外方式導(dǎo)致其獲得其三^形J時(shí)，2有要 形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形狀。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用了三維編織技術(shù)，該三維編織技術(shù)使得 可以由例如上文中提及的天然和/或合成纖維編織復(fù)雜形狀的預(yù)成形 件。該優(yōu)選實(shí)施例經(jīng)過設(shè)計(jì)，從而編織的結(jié)構(gòu)在其三維形狀中形成具 有將要形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形狀的復(fù)合材料空間框架。在編織產(chǎn)品中， 排列和布置纖維以利用所選纖維的獨(dú)特屬性。因而，纖維可被結(jié)合到 編織產(chǎn)品中，在一個(gè)或多個(gè)方向提供強(qiáng)度和/或在特定區(qū)域內(nèi)提供硬度。纖維也可以包含在編織產(chǎn)品中，在被加熱或受到微波或其他形式 能量時(shí)固化或固定，以便保持編織產(chǎn)品的三維形狀。在 一 些優(yōu)選實(shí)施例中，通過注入泡沫材料來使得編織產(chǎn)品獲得其 三維形狀，所述泡沫材料例如是聚亞安酯、聚丙烯、聚苯乙烯或任何 其他合適的合成塑料泡沫材料。泡沫材料在編織產(chǎn)品內(nèi)部擴(kuò)展并使得 編織纖維獲得其編織三維形狀。在另一實(shí)施例中，通過使用氣體，諸如空氣或其它流體來膨脹預(yù) 成形件以使預(yù)成形件獲得其三維形狀。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，通過泡沫材料注入或通過膨脹來擴(kuò)展的編 織產(chǎn)品，被噴射或涂上樹脂粘合劑，或浸泡或浸漬在樹脂粘合劑中， 所述樹脂粘合劑例如是聚酯或乙烯基酯樹脂或任何其他合適的粘合劑 材料。在本發(fā)明的另一形式中，形成三維編織產(chǎn)品(預(yù)成形件)的一種 或多種纖維是由可被用在編織產(chǎn)品中但可通過使用紫外光、加熱、微 波或其他能量來固化、以便固化或硬化并與其他纖維粘合在一起來形 成三維復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料形成的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在預(yù)成形件中的纖維定向是通過特別 關(guān)注于控制纖維規(guī)格、方向、密度和界面的編織設(shè)計(jì)來控制的。在成 形結(jié)構(gòu)的高應(yīng)力或高負(fù)載區(qū)域，編織預(yù)成形件將具有圖案和厚度，并 且由適于抵抗該應(yīng)力和載荷的纖維形成。編織預(yù)成形件的設(shè)計(jì)將被定 制以確保當(dāng)預(yù)成形件被膨脹或注入泡沫材料時(shí)成形結(jié)構(gòu)全部形狀的精 確和可重復(fù)控制。通過在限定復(fù)合結(jié)構(gòu)外部形狀的柔性夾具或固定裝 置中膨脹預(yù)成形件，在注入或膨脹階段將有可能調(diào)整預(yù)成形件的幾何 形狀。如果預(yù)成形件是通過注入泡沫材料來膨脹的，那么將形成的復(fù) 合結(jié)構(gòu)的外形是由在泡沫材料固化期間支撐預(yù)成形件的夾具或固定裝 置來決定的。在本發(fā)明的 一優(yōu)選形式中，在編織階段引入涂覆了樹脂的纖維， 采用加熱的方式使纖維接合。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，向膨脹的預(yù)成形 件上噴射樹脂基粘合劑材料，并允許其通過紫外光、加熱或其他能量的應(yīng)用來固化或?qū)е鹿袒Ｔ诟M(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，成形并膨脹的預(yù)成形件被浸泡或浸 沒到粘合劑樹脂的溶液中。可通過應(yīng)用紫外光、加熱或在兩部分環(huán)氧 樹脂的情況下施加反應(yīng)劑來固化粘合劑樹脂。作為選擇，樹脂可以被 僅允許冷卻到一設(shè)定點(diǎn)，在該點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致固化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)合結(jié)構(gòu)的一特別的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)的靈活性和 能獲得的可能幾何形狀。此外，無論在用來形成編織預(yù)成形件的纖維 方面還是在粘合劑方面，本發(fā)明的實(shí)施例均可由大量不同材料制成。為了本發(fā)明能夠更容易被理解，將參照


來描述實(shí)施例。

圖1示出了一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的編織預(yù)成形件產(chǎn)品設(shè)計(jì)； 圖2示意性示出了使用三維編織機(jī)形成編織預(yù)成形件； 圖3示意性示出了預(yù)成形件的膨脹； 圖4示意性示出了粘合劑的應(yīng)用； 圖5示意性示出了粘合劑的固化； 圖6是按照本發(fā)明形成的管狀結(jié)構(gòu)的局部放大視圖； 圖7是圖6中結(jié)構(gòu)的橫截面圖；以及 圖8示出了一復(fù)雜形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造。
具體實(shí)施方式
參考附圖的圖1至圖5，示出了本發(fā)明一實(shí)施例，圖示為制造座 椅框架結(jié)構(gòu)12。為此目的，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng)H產(chǎn) 生必要的設(shè)計(jì)參數(shù)和在三維編織機(jī)16中使用的軟件。需要編織的預(yù)成 形件17的設(shè)計(jì)在CAD設(shè)計(jì)中，根據(jù)被成形結(jié)構(gòu)12的編織結(jié)構(gòu)、纖 維特性、應(yīng)力以及負(fù)載區(qū)域被優(yōu)化。這一設(shè)計(jì)也優(yōu)化了纖維規(guī)格、方 向和密度以及其他一些參數(shù)，需要這些參數(shù)來確保當(dāng)生產(chǎn)出編織的預(yù) 成形件17后，其具有所要求的三維形狀(當(dāng)被膨脹時(shí))以形成座椅框 架結(jié)構(gòu)12。三維編織機(jī)是眾所周知的，并且已知三維編織機(jī)能夠由計(jì)算機(jī)程 序控制，以便利用選擇的纖維生產(chǎn)出無縫的、復(fù)雜形狀的三維編織產(chǎn)品。在圖示的特定實(shí)施例中，采用從例如諸如大麻、棉花、亞麻、黃 麻之類的天然纖維以及諸如硼化芳香族聚酰胺纖維、碳纖維、玻璃纖維、聚合體基纖維之類的合成纖維中選擇的纖維來編織預(yù)成形件17。 通過改變所使用的纖維、編織的構(gòu)成、編織密度和纖維方向，能夠?qū)?多種結(jié)構(gòu)特征結(jié)合到編織預(yù)成形件17中，從而在最終產(chǎn)品中導(dǎo)致在所 要求的區(qū)域內(nèi)具有所必需的強(qiáng)度、應(yīng)力和負(fù)載能力的座椅框架結(jié)構(gòu) 12。盡管編織預(yù)成形件可以無縫的單一件編織，在本發(fā)明的不同實(shí)施 例中，也可以例如在夾具或固定裝置中將多個(gè)獨(dú)立編織的預(yù)成形件組 裝到一起，以制作復(fù)合結(jié)構(gòu)。如圖2所示的編織預(yù)成形件17，通過充入氣體例如空氣使其膨脹 或?qū)е缕浍@得三維形狀，如圖3所示。在一可選實(shí)施例中，向預(yù)成形 件17注入可發(fā)泡的合成塑性材料，所述合成塑性材料可在預(yù)成形件 17的內(nèi)部空間擴(kuò)展使得該預(yù)成形件獲得其編織的三維形狀。在本實(shí)施 例中，保留了預(yù)成形件的泡沫材料內(nèi)部以形成成形的復(fù)合座椅框架結(jié) 構(gòu)12的部分。在使用諸如空氣之類的氣體膨脹預(yù)成形件17的情況下，完成的座 椅框架結(jié)構(gòu)12是中空的，能夠接收電纜或者除了作為座椅框架外還能 當(dāng)作管道使用。然后，膨脹的或者被注入的預(yù)成形件17被浸漬粘合劑材料，所述 粘合劑材料覆蓋并滲透到整個(gè)編織預(yù)成形件的織物中以浸濕并覆蓋所 有的纖維。如圖4示意性圖示，可通過向已膨脹或被注入的編織預(yù)成 形件17噴射樹脂基粘合劑材料來實(shí)現(xiàn)浸漬?；蛘?，預(yù)成形件17可以 被浸入到粘合劑材料(例如樹脂基粘合劑材料)的液槽中，從而使粘 合劑材料浸透整個(gè)預(yù)成形件17的編織織物。浸入或浸透可發(fā)生在預(yù)成 形件被膨脹成三維形狀之前或之后。 一旦被浸透，如圖5所示，通過 應(yīng)用紫外光、加熱或者在兩部分環(huán)氧粘合劑材料的情況下通過使用反 應(yīng)劑，將經(jīng)過涂覆和膨脹的預(yù)成形件17固化。或者，樹脂粘合劑材料 可被僅僅冷卻到一設(shè)定點(diǎn)，在該設(shè)定點(diǎn)允許化學(xué)反應(yīng)發(fā)生并導(dǎo)致粘合劑固化。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，用在編織預(yù)成形件17中的一些纖維可以包 括涂覆了樹脂的纖維，所述涂覆了樹脂的纖維可與預(yù)成形件的其它纖 維結(jié)合到一起并且可固化以形成復(fù)合材料座椅框架結(jié)構(gòu)12。用于特定實(shí)施例的特定粘合劑取決于編織預(yù)成形件織物中的纖維 和纖維組合物的天然屬性。合成的和天然生成的粘合劑材料都可以用 于本發(fā)明的實(shí)施例，粘合劑的特別選擇要適于被構(gòu)建的結(jié)構(gòu)的用途。參照圖6,復(fù)合結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)以上的中空管狀元件，所述中 空管狀元件具有特定形式的外部形狀。如圖6所示的管狀元件21具有 如圖7所示的橢圓形狀。為了形成這種橢圓形狀，編織好的預(yù)成形件 17包括多個(gè)在管狀元件21的相對壁部分23之間延伸的系繩或形狀限 定纖維(線)22，以便使部件21在膨脹時(shí)能夠保持所需的形狀。如果 沒有提供這些系繩22，管狀部件21將具有基本上圓形的橫截面形狀。通過使用內(nèi)部和外部系繩，可通過三維編織機(jī)編織出來相對復(fù)雜 的形狀，所述編織機(jī)將系繩結(jié)合為編織過程的一部分。參照圖8，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成一復(fù)雜結(jié)構(gòu)26。結(jié)構(gòu)26使用 外部系繩27以及位于截面芯部的內(nèi)部系繩28將寬闊的三維表面與受 限的幾何形狀結(jié)合在一起。在結(jié)構(gòu)26的制造中，通過三維編織才幾16產(chǎn)生預(yù)成形件29,該預(yù) 成形件29處于膨脹的形式，其前后表面31和32相互隔開并通過內(nèi)部 系繩28保持預(yù)定的間距。如圖所示，前后壁31和32也是彎曲的，并 且通過外部系繩29保持彎曲的形狀。當(dāng)前后壁31和32之間的空間被 注入泡沫材料時(shí)，并且/或者當(dāng)前后壁31和32被浸透或噴射樹脂基/ 粘合劑材料，該樹脂基/粘合劑材料隨后被固化時(shí)，外部系繩27可以 從成形結(jié)構(gòu)26上移除。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，按照本發(fā)明可以在三維編織機(jī)能力范圍內(nèi)形成復(fù)雜 形狀的結(jié)構(gòu)，從而避免了需要復(fù)雜的模具和時(shí)間消耗、勞動(dòng)密集的纖 維鋪設(shè)和樹脂浸漬。圖示的實(shí)施例的方法和結(jié)構(gòu)便于可重復(fù)的、大規(guī) 模生產(chǎn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)生產(chǎn)。當(dāng)在成形的截面上需要抗壓強(qiáng)度時(shí)，用于膨脹預(yù)成形件織物的材料，例如可發(fā)泡的合成塑性材料，可被選擇用于 在成形結(jié)構(gòu)中提供抗壓強(qiáng)度。膨脹或注入預(yù)成形件使其獲得其形狀的 特定方法，連同編織的構(gòu)成、方向和張力以約束預(yù)成形件至所需幾何 形狀的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以及支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行固化而無需加工的方法，都增強(qiáng) 了本發(fā)明及其實(shí)施例的效用。可以改變樹脂浸漬、滲透和固化方法以縮短生產(chǎn)周期時(shí)間，進(jìn)一 步增強(qiáng)本發(fā)明在大規(guī)模生產(chǎn)方面的使用。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，如在特定實(shí)施例中所顯示，可 以對本發(fā)明作出多種改變和/或改進(jìn)而不背離廣泛描述的本發(fā)明的實(shí) 質(zhì)或范圍。因此本實(shí)施例在所有方面僅作為一個(gè)例證但不局限于此。
權(quán)利要求
1.一種形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟使用三維編織機(jī)編織三維預(yù)成形件，所述預(yù)成形件具有與要形成的結(jié)構(gòu)的形狀相稱的形狀，并且使用一種或多種選擇的纖維編織所述預(yù)成形件，使編織的預(yù)成形件獲得三維形狀，固定該形狀，以及隨后使用該固定的形狀來限定所述復(fù)合結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括通過使用可 固化的樹脂浸漬纖維并隨后固化樹脂來固定形狀的步驟。
3. 如權(quán)利要求1所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括通過固化或 以另外的方式固定成形的纖維來固定形狀以形成復(fù)合材料三維預(yù)成形 件的步驟。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法， 其包括設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、從而使經(jīng)過編織的預(yù)成形件在其三維形狀中形成復(fù) 合材料空間框架的步驟，該復(fù)合材料空間框架具有將要形成的復(fù)合結(jié) 構(gòu)的形狀。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法， 其包括使用天然和合成纖維的混合物編織預(yù)成形件的步驟。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法， 其中纖維是從大麻、棉花、亞麻、黃麻以及諸如硼化芳香族聚酰胺纖 維、碳纖維、玻璃纖維和聚合體基纖維之類的合成纖維構(gòu)成的組中選 取的。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法， 所述方法包括當(dāng)編織預(yù)成形件時(shí)排列和布置纖維以利用所選纖維的獨(dú) 特屬性的步驟，由此使纖維結(jié)合到編織產(chǎn)品中，以便在一個(gè)或更多方 向上提供強(qiáng)度和/或在預(yù)成形件的預(yù)定區(qū)域中提供硬度。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法,其包括選擇包含在編織預(yù)成形件內(nèi)的纖維的步驟，當(dāng)被加熱或受到微 波或其它形式的能量時(shí)，所述纖維固化或固定以保持編織預(yù)成形件的 三維形狀。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法， 其包括通過將可發(fā)泡的合成塑性材料注射到編織預(yù)成形件內(nèi)部并使得 泡沫材料在編織預(yù)成形件內(nèi)擴(kuò)展以使編織纖維獲得其編織的三維形 狀、使編織預(yù)成形件獲得其三維形狀的步驟。
10. 如權(quán)利要求9所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其中發(fā)泡的合成 塑性材料包括聚亞安酯、聚丙烯或聚苯乙烯泡沫材料中的任意一種。
11. 如權(quán)利要求9或IO所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括使用 樹脂粘合劑噴射由發(fā)泡材料擴(kuò)展的編織預(yù)成形件的步驟。
12. 如權(quán)利要求9至11中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括在樹脂粘合劑中浸泡由發(fā)泡材料膨脹的編織預(yù)成形件的步 驟。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其中樹脂 粘合劑是聚酯或乙烯基酯樹脂。
14. 如權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其中形成三維編織預(yù)成形件的一種或多種纖維是由能用于編織產(chǎn) 品但可通過施加紫外光、熱量、微波或其他能量固化、以便硬化并與 其他纖維粘合以形成三維復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料形成。
15. 如權(quán)利要求1至14中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括通過特別注意控制纖維規(guī)格、方向、密度和界面的編織設(shè) 計(jì)來控制編織預(yù)成形件內(nèi)纖維方向的步驟。
16. 如權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括形成編織預(yù)成形件的步驟，從而在成形結(jié)構(gòu)的高應(yīng)力或者 高負(fù)載區(qū)域，編織預(yù)成形件將具有圖案和厚度，并且由適于抵抗應(yīng)力和載荷的纖維形成。
17. 如權(quán)利要求1至16中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括在注射或膨脹階段通過在限定出復(fù)合結(jié)構(gòu)的外部形狀的柔性夾具或固定裝置中膨脹預(yù)成形件來調(diào)節(jié)編織預(yù)成形件的幾何形狀的 步驟。
18. 如權(quán)利要求1至17中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括當(dāng)通過注入發(fā)泡材料使預(yù)成形件膨脹時(shí)，通過在泡沫材料 固化期間支撐著預(yù)成形件的夾具或固定裝置限定要形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)外 部形狀的步驟。
19. 如權(quán)利要求1至18中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括在編織階段引入涂覆了樹脂的纖維的步驟，該纖維通過施 力口熱量而接合。
20. 如權(quán)利要求1至19中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括向膨脹的預(yù)成形件上噴射樹脂基粘合劑材料，并允許通過 施加紫外光、熱量或其他能量來固化或?qū)е鹿袒A(yù)成形件的步驟。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括通 過施加紫外光、熱量或在兩部分環(huán)氧樹脂的情況下施加反應(yīng)劑來固化 粘合劑樹脂的步驟。
22. 如權(quán)利要求19或20所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包括允許樹脂冷卻到設(shè)定點(diǎn)從而化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致固化的步驟。
23. 如權(quán)利要求1至22中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括以無縫單一件編織預(yù)成形件的步驟。
24. 如權(quán)利要求1至22中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括編織多個(gè)獨(dú)立的編織預(yù)成形件部分并隨后將這些部分組裝 在一起產(chǎn)生復(fù)合材料預(yù)成形件的步驟。
25. 如權(quán)利要求1至24中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括使用空氣或其他流體膨脹預(yù)成形件的步驟。
26. 如權(quán)利要求1至25中任一權(quán)利要求所述的形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方 法，其包括包含多個(gè)在預(yù)成形件的相對壁部分之間在內(nèi)部和/或在外部 延伸的系繩或形狀限定纖維或線、以便當(dāng)膨脹時(shí)使預(yù)成形件保持所需 形狀的步驟。
27. 由如權(quán)利要求1至26中任一權(quán)利要求所述的方法形成的復(fù)合材料三維預(yù)成形件。
28. —種通過將復(fù)合材料天然纖維和/或合成纖維編織到編織結(jié)構(gòu) 中而形成的編織三維預(yù)成形件，當(dāng)膨脹或以另外的方式獲得其三維形 狀時(shí)，獲得要形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形狀，該預(yù)成形件纖維適于固定以維 持該三維形狀。
29. —復(fù)合結(jié)構(gòu)包括編織的三維預(yù)成形件，其具有和被形成結(jié)構(gòu)的形狀相稱的三維形 狀，使用一種或多種選擇的纖維來編織該預(yù)成形件，以及當(dāng)預(yù)成形件被膨脹或以另外的方式獲得三維形狀時(shí)該纖維被固 定，從而固定的三維形狀限定了復(fù)合結(jié)構(gòu)。
30. 如權(quán)利要求29所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中通過使用可固化樹脂浸 漬纖維并隨后在預(yù)成形件處于膨脹狀態(tài)時(shí)固化樹脂來固定所述三維形狀。
31. 如權(quán)利要求29所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中三維形狀是通過固化或 者以另外的方式固定成形的纖維來固定，以形成復(fù)合材料三維結(jié)構(gòu)。
32. 如權(quán)利要求29至31中任一權(quán)利要求所迷的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 所述結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成使得該編織預(yù)成形件處于其三維形狀時(shí)形成具有要形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形狀的復(fù)合材料空間框架。
33. 如權(quán)利要求29至32中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中預(yù)成形件采用天然和合成纖維的混合物編織。
34. 如權(quán)利要求29至33中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 纖維從大麻、棉花、亞麻、黃麻和諸如硼化芳香族聚酰胺纖維、碳纖 維、玻璃纖維、聚合體基纖維之類的合成纖維的組中選取。
35. 如權(quán)利要求29至34中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 排列和布置纖維以利用所選纖維的獨(dú)特屬性，由此使纖維結(jié)合到編織 產(chǎn)品中，以便在一個(gè)或多個(gè)方向上提供強(qiáng)度和/或在預(yù)成形件的預(yù)定區(qū) 域上提供硬度。
36. 如權(quán)利要求29至35中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 纖維在被加熱或受到微波或其他形式能量時(shí)，固化或固定以保持編織預(yù)成形件的三維形狀。
37. 如權(quán)利要求29至36中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 將可發(fā)泡合成塑性材料注射到編織預(yù)成形件內(nèi)部，并使得可發(fā)泡合成 塑性材料在編織預(yù)成形件內(nèi)擴(kuò)展以使編織纖維獲得其編織的三維形狀。
38. 如權(quán)利要求36所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中發(fā)泡的合成塑性材料包 括聚亞安酯、聚丙烯或聚苯乙烯泡沫材料中的任意一種。
39. 如權(quán)利要求36或37所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中被泡沫材料膨脹 的編織預(yù)成形件被噴射樹脂粘合劑，所述樹脂粘合劑隨后被固化。
40. 如權(quán)利要求36至39中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 由泡沫材料膨脹的編織預(yù)成形件在樹脂粘合劑中浸泡或浸漬。
41. 如權(quán)利要求39或40所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中樹脂粘合劑是聚 酯或乙烯基酯樹脂。
42. 如權(quán)利要求29至41中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 形成三維編織預(yù)成形件的一種或多種纖維是由能用于編織產(chǎn)品但可通 過施加紫外光、熱量、微波或其他能量來固化，以硬化并與其他纖維 粘合以形成三維復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料形成。
43. 如權(quán)利要求29至42中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 在編織預(yù)成形件中控制纖維規(guī)格、方向、密度和纖維界面。
44. 如權(quán)利要求29至43中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 編織預(yù)成形件被編織，從而在成形結(jié)構(gòu)的高應(yīng)力或者高負(fù)載區(qū)域，編 織預(yù)成形件將具有圖案和厚度，并且由適于抵抗應(yīng)力和載荷的纖維形 成。
45. 如權(quán)利要求29至44中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 在注射或膨脹階段通過在限定復(fù)合結(jié)構(gòu)外部形狀的柔性夾具或固定裝 置中膨脹預(yù)成形件來調(diào)整編織預(yù)成形件的幾何形狀。
46. 如權(quán)利要求37至45中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 當(dāng)通過注入泡沫材料使預(yù)成形件膨脹時(shí)，通過在泡沫材料固化的過程 中支撐預(yù)成形件的夾具或固定裝置限定要形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的外部形狀。
47. 如權(quán)利要求29至46中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 在編織階段將涂覆了樹脂的纖維引入預(yù)成形件中，通過施加熱量使纖 維接合。
48. 如權(quán)利要求29至47中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 向膨脹的預(yù)成形件上噴射樹脂基粘合劑材料，并允許通過施加紫外光、 熱量或其他能量來固化或?qū)е鹿袒A(yù)成形件。
49. 如權(quán)利要求47或48所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中兩部分環(huán)氧粘合 劑樹脂通過施加反應(yīng)劑被固化。
50. 如權(quán)利要求29至49中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 編織預(yù)成形件是無縫單一件。
51. 如權(quán)利要求29至49中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 編織預(yù)成形件以多個(gè)獨(dú)立的編織預(yù)成形件部分制成，隨后這些獨(dú)立的 編織預(yù)成形件被組裝在 一起以產(chǎn)生復(fù)合材料預(yù)成形件。
52. 如權(quán)利要求29至51中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 使用空氣或其他流體膨脹預(yù)成形件。
53. 如權(quán)利要求29至52中任一權(quán)利要求所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 多個(gè)系繩或形狀限定纖維或線在預(yù)成形件的相對壁部分之間在內(nèi)部和 /或在外部延伸，以便當(dāng)膨脹時(shí)保持預(yù)成形件為所需形狀。
54. —形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，具有大致上如上文中參考附圖描述 的多個(gè)步驟的結(jié)合。
55. —通過權(quán)利要求1至26或權(quán)利要求54中任一權(quán)利要求的所 述方法形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
56. —大致上如上文中參考附圖描述的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，例如結(jié)構(gòu)元件(12)，通過下列步驟形成使用三維編織機(jī)(16)，選擇一種或多種纖維，例如從大麻、棉花、亞麻、黃麻中選擇的天然纖維和從硼化芳香族聚酰胺纖維、碳纖維、玻璃纖維、聚合體基纖維中選擇的合成纖維，編織三維預(yù)成形件(17)。該預(yù)成形件(17)具有與需要成形的結(jié)構(gòu)(12)的形狀相當(dāng)?shù)男螤睢ｎA(yù)成形件(17)通過充氣或者擴(kuò)展預(yù)成形件的其它方式(例如通過將可發(fā)泡合成塑料注射到預(yù)成形件內(nèi)部)來獲得其三維形狀，并且隨后固定成形的纖維的形狀以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。
文檔編號B29C70/00GK101405129SQ200780009617
公開日2009年4月8日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
發(fā)明者J·A·米勒 申請人:富卓汽車內(nèi)飾(澳大利亞)股份有限公司