[发明专利]角件和利用纤维转移形成角件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有连接所有侧面的连续纤维的纤维增强角件的预制件和制造方法。

背景技术

当前应用增强复合材料来生产结构部件已很普遍，特别是用在需要追求轻质、结实、韧性、耐热、自支承和适于形成和成形等特性的用途中。这类部件用在例如航空、航天、人造卫星和电池工业中，以及用于娱乐用途例如赛艇和赛车上，以及数不清的其它用途中。三维织物通常可以包括其中的每种纤维在与其它纤维垂直的方向上延伸的纤维，这些方向即X、Y和Z轴向。

由这种织物形成的部件通常包括嵌入到基体材料中的增强材料。所述增强部件可以由具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能(尤其是具有抵抗应力破坏的高强度)的材料制得，所述材料例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺(例如“KEVLAR”)、聚乙烯和/或其它材料。通过使用这种增强材料并使其最终成为完成部件的组元，完成的复合部件便被赋予了所希望的增强材料的特性，例如非常高的强度。组元增强材料通常可以机织、针织或以其它方式定向成所希望的增强预制件的结构和形状。通常，特别需要注意的是确保最有利地利用已选择的组元增强材料的性能。一般说来，这样的增强预制件与基体材料结合以形成所希望的完成部件或生产用于最后生产完成部件的日常储存。

在构造了所希望的增强预制件后，可以引入基体材料并且和预制件结合，使得增强预制件被基体材料包围，致使基体材料填充增强预制件的组元之间的空隙区域。基体材料可以是非常多种材料中的任一种，所述非常多种材料例如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其它材料，它们也具有所希望的物理性能、热性能、化学性能和/或其它性能。选择作为基体的材料可以与增强预制件的材料相同或不同以及可以具有或不具有类似的物理性能、热性能、化学性能或其它的性能。然而，通常，它们和增强预制件不是同一种材料或者不具有类似的物理性能、热性能、化学性能或其它性能，因为在使用复合材料时首先所要达到的目的通常是获得仅通过使用一种组成材料不能获得的最终产品的综合性能。在结合时，增强预制件和基体材料可以随后在同一操作中通过热定型或其它已知方法固化和稳定化，然后经历其它的操作来生产所希望的部件。需要强调指出的是在如此固化后，基体材料的硬化物质通常非常牢固地粘结至增强材料(例如，增强预制件)。结果，最终部件上的应力，尤其是通过作为纤维之间粘结剂的基体材料，可以有效地转移至增强预制件的组成材料并且由其承载。

常常希望生产这样的构件，其形状不是如板材、片材、长方形或正方形固体材料等这样简单的几何形状。例如，复杂的三维构件需要复杂的三维预制件。一种实现复杂构件的方法是将基本几何形状结合成所希望的更复杂的形状。一种这样的典型结合是将上述构件相互成一定角度(典型地为直角)连接来形成侧面的和横向的加强件。连接构件的这种角度布置的常见目的是产生所希望的形状，以形成包括一个或更多个例如端壁或“T”形交叉的增强结构。连接构件的另一个目的是加强增强预制件所形成的结合结构和在承受外力例如压力或张力时产生抵抗弯曲或破坏的效果的复合结构。因此，使得组成构件之间的每个接合部尽可能牢固是很重要的，所述组成构件即加强件和基台或面板部分。增强预制件的构成部分本身具有所希望的很高的强度，如果不能适当连接，接合部的薄弱就会有效地成为结构“链条”中的“薄弱环节”。

在过去已经采用了很多办法来连接复合构件或增强预制件来生产增强的复杂结构。已经提出彼此分离地形成并固化板元件和成角度的加强元件，所述加强元件具有单一的板接触表面或在一个末端分叉以形成两个叉开的、共平面的板接触表面。这两个构件接下来通过借助热定型或粘合材料将加强元件的一个或更多个板接触表面粘合到其它构件的接触表面而连接。然而，当张力施加到已固化的板或复合结构的表层时，不受欢迎的低值载荷经常产生“剥落”力，使得加强元件与所述板在它们的界面处分离。

在这些构件的界面处也已经使用金属螺栓或铆钉，但使用金属螺栓或铆钉并不受欢迎，因为这种附件至少部分地破坏和削弱了复合结构自身的完整性、增加重量、提高成本并且在这些元件和周围材料之间引起热膨胀系数的差异。