[发明专利]纤维复合材料组件及制造纤维复合材料组件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造方法和制得的产品。更具体地，本发明涉及纤维复合材料组件和制造纤维复合材料组件的方法。

背景技术

复合材料组件始终经受更复杂的环境。例如，复合材料组件形成经受大的温度范围、高应力和其他物理要求的产品。因此，一直需要增加这种复合材料组件的物理性质，以允许在更大范围的环境中使用。

特别地，期望的是改进复合材料组件的承载能力。由层合物层片堆叠（laminate ply stack）制成的复合材料组件在层间方向和面内纤维方向（in-plane fiber direction）上具有结构弱点。在这些方向上的剪切负载高度取决于用于形成复合材料组件的基体（matrix）的强度。

特定基体材料的使用允许复合材料组件的一定改进。然而，这种基体材料可能昂贵、可能不可获得和/或可能与某些环境不相容。另外地或者可选择地，也可使用与其他材料（如金属丝）结合的特定的一种或多种纤维。例如，已知的复合材料飞轮辋包括其中掺入纤维的螺旋复合材料组件。所述纤维在形成螺旋复合材料的晶格中排列，但本身不成螺旋，因此其不包括由螺旋纤维提供的物理性质。

另一已知的复合材料包括纤维增强的复合树脂。所述树脂包括多个层片，每个层片具有多个伸长纤维。然而，所述伸长纤维不是螺旋纤维，因此不包括由螺旋纤维提供的物理性质。螺旋纤维包括盘绕至中心部分中的纤维的平面几何排列。已知的螺旋纤维体系也遭受缺陷。已知的螺旋纤维体系可能需要使用大量的纤维材料以形成螺旋多层纤维。

本领域期望的是不遭受如上缺陷的纤维复合材料组件和制造纤维复合材料组件的方法。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种制造纤维复合材料组件的方法包括提供卷绕的纤维预成型体，以及拉伸所述卷绕的纤维预成型体以形成螺旋纤维。

在另一示例性实施例中，一种制造纤维复合材料组件的方法包括在第一复合材料层中设置第一纤维，并在第二复合材料层中设置第二纤维。所述第一纤维包括螺旋部分，且所述第二纤维延伸至所述第一纤维的螺旋部分内。

在另一示例性实施例中，一种纤维复合材料组件包括具有第一纤维的第一复合材料层和具有第二层的第二复合材料层。所述第一纤维包括螺旋部分，且所述第二纤维延伸至所述第一纤维的螺旋部分内。

根据与以举例的方式说明本发明的原理的附图并结合的如下优选实施例的更详细的描述，本发明的其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1显示了根据本发明的实施例形成伸长螺旋纤维的方法的示意图。

图2显示了根据本发明的具有方形螺旋几何形状的螺旋纤维的透视图。

图3显示了根据本发明的具有三角形螺旋几何形状的螺旋纤维的透视图。

图4显示了根据本发明的具有五边形螺旋几何形状的螺旋纤维的透视图。

图5显示了根据本发明的具有六边形螺旋几何形状的螺旋纤维的透视图。

图6显示了根据本发明的具有七边形螺旋几何形状的螺旋纤维的透视图。

图7显示了根据本发明的具有八边形螺旋几何形状的螺旋纤维的透视图。

图8显示了根据本发明的形成纤维复合材料组件的一个示例性方法的示意图。

图9显示了根据本发明的形成纤维复合材料组件的一个示例性方法的示意图。

图10显示了根据本发明的螺旋纤维的透视图。

只要有可能，将在所有附图中使用相同的附图标记以表示相同的部件。

具体实施方式

提供了一种纤维复合材料组件和制造纤维复合材料组件的方法。本发明的实施例允许相比于其他已知组件在更大范围的环境中、相比于其他已知组件在更严苛（更热、更冷、更高应力或它们的组合）的环境中使用纤维复合材料组件，允许增加的结构完整性（例如，当已知组件在如层间和面内纤维方向上具有弱点时），减小提供纤维复合材料组件所需的性质时对基体性质的依赖性，允许形成具有之前不可获得的性质和/或组成的纤维，以及它们的组合。

图1显示了根据本发明的方法100。方法100包括提供纤维预成型体102（步骤101），所述纤维预成型体102通过任何合适的方法形成。纤维预成型体102为具有螺旋几何形状的卷绕的纤维预成型体。在一个实施例中，将纤维预成型体100设置于拉伸元件104上。拉伸元件104包括对应于纤维预成型体102的几何形状，例如圆柱形、椭圆柱形、方形、矩形、三角形、五边形、六边形、七边形、八边形，或任何其他合适的简单或复杂的几何形状。