[发明专利]用于增强多孔材料的方法及针

说明书

本发明涉及一种用于增强多孔材料(1)的方法，包括：在多孔材料(1)中制造从多孔材料(1)的第一表面延伸到多孔材料(1)的第二表面的通孔；穿过通孔(2)从多孔材料(1)的第一表面到达多孔材料(1)的第二表面；在多孔材料(1)的第二表面处抓住至少一个纤维束(3)；以及将至少一个纤维束(3)拉到多孔材料(1)中的通孔(2)中，其中在多孔材料(1)中制造通孔(2)包括利用旋转和/或振荡针(8)穿透多孔材料(1)。

技术领域

本发明涉及一种用于增强多孔材料的方法以及涉及一种在这种方法中使用的针。本发明特别涉及增强作为夹层式部件的芯部的多孔材料。本发明更具体地涉及用于航空器或航天器的夹层式部件的增强多孔材料。

背景技术

虽然适用于制造和/或增强各种部件，例如，用于运输工业中的陆运、空运或水运车辆，但将参考用于商用航空器的部件更详细地解释本发明及其所基于的问题。

由于其优越的刚性或强度与密度的比，夹层结构广泛地用于航空器结构领域。夹层式部件通常由上和下覆盖层或表面组成，在它们之间布置蜂窝状芯结构以增加部件的刚性，其中芯结构由具有六边形横截面的垂直延伸的孔组成。在芯结构被相应地实现的情况下，夹层构造还可以具有其他性能，例如声或热的绝缘性能。

刚性多孔材料用作具有蜂窝结构的设计的替代。与蜂窝结构相比，多孔或泡沫材料在热和声的绝缘以及部件制造方面提供了某些优点。通过利用缝合技术将纤维或线结合到由多孔材料制成的部件中，与具有相当密度的蜂窝状芯结构的夹层结构相比，可以实现优异的机械性能。在树脂渗透过程之后，被纤维渗透的区域有助于多孔材料的机械增强。在替代方法中，多孔材料直接渗入由纤维和固化基质材料制成的预固化针。

在许多已知的缝合方法中，如在US 6,187,411 B1中描述的那种，针最初穿透多孔材料并同时将线引入多孔材料中。在多孔材料的穿刺期间，线基本上在整个长度上平行于针延伸。因此，穿刺孔的孔尺寸由针的直径和线的厚度限定。因此，针从多孔材料退出后残留的孔相对于引入的线的厚度可以较大。这导致孔的未被纤维填充的区域在树脂浸润之后被树脂填充，使得机械性能基本上基于渗透的树脂。

DE 102005024408 A1描述了一种称为“束缚的泡沫芯部”的技术，其构成对纤维或纤维束的多孔材料的增强的改进，其中引入的纤维或多或少地仅仅用于改善多孔材料芯部的机械性能。为此，首先通过用针刺穿多孔材料而在从第一表面延伸到第二表面的多孔材料中制造通孔。然后，针在第二表面处利用钩抓住纤维束，该纤维束被针连续地拉回到通孔中，使得通孔的横截面基本上完全被纤维束填充。

对于某些结构应用，需要非常高的芯部密度和/或芯部高度(即相应的夹层部件的厚度)，以实现良好的重量性能和损伤公差，同时维持高的弯矩。然而，可实现的芯部厚度和芯部密度常常受到所使用的针的最大长度和/或稳定性的限制。

发明内容

本发明的目的是提供用于增强具有较高密度和/或厚度的芯部材料的解决方案，同时保持良好的重量/成本比。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求12的特征的针来实现。

根据本发明的第一方面，一种用于增强多孔材料的方法包括在多孔材料中制造从多孔材料的第一表面延伸到多孔材料的第二表面的通孔。该方法还包括穿过通孔从多孔材料的第一表面到达多孔材料的第二表面。该方法还包括在多孔材料的第二表面处抓住至少一个纤维束。该方法还包括将至少一个纤维束拉入多孔材料的通孔中。在多孔材料中制造通孔包括利用旋转和/或振荡针来穿透多孔材料。

根据本发明的第二方面，用于使用根据本发明的第一方面的方法增强多孔材料的针包括圆柱轴。针还包括在圆柱轴的尖端处的切削刃。针还包括集成到圆柱轴中的钩，以用于抓住纤维束。

本发明的一个想法是通过采用针来改进束缚泡沫芯部技术，以这种方式有效地减小穿透多孔材料的芯部所需的力，并因此提高制造更高的芯部密度和厚度且没有任何显著的成本或重量增加的可能性。