專利名稱：樹脂浸制多取向復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料。具體而言，本發(fā)明涉及具有多個(gè)樹脂浸制絲帶的復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
絲繞和復(fù)合材料在制造應(yīng)用中是金屬和其它材料的理想替代物。復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、重量輕、容易成形的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料包括纖維，典型為碳，所述纖維用可固化樹脂浸制。復(fù)合材料經(jīng)常如同織物可褶皺(drapable)，允許未固化復(fù)合樹脂形成為不同的形狀。一旦復(fù)合材料具有所需的形狀，樹脂固化并硬化以產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)。
盡管復(fù)合材料具有許多正面特性，復(fù)合材料總的成本使得它們的應(yīng)用不切實(shí)際。不同的因素影響復(fù)合材料的成本。一個(gè)因素是為了形成復(fù)合結(jié)構(gòu)所需的制造步驟的數(shù)目。通常制造復(fù)合材料和將復(fù)合材料形成為所需的形狀需要多種機(jī)器和較多的勞力。例如，產(chǎn)生復(fù)合材料的一種方法是將纖維編織為復(fù)合材料片。編織較大的碳纖維層需要昂貴的機(jī)器并可能是非常耗時(shí)的過(guò)程。
此外，用樹脂浸制復(fù)合材料給所述過(guò)程增加了額外的步驟。這些額外的步驟可能涉及將整個(gè)復(fù)合材料片用樹脂浸制，這在均勻地將樹脂施加到較大的復(fù)合材料片時(shí)產(chǎn)生了困難。此外，這些浸制過(guò)程經(jīng)常在不同的地點(diǎn)通過(guò)不同的制造商來(lái)執(zhí)行，增加了各步驟商的制造和運(yùn)輸成本。結(jié)果，終端用戶的復(fù)合材料總價(jià)格可能很高。
復(fù)合材料另外的一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)組裝復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)所需要的大量的勞力。經(jīng)常地，需要多層復(fù)合金屬以形成一個(gè)結(jié)構(gòu)，需要復(fù)合材料的不同取向。在許多當(dāng)前的過(guò)程中，復(fù)合材料的各獨(dú)立層被設(shè)置并通過(guò)手取向安置到外形或者其它成形結(jié)構(gòu)上。對(duì)復(fù)合材料片進(jìn)行設(shè)置和取向的過(guò)程對(duì)已經(jīng)很昂貴和耗時(shí)的制造過(guò)程增加了額外的開支和時(shí)間。
當(dāng)前的復(fù)合材料的另外一個(gè)問(wèn)題是樹脂浸制的復(fù)合材料的處理。在許多應(yīng)用中，樹脂被制造以具有較低的粘性以允許樹脂在各纖維材料之間流動(dòng)。樹脂可以在環(huán)境溫度的情況下以液體形式提供。雖然較低粘性樹脂允許更好地滲透到復(fù)合材料中，較低粘性液體樹脂產(chǎn)生了不利的處理特征。此外，較低粘性的樹脂不能有效地保持復(fù)合層的安置。這樣，纖維可能在被處理或者傳輸時(shí)分離和分開。同樣，較低粘性樹脂可以在固化的過(guò)程中從復(fù)合材料的特定部分流動(dòng)離開，使得一些區(qū)域上樹脂不足。
因此，本領(lǐng)域中需要消除復(fù)合制造過(guò)程中的成本問(wèn)題的便宜的復(fù)合樹脂。提供浸制了在環(huán)境溫度為固體或者半固體樹脂的復(fù)合材料對(duì)本領(lǐng)域也是一個(gè)進(jìn)步。提供能可多層制造并具有多層纖維取向的復(fù)合材料也是本領(lǐng)域的一種進(jìn)步。
提供能夠在制造復(fù)合材料時(shí)通過(guò)產(chǎn)生較大部分的復(fù)合結(jié)構(gòu)而在形成復(fù)合結(jié)構(gòu)中消除人工裝配步驟的過(guò)程也是另外一種進(jìn)步。此外，提供一種防止樹脂非受控地傳輸?shù)脚c材料相接觸的物體或者流出未固化復(fù)合材料的復(fù)合材料也將是一種進(jìn)步。提供一種用于將復(fù)合材料形成為所需的外形的具有所需的粘性和褶皺特性的復(fù)合材料在本領(lǐng)域中也是一種進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的裝置和方法針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題而研發(fā)，尤其響應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)中可獲得的氣囊系統(tǒng)(airbag system)還不能解決的問(wèn)題。這樣，本發(fā)明的總體目的是提供一種能夠成形并能夠迅速制造的便宜的復(fù)合材料。
復(fù)合材料可以包括多個(gè)被纏繞的絲帶層以限定復(fù)合片。復(fù)合帶可以由任意數(shù)目的纖維制成，例如碳纖維。絲帶用樹脂浸制，所述樹脂在環(huán)境溫度是固體或者半固態(tài)。環(huán)境溫度可以包括制造裝備中的溫度。固態(tài)或者半固態(tài)樹脂可以被加熱到粘性狀態(tài)以浸制絲帶。
絲帶層可以具有基本彼此平行的絲帶。絲帶層可以被安置在彼此之上，交替的絲帶層具有交叉的取向。相鄰的絲帶的交叉取向可以基本彼此垂直。額外的絲帶層可以被添加以在復(fù)合材料片上限定另外的絲帶層。
復(fù)合材料可以纏繞到具有不同形狀的芯軸上。芯軸可以是滾筒形或者更為復(fù)雜的曲線形狀。在一個(gè)纏繞應(yīng)用中，復(fù)合材料可以成螺旋形纏繞到芯軸上。所述纏繞可以通過(guò)絲繞機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述絲繞機(jī)具有細(xì)絲施加部分，所述部分具有樹脂分配裝置。
絲帶可以至少是0.5英寸寬。另外的實(shí)施例可以包括至少大約1英寸寬的絲帶，同時(shí)另外的絲帶可以不小于大約0.5英寸寬。獨(dú)立的帶的寬度和取向在整個(gè)材料片上也可以變化。
通常，用于制造復(fù)合材料的過(guò)程可以包括從細(xì)絲分配裝置將絲帶供給到芯軸上。當(dāng)絲帶從細(xì)絲分配裝置供給時(shí)，絲帶用在環(huán)境溫度中固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂浸制。然后，絲帶以可選的取向并且以可選的層數(shù)安置在芯軸上。復(fù)合層可以圍繞可移除墊板(blacking)以防止半固態(tài)或者固態(tài)樹脂傳輸?shù)脚c所述材料相接觸的物體。所述墊板可以在復(fù)合材料被施加到模型(form)上時(shí)被移除。
絲帶的多層和取向可以根據(jù)可選部分或者部件的加載需要而位于復(fù)合材料中，所述復(fù)合材料是預(yù)成形件。預(yù)成形件是由復(fù)合材料所形成的部分，所述部分的特征在纏繞的過(guò)程中產(chǎn)生，這樣消除了復(fù)合材料的多層的疊布問(wèn)題。所述部分的不同位置中的不同特征可以通過(guò)變化絲帶的取向和層數(shù)來(lái)產(chǎn)生。
預(yù)成形件可以通過(guò)確定復(fù)合部件用的載荷要求而制造。所述載荷要求基于設(shè)計(jì)和部件的用途。接著，為了達(dá)到載荷要求所需的絲帶的層數(shù)和取向被識(shí)別。然后，產(chǎn)生制造控制計(jì)劃。最后，根據(jù)制造控制計(jì)劃纏繞絲帶，將絲帶安置在部件的載荷要求的取向和層中。
本發(fā)明的這些特征將從下述說(shuō)明以及所附權(quán)利要求中變得完全顯而易見，或者可以通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解到。


為了更加清楚說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是本發(fā)明不限于所顯示的實(shí)施例，其中圖1A-H是制造復(fù)合材料的過(guò)程的俯視圖；圖2是在本發(fā)明的范圍中制造的復(fù)合材料的俯視圖；
圖3是圖2的復(fù)合材料片的橫截面視圖；圖4是本發(fā)明的范圍之內(nèi)的絲繞機(jī)纏繞復(fù)合材料片的俯視圖；圖5是多層復(fù)合材料的橫截面透視圖；圖6是預(yù)成形制造過(guò)程流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照?qǐng)D1-7來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，其中相似的附圖標(biāo)記指示相同或者功能相似的部件。如圖中所示，本發(fā)明具有多種不同的結(jié)構(gòu)。這樣，下述本發(fā)明的更詳細(xì)的說(shuō)明不是為了限制本發(fā)明的范圍，而指示代表本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合材料相比具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。所述復(fù)合材料相對(duì)便宜并具有可控的制造過(guò)程。復(fù)合材料也具有理想的褶皺和粘性性能以允許很容易地將未固化復(fù)合材料形成為所需形狀或者模型。在單線制造過(guò)程中，復(fù)合材料也提供了可變的復(fù)合材料特征。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A-H，說(shuō)明了用于制造復(fù)合材料片的過(guò)程。圖1H中完整顯示的一片復(fù)合材料100使用以交替取向安置的多層絲帶110而制造。在一個(gè)實(shí)施例中，絲帶110包括多股不同的纖維材料。所述材料可以包括碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉爾(Kevlar)、金剛砂或者其它纖維性材料。這樣的纖維材料的組合將產(chǎn)生能夠最佳顯示組合的纖維材料的材料特征的絲帶110。
通常，絲帶110中纖維的數(shù)目增加將對(duì)應(yīng)絲帶110寬度或者厚度的增加。固定數(shù)目纖維股的絲帶110的寬度和厚度將通過(guò)一系列隨動(dòng)桿或者張力控制裝置來(lái)控制處理帶110。限制的桿或者張力控制裝置可以展開絲帶110以產(chǎn)生較寬的更薄的絲帶110。
絲帶110將通過(guò)不同的絲帶110布置程序而被纏繞為復(fù)合材料100。圖1A-H說(shuō)明了通過(guò)絲繞或者分層過(guò)程所產(chǎn)生的復(fù)合材料。
圖1的復(fù)合材料可以包括安置在彼此之上的多層絲帶110。獨(dú)立的層可以包括基本平行的多個(gè)絲帶110，所述多個(gè)絲帶中獨(dú)立的帶110以一定的分開的距離相對(duì)彼此安置。在圖1A-H中，各圖表示絲帶110的層的布置。
圖1A描述了包括兩個(gè)絲帶110a的層沿第一取向安置在表面120之上，所述表面120可以是芯軸、滾筒、工作臺(tái)或者其它表面。在圖1A中，第一取向被顯示為垂直的。但是，此取向只是出于說(shuō)明的目的。第一層的兩個(gè)平行絲帶110a被安置在水平的分開的距離116上。在復(fù)合材料100中，如圖1A所示，垂直絲帶110a具有等于三個(gè)絲帶110的寬度的水平分開距離116。在這樣的實(shí)施例中，三層左右安置的絲帶110可能需要形成完整的一片復(fù)合材料100。
一旦絲帶110a的第一層被安置在表面120上，絲帶110b的第二層被安置在絲帶110a的第一層上。第二層的絲帶110b也基本彼此平行并以垂直分開的距離124安置。絲帶110b的第二層的垂直分開距離124可以等于絲帶110a的第一層的水平分開距離116?？蛇x地，垂直分開距離124可以與水平分開距離116不同。但是，當(dāng)垂直分開距離124和水平分開距離116相同，各取向中相同數(shù)目的層數(shù)可以用于產(chǎn)生均勻的一片復(fù)合材料100。
另外，絲帶110的任意層的分開的距離可以在單層的范圍內(nèi)變化。例如，一層可以包括四個(gè)絲帶(未示出)，三個(gè)分開的距離分開四個(gè)絲帶。三個(gè)分開的距離每個(gè)可以在絲帶的單層范圍之內(nèi)而不同。這樣的實(shí)施例在額外的絲帶需要來(lái)強(qiáng)化復(fù)合材料部分或者在預(yù)成形應(yīng)用中(將在后面說(shuō)明)時(shí)是有利的。
獨(dú)立于絲帶110a、110b的分開距離116、124，絲帶110b的第二層被安置在絲帶110a的第一層上。絲帶110b的第二層被安置在絲帶110a的第一層上，這樣絲帶110b的第二層與絲帶110a的第一層具有相交取向。絲帶110a的第一層和絲帶110b的第二層的相交取向可以具有較寬范圍的相對(duì)角度。
在圖1B中，第一層的絲帶110a與第二層的絲帶110b的相對(duì)角度以90度偏移。但是，絲帶110的交替層之間的不同相對(duì)角度也是可能的。在一個(gè)實(shí)施例中，絲帶110的層的相對(duì)角度使得來(lái)自第二層的單個(gè)絲帶110b與來(lái)自一片復(fù)合材料100的第一層的絲帶110a的主要部分相交和相重疊。
例如，圖1B說(shuō)明了單個(gè)絲帶110b與第一層的所有的絲帶110a相交的相交角度。但是，如果絲帶110a、110b的兩層之間的相對(duì)相交角度大約是10度或者更小，那么第二層的單個(gè)絲帶110b可以只相交第一層的單絲帶110a。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1C，絲帶110c的第三層被安置在絲帶110b的第二層的頂部。絲帶110c的第三層以交叉取向被安置在絲帶110b的第二層的頂部上。絲帶110c的第三層的取向可以基本等于絲帶110a的第一層的取向。但是，第三層的絲帶110c可以被安置在與第一層的絲帶110a相鄰的表面120上的位置上，如圖1C中所示。
相似地，絲帶110d的第四層可以與絲帶110b的第二層相同的取向安置在絲帶110c的第三層上。絲帶的后續(xù)層110e、110f、110g、110h可以交替的取向而彼此安置以形成一片復(fù)合材料100，如圖1H所示。
圖1A、C、E、G和圖B、D、F和H顯示了具有與原先安置的絲帶110相鄰安置具有相似的相交角度的絲帶110的后續(xù)層。但是，絲帶110的后續(xù)層不需要與原先安置的絲帶110的層相鄰。后續(xù)的絲帶110可以與原先安置的絲帶110相重疊?？蛇x地，后續(xù)絲帶110在原先被安置的絲帶110之間具有間隙。
盡管后續(xù)的絲帶110之間的間隙可以變化，對(duì)后續(xù)的絲帶110來(lái)說(shuō)可以是優(yōu)選的以順序的方式與原先安置的絲帶110基本對(duì)齊，諸如圖1C中所示。此實(shí)施例防止在復(fù)合材料100的層中形成開口或者窗口。
此外，圖1A-H所示的對(duì)齊提供了絲帶110的均勻分布。通過(guò)在單層或者層之間內(nèi)對(duì)絲帶110提供均勻的分開距離，可以提供基本均勻厚度的復(fù)合材料100。在圖1A-H中所示的實(shí)施例中，復(fù)合材料100的厚度等于兩個(gè)絲帶110的厚度。這是因?yàn)槿魏谓o定的表面截面120只被兩個(gè)絲帶110以不同的取向來(lái)覆蓋。
這通過(guò)圖1B中所示的重疊位置122而更加容易理解。重疊位置122通過(guò)與第一層的絲帶110a重疊的第二層的絲帶110b而產(chǎn)生。此重疊位置122的厚度等于包括重疊位置122的兩個(gè)絲帶110a、110b的厚度。通過(guò)觀察后續(xù)圖1C-H，可以看出沒有絲帶110c-h被安置在重疊位置122之上。對(duì)于此實(shí)施例，任何其它給定部分的復(fù)合材料100也是這樣的，每個(gè)復(fù)合材料100部分包括兩個(gè)具有不同纖維取向的絲帶110。
除了圖1所示之外，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料100結(jié)構(gòu)的多種變化。例如，單層中的絲帶110的取向可以沿著復(fù)合材料100的長(zhǎng)度而變化。在圖1A中，第一層的兩個(gè)絲帶110a顯示為彼此平行。但是，第一層的兩個(gè)絲帶110a相對(duì)彼此可以具有任何數(shù)量的角向取向，例如如果一個(gè)絲帶110垂直，第二帶30度偏移。相似地，其它層中的絲帶110可以與前述的相同的方式來(lái)變化。
此外，圖1A-H中的垂直絲帶110a和水平絲帶110b的說(shuō)明只是絲帶110與復(fù)合材料100的可能的取向的一個(gè)實(shí)施例。絲帶110可以具有多個(gè)其它的取向、厚度和層數(shù)，這依賴于復(fù)合材料所需的結(jié)構(gòu)。
本復(fù)合材料100的另外的特征是在一片復(fù)合材料100被制造之前浸制樹脂的絲帶110的使用。獨(dú)立的絲帶110可以預(yù)先以在環(huán)境溫度中是固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂浸制。在一個(gè)實(shí)施例中，樹脂可以在達(dá)到大約120°F的溫度上保持固態(tài)。此樹脂可以包括不同的環(huán)氧樹脂和硬化劑，注入在大約160°F變?yōu)楣虘B(tài)的酚醛塑料和雙酚。
但是，在環(huán)境溫度上是固態(tài)或者半固態(tài)的現(xiàn)在可獲得的不同的其它的環(huán)氧樹脂也是適于復(fù)合材料100的應(yīng)用。通常，樹脂必須被選擇，這樣樹脂在復(fù)合材料100將被處理和組裝的環(huán)境條件下保持固態(tài)或者半固態(tài)。溫度范圍可以包括通常在制造設(shè)備中常見的溫度，在所述設(shè)備中，周圍的溫度在大約50到110°F之間，優(yōu)選地在大約70°F。
此外，必須選擇樹脂，使當(dāng)復(fù)合材料100與比周圍環(huán)境溫度高的制造裝備中的零件相接觸時(shí)樹脂保持固態(tài)或者半固態(tài)。例如，工具、模型或組件表面會(huì)由于摩擦、發(fā)散的熱或者其它的因素導(dǎo)致溫度增加。
在傳輸和運(yùn)送的過(guò)程中樹脂必須保持在固態(tài)或者半固態(tài)。材料經(jīng)常在沒有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的卡車或者運(yùn)輸容器中運(yùn)送?？ㄜ嚭瓦\(yùn)送容器中的溫度可以超過(guò)100°F。如果樹脂在傳輸和傳送的過(guò)程中變成粘性液體，樹脂將流出所述材料，使得一些部分沒有適當(dāng)?shù)臉渲?。因此，必須選擇樹脂，使樹脂在相對(duì)較高的溫度保持固態(tài)或者半固態(tài)。
通過(guò)提供在較大范圍的環(huán)境溫度上保持固態(tài)和半固態(tài)的樹脂，在纖維內(nèi)浸制的樹脂將基本保持均勻。均勻浸制的樹脂將防止在復(fù)合材料100內(nèi)產(chǎn)生由于不足量的樹脂所導(dǎo)致的弱化部分的產(chǎn)生。
為了將絲帶110注入固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂，樹脂必須以其可以很容易浸制到絲帶110的狀態(tài)被放置。在一個(gè)應(yīng)用中，在環(huán)境溫度中為固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂被加熱到液態(tài)或者粘性液態(tài)。被加熱的粘性樹脂然后可以浸制在獨(dú)立的絲帶110中。在液體樹脂被浸制到絲帶110中，樹脂冷卻到固態(tài)或者半固態(tài)。
絲帶110可以包括多個(gè)混合在一起以產(chǎn)生通常更大的絲帶110的更小的絲帶?；蛘呤禽^大的絲帶110或者是組成較大的絲帶110的較小的絲帶被浸制。在每個(gè)時(shí)刻最小化被浸制的纖維數(shù)是有利的。通過(guò)最小化纖維數(shù)目，各纖維可以很容易地并均勻地用加熱的樹脂浸制。
在絲帶110被形成為復(fù)合樹脂層110之前將獨(dú)立的絲帶110用樹脂浸制提供了幾個(gè)制造和設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠消除浸制完整的一片復(fù)合材料100或者將被纏繞的一片復(fù)合材料100涂以樹脂的步驟。浸制整個(gè)復(fù)合材料片經(jīng)常需要較大的液體樹脂池。而液體樹脂池需要使用大量沒有被使用的樹脂并可能容納污染物。同樣，將復(fù)合材料片浸入到液體樹脂池中不允許注入復(fù)合材料100的樹脂的量受到控制。
在它們被纏繞到一片復(fù)合材料100之前將絲帶110用樹脂浸制允許在不同的絲帶110層之間施加充分量的樹脂。在絲帶110的組裝過(guò)程中，獨(dú)立的絲帶110層通常安置在彼此之上，如圖1A-H所示。
例如，在圖1A和1B中，絲帶110b的第二層被安置在絲帶110a的第一層之上。通過(guò)將兩層絲帶110a、110b彼此安置，產(chǎn)生了重疊的位置122。如果絲帶110a、110b沒有以樹脂預(yù)先浸制，不充分或者無(wú)效量的樹脂可以存在于兩層的絲帶110a、110b之間。但是，以樹脂預(yù)先浸制的絲帶110將在重疊的位置122中具有有效和充分量的樹脂。有效量的樹脂是能夠在不同層之間提供有效和充分量的樹脂。通過(guò)在不同層之間具有有效和充分量的樹脂，將形成更強(qiáng)和更均勻的復(fù)合樹脂100。
將絲帶110以在環(huán)境溫度上固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂預(yù)先浸制的另外的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是固態(tài)或者半固態(tài)樹脂的粘性特性。樹脂的粘性將允許獨(dú)立的絲帶110彼此粘接。如圖1A-H中所示，一層復(fù)合樹脂100包括多個(gè)可選的安置的獨(dú)立絲帶110。用于浸制絲帶110的樹脂的粘性允許絲帶110彼此粘接在一起，以形成可以很容易控制的一片復(fù)合材料100。
此外，獨(dú)立的絲帶110包括更小量的纖維。使用粘性的樹脂防止獨(dú)立的絲帶110分為多個(gè)纖維。這樣，通常較大的一片復(fù)合材料100可以在不需要編織、縫紉或者其它將一片復(fù)合材料100保持在一起而形成。
固態(tài)或者半固態(tài)的粘性當(dāng)將復(fù)合材料110安置到將固化的外形上時(shí)也提供了優(yōu)點(diǎn)。典型地，復(fù)合材料100通過(guò)將未固化一片復(fù)合材料100放置到一個(gè)模型上而限定一個(gè)形狀。當(dāng)復(fù)合材料100被固化時(shí)，復(fù)合材料100將保持其被連接的模型的形狀。粘性允許復(fù)合材料100連接至模型，不需要任何連接機(jī)構(gòu)以將復(fù)合材料100固定至模型。
另外，由固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂產(chǎn)生的復(fù)合材料110的粘性使復(fù)合材料100很容易連接至復(fù)合材料100的其他件。通常，復(fù)合結(jié)構(gòu)通過(guò)將復(fù)合材料100的多個(gè)件連接在一起而形成。樹脂的粘性允許復(fù)合材料100的單獨(dú)的部件彼此粘接，這樣在固化的過(guò)程中保持適當(dāng)?shù)慕佑|。
復(fù)合材料100的粘性量將依賴于所使用的固態(tài)或者半固態(tài)樹脂的類型。粘性可以是復(fù)合材料100中的樹脂的溫度的函數(shù)。優(yōu)選地，復(fù)合材料100的粘性優(yōu)選地足以在垂直或者反向的表面上保持其自重。
為了提供粘性復(fù)合材料的運(yùn)輸和處理上的方便性，如圖2所示的可移除的背襯130(backing)可以是塑料或者在粘性樹脂和其它物體之間產(chǎn)生緩沖的相似的材料類型?？梢瞥骋r130可以安置在復(fù)合材料100的兩側(cè)上，以防止粘性樹脂粘接到復(fù)合材料100所接觸的物體上。同樣，可移除背襯130防止樹脂傳輸?shù)街車奈矬w上。
可移除背襯130和粘性當(dāng)將復(fù)合材料100施加到一個(gè)外形上時(shí)提供了有用的特征組合。當(dāng)將復(fù)合材料施加到模型上，可移除背襯130的一個(gè)側(cè)面可以被移除以暴露粘性復(fù)合材料100。然后復(fù)合材料100可以通過(guò)具有剩余的可移除背襯130的復(fù)合材料側(cè)來(lái)處理。被暴露的粘性復(fù)合材料100然后可以通過(guò)擠壓到相對(duì)側(cè)面的可移除背襯130上而粘接到模型上。一旦復(fù)合材料100在位，可移除背襯130的第二側(cè)面可以從復(fù)合材料100剝離。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，顯示了圖2的一片復(fù)合材料100的橫截面視圖。橫截面視圖顯示了形成一片復(fù)合材料100的多層絲帶110a-h。復(fù)合材料100具有等于兩個(gè)絲帶110厚度的均勻厚度。均勻的厚度產(chǎn)生了具有頂部層212和底部層216的復(fù)合材料100。頂部層212和底部層216由多層的絲帶110所形成。
多層絲帶110的相對(duì)定位和長(zhǎng)度提供了顯著的強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料100通過(guò)將具有較高拉伸強(qiáng)度的纖維和具有較高壓縮和彎曲阻力的樹脂相組合而獲得強(qiáng)度。同時(shí)樹脂可以承受基本的張力，優(yōu)選地纖維而不是樹脂加載張力。一種優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)合材料100將被構(gòu)造，這樣纖維基本加載張力，樹脂基本加載壓縮和剪切力。這樣沒有優(yōu)化地加載或者纖維或者樹脂的復(fù)合材料100的特征可以被避免。
最好避免的復(fù)合材料100的一個(gè)特征是頂部層212和底部層216之間的過(guò)渡發(fā)生的位置。絲帶110g從上層212過(guò)渡到下層216被稱為卷邊部分220。
例如，第七層的絲帶110g在圖3中進(jìn)行了說(shuō)明。在圖3中從右觀察到左，第七層的絲帶110g被安置在復(fù)合材料100的頂層212上。第七層的絲帶110g被安置在其它層的三個(gè)絲帶110b、110d、110f的頂部上。然后第七層的絲帶110g在第八層的絲帶110h之下卷邊。當(dāng)在在第八層的絲帶110h之下卷邊后，第七層的絲帶110g從底部層216過(guò)渡到頂層212。絲帶110g從頂層212過(guò)渡到底部層216然后回到頂層212的位置在各過(guò)渡位置產(chǎn)生了兩個(gè)卷邊部分220。
卷邊部分220將空穴224引入到絲帶110在頂層212和底層216之間過(guò)渡的復(fù)合材料100中。被浸制到絲帶110中的樹脂可以用樹脂填充空穴224。這樣，當(dāng)絲帶110被加載有張力，張力的一部分將被傳輸?shù)教畛錁渲目昭?24。由于絲帶110的樹脂典型地強(qiáng)于樹脂，填充樹脂的空穴224可能減小材料100的強(qiáng)度。
雖然卷邊部分220可以將空穴224引入到復(fù)合材料100中，可選量的卷邊部分220對(duì)復(fù)合材料100提供了一定的優(yōu)點(diǎn)。卷邊部分220允許頂層212和底層216的絲帶110交織。如果復(fù)合材料100只包括沒有卷邊部分220的兩層絲帶110，那么復(fù)合材料100的強(qiáng)度將等于將兩層保持在一起的樹脂的強(qiáng)度。但是，卷邊部分220的可選使用允許頂層212和底層216通過(guò)絲帶110連接在一起。
此處公開的復(fù)合材料100提供了最小數(shù)目的卷邊部分220?？梢詮膱D3中看出，第七層的絲帶110g基本用兩個(gè)小的卷邊部分220被安置在頂層212之上。通過(guò)提供位于復(fù)合材料100的單層之上通常較長(zhǎng)的絲帶110部分，絲帶110上的張力載荷將被安置在絲帶110的垂直的纖維之上。
現(xiàn)在回頭參照?qǐng)D2，對(duì)復(fù)合材料100的檢查顯示了大量的絲帶110具有垂直的纖維部分，而沒有卷邊部分，所述卷邊部分的寬度至少是絲帶110的三倍。此外，可選的絲帶110沒有卷邊部分220。盡管絲帶110的長(zhǎng)度對(duì)寬度的比值只是為了說(shuō)明的目的，其也的確在最大化絲帶110的垂直部分中顯示了復(fù)合材料100的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)仍然利用了最小數(shù)目的卷邊部分220。
用于制造復(fù)合材料100的方法可以包括絲繞以及布置獨(dú)立的絲帶110?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，說(shuō)明了絲繞機(jī)310。絲帶纏繞機(jī)310被提供以將絲帶110施加到芯軸316或者其它相似的結(jié)構(gòu)。絲繞機(jī)310包括芯軸316、細(xì)絲施加部分320以及傳輸系統(tǒng)330。
絲繞機(jī)310被構(gòu)造以將纖維326線軸纏繞到芯軸316上以形成一片復(fù)合材料100。絲繞機(jī)310也包括提供樹脂以在絲帶328被纏繞到芯軸316上之前將絲帶328用樹脂浸制。如前所述，樹脂源318可以連接到加熱單元322以將樹脂加熱到液體狀態(tài)，這樣樹脂被注入到絲帶328中。
絲帶328被纏繞到芯軸316上。芯軸316可以是較大的旋轉(zhuǎn)滾筒或者其它相似的裝置，所述裝置允許施加被預(yù)先浸制樹脂的絲帶328。在一個(gè)實(shí)施例中，芯軸316被構(gòu)造以圍繞軸線324旋轉(zhuǎn)，這樣芯軸316從細(xì)絲施加部分320抽出絲帶328。
細(xì)絲施加部分320可以包括一個(gè)或者多個(gè)細(xì)絲源，例如細(xì)絲線軸326，以提供纖維源以產(chǎn)生絲帶328。線軸326可以提供纖維帶源以產(chǎn)生絲帶328，或者可選的線軸326可以提供混合為單個(gè)較大的絲帶328的多個(gè)更小的絲帶。
細(xì)絲施加部分320可以被構(gòu)造以相對(duì)芯軸316平動(dòng)。平動(dòng)可以通過(guò)將細(xì)絲施加部分320連接到傳輸系統(tǒng)330而實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸系統(tǒng)320可以是軌道332，細(xì)絲施加部分320設(shè)置在軌道332上。普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到多個(gè)其它系統(tǒng)可以被提供以允許細(xì)絲施加部分320相對(duì)芯軸316平動(dòng)。
線軸326可以連接到細(xì)絲施加部分320，這樣線軸326與細(xì)絲施加部分320一起平動(dòng)。但是，線軸326可以位于靜止裝置上，線軸326從靜止的位置供給發(fā)生平動(dòng)的細(xì)絲施加部分320。雖然線軸326連接到細(xì)絲施加部分320可以提供更為簡(jiǎn)單的供給機(jī)構(gòu)，被保持在線軸326上的纖維量可能被限制到較小的量。這樣，在較大的一片復(fù)合材料100的絲繞應(yīng)用中，在沒有連接到細(xì)絲施加部分320的線軸326上提供較大量的纖維是有利的。
細(xì)絲施加部分320相對(duì)芯軸316的運(yùn)動(dòng)可以是自動(dòng)或者手工運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以控制細(xì)絲施加部分320的過(guò)渡運(yùn)動(dòng)以及絲帶328被施加到芯軸316上的角度。雖然手工和自動(dòng)系統(tǒng)是可能的，自動(dòng)系統(tǒng)可能對(duì)較大的復(fù)合材料片316是最實(shí)用的。
細(xì)絲施加部分320可以包括多個(gè)隨動(dòng)桿(未示出)，所述隨動(dòng)桿控制絲帶328的特征。例如，隨動(dòng)桿可以使絲帶328受拉以改變絲帶328的寬度。單個(gè)絲帶328可以在施加到芯軸316之前通過(guò)多個(gè)隨動(dòng)桿供給。
控制絲帶328的寬度在一片復(fù)合材料100的纏繞中提供了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將絲帶328變寬，絲帶328的厚度可以被減小，通過(guò)提供較窄的絲帶328，厚度可以增加。這樣，絲帶328的厚度可以通過(guò)隨動(dòng)桿或者其它相似的裝置而使得絲帶328變寬。
提供通常較寬的絲帶328的另外的優(yōu)點(diǎn)是需要產(chǎn)生一片復(fù)合材料100的制造時(shí)間減小。一片復(fù)合材料100通過(guò)圍繞芯軸316纏繞絲帶328而形成直到芯軸316基本被覆蓋。通過(guò)使用較寬的絲帶328，需要覆蓋芯軸316的旋轉(zhuǎn)數(shù)可以被減小。在一個(gè)實(shí)施例中，絲帶328寬度可以是0.5-1.0。但是，其它的實(shí)施例可以使用寬度小于0.5英寸或者寬度大于1英寸的絲帶328。
施加絲帶328也可以通過(guò)絲帶纏繞頭336來(lái)進(jìn)行控制。絲繞頭336可以被構(gòu)造以控制絲帶328被施加到芯軸316上的角度。絲繞頭336能夠變化絲帶328的角度，同時(shí)纏繞單層絲帶328。絲繞頭336可以包括隨動(dòng)桿以及用于用樹脂浸制絲帶328的樹脂施加系統(tǒng)。
絲繞機(jī)310的變化控制系統(tǒng)允許對(duì)一片復(fù)合材料100較大程度上的控制。這樣，單個(gè)機(jī)器可以被用于產(chǎn)生多個(gè)復(fù)合材料100的實(shí)施例。
纏繞過(guò)程可以通過(guò)將絲帶328的端部連接到芯軸316上的位置而實(shí)現(xiàn)，諸如端部340。絲帶328可以通過(guò)粘膠帶或者通過(guò)預(yù)注入的絲帶328的粘性而被連接到芯軸316。將絲帶328的端部連接到芯軸316的端部340對(duì)于確定纏繞過(guò)程的開始和結(jié)束點(diǎn)是有用的。但是，絲帶328的端部可以被連接到芯軸316上的任何位置。
在使用可移除背襯130的復(fù)合材料100中，可移除背襯130將在將絲帶328連接到芯軸316之前首先被安裝到芯軸316上。在此實(shí)施例中，絲帶328的端部將連接到可移除背襯130。通過(guò)將絲帶328纏繞到可移除背襯130上，一片復(fù)合材料100可以用覆蓋可移除背襯130的復(fù)合材料100的一側(cè)從芯軸316移除。
一旦絲帶328被連接到芯軸316，芯軸316可以被旋轉(zhuǎn)以從細(xì)絲施加部分320抽出絲帶328。當(dāng)絲帶328從細(xì)絲施加部分320取出，傳輸系統(tǒng)330相對(duì)芯軸316平移。通過(guò)變化芯軸316的旋轉(zhuǎn)速度以及傳輸系統(tǒng)330的傳輸速度，其中絲帶328被施加到芯軸316的方式可以被控制。
芯軸316的旋轉(zhuǎn)控制以及傳輸系統(tǒng)330的平移可以確定分開的距離、絲帶328的角度、不同的絲帶層的相交角度以及不同層之間的相對(duì)定位。復(fù)合材料100的這些特征可以在整個(gè)一片復(fù)合材料100之上保持恒定，或者可以在單片復(fù)合材料100上改變。
例如，絲帶328可以在初始纏繞通過(guò)芯軸316的過(guò)程中以第一角度或者取向被安置。絲帶328的角度然后可以在圍繞芯軸316通過(guò)的中心纏繞的過(guò)程中被改變到第二角度。絲帶328的角度然后可以返回到在絲帶328圍繞芯軸316的初始旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中的角度。
在單次通過(guò)芯軸316的過(guò)程中改變其角度的絲帶328的能力是可能的，這部分是由于復(fù)合材料100的粘性的緣故。樹脂的粘性將允許絲帶328粘接到芯軸316并保持其中其被安置到芯軸316上的角度。此外，當(dāng)角度突然改變，絲帶328的粘性將防止原先被安置的絲帶328部分符合絲帶328的新的角度。
相似地，絲帶328之間的分開的距離在復(fù)合材料100的制造過(guò)程中以與預(yù)絲帶328的角度相似的方式可以變化。此外，絲帶328的角度以及絲帶328的分開的距離可以根據(jù)層而不同。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，顯示了多層復(fù)合材料410的一部分。多層復(fù)合材料410橫過(guò)其長(zhǎng)度具有變化數(shù)目的層數(shù)。多層復(fù)合材料410可以與通過(guò)手工以不同層安置的復(fù)合材料相似。但是，圖2所示復(fù)合材料100在單一纏繞過(guò)程中在多層部分中纏繞，并在其長(zhǎng)度上具有變化數(shù)量的層。
變化數(shù)量的層數(shù)可以在不同的取向中和不同的位置中通過(guò)施加多層絲帶而實(shí)現(xiàn)。所述取向和層數(shù)在芯軸316上的絲繞過(guò)程中可以控制，如上所述。例如，絲繞機(jī)310可以纏繞包括兩組在不同的取向中安置的絲帶組，如圖2中所示。在第一層416被形成之后，第二層420部分可以被安置在第一層416的被選擇的頂部上，如圖5所示。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二層420的絲帶的纖維的取向與第一層416中的絲帶的取向是不同的取向。取向中的不同對(duì)第二層420是理想的，以接收不同方向中的載荷，這對(duì)第一層416中的纖維而言是有利的。接著，第三層432將被放置到第二層420上以在另外的方向中接收載荷。
此外，頂層436可以被安置在復(fù)合材料410的整個(gè)部分上。頂層436可以作用以在單層部分和多層部分410之間提供均勻的過(guò)渡。此外，第三層416、420、432中的絲帶和纖維的角度和方向可以基本是在相似的方向上。復(fù)合材料410中的層數(shù)將依賴于所需的應(yīng)用。使用具有不同取向的絲帶的多層允許復(fù)合材料410對(duì)特定的組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不必要手工地安置多層復(fù)合材料。
一個(gè)在整個(gè)復(fù)合材料410上具有不同取向的多層復(fù)合材料410的應(yīng)用是制造預(yù)成形件。預(yù)成形件是至少一部分結(jié)構(gòu)在一片復(fù)合材料100的制造過(guò)程中被制造的復(fù)合部件或者部分。通過(guò)產(chǎn)生具有準(zhǔn)備固化部件的層數(shù)和取向的復(fù)合材料件，可以避免手工放置多層復(fù)合材料的過(guò)程。
現(xiàn)在，大多數(shù)復(fù)合材料在沒有看到復(fù)合材料制造的最后結(jié)果情況下被制造。典型地，制造通常的具有不同厚度、強(qiáng)度特征以及纖維取向的復(fù)合材料。從通常供給的復(fù)合材料，通過(guò)以所需的形狀和層數(shù)安置多層被制造的復(fù)合材料而制造。手工安置復(fù)合材料的過(guò)程將給整個(gè)部分增加成本。
為了避免手工安置復(fù)合材料以形成部件，多層復(fù)合材料可以在復(fù)合材料被制造時(shí)彼此產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，部件或者部分的設(shè)計(jì)必須在復(fù)合材料被形成之前而得知?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，顯示了產(chǎn)生所示出的預(yù)成形的步驟的流程圖。
首先，最終產(chǎn)品或者部件的載荷需求被確定510。所需要的載荷依賴于應(yīng)用和將被放置到部件上的載荷。所述部分可以需要厚度增加的部分以接收較大的載荷或者可能產(chǎn)生在復(fù)合材料被制造時(shí)不能產(chǎn)生的用于連接其它不同部件的位置。
一旦得知了這些載荷要求，絲帶的層數(shù)和取向?qū)⒈淮_定以達(dá)到部件520的規(guī)范。這些設(shè)計(jì)考慮可以通過(guò)參考圖5來(lái)說(shuō)明。多層復(fù)合材料410可以是對(duì)右側(cè)424的載荷要求大于左側(cè)426的載荷要求的預(yù)成形件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6，一旦層數(shù)和纖維的取向被確定，制造控制計(jì)劃可以被產(chǎn)生530以制造預(yù)成形件。制造控制計(jì)劃描述絲繞機(jī)310將被如何操作以產(chǎn)生所需的層數(shù)和纖維取向。制造控制計(jì)劃可以包括對(duì)應(yīng)的細(xì)絲施加部分320的位置和速度的芯軸316的旋轉(zhuǎn)速度。此控制計(jì)劃可以是機(jī)器操作工的文字計(jì)劃或者可以是與自動(dòng)絲繞機(jī)310接口的計(jì)算機(jī)程序。
一旦制造控制計(jì)劃被建立，絲帶被纏繞到芯軸316上，在所述芯軸上多層和纖維取向產(chǎn)生預(yù)成形540。多層復(fù)合層410然后可以被切割為準(zhǔn)備施加到外形和固化的部分的形狀中。
在本申請(qǐng)中可以預(yù)見，設(shè)計(jì)預(yù)成形件的自動(dòng)過(guò)程可以被建立。自動(dòng)過(guò)程可能需要與載荷要求相關(guān)的數(shù)字介質(zhì)中的部件或者部分的設(shè)計(jì)參數(shù)，諸如有限元分析程序。然后計(jì)算機(jī)程序可以確定復(fù)合材料的類型、絲帶的寬度以及樹脂的類型。接著，復(fù)合材料的層數(shù)和層數(shù)的取向可以對(duì)所述部分建立。
然后計(jì)算機(jī)程序可以確定與絲繞機(jī)交互的制造控制計(jì)劃以制造預(yù)成形件。自動(dòng)過(guò)程然后控制絲繞機(jī)的操作參數(shù)。盡管任一步驟可以用手工的過(guò)程來(lái)替換。自動(dòng)過(guò)程將通常更加有效并且成本有效。
此應(yīng)用中所描述的復(fù)合材料可以具有用于制造不同的復(fù)合部分的多個(gè)實(shí)施例。通常，復(fù)合材料可以描述為多層絲帶，所述絲帶在環(huán)境溫度上被注入固態(tài)或者半固態(tài)樹脂。不同的絲帶層相對(duì)彼此具有交叉的取向。所述樹脂阿卡一提供允許復(fù)合材料很容易粘接到外形并將絲帶保持在一起的粘接量。
盡管對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，普通技術(shù)人員可以理解在不背離本發(fā)明的精神和原則的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改和變化，其范圍由所附權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，包括多個(gè)絲帶，其中各絲帶被用在環(huán)境溫度下是固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂浸制，復(fù)合材料具有多層基本平行的絲帶，其中交替層與相鄰的層具有相交的取向，這樣絲帶形成復(fù)合材料片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，絲帶是碳纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，還包括位于復(fù)合材料片上的額外的絲帶層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其特征在于，絲帶的額外層的絲帶基本單向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，絲帶層的交叉取向產(chǎn)生多個(gè)重疊位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料，其特征在于，有效量的樹脂存在于重疊位置中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，各個(gè)絲帶用基本相似量的樹脂浸制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述材料通過(guò)將絲帶纏繞到芯軸上而產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述芯軸是滾筒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，絲帶的交叉取向根據(jù)層而具有不同的角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述帶至少大約1英寸寬。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述帶不大于0.5英寸寬。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述材料是粘性的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，絲帶層基本垂直于相鄰的絲帶層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，復(fù)合材料片在凝固時(shí)基本是固體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，還包括通過(guò)非液體樹脂連接到至少?gòu)?fù)合材料的一側(cè)的可移除背襯。
17.一種復(fù)合材料片，包括多個(gè)絲帶，其中各個(gè)絲帶被用在環(huán)境溫度上是固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂浸制，多個(gè)絲帶被纏繞到復(fù)合材料片上，這樣絲帶的交替層與相鄰的絲帶層具有相交的取向，這樣絲帶形成復(fù)合材料片。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述絲帶被纏繞到芯軸上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述芯軸是滾筒。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，絲帶被成螺旋形地纏繞。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，交叉取向的角度根據(jù)可選的部件的載荷需要而被選擇。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，還包括多個(gè)在單向方向中纏繞到復(fù)合材料片上的多個(gè)絲帶。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述材料根據(jù)預(yù)定部件的設(shè)計(jì)來(lái)纏繞。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述材料是預(yù)成形件。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述絲帶是碳纖維。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述絲帶的交叉取向具有至少三個(gè)取向。
27.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，絲帶的寬度在所述片上變化。
28.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，在絲帶被纏繞時(shí)所述絲帶用樹脂浸制。
29.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)合材料片，其特征在于，所述樹脂被加熱以將樹脂浸制到絲帶中。
30.一種制造復(fù)合材料的方法，包括將第一絲帶用在環(huán)境溫度下是固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂預(yù)先浸制；以第一角度纏繞第一絲帶；將第二絲帶用在環(huán)境溫度下是固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂預(yù)先浸制；在第二方向中纏繞第二絲帶，其中第二角度具有與第一角度交叉的方向，這樣第一絲帶和第二絲帶形成復(fù)合材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，第一角度和第二角度的交叉取向基本垂直。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，復(fù)合材料被纏繞到旋轉(zhuǎn)軸上。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，絲帶的取向通過(guò)絲繞機(jī)的細(xì)絲施加部分進(jìn)行控制。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述施加部分用樹脂浸制絲帶。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，第一絲帶和第二絲帶具有多個(gè)重疊位置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，有效量的樹脂存在于重疊位置中。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，第一絲帶和第二絲帶用基本相同量的樹脂浸制。
38.一種制造復(fù)合材料的方法，包括確定部件的載荷要求；識(shí)別滿足部件的載荷要求的層數(shù)和絲帶的取向；產(chǎn)生制造控制計(jì)劃；以及將多個(gè)絲帶纏繞到芯軸上，其中多個(gè)絲帶用在環(huán)境溫度下固態(tài)或者半固態(tài)的樹脂預(yù)先浸制，所述多個(gè)絲帶根據(jù)制造控制計(jì)劃來(lái)纏繞，這樣絲帶的層數(shù)和取向?yàn)樗霾考a(chǎn)生一個(gè)預(yù)成形件。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，絲帶被纏繞到具有至少三個(gè)不同的絲帶取向的多層中。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，還包括從復(fù)合材料切割預(yù)成形件。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括在形狀限定模型上固化預(yù)成形件。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，多個(gè)預(yù)成形件被同時(shí)纏繞。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，預(yù)成形件被纏繞在復(fù)合材料片中。
全文摘要
公開了由多個(gè)絲帶(110)所構(gòu)成的復(fù)合材料(100)。絲帶可以用固體或者半固體樹脂浸制。絲帶(110)在多個(gè)取向中纏繞以形成一層復(fù)合材料(100)。此外，復(fù)合材料(100)可以在整個(gè)復(fù)合材料(100)層中具有變化數(shù)目的層數(shù)和纖維取向。在另外的實(shí)施例中，需要多層和纖維取向的復(fù)合成分可以基本在絲繞過(guò)程中制造。
文檔編號(hào)D04H3/12GK1662696SQ03814458
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者拉里·阿什頓, 克雷格·辛普森, 雷克斯·凱, 特羅伊·懷特, 邁克·奧爾曼 申請(qǐng)人:巖山復(fù)合有限公司