用于控制低溫下接頭中的應力的裝置及其制備方法
【專利摘要】一種復合樹脂儲罐包括沿著接頭接合到穹頂?shù)谋?。使用軟化帶來控制接頭中的應力。
【專利說明】用于控制低溫下接頭中的應力的裝置及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本公開總體涉及復合結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)接頭，特別是粘結(jié)接頭，更具體地講，涉及一種 用于控制低溫下的接頭中的應力的裝置以及該裝置的制備方法。

【背景技術】
[0002] 某些結(jié)構(gòu)可被專門設計為在低溫環(huán)境中使用。例如，航天器和運載火箭可采用儲 罐（tank)來在低溫下（通常低于-238華氏度）儲存固體推進劑或液體燃料（例如，液氫 和/或液氧）。為了減輕航天器或運載火箭的重量，所述儲罐可由多個復合部件形成，這些 復合部件通過一個或更多個接頭彼此附接。在一個這種應用中，復合儲罐包括圓筒形外壁， 該外壁具有裙邊，該裙邊通過橫截面為Y形的粘結(jié)搭接接頭接合到穹頂形末端。
[0003] 在大直徑（例如，直徑大于大約14至16英尺）的復合低溫儲罐中，粘結(jié)接頭中的 線載荷可能在接頭中導致無法接受的高水平的峰值應力，從而導致接頭泄露的可能性。為 了增加Y-接頭的強度，可在接頭的凹口區(qū)域中放置軟化帶。軟化帶可通過允許結(jié)構(gòu)之間更 平滑的載荷傳遞來降低粘結(jié)線中出現(xiàn)的剪切應力峰化。這可通過在環(huán)境溫度下使用由諸如 橡膠的材料形成的軟化帶來實現(xiàn)，然而，在低溫下，橡膠和許多其它常規(guī)材料可能無法保持 柔軟，而是變硬。當在低溫下硬化時，軟化帶可能不再能夠控制接頭中的剪切應力。
[0004] 可用作軟化帶的已知材料在低溫環(huán)境下還出現(xiàn)多個其它問題。例如，這些材料通 常的熱膨脹系數(shù)（CTE)可能與具有相對低的CTE的接頭的其它復合部件不相容。這種CTE 的不匹配可能在低溫下的接頭中導致不期望的熱致應力。設計有效軟化帶的另一挑戰(zhàn)在于 以下事實：軟化帶必須在儲罐的其它復合樹脂部件熱固化的溫度下保持穩(wěn)定。另外，可取的 是軟化帶能夠被加工成專門針對特定接頭應用的形狀。
[0005] 因此，需要一種在低溫下有效地控制接頭中的應力的軟化帶裝置。還需要一種制 備上述這種類型的軟化帶的方法，該方法相對簡單、有效并且非常適合用在生產(chǎn)環(huán)境下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 公開的實施方式提供一種用于降低低溫下的接頭中的峰值應力的裝置。該裝置包 括置于接頭中的凹口中的軟化帶，該軟化帶在低溫下保持柔軟、柔性和適形，并且有效地使 接頭中的應力線性化。該軟化帶可用于在相對大的復合結(jié)構(gòu)中傳遞線載荷，并且在結(jié)構(gòu)中 所使用的熱固性樹脂通常固化的溫度下保持穩(wěn)定。
[0007] 根據(jù)一個公開的實施方式，提供一種用于控制兩個表面之間的接頭中的應力的裝 置。該裝置包括適于被置于接頭中的三維織物。該三維織物為多孔的，并且包括用塑料粘 結(jié)劑涂敷的纖維。該三維織物包括織造纖維、編織纖維、層疊纖維層、縫合纖維和針刺纖維 層（pinnedlayersoffibers)中的一個。所述纖維選自由石墨纖維、玻璃纖維、芳族聚酰 胺纖維和金屬纖維構(gòu)成的組。所述纖維包括沿著三個基本上正交的軸線延伸的纖維，并且 可包括直徑在大約2微米到15微米的范圍內(nèi)的纖維。所述塑料粘結(jié)劑是在室溫和低溫下 均適形的聚合物。所述塑料粘結(jié)劑可以是在低于大約-150°F的溫度下呈現(xiàn)彈性適形性并 且在高至大約400°F或更高的溫度下呈現(xiàn)穩(wěn)定性的含氟聚合物。
[0008] 根據(jù)另一實施方式，一種結(jié)構(gòu)組件包括具有第一表面的第一復合樹脂結(jié)構(gòu)和具有 第二表面的第二復合樹脂結(jié)構(gòu)。所述組件還包括在第一表面和第二表面之間的接頭以及用 于控制接頭中的應力的軟化帶。該接頭可為Y形，該軟化帶的橫截面可為楔形。軟化帶可 被配置為使低溫下接頭中的應力線性化。軟化帶為包括纖維的三維織物，所述纖維具有塑 料涂層，其在低溫下彈性適形。所述塑料涂層是熔點高于使第一和第二復合樹脂結(jié)構(gòu)固化 所需的溫度的聚合物。所述織物為多孔的，并且在低溫下，所述纖維是柔性的并且能夠響應 于通過接頭傳遞的載荷而相對于彼此移動。
[0009] 根據(jù)另一實施方式，提供一種制備用于控制接頭中的應力的軟化帶的方法。該方 法包括生成具有三維延伸的纖維的織物預制件，以及用熱塑性聚合物粘結(jié)劑涂敷所述纖維 的表面。涂敷所述纖維的表面的步驟包括制備包含所述熱塑性聚合物粘結(jié)劑的顆粒的水溶 液，將所述織物浸入所述水溶液中，以及通過將所述織物干燥來使所述粘結(jié)劑顆粒粘附到 所述纖維的所述表面。涂敷所述纖維的表面的步驟包括還可包括將被浸漬的織物置于真空 中，以及利用所述真空將所述織物內(nèi)夾帶的氣泡從水溶液抽出。涂敷所述纖維的表面的步 驟還包括對粘附到所述纖維的所述粘結(jié)劑顆粒進行加熱，直至所述粘結(jié)劑顆粒融化并圍繞 所述纖維流動在一起為止。所述方法還包括通過對所述織物進行冷揉搓來使被涂敷的纖維 之間的任何粘結(jié)變松散。通過使織物通過一對輥并在這一對輥之間壓縮所述織物，或者在 兩個模頭之間壓制織物，來對織物進行冷揉搓。所述方法還可包括在使被涂敷的纖維之間 的粘結(jié)變松散時使織物成形，以及將帶有被涂敷的纖維的織物加工成適合于接頭的期望的 形狀。
[0010] 根據(jù)本公開的一方面，提供一種用于控制兩個表面之間的接頭中的應力的裝置， 該裝置包括適于被置于所述接頭中的三維織物，所述三維織物具有用塑料粘結(jié)劑涂敷的纖 維。有利地，所述三維織物包括織造纖維、編織纖維、層疊纖維層、縫合纖維和針刺纖維層中 的一個。有利地，所述纖維選自由石墨纖維、玻璃纖維和芳族聚酰胺纖維構(gòu)成的組。有利 地，所述纖維包括沿著三個基本上正交的軸線延伸的纖維，并且所述三維織物具有與所述 接頭匹配的形狀，并且與所述表面中的每一個面對面接觸。有利地，所述纖維包括直徑在大 約2到15微米的范圍內(nèi)的纖維。有利地，所述塑料粘結(jié)劑是在室溫和低溫下均適形的聚合 物。有利地，所述塑料粘結(jié)劑是在低于大約-150°F的溫度下呈現(xiàn)彈性柔度并且在高至大 約400°F的溫度下呈現(xiàn)穩(wěn)定性的含氟聚合物，并且所述纖維是石墨纖維。有利地，所述三 維織物是多孔的并且在低溫下為柔性的。有利地，所述纖維和塑料粘結(jié)劑在低溫下為柔性 的。
[0011] 根據(jù)本公開的一方面，提供一種結(jié)構(gòu)組件，該結(jié)構(gòu)組件包括具有第一表面的第一 復合樹脂結(jié)構(gòu)、具有第二表面的第二復合樹脂結(jié)構(gòu)、在所述第一表面和第二表面之間的接 頭以及在所述接頭中用于控制所述接頭中的應力的軟化帶。有利地，所述接頭為Y形，所述 軟化帶為楔形并且與所述第一表面和第二表面面對面接觸。優(yōu)選地，所述軟化帶被配置為 使低溫下所述接頭中的應力線性化。有利地，所述軟化帶為包括纖維的三維織物，所述纖維 具有塑料涂層，其在低溫下彈性適形。優(yōu)選地，所述塑料涂層是熔點高于使所述第一和第二 復合樹脂結(jié)構(gòu)固化所需的溫度的聚合物。優(yōu)選地，所述織物為多孔的，并且在低溫下，所述 纖維為柔性的并且能夠相對于彼此移動。
[0012] 根據(jù)本公開的一方面，提供一種制備用于控制接頭中的應力的軟化帶的方法，該 方法包括：生成具有三維延伸的纖維的織物預制件；以及用熱塑性聚合物粘結(jié)劑涂敷所述 纖維的表面。有利地，涂敷所述纖維的表面的步驟包括：制備包含所述熱塑性聚合物粘結(jié)劑 的顆粒的水溶液，將所述織物浸入所述水溶液中，以及通過將所述織物干燥來使所述粘結(jié) 劑顆粒粘附到所述纖維的所述表面。優(yōu)選地，涂敷所述纖維的表面的步驟包括：將被浸漬的 織物置于真空中，以及利用所述真空將氣泡從所述水溶液抽出。優(yōu)選地，涂敷所述纖維的表 面的步驟包括對粘附到所述纖維的所述粘結(jié)劑顆粒進行加熱，直至所述粘結(jié)劑顆粒圍繞所 述纖維融化并流動在一起。優(yōu)選地，所述加熱步驟包括將所述粘結(jié)劑顆粒加熱至至少大約 500°F的溫度。有利地，涂敷所述纖維的表面的步驟包括：使所述粘結(jié)劑的顆粒粘附到所 述纖維的所述表面，以及將所述粘結(jié)劑顆粒燒結(jié)。有利地，所述方法還包括通過對所述織物 進行冷揉搓來使被涂敷的纖維之間的粘結(jié)變松散。優(yōu)選地，通過使所述織物通過一對輥并 在這一對輥之間壓縮所述織物，或者在兩個模頭之間壓制所述織物，來對所述織物進行冷 揉搓。優(yōu)選地，在使被涂敷的纖維之間的粘結(jié)變松散時使織物成形。優(yōu)選地，將帶有被涂敷 的纖維的織物加工成與接頭有關的期望的形狀。
[0013] 所述特征、功能和優(yōu)點可在本公開的各種實施方式中獨立地實現(xiàn)，或者在其它實 施方式中被組合，其中進一步的細節(jié)可參照以下描述和附圖看出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 公開的實施方式的特點帶來的新穎特征在所附權(quán)利要求書中被闡述。然而，通過 參考本公開的實施方式的以下詳細描述并結(jié)合附圖閱讀，將最佳地理解公開的實施方式以 及其優(yōu)選使用模式、其它目的和優(yōu)點，附圖中：
[0015] 圖1是示出可實現(xiàn)實施方式的航天器制造和服務方法的示意圖；
[0016] 圖2是可實現(xiàn)實施方式的航天器的示意圖；
[0017] 圖3是示出依據(jù)公開的實施方式的航天器的示意圖；
[0018] 圖4是依據(jù)公開的實施方式的航天器的示意圖；
[0019] 圖5是依據(jù)公開的實施方式的運載火箭的橫截面部分的示意圖；
[0020] 圖6是依據(jù)公開的實施方式的接頭的示意圖；
[0021] 圖7是示出依據(jù)公開的實施方式的軟化帶的示意圖；
[0022] 圖8是示出依據(jù)公開的實施方式的三維預制件的示意圖；
[0023] 圖9是示出依據(jù)公開的實施方式的軟化帶的示意圖；
[0024] 圖10是依據(jù)公開的實施方式的在結(jié)構(gòu)中形成Y-接頭的處理的示意性流程圖；
[0025] 圖11是依據(jù)公開的實施方式的針對儲罐形成Y-接頭的處理的示意性流程圖；
[0026] 圖12是依據(jù)公開的實施方式的在復合低溫儲罐與復合裙邊之間形成Y-接頭的處 理的示意性流程圖；
[0027] 圖13是依據(jù)公開的實施方式的形成軟化帶的處理的示意性流程圖；
[0028] 圖14是三維織物預制件的另選實施方式的示意性透視圖，所述三維織物預制件 具有涂敷有塑料粘結(jié)劑的纖維，為了清晰起見某些交叉的纖維被放大。
[0029] 圖15是沿著圖14中的線15-15截取的示意性截面圖。
[0030] 圖16是在用塑料粘結(jié)劑涂敷之前形成織物預制件的一部分的交叉纖維的示意性 透視圖。
[0031] 圖17是類似于圖16的示意圖，但示出在用塑料粘結(jié)劑涂敷之后的纖維，虛線指示 由接頭載荷引起的被涂敷的纖維的移位部分。
[0032]圖18是圖3、圖5和圖6所示的Y-接頭中沿其長度的剪切應力的示意性曲線圖。
[0033] 圖19是利用圖14所示的織物預制件制備軟化帶的方法的示意性流程圖。
[0034] 圖20是穿過滾乳機（rollformingmachine)的織物預制件的示意圖。
[0035] 圖21是在兩個模頭（die)之間形成織物預制件的示意性側(cè)視圖。
[0036] 圖22是低溫下使用的儲罐的制備方法的示意性流程圖。

【具體實施方式】
[0037] 更具體地參照附圖，本公開的實施方式可在如圖1所示的航天器制造和服務方法 100和如圖2所示的航天器200的背景下進行描述。首先轉(zhuǎn)向圖1，描繪示出依據(jù)一個公開 的實施方式的航天器制造和服務方法的示圖。
[0038] 在生產(chǎn)前期，示例性航天器制造和服務方法100可包括圖2中的航天器200的規(guī) 格和設計102以及材料采購104。在生產(chǎn)期間，進行圖2中的航天器200的部件和分總成制 造106以及系統(tǒng)集成108。隨后，圖2中的航天器200可經(jīng)受認證和配送110以便投入使用 112。在客戶投入使用的同時，為圖2中的航天器200安排例行維護和服務114(可包括修 改、重新配置、改造以及其它維護或服務）。
[0039] 航天器制造和服務方法100的各個處理可由系統(tǒng)集成商、第三方和/或運營商來 執(zhí)行或完成。在這些示例中，運營商可以是客戶。為了進行描述，系統(tǒng)集成商可包括（但不 限于）任何數(shù)量的航天器制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可包括（但不限于）任何數(shù)量的 賣方、分包商和供應商；運營商可以是國家、租賃公司、軍方實體、服務組織等。
[0040] 現(xiàn)在參照圖2,描繪了可實現(xiàn)實施方式的航天器的示圖。在此示例中，航天器200 可通過圖1中的航天器制造和服務方法100來生產(chǎn)。航天器200可包括具有多個系統(tǒng)204 和內(nèi)部206的結(jié)構(gòu)202。系統(tǒng)204的示例包括（例如，但不限于）推進系統(tǒng)208、電氣系統(tǒng) 210、液壓系統(tǒng)212和環(huán)境系統(tǒng)214中的一個或更多個?？砂ㄈ魏螖?shù)量的系統(tǒng)。另外，在一 些實現(xiàn)方式中，可能不需要這些系統(tǒng)中的一些。例如，當航天器200為運載火箭的形式時， 環(huán)境系統(tǒng)214可能沒有必要。
[0041] 可在圖1中的航天器制造和服務方法100的任一個階段期間采用本文中實現(xiàn)的設 備和方法。例如，在圖1中的部件和分總成制造106中生產(chǎn)的部件或分總成可按照與圖1 中航天器200投入使用112的同時生產(chǎn)的部件或分總成相似的方式來加工或制造。
[0042] 另外，作為示例（但不限于），可在諸如圖1中的部件和分總成制造106以及系統(tǒng) 集成108的生產(chǎn)階段期間利用一個或更多個設備實施方式、方法實施方式或其組合。這些 實施方式可顯著加快航天器200的組裝或降低航天器200的成本。
[0043] 在這些示例中，實施方式可被實現(xiàn)為將推進系統(tǒng)208中的部件附接到航天器200 中的結(jié)構(gòu)202。在其它實現(xiàn)方式中，可應用不同的實施方式來將航天器200內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)附 接到任何其它結(jié)構(gòu)。
[0044] 不同的實施方式考慮到，可能可取的是相對于各種力增加航天器的結(jié)構(gòu)與容納推 進劑的儲罐之間當前可用的接頭的強度超過當前水平。接頭上的力可包括（例如，但不限 于）航天器的結(jié)構(gòu)與儲罐之間的接頭處的剪切力。當前儲罐可以是通常使用焊接接頭的金 屬儲罐。在這些示例中，接頭可為Y-接頭的形式。可采用復合儲罐以減輕金屬儲罐的重量。 然而，對于這些類型的復合儲罐，利用當前可用的Y-接頭設計和技術可能無法實現(xiàn)強度增 加的Y-接頭。
[0045] 不同的實施方式可使用軟化帶來延伸兩個結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)Y-接頭的強度。例如 (但不限于），當前可用的大的固體火箭發(fā)動機可在Y-接頭中使用橡膠軟化帶。不同的實施 方式考慮并認識到，針對可用于不同工作溫度的軟化帶找到合適的材料可能存在困難。對 于低溫儲罐，這些溫度可能是非常低的溫度，例如（但不限于），低于-238華氏度。這些溫 度也可被稱作低溫。
[0046] 不同的實施方式認識到，合適的材料可在不同的工作溫度下保持柔軟。固體火箭 發(fā)動機中當前使用的橡膠材料可能無法在低溫下使用，因為這些材料可能變得過硬。所需 材料即使在低溫時也可相對于粘附體保持柔軟。粘附體可以是借助粘合物質(zhì)附接到另一物 體的物體。
[0047] 不同的實施方式還考慮并認識到，軟化帶的熱膨脹系數(shù)可與粘附體匹配或者在粘 附體的一些閾值極限內(nèi)，以防止由熱致應力引起的接頭失效。
[0048] 因此，不同的實施方式提供一種用于強化或形成諸如（例如，但不限于）Y-接頭的 接頭的方法和設備。在不同的實施方式中，可存在三維預制件，其中塑料基質(zhì)被浸漬到三維 預制件中以形成軟化帶。該軟化帶能夠在材料為液態(tài)形式的溫度下保持柔性，其中在環(huán)境 溫度下所述材料為氣態(tài)形式。換言之，不同的實施方式可在氣體為液態(tài)或液態(tài)形式的溫度 下使用。例如（但不限于），所述軟化帶能夠在低溫下保持柔性。低溫可以是空氣的組成可 液化的溫度。例如，低溫可以是低于-150攝氏度左右的溫度。
[0049] 現(xiàn)在參照圖3,描繪示出依據(jù)另一實施方式的航天器的示圖。航天器300是圖2中 的航天器200的示例。在此示例中，航天器300可包括結(jié)構(gòu)302和結(jié)構(gòu)304。結(jié)構(gòu)302可以 是為航天器300的其它部件提供框架或其它支撐的航天器的結(jié)構(gòu)。在此示例中，結(jié)構(gòu)304 可以是（例如，但不限于）儲罐306。當然，結(jié)構(gòu)304可以是可設置在航天器300內(nèi)的將附 接到結(jié)構(gòu)302的任何其它部件。
[0050] 結(jié)構(gòu)302的表面308可附接到結(jié)構(gòu)304的表面310以形成接頭312。在這些示例 中，接頭312可為Y-接頭314的形式。在這些示例中，可通過將表面308粘結(jié)到表面310 來執(zhí)行所述附接。粘結(jié)可以是將部件或結(jié)構(gòu)緊固到彼此的處理。在這些示例中，粘結(jié)可按 照許多不同的方式來執(zhí)行。例如（但不限于），粘結(jié)可包括使用粘合劑、焊接、緊固件、固化 處理或者一些其它合適的處理。
[0051] 不同的實施方式可應用于任何類型的結(jié)構(gòu)接頭，例如（但不限于）這樣的接頭，其 中載荷在接頭中的最短、最具剛性的載荷路徑附近達到峰值，然后向較長、較軟的載荷路徑 下落。與遠離邊緣處相比，任何承載大量剪切的搭接接頭可趨于在接頭的邊緣處更快速地 傳遞載荷。這種情況可能是因為穿過結(jié)構(gòu)的載荷分布與可用載荷路徑的相對剛度成比例。
[0052] 假定橫截面積相同，則短載荷路徑可比長載荷路徑更具剛性。這種情況可導致在 接頭末端處剪切達到峰值的常見現(xiàn)象。如果可在這種接頭的起點外側(cè)形成附加的軟載荷路 徑，則總載荷的一部分可通過此附加路徑來傳遞，從而降低原始接頭所承載的載荷并降低 剪切峰化。這可以是軟化帶的特征。
[0053] -些接頭中的改良可以是使軟化帶漸縮，以使得輔助載荷路徑的剛度可隨著載荷 靠近原始接頭而不斷增加。這一特征可使得橫跨接頭的剪切按照一致的低水平更均勻地傳 遞。這種傳遞可取代簡單搭接接頭的突然峰化剪切特性或者可使用均勻厚度的軟化帶形成 的兩個或更多個中等剪切峰值。
[0054] 在該描繪的示例中，帶316可在接頭312中和/或在接頭312附近附接到表面308 和表面31。帶316可充當軟化帶以增加接頭312相對于可能施加到接頭312的力的強度。 例如（但不限于），這些力可包括結(jié)構(gòu)302和304上的剪切力。在這些示例中，剪切力可以 是在線318的方向上施加到結(jié)構(gòu)302和304的力。
[0055] 在不同的實施方式中，帶316可包括三維預制件320和塑料基質(zhì)322。三維預制 件320可以是三維結(jié)構(gòu)，并且可為三維織物324的形式。例如（但不限于），該織物可以是 由織造纖維、編織纖維、層疊織物層和/或一些其它合適的材料中的至少一個構(gòu)成的織物。 當使用纖維時，這些纖維可包括（例如，但不限于）石墨纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維 (aramidfiber)、金屬纖維或者任何其它合適的結(jié)構(gòu)纖維。
[0056] 如本文所用，短語"…中的至少一個"在與項目列表一起使用時表示可使用這些項 目中的一個或更多個的不同組合，并且可僅需要列表中的各個項目之一。例如，"項目A、項 目B和項目C中的至少一個"可包括（例如，但不限于）項目A、或者項目A和項目B。此示 例還可包括項目A、項目B和項目C、或者項目B和項目C。
[0057] 塑料基質(zhì)322可由任何塑性材料構(gòu)成，所述塑性材料可在儲罐306的工作溫度下 保持或提供柔性。儲罐306的工作溫度可以是低溫下或低溫附近的溫度。在這些示例中，塑 料可以是任何合成或半合成的聚合材料或產(chǎn)品。聚合可以是使單體分子在化學反應中一起 反應以形成直鏈或聚合物鏈的三維網(wǎng)的過程。例如（但不限于），可使用的塑料類型的示例 包括氟碳和氨基甲酸酯（urethane)?？墒褂玫姆嫉囊粋€示例為Teflon?:聚合物。Teflon? 是杜邦公司的注冊商標。
[0058] 這樣，儲罐306可利用接頭312附接到結(jié)構(gòu)302,該接頭312被形成為其中可存在 帶316。帶316的使用可提供附加強化以增加強度，從而抵御可施加到結(jié)構(gòu)304和儲罐306 的各種力，例如（但不限于）剪切力。
[0059] 提供圖3中的航天器300的示意圖以示出各種實施方式的一個實現(xiàn)方式。該示意 圖并非意在暗示對不同實施方式可實現(xiàn)的方式的架構(gòu)或物理限制。例如，結(jié)構(gòu)302和結(jié)構(gòu) 304可以是航天器300以外的另一載體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。例如，結(jié)構(gòu)可以是存在于飛機中的結(jié)構(gòu)。 在其它實施方式中，航天器300可為諸如（例如，但不限于）航天飛機、運載火箭、航天飛機 和運載火箭的組合或者能夠進行太空旅行的一些其它合適的載體的航天器的形式。
[0060] 現(xiàn)在參照圖4,描繪了依據(jù)實施方式的航天器的示圖。在此示例中，運載火箭400 是圖3中的航天器300的一個實現(xiàn)方式的示例。運載火箭400具有前段402和尾段404。 運載火箭400可具有縱向軸線406。運載火箭400是可實現(xiàn)圖3中的Y-接頭314的航天器 的示例。段408可以是運載火箭400的可找到和/或?qū)崿F(xiàn)Y-接頭314的那部分的示例。
[0061] 現(xiàn)在參照圖5,描繪了依據(jù)實施方式的運載火箭的橫截面部分的示圖。在此示圖 中，描繪了運載火箭400的段408沿著縱向軸線406的橫截面。
[0062] 在此示例中，箭頭501指向運載火箭400的前部，而箭頭503指向運載火箭400的 尾部。
[0063] 在此示意性示例中，運載火箭400中的儲罐504可包括穹頂506、穹頂508和壁 510。在這些示例中，壁510可以是圓筒形壁。壁510可附接到前裙邊512和尾裙邊514。 壁510可位于前裙邊512和尾裙邊514之間。在此示例中，壁510可以是儲罐504的加壓 部分，而前裙邊512和尾裙邊514可位于儲罐504的未加壓部分。
[0064] 前裙邊512和尾裙邊514是可附接儲罐504的結(jié)構(gòu)的示例。在這些示例中，這些不 同的結(jié)構(gòu)可為圓筒形式，在圖5中僅可看到其橫截面。在該描述的示例中，可存在Y-接頭 520和Y-接頭522。Y-接頭520可由穹頂506、壁510和前裙邊512的交匯處形成。Y-接 頭522可由穹頂508、壁510和尾裙邊514的交匯處形成。在這些示例中，Y-接頭520和 Y-接頭522可在圍繞軸線524的圓周方向上為連續(xù)的。
[0065] 在這些示例中，儲罐504可為復合低溫儲罐的形式。儲罐504可保存諸如（例如， 但不限于）液氫和/或液氧的推進劑。在此示例中，儲罐504可保存液氫。在此示例中，儲 罐504的直徑可大于16英尺左右。段530中的Y-接頭520的更詳細的示意圖在下面的圖 6中示出。
[0066] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6,描繪了依據(jù)另一實施方式的接頭的示圖。如段530中所示，前裙邊 512可包括外側(cè)表皮600、芯602和內(nèi)側(cè)表皮604。在此示例中，外側(cè)表皮600和內(nèi)側(cè)表皮 604可為面板，芯602位于這些面板之間。芯602可為低密度結(jié)構(gòu)元件。在其它用途當中， 芯602可用于在外側(cè)表皮600和內(nèi)側(cè)表皮604之間傳遞載荷。芯602可為各種形式。例如， 芯602可為凹槽、蜂窩或其它合適的形式。在這些示例中，凹槽式結(jié)構(gòu)可以是用于芯602的 期望的結(jié)構(gòu)。
[0067] 在該示意性示例中，Y-接頭520可形成在穹頂506、壁510和前裙邊512的交匯處。 Y-接頭520可具有設置在Y-接頭520中或Y-接頭520附近的軟化帶606。軟化帶606可 粘結(jié)到內(nèi)側(cè)表皮604和儲罐504。
[0068] 在不同的實施方式中，軟化帶606可隨內(nèi)側(cè)表皮604到儲罐504的粘結(jié)一起被共 粘結(jié)到內(nèi)側(cè)表皮604和儲罐504。換言之，這些不同的部件可同時被彼此共粘結(jié)。在這些示 例中，共粘結(jié)可為一個或更多個固化處理的形式，在所述固化處理中可將軟化帶606、內(nèi)側(cè) 表皮604和儲罐504中的復合部件固化以將這些部件粘結(jié)到彼此。
[0069] 為了描述可實現(xiàn)不同實施方式的一個方式的目的而呈現(xiàn)了儲罐504的示意圖。在 不同的實施方式中，軟化帶606可被應用于其它儲罐和/或裙邊幾何結(jié)構(gòu)。例如，盡管儲罐 504被示出為具有圓筒形壁，但可采用其它儲罐配置。例如，壁510可使用圓錐形壁。另外， 其它儲罐可能不是那么對稱。不管儲罐504的結(jié)構(gòu)或形狀如何，均可使用Y-接頭。
[0070] 現(xiàn)在參照圖7,描述了示出依據(jù)實施方式的軟化帶的示意圖。在圖示示例中，以透 視圖來示出軟化帶606。此示例中的軟化帶606的示意圖僅是軟化帶606的一部分。軟化 帶606可為圓形形狀以遵循壁510的周邊。軟化帶606的尺寸可根據(jù)具體實現(xiàn)方式而變化。 在此示例中，軟化帶606的末端700在截面708中的厚度可為0. 2英寸左右。在這些示例 中，末端702可具有盡可能薄的厚度，以防止在Y-接頭520中引入導致應力上升。在這些 示意性示例中，基于制造和/或處理容易，末端702的厚度可盡可能薄。
[0071] 對于在Y-接頭520中使用軟化帶606,如段710中所示，軟化帶606從末端700至 末端702的長度可為4英寸左右。另外，在這些示例中，軟化帶606可圍繞儲罐504的全部 圓周延伸。軟化帶606的其它尺寸可根據(jù)具體實現(xiàn)方式而變化。當然，軟化帶606可具有 將被放置在結(jié)構(gòu)之間的接頭中的Y-截面或其它空間內(nèi)所需的任何尺寸。盡管針對軟化帶 606示出了恒定和/或均勻的橫截面，但所述橫截面可根據(jù)接頭的配置而變化。
[0072] 軟化帶606可按照如圖6所示貼合在Y-接頭520內(nèi)的方式來成形。在此示例中， 軟化帶606可具有楔形，其中軟化帶606在末端700處可比在末端702處厚。
[0073] 軟化帶606的側(cè)面705上的貼合面（fayingsurface) 704可粘結(jié)到圖6中的內(nèi)側(cè) 表皮604,軟化帶606的側(cè)面707上的貼合面706可粘結(jié)到圖5中的儲罐504。軟化帶606 可與如圖6所示形成Y-接頭520的其它部件一起共固化。
[0074] 現(xiàn)在參照圖8,描繪了依據(jù)實施方式的三維預制件的示圖。預制件800是圖3中的 三維預制件320的示例。
[0075] 在示意性示例中，預制件800可以是織造三維石墨纖維預制件。當然，可針對預制 件800使用其它類型的材料和其它類型的結(jié)構(gòu)。例如（但不限于），預制件800中可使用 的材料的其它示例包括玻璃纖維、硼纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙烯纖維以及其它合適的材 料。預制件800可由編織纖維或者層疊或分層的織物形成。然后可利用z-銷連（z-pinning) 方法將層疊織物材料固定在一起，在該方法中可在高壓釜中利用壓力將針刺（pin)插入和 推入層疊織物中。又如，可在箭頭802所指示的第三維度上將用于預制件800的織物材料 彼此縫合。
[0076] 現(xiàn)在參見圖9,描繪了示出依據(jù)實施方式的軟化帶的示圖。在此示例中，預制件 800可被浸漬塑料基質(zhì)900?？墒褂眠m合于將塑料基質(zhì)900置于預制件800中的任何方法 或處理將塑料基質(zhì)900內(nèi)的塑性材料置于預制件800中。
[0077] 在這些示例中，塑料基質(zhì)900可以是能夠在材料可為液態(tài)形式的溫度下維持柔性 的任何塑性材料，其中該材料在環(huán)境溫度下通?？蔀闅鈶B(tài)形式。在這些示例中，環(huán)境溫度可 以是航天器周圍環(huán)境的溫度。換言之，當航天器在地面上時，環(huán)境溫度可以是航天器周圍的 空氣中的溫度。
[0078] 預制件800和塑料基質(zhì)900的組合形成軟化帶902。然后軟化帶902可被加工、切 割和/或以某種其它合適的方式形成為諸如圖6中的軟化帶606的形狀以在Y-接頭中使 用。
[0079] 預制件800可抑制軟化帶902過度熱收縮（這可與高膨脹系數(shù)相關聯(lián)）。這些 高膨脹系數(shù)可為可在低溫下保持柔性的軟化帶基質(zhì)材料的特點（例如，塑料基質(zhì)900的特 點）。在任何方向上的過度收縮可能在軟化帶902與任何相鄰結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)線中形成熱 致應力。這些類型的應力可削弱接頭。因此，可利用預制件800來構(gòu)造軟化帶902以提供 三維強化，而非二維強化。
[0080] 接下來參照圖10,描繪了依據(jù)實施方式的在結(jié)構(gòu)中形成Y-接頭的處理的流程圖。 圖10所示的處理可用于在第一結(jié)構(gòu)與第二結(jié)構(gòu)之間形成接頭。
[0081] 所述處理以將軟化帶置于第一結(jié)構(gòu)的接頭區(qū)域中（操作1000)開始。軟化帶能 夠在氣體為液態(tài)形式的溫度下保持柔性。然后，所述處理疊加和/或定位第二結(jié)構(gòu)（操作 1002)。隨后，軟化帶粘結(jié)到第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)以形成接頭（操作1004)，隨后所述處理終 止。這種粘結(jié)可利用各種機制（包括共固化、固化或者其它合適的粘結(jié)技術）來執(zhí)行。
[0082] 參照圖11，描繪了依據(jù)實施方式的針對儲罐形成Y-接頭的處理的流程圖。圖11 所示的處理可以是圖10中的處理的一個實現(xiàn)方式的詳細示例。圖11所示的處理可用于在 復合低溫儲罐與復合裙邊之間形成Y-接頭。
[0083] 所述處理可通過鋪設儲罐的穹頂和壁（操作1100)開始。隨后，可將軟化帶置于 接頭區(qū)域中（操作1102)。在操作1002中，可利用粘合劑膜將軟化帶置于該區(qū)域中。
[0084] 接下來，疊加裙邊結(jié)構(gòu)（操作1104)。裙邊結(jié)構(gòu)可隨軟化帶一起被疊加在穹頂和壁 所在的區(qū)域上方。然后將這些部件固化（操作1106)，隨后所述處理終止。固化步驟可利用 熱和/或壓力來執(zhí)行。這種固化可利用高壓釜或者一些其它合適的烘箱來執(zhí)行。在其它實 施方式中，可利用電子束來使這些部件固化。固化操作1106的結(jié)果可以是與圖5中的接頭 520類似的接頭。
[0085] 現(xiàn)在參照圖12,描繪了依據(jù)實施方式的在復合低溫儲罐與復合裙邊之間形成 Y-接頭的處理的另一流程圖。
[0086] 所述處理可通過將儲罐的穹頂和儲罐的壁的內(nèi)側(cè)面板疊加在工具上并使疊加物 固化（操作1200)來開始。例如（但不限于），穹頂可以是穹頂506,儲罐壁的面板可用于 諸如（例如，但不限于）圖5中的壁510的壁。在這些示例中，所述工具可以是用于不同復 合部件的成形的模具。
[0087] 所述處理可將膜粘合劑置于軟化帶上的貼合面704和706上（操作1202)。操作 1202中的軟化帶可以是諸如（例如，但不限于）圖7中的軟化帶606的軟化帶。在這些示 例中，貼合面704和706是將粘結(jié)到另一結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的表面。換言之，當兩個結(jié)構(gòu)彼此粘結(jié) 時，彼此接觸以形成接頭的表面可被稱作貼合面。
[0088] 然后，所述處理可抵靠穹頂和儲罐壁的內(nèi)側(cè)面板上的粘合劑定位軟化帶（操作 1204)。然后，所述處理可利用局部加熱層使將軟化帶接合到儲罐的粘合劑固化（操作 1206)。在操作1206之后，軟化帶可粘結(jié)到儲罐壁。然后，可將軟化帶修剪成在儲罐壁上就 位的最終形狀（操作1208)。然后，所述處理可定位裙邊工具并將裙邊附接到儲罐工具（操 作 1210)〇
[0089] 然后，所述處理可將膜粘合劑置于用于裙邊512的內(nèi)側(cè)壁的貼合面704和706上 (操作1212)。然后，所述處理可疊加裙邊的內(nèi)壁并使部件固化就位（操作1214)。
[0090] 接下來，可將粘合劑置于用于裙邊512和芯602的貼合面704和706上（操作 1216)。芯602可以是位于結(jié)構(gòu)壁的兩個面板之間的結(jié)構(gòu)元件。然后，所述處理可疊加壁夾 芯和外側(cè)面板，并使所述部件固化就位（操作1218)，隨后所述處理終止。在操作1218中， 外側(cè)面板可以是（例如）圖6中的外側(cè)表皮600。
[0091] 現(xiàn)在參照圖13,描繪了依據(jù)實施方式的形成軟化帶的處理的流程圖。圖13所示的 處理可用于形成用于圖11和12中的操作的軟化帶。
[0092] 所述處理可通過形成三維預制件（操作1300)開始。在這些示例中，操作1300可 通過（例如，但不限于）編織纖維、織造纖維、層疊材料以及執(zhí)行z-銷連或者某種其它合適 的處理來執(zhí)行。
[0093] 接下來，可將塑料基質(zhì)注入三維預制件中（操作1302)。在這些示例中，塑料基質(zhì) 可以是TdlonS聚合物。對于這種類型的聚合物，可將干粉置于三維預制件上并且將其揉搓 到（workinto)預制件中。例如，操作1302中的注入可涉及振動預制件，然后施加熱和壓 力以執(zhí)行向預制件中的注入。操作1302中的熱和壓力可利用高壓釜來執(zhí)行。
[0094] 可使預制件成形（操作1304)。在操作1304中，可將預制件加工、切割或利用某種 其它合適的處理成形為用在Y-接頭中的形狀。所述處理可對軟化帶的表面、貼合面704和 貼合面706進行蝕刻（操作1306)。這種蝕刻可以是酸蝕。Tertra-Etch?氟碳蝕刻劑是用于 制備用于粘結(jié)的氟碳表面的市售蝕刻劑的示例。Tertm-Etch?氟碳蝕刻劑可得自戈爾公司 (W.L.GoreandAssociates,Inc.)，Tcrtra-Etch?是戈爾公司的注冊商標。這種蝕刻可用于 允許粘合劑膜附接到預制件的表面。然后，所述處理可將粘合劑膜附接到軟化帶的各個側(cè) 面，側(cè)面708和側(cè)面707 (操作1308)，隨后所述處理終止。粘合劑帶可允許軟化帶在固化處 理期間附接并固化到裙邊和儲罐的穹頂。
[0095] 現(xiàn)在關注圖14,圖14示出可置于兩個結(jié)構(gòu)的表面之間的接頭（例如，前述儲罐穹 頂506與儲罐壁510之間的接頭520(圖6))中的軟化帶1400的另一實施方式。軟化帶 1400用于控制接頭520中的應力并且包括浸漬塑料粘結(jié)劑的三維多孔織物預制件1424。具 體地講，軟化帶1400使接頭520中的應力線性化，從而甚至在低溫下也降低接頭520中的 峰值應力。
[0096] 三維織物預制件1424包括纖維1402,這些纖維被織造、編織、分層或以其它方式 布置在一起，使得纖維預制件1424在結(jié)構(gòu)上自支撐并且具有相對高的應變能力。構(gòu)成纖維 1402被布置以提供在經(jīng)受應力（甚至在低溫下）時具有回彈力的纖維預制件1424。纖維 1402可包括（但不限于）碳纖維，這些碳纖維沿著基本上正交的軸線1408、1410、1412布置 并且通常在整個織物預制件1424上成比例且均勻分布，從而提供具有準各向同性特性的 纖維預制件1424。然而，在其它實施方式中，纖維1402無需正交、成比例或均勻分布。
[0097] 碳纖維的使用提供具有高強度和相對低的CTE的軟化帶1400,從而得到內(nèi)聚的、 可被容易地加工成期望的最終形狀并且可在儲罐制造處理期間被處理的纖維預制件1424。 可使用其它纖維，包括（但不限于）玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維和金屬纖維，只要它們在低 溫下呈現(xiàn)必要的強度和柔性。如本文所用，"低溫"包括通常低于大約150華氏度的溫度。 在一個實施方式中，可使用直徑在大約2微米到15微米的范圍內(nèi)的纖維1402。
[0098] 塑料粘結(jié)劑在如下所述燒結(jié)時形成包封纖維1402的塑料涂層1414,并且提供具 有足夠剛度以能夠被加工成適合于應用的最終期望的形狀的纖維預制件1424,同時有助于 軟化帶1400在低溫下的彈性柔性和適形性。塑料粘結(jié)劑可包括先前所述的任何熱塑性塑 料，例如（但不限于）熔點為大約500華氏度的FEP(氟化乙丙烯）。其它含氟聚合物也可 為合適的。針對特定應用選擇的塑料粘結(jié)劑應該為彈性適形的，并且在室溫和低溫下均具 有足夠的柔軟度和柔性，然而在結(jié)構(gòu)的復合熱固性樹脂部件熱固化的溫度（通常可在大約 300到400華氏度的范圍內(nèi)）下仍保持穩(wěn)定。另外，塑料粘結(jié)劑應該具有相對接近纖維1402 的低CTE。針對纖維1402和塑料粘結(jié)劑選擇CTE接近儲罐穹頂506和儲罐壁510中使用的 復合樹脂的CTE的材料將使接頭520中的任何熱致應力最小化。
[0099] 在圖14中，織物預制件1424被示出為包括單獨的大致正交的纖維1402。然而，如 圖15所示，圖14中所示的各個纖維1402可為紗線1402,所述紗線1402包括多個相對小直 徑的互鎖的纖維1402a，這些纖維1402a可被加捻、粘結(jié)或者以其它方式接合在一起以形成 內(nèi)聚線（在本領域中有時稱作"單根"）。因此，如本文所用，術語"纖維"旨在包括單根纖 維、纖維束或者單根纖維和纖維束的組合。
[0100] 參照圖16,當初始被制造成三維預制件1424時并且在用塑料粘結(jié)劑涂敷之前，正 交纖維1402可在交匯1416處彼此交叉和接觸。如圖17所示，在纖維預制件1424浸漬塑料 粘結(jié)劑之后，所得塑料涂層1414圍繞纖維1402并且可在交匯1416處包封多根纖維1402。 然而，如圖14所示，在用塑料粘結(jié)劑涂敷之前和之后的纖維1402之間的間距使得織物預制 件1424包含孔隙1420,從而使得軟化帶1400多孔。這種孔隙有助于維持軟化帶1400在低 溫下的柔軟度和柔性。
[0101] 參照圖17,當通過軟化帶1400傳遞載荷時，牢固但柔性的纖維1402可彎曲、撓曲 或者說相對于彼此移動，從而吸收接頭中的一些應力并且降低峰值應力。例如，隨著通過接 頭520 (圖6)傳遞載荷，纖維1402可單獨地或一起偏移或撓曲至由虛線1722所示的位置。 隨著三維織物預制件1424的各個纖維1402以這樣的方式移位，甚至在低溫下，塑料涂層 1414也保持足夠柔軟和柔性，使得它隨纖維1402 -起撓曲和移動。
[0102] 圖18示出曲線圖1800,該曲線圖示出接頭520(圖6)中沿其長度L的應力t，其 中，軟化帶1400的長度被指示為L1。虛線的曲線1810表示在不使用軟化帶1400的情況 下接頭520中的應力，顯露出峰值應力1812出現(xiàn)在接頭520的開始處。曲線1804表示沿 著軟化帶1400的長度L1通過接頭520傳遞的應力t。從曲線圖1800明顯的是，軟化帶 1400有助于控制和分布應力t，從而導致接頭的開始處的峰值應力t從1812處所示的水 平降低至1806處所示的水平。
[0103] 現(xiàn)在關注圖19,圖19示出制造軟化帶1400的方法的總體步驟。從1902處開始， 通過織造、編織或者將纖維1402組合在一起成為基本上均勻的自支撐的結(jié)構(gòu)的其它合適 的處理來制造合適的三維織物預制件1424。如前所述，纖維1402可包括碳或者適合于應用 并且在低溫下呈現(xiàn)期望的強度和柔性的其它類型的纖維材料。然后在1904處所示的一系 列步驟中利用合適的塑料粘結(jié)劑涂敷在步驟1902制造的織物預制件1424。
[0104] 在步驟1906,將三維織物預制件1424浸入塑料粘結(jié)劑材料（例如但不限于，諸如 先前所述的FEP的熱塑性塑料）的水溶液中。所述水溶液可通過將塑料粘結(jié)劑的細小的干 燥顆粒引入水或其它合適的液體載體中（濃度取決于應用）來制備。塑料粘結(jié)劑的顆粒 在整個水溶液中可保持分散，并且不會沉淀，從而不需要乳液的周期性的攪動或混合。在 1908,由于織物預制件1424可能被緊密地織造，并且盡管多孔，但是可能無法容易地使水 溶液進入并完全飽和的事實，導致可能有必要通過對織物預制件1424進行揉捻來將水溶 液揉搓到織物預制件中?？椢镱A制件1424在水溶液中的這種"揉搓"可通過手或者利用導 致織物預制件1424與水溶液之間的移動和攪動的合適機器來執(zhí)行。
[0105] 在步驟1910,織物預制件1424在仍浸入塑料粘結(jié)劑的水溶液中的同時可經(jīng)受真 空，以便去除被夾帶在織物預制件1424內(nèi)的任何氣泡并且確?？椢镱A制件1424完全被水 溶液飽和。氣泡是不期望的，因為它們可能防止纖維1402被溶液潤濕。纖維預制件1424保 持浸入水溶液中達纖維預制件1424變得完全飽和所需的時間長度，使得所有纖維1402均 變得潤濕。在步驟1912,將飽和的織物預制件1424從水溶液取出然后利用任何合適的技術 (包括但不限于簡單空氣干燥）來干燥。這種干燥處理導致水溶液中的塑料粘結(jié)劑顆粒彼 此粘附和粘附到纖維1402,從而覆蓋織物預制件1424的纖維1402。在步驟1914,為了使得 粘附的塑料粘結(jié)劑顆粒結(jié)合成固結(jié)的涂層，將被浸漬的織物預制件1424置于烘箱中并在 足夠高的溫度下烘焙，以導致粘結(jié)劑顆粒的融化或燒結(jié)。在FEP用作粘結(jié)劑材料的情況下， 可在大約620華氏度的溫度下實現(xiàn)燒結(jié)。
[0106] 步驟1914中的燒結(jié)可得到塑料涂層，導致織物預制件1424的纖維1402在交匯 1416處粘結(jié)在一起，使得織物預制件1424不如期望那么柔性。為了實現(xiàn)低溫下的期望的柔 性和柔軟，可在步驟1916處通過冷揉搓或成形對被浸漬并燒結(jié)的織物預制件1424進行機 械揉搓，如隨后將更詳細討論的。被浸漬并燒結(jié)的織物預制件的這種冷揉搓可使纖維預制 件1424的纖維1402之間（特別是交匯1416處）可能形成的任何粘結(jié)斷開，和/或可使塑 料涂層1414斷裂或開裂，從而使織物預制件1424"變松散"，以使得它更柔性并且更適合于 在低溫下使接頭520中的應力線性化。
[0107] 像先前所述的實施方式中的情況一樣，在步驟1718,可利用任何合適的機加工技 術將涂敷的織物預制件1424加工成與接頭520的幾何形狀匹配的形狀。在前述穹頂形儲 罐的情況下，可將織物預制件1424加工成漸縮的或楔形的橫截面，以使得隨著載荷靠近原 始接頭，輔助載荷路徑的剛度不斷增加。這一特征可使得橫跨接頭的剪切按照一致的低水 平更均勻地傳遞。
[0108] 現(xiàn)在關注圖20,圖20示出用于對平坦、被浸漬的三維織物預制件1424進行冷揉搓 的一種技術。在此示例中，可使用諸如滾軋成形機2002的設備對纖維預制件1424進行冷 揉搓以及將其壓縮，以如前所述使纖維1402和塑料涂層1414二者"變松散"。滾軋成形機 1802可包括在相反的方向上旋轉(zhuǎn)的一對輥2004。織物預制件1424被進料2006至輥2004 之間的輥隙2008中。根據(jù)輥2004的位置和配置，織物預制件1424可被軋制成適合于應用 的期望的輪廓或曲率。另外，根據(jù)應用，纖維預制件1424可在被冷揉搓之前或之后被加工。
[0109] 圖21示出用于同時冷揉搓以及使織物預制件1424成形為期望的形狀的另一技 術。在此示例中，使用分別具有匹配的模頭表面2104、2106的一對匹配的模頭2100、2102 來對纖維預制件1424進行冷揉搓，同時使它成形為期望的形狀。匹配的模頭2100、2102可 被置于壓機（未示出）中，纖維預制件被置于模頭2100、2012之間。壓機使模頭之一 2100 移位2108,從而迫使纖維預制件1424進入第二模頭2102中，從而將織物預制件1424壓縮 并成形。
[0110] 現(xiàn)在關注圖22,圖22示出制造低溫儲罐的方法的總體步驟，其中使用軟化帶1400 來降低一個或更多個接頭520中的峰值應力。從步驟2200開始，疊加復合樹脂儲罐壁510 和儲罐穹頂506。儲罐壁510和儲罐穹頂506可各自包括用諸如碳纖維的纖維強化的纖維 強化熱固性樹脂（例如但不限于，環(huán)氧樹脂或BMI(雙馬來酰亞胺））的多重疊加。在步驟 2202,利用先前描述并且圖19示出的處理來制造合適的軟化帶1400。在步驟2204,將軟化 帶1400置于疊加步驟2200期間的儲罐壁510與儲罐穹頂506之間的接頭520中。軟化帶 1400用于降低接頭520中的應力（包括在低溫下出現(xiàn)的那些應力）。在步驟2206,如先前 結(jié)合圖10-13所描述的，將儲罐穹頂506、儲罐壁510和軟化帶1400共粘結(jié)。
[0111] 流程圖中所示的不同操作可不包括可針對不同實施方式執(zhí)行的所有不同的步驟。 例如，可在以上示出的不同的處理期間執(zhí)行其它操作（例如但不限于，粘結(jié)準備、填隙、加 隔板（caulplating)以及其它合適的操作）。另外，在一些實施方式中，根據(jù)具體實現(xiàn)方 式，一些操作可同時執(zhí)行或者按照不同的順序執(zhí)行。
[0112] 因此，不同的實施方式提供一種用于增加不同結(jié)構(gòu)之間的接頭的強度的方法和設 備。不同的實施方式可包括三維預制件，塑料基質(zhì)被浸漬或注入三維預制件中以形成軟化 帶。該軟化帶能夠在材料為液態(tài)形式（該材料在環(huán)境溫度下為氣態(tài)形式）的溫度下保持柔 性。
[0113] 呈現(xiàn)不同實施方式的描述是為了說明和描述的目的，并非意在為窮盡性的或限于 所公開形式的實施方式。對于本領域普通技術人員而言許多修改和變型將是明顯的。
[0114] 盡管不同的示意性示例示出在用于航天器的Y-接頭中使用軟化帶，但該軟化帶 可用在航天器以外的對象中。例如（但不限于），軟化帶可用在潛艇、飛機、建筑物、水壩、生 產(chǎn)設備、發(fā)電廠、坦克、汽車或者一些其它合適的對象中的結(jié)構(gòu)的接頭中。
[0115] 另外，不同的實施方式可提供與其它實施方式相比不同的優(yōu)點。所選的一個實施 方式或多個實施方式被選擇并描述是為了最佳地說明實施方式的原理、實際應用，并且使 得本領域普通技術人員能夠理解具有適合于可以想到的特定用途的各種修改的本公開的 各種實施方式。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制兩個表面之間的接頭中的應力的裝置，該裝置包括： 適于被置于所述接頭312中的=維織物1424,所述=維織物具有用塑料1414粘結(jié)劑涂 敷的纖維1402。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述=維織物包括織造纖維、編織纖維、層疊纖 維層、縫合纖維和針刺纖維層中的一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述纖維選自由石墨纖維、玻璃纖 維和芳族聚酷胺纖維構(gòu)成的組。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中： 所述纖維包括沿著=個基本上正交的軸線延伸的纖維，并且 所述=維織物具有與所述接頭匹配的形狀，并且與所述表面中的每一個面對面接觸。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述纖維包括直徑在大約2微米到 15微米的范圍內(nèi)的纖維。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述塑料粘結(jié)劑是在室溫和低溫下 均適形的聚合物。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中： 所述塑料粘結(jié)劑是在低于大約-150° F的溫度下呈現(xiàn)彈性柔度并且在高至大約 400° F的溫度下呈現(xiàn)穩(wěn)定性的含氣聚合物，并且 所述纖維是石墨纖維。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述=維織物是多孔的并且在低溫 下為柔性的。
9. 一種制備用于控制接頭中的應力的軟化帶的方法，該方法包括W下步驟： 生成具有=維延伸的纖維的織物預制件；W及 用熱塑性聚合物粘結(jié)劑涂敷所述纖維的表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，涂敷所述纖維的表面的步驟包括： 制備包含所述熱塑性聚合物粘結(jié)劑的顆粒的水溶液， 將所述織物浸入所述水溶液中，W及 通過將所述織物干燥來使所述粘結(jié)劑顆粒粘附到所述纖維的所述表面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，涂敷所述纖維的表面的步驟包括： 將被浸潰的織物置于真空中，W及 利用所述真空將氣泡從所述水溶液抽出。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的方法，其中，涂敷所述纖維的表面的步驟包 括對粘附到所述纖維的所述粘結(jié)劑顆粒進行加熱，直至所述粘結(jié)劑顆粒烙化并圍繞所述纖 維流動在一起為止。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9或10中任一項所述的方法，其中，涂敷所述纖維的表面的步驟包 括： 使所述粘結(jié)劑的顆粒粘附到所述纖維的所述表面，W及 將所述粘結(jié)劑顆粒燒結(jié)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9、10或13中任一項所述的方法，該方法還包括： 通過對所述織物進行冷揉撞來使被涂敷的纖維之間的粘結(jié)變松散。
【文檔編號】B29C65/48GK104470706SQ201380035040
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】M·J·羅賓遜, M·L·漢德, C·E·布萊文斯 申請人:波音公司