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三维编织纤维结构、从这种纤维结构中获得的预制件以及包括这种预制件的复合材的制作方法

发布时间：2026-02-09 15:41:42 丨 浏览次数：745

　　三维编织纤维结构、从这种纤维结构中获得的纤维预制件以及包括这种预制件的复合材...的制作方法

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　　本专利针对三维编织纤维结构在折叠区易因曲率集中导致损伤的问题，提出通过在折叠区设置相邻纬纱或经纱的交叉路径，使应力分散于多层纱线间，从而降低局部曲率、提升结构强度。该设计通过优化纤维排列方式，有效解决了传统折叠工艺中纤维损伤和性能下降的难题。

　　三维编织纤维结构、从这种纤维结构中获得的纤维预制件以及包括这种预制件的复合材 ...的制作方法

　　【专利摘要】本发明涉及一种纤维预制件(20)，所述纤维预制件由通过三维编织而编织得到的纤维结构形成，其具有由来自多层纬线的纬线相互连接的多层经线。该纤维预制件具有作为彼此延伸部沿着纬线方向定位并在它们之间形成一角度的第一部分(12)和第二部分(14)。在该折叠区中和在纤维结构的每个纬线平面上，两条纬线定位在与所述角的内侧的纤维结构的一个外侧表面相邻的一区域中，其具有以这种方式交叉的路径，使得在所述线中存在稍微的弯曲。

　　[0001]本发明涉及通过三维(3D)编织将纤维结构织物制作为单件，特别地用于制造复合材料部件。本发明的一种特定的、但非排他性的应用领域在于制作用于飞机或涡轮机的复合材料部件的预制件的纤维结构，特别是用于航空涡轮发动机。

　　[0002]以已知的方式，可通过制造纤维预制件以及通过用基体增密所述预制件而获得复合材料部件。根据制定应用，所述预制件可由玻璃、碳或陶瓷纤维制成，并且基体可由碳或陶瓷的有机材料(聚合物)制成。

　　[0003]对于形状相对复杂的部件，已知的是通过三维(或多层)编织将纤维结构或坯件制作成单件，以及将所述坯件塑造以获得所具有的形状接近于待制造部件形状的纤维预制件。成形经常包括折叠操作以在所述三维编织结构的两部分之间形成一角度。

　　[0006]在本发明的第一方面，通过用由多层纬纱的纬纱互连的多层经纱进行三维编织所编织得到的纤维结构实现该目的，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，并在一折叠区处相对于彼此可折叠的第一部分和第二部分；

　　[0007].在该结构中，在该折叠区中，并在该纤维结构的每个纬平面内，位于与所述纤维结构的外侧表面相邻的区域内的两层纬纱的纱线]如下所解释的那样，这种布置用于限制当折叠时在折叠区内作用在纱线]根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用由多层经纱的经纱进行三维编织而编织得到的纤维结构所形成的纤维预制件，所述多层经纱通过多层纬纱的纬纱互连，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，且通过在一折叠区处折叠而在它们之间形成一角度的第一部分和第二部分；在该预制件中，在该折叠区中并在该纤维结构的每个纬平面内，位于与所述转角内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的区域中的所述两层纬纱的纱线]有利地，该两个纬纱中的一个是在第一或第二部分中最接近该外侧表面的纱线]在纤维结构或所述纤维预制件的一个实施例中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的所述两层纬纱的纱线]在纤维结构或所述纤维预制件的另一实施例中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三纬纱层的纱线具有交叉的路径，第二和第四个纬纱层的纱线]然而，在本发明的又一其他方面，本发明提供了一种如上所限定的纤维结构或纤维预制件，其中术语“纟韦”和“经”互换。

　　[0025]为了避免挤满附图，在示出纬平面的图1，2，5，6，8和9中，纬纱的路径用直线段表示，而经纱用圆点表示。术语“纬平面”用于表示垂直于经线方向并包含一列纬纱的平面。由于涉及三维编织，将要理解的是，纬线和经线方向中的一个的纱线遵循弯曲路径，从而互连属于不同纱线层的另一方向的纱线，除了任何非互连区域以及可在该表面被添加以在其中进行二维(2D)编织的任何纬纱。可使用各种三维编织，例如如在文献W02006/136755中特别描述的互锁、多缎纹或多平纹编织。可能特别地使用三维互锁编织，其中该定义包含缎纹类型的表面编织。

　　[0026]图1是被三维编织为具有相对外侧表面IOa和IOb的单件的纤维结构10的纬平面的高度图解视图。纤维结构10由多层经纱￡组成，不同经纱层由在提供三维编织的多层纬纱&到、内的纬纱互连。在图1中，标号i指定纬线，所述两部分在折叠区16内彼此相对可折叠，以形成如图2所示的纤维预制件20，所述部分12和14然后在它们之间形成非零角度a。在所示例子中的纤维预制件20具有基本L型的截面。

　　[0028]最接近表面IOa的纟韦纱h和t2的路径在折置区16中交叉，表面IOa是在折置后位于由部分12和14形成的角度内侧上的表面。结果，在部分12中和在部分14中的所述纤维结构的每个平面中纬纱A和t2的布置在折叠区16的相对两侧反向。

　　[0029]如在图2中以放大比例可更特别详细地看出，施加在纬纱h和t2上的曲率半径因此大于如果不与纱线交叉就会施加在纱线h上的曲率半径(示出为虚线)。因此通过被施加的曲率量的减少而减少了纬纱在表面IOa附近被损坏或压曲的风险，当角度α很小时，所述风险特别高。

　　[0031]在图2和图3中，绕与经线方向基本平行的轴线]在一种变型中，可绕平行于由纬线和经线方向所形成平面但并不平行于其中任一的轴λ来进行折叠，这样，在所述纤维预制件增密后，如图4所示的部件40具有在彼此之间形成非零角度的两部分42和44。在这种情况下，为了遵守折叠区的方向，进行布置，这样在纬纱之间在表面IOa附近的交叉位置在所述预制件的整个宽度上并不都位于相同的经线列上，但在纬平面之间改变。在一种变型中，可使用类似于用于如图3所示部件的预制件，但预制件通过被偏斜地放置在具有所需形状的模具内而成形，以便使纬纱之间的交叉位置与轴λ对准。

　　[0034]纤维结构50包括部分52，在该部分52中在所有经纱层中的经纱由三维编织通过提供三维编织的多层纬纱tl到t8的纬纱所互连。纤维结构50还具有被定位以使所述部分52在非互连区域58的任一侧上延伸的两部分54a和54b，该非互连区域58从纤维结构50的一个边缘50c沿着其纬线方向上尺寸的一小部分上延伸。在每个部分54a和54b中，在所有经纱层中的经纱由三维编织通过分别为tl到t4和t5到t8的纬纱而互连，在部分54a和54b之间横过非互连区域58没有发生互连。在所不例子中，在部分54a和54b中经纱层的数目等于四。自然地，这些数字不需要一定是四，它们甚至可彼此不同，只要它们每个都不少于二。

　　[0036]最罪近表面IOa的纟韦纱tl和t2的路径在折置区56a父叉，这样纟韦纱tl和t2的布置在部分52中和在部分54a中所述纤维结构50的每个平面上是可互换的。同样，最靠近表面50b的纬纱t7和t8的路径在折叠区56b交叉，这样纬纱t7和t8的布置在部分52中和在部分54a中所述纤维结构的每个平面上是互换的。

　　[0039]图8是被三维编织为具有相对外侧表面80a和80b的单件的纤维结构80的纬平面的高度图解视图。纤维结构50由多层经纱￡组成，不同层的经纱由在提供三维编织的多层纬纱L到t8内的纬纱互连。

　　[0040]纤维结构80包括两部分82和84，所述两部分彼此延伸并在折叠区86内彼此相对可折叠，以形成如图9所示的纤维预制件90，其中，部分82和84在这两部分82和84彼此之间形成非零角度β。在所示示例中的纤维预制件90具有基本L型的截面。

　　[0041] 形成第一和第三纬纱层tl到t8 —部分的纬纱tl和t3的路径从表面80a开始在折叠区86中彼此交叉，表面80a是在折叠后位于由部分82和84形成的转角内侧上的表面。此外，形成第二和第四纬纱层tl到t8 —部分的纬纱t2和t4的路径同样从表面80a开始在折叠区86中彼此交叉。

　　[0044]在已经形成纤维预制件后，其通过形成具有被选定为指定应用功能的性质的基体而增密，例如可特别地从树脂中获得的有机基体，所述树脂为如环氧树脂、双马来酰亚胺或聚酰亚胺树脂等聚合物基质的前体，或碳基体的前体，或陶瓷基体的前体。碳基体或陶瓷基体，可通过化学气渗透(CVI)或通过用包含树脂的液体成分浸溃进行增密，所述树脂是碳或陶瓷前体，随后是用于热解前体或使前体陶瓷化的热处理，这些方法本身是众所周知的。纤维预制件的纤维同样是被选定为指定应用功能的例如由玻璃、碳或陶瓷制成的材料。

　　1.一种用由多层纬纱的纬纱互连的多层经纱进行三维编织而编织得到的纤维结构，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，并在一折叠区相对于彼此可折叠的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中并在该纤维结构的各纬平面内，位于与所述纤维结构的外侧表面相邻的区域内的两个纬纱具有交叉的路径。

　　2.根据权利要求1所述的纤维结构，其中，该两个纬纱中的一个是在所述第一部分中或在所述第二部分中最接近所述外侧表面的纱线所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的所述两层纬纱的纱线所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层纬纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层纬纱的纱线.一种用由多层经纱的经纱互连的多层纬纱进行三维编织而编织获得的纤维结构，所述纤维结构具有沿着经线方向相互延伸，并在一折叠区处相对于彼此可折叠的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中并在该纤维结构的各经平面内，位于与所述纤维结构的外侧表面相邻的区域内的两个经纱具有交叉的路径。

　　6.根据权利要求5所述的纤维结构，其中，这两个经纱中的一个是在所述第一部分中或在所述第二部分中最接近所述外侧表面的纱线所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的所述两层经纱 的纱线所述的纤维结构，其中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层经纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层经纱的纱线.一种用由多层纬纱的纬纱互连的多层经纱进行三维编织而编织获得的纤维结构所形成的纤维预制件，所述纤维结构具有沿着纬线方向相互延伸，并通过在一折叠区处折叠而在它们之间形成一角度的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中和在该纤维结构的各纬平面内，位于与所述转角的内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的一区域中的两个讳纱具有交叉的路径。

　　10.根据权利要求9所述的纤维预制件，其中所述两个纬纱中的一个是在所述第一部分中或在所述第二部分中最接近所述外侧表面的纱线所述的纤维预制件，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的所述两层纬纱的纱线所述的纤维预制件，其中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层纬纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层纬纱的纱线.一种用由多层经纱的经纱互连的多层纬纱进行三维编织而编织得到的纤维预制件，该纤维结构具有沿着经线方向相互延伸，并通过在一折叠区处折叠而在它们之间形成一角度的第一部分和第二部分，其中，在该折叠区中和在该纤维结构的各经平面内，位于与所述转角的内侧上的所述纤维结构的外侧表面相邻的一区域中的两个经纱具有交叉的路径。

　　14.根据权利要求13所述的纤维预制件，其中所述两个经纱中的一个在所述第一部分中或在所述第二部分中是最接近所述外侧表面的纱线所述的纤维预制件，其中，在该折叠区中，最接近所述纤维结构的外侧表面的所述两层经纱的纱线所述的纤维预制件，其中，在该折叠区中，来自所述纤维结构的外侧表面的第一和第三层经纱的纱线具有交叉的路径，第二和第四层经纱的纱线.—种复合材料 部件，其包括根据权利要求9至16中任一项所述的由一基体增密的纤维预制件。

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