用于復(fù)合層壓件的三維絲網(wǎng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且更具體地，涉及復(fù)合層壓件。更具體地，本公開涉及使用絲網(wǎng)改善復(fù)合層壓件的全厚度強(qiáng)度的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]由也稱為板層或薄層(lamina)的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合層形成復(fù)合層壓件。每個(gè)復(fù)合層包括加固材料和基質(zhì)材料。例如，加固材料科采取纖維的形式，纖維可以單個(gè)方向定向以使復(fù)合層為單向的，或以兩個(gè)方向定向以使復(fù)合層為雙向的?；|(zhì)材料可采取例如樹脂的形式。
[0003]纖維束可呈層狀地層疊以形成加強(qiáng)敷層(Iayup)，其可稱為預(yù)成型件。當(dāng)用被部分固化以用于處理的樹脂預(yù)浸漬纖維束時(shí)預(yù)成型件可稱為濕預(yù)成型件或者當(dāng)不存在樹脂時(shí)稱干預(yù)成型件。樹脂被灌注到預(yù)成型件的纖維束之間的間隔中以形成集成預(yù)制件?？刹糠止袒深A(yù)制件以形成部分固化的復(fù)合層壓件或完全固化以形成完全固化的復(fù)合層壓件。碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)層壓件是一個(gè)類型的復(fù)合層壓件的實(shí)例。
[0004]在某些情況下，在復(fù)合層壓件內(nèi)可能出現(xiàn)非期望的不一致性。非期望的不一致性是超出選擇容差范圍的不一致性或超過(guò)某些選擇閾值的不一致性。例如，非期望的不一致性可以是裂紋、熱誘導(dǎo)裂紋、缺口、分層，或者其他類型的超出選擇容差范圍的不一致性。
[0005]在存在非期望的不一致性的情況下復(fù)合層壓件的仍在選擇容差內(nèi)執(zhí)行的吸收能量的能力通常稱作復(fù)合層壓件的缺口韌性。改善復(fù)合層壓件的缺口韌性同時(shí)仍允許樹脂有效地灌注于纖維之間及纖維周圍可能比期望的更困難。改善復(fù)合層壓件的缺口韌性的一些現(xiàn)行的方法可能降低復(fù)合層壓件在其他方面中的性能。
[0006]例如，一個(gè)現(xiàn)行的解決方案包括在復(fù)合層壓件中的每對(duì)復(fù)合層之間層疊一片間斷纖維。然而，該類型的解決方案改進(jìn)復(fù)合層壓件的缺口韌性但降低了復(fù)合層壓件的對(duì)形成非期望的不一致性的抗性。
[0007]其他現(xiàn)行解決方案包括Z向鎖固技術(shù)(Z-pinning)、縫合和簇絨法。Z向鎖固技術(shù)包括迫使針沿Z方向的通過(guò)加強(qiáng)敷層或未固化的預(yù)成型件。縫合和簇絨包括沿Z方向?qū)⒗w維穿線于加強(qiáng)敷層或未固化的預(yù)成型件。然而，這些類型的解決方案仍可能降低復(fù)合層壓件的對(duì)形成非期望的不一致性的抗性，從而引起對(duì)纖維的不希望有的影響并且限制可以使用的針或螺紋的尺寸和定位。因此，期望提供一種考慮上述討論的問(wèn)題中的至少一些的以及其它可能的問(wèn)題的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，設(shè)備包括纖維層。纖維層包括多個(gè)纖維束和多個(gè)填充部分。多個(gè)纖維束在多個(gè)纖維束之間具有多個(gè)間隔。多個(gè)填充部分由基本上填充多個(gè)纖維束之間的多個(gè)間隔的間斷絲狀物組成。
[0009]在另一示例性實(shí)施方式中，復(fù)合結(jié)構(gòu)包括多個(gè)纖維層、與多個(gè)纖維層數(shù)相關(guān)聯(lián)的絲網(wǎng)、以及樹脂。多個(gè)纖維層的每個(gè)纖維層包括在多個(gè)纖維束之間具有多個(gè)間隔的多個(gè)纖維束。絲網(wǎng)被配置為改善復(fù)合結(jié)構(gòu)的缺口韌性以及復(fù)合結(jié)構(gòu)的對(duì)多個(gè)非期望的不一致性的抗性。絲網(wǎng)包括多個(gè)填充纖維層中每個(gè)纖維層中多個(gè)纖維束之間的多個(gè)間隔的多個(gè)填充部分。多個(gè)填充部分中的一個(gè)填充部分包括多個(gè)間斷絲和粘合材料。粘合材料被配置為將多個(gè)非連續(xù)絲保持在一起。粘合材料進(jìn)一步被配置為將多個(gè)非連續(xù)絲粘合至多個(gè)纖維束中的至少一個(gè)纖維束。樹脂將多個(gè)纖維層和與多個(gè)纖維層相關(guān)聯(lián)的絲網(wǎng)粘合到一起。
[0010]在又一個(gè)示意性實(shí)施方式中，提供用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。由非連續(xù)絲組成的多個(gè)絲層相對(duì)于多個(gè)纖維束定位以形成具有基本上填充多個(gè)纖維束之間的多個(gè)間隔的多個(gè)填充部分的纖維層。使用纖維層為復(fù)合結(jié)構(gòu)形成加強(qiáng)敷層。
[0011]上述特征和功能能夠在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者也可以在其他實(shí)施方式中被組合，其中進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考以下描述和附圖可見。
【附圖說(shuō)明】
[0012]上述示例性實(shí)施方式的特征中的新穎特征將在所附權(quán)利要求書中闡述。然而，通過(guò)參考下文中本發(fā)明示例性實(shí)施例的的詳細(xì)說(shuō)明并在閱讀時(shí)結(jié)合附圖可以更好地理解示例性實(shí)施例和優(yōu)選的使用模式及其進(jìn)一步目的和特征，其中:
[0013]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方式的框圖形式的制造環(huán)境的示意圖；
[0014]圖2是根據(jù)示例性實(shí)施方式的加強(qiáng)敷層的部分的示意圖；
[0015]圖3是根據(jù)示例性實(shí)施方式移去一部分加強(qiáng)敷層的加強(qiáng)敷層的剖面圖的示意圖；
[0016]圖4是根據(jù)示例性實(shí)施方式的加強(qiáng)敷層的側(cè)視圖的示意圖；
[0017]圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的絲層的示意圖；
[0018]圖6是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的絲層的示意圖；
[0019]圖7是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的絲層的示意圖；
[0020]圖8是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的兩個(gè)絲層的示意圖；
[0021]圖9是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的絲層的示意圖；
[0022]圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的絲層的示意圖；
[0023]圖11是根據(jù)示例性實(shí)施方式相對(duì)于纖維束定位的絲層的示意圖；
[0024]圖12是根據(jù)示例性實(shí)施方式絲層的潛在配置的示意圖；
[0025]圖13是根據(jù)示例性的實(shí)施方式的流程圖形式的用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的過(guò)程的示意圖；
[0026]圖14是根據(jù)示例性的實(shí)施方式的流程圖形式的用于形成加強(qiáng)敷層的過(guò)程的示意圖；
[0027]圖15是根據(jù)示例性實(shí)施方式的框圖形式的飛機(jī)制造和檢修方法的示意圖；以及
[0028]圖16是以可以實(shí)施示例性實(shí)施方式的框圖的形式的飛機(jī)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并考慮不同的因素。例如，示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并考慮其可能期望具有改善復(fù)合層壓件的缺口韌性的方法和設(shè)備，同時(shí)也保持對(duì)非期望的不一致性的形成和生長(zhǎng)的至少期望級(jí)別的抗性。具體地，示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并且考慮其可能期望改善復(fù)合層壓件的缺口韌性，同時(shí)也允許樹脂有效地灌注在復(fù)合層壓件的加強(qiáng)敷層內(nèi)。
[0030]因此，示例性實(shí)施方式提供用于形成復(fù)合層壓件的加強(qiáng)敷層的方法和設(shè)備，其允許樹脂以期望的方便程度灌注于敷層內(nèi)并且改進(jìn)使用加強(qiáng)敷層形成的復(fù)合層壓件的缺口韌性。在一個(gè)示例性實(shí)例中，多個(gè)纖維層層疊以形成加強(qiáng)敷層。纖維層數(shù)中的每個(gè)纖維層可以包括在多個(gè)纖維束之間具有多個(gè)間隔的多個(gè)纖維束以及由填充多個(gè)纖維束之間的多個(gè)間隔的間斷絲組成的絲過(guò)濾器?？蓪渲嘧⒂诩訌?qiáng)敷層中以形成未固化的預(yù)成型件。然后可以固化未固化的預(yù)成型件從而形成復(fù)合層壓件。
[0031]現(xiàn)參考附圖，并具體地參考圖1，以框圖形式描繪了根據(jù)示例性實(shí)施方式的制造環(huán)境的示意圖。在該示例性實(shí)例中，制造環(huán)境100是可以制造復(fù)合結(jié)構(gòu)102的環(huán)境的實(shí)例。在該示例性實(shí)例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)102采取復(fù)合層壓件104的形式。
[0032]正如所描述，通過(guò)使樹脂108與加強(qiáng)敷層106結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)102。加強(qiáng)敷層106同樣可以稱為預(yù)成型件。如在本文中使用的，具有加強(qiáng)敷層106的“集成”樹脂108指的是使樹脂108位于加強(qiáng)敷層106內(nèi)。例如，在沒(méi)有限制的情況下，可通過(guò)用樹脂108灌注加強(qiáng)敷層106、將樹脂108注入加強(qiáng)敷層106、用樹脂108使加強(qiáng)敷層106飽和、混合樹脂108與加強(qiáng)敷層106、用加強(qiáng)敷層106浸漬樹脂108、或這些的一些組合執(zhí)行這種集成。
[0033]在該示例性實(shí)例中，用樹脂108灌注加強(qiáng)敷層106。樹脂108由至少一個(gè)聚合物組成。例如，樹脂108可以是由熱固性聚合物、熱塑性聚合物或其他類型的聚合物中的至少一個(gè)組成的聚合樹脂。
[0034]如本文中使用的，短語(yǔ)“至少一個(gè)”當(dāng)與一系列項(xiàng)使用時(shí)，意味著可以使用一個(gè)或多個(gè)所列項(xiàng)的不同組合以及可以需要列出的項(xiàng)中的僅一個(gè)。項(xiàng)可以是特定對(duì)象、事物、行為、工藝或者種類。換言之，“至少一個(gè)”意味著可以使用列表中的項(xiàng)或多個(gè)項(xiàng)的任何組合并且可以不需要列表中的所有項(xiàng)。
[0035]例如，“項(xiàng)A、項(xiàng)B、以及項(xiàng)C中至少一個(gè)”可意指項(xiàng)A ;項(xiàng)A和項(xiàng)B ;項(xiàng)B ;項(xiàng)A、項(xiàng)B、以及項(xiàng)C ;或者項(xiàng)B和項(xiàng)C。在一些情況下，“項(xiàng)A、項(xiàng)B、以及項(xiàng)C中至少一個(gè)”可意旨，例如但不限于，項(xiàng)A中兩個(gè)、項(xiàng)B中一個(gè)、以及項(xiàng)C中十個(gè)；項(xiàng)8中四個(gè)以及項(xiàng)C中七個(gè)；或者一些其他合適的組合。
[0036]向加強(qiáng)敷層106內(nèi)灌注樹脂108形成復(fù)合結(jié)構(gòu)102，該復(fù)合結(jié)構(gòu)102接下來(lái)根據(jù)實(shí)施方式可變?yōu)槲垂袒?、部分固化、或者完全固化。該?fù)合結(jié)構(gòu)102可稱作集成預(yù)成型件。當(dāng)變?yōu)槲垂袒瘯r(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)102可稱作集成預(yù)成型件或未固化復(fù)合結(jié)構(gòu)?？刹糠止袒深A(yù)成型件以采取部分固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形式?？蓤?zhí)行該部分固化以允許更容易傳輸和處理復(fù)合結(jié)構(gòu)。可完全固化集成預(yù)成型件以采取完全固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形式。
[0037]在該示例性實(shí)例中，加強(qiáng)敷層106包括同時(shí)形成多個(gè)纖維層112的纖維束107和絲網(wǎng)110。如本文所用的，“多個(gè)”項(xiàng)可以包括一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)。以這種方式，數(shù)個(gè)纖維層112可以包括一個(gè)或多個(gè)層。
[0038]絲網(wǎng)110由間斷絲111和粘合材料113組成。間斷絲111可以是未延伸復(fù)合結(jié)構(gòu)102的全部長(zhǎng)度或?qū)挾鹊睦w維。間斷絲111可以包括具有不同尺寸、不同直徑、不同截面形狀、不同類型、或這些的一些組合中的至少一個(gè)的絲。間斷絲111可以包括碳纖維、石英纖維、玻璃纖維、聚酰胺纖維、聚醚酮纖維、聚酯纖維、聚醚砜纖維、聚酰亞胺纖維、聚氨基甲酸乙酯纖維、或其他類型的纖維中的至少一個(gè)。
[0039]此外，在該示例性實(shí)例中，間斷絲111相互之間可具有隨機(jī)定向。然而，在其他示例性實(shí)例中，間斷絲111相互之間不是隨機(jī)定向。
[0040]粘合材料113被配置為將絲網(wǎng)110粘合至纖維束107并將纖維束107彼此粘合。粘合材料113被配置為響應(yīng)于施加于粘合材料113的熱量、壓力、或化學(xué)反應(yīng)將間斷絲111保持在一起。在處理過(guò)程中，粘合材料113將間斷絲111保