CN108138395B

CN108138395B - 具有通道的3d织造预制件

Info

Publication number: CN108138395B
Application number: CN201680059803.1A
Authority: CN
Inventors: 布罗克·吉尔伯森
Original assignee: Albany Engineered Composites Inc
Current assignee: Albany Engineered Composites Inc
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: US20170101730A1; EP3362594B1; US10023981B2; CA3001339C; TW201723251A; DK3362594T3; TWI671446B; BR112018007298A2; JP6725654B2; ES2815536T3; KR102142486B1; KR20180067642A; CN108138395A; BR112018007298B1; WO2017066259A1; JP2018532900A; EP3362594A1; RU2698613C1; CA3001339A1; MX2018004438A

Abstract

一种多层三维(3D)织造预制件，其具有在贯穿厚度的方向上形成通道的仿纱罗组织，该多层三维(3D)织造预制件被开发成用于例如形成具有增大的厚度的轻量预制件的应用。

Description

具有通道的3D织造预制件

技术领域

本申请涉及具有穿过预制件的厚度的通道的三维(3D)预制件，该三维(3D)预制件可以用于例如形成具有增加的厚度的轻量预制件的应用中。

背景技术

纱罗织造是其中两根经纱围绕纬纱扭转以提供强而轻薄的/组织稀松的织物的织造。传统的纱罗(单层织造组织)通过在纬纱之间使经纱围绕彼此缠绕而制成。使用各种机械装置，例如利用机械致动器将一根经纱水平平移到其相邻者的另一侧；使用长时间沿一个方向旋转然后沿另一方向旋转的螺旋桨式装置等。传统的纱罗织造用于使两根纱保持彼此非常接近地锁定，以便制成组织稀松的织物(如纱布)或将附近的纱末端就地锁定。

纱罗织造(也称纱布织造或绞经织造)是其中两根经纱围绕纬纱扭转以提供强而轻薄的/组织稀松的织物的织造。标准的经纱与骨架或“绞综”纱配对；这些扭转的经纱紧密地紧固至纬纱，这提高了织物的耐用性。纱罗织造生产出几乎没有纱滑移或纱错位的组织稀松的织物。

纱罗织造织物允许光和空气自由通过，因此用于需要不会被擦伤(bruise)或推挤(shove)(纱偏离织造均匀性从而破环了织物的均匀性)的轻薄的、组织稀松的织造织物的任何领域。如果为了达到相同的效果而将简单的内外常规织物织造得非常松散，那么纱就会有这种擦伤/推挤/错位的倾向。

仿纱罗，也被称为仿纱罗织物，是各种各样的普通构造织物，其产生在外观上类似于没有绞综装置的帮助获得的纱布或纱罗样式的效果。这些织物通常与平纹、斜纹、缎纹或其他简单的单层织造或者甚至与锦缎配置(brocade configuring)相结合生产，以生产条纹织物，其与真正的纱罗织物非常相似。这种织造也被称为仿纱织法(imitation gauzeweave)。

织物是以相等或不相等大小的组布置纱的单层织物。在平纹织造中工作的纱与浮在织物表面或背面上的纱交替使用。来自每个单独纱组的纱末端可以被拉入相同的筘齿；这将浮动的纱末端束缚在一起并使织物中的纱组之间产生微小的间隙或开口，从而产生类似于纱布或纱罗织物的外观，因此称为“仿纱罗”。

仿纱罗织造织物通常可以定义为这样的织物，其中三根或更多根经纱或纬纱的组交织成使得每个组的纱可以在一个组中容易地聚集在一起，而它们与相邻的组分开，原因在于一组纱中的最后一根纱和下一组纱中的第一根纱以正好相反的顺序交织。这种交叉防止了两根相邻的纱聚集在一起，并在此处得到开口。这些单层织造织物可以由任何公知的可织造材料例如玻璃或棉的纤维或纱制成，并且是公知的商业制品。

图1A示出了相关技术的单层仿纱罗织物组织1000的示例，其中经纱和纬纱两者被分组为每组三根纱的组。如图1A所示，该织物包括两种仿纱罗图案，即，3×3仿纱罗图案I和3×3仿纱罗图案II。3×3仿纱罗图案I由一组三根纬纱a1至a3和一组三根经纱b1至b3形成，3×3仿纱罗图案II由一组三根纬纱a1至a3和一组三根经纱b4至b6形成。该组纬纱a1至a3包括第一边缘纱a1、中心纱a2和第二边缘纱a3。该组经纱b1至b3包括第一边缘纱b1、中心纱b2和第二边缘纱b3。类似地，该组经纱b4至b6包括第一边缘纱b4、中心纱b5和第二边缘纱b6。

如图1A所示，在织造3×3仿纱罗图案I期间，第一边缘经纱b1和第二边缘经纱b3都织造在第一边缘纬纱a1下方，然后织造在中心纬纱a2上方，最后织造在第二边缘纬纱a3下方。中心经纱b2织造在全部三根纬纱a1至a3上方。在织造3×3仿纱罗图案II期间，第一边缘经纱b4和第二边缘经纱b6都织造在第一边缘纬纱a1上方，然后织造在中心纬纱a2下方，并最后织造在第二边缘纬纱a3上方。中心经纱b5织造在全部三根纬纱a1至a3下方。

图1B示出了单层仿纱罗织造织物组织的另一示例的纱的交织，其中经纱和纬纱两者也被分组为每组三根纱的组。如图1B所示，如由圆圈所示，存在全部纬纱在两根经纱之间交叉的部分。在三根经纱的组中，纬纱确实在一对经纱之间交叉，但并非全部的纬纱都同时交叉。

图1C示出了单层仿纱罗织造织物组织的另一示例。这种仿纱罗是平纹组织的另一种版本，其中偶尔的经纱以通常隔开数根纱的规律的间隔偏离交替的上下交织，而不是每两根或更多根纱交织。这种情况在纬纱方向以相似的频率发生，并且整体效果是具有增加的厚度和较粗糙的表面的织物。

图2示出了单层仿纱罗织造织物组织2000的另一示例，其中经纱和纬纱都被分组为每组四根纱的组。如图2所示，该织物包括两种仿纱罗图案，即，4×4仿纱罗图案I和4×4仿纱罗图案II。4×4仿纱罗图案I由一组四根纬纱c1至c4和一组四根经纱d1至d4形成，4×4仿纱罗图案II由一组四根纬纱c1至c4和一组四根经纱d5至d8中断。类似地，一组四根纬纱c5至c6和一组四根经纱d1至d4形成4×4仿纱罗图案II，一组四根纬纱c5至c8和一组四根经纱d5至d8形成4×4仿纱罗图案I。

该组纬纱c1至c4包括第一边缘纱c1、两根中心纱c2和c3以及第二边缘纱c4。类似地，该组纬纱c5至c8包括第一边缘纱c5、两根中心纱c6和c7以及第二边缘纱c8。该组经纱d1至d4包括第一边缘纱d1、两根中心纱d2和d3以及第二边缘纱d4。类似地，该组经纱d5至d8包括第一边缘纱d5、两根中心纱d6和d7以及第二边缘纱d8。

图3A至图3H分别示出了图2中所示的单层仿纱罗织造织物组织2000中沿着经纱d1至d8的截面。如图3A至图3D中所示，在织造4×4仿纱罗图案I期间，第一边缘经纱d1和第二边缘经纱d4两者织造在第一边缘纬纱c1下方，然后织造在全部中心纬纱c2和c3上方，最后织造在第二边缘纬纱c4下方。两根中心经纱d2和d3织造在全部四根纬纱c1至c4上方。在织造位于4×4仿纱罗图案I的右侧的4×4仿纱罗图案II期间，第一边缘经纱d1和第二边缘经纱d4两者织造在第一边缘纬纱c5上方，然后织造在中心纬纱c6和c7下方，最后织造在第二边缘纬纱c8上方。两根中心经纱d2和d3织造在全部四根纬纱c5至c8下方。

如图3E至图3H所示，在织造4×4仿纱罗图案II期间，第一边缘经纱d5和第二边缘经纱d8两者织造在第一边缘纬纱c1上方，然后织造在全部中心纬纱c2和c3下方，最后织造在第二边缘纬纱c4上方。两根中心经纱d6和d7织造在全部四根纬纱c1至c4下方。在织造位于4×4仿纱罗图案II的右侧的4×4仿纱罗图案I期间，第一边缘经纱d5和第二边缘经纱d8两者织造在第一边缘纬纱c5下方，然后织造在中心纬纱c6和c7上方，最后织造在第二边缘纬纱c8下方。两根中心经纱d6和d7织造在全部四根纬纱c5至c8上方。

发明内容

可以使用在经向和纬向上具有大通道的三维(3D)织造预制件本身或可以将其用作复合结构的一部分，相对于其他3D或层合预制件结构，该复合结构需要在增加厚度时的轻重量。对于将通过化学气相渗透(CVI)而致密化的3D织造预制件，预制件内的较大通道还可以为化学气相通过预制件提供多条大通路。另外，形成通道的3D织造也可以形成具有大厚度和低纤维体积的预制件，这些预制件可能会或可能不会被致密化。这种结构在预制件状态下可以用作两个表面之间的轻质热绝缘体或电绝缘体。本发明公开了一种具有通道的3D织造预制件。在3D织造版本中，组中的经纱聚集在一起，纬纱聚集在一起。这会在贯穿厚度方向上形成通道。这些通道是通过使用类似于单层仿纱罗织造的概念，通过独特的3D织造图案系列将经纱和纬纱锁定到位而形成的。这不同于传统的单层纱罗图案，该传统的单层纱罗图案是通过使用机械装置实现的，该机械装置在经纱跨过纬纱时使经纱绕另一根经纱扭转以便将它们全部锁定到位。传统类型的纱罗机械装置通常在用于单层织造预制件的织边的复合材料的单层预制件织造中使用，其中需要紧密的织造以防止纱滑动脱位。

在本公开的一个方面中，三维(3D)织造预制件可以包括复数组经纱和复数组纬纱，经纱与纬纱织造在一起以形成3D织造预制件的具有复数个层的仿纱罗组织。特定层中的第一组经纱可以包括第一套至少一根中心经纱和至少两根第一边缘经纱，所述第一套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至后续层中的纬纱，所述第一套至少一根中心经纱的每一侧均有第一边缘经纱之一。特定层中的第二组经纱可以包括第二套至少一根中心经纱和至少两根第二边缘经纱，所述第二套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至前层中的纬纱，所述第二套至少一根中心经纱的每一侧均有第二边缘经纱之一，使得在多层预制件中形成贯穿厚度通道。

该3D织造预制件可以包括特定层中的第一组纬纱，第一组纬纱可以包括第一套至少一根中心纬纱和至少两根第一边缘纬纱，所述第一套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至所述后续层中的经纱，所述第一套至少一根中心纬纱的每一侧均有第一边缘纬纱之一。3D织造预制件还可以包括特定层中的第二组纬纱，第二组纬纱可以包括第二套至少一根中心纬纱和至少两根第二边缘纬纱，所述第二套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至在所述前层中的经纱，所述第二套至少一根中心纬纱的每一侧均有第二边缘纬纱之一。第一边缘经纱和第二边缘经纱可以被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心纬纱上方和所述第二套至少一根中心纬纱下方。第一边缘纬纱和第二边缘纬纱可以被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心经纱上方和所述第二套至少一根中心经纱下方。

本公开的另一方面是三维(3D)织造预制件，其包括复数组经纱和复数组纬纱，经纱与纬纱织造在一起以形成3D织造预制件的具有复数个层的仿纱罗组织。特定层中的第一组纬纱可以包括第一套至少一根中心纬纱和至少两根第一边缘纬纱，所述第一套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至后续层中的经纱，所述第一套至少一根中心纬纱的每一侧均有第一边缘纬纱之一。特定层中的第二组纬纱可以包括第二套至少一根中心纬纱和至少两根第二边缘纬纱，所述第二套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至前层中的经纱，所述第二套至少一根中心纬纱的每一侧均有第二边缘纬纱之一，使得在多层预制件中形成贯穿厚度通道。

在3D织造预制件的第二方面中，特定层中的第一组经纱可以包括第一套至少一根中心经纱和至少两根第一边缘经纱，所述第一套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至所述后续层中的纬纱，所述第一套至少一根中心经纱的每一侧均有第一边缘经纱之一。特定层中的第二组经纱可以包括第二套至少一根中心经纱和至少两根第二边缘经纱，所述第二套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至在所述前层中的纬纱，所述第二套至少一根中心经纱的每一侧均有第二边缘经纱之一。第一边缘纬纱和第二边缘纬纱可以被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心经纱上方和所述第二套至少一根中心经纱下方。第一边缘经纱和第二边缘经纱被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心纬纱上方和所述第二套至少一根中心纬纱下方。

应当注意的是，在本公开中，特别是在权利要求和/或段落中，诸如“包含”等术语可以具有在美国专利法中赋予它的含义；例如，它们可以表示“包括”等。

术语“线”、“纤维”、“丝束/纤维束”和“纱”在以下描述中可互换使用。如本文所用的“线”、“纤维”、“丝束/纤维束”和“纱”可以指单丝、复丝纱、加捻纱、复丝束、变形纱、编织丝束、涂层纱(coated yarn)、双组分纱以及由本领域技术人员已知的任何材料的牵切纤维(stretch broken fiber)制成的纱。

从下面结合附图对实施方案进行的详细描述中，本公开中阐述的多个实施方案的上述及其他目的、特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1A示出了相关技术的单层仿纱罗织造织物组织的示例，其中经纱和纬纱两者被分成三根一组。

图1B示出了相关技术的单层仿纱罗织造织物组织的另一示例，其中经纱和纬纱两者被分成三根一组。

图1C示出了相关技术的单层仿纱罗织造织物组织的另一示例。

图2示出了相关技术的单层仿纱罗织造织物组织的另一示例，其中经纱和纬纱两者被分成四根一组。

图3A至图3H示出了沿着图2中所示的单层仿纱罗织造织物组织中的经纱的截面。

图4A示出了本公开的具有通道的3D织造预制件的示例的俯视图。

图4B示出了具有通道的3D织造预制件的斜视图。

图5A至图5H示出了沿着本公开的3D织造预制件中的经纱的截面。

图6示出了用于生成本公开的具有通道的3D织造预制件的顶部的方案。

图7示出了本公开的3D织造预制件的其他示例。

具体实施方式

图4A示出了本公开的具有通道的3D织造预制件的示例的俯视图。图4B示出了具有通道的3D织造预制件的斜视图。如图4A至图4B所示，本公开的具有通道的3D织造预制件包括多层仿纱罗织造织物组织，其中经纱和纬纱两者被分成四根一组。

3D织造预制件可以包括两种3D仿纱罗织造图案，即3D仿纱罗织造图案I和3D仿纱罗织造图案II。图5A至图5D示出了3D仿纱罗织造图案I的示例，图5E至图5H示出了3D仿纱罗织造图案II的示例。3D仿纱罗织造图案I和II两者由复数层中的一组四根经纱和一组四根纬纱形成。每组四根经纱包括第一边缘经纱、两根中心经纱和第二边缘经纱，边缘纱位于中心纱的相反侧。类似地，每组四根纬纱包括第一边缘纬纱、两根中心纬纱和第二边缘纬纱，边缘纱位于中心纱的相反侧。

图示和描述了4×4(每组4根经纱和每组4根纬纱)仿纱罗织造图案。然而，应当理解的是，在经纱的组和纬纱的组中不一定必须有相同数目的纱。此外，不需要在一组中具有4根纱，只要在每个经纱的组和纬纱的组中有至少一根中心纱和位于中心纱的两侧的至少一根边缘纱即可。

在图5A至图5D所示的4×4的3D仿纱罗织造图案I中，在特定层例如层n中的经纱的组中存在两根中心经纱，所述两根中心经纱在被织造在相同层n中的纬纱的组中的全部四根纱上方与然后被织造在在后层n+1中的纬纱的组中的全部四根纱下方之间交替，该在后层n+1在贯穿厚度方向上位于特定层n的下方。

在图5E至图5H所示的3D仿纱罗织造图案II中，在特定层例如层n中的经纱的组中存在两根中心经纱，所述两根中心经纱在被织造在相同层n中的经纱的组中的全部四根纱下方与然后被织造在上层n-1中的经纱的组中的全部四根纱上方之间交替，该上层n-1在织物的贯穿厚度层中位于特定层n的上方。

更详细地，图5A至图5H示出了沿着3D织造预制件中的两组经纱的截面，该3D织造预制件结构具有例如12层。如图5A至图5H中所示，两组经纱包括3D预制件的第一层中的第一经纱的组的经纱11至14和第二经纱的组的经纱15至18。还示出了第二层的第一经纱的组的经纱21至24和第二经纱的组的经纱25至28。该图案继续至第十一层的第一经纱的组的经纱111至114和第二经纱的组的经纱115至118以及第十二层的第一经纱的组的经纱121至124和第二经纱的组的经纱125至128。

图5A至图5H还示出了包括位于3D织造预制件的第一层上的第一纬纱的组中的纬纱54、69、78和93以及第二纬纱的组中的纬纱49、63、73和87的两组各4根纬纱，以及包括位于第二层上的在第一纬纱的组中的纬纱56、67、80和91以及在第二纬纱的组中的纬纱52、71、76和95的两组各4根纬纱。纬纱的组以类似的方式继续至第十层中的第一纬纱的组中的纬纱58、65、82和89和第二纬纱的组中的纬纱59、64、83和88的两组，以及第十一层中的第一纬纱的组中的纬纱60、62、84和86和第二纬纱的组中的纬纱51、61、75和85的两组。

在以下讨论中，术语“后续层”仅用于方便讨论。然而，如本文所使用的“后续层”意指“另一层”，并不一定是3D预制件中的比特定层更低或更深的层。事实上，“后续层”可以是3D预制件中的位于特定层上方或比特定层更高的层。术语“前层”仅用于描述在与“后续层”的方向相反的方向上的层。

如图5A和图5D中所示，第一组经纱中有4根纱：经纱11、14，中心纱12、13两侧各有一根。在织造3D仿纱罗织造图案I期间，第一边缘经纱11和第二边缘经纱14织造在第一层的第一纬纱的组的第一边缘纬纱54下方，然后织造在全部中心纬纱69和78上方，并且最后织造在纬纱的组中的第二边缘纬纱93下方。然后边缘经纱11、14被织造在第一层的第一边缘纬纱49上方，然后织造在全部中心纬纱63和73下方，最后织造在第二边缘纬纱87上方。对于后续的纬纱列，边缘经纱11、14以这种方式上/下交替。

如图5B和图5C所示，第一层中的经纱的组11至14的两根中心经纱12和13被织造在第一层的全部四根纬纱54、69、78和93上方，并且织造在第二层的四根纬纱52、71、76和95下方。因此，第一层和第二层彼此系结。

以类似的方式，第二层中的经纱的组21至24的第一边缘经纱21和第二边缘经纱24织造在第二层的第一纬纱的组的第一边缘纬纱56下方，然后织造在中心纬纱67和80上方，并织造在第二边缘纬纱91下方。第一边缘经纱21和第二边缘经纱24织造在第二层的第二纬纱的组的第一边缘纬纱52上方，然后织造在中心纬纱71和76下方，并最后织造在第二边缘纬纱95上方。

第二层中的经纱的组21至24的两根中心经纱22和23被织造在第二层的全部四根纬纱56、67、80和91上方，并被织造在第三层中的全部四根纬纱53、70、77和94下方。因此，第二层和第三层彼此系结。

如图5E和图5H所示，第二组经纱中有4根纱：边缘经纱15、18，在中心纱16、17两侧各有一根。在织造3D仿纱罗织造图案II期间，第一边缘经纱15和第二边缘经纱18织造在第一层的第一纬纱的组的第一边缘纬纱54上方，然后织造在全部中心纬纱69和78下方，并最后织造在纬纱的组中的第二边缘纬纱93上方。然后边缘经纱15、18织造在第一层的第一边缘纬纱49下方，然后织造在全部中心纬纱63和73上方，并且最后织造在第二边缘纬纱87下方。对于后续的纬纱列，边缘经纱15、18以这种方式上/下交替。

如图5F和图5G所示，第一层中的经纱的组15至18的两根中心经纱16和17织造在第一层的全部四根纬纱54、69、78和93下方，并织造在第一层上方的层的四根纬纱50、72、74和76上方。因此，第一层和第一层上方的层相互系结。

以类似的方式，第二层中的经纱的组25至28的第一边缘经纱25和第二边缘经纱28被织造在第二层的第一纬纱的组的第一边缘纬纱56上方，然后织造在中心纬纱67和80下方，并织造在第二边缘纬纱91上方。并且第一边缘经纱25和第二边缘经纱28织造在第二层的第二纬纱的组的第一边缘纬纱52下方，然后织造在中心纬纱71和76上方，并且最后织造在第二边缘纬纱95下方。

第二层中的经纱的组25至28的两根中心经纱26和27被织造在第二层的全部四根纬纱56、67、80和91下方，并织造在第一层中的全部四根纬纱49、63、73和87上方。因此，第二层和第一层彼此系结。

因此，如图5A至图5H所示，经纱11和经纱21可以彼此接触，但是纬纱93和纬纱49被阻止彼此接触。实际上，包含纱45和54的列中的全部纬纱都被阻止彼此接触。因此贯穿织物层的厚度形成通道。

以类似的方式，特定层n的组中的4根纬纱中的两根中心纬纱与特定层中的经纱织造在一起，所述两根中心纬纱在织造在同一层n中的经纱的组中的全部四根纱下方与然后织造在上层n-1的经纱的组中的全部四根纱上方之间交替，该上层n-1在贯穿厚度方向上位于特定层n上方。

例如，如图5A至图5H所示，在第一组四根纬纱54、69、78和93中，边缘纬纱54、93被织造在第一层的第一经纱的组中的第一边缘经纱11上方、织造在全部中心经纱12、13下方、然后织造在第二边缘经纱14上方，然后边缘纬纱54、93被织造在第一层的第二经纱的组中的第一边缘经纱15下方、织造在全部中心经纱16、17上方、然后织造在第二边缘经纱18下方。

如图5A至图5H所示，在第一组四根纬纱54、69、78和93中，中心纬纱69、78被织造在第一经纱的组中的全部经纱11至14的下方，然后织造在第二经纱的组中的全部经纱15至18上方。

在第二纬纱的组49、63、73和87中，边缘纬纱49、87被织造在边缘经纱11下方、织造在全部中心经纱12、13上方、然后织造在第二边缘经纱14下方，然后边缘纬纱49、87织造在第一边缘经纱15上方、织造在第二层的第二经纱的组的中心经纱26、27下方、然后织造在第一层的第二经纱的组的第二边缘经纱18下方。随后，每组中的边缘纬纱以类似的方式交替。

第二纬纱的组49、63、73和87的中心纬纱63、73被织造在第一层中的第二经纱的组的第一边缘经纱15下方、然后织造在第二层的第二经纱的组的经纱26、27下方、然后织造在第一层中的第二经纱的组的第二边缘经纱18下方。因此，第一层和第二层彼此系结。

类似地，如图5A至图5H所示，在第二层的第一组四根纬纱56、67、80和91中，边缘纬纱56、91被织造在第二层的第一经纱的组中的第一边缘经纱21上方、织造在全部中心经纱22、23下方、然后织造在第二边缘经纱24上方，然后边缘纬纱56、91被织造在第二层的第二经纱的组中的第一边缘经纱25下方、织造在全部中心经纱26、27上方、然后织造在第二边缘经纱28下方。

如图5A至图5H所示，在第一组四根纬纱56、67、80和91中，中心纬纱67、80被织造在第一经纱的组中的全部经纱21至24的下方，然后织造在第二经纱的组中的全部经纱25至28上方。

在第二纬纱的组52、71、76和95中，边缘纬纱52、95被织造在边缘经纱21下方、织造在全部中心经纱22、23上方、然后织造在第二边缘经纱24下方，然后边缘纬纱52、95被织造在第一边缘经纱25上方、在第三层中的第二经纱的组的中心经纱36、37下方、然后在第二层的第二经纱的组的第二边缘经纱28下方。随后，每组中的边缘纬纱以类似的方式交替。

第二纬纱的组52、71、76和95的中心纬纱71、76被织造在第二层中的第二经纱的组的第一边缘经纱25下方、然后织造在第三层中的第二经纱的组的经纱36、37下方、然后在第二层中的第二经纱的组的第二边缘经纱28下方。因此，第二层和第三层彼此系结。

图6示出了用于生成具有通道的3D织造预制件的顶部的方案。如图6所示，该图案通过允许一些纱(经纱和纬纱)列彼此排斥(4和5；8和1)而另一些能够紧凑地嵌套(1和4；5和8)来工作。方案2、3、6和7用于将一层系结到下一层。

纤维纱的刚度结合特定的上下织造路径会导致一些纱的自然排斥和其他纱的吸引。这导致了纱在每个方向的分组，这有利于某些应用。更硬的纱导致纱之间较大的间距，从而导致较大的通道。

筘中的经纱分组的某些选择可以使形成的路径或通道减弱或明显。类似地，织缩(take-up)间距的某些图案也可以使形成的路径或通道减弱或明显。最明显的结果来自将纱如方案1至4布置在筘齿中、如方案5至8布置在筘齿中以及纬纱列1至4与另外的5至8之间的较小的织缩。

因此，在本发明的3D织造预制件中，通过仅使用能够在织造系统上获得的上下纱运动图案并且不使用另外的机械致动器来实现组织稀松的织造。

图7示出了3D织造预制件的其他示例。多种厚度(层)和间距可用于经纱/纬纱列。

3D仿纱罗织造图案具有以下特征和特点：

●以与常规3D图案或层合结构相同的厚度在较低纤维重量下制造具有较大厚度的3D织造预制件。例如，具有传统纤维体积(FV)的3D预制件具有一定的厚度和一定的重量，并且本发明中公开的具有开放通道的厚度相同的预制件的重量小于具有传统纤维体积的3D预制件的重量；

●创建贯穿厚度通道，以使流体在将预制件加工成复合材料期间；或当预制件或复合材料用作需要散热的另一组合件的一部分时作为“冷却通道”而流动；

●通过改变分组在一起的经纱的数目来改变通道间距；改变通道在Z(贯穿厚度)方向上的尺寸；

●具有较少的“擦伤”、推挤或纱移位；

●组中具有至少3根经纱和纬纱；

●较硬的经纱和/或纬纱将增加纱组之间的排斥力，从而在x或y平面(z为贯穿厚度平面)中产生较大的通道；

●改变纱分组之间的织缩以改变经向的通道尺寸；

●分组发生在x-y平面方向上，这导致“矩形、其他多边形形状的通道”；

●经纱和/或纬纱从一层结合到下一层，或用一根纱结合多层。

在已经形成期望的3D织造预制件结构之后，该结构可以被浸渍在基体材料中以形成复合材料。该结构被包裹在基体材料中，并且基体材料填充结构的构成元件之间的一些或全部间隙区域。基体材料可以是多种材料中的任何一种，例如环氧类、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或其它也表现出所需物理、热、化学和/或其他性质的材料。选择用作基体的材料可以与结构的材料相同或不同，以及可以具有或不具有可比较的物理、化学、热或其他性质。然而，通常它们不会具有相同的材料或具有可比较的物理、化学、热或其他性质，因为寻求使用复合材料的一般目标是在成品中获得通过单独使用一种构成材料无法达到的特性的组合。如此组合，然后结构和基体材料可以通过热固或其他已知方法在相同操作中固化和稳定，然后进行其他操作以产生期望的部件。在如此固化之后，随后固化的基体材料块粘附到结构上。因此，成品部件上的应力特别地通过其充当纤维之间的粘合剂的基体材料可以有效地传递到结构的构成材料并由结构的构成材料承载。此外，如果利用化学气相渗透(CVI)添加基体材料以形成复合材料，则形成在基底中的一些或全部通道可以保持开放并且不含树脂材料。

应理解，经向和纬向上的纱可以具有相同或不同的材料和/或尺寸。例如，经纱和纬纱可以由碳、尼龙、人造丝、玻璃纤维、棉、陶瓷、芳族聚酰胺、聚酯、金属、聚乙烯和/或表现出期望的物理、热、化学或其他性质的其他材料制成。

应理解，可以使用其他3D仿纱罗织造来形成多边形形状的通道，并且经纱的层数至少为二或更多。还应理解，在一些实施例中，全部通道延伸穿过整个预制件的厚度。在其他实施例中，复数个通道延伸穿过整个厚度。也就是说，在所需的图案中，不是全部的通道都必须延伸穿过预制件的整个厚度。

还应当理解的是，其他结构可以通过诸如缝编、钉(pinning)、T-成形(参见US 6,103,337)、机械螺栓连接、使用合适的粘合剂或本领域技术人员已知的其它方法的方法作为单独的“皮”附接在3D织造预制件的一个或两个外表面上或者复合材料的一个或两个外表面上。

Claims

1.一种三维(3D)织造预制件，包括：

复数组经纱；

复数组纬纱，所述经纱与所述纬纱织造在一起以形成所述3D织造预制件的具有复数个层的仿纱罗组织，

其中特定层中的第一组经纱包括至少两根第一边缘经纱和第一套至少一根中心经纱，所述第一套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至后续层中的纬纱，并且所述至少两根第一边缘经纱包括设置在所述第一套至少一根中心经纱的每一侧的一根，以及

其中所述特定层中的第二组经纱包括至少两根第二边缘经纱和第二套至少一根中心经纱，所述第二套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至前层中的纬纱，并且所述至少两根第二边缘经纱包括设置在所述第二套至少一根中心经纱的每一侧的一根，使得在所述3D织造预制件中形成贯穿厚度通道。

2.根据权利要求1所述的3D织造预制件，

其中所述特定层中的第一组纬纱包括至少两根第一边缘纬纱和第一套至少一根中心纬纱，所述第一套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至所述后续层中的经纱，并且所述至少两根第一边缘纬纱包括设置在所述第一套至少一根中心纬纱的每一侧的一根，以及

其中所述特定层中的第二组纬纱包括至少两根第二边缘纬纱和第二套至少一根中心纬纱，所述第二套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至在所述前层中的经纱，并且所述至少两根第二边缘纬纱包括设置在所述第二套至少一根中心纬纱的每一侧的一根。

3.根据权利要求2所述的3D织造预制件，

其中所述第一边缘经纱和所述第二边缘经纱被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心纬纱上方和所述第二套至少一根中心纬纱下方，以及

其中所述第一边缘纬纱和所述第二边缘纬纱被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心经纱上方和所述第二套至少一根中心经纱下方。

4.一种三维(3D)织造预制件，包括：

复数组经纱；

其中特定层中的第一组纬纱包括至少两根第一边缘纬纱和第一套至少一根中心纬纱，所述第一套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至后续层中的经纱，并且所述至少两根第一边缘纬纱包括设置在所述第一套至少一根中心纬纱的每一侧的一根，以及

其中所述特定层中的第二组纬纱包括至少两根第二边缘纬纱和第二套至少一根中心纬纱，所述第二套至少一根中心纬纱将所述特定层中的经纱结合至前层中的经纱，并且所述至少两根第二边缘纬纱包括设置在所述第二套至少一根中心纬纱的每一侧的一根，使得在所述3D织造预制件中形成贯穿厚度通道。

5.根据权利要求4所述的3D织造预制件，

其中所述特定层中的第一组经纱包括第一套至少一根中心经纱和至少两根第一边缘经纱，所述第一套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至所述后续层中的纬纱，所述第一套至少一根中心经纱的每一侧均有所述第一边缘经纱之一，以及

其中所述特定层中的第二组经纱包括第二套至少一根中心经纱和至少两根第二边缘经纱，所述第二套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至在所述前层中的纬纱，所述第二套至少一根中心经纱的每一侧均有所述第二边缘经纱之一。

6.根据权利要求5所述的3D织造预制件，

其中所述第一边缘纬纱和所述第二边缘纬纱被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心经纱上方和所述第二套至少一根中心经纱下方，以及

其中所述第一边缘经纱和所述第二边缘经纱被织造在所述特定层中的所述第一套至少一根中心纬纱上方和所述第二套至少一根中心纬纱下方。

7.一种复合材料，包括：

根据权利要求1所述的三维(3D)织造预制件，

其中所述预制件浸渍有基体材料。

8.一种复合材料，包括：

根据权利要求3所述的三维(3D)织造预制件，

其中所述预制件浸渍有基体材料。

9.一种复合材料，包括：

根据权利要求4所述的三维(3D)织造预制件，

其中所述预制件浸渍有基体材料。

10.一种复合材料，包括：

根据权利要求6所述的三维(3D)织造预制件，

其中所述预制件浸渍有基体材料。

11.一种形成三维(3D)织造预制件的方法，包括：

在所述3D织造预制件的复数个层中形成经纱的组；

在所述3D织造预制件的所述复数个层中形成纬纱的组；

通过将所述经纱的组中的经纱与所述纬纱的组中的纬纱织造在一起而形成仿纱罗组织，

12.根据权利要求11所述的形成3D织造预制件的方法，

13.根据权利要求12所述的形成3D织造预制件的方法，

14.一种形成三维(3D)织造预制件的方法，包括：

在所述3D织造预制件的复数个层中形成经纱的组；

在所述3D织造预制件的所述复数个层中形成纬纱的组；

通过将所述经纱的组中的经纱与所述纬纱的组中的纬纱织造在一起形成仿纱罗组织，

15.根据权利要求14所述的3D织造预制件，

其中所述特定层中的第一组经纱包括至少两根第一边缘经纱和第一套至少一根中心经纱，所述第一套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至所述后续层中的纬纱，并且所述至少两根第一边缘经纱包括设置在所述第一套至少一根中心经纱的每一侧的一根，以及

其中所述特定层中的第二组经纱包括至少两根第二边缘经纱和第二套至少一根中心经纱，所述第二套至少一根中心经纱将所述特定层中的纬纱结合至在所述前层中的纬纱，并且所述至少两根第二边缘经纱包括设置在所述第二套至少一根中心经纱的每一侧的一根。

16.根据权利要求15所述的3D织造预制件，

17.一种形成复合材料的方法，包括：

形成根据权利要求11所述的三维(3D)织造预制件，

用基体材料浸渍所述3D织造预制件。

18.一种形成复合材料的方法，包括：

形成根据权利要求13所述的三维(3D)织造预制件，

用基体材料浸渍所述3D织造预制件。

19.一种形成复合材料的方法，包括：

形成根据权利要求14所述的三维(3D)织造预制件，

用基体材料浸渍所述3D织造预制件。

20.一种形成复合材料的方法，包括：

形成根据权利要求16所述的三维(3D)织造预制件，

用基体材料浸渍所述3D织造预制件。