MX2010010683A - Fibra mejorada para arquitectura para preformas pi. - Google Patents

Abstract

Se describe una preforma tejida para un material compuesto reforzado, que puede ser tejido plano y doblarse en forma. La preforma tiene una arquitectura tejida tridimensional con fibra de llenado tejida para proporcionar capa a capa entrelazado de capas de fibra comba así como entrelazado de fibras con cada capa. Al menos dos patas se extienden desde una base, la base y patas cada una tiene al menos dos capas de fibras combas. Las patas se pueden conectar en una intersección de columna distribuida simétricamente o asimétricamente, con un número par o impar de columnas de fibras combas ubicadas entre las paras. Los extremos exteriores de la base y/o patas preferiblemente tienen unión cónica formada de capas terminadas de fibras combas en un patrón escalonado.

Description

FIBRA MEJORADA PARA ARQUITECTURA PARA PREFORMAS PI Campo de la Invención Esta invención se refiere generalmente a preformas tejidas y particularmente se refiere a una preforma tejida usada en un material compuesto reforzado, que puede ser tejido plano y doblarse en su forma final sin producir bucles no deseados en la preforma.

Incorporación para referencia Todas las patentes, solicitudes de patentes, documentos, referencias, instrucciones del fabricante, descripciones, especificaciones del producto, y hojas del producto para cualquiera de los productos mencionados en la presente se incorporan en la presente para referencia, y pueden emplearse en la práctica de la invención.

Descripción del Arte Previo Está ahora extendido el uso de materiales compuestos reforzados para producir componentes estructurales, particularmente en aplicaciones donde se buscan sus características deseables de ser ligeras en peso, fuertes, duras, térmicamente resistentes, autosuficientes y adaptables para establecerse y formarse. Tales componentes se usan, por ejemplo, en aplicaciones de aeronáutica, aeroespaciales , satelitales, recreativas (como en botes y autos de carreras), y otras aplicaciones.

Típicamente tales componentes consisten de materiales de refuerzo incrustados en materiales de la matriz. El componente de refuerzo se puede hacer de materiales tales como vidrio, carbono, cerámica, aramida, polietileno y/u otros materiales que exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras propiedades deseadas, entre los principales están los que tienen una gran fuerza contra la falla a la tensión. Aunque el uso de tales materiales de refuerzo, que finalmente se convierten en el elemento constitutivo del componente completado, las características deseadas de los materiales de refuerzo, tales como resistencia muy alta, se imparten al componente compuesto completado. Los materiales de refuerzo constitutivos típicamente, se pueden tejer, tejer por punto u orientarse de otra manera en configuraciones y formas deseadas para preformas de refuerzo. Usualmente se presta atención particular a ásegurar la utilización óptima de las propiedades para las cuales se han seleccionado los materiales de refuerzo constitutivos. Usualmente tales preformas de refuerzo se combinan con material de matriz para formar componentes terminados deseados o para producir reservas de trabajo para la producción final de componentes acabados.

Después de que se ha construido la preforma de refuerzo deseada, el material de matriz se puede introducir hacia y dentro de la preforma, de manera que típicamente la preforma de refuerzo se vuelve encerrada en el material de matriz y el material de matriz llena las áreas intersticiales entre los elementos constitutivos de la preforma de refuerzo. El material de matriz puede ser cualquiera de una amplia variedad de materiales, tales como epoxi, poliéster, éster de vinilo, cerámica, carbono y/o otros materiales, que exhiben también propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras propiedades deseadas. Los materiales elegidos para uso como la matriz pueden o no ser el mismo como el de la preforma de refuerzo y pueden o no tener propiedades físicas, térmicas químicas u otras propiedades comparables. Típicamente, sin embargo, no serán los mismos materiales o tienen propiedades físicas, térmicas, químicas u otras propiedades comparables, ya que un objetivo habitual buscado en los compuestos usados, en primer lugar es alcanzar una combinación ' de características en el producto terminado que no es alcanzable a través del uso de un material constitutivo solo. De esta manera combinados, la preforma de refuerzo y el material de matriz luego se puede curar y estabilizar en la mi'sma operación por termoendurecido u otros métodos conocidos, y luego sometidas a otras operaciones para producir el componente deseado. Es importante notar en este punto que después de estar curado, luego las masas solidificadas del material de matriz normalmente se adhieren muy fuertemente al material de refuerzo (por ejemplo, la preforma de refuerzo) . Como un resultado, la tensión en el componente terminado, particularmente por medio de su material de matriz que actúa como un. adhesivo entre fibras, se puede transferir efectivamente a y transportarse por el material constitutivo de la preforma de refuerzo.

Frecuentemente, se desea producir componentes en configuraciones que son diferentes a tales formas geométricas sencillas como (en si) placas, láminas, sólidos rectangulares o cuadrados, etc. Un medio para hacer esto es combinar tales formas geométricas básicas en las formas deseadas más complejas. Una de tal combinación típica se hace al unir preformas de refuerzo hechas como se describe anteriormente en el ángulo (típicamente un ángulo recto) con respecto una a la otra. Los propósitos habituales para tales configuraciones angulares de preformas de refuerzo unidas son crear una forma deseada para formar una preforma de refuerzo que incluye una o más paredes laterales o intersecciones "T" por ejemplo, o para fortalecer la combinación resultante de preformas 1 de refuerzo y la estructura compuesta que se producen contra desviaciones o fallas durante su exposición a fuerzas exteriores, tales como presión o tensión. En cualquier caso, una consideración relacionada es hacer cada unión entre los componentes constitutivos tan fuerte como sea posible. Dada la resistencia muy alta deseada de los constituyentes de la preforma de refuerzo en si, la debilidad de la coyuntura se vuelve, efectivamente, un "enlace débil" en una "cadena" estructural .

Un ejemplo de una configuración de intersección se establece en la Patente de E.U.A. No. 6,103,337, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. Esta referencia establece medios efectivos de unión junto a dos placas de refuerzo en una forma T.

Se han hecho varias otras propuestas en el pasado para hacer tales coyunturas. Se ha propuesto formar y curar un elemento de panel y un elemento para proporcionar rigidez angulado separados uno de otro, con este último gue tiene una superficie de contacto de panel sencilla o es bifurcada en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel co-planas, divergentes. Los dos componentes luego se unen al enlazar adhesivamente las superficies de contacto de panel del elemento que proporciona rigidez a una superficie de contacto del otro componente usando termoendurécimiento adhesivo u otro material adhesivo. Sin embargo, cuando se aplica tensión al panel de curado o la piel de la estructura compuesta, las cargas en valores inaceptables bajos que resultan en fuerzas "de pelado" que separan el elemento que proporciona rigidez del panel en su interface ya que la fuerza efectiva de la unión es la del material de matriz y no la adhesiva.

El uso de pernos o remaches de metal en la interface de tales componentes es inaceptable porque tales adiciones destruyen y debilitan al menos parcialmente la integridad de las estructuras compuestas por si mismos, agregan peso, e introducen diferencias en el coeficiente de expansión térmica como entre tales elementos y el material circundante.

Otros enfoques para resolver este problema se han basado en el concepto de introducir fibras de alta resistencia cruzando el área de unión a través del uso de tales métodos como coser uno de los componentes al otro y dependiendo del hilo a coser, introducir tales fibras resistentes en y cruzando el sitio de unión. Uno de tal enfoque se muestra en la Patente de E.U.A. No. 4,331,495 y su contraparte divisional de método, la Patente de E.U.A. No. 4,256,790. Estas patentes describen coyunturas que se han hecho entre un primer y segundo panel compuesto hecho de capas de fibras enlazadas adhesivamente. El primer panel es bifurcado en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel 'co-planas divergentes a la manera del arte previo, que se han unido al segundo panel por puntos de hilo compuesto flexible no curado a través de ambos paneles. Los paneles e hilo luego se han "co-curado": es decir, curado simultáneamente. Otro método para mejorar la fuerza de unión se establece en la Patente de E.U.A. No. 5,429,853.

Aunque el arte previo busca mejorar la integridad estructural de los compuestos reforzado y ha logrado éxito, particularmente en el caso de la Pat . E.U.A. No. 6, 103, 337, existe un deseo para mejorar al respecto o dirigir el problema a través de un enfoque diferente del uso de adhesivos o acoplamientos mecánicos. En este aspecto, un enfoque puede ser crear un tejido de estructura tridimensional ("3D") por máquinas especializadas.: Sin embargo, los gastos involucrados son considerables y raramente es deseable tener una máquina para tejer dirigida a crear una estructura sencilla. A pesar de este hecho, las preformas 3D que se pueden procesar en componentes compuestos reforzados con fibra son deseables porque proporcionan fuerza incrementada con relación a compuestos laminados bidimensionales convencionales. Estas preformas son particularmente útiles en aplicaciones que requieren la composición para transportar cargas planas. Sin embargo, las preformas del arte previo descritas anteriormente se han limitado en su capacidad para soportar transportar cargas planas altas, para tejerse en un proceso de telar automatizado, y para proporcionar diferentes grosores de ;las porciones de la preforma. La construcción y automatización del tejido de preforma tejida estuvo en su comienzo y proporciona únicamente una ventaja pequeña sobre el laminado convencional, tejido de fibra, o compuestos trenzados, lo que limita la versatilidad de las preformas.

Otro enfoque seria tejer una estructura bidimensional ("2D") y doblarla en una forma 3D. Sin embargo, esto resulta típicamente en partes que se distorsionan cuando la preforma se dobla. La distorsión se presenta debido a que las longitudes de fibra como se teje son diferentes de lo que serían cuando la preforma se dobla. Esto causa hoyos y ondas en áreas donde las longitudes de fibra como se teje son muy cortas, y pandeos en las áreas donde las longitudes de fibra son muy largas. Un ejemplo de una arquitectura tejida de preforma 3D, que puede conducir a ondas o bucles en áreas donde la preforma se dobla, se describe en la Patente E.U.A. 6,874,543, el contenido entero de la cual se incorpora en la presente para referencia. La arquitectura tejida descrita en la patente 543 es difícil de tejer debido al uso de los llamados "medios puntos". Un medio punto es una trama o fibra o hilo de llenado que pasa por menos de la mitad del trayécto cruzando el ancho de la preforma. Cuando este punto' se inserta por el transportador, una longitud de fibra mayor que la mitad del ancho de la preforma continua quitando la bobina. Este exceso de fibra no se teje en la preforma en este punto, y cuando el siguiente punto se inserta, que también es un medio punto, hay demasiada fibra en exceso, y se establece un bucle formado entre las patas de Pi. Este efecto se muestra esquemáticamente en la FIG. 2.

La preforma 10 tiene una base 20, dos bordes 5, 15 y dos patas 25, 35 que se extienden desde la base 20, cada pata 25, 35 tienen una superficie interior 22 y una superficie exterior 102. Cada fibra de llenado 14 en la estructura tiene un inicio en el primer borde 5 de la base 20, luego s.e extiende al segundo borde 15 de la base 20, luego se extiende hacia una sección central de la base 20, luego saca las capas de la base 20 y se extiende en las capas de una de las patas 25 antes de extenderse en las capas de la otra pata 35. Como se puede mirar en la figura, el exceso de fibra 14 se tira desde la bobina conforme el transportador pasa cruzando la preforma 10, y la trama no se teje en este lado de la preforma 20 con el uso de medios puntos. Por lo tanto, un bucle 30 queda cuando el transportador pasa de nuevo cruzando la preforma 20. La fibra de llenado 14 después de sacar las capas de las patas 25, 35, se extiende de nuevo en las , capas de la base 20 para regresar al primer borde 5 de la base 20. La FIG. 3 representa el uso de estos medios puntos más a detalle, donde se puede mostrar que el diseño usa cinco movimientos del transportador para una secuencia de punto completa; cuatro medios puntos y un punto completo. Este tipo de movimiento de transportador no sólo reduce la productividad en el telar, sino también causa bucles y ondas en áreas donde la longitud de fibra tejida es muy larga, como se discute anteriormente. Estas distorsiones causan anomalías de superficie indeseadas y reducen la fuerza y rigidez de la preforma .

En consecuencia, hay una necesidad para una preforma 3D que proporcione un enfoque alternativo y/o un método mejorado para crear preformas 3D y/o estructuras compuestas reforzadas sin formar bucles u ondas en la estructura.

Compendio de la Invención Es por lo tanto un objetivo principal de la invención proporcionar una preforma 3D de mejor calidad, sin ninguno de los bucles u ondas en la estructura.

Es un objetivo adicional de la invención proporcionar una preforma 3D que sea de un diseño que es una alternativa a y/o una mejora en las preformas y/o estructuras compuestas reforzadas existentes hasta ahora disponibles.

Es otro objetivo de la invención proporcionar un método novedoso para producir una preforma 3D con calidad mejorada, que elimina la formación de bucle, y reduce el tiempo' de tejido al reemplazar cinco movimientos del transportador¦ con tres, de este modo proporcionando una mejor preforma en menor cantidad de tiempo.

Es un objetivo adicional de la invención proporcionar tal preforma 3D que pueda doblarse en forma sin distorsión de las fibras que comprenden la preforma. ; Un objetivo aún adicional de la invención es proporcionar una preforma 3D que es particularmente útil formando compuestos reforzados de la forma Pi.

Estos y otros objetivos y ventajas se logran al proporcionar una preforma tejida en 3D que puede ser un tejido plano y luego doblarse en su forma final antes de la impregnación de la resina sin producir una distorsión indeseable en las fibras. Esto se cumple al ajusfar la longitud de las fibras durante el tejido de tal manera que las longitudes de las fibras se igualan cuando la preforma se dobla en forma proporcionando una transición suave en el doblado. Esta técnica, aunque particularmente adecuada para formar preformas tejidas en forma Pi, se puede utilizar con varias formas. También, aunque se hace referencia a preformas tejidas, su aplicabilidad a no tejidos, tales como trenzado o enlace cosido, por ejemplo, será aparente para alguien experto en el arte.

En consecuencia, una modalidad de la invención es una preforma para uniones mecánicas o estructurales que tiene una arquitectura de tejido tridimensional, con fibras de llenado tejidas para proporcionar entrelazado capa a capa de capas de fibra comba asi como entrelazado de fibras dentro d cada capa. La preforma tejida se transfiere fuera del plano cargando a través de fibras dirigidas a minimizar la tensión entre láminas. La preforma tiene una base y al menos dos patas que se extienden desde la base, la base y patas cada una tiene al menos dos capas de fibras combas.

Las fibras de llenado siguen una secuencia de tejido que las lleva a través de una porción de la base, luego en las patas, y finalmente a través de la porción opuesta de la base. Las patas se pueden conectar en una intersección distribuida en columna, simétrica, con un número impar de columnas de fibras combas estando ubicadas entre las patas. La preforma puede, sin embargo, tener una estructura asimétrica, con longitudes de pata iguales o desiguales. La preforma también puede tener un número par de columnas de fibras combas entre las patas, y las patas pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base. Los extremos exteriores de la base y/o las patas preferiblemente tienen unión cónica formada desde las capas de terminación de fibras combas en un patrón escalonado.

Otra modalidad de la presente invención es un método para formar una preforma para usar en materiales compuestos reforzados. La preforma se establece para tener una arquitectura tejida tridimensional con fibras de llenado tejidas para proporcionar entrelazado capa a capa de capas de fibra comba asi como entrelazado de fibras dentro de cada capa. La preforma tejida transfiere carga fuera del plano a través de fibras dirigidas para minimizar la tensión entre laminas. La preforma tiene una base y al menos dos patas que se extienden desde la base, la base y patas cada una tiene al menos dos capas de fibras combas. Las fibras de llenado siguen una secuencia de tejido que las lleva a través de una porción de la base, luego en las patas, y finalmente a través de la porción opuesta de la base. Las patas se pueden conectar en una intersección distribuida en columna, simétrica o asimétrica, con un número par o impar de columnas de fibras combas estando ubicadas entre las patas. Las patas pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.

Para un mejor entendimiento de la invención, sus ventajas operativas y objetivos específicos alcanzados por sus usos, se hace referencia a la materia descriptiva que acompaña en que las modalidades preferidas, pero no limitantes, de la invención se ilustran.

Los términos "que comprende" y "comprende" en esta divulgación puede significar "que incluye" e "incluye" o puede tener el significado comúnmente dado al término ''•que comprende" o "comprende" en la ley de Patentes de E.U.A. Los términos "que consiste esencialmente de" o "consiste esencialmente de" si se usa en las reivindicaciones tienen el significado atribuido a él en la Ley de Patentes de E.U.A. Otro aspecto de la invención se describe en o es obvio de (y dentro del ámbito de la invención) la siguiente divulgación.

Breve Descripción de las Figuras Los dibujos acompañantes, que se incluyen para proporcionar un entendimiento adicional de la invención, se incorporan en y constituyen una parte de esta especificación. Los dibujos presentados en la presente ilustran modalidades diferentes de la invención y junto con la descripción sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos: La FIG. 1 es una vista transversal de una preforma en forma Pi con patas en una posición recta y bridas en cualquier lado de la preforma de acuerdo a una modalidad de la invención; La FIG. 2 es una vista del extremo esquemática de una preforma en forma Pi del arte previo que representa la formación de bucles debido a los medios puntos; La FIG. 3 es una vista del extremo esquemática de una preforma en forma Pi del arte previo que representa la formación de medios puntos y arquitectura fibra en este; La FIG. 4 es una vista del extremo esquemática de una preforma en forma Pi que representa la formación de puntos completos y arquitectura de fibra en este, de acuerdo a -una modalidad de la invención; Las FIGS. 5(a) y 5(b) son fotografías que muestran una preforma de acuerdo a la invención y una preforma como se describe en un arte previo, respectivamente; y La FIG. 6 es una vista del extremo esquemática de una preforma en forma Pi que representa la arquitectura de fibra en este, de acuerdo a una modalidad de la invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Las FIGS. 1, 4, 5a y 6 ilustran una modalidad preferida de una preforma tridimensional 100. La preforma 100 forma al tejer una o más fibras de llenado 114 en un patrón a través de una pluralidad de fibras combas 116, las fibras combas 116 extendidas perpendicularmente al plano del patrón. En las FIGS. 4 y 6, el patrón completo usado para formar la preforma en forma Pi 100 se ilustra, donde las fibras de llenado 114 se muestran en la vista plana, aunque las fibras combas 116 se muestran perpendiculares en la vista plana. Las Fibras 114, 116 se muestran como espaciadas separadas en las vistas esquemáticas de la arquitectura, aunque las fibras 114, 116 se compactan juntas cuando se tejen actualmente en una preforma completada 100.

De nuevo ahora a la FIG. 4, todas las fibras combas ·116 en la preforma 100 están generalmente paralelas una a. la otra, con ondulaciones ligeras a lo largo de la longitud longitudinal de cada fibra 116, y se configuran generalmente en columnas verticales. La preforma 100 es preferiblemente tejida de materiales usados para estructuras compuestas típicas, por ejemplo, fibras de vidrio y fibras de carbono, y se teje para tener una base 120 y al menos dos patas 125, 135 que se extienden desde la base 120, formando un perfil en forma Pi. Las patas 125, 135 pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base 120. La base 120 y patas 125, 135 cada una comprende al menos dos capas de fibras combas 116 y se muestran como que tienen bordes en unión cónica opcionales. Para facilitar el tejido, la preforma 100 se teje con patas 125, 135 colocadas contra la base 120, aunque las patas 125, 135 se destinan a usar en una posición vertical, formando una abrazadera, tal como, por ejemplo se muestran en la FIG.l. La Base 120 se muestra como que tiene ocho capas de fibras combas 116, y las patas 125, 135 se muestra como que tienen cuatro capas de fibras combas 116.

Opcionalmente, como se muestra, las fibras combas 116 en la base 120 tienen un área transversal más pequeña que las fibras combas 116 en las patas 125, 135. Al usar fibras combas más pequeñas 116 únicamente en la base 120 y no en las patas 125, 135, el incremento en el tiempo requerido para tejer la arquitectura en un telar de tejido se minimiza mientras se proporciona todavía una base más fuerte 120 eri la preforma 100 a través de una mayor cantidad de entrelazado de fibras combas 116.

Con referencia nuevamente a la FIG. 4, la preforma 100 se ilustra con el patrón de tejido iniciando en un extremo 105 de la base 120, que se muestra a la izquierda de la base 120. En una porción típica de la secuencia de tejido, la fibra de llenado 114 alterna sobre y bajo las fibras combas 116 de una capa durante cada paso hacia la derecha, entrelazando fibras 116 de la capa. También, en una porción típica de la secuencia de tejido, la fibra de llenado 114 alterna sobre y bajo las fibras combas 116 de dos capas adyacentes durante cada paso hacia la izquierda, entrelazando las capas una a la otra. Como se muestra en las figuras y se describe a continuación, las porciones de la secuencia de tejido, incluyendo aquellas dentro de las patas 125, 135, en los bordes, y en superficies exteriores de la preforma 100, pueden diferir de estas declaraciones generales.

Como se muestra en la FIG. 4, la secuencia de tejido general inicia con la fibra de llenado 114 en la posición A y se extiende hacia el centro de la base 120 y luego en un lado exterior 112 de una de las patas 135 en la posición Bl. La fibra de llenado 114 luego se extiende a la posición C a la derecha del extremo derecho de la pata 135. Desde la posición C, la fibra de llenado 114 se teje de nuevo a lo largo de la misma línea, hacia el centro de la base, desde la cual el punto de la fibra de llenado 114 se extiende hacia abajó en la base 120 y de nuevo en el lado exterior 112 de la otra pata 125 a la posición D al extremo izquierdo del lado izquierdo de la pata 125. La fibra de llenado 114 luego se teje de nuevo a lo largo de la misma línea, hacia el centro de la base 120 y se extiende de nuevo en la base 120 en la posición B2, que pasa a través de las columnas centrales de las fibras combas 116 ubicadas entre las patas 125, 135, luego de nuevo en la base 120 en la posición E y contacta la posición F en el otro extremo 115 de la base 120. Esto forma une secuencia de tejido completa de fibra de llenado 114, que básicamente combina cuatro medios puntos juntos y forma tres puntos completos, como se representa en la FIG. 4. Las capas de fibras combas 116 terminadas en un patrón escalonado forman bordes cónicos en la base 120 y patas 125, 135, tal como unión cónica 124 en el borde lateral izquierdo de la base 120 y unión cónica 126 en la pata 135.

Para completar una celda de la unidad, o sección vertical, los pasos de la fibra de llenado 114 que cruzan la preforma 100 se repiten para capas adyacentes de fibras combas 116 hasta que se entrelazan todas las capas. El patrón de llenado se repite para formar secciones verticales adyacentes, creando longitudes continuas de la preforma.

La FIG. 6 particularmente muestra el patrón de tejido usado para formar las patas 125, 135 y la base 120 én una preforma en forma Pi 100. La base 120 se muestra con ocho capas de fibras combas 116, y las patas 125, 135 se muestran con cuatro capas de fibras combas 116, aunque el patrón se puede modificar para trabajar con más o menos capas de fibras combas en la base 120 y las patas 125, 135. En : otras palabras, la base 120 puede tener más capas que cada una de las patas 125, 135 o al contrario. El patrón de tejido se proporciona entrelazado de fibras combas 116 dentro de una capa, y entrelazado entre capas de las fibras combas. Las capas adyacentes se entrelazan al correr una porción de fibras de llenado 114 sobre una fibra comba 116 en una primera capa en una primera columna y a continuación una fibra comba en una segunda capa, adyacente en una segunda columna, adyacente, la segunda capa está debajo de la primera capa. Las patas 125, 135 se tejen en una posición horizontal, colocada arriba, como se muestra, mientras el patrón se teje. Durante la instalación, cada pata 125, 135 se mueve a una posición derecha, vertical, el ancho de cada pata 125, 135 cuando permanece vertical comprende cuatro capas.

La preforma 100 se mejora de preformas tejidas anteriores al proporcionar una intersección de las patas 125, 135 distribuida, altamente simétrica con la base 120. La base 120 tiene tres columnas centrales de fibras combas, y dos columnas separadoras de fibras combas, que son las columnas adyacentes para cualquier lado lateral de las columnas centrales. El uso de un número impar de columnas centrales permite que el tejido forme una imagen aproximadamente, de reflejo para cualquier lado lateral de un plano central de simetría que divide la columna central, mejorando la simetría de distribución de carga dentro de la base 120. Aunque se muestra como que tiene tres columnas centrales, la modalidad preferida de la preforma 100 puede tener cualquier número impar de columnas centrales, el número de columnas centrales determina el ancho nominal de las abrazaderas formadas cuando las patas 125, 135 están en una posición recta. Las patas 125, 135 pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base 120.

Para introducir cargas simétricamente desde las patas 125, 135 en la base 120, tales como cargas desde un miembro enlazado (no se muestra) entre patas rectas 125, 135, ;las porciones de fibras de llenado 114 que conectan las patas 125, 135 se dividen en grupos de números de porciones de fibra iguales o substancialmente iguales. Cada grupo cruza la base 120 entre una de la columna separadora y las columnas centrales o entre una de la columna separadora y las columnas laterales derecha e izquierda restantes adyacentes a la columna separadora. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 6, el grupo 29 se extiende entre las capas 2 y 4 de la pata 125 y la base 120, cruzan la base 120 entre las columnas c y d. Similarmente, el 31 cruza la base 120 entre las columnas d y e, el grupo 33 cruza la base 120 entre las columnas g y h, y el grupo 37 cruza la base 120 entre las columnas h e i. Se nota que a pesar de que las figuras muestran geometrías simétricas, el método de la invención actual se puede usar en la producción de configuraciones asimétricas.

Aunque se muestran la ubicación preferida aproximadamente en el centro de la preforma 100, las columnas centrales 27 pueden comprender columnas de fibras combas 116 localizadas lateralmente desde el centro de la preforma 100. Por ejemplo, las columnas b, c, y d pueden comprender las columnas centrales, y las columnas a y e pueden actuar como las columnas separadoras. Esto compensa las patas 125, 135 hacia un borde exterior de la base 120, aunque todavía proporciona simetría en el tejido de la base 120 alrededor de las columnas b, c, y d y proporcionan la distribución simétrica de la carga de las patas 125, 135 en la base 120. La unión cónica, tales como unión cónica 124 y unión cónica 126 se establecen en un borde exterior de una preforma por capas sucesivas de terminación de fibras combas en longitudes que son más cortas que las capas anteriores. Por ejemplo, la FIG. 6 muestra la capa 5 terminada en la columna s, mientras que la capa 6 termina en la columna t, la capa 5 es una fibra comba 116 más corta que la capa 6. Similarmente, la capa 6 es más corta que la capa 7, y este patrón se repite para cada capa inferior adyacente. Una preforma que tiene bordes cónicos en cualquiera de la base o patas rectas tiene iuna mejor resistencia a las cargas de pelado que una preforma en que las capas de fibra combas todas terminan a la misma longitud. Además, el uso de un tamaño de fibra más peqúeño para la fibra en unión cónica comba proporciona una transición más gradual y más suave de la preforma para al laminado compuesto al cual se unen. El patrón de tejido en la FIG. 6 es para las ocho capas de fibras combas 116 de1 la base 120.

La preforma en forma Pi, tejida, completada 100 se muestra en la FIG. 1 con patas 125, 135 en la posición vertical, formando una abrazadera entre las patas 125,, 135. Sin embargo, las patas 125, 135 pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base 120. La preforma 100 se teje al repetir la secuencia completa de tejido para formar secciones verticales adyacentes a lo largo de la longitud longitudinal de la preforma 100. El proceso de tejido produce longitudes continuas de la preforma 100, que se cortan luego a las longitudes deseadas para la instalación. Un ejemplo de una preforma formada de acuerdo a la invención en comparación con una preforma diseñada anterior con bucles entre las patas rectas se muestra en las FIGS. 5(a) y 5(b), respectivamente.

Típicamente, las preformas se tejen usando un tipo de fibra, por ejemplo, fibras de carbono (grafito), para tanto las fibras combas como fibras de llenado. Sin embargo, ,las preformas también pueden ser patrones de tejido híbridos que usan fibras hechas de materiales de formas múltiples, tales como fibras de carbono y de vidrio. Estos patrones pueden resultar en preformas que tienen dureza más alta, costo reducido, y características de expansión térmica optimizadas. Los patrones de tejido comprenden todas las fibras combas de un tipo y todas las fibras de llenado de otro tipo, o el tejido puede tener fibras combas y/o fibras de llenado de configuraciones de tipos alternantes, por ejemplo, en un patrón de "tablero" a través de todas las capas.

Las ventajas de la presente invención incluyen la capacidad para tejer una preforma de alta fuerza y fácil de usar para ensamblar componentes en estructuras. El tejido mejorado entrelaza las fibras combas de cada capa y entrelaza las capas una a la otra, mientras distribuye cargas a través de la preforma de una manera altamente asimétrica. Al tener un número impar de columnas de fibras combas en la base entre las patas de la preforma, un patrón de tejido se puede reflejar alrededor de un plano central de simetría, Sin embargo, esto no es necesario para la práctica de la invención. La preforma puede así tener una estructura asimétrica, con longitudes de pata iguales o desiguales, o, un número par de columnas de fibras combas en la base entre las patas de la preforma.

La presente invención también introduce un tipo nuevo y único de movimiento de transportación para producir las preformas, que no sólo involucra la productividad en el telar, sino también evita la formación de bucles y ondas en áreas donde la preforma se dobla, que a su vez mejora la fuerza y rigidez de la preforraa.

En consecuencia, la invención proporciona un enfoque alternativo y/o un método mejorado para crear preformas 3D y/o estructuras compuestas reforzadas sin forman bucles u ondas en la estructura.

De esta manera por la presente invención se realizan sus objetivos y ventajas y aunque sus modalidades preferidas se han divulgado y descrito a detalle en la presente, su alcance no debería limitarse de este modo más bien su alcance debería determinarse por el de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar una preforma tejida, el método caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar una pluralidad de capas adyacentes, cada capa tiene una pluralidad de fibras combas, las fibras combas son generalmente paralelas una a la otra y forman generalmente columnas verticales; y (b) tejer una pluralidad de fibras de llenado con las capas de fibras combas para formar una base y dos patas que se extienden desde la base, la base y cada pata se forma de al menos dos capas de fibras combas, la base tiene un primer borde y un segundo borde, cada pata tiene un extremo interior y un extremo exterior, en donde cada fibra de llenado se teje de manera que la fibra de llenado tiene un inicio en el primer borde de' la base, luego se extiende hacia una sección central de la base, luego saca las capas de la base y se extiende en las capas de una de las patas antes de extenderse nuevamente en la sección central de la base, y luego se extiende en las capas de las otras patas, luego saca las capas de las patas y se extiende nuevamente en las capas o la sección central de la base para extenderse a un segundo borde de la base, y : en donde las fibras de llenado entran en cada pata en el extremo interior de cada pata y se extienden al extremo exterior de cada pata antes de volver al extremo interior de cada pata, las fibras de llenado entrelazan las capas de la base y entrelazan las capas de cada pata, las fibras de llenado entrelazan también las fibras combas dentro de cada capa.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las columnas de fibras combas incluyen columnas centrales de fibras combas ubicadas entre las fibras de llenado que conectan una de las patas a la base y las fibras de llenado que conectan las otras patas a la base, las columnas centrales comprenden un número impar de columnas y permiten substancialmente un patrón de tejido de , reflejo alrededor de un plano central de simetría de la arquitectura de tejido.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las columnas de fibras combas incluyen columnas centrales de fibras combas ubicadas entre las fibras de llenado que conectan una de las patas a la base y las fibras de llenado que conectan las otras patas a la base, ¡las columnas centrales comprenden un número par de columnas y permiten un patrón de tejido substancialmente asimétrico alrededor de un plano central de la arquitectura de tejido!

4. El método de conformidad con la reivindicación 2 ó' 3, caracterizado porque las columnas de fibras combas incluyen columnas separadoras de lados laterales opuestos adyacentes a las fibras combas de las columnas centrales, cada columna separadora divide porciones de las fibras de llenado en dos grupos, un grupo se extiende entre la base y la pata 'de entre el conjunto central de columnas y la columna separadora adyacente, el otro grupo se extiende de entre la columna separadora y las columnas lateralmente hacia afuera de la columna separadora.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la base tiene más capas que cada una de las patas o al contrario.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los bordes de la base y/o las patas se forman de unión cónica.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las patas son perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.

8. Una arquitectura de tejido de preforma tridimensional caracterizada porque comprende: una pluralidad de capas adyacentes, cada capa tiene lina pluralidad de fibras combas, las fibras combas son generalmente paralelas una a la otra y forman generalmente columnas verticales; y una pluralidad de fibras de llenado tejidas entre las capas de fibras combas para formar una base y dos patas que se extienden desde la base, la base y cada pata se establece de al menos dos capas de fibras combas, la base tiene un primer borde y un segundo borde, cada pata tiene un extremo interior y un extremo exterior, en donde cada fibra de llenado tiene un inicio en el primer borde de la base, luego se extiende hacia una sección central de la base, luego saca las capas de la base y se extienden en las capas de una de las patas antes de extenderse nuevamente en la sección central de la base, y luego se extienden en las capas de las otras patas, luego saca las capas de las patas y se extienden nuevamente en las capas o la sección central de la base para extenderse a un segundo borde de la base, y las fibras de llenado entran en cada en el extremo interior de cada pata y se extienden al extremo exterior de cada pata antes de volver al extremo interior de cada pata, las fibras de llenado entrelazan las capas de la base y entrelazan las capas de cada pata, las fibras de llenado entrelazan también las fibras combas dentro de cada capa.

9. La arquitectura de tejido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque las columnas de fibras combas incluyen columnas centrales de fibras combas ubicadas entre las fibras de llenado que conectan una de las patas a la base y las fibras de llenado que conectan las otras patas a la base, las columnas centrales comprenden un número impar de columnas y permiten un patrón de tejido substancialmente de reflejo alrededor de un plano central de simetría de la arquitectura de tejido.

10. La arquitectura de tejido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque las columnas de fibras combas incluyen columnas centrales de fibras combas ubicadas entre las fibras de llenado que conectan una de las patas a la base y las fibras de llenado que conectan las otras patas a la base, las columnas centrales comprenden un número par de columnas y permiten un patrón de tejido substancialmente asimétrico alrededor de un plano central de la arquitectura de tejido.

11. La arquitectura de tejido de conformidad con la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque las columnas de fibras combas incluyen columnas separadoras de lados laterales opuestos adyacentes a las fibras combas de las columnas centrales, cada columna separadora divide porciones de las fibras de llenado en dos grupos, un grupo se extiende entre la base y la pata de entre el conjunto central de columnas y la columna separadora adyacente, el otro grupo se extiende de entre la columna separadora y las columnas lateralmente hacia afuera de la columna separadora.

12. La arquitectura de tejido de conformidad con ', la reivindicación 8, caracterizada porque la base tiene más capas que cada una de las patas o al contrario.

13. La arquitectura de tejido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque los bordes de la base y/o las patas están en unión cónica.

14. La arquitectura de tejido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque las patas son perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.

15. Un método para formar una preforma tejida, el método caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar al menos un par de capas de base adyacentes de fibras combas para formar una base, las fibras combas son generalmente paralelas una a la otra y generalmente configuradas en columnas; (b) proporcionar al menos dos capas de capas de patas adyacentes de fibras combas para formar un par de patas, las fibras combas son generalmente paralelas una a la otra y generalmente configuradas en columnas; (c) tejer al menos una fibra de llenado entre las capas de la base y capas de las patas para entrelazar las fiaras combas de cada capa de base a cada una de las otra? y entrelazar las fibras combas de las capas de las patas a cada una de las otras, las patas se conectan a la basé : en intersecciones por porciones de la fibra de llenado que se extienden entre cada pata y la base, dos grupos de porciones de fibra de llenado conectan cada pata a la base, en donde cada fibra de llenado tiene un inicio en el primer borde de la base, luego se extiende hacia una sección central de la base, luego saca las capas de la base y se extienden en las capas de una de las patas antes de extenderse nuevamente en la sección central de la base, y luego se extienden en las capas de las otras patas, luego saca las capas de las patas y se extienden nuevamente en las capas o la sección central de la base para extenderse; a un segundo borde de la base; (d) tejer un número par o impar de columnas centrales de fibras combas en la base entre las intersecciones de las patas y base; y (e) ubicar las columnas separadoras adyacentes a las columnas centrales, uno de los grupos de porciones fibra de llenado para cada pata que cruza la base adyacente a un lado de la columna separadora correspondiente, otro de los grupos de porciones de fibra de llenado para cada pata que cruza la base en el lado opuesto de la columna separadora correspondiente .

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque la base tiene más capas de fibras combas que cada una de las patas o al contrario.

17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque las patas son perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.

18. Una preforma tejida caracterizada porque comprende: una base que tiene una porción central y dos bordes laterales; al menos dos patas que se extienden de una superficie de la base, en donde la preforma se teje con un patrón de tejido tridimensional, la base y cada pata se forma de al menos dos capas de fibras combas, las fibras combas generalmente se configuran en las columnas, al menos una fibra de llenado se teje entre las fibras combas para entrelazar las fibras combas de la base a cada una y entrelazan las fibras combas de las patas de cada una, las patas se conectan a la base en intersecciones por porciones de la fibra de llenado que se extienden entre cada pata y la base, dos grupos de porciones de fibras de llenado que conectan cada pata a la base; un número par o impar de columnas centrales de fibras combas en la base se ubican entre las intersecciones de las patas y base; y las columnas separadoras se ubican adyacentes a las columnas centrales, uno de los grupos de porciones para cada pata que cruzan la base adyacente de un lado de la columna separadora correspondiente, otro de los grupos para cada pata cruce la base en el lado opuesto de la columna separadora correspondiente, en donde cada fibra de llenado tiene un inicio en' el primer borde de la base, luego se extiende hacia una sección central de la base, luego saca las capas de la base' y se extienden en las capas de una de las patas antes de extenderse nuevamente en la sección central de la ase y luego se extienden en las capas de las otras patas, luego saca las capas de las patas y se extienden nuevamente en las capas o la sección central de la base para extenderse a un segundo borde de la base.

19. La preforma tejida de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque la base tiene más capas de fibras combas que cada una de las patas o al contrario.

20. La preforma tejida de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque las patas son perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.

21. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 15, caracterizado porque las patas son iguales o desiguales en longitud.

22. La arquitectura de tejido de conformidad con1 la reivindicación 8, caracterizada porque las patas son iguales o desiguales en longitud.

23. La preforma tejida de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque al menos dos patas son iguales o desiguales en longitud.