Трехмерная композитная ткань - RU2401891C1

Чертежи

Описание

Объектом настоящего изобретения является трехмерная композитная ткань.

Уровень техники

Объектом настоящего изобретения является ткань улучшенного плетения с множеством связанных слоев, которая может быть использована для изготовления изделий из композитного материала, подверженных сильным напряжениям растяжения, сжатия или изгиба и/или ударам. Среди таких изделий можно указать, например, подкосы шасси.

Известны текстильные плетения, называемые одномерными или двухмерными в зависимости от того, расположены ли их нити только в одном направлении или в двух разных направлениях. Как правило, такие текстильные плетения не могут эффективно противостоять вышеуказанным напряжениям. Так называемое трехмерное плетение, содержащее нити, расположенные в трех разных направлениях в пространстве, лучше соответствуют использованию в условиях действия вышеупомянутых напряжений. Известно также, что существуют плетения, называемые четырехмерными, пятимерными, девятимерными, 11-мерными и т.д., содержащие нити, расположенные в направлениях большего числа, но такие текстильные плетения являются очень сложными, и их производство сложно автоматизировать.

Настоящее изобретение относится преимущественно к трехмерным текстильным плетениям.

Такие трехмерные плетения, содержащие множество слоев, связанных точками соединения. Эти плетения известны своей хорошей линейностью во время прогиба нитей утка, и их преимуществом является наличие усилений. Однако этот способ соединения не придает изделию, изготовленному из такой ткани, хорошую ударную прочность.

Известны также многослойные ткани со слоями, связанными при помощи переплетения, при этом трехмерная ткань ортогонального типа (в которой нити соединения слоев расположены по существу ортогонально к слоям) является тканью, имеющей лучшую линейность (то есть траекторию с незначительными углами соединения или изгибами) нитей утка и нитей основы и хорошо сопротивляющейся сжатию. Однако для того, чтобы такая ткань имела необходимую объемность, ее сжатие должно происходить так, чтобы нити, ортогональные к слоям и соединяющие их между собой, имели сильные изгибы, придающие им очень волнистую, то есть мало линейную траекторию, что не позволяет им эффективно способствовать передаче усилий.

Несмотря на то, что с этой точки зрения трехмерные ткани являются более предпочтительными, их недостатком является наличие соединительных нитей с очень большими углами соединения или изгибами, независимо от того, является ли плетение простым типа многослойных тафты, сатина или саржи, или более сложным, как плетение типа 3Х.

Ткань, известная под названием «2,5D», описанная в документе FR 2610951 и специально оптимизированная, обладает незначительным расширением и высоким процентом заполненной площади, но за счет слабой линейности (то есть, по меньшей мере некоторые из нитей имеют большие изгибы или углы соединения). Реализация этой ткани придает ей угловые характеристики, снижающие ударную прочность, и ограничивает реверсивные текстильные плетения (получаемые при помощи поворота плетения на 90°) плетениями низкой плотности, если только не добавить большое число дополнительных слоев, что затрудняет автоматизацию производства.

В документе US 5899241 описана ткань, специально оптимизированная для придания ей ударной прочности. Однако высокая степень переплетений между слоями ограничивает сопротивление сжатию элемента, изготовленного из такой ткани.

Объектом изобретения является способ тканья оптимизированной трехмерной ткани, обладающей хорошей прочностью, в частности ударной прочностью, оставаясь при этом легко деформируемой.

Раскрытие изобретения

Описание изобретения представлено со ссылками на единственную прилагаемую фигуру, на которой показан базовый рисунок ткани согласно частному варианту осуществления изобретения, в котором нити утка показаны с торца, а нити основы расположены в плоскостях, параллельных плоскости фигуры.

В данном случае ткань имеет базовый рисунок, содержащий:

- по меньшей мере двадцать восемь нитей утка (показаны с торца), обозначенные позициями 1-28, расположенные в шахматном порядке и образующие 8 столбцов С1…С8. Столбцы С1…С8 расположены перпендикулярно к толщине ткани, содержат поочередно четыре и три нити утка и отделены друг от друга на заранее определенный одинаковый промежуток Р. При этом нити утка расположены на семи уровнях N1…N7, расположенных поперечно к столбцам. Таким образом, первый, третий, пятый и седьмой столбцы С1, С3, С5 и С7 содержат четыре нити утка, расположенные, соответственно, на уровнях N1, N3, N5 и N7, а второй, четвертый, шестой и восьмой столбцы С2, С4, С6 и С8 содержат три нити утка, расположенные, соответственно, на уровнях N2, N4 и N6;

- по меньшей мере двенадцать нитей основы A…L, расположенные в по меньшей мере четырех параллельных плоскостях поперечно к нитям утка. При этом каждая из этих плоскостей содержит по меньшей мере три параллельных нити основы, расположенные друг над другом следующим образом.

В первой плоскости, которая совпадает с плоскостью фигуры, соответствующие нити основы A, B, C показаны сплошными линиями. Нить основы A проходит над первой нитью утка 1 первого столбца C1, под второй нитью утка 16 пятого столбца С5, над первой нитью утка 1 первого столбца C1 следующего рисунка. В этой же плоскости нить основы B и нить основы C параллельны нити основы A, но при этом каждый раз смещаются по толщине ткани на одну нить утка.

Во второй плоскости, которая в данном случае находится сзади первой плоскости, нити основы по существу параллельны уровням N1…N7 и показаны штриховыми линиями. Нить основы D проходит над первой нитью утка 5 второго столбца C2, под первой нитью утка 8 третьего столбца C3, над первой нитью утка 12 четвертого столбца C4 и так далее. Нити основы E и F проходят по параллельному пути, смещаясь каждый раз на одну нить утка в направлении, параллельном столбцам;

- в третьей плоскости, которая в данном случае находится сзади второй плоскости, нити основы G, H, I показаны штрихпунктирными линиями. Они проходят по пути, параллельном пути нитей основы A, B, C первой плоскости, но смещены в боковом направлении параллельно уровням на четыре столбца;

- наконец, в четвертой плоскости, которая в данном случае находится сзади третьей плоскости, нити основы J, К, L показаны пунктирными линиями. Они параллельны нитям основы D, Е, F, но смещены по толщине ткани таким образом, что нить основы J проходит под первой нитью утка 5 второго столбца, нить основы K проходит под нитью утка 6 этого же столбца, а нить основы L проходит под нитью утка 7 этого же столбца.

Такое расположение имеет несколько преимуществ:

- оно позволяет получить многослойное плетение со степенью соединения, обеспечивающей хорошее сопротивление расслоению и, следовательно, лучшую ударную прочность и лучшее сопротивление сжатию, сохраняя при этом хорошую способность к деформации;

- такую ткань можно изготовить из углеродных нитей, а также из стеклонитей, нитей ароматического полиамида или из кремнийсодержащих или керамических нитей. Предпочтительно она является суровой тканью, которую можно пропитать смолой, например, при помощи способа RTM (пропитка под давлением) после формования в пресс-форме или при помощи любого другого способа;

- такая ткань позволяет производить автоматическое тканье нитей, обладающих высокими механическими характеристиками (например, углеродных нитей с высоким модулем упругости), но которые проявляют хрупкость во время тканья. Можно также использовать углеродные нити, обладающие высокой линейной плотностью, такие как нити, содержащие 48 или 96 килофиламентов и даже более;

- полученная таким образом ткань имеет большую объемную долю нитей, в данном случае равную по меньшей мере 57%;

- расположение нитей основы в нескольких смещенных плоскостях обеспечивает очень незначительные углы соединения θ, на практике меньшие или равные 15°, что придает нитям утка и нитям основы очень хорошую линейность, которая обеспечивает более эффективную работу нитей при сжатии;

- данное расположение позволяет изменить пропорцию содержания нитей основы по отношению к содержанию нитей утка для компенсации нелинейности последних (например, 70% нитей утка на 30% нитей основы);

- наконец, такое расположение можно поменять на обратное (повернув плетение на 90°) для улучшения линейности.

Изобретение не ограничивается описанным вариантом выполнения, и включает в себя любой вариант, не выходящий за рамки правовой защиты, определенные формулой изобретения.

В частности, базовый рисунок плетения описанной ткани можно легко растянуть одновременно в направлении толщины ткани (то есть в направлении столбцов) и в боковом направлении (то есть в направлении уровней).

Реферат

Объектом настоящего изобретения является ткань из плетеных нитей или волокон и деталь, полученная из этой ткани. Базовый рисунок ткани содержит: по меньшей мере 28 нитей утка (1…28), расположенных в шахматном порядке и образующих 8 столбцов (С1…С8), содержащих поочередно 4 и 3 нити утка, при этом нити утка расположены на 7 уровнях (N1…N7); по меньшей мере 12 нитей основы (A…L), расположенных в по меньшей мере 4 смещенных параллельных плоскостях, при этом каждая из этих плоскостей содержит по меньшей мере 3 параллельных нити утка, которые следуют по отдельному пути от одной плоскости к другой. Технический результат заявленной группы изобретений заключается в получении материала с хорошим сопротивлением расслоению, ударной прочностью и сопротивлением сжатию, при этом с хорошей способностью к деформации, а также с повышенными механическими характеристиками. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула