Способ изготовления преформы из композиционного материала для изготовления панели из композиционного материала, имеющей форму двойной кривизны
METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE MATERIAL PREFORM FOR PRODUCING A COMPOSITE MATERIAL PANEL WITH DOUBLE CURVATURE SHAPE

Настоящее изобретение относится к способу изготовления преформы для изготовления детали из композиционного материала, имеющей неразвертываемую окончательную форму, выполненной из нетканого материала (мультиаксиальная ткань (NFC)), по меньшей мере триаксиального, и к преформе, полученной таким способом.
Изобретение также относится к детали, такой как панель, выполненной из композиционного материла типа детали с неразвертываемой окончательной формой, изготовленной посредством преформы, полученной способом согласно изобретению, и к гондоле, содержащей такую деталь.
Неразвертываемую форму могут также называть формой двойной кривизны.
Нетканые материалы широко известны и их особенность состоит в том, что в одинарном полотне они имеют слои волокон с разными направлениями. Другими словами, нетканые материалы представляют собой волокнистые преформы, состоящие из узла, включающего несколько слоев волокон, каждый из которых имеет отличную от других ориентацию волокон, соединенных друг с другом швейными нитями. Биаксиальные нетканые материалы содержат два слоя, каждый из которых содержит волокна, ориентированные в другом направлении и, следовательно, имеет две разных ориентации волокон, тогда как триаксиальные нетканые материалы содержат три слоя, каждый из которых содержат волокна, ориентированные в отличном от других направлении, и, следовательно, имеет три разные ориентации волокон, квадриаксиальные нетканые материалы содержат четыре слоя и, следовательно, четыре ориентации волокон и т.д.
Обычно, детали с неразвертываемой окончательной формой, выполненные из композиционного материала, изготавливают из тканевой преформы, полученной из по существу биаксиального тканого материала, то есть, имеющего два направления волокон или из биаксиального нетканого материала, наложенного на элемент неразвертываемой формы. В тканевую преформу может быть предварительно внедрена смола или этап внедрения смолы может выполняться после этапа наложения тканевой преформы на элемент неразвертываемой формы. В конечном счете, деталь, имеющую неразвертываемую окончательную форму, изготовленную из композиционного материала, получают после этапа полимеризации смолы. Такая полимеризация может быть холодной или горячей, в зависимости от используемой смолы.
Биаксиальные тканые и нетканые материалы могут разворачиваться и, таким образом, могут применяться для изготовления деталей с неразвертываемой окончательной формой без образования сморщивания или разрыва волокон.
Однако биаксиальная ткань имеет только две ориентации волокон и, следовательно, обладает основными ортотропными свойствами, то есть, в двух перпендикулярных направлениях волокон, что не позволяет получить композиционный материал, имеющий хорошие жесткостные свойства и хорошую механическую прочность. Таким образом, для получения хороших жесткостных свойств и высокой механической прочности необходимо накладывать много слоев ткани, в соответствии с различными ориентациями волокон.
Известное техническое решение состоит в изготовлении деталей из композиционного материала с неразвертываемой окончательной формой из триаксиального нетканого материала, также называемого мультиаксиальной тканью. Сложность заключается в том, чтобы избежать разрывов волокон, поскольку триаксиальный нетканый материал является недеформируемым. С этой целью, в патентном документе US 8234990 В2 предложено регулировать тип, интервал, натяжение и/или плотность швов триаксиального нетканого материала.
Однако нетканый материал такого типа при наложении на элементы с неразвертываемой формой, в частности на поверхности вращения, имеющие продольную ось, проявляет тенденцию к образованию сморщивания волокон. Такие детали имеют изогнутую образующую, радиус кривизны которой изменяется вдоль продольной оси.
Также, из документа ЕР 2456049 известно применение волокнистой преформы, изготовленной в плоском виде и затем деформированной с получением трехмерной волокнистой преформы, в которой волокна находятся в форме ткани, содержащей несколько слоев волокон с разными ориентациями, при этом волокна соединены между собой швами, позволяющими волокнам скользить друг относительно друга во время деформации.
Таким образом, необходим новый способ получения деталей из композиционного материала типа деталей с окончательной неразвертываемой формой вращения, позволяющий получить детали, имеющие хорошую механическую прочность и не демонстрирующие сморщивания, разрывов или складок.
С этой целью способ изготовления согласно изобретению представляет собой способ для изготовления преформы для изготовления детали из композиционного материала типа детали с неразвертываемой окончательной формой вращения или квазивращения, имеющей продольную ось, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:
a) обеспечивают наличие по меньшей мере триаксиального нетканого материала, содержащего:
- первый слой, включающий, так называемые, круговые волокна, ориентированные в первом направлении,
- второй слой, включающий волокна, ориентированные во втором направлении,
- третий слой, включающий волокна, ориентированные в третьем направлении, и
- швы, связывающие волокна первого, второго и третьего слоев, причем швы проходят параллельно друг другу и образуют оболочку для круговых волокон,
b) размещают указанный материал на или в элементе с неразвертываемой формой, который либо идентичен требуемой неразвертываемой окончательной форме, либо имеет уменьшенные размеры по сравнению с неразвертываемой окончательной формой, располагая швы параллельно круговому направлению указанного элемента,
c) обеспечивают скольжение круговых волокон в оболочке, образованной швами так, что материал находится в непрерывном контакте с элементом с неразвертываемой формой и, таким образом, принимает форму элемента с неразвертываемой формой.
Таким образом, способ согласно изобретению позволяет получить из одинарного материала преформу, выполненную из композиционного материала, в котором швы проходят в параллельных друг другу направлениях и образуют оболочку для прядей волокон, называемых круговыми, первого слоя указанного материала.
Таким образом, в одинарном полотне триаксиального материала получают преформу, которая может иметь квазиизотропные механические свойства в плоскостях ткани.
Под выражением «окончательная форма квазивращения» понимают окончательную неразвертываемую форму, которая не ограничена деталями на 360°. Она может представлять собой части деталей вращения.
Кроме того, форма квазивращения имеет набор образующих в плоскостях, параллельных продольной оси, в котором по меньшей мере одна из образующих представляет собой кривую второго или большего порядка, и в котором кривые, расположенные в плоскостях, перпендикулярных продольной оси, пересекают по меньшей мере одну точку каждой образующей.
Предпочтительно, форма квазивращения имеет тонноидную форму. Она также имеет локальные особенности, такие как небольшие выступы или углубления.
Первый, второй и третий слои волокон, составляющих материал, могут иметь разные поверхностные плотности или даже переменные поверхностные плотности в одном и том же слое, например, за счет изменения плотности волокон в указанном слое.
Элемент с неразвертываемой формой имеет поверхность, близкую к поверхности вращения и продольную ось.
Этапы b) и с) позволяют сформовать материал так, чтобы получить преформу.
В частности, этап с) обеспечивает возможность скольжения круговых волокон в их оболочке, что приводит к разворачиванию волокон второго и третьего слоев материала, удерживаемых швами.
Термин «разворачивание» означает, что углы волокон второго и третьего слоев относительно круговых волокон изменяются внутри материала.
Разворачивание происходит в соответствии с градиентом кривизны элемента с неразвертываемой формой.
Таким образом, материал прижимают к элементу с неразвертываемой формой.
Такое формование сопровождается относительными смещениями волокон разных слоев материала. При этом материал приобретает неразвертываемую форму, идентичную форме элемента с неразвертываемой формой, к которому его прикладывают так, чтобы получить преформу.
Неразвертываемая форма преформы сохраняется, это называется пластической или долговременной деформацией, в противоположность упругой деформации, в результате трения, происходящего от швов, связывающих волокна разных слоев.
В соответствии с другими признаками изобретения, способ согласно изобретению включает один или более следующих опциональных признаков, рассматриваемых отдельно или во всех возможных комбинациях.
В первом варианте этап с) выполняют путем натяжения круговых волокон так, чтобы получить скольжение круговых волокон в оболочке, образуемой швами и разворачивание волокон второго и третьего слоев.
Согласно этому варианту концы волокон второго и третьего слоев могут также удерживаться посредством удерживающих средств, таких как зажимы или адгезивы.
Преимущественно, согласно этому варианту также можно прикладывать давление к материалу в направлении элемента с неразвертываемой формой при помощи такого средства давления, как планка.
Таким образом, средство давления позволяет удерживать волокна второго и третьего слоев прижатыми к элементу с неразвертываемой формой и способствует скольжению круговых волокон и, следовательно, развертыванию волокон второго и третьего слоев.
В предпочтительном варианте осуществления средство давления смещено тангенциально неразвертываемой форме в направлении одного или более свободных концов преформы.
Предпочтительно, в ходе этапа с) волокна второго и третьего слоев натягивают.
Во втором варианте этап с) выполняют путем натягивания волокон второго и третьего слоев и путем оказания давления на материал в направлении элемента с неразвертываемой формой, с помощью средства давления, такого как планка, так, чтобы обеспечить скольжение круговых волокон в оболочке, образованной швами и разворачиваение волокон второго и третьего слоев.
В предпочтительном варианте осуществления средство давления смещают тангенциально неразвертываемой форме в направлении одного или более концов преформы.
Эти варианты могут также комбинировать, выполняя их одновременно или последовательно или с чередованием.
Натяжение преимущественно выполняют постепенно, натягивая концы круговых волокон и/или волокон второго и третьего слоев.
Натяжение выполняют вручную или с использованием механических средств.
В соответствии с одним из признаков элемент с неразвертываемой формой представляет собой элемент выпуклой формы, называемый элементом с охватываемой формой.
В соответствии с этим признаком этап с) выполняют путем обертывания материала вокруг элемента выпуклой формы.
Согласно другому признаку элемент с неразвертываемой формой представляет собой элемент вогнутой формы, называемый элементом охватывающей формы.
Согласно этому признаку этап с) выполняют путем приложения по меньшей мере одного валика к материалу вдоль окружности элемента вогнутой формы, чтобы сформовать ткань.
В одном варианте осуществления элемент с неразвертываемой формой имеет длину окружности, идентичную длине окружности детали требуемой окончательной формы с неразвертываемой поверхностью.
В другом варианте осуществления элемент с неразвертываемой формой имеет уменьшенную длину окружности по отношению к детали требуемой окончательной формы с неразвертываемой поверхностью.
Уменьшенная длина окружности означает, что геометрическая форма уменьшена по сравнению с окончательной формой, при этом радиус кривизны уменьшен на такой же коэффициент.
В случае окончательной формы квазивращения элемент с неразвертываемой формой может иметь форму вращения, идентичную или с уменьшенной длиной окружности по отношению к длине окружности конечной неразвертываемой формы.
В соответствии с одним из признаков, во время выполнения этапа с) материал фиксируют относительно элемента с неразвертываемой формой при помощи средства фиксации вдоль образующей элемента с неразвертываемой формой.
Этот этап фиксации выполняют либо в центральной зоне материала, либо на одном конце материала.
Преимущественно, материал имеет одинаковые или разные поверхностные плотности волокон на слой волокон.
Кроме того, материал преимущественно имеет постоянные или переменные поверхностные плотности внутри одного и того же слоя волокон путем варьирования поверхностной плотности волокон.
Предпочтительно, волокна второго и третьего слоев имеют в ходе этапа а) углы относительно круговых волокон, соответственно менее 90° и более 90°.
Более предпочтительно, для получения сбалансированного распределения волокон, углы второго слоя имеют величину а, тогда как углы третьего слоя имеют величину β=180-α.
Предпочтительно, угол α составляет от 15° до 80°.
В предпочтительном варианте осуществления швы имеют вязано-цепную форму.
Швы с вязано-цепной формой содержат, известным образом, вязаный рисунок, называемый также зигзагом, на первой стороне и цепочечный рисунок на противоположной стороне.
В этом варианте осуществления первый слой, содержащий круговые волокна, расположен либо напротив вязаного рисунка швов, либо между вторым и третьим слоями.
Согласно одному из признаков материал дополнительно содержит по меньшей мере одну полосу дополнительных волокон, ориентированных перпендикулярно швам.
Согласно этому признаку средство для фиксации материала на элементе с неразвертываемой формой предпочтительно расположено на полосе дополнительных волокон.
Настоящее изобретение также относится к преформе, полученной вышеописанным способом.
Такая преформа содержит по меньшей мере триаксиальный материал, включающий в себя первый слой, содержащий круговые волокна, ориентированные в первом направлении, второй слой, содержащий волокна, ориентированные во втором направлении, и третий слой, содержащий волокна, ориентированные в третьем направлении, причем волокна второго и третьего слоев имеют углы относительно круговых волокон, которые являются переменными внутри преформы.
Изобретение также относится к способу изготовления детали из композиционного материала типа детали с неразвертываемой окончательной формой вращения или квазивращения, имеющей продольную ось, отличающемуся тем, что он содержит этап изготовления преформы в соответствии с вышеописанным способом, и дополнительный этап наложения преформы на модуль, имеющий неразвертываемую форму, идентичный детали, имеющей требуемую неразвертываемую конечную форму, и объединения путем вставки и горячей или холодной полимеризации матрицы.
В соответствии с одним из признаков во время дополнительного этапа несколько преформ накладывают на модуль с неразвертываемой формой, идентичный требуемой детали с неразвертываемой окончательной формой.
Согласно другому признаку локально могут быть добавлены другие тканевые структуры.
Эти другие структуры преимущественно добавляют в стопу слоев материала. Альтернативно, по меньшей мере часть этих других структур добавляют сверху слоев материала.
В другом варианте по меньшей мере часть этих других структур добавляют ниже слоев материала.
Изобретение также относится к детали из композиционного материала, имеющей окончательную неразвертываемую форму вращения или квазивращения, изготовленной с применением преформы, полученной вышеописанным способом.
Деталь, выполненная из композиционного материала, имеющая окончательную неразвертываемую форму вращения или квазивращения, ограничена поверхностью, определяемой набором образующих в плоскостях, параллельных продольной оси, при этом по меньшей мере одна образующая представляет собой кривую второго или большего порядка, при этом кривые, расположенные в плоскостях, перпендикулярных продольной оси, пересекают по меньшей мере одну точку каждой образующей.
Предпочтительно, деталь, выполненная из композиционного материала, имеет тонноидную форму.
Она может дополнительно иметь локальные особенности, такие как небольшие выступы или углубления.
Деталь, выполненная из композиционного материала, имеющая окончательную неразвертываемую форму вращения или квазивращения содержит преформу, изготовленную вышеописанным способом.
Деталь, выполненная из композиционного материала, имеющая окончательную неразвертываемую форму вращения или квазивращения отличается тем, что включает материал, в котором швы образуют оболочку для, так называемых, круговых волокон одного и того же слоя материала, причем указанные швы параллельны круговому направлению детали.
Преимущество такой детали, изготовленной из композиционного материала, состоит в том, что волокна не проявляют сморщивания или разрушений. Она содержит материал, в котором волокна одного и того же слоя ориентированы параллельно друг другу и параллельно круговому направлению детали, выполненной из композиционного материала, а волокна двух других слоев имеют углы, которые меняются вдоль продольного направления детали, выполненной из композиционного материала.
Изобретение также относится к гондоле, содержащей вышеописанную деталь. Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны из последующего описания и изучения приложенных чертежей, на которых:
- на фиг. 1 схематически в аксонометрии показан вид сбоку детали с неразвертываемой окончательной формой квазивращения вокруг продольной оси согласно изобретению, содержащей триаксиальный нетканый материал;
- на фиг. 2 схематически показан вид в разрезе, иллюстрирующий материал, используемый для изготовления детали с фиг. 1;
- на фиг. 3 схематически показан вид сверху материала с фиг. 2;
- на фиг. 4 схематически показан вид сверху варианта материала с фиг. 2;
- на фиг. 5а, 5b, 6, 7, 8, 9а и 9b показан первый вариант осуществления способа изготовления детали с фиг.1;
- на фиг. 10 схематически показан вид сбоку детали с фиг. 1, иллюстрирующий углы между круговыми волокнами и волокнами второго и третьего слоев;
- на фиг. 11 схематически показан частичный вид детали с фиг. 1, включающий полосу дополнительных волокон.
В последующем описании и в формуле изобретения, идентичные, одинаковые или аналогичные компоненты обозначены одними и теми же номерами позиций, а термины «передний», «задний», «горизонтальный», «вертикальный», «верхний», «нижний» и т.п. не носят ограничительного характера и приводятся со ссылками на чертежи для облегчения описания.
На фиг. 1 показана деталь 10, имеющая неразвертываемую окончательную форму квазивращения согласно изобретению.
Деталь 10 представляет собой панель, имеющую форму полубочки.
Речь идет об овоиде или неправильной картофелеобразной форме.
Деталь 10 имеет продольную ось А. Она имеет круговое направление 11 и изогнутую образующую 12, радиус кривизны которой изменяется вдоль продольной оси А.
Деталь 10 изготовлена из композиционного материала. Она содержит триаксиальный нетканый материал 13.
Как показано на фиг. 2, триаксиальный нетканый материал 13, используемый для изготовления детали 10, включает в себя первый слой 14А, второй слой 14В и третий слой 14С.
Первый, второй и третий слои 14А, 14В and 14С наложены друг на друга, при этом первый слой 14А является верхним слоем, второй слой 14В является средним слоем, а третий слой 14С является нижним слоем.
Указанные слои могут называться листами или однонаправленными листами.
Каждый слой состоит из волокон, расположенных параллельно друг другу.
Первый слой 14А содержит круговые волокна 15, ориентированные в первом направлении, тогда как второй слой 14В содержит волокна 16, ориентированные во втором направлении, а третий слой 14С содержит волокна 17, ориентированные в третьем направлении.
Круговые волокна 15 и волокна 16 и 17 второго и третьего слоев, расположены друг над другом в параллельных друг другу плоскостях.
Волокна 16 второго слоя 14В образуют угол а (фигура 1) с круговыми волокнами 15, а волокна третьего слоя 14С образуют угол β (фигура 1) с круговыми волокнами 15.
Угол β обычно равен 180 - α, и предпочтительно α=60°, так, чтобы получить квазиизотропные свойства в плоскости материала 13.
Первый слой 14А, включающий круговые волокна, предпочтительно, представляет собой верхний слой материала 13.
Волокна 15, 16 и 17 указанных слоев 14А, 14В и 14С сгруппированы в пряди, соединенные друг с другом швами 18 (фигура 3).
Как показано на фиг. 3, швы 18 имеют вязаную форму на первой стороне триаксиального нетканого материала 13, а на второй стороне (не показана) триаксиального нетканого материала 13 они имеют цепную форму, причем вторая сторона противоположна первой стороне.
Цепная форма соответствует параллельным линиям, так называемых, цепных стежков, тогда как вязаная форма соответствует поперечным сегментам 180, соединяющим два смежных цепных стежка.
В варианте, показанном на фиг. 4, вязаная форма соответствует чередованию поперечных сегментов 180 и продольных сегментов 181.
Швы 18 проходят параллельно друг другу и параллельно круговым волокнам 15 первого слоя 14А.
Первый слой 14А, содержащий круговые волокна 15, расположен в контакте с вязаным рисунком, то есть в контакте с поперечными сегментами швов 18.
Таким образом, первый слой 14А, содержащий круговые волокна 15 расположен между поперечными сегментами швов 18 и вторым слоем 14В, который расположен между первым слоем 14А и третьим слоем 14С, который в свою очередь расположен между вторым слоем 14В и цепными стежками швов 18.
Поперечные сегменты 180 швов 18 и волокна 16, 17 второго и третьего слоев 14В, 14С, образуют оболочку для прядей круговых волокон 15.
Указанные пряди круговых волокон 15 заключены в оболочку, образованную таким образом.
В непоказанном варианте первый слой 14А, включающий в себя круговые волокна 15, расположен между вторым и третьим слоями 14В и 14С.
Согласно этому варианту швы 18 могут располагаться в независимых параллельных линиях на двух сторонах материала 13, то есть могут быть сформированы, например, из прямых цепочек, содержащих на одной стороне только сегменты 181, параллельные круговым волокнам, и цепные петли на другой стороне.
Волокна 16, 17 второго и третьего слоев 14В, 14С тогда образуют оболочку между двумя шовными линиями 18 для прядей круговых волокон 15.
Как показано на фиг. 1, круговые волокна 15 параллельны круговому направлению 11 детали 10.
На фиг.5а и 5b показан первый этап первого варианта осуществления способа получения детали 10, в котором триаксиальный нетканый материал 13 помещают, в форме ленты, имеющей два противоположных конца 20А и 20В (фигура 6), на валик 21 неразвертываемой формы, имеющий поверхность вращения меньших размеров по сравнению с требуемой окончательной неразвертываемой формой, и имеющий круговое направление 22, размещая круговые волокна 15 параллельно круговому направлению 22 валика 21.
Этот первый этап соответствует этапу b), описанному выше по отношению к изготовлению преформы.
Валик 21 неразвертываемой формы имеет куполообразную форму или охватываемую форму.
Первый вариант осуществления называется купольным формованием.
Валик имеет тонноидную форму.
Триаксиальный нетканый материал 13 прижимают к валику 21 посредством прижимной планки 23 (фигура 5b) вдоль образующей 24 валика 21 (фигура 5а).
В примере с фиг. 6 прижимная планка 23 фиксирует триаксиальный нетканый материал 13 в центральной зоне Z указанного триаксиального нетканого материала 13.
Таким образом, концы 20А и 20В остаются свободными.
На фиг.6 показан второй этап первого варианта осуществления способа получения детали 10, в котором к концу 20В круговых волокон 15 прикладывают тянущее усилие в направлении стрелки F, заставляя валик 21 поворачиваться вокруг стрелки R.
Этот второй этап соответствует этапу с), описанному выше по отношению к изготовлению преформы.
Натяжение позволяет круговым волокнам 15 скользить в своей оболочке, образованной швами 18, так, что триаксиальный нетканый материал 13 прижимается к валику 21.
Таким образом, триаксиальный нетканый материал 13 находится в постоянном контакте с валиком 21.
Во время скольжения круговых волокон 15, волокна 16 и 17 второго и третьего слоев триаксиального нетканого материала 13 происходит разворачивание в соответствии с локальным периметром валика 21.
Фактически волокна 16 и 17 второго и третьего слоев удерживаются швами 18.
Таким образом, углы аир, имеющиеся между волокнами 16 и 17, соответственно, второго и третьего слоев, и круговыми волокнами 15, изменяются внутри триаксиального нетканого материала 13 (фигура 10).
В ходе указанного второго этапа также можно использовать планку 25 для оказания давления на триаксиальный нетканый материал 13 в направлении валика.
Концы волокон 16 и 17 второго и третьего слоев 14В и 14С могут удерживаться такими удерживающими средствами как зажимы и адгезивы (не показаны).
Эти удерживающие средства также позволяют натягивать концы волокон 16 и 17 второго и третьего слоев 14В м 14С для облегчения посадки на форму валика 21.
На фиг. 7 показан триаксиальный нетканый материал 13, намотанный таким образом вокруг валика 21.
Участок триаксиального нетканого материала 13 между центральной зоной Z и концом 20В триаксиального нетканого материала, намотанный вокруг валика, зафиксирован относительно валика 21 путем нанесения адгезива или наложения прижимной планки (не показана) или любыми другими средствами, которые могут быть удалены, так, чтобы удерживать триаксиальный нетканый материал 13 в положении, в котором он намотан вокруг валика 21. Конец 20В также зафиксирован с возможностью удаления средств фиксации.
В ходе второго этапа часть триаксиального нетканого материала 13 накручивается между центральной зоной Z и противоположным концом 20А триаксиального нетканого материала 13 вокруг валика 21 путем поворота указанного валика 21 в направлении, противоположном стрелке R (фигура 6), хотя это не показано, так, чтобы придать форму остальному триаксиальному нетканому материалу 13 вокруг валика 21.
В конце упомянутого второго этапа триаксиальный нетканый материал 13 имеет форму, показанную на фиг. 8.
На фиг. 8 показано, что круговые волокна 15 прошли в оболочки относительно волокон 16, 17 второго и третьего слоев 14В, 14С после того, как они были обернуты вокруг валика 21 неразвертываемой формы.
До формования их концы были выровнены.
В непоказанном варианте осуществления первый слой 14А частично отсоединен от второго и третьего слоев 14В и 14С вблизи от концов волокон 15 так, чтобы облегчить захват волокон этих разных слоев для приложения натягивающего усилия или их удержания.
В другом непоказанном варианте осуществления боковые кромки материала 13 содержат только волокна 16, 17 второго и третьего слоев 14В и 14С, без круговых волокон, так, чтобы облегчить захват волокон второго и третьего слоев 14В и 14С независимо от круговых волокон 15.
Получают преформу 26 (фигура 9а) из триаксиального нетканого материала 13, в которой углы аир являются переменными внутри триаксиального нетканого материала 13.
На фиг.9а и 9b показан третий этап первого варианта осуществления способа получения детали 10, в котором преформу 26 накладывают на модуль 27, идентичный детали 10, имеющей требуемую неразвертываемую форму.
Этот третий этап соответствует дополнительному этапу, представленному выше в отношении получения детали из композиционного материала, имеющей неразвертываемую окончательную форму вращения или квазивращения.
Преформу 26 накладывают, располагая швы 18 параллельно круговому направлению 28 модуля 27.
Модуль 27 имеет форму купола или охватываемую форму.
Во время этого третьего этапа наложение преформы 26 на модуль 27 называют купольным обертыванием.
Как вариант, преформа 26 может быть помещена в модуль 27, идентичный детали 10 с требуемой неразвертываемой окончательной формой.
Тогда этот модуль имеет форму ложемента или охватывающую форму.
В таком случае говорят об обертывании в ложементе.
Преформа 26 соответствует форме модуля. Она находится в непрерывном контакте с модулем.
За этим третьим этапом следует этап внедрения смолы, а затем этап полимеризации с тем, чтобы получить деталь 10 согласно изобретению, показанную на фиг. 1.
На фиг. 10 проиллюстрированы изменения углов аир между круговыми волокнами 15 и волокнами 16 и 17 второго и третьего слоев.
Углы α между круговыми волокнами 15 и волокнами 16 второго слоя изменяются от -15° до +15° относительно первоначальных ориентаций триаксиального нетканого материала перед формованием. Изменение угла становится более важным, учитывая важность двойной кривизны.
Углы β между круговыми волокнами 15 и волокнами 17 третьего слоя изменяются таким же образом, как и углы между круговыми волокнами 15 и волокнами 16 второго слоя.
На фиг. 11 показан вариант детали 10, содержащей триаксиальный нетканый материал 13, включающий полосу дополнительных волокон 29, ориентированных перпендикулярно круговым волокнам 15.
В соответствии с этим вариантом прижимную планку 23 (фигура 6) триаксиального нетканого материала 13 на валике 21 располагают, предпочтительно, на этой полосе дополнительных волокон 29 или близко к ней.
Полосу дополнительных волокон 29 предпочтительно располагают в зоне с малым разворачиванием.
Этим обеспечивается эффект дополнительного препятствия деформации триаксиального нетканого материала, благодаря четвертому направлению волокон. Эта полоса, предпочтительно, является узкой относительно размеров материала и окружности валика 21.
Во втором, не проиллюстрированном, варианте осуществления способа изготовления детали 10, первый этап состоит в размещении триаксиального нетканого материала 13 в форме ленты, имеющей два противоположных конца 20А и 20В (фигура 6), прямо на модуле 27 (фигуры 9а, 9b), идентичном детали 10 требуемой неразвертываемой окончательной формы, путем размещения круговых волокон 15 параллельно круговому направлению 28 модуля 27.
На этом первом этапе триаксиальный нетканый материал удерживается прижатым к модулю 27 посредством прижимной планки (не показана) вдоль образующей 30 модуля 27.
Прижимная планка фиксирует триаксиальный нетканый материал 13 на одном конце 20А указанного триаксиального нетканого материала 13.
Второй этап затем состоит в приложении натягивающего усилия в противоположном зафиксированному концу 20А направлении к свободному концу 20В круговых волокон 15.
Как вариант, в ходе первого этапа прижимная планка фиксирует триаксиальный нетканый материал 13 в центральной зоне триаксиального нетканого материала 13.
Согласно этому варианту второй этап состоит в приложении натяжения на двух концах 20А, 20В круговых волокон 15.
Это натяжение позволяет круговым волокнам 15 скользить в их оболочках, образованных швами 18 так, чтобы триаксиальный нетканый материал 13 был прижат к модулю 27.
Триаксиальный нетканый материал 13, таким образом, находится в непрерывном контакте с модулем 27.
Натягивающее усилие постепенное прикладывают к концам круговых волокон 15 вдоль продольной оси (не показана) модуля.
Во время скольжения круговых волокон 15 волокна 16 и 17 второго и третьего слоев триаксиального нетканого материала 13 разворачиваются в соответствии с локальным периметром модуля 27.
Таким образом, углы аир, образованные между волокнами 16 и 17 соответственно второго и третьего слоев, и круговыми волокнами 15, изменяются внутри триаксиального нетканого материала 13 (фигура 10).
В ходе этого второго этапа планка (не показана) оказывает давление на триаксиальный нетканый материал 13 в направлении модуля 27.
Удерживать концы волокон 16 и 17 второго и третьего слоев 14В и 14С позволяют такие удерживающие средства (не показаны) как зажимы и адгезивы.
В конце этого второго этапа триаксиальный нетканый материал 13 является сформированным.
За этим этапом следует этап внедрения смолы, а затем этап полимеризации для того, чтобы получить деталь 10 согласно изобретению, как показано на фиг. 1.
В третьем, не показанном, варианте осуществления первый этап состоит в размещении триаксиального нетканого материала 13 в форме полосы, имеющей два противоположных конца 20А и 20В (фигура 6), в элементе имеющем неразвертываемую охватывающую форму или форму ложемента, предпочтительно идентичную требуемой неразвертываемой окончательной форме.
Как вариант, охватывающая форма имеет поверхность вращения меньших размеров по сравнению с требуемой неразвертываемой окончательной формой.
Согласно этому варианту осуществления триаксиальный нетканый материал 13 прижимают к указанному элементу посредством прижимной планки вдоль образующей этого элемента.
Затем к круговым волокнам 15 прикладывают натягивающее усилие, прижимая триаксиальный нетканый материал 13 к элементу в форме ложемента, накладывая триаксиальный нетканый материал 13 вдоль поверхности охватывающей формы, оказывая давление на валики или толкая элементы, или смещая прижимную планку вдоль кругового направления элемента.
Таким образом, триаксиальный нетканый материал 13 постепенно прижимают, вводя его в непрерывный контакт с поверхностью охватывающей формы.
Детали 10 согласно изобретению могут содержать не только триаксиальный нетканый материал 13. Они могут также включать другие слои волокон других материалов и/или биаксиальные тканые или нетканые материалы.
В непредставленных вариантах нетканый материал может представлять собой один или более квадриаксиальных нетканых материалов.
Дополнительно, в других вариантах нетканый материал может быть триаксиальным многослойным материалом, то есть включать три направления волокон, но более трех слоев волокон. Например, нетканый материал может быть триаксиальным и пятислойным, включая один слой 14А, содержащий круговые волокна 15 ориентированные в первом направлении, два слоя 14В, содержащие волокна 16, ориентированные во втором направлении, и два слоя 14С, содержащие волокна 17, ориентированные в третьем направлении.
Согласно этому примеру, слой 14А, содержащий круговые волокна 15, ориентированные в первом направлении, расположен между слоями 14В и 14С, содержащими волокна 16 и 17, ориентированные в других направлениях, при этом указанные слои 14В и 14С чередуются. Таким образом, получают стопу следующего вида: слой 14В, содержащий волокна 16, ориентированные во втором направлении, слой 14С, содержащий волокна 17, ориентированные в третьем направлении, слой 14А, содержащий круговые волокна 15, ориентированные в первом направлении, слой 14С, содержащий волокна 17, ориентированные в третьем направлении, слой 14В, содержащий волокна 16, ориентированные во втором направлении. Такая последовательность представляет собой так называемую «зеркальную» стопу, сбалансированную в направлении толщины.
Представленный выше способ, описанный на примере формы двойной кривизны, включающей, так называемую, тонноидную выпуклую поверхность, также применим к формам, имеющим искривленные образующие, таким как формы «диаболо» или формы с волнистыми образующими, включающим части, подобные тонноиду и части, подобные формам «диаболо».