УПРОЧНЯЮЩАЯ ВОЛОКОННАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ДЕТАЛИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ДЕТАЛЬ, СОДЕРЖАЩАЯ ЭТУ СТРУКТУРУ Российский патент 2011 года по МПК B29C70/24 D03D25/00 

Область техники

Изобретение относится к изготовлению деталей из композиционного материала, в частности к изготовлению упрочняющих волоконных структур для этих деталей.

Область применения изобретения - изготовление конструкционных деталей из композиционного материала, имеющего волоконное упрочнение и полимерную матрицу. Эти детали используются во многих областях, в частности в авиации. Один из примеров - изготовление лопастей для турбин, например лопастей вентилятора. Упрочняющие волоконные структуры уплотнены полимерной матрицей любым известным методом, например литьевым прессованием полимера (ЛПП).

Еще одна область применения изобретения - изготовление деталей из термоструктурного композиционного материала, т.е. из материала, механические свойства которого позволяют его применять для выполнения конструкционных элементов и также возможности которого позволяют сохранять эти свойства при высоких температурах. Термоструктурные композиционные материалы обычно являются углеродно-углеродными (У/У) композиционными материалами, волоконное упрочнение которых углеродом уплотнено углеродной матрицей; и композиционными материалами с керамической матрицей (КМКМ), огнеупорное волоконное упрочнение (углеродное или керамическое) которых уплотнено керамической матрицей. Детали из термоструктурного композиционного материала используются, в частности, в авиации и космонавтике. Упрочняющую волоконную структуру можно, как хорошо известно, уплотнить образующим матрицу материалом при помощи химической паровой пропитки (ХПП) либо с помощью жидкостной методики. Жидкостное уплотнение заключается в пропитке волоконной структуры жидкостным составом, содержащим предшественника материала, образующего матрицу, обычно - полимер; причем предшественника превращают термообработкой.

Для деталей из композиционного материала, имеющих некоторую толщину, упрочняющую волоконную структуру обычно изготавливают в виде нескольких налагаемых друг на друга слоев, связываемых вместе во избежание отделения их друг от друга, в частности, известен метод изготовления упрочняющей структуры объемным ткацким переплетением.

Например, документ ЕР 1526285 предлагает изготовление упрочняющей структуры или заготовку для лопасти турбомашины, в частности лопасти вентилятора, объемным интерлок-переплетением, которое изменяется в продольном направлении между хвостовиком и аэродинамической поверхностью лопасти.

При изготовлении упрочняющих волоконных структур для деталей из композиционного материала необходимо учитывать различные аспекты.

Например, если детали из композиционного материала должны иметь гладкую поверхность, тогда желательно, чтобы упрочняющая волоконная структура не имела значительных нарушений поверхности, требующих выполнения дополнительных работ по их устранению, таких, например, как подравнивание поверхности, после первой стадии уплотнения, или введение двухмерного слоя на поверхности, например слоя тканого материала, перед окончанием уплотнения.

Помимо этого, для композиционного материала с полимерной матрицей присутствие значительных поверхностных нарушений приводит к появлению местного комкования полимера, что вредит механическим свойствам этих деталей.

Помимо этого, для детали из композиционного материала, получаемой уплотнением волоконной упрочняющей структуры методом ХПП, желательно предусмотреть легкий доступ, чтобы пропитка смогла дойти до срединной части волоконной структуры, и обеспечить относительно единообразную пористость, чтобы неединообразность уплотнения была минимальной в наиболее возможной степени. Если доступ к порам внутри волоконной структуры будет трудным или если размеры пор будут сильно отличаться друг от друга, то меньшие поры закроются быстрее, и тогда неизбежным будет крутой градиент уплотнения, и это отрицательно скажется на свойствах композиционного материала.

Наконец, для деталей из композиционного материала, представляющих собой тонкие части, например задние кромки лопастей турбинной машины, желательно сохранить объемную структуру, проходящую в упомянутые тонкие части, с одновременным сохранением структурной непрерывности с более толстыми частями, чтобы придать деталям нужные механические свойства.

Объект и сущность изобретения

Изобретение направлено на обеспечение цельнотканой упрочняющей волоконной структуры для ее использования при изготовлении детали из композиционного материала, которая будет соответствовать, по меньшей мере, одному из упоминаемых выше ограничений.

Цель изобретения достигается волоконной упрочняющей структурой, содержащей внутреннюю, или срединную, часть и часть, прилегающую к внешней поверхности структуры, или к поверхностному слою; причем волоконная структура сформирована объемным переплетением в ее срединной части при помощи, по меньшей мере, одного переплетения, выбранного из числа интерлок-переплетения и многослойного переплетения; и путем переплетения в ее поверхностном слое переплетением атласного типа.

Волоконная текстура всегда является цельнотканой, причем все слои связаны друг с другом объемным переплетением только в срединной части или в комбинации с многослойным переплетением в поверхностном слое.

В зависимости от нужных свойств для волоконной структуры между срединными частями и поверхностным слоем можно обеспечить разные комбинации.

Таким образом, волоконную структуру можно сформировать объемным переплетением по меньшей мере либо с интерлок-переплетением в срединной части, либо с переплетением поверхностного слоя при помощи атласного переплетения.

Если волоконная структура уплотняется методом ХПП для получения детали из композиционного материала, то облегчается доступ к интерлок-переплетению в срединной части для пропитки срединной части заготовки.

Переплетение поверхностного слоя атласным переплетением ограничивает возникновение нарушений поверхности. Если уплотнение выполняется полимером, то этот метод исключает комкование на поверхности полимера, наблюдаемое в случае интерлок-переплетения, как, например, в упомянутом документе ЕР 1526285, согласно которому нарушения поверхности относительно значительны. Переплетение поверхностного слоя может быть многослойным переплетением либо двухмерным переплетением, и в этом случае интерлок-переплетение связывает слои вместе и проходит в часть поверхностного слоя.

В других осуществлениях волоконную структуру можно сформировать многослойным переплетением в срединной части и многослойным переплетением в поверхностном слое при помощи переплетения, отличающегося от переплетения в срединной части, либо его можно сформировать переплетением с многослойным переплетением в срединной части и двухмерным переплетением поверхностного слоя.

Согласно еще одному осуществлению срединная часть может содержать первую часть, сформированную переплетением с первым переплетением, и по меньшей мере одну вторую часть между первой частью и поверхностным слоем; при этом вторая часть формируется объемным переплетением со вторым переплетением, отличающимся от первого.

Первое и второе переплетения могут быть интерлок-переплетениями или многослойными переплетениями. В случае многослойного переплетения первое и второе переплетения могут, например, быть множественными атласными переплетениями с разными шагами. Как вариант, одно переплетение из числа первого и второго переплетений может быть интерлок-переплетением, и другое переплетение может быть многослойным переплетением.

Вид объемного переплетения в срединной части и в поверхностном слое можно выбрать в зависимости от следующих нужных свойств: содержание волокна в текстуре (явный объемный процент текстуры, фактически занятый волокнами); проницаемость слоев; деформируемость волоконной структуры; и/или механическая прочность в плоскостях слоев, или перпендикулярность к ним.

Помимо этого, по меньшей мере либо значение плотности утка, либо основы можно изменять между срединной частью и поверхностным слоем, например, путем снижения значения плотности между срединной частью и поверхностным слоем, чтобы облегчить доступ для пропитки через поверхностный слой в срединную часть, с одновременным уплотнением волоконной структуры методом ХПП.

Также возможно изменение диаметра пряжи между срединной частью и поверхностным слоем, например, для соблюдения нужных пределов значения соотношения объемных процентов волокна между основой и утком, и для значения совокупного объемного процента волокна.

Согласно одному из признаков изобретения волоконная структура имеет по меньшей мере одну часть с меньшей толщиной с двумя слоями уточной пряжи и сформированную объемным интерлок-переплетением, связывающим вместе два уточных слоя, и двухмерным атласным переплетением, связывающим вместе пряжу внутри каждого уточного слоя.

Согласно еще одному из признаков изобретения волоконная структура имеет часть уменьшенной толщины с тремя слоями уточной пряжи и сформированную объемным переплетением с интерлок-переплетением, связывая вместе три уточных слоя, и центральный слой уточной пряжи также связан с каждым другим слоем из числа двух слоев многослойным атласным переплетением.

Согласно еще одному из признаков изобретения волоконная структура имеет переходную часть между первой частью и второй частью, которая имеет полный слой уточной пряжи, который является дополнительным по сравнению с первой частью; причем переходная часть имеет частичный слой уточной пряжи, которая является дополнительной по сравнению с первой частью. Уточная пряжа дополнительного частичного слоя может находиться между двумя полными слоями уточной пряжи и быть связанной с ними интерлок-переплетением.

Эти признаки обеспечивают непрерывность объемного переплетения, идущую в части волоконной структуры, которая очень тонкая, например, в части волоконных заготовок для лопастей турбомашин, соответствующей задним кромкам лопастей.

Также возможно формирование различных частей волоконной структуры с пряжами разного химического характера, чтобы придать им нужные определенные свойства, в частности износостойкость или стойкость к окислению.

Изобретение также обеспечивает деталь из композиционного материала, имеющую упрочняющую волоконную структуру, выполненную из упоминаемого выше материала и уплотненную матрицей: будь то деталь из композиционного материала на полимерной матрице, например, лопасть турбомашины, или деталь, сделанная из термоструктурного композиционного материала.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется приводимым ниже его описанием со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1-3 показывают плоскость интерлок- и многослойного объемного переплетений;

фиг.4А-4Н показывают последовательные плоскости переплетения волоконной структуры - комбинацию интерлок-переплетения в ее срединной части и полотняного переплетения ее поверхностного слоя;

фиг.5А-5Н показывают разные последовательные плоскости волоконной структуры еще одного осуществления изобретения - комбинацию интерлок-переплетения в ее срединной части и атласного переплетения ее поверхностного слоя;

фиг.6A-6J и 7А-7Н показывают части разных последовательных плоскостей переплетения волоконной структуры двух других осуществлений изобретения и комбинацию интерлок-переплетения в их срединных частях и множественного атласного переплетения их поверхностных слоев;

фиг.8A-8J показывают части разных последовательных плоскостей переплетения волоконной структуры еще одного осуществления изобретения - комбинацию интерлок-переплетения в ее срединной части и атласного переплетения ее поверхностного слоя;

фиг.9А-9Т и 10AA-10BN показывают части разных последовательных плоскостей переплетения волоконной структуры двух других осуществлений изобретения - комбинацию разных интерлок-переплетений в их срединных частях;

фиг.11А и 11В показывают части двух плоскостей переплетения волоконной структуры еще одного осуществления - комбинацию многослойного полотняного переплетения с интерлок-переплетением в ее срединной части;

фиг.12А-12D показывают последовательные плоскости переплетения части волоконной структуры, имеющей два уточных слоя согласно признаку изобретения;

фиг.13А-13Н показывают последовательные плоскости переплетения части волоконной структуры, имеющей три уточных слоя согласно признаку изобретения;

фиг.14А-140 показывают плоскости переплетения переходной части между частями волоконной структуры согласно фиг.12А-120 и 13А-13Н в соответствии с признаком изобретения;

фиг.15А-15Н показывают последовательные плоскости переплетения переходной части между частью волоконной структуры согласно фиг.13А-13Н и частью волоконной структуры, толщина которой увеличена на полный слой уточной пряжи согласно признаку изобретения; и

фиг.16 - фотография части волоконной структуры еще одного осуществления изобретения в виде заготовки лопасти для турбомашины.

Термины

Термин «двухмерное переплетение» или «2D переплетение» означает обычный способ переплетения, согласно которому каждая основная пряжа проходит от одной стороны к другой в одиночном уточном слое.

Термин «объемное переплетение» или «3D переплетение» означает способ переплетения, согласно которому по меньшей мере некоторая часть основной пряжи соединяет вместе уточную пряжу во множестве уточных слоев.

Термин «интерлок-переплетение» означает объемное переплетение, в котором каждый слой основы соединяет вместе множество уточных слоев со всей пряжей в данном столбце основы, имеющем одинаковый ход в плоскости переплетения. Фиг.1 - вид одной из восьми плоскостей интерлок-переплетения, имеющего семь слоев основы и восемь уточных слоев. В показываемом интерлок-переплетении уточный слой Т состоит из двух соседних уточных полуслоев t, смещенных друг от друга в направлении основы. Имеется поэтому шестнадцать уточных полуслоев в рядах, расположенных в шахматном порядке. Каждая основа соединяет три уточных полуслоя. Далее термин «слой» может использоваться для обозначения полного слоя или полуслоя уточной пряжи, если не оговаривается иначе.

Также возможно иное расположение утка помимо шахматного, например расположение, в котором уточная пряжа двух соседних уточных слоев выравнена на одних и тех же столбцах.

Термин «многослойное переплетение» обозначает объемное переплетение со множеством уточных слоев, при этом главное переплетение каждого слоя эквивалентно обычному двухмерному переплетению, такому как полотняное, атласное или саржевое переплетение, но с некоторыми точками переплетения, соединяющими вместе уточные слои. Фиг.2 показывает плоскость полотняной многослойной ткани или «множественной полотняной ткани», в которой основная пряжа время от времени отклоняется от своего обычного полотняного пути одного утка, задействуя пряжу соседнего утка, и формирует определенные полотняные точки РТ перемежения, соединяющие два соседних уточных слоя. В определенной точке РТ полотняного перемежения основная пряжа проходит вокруг двух уточных пряж, находящихся в том же столбце в двух соседних уточных слоях.

Фиг.3 показывает плоскость многослойной ткани атласного типа или «множественную атласную ткань», в которой каждая основная пряжа отклоняется попеременно в одном направлении и в противоположном направлении для чередованного взятия одной уточной пряжи в n в первом слое уточной пряжи, и одной уточной пряжи в n во втором слое уточной пряжи в прилегании к первому; где n - целое число более 2, тем самым соединяя вместе два слоя. В показываемом примере n=16.

В атласном переплетении термин «шаг» означает интервал между двумя точками PS атласного перемежения данной основной пряжи, измеряемый числом уточных столбцов. На фиг.3 этот шаг чередуется между 6 и 10, ив среднем множественный атласный шаг равен 8, т.е. n/2.

В переплетениях согласно фиг.2 и 3 уточная пряжа не расположена в шахматном порядке; причем уточная пряжа двух соседних слоев уточной пряжи расположена в одних и тех же столбцах. Тем не менее, уток может иметь шахматное расположение согласно фиг.1, с соединениями между двумя соседними уточными полуслоями.

Нужно отметить, что соединение при помощи данной основной пряжи во множественном полотняном или множественном атласном переплетении не ограничивается двумя соседними уточными слоями, и они могут проходить на некоторую глубину более двух уточных слоев.

Термин «значение плотности переплетения» обозначает число нитей пряжи на единицу длины в направлении утка и в направлении основы; низкое (или рыхлое) значение указывает меньшее число пряжи и поэтому указывает ткань, которая более редкая по сравнению с высоким (или плотным) значением.

Во всем следующем ниже тексте и на всех чертежах - условно и для удобства - указано или показано, что именно основная пряжа отклоняется от своего пути, захватывая уточную пряжу в уточном слое или в нескольких уточных слоях. Тем не менее, основа и уток могут поменяться функциями, и обратная конфигурация также входит в объем патентных притязаний.

Подробное описание осуществлений изобретения

Область применения изобретения - изготовление волоконных структур, целесообразных для волоконного упрочнения или заготовок, для изготовления деталей из композиционного материала; причем детали выполняют с помощью уплотнения волоконных структур с матрицей. Матрицей обычно является полимер, когда композиционные материалы используются при относительно низких температурах, обычно до 300°С; или такой огнеупорный материал, как углерод или керамика, для термоструктурных композиционных материалов.

Изготовление волоконной структуры объемным переплетением позволяет с помощью единственной текстильной операции создать связь между слоями и, поэтому, создать волоконную структуру и получаемую при этом деталь из композиционного материала с хорошей механической прочностью.

Целесообразно получить после уплотнения такое состояние поверхности, которое не будет иметь нарушений, т.е. будет иметь хорошую отделку, чтобы исключить или ограничить число отделочных операций механическими средствами, или исключить образование комков полимера в композитах «полимер-матрица». Для этой цели в волоконной структуре, имеющей внутреннюю, или срединную, часть и наружную часть, или поверхностный слой, в примыкании к внешней поверхности волоконной структуры поверхностный слой выполняют переплетением, причем переплетение атласного типа также обеспечивает гладкую поверхность.

Может быть желательным изменение диаметра пряжи, используемой для переплетения волоконной структуры, в частности, с помощью пряжи разного диаметра в срединной части и поверхностном слое, и/или для основы и для утка. Диаметры пряжи можно подбирать для обеспечения соотношения между объемным процентом основных волокон и объемным процентом уточных волокон в нужных пределах.

Для обеспечения механических свойств, дающих возможный минимум неединообразности в детали из композиционного материала, также целесообразно обеспечить уплотнение упрочняющей волоконной структуры с наименьшим возможным градиентом уплотнения между срединной частью волоконной структуры и ее поверхностным слоем, в частности, при выполнении ХПП-уплотнения. Для этого, чтобы облегчить доступ в срединную часть заготовки, переплетение срединной части можно осуществить интерлок-переплетением, тем самым создавая удобное сообщение между множеством слоев ткани.

Также можно выполнить срединную часть и поверхностный слой многослойным переплетением разными видами переплетения.

Аналогично, для облегчения доступа к срединной части волоконной структуры во время уплотнения поверхностный слой можно выполнить со значением плотности, меньшим, чем в срединной части.

Объемное переплетение также можно выполнить переменным в срединной части, например, комбинированием разных интерлок-переплетений, или интерлок-переплетения с многослойным переплетением или с разными многослойными переплетениями.

Как желательный вариант: диаметр пряжи для переплетения волоконной структуры можно изменять, используя пряжу разных диаметров в срединной части и в поверхностном слое, и/или для основы и для утка. Диаметр пряжи, уменьшающийся между срединной частью и поверхностным слоем, облегчает доступ к срединной части для пропитки через срединную часть при выполнении ХПП-уплотнения. Так, диаметры пряжи можно выбирать в соответствии с нужными пределами соотношения объемного процента волокна основы и объемного процента волокна утка.

Желательным вариантом также может быть использование пряжи разного химического характера между разными частями волоконной структуры, в частности, между срединной частью и поверхностным слоем, чтобы придать определенные свойства для получаемой детали из композиционного материала, например, стойкости к окислению или износу.

Так, для детали из термоструктурного композиционного материала, имеющей огнеупорное волоконное упрочнение, можно использовать заготовку с углеродным волокном в ее срединной части и с керамическим волокном в ее поверхностном слое, например, волокна из карбида кремния (SiC), чтобы повысить износостойкость этой композиционной детали за счет упомянутой поверхностной части.

Осуществления волоконных структур согласно изобретению излагаются ниже. Во всех этих осуществлениях переплетение выполнено жаккардовым ткацким станком.

Пример 1 (не отражен в формуле изобретения)

Фиг.4А-4Н показывают части восьми последовательных плоскостей переплетения волоконной структуры, полученного объемным переплетением; в сечении показана уточная пряжа.

Волоконная структура 10 содержит девять слоев уточной пряжи, т.е. восемнадцать полуслоев t1-t18. В срединной части 12 между двумя противоположными поверхностными слоями 14 и 16 объемное переплетение представляет собой интерлок-переплетение со значением плотности 10/10 на один слой (десять нитей пряжи на см в направлениях утка и основы). В поверхностных слоях 14 и 16 переплетение двухмерное, полотняного типа со значением 5/5 плотности слоя. Полотняное переплетение имеют только полуслои t1 и 12 и полуслои t17 и t18 уточной пряжи. Нужно отметить, что объемное интерлок-переплетение срединной части проходит к самым дальним полуслоям t1, tl8 поверхностного слоя, связывая эти полуслои со слоями срединной части.

В этом примере способы переплетения и значения плотности изменяются от срединной части к поверхностным слоям. Выполненный полотняным переплетением поверхностный слой обеспечивает относительно гладкое состояние поверхности. При выполнении уплотнения ХПП-методом объемное интерлок-переплетение срединной части дает меньший градиент уплотнения между поверхностным слоем и срединной частью, и меньшее значение плотности в поверхностных слоях обеспечивает доступ к срединной части волоконной структуры через поверхностные слои.

Пример 2

Фиг.5А-5Н показывают последовательные плоскости переплетения 20 волоконной структуры, полученные объемным переплетением, причем эта структура отличается от структуры примера 1 тем, что в поверхностных слоях 24, 26 переплетение является атласным переплетением со значением плотности 5×5, и оно выполнено только в самых дальних полуслоях уточной пряжи t1 и t18, причем переплетение срединной части 22 является интерлок-переплетением со значением плотности 10×10/слой.

В этом примере способ переплетения изменяется между срединной частью 22 и поверхностными слоями 24, 26; и атласное переплетение поверхностного слоя обеспечивает гладкую поверхность.

Пример 3

Фиг.6A-6J показывают часть последовательных слоев волоконной структуры 50, полученной объемным переплетением при помощи интерлок-переплетения в срединной части 52 и многослойного переплетения в поверхностном слое. В этом интерлок-переплетении каждая основная пряжа проходит по глубине двух полуслоев уточной пряжи. Многослойное переплетение в поверхностном слое 56 выполнено множественным атласным переплетением, с шагом 5, объединяя наружный уточный слой, сформированный двумя полуслоями, с примыкающим уточным полуслоем.

Показана только часть переплетения; причем число представленных пунктирными линиями уточных слоев можно увеличить; и поверхностный слой напротив поверхностного слоя 56 не показан, при этом переплетение упомянутого противоположного поверхностного слоя является переплетением того же типа, что и переплетение поверхностного слоя 56.

Пример 4

Фиг.7А-7Н показывают части последовательных плоскостей волоконной структуры 60, полученной объемным переплетением примера 3; при этом интерлок-переплетение в срединной части 62 проходит по трем полуслоям уточной пряжи вместо двух, и переплетение в поверхностном слое 66 является множественным атласным переплетением с шагом 4. Переплетение в поверхностном слое проходит по наружному слою уточной пряжи, составленному из двух объединенных полуслоев, и в чередовании по одному или другому из примыкающих полуслоев уточной пряжи в примыкании к наружному слою.

Пример 5

Фиг.8A-8J показывают последовательные плоскости переплетения волоконной структуры 70, полученной объемным переплетением с помощью объемного интерлок-переплетения в поверхностном слое 72 и атласного переплетения с шагом 10 в поверхностных слоях 74, 76.

Уточная пряжа расположена в шахматном порядке. Число уточных полуслоев в поверхностном слое может превышать число, показываемое пунктирными линиями.

Интерлок-переплетение в поверхностном слое проходит по двум полуслоям, и также атласное переплетение проходит по двум полуслоям; при этом наружный полуслой в поверхностном слое не относится к интерлок-переплетению срединного слоя.

Пример 6

Фиг.9А-9Т показывают части двадцати последовательных плоскостей части срединного слоя 92 волоконной структуры, получаемой объемным переплетением; причем уточная пряжа расположена в шахматном порядке.

Срединная часть 92 имеет первую часть 92а, переплетенную с первым интерлок-переплетением по двум полуслоям уточной пряжи; и вторую часть 92b, переплетенную со вторым интерлок-переплетением по двум полуслоям уточной пряжи. В первой части 92а основная пряжа, очерченная пунктирными линиями, показывает, что одну или более основных пряж можно предусмотреть на одном и том же пути - в зависимости от нужной толщины. Во второй части 92b показана только одна основная пряжа. Это расположение должно повторяться необходимое число раз в зависимости от нужной толщины.

Вторая часть 92b расположена между первой частью 92а и частью, являющейся поверхностным слоем и которая не показана. Переплетение поверхностного слоя может быть выполнено в виде многослойного переплетения, например в виде многослойного атласного переплетения, подобно поверхностному слою 56 волоконной структуры примера 3.

Когда срединная часть 92 расположена между двумя противоположными поверхностными слоями, она может содержать третью часть между первой частью и поверхностным слоем, на другой стороне первой части по сравнению со второй частью 92а, например, симметрично с ней относительно средней плоскости.

Использование двух разных переплетений в срединной части позволяет обеспечить разные механические свойства. В этом примере интерлок-переплетение в части 92а обеспечивает более прочную связь уточной пряжи, чем интерлок-переплетение в части 92b.

Пример 7

Фиг.10AA-10BN показывают части 40 последовательных плоскостей срединной части 102 волоконной структуры, полученной объемным переплетением, причем срединная часть 102 отличается от срединной части 92 примера 6 интерлок-переплетением, которое является другим в первой части 102а, при этом интерлок-переплетение во второй части 102b то же, что и во второй части 92b примера 6.

Интерлок-переплетение части 102а дает более слабую связь, чем переплетение в части 92а примера 6, но это переплетение выполняется легче.

Пример 8

Фиг.11А-11В показывают части двух последовательных плоскостей срединной части 112 волоконной структуры, которая отличается от этой части примера 6 тем, что переплетение в первой части 112а срединной части 112 является множественным полотняным переплетением, где переплетение во второй части 112b является интерлок-переплетением, аналогичным переплетению во второй части 92b примера 6.

Множественное полотняное переплетение в части 112а обеспечивает очень прочную связь уточной пряжи.

Пример 9

Фиг.12А-120 показывают последовательные плоскости переплетения для части 120 волоконной структуры очень небольшой толщины, имеющей только два слоя уточной пряжи t1 и t2.

Уточные слои связаны вместе основой С1 интерлок-переплетением, причем пряжа в каждом утке связана вместе двухмерным переплетением с помощью соответствующих основ С2 и С3. Двухмерное переплетение является переплетением атласного типа. Это переплетение может быть целесообразным, в частности, для той части волоконной структуры, которая соответствует очень тонкой части детали из композиционного материала, изготавливаемой, например, для части, прилегающей к задней кромке аэродинамической поверхности лопасти турбомашины.

Пример 10

Фиг.13А-13Н показывают последовательные плоскости переплетения для части 130 тонкой волоконной структуры, имеющей только три слоя уточной пряжи, т.е. поверхностные слои t1 и t2 и промежуточный срединный слой t3.

Уточные слои связаны вместе пряжей с помощью интерлок-переплетения. В поверхностных слоях 134, 136 волоконной структуры 130 переплетение выполнено множественным атласным переплетением. Как вариант, можно выполнить двухмерное переплетение в поверхностном слое с помощью атласного переплетения.

Нужно отметить, что в частях 120 и 130 волоконной структуры утки, в противоположность предыдущим примерам, не находятся в шахматном расположении.

Пример 11

Фиг.14А-130 показывают последовательные плоскости части 140 волоконной структуры, образующие переход между частями 120 и 130 примеров 9 и 10.

В части 140 можно видеть уточную пряжу t1 и t2 и промежуточный слой t'3, который является частичным, например, слой, который содержит половину числа уточной пряжи в качестве слоев t1 и t2.

Промежуточный слой t'3 связан со слоями t1 и t2 интерлок-переплетением аналогично интерлок-переплетению, связывающему вместе уточную пряжу части 130.

В поверхностном слое, в слоях t1 и t2, выполнено двухмерное переплетение с помощью атласного переплетения, аналогичного используемому в каждом из слоев t1 и t2 части 120 волоконной структуры.

Пример 12

Фиг.15А-15Н показывают последовательные плоскости части 150 волоконной структуры, образующей переход между частью 130 примера 10 и частью с толщиной, увеличенной на один слой.

Часть 150 содержит слои уточной пряжи t1 и t2, промежуточный слой t3 и дополнительный уточный слой t'4, который является частичным, например, является полуслоем; причем пряжа слоя t3 смещена на один уточный столбец к следующему, образуя расположение в шахматном порядке.

В срединном слое 152 слои t3 и t'4 связаны со слоями t1 и t2 интерлок-переплетением. В поверхностном слое 154, 156, в слоях t1 и t2, используется многослойное переплетение; в частности, многослойное атласное переплетение того же типа, которое использовано в качестве поверхностного слоя в части 60 структуры, показываемой на фиг.7А-7Н.

Переплетения примеров 9-12 увеличивают толщину волоконной структуры постепенно, обеспечивая непрерывность переплетения поверхностного слоя. Для этого необходимо прохождение от плоскости Р переплетения в плоскость Р+1 следующего переплетения (модуль числа плоскостей в нем). Например, увеличение толщины структуры 120 до структуры 150 можно получить постепенно в следующей последовательности плоскостей:

- 1-ая, 2-ая, 3-я плоскости (фиг.12А, 12В, 12С), имеющие переплетение структуры 120;

- 4-ая, 5-ая плоскости, т.е. 4-ая, 1-ая (поскольку 5 = 1 модуль 4) (фиг.14D, 14А) переплетения переходной структуры 140;

6-ая, 7-ая, 8-ая плоскости (фиг.13F, 13G, 13Н) переплетения 130; и

9-ая, 10-ая, 11-ая плоскости, т.е. 1-ая, 2-ая, 3-я (поскольку 9, 10, 11=1, 2, 3 модуль 8) переплетения переходной структуры 150 (фиг.15А, 15В, 15С).

Фотография согласно фиг.16 показывает часть волоконной структуры переменной толщины, образующую волоконную заготовку для лопасти вентилятора турбомашины. Показано, что непрерывность переплетений поверхностного слоя создана до края заготовки, соответствующего задней кромке аэродинамической поверхности лопасти. Ткацкое переплетение тонкой части выполнено согласно примерам 9-12 (фиг.12-15).

Группа изобретений к цельнотканной упрочняющей волоконной структуре для изготовления детали из композиционного материала и детали, включающей данную структуру. Волоконная структура имеет внутреннюю или срединную часть и часть, примыкающую к внешней поверхности или поверхностному слою структуры, при этом волоконная структура сформирована объемным переплетением в ее срединной части при помощи, по меньшей мере, одного переплетения, выбранного из интерлок-переплетения и многослойного переплетения, и путем переплетения в ее поверхностном слое с атласным переплетением. Достигаемый при этом технический результат заключается в создании цельнотканого упрочняющей волоконной структуры с заданными механическими свойствами и сохраненной структурной непрерывностью. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 134 ил.

1. Цельнотканая упрочняющая волоконная структура для изготовления детали из композиционного материала; причем волоконная структура имеет внутреннюю или срединную часть и часть, примыкающую к внешней поверхности или поверхностному слою структуры, при этом волоконная структура сформирована объемным переплетением в ее срединной части при помощи, по меньшей мере, одного переплетения, выбранного из интерлок-переплетения и многослойного переплетения, и путем переплетения в ее поверхностном слое с атласным переплетением.

2. Волоконная структура по п.1, сформированная объемным переплетением, причем, по меньшей мере, одно интерлок-переплетение находится в ее срединной части, и атласным переплетением в ее поверхностном слое.

3. Волоконная структура по п.2, в которой переплетение поверхностного слоя является многослойного типа.

4. Волоконная структура по п.2, в которой переплетение поверхностного слоя является переплетением двухмерного типа.

5. Волоконная структура по п.1, сформированная многослойным переплетением в ее срединной части и многослойным переплетением в ее поверхностном слое с переплетением, отличающимся от переплетения срединной части.

6. Волоконная структура по п.1, сформированная многослойным переплетением в ее срединной части и двухмерным переплетением в ее поверхностном слое.

7. Волоконная структура по п.1, в которой срединная часть имеет первую часть, сформированную объемным переплетением с первым переплетением, и, по меньшей мере, одну вторую часть, расположенную между первой частью и поверхностным слоем; причем вторая часть сформирована объемным переплетением со вторым переплетением, отличающимся от первого.

8. Волоконная структура по п.7, в которой первое и второе переплетения являются интерлок-переплетениями.

9. Волоконная структура по п.7, в которой первое и второе переплетения являются многослойными переплетениями.

10. Волоконная структура по п.9, в которой первое и второе переплетения являются многослойными атласными переплетениями, имеющими разный шаг.

11. Волоконная структура по п.7, в которой одно переплетение из числа первого и второго переплетений является интерлок-переплетением, и другое - многослойным переплетением.

12. Волоконная структура по п.1, в которой, по меньшей мере, одно значение плотности основы и утка изменяется между срединной частью и поверхностным слоем.

13. Волоконная структура по п.12 для изготовления деталей из композиционного материала уплотнением методом химической паровой пропитки (ХПП), в которой, по меньшей мере, либо значение плотности основы, либо значение плотности утка меньше в поверхностном слое, чем в срединной части.

14. Волоконная структура по п.1, в которой диаметр пряжи, используемой для переплетения, изменяется между срединной частью и поверхностным слоем.

15. Волоконная структура по п.1, имеющая, по меньшей мере, часть уменьшенной толщины с двумя слоями уточной пряжи и сформированная объемным переплетением с интерлок-переплетением, связывающим вместе два уточных слоя; и двухмерным атласным переплетением, связывающим вместе пряжу в каждом поверхностном слое.

16. Волоконная структура по п.1, имеющая волокно уменьшенной толщины с тремя слоями уточной пряжи и сформированная объемным переплетением с интерлок-переплетением, связывающим вместе три уточных слоя, и центральный слой уточной пряжи также связан с каждым из других двух слоев многослойным атласным переплетением.

17. Волоконная структура по п.1, имеющая переходную часть между первой частью и второй частью, имеющей полный слой уточной пряжи, который является дополнительным по сравнению с первой частью; причем переходная часть имеет частичный слой уточной пряжи, который является дополнительным по сравнению с первой частью.

18. Волоконная структура по п.17, в которой уточная пряжа дополнительного частичного слоя находится между двумя полными слоями уточной пряжи и связана с ними переплетением с интерлок-переплетением.

19. Деталь из композиционного материала, имеющая волоконное упрочнение, уплотненное полимерной матрицей, и в которой волоконное упрочнение сформировано волоконной структурой согласно любому одному из пп.1-18.

20. Деталь по п.19, образующая лопасть турбомашины.

21. Деталь из термоструктурного композиционного материала, имеющая волоконное упрочнение, уплотненное матрицей, и в которой волоконное упрочнение сформировано волоконной структурой согласно п.1.