专利名称：加固物品及其制造方法 纤维加固复合结构的优点是重量轻，同时能够提供诸如强度之类的机械优势。但是，在许多应用场合中，由于涉及到的成本，成型塑料、木材或金属结构更为优选，这是因为它们更容易制造。但是在许多时候，许多物品(例如包装或储藏箱)由于操作时较粗暴而容易受损，或者由于重量和强度方面的考虑而使其容纳能力受限。虽然纤维加固复合结构将更为理想，当制造复杂三维(3D)结构所涉及的费用是需要考虑的问题。这是因为复合结构通常是以纤维织物扁平基底开始的。随后所述基底必须制成物品的形状，随后所述物品涂敷树脂并以希望的形状热成形或固化。对于相对较平或平滑的表面更容易进行这些操作。但是，对于成角度的平面(例如在盒子或箱子的侧面结合处、拐角和底部)，就需要切割或暗缝(darting)。这属于劳动密集型工作并增加了生产成本。对于通常被认为并不昂贵的物品，增加成本将超出其在被加固方面的优点。虽然织物3D结构可以通过特殊机器进行编织，其所涉及的费用是需要考虑的问题，而且很少有人希望具有专用于产生简单结构的编织机。因此，虽然在许多应用场合下希望用纤维加固物品来代替类似的塑料、木材或金属结构，但需要降低生产过程中涉及的成本。通过做到这一点，可以使纤维加固物品进行相对较大规模的生产并进行更广泛的应用。
本发明的主要目的是使用于3D结构的加固织物进行切割和暗缝的需要最小化或者得到消除。本发明的另外一个目的是简化所述结构的制造并降低所需劳动力。本发明的另外一个目的是避免使用特殊编织设备来产生3D结构。
本发明的另外一个目的是提供一种产生加固织物的方法，所述方法易于产生各种各样的不同3D结构。
从本发明中上述和其他的目的和优点是显而易见的。本发明致力于提供一种适合作为3D复合结构加强物的特殊设计的织物。这种加强物可以在传统编织机器上编织。其以织物2D结构开始，随后形成为3D结构，特别是具有很深褶皱的3D结构。为了提供这种结构，加固织物按照这种方式编织，在织物的部分中，经线和纬线或者填充纤维相互放置在上面并且不互锁。在这个部分中，当织物被拉伸或折叠成形时，纤维能够独立移动并且相互越过而滑动。如果所述部分为矩形或正方形外形，它可以按照这种方式折叠，即经线和纬线纤维沿自身和相互折叠，以沿单向方式排列，所述单向方式产生拐角，所述拐角用做最终结构中的压缩柱(compression column)。
另一种产生加固织物的方法是通过缝合结合织物。这些织物是通过高速纤维放置/纤维布置技术和编织技术的结合获得的。在缝合结合织物中，经线和纬线方向上的纤维或纱线并未交织。编织针以第三缝合纱线连接经线和纬线纤维的交叉点。缝合纱线还结合邻近缝合纱线的条痕。在本发明中，经线和纬线的所选区域未通过产生与上述实施例中的“非编织”区域的缝合纱线结合。因此，在这些区域中，当织物被拉动或者折叠成形时，纤维可以独立移动并且相互通过而滑动。
另一种产生加固织物的方式是使两个纤维层相对彼此以90度(或者其他角度)放置，随后在选择的区域中在经线和纬线交叉点上一起结合。这将需要纤维两个方向中的至少一个由热塑性塑料纤维或具有热塑性塑料涂层或成分的纤维组成。那些被结合的区域将作为“织物”。那些未结合的区域将作为与以前的实施例相似的“非织物”区域。


本发明的目的和优点通过结合附图的说明书可以得到理解。
图1说明采用了本发明原理的扁平2D织物的结构；图2A至图2D说明了折叠或向下拉动织物以产生深褶皱的顺序；图3是说明具有多个区域的2D织物，在所述区域中经线和纬线纤维未交织，以在折叠或向下拉动时产生复杂结构；图4是由图3所示的织物制成的3D结构的透视图；图5是采用了本发明原理的缝合结合织物透视图；图6是采用了本发明原理的具有未通过缝合纱线结合的选择区域的缝合结合织物透视图。

下面请特别注意附图，其中相似元件将具有相同的标号。在图1中示出了说明本发明的扁平2D织物加强织物10。织物10可以使用平纹、缎纹、斜纹等传统编织图案或者其他任何适合于此目的图案进行编织。所用纤维可以是任何能够编织的纤维、合成的或者天然的，例如包括由玻璃、凯夫拉尔?、碳、尼龙、人造丝、聚酯、棉等制成的纤维，并可以在传统编织设备上进行编织。
在图1中，经线纤维显示为沿A方向，并具有沿B方向的纬线。为了进行说明，织物10被分为沿折叠线30-36划分的区域12-28。在区域12-18和22-28中，纤维按照传统方式编制，经线与纬线交织。在区域22中这些纤维未交织，换言之，纬线纤维在经线纤维之下跳花。因此，在区域20中纤维可以彼此独立移动。
一旦织物10构成，则可以形成希望的外形。如果其用做加固结构，则织物可以注入希望的材料或者树脂，并随后形成或热成形为外形。作为选择，可以编织由结构纤维和热塑树脂构成的混合粗纤维，以产生随后热成形的预型件。
请参看图2A至图2D，图2A中显示了扁平2D织物10。织物10随后沿与经线纤维平行的折叠线30和32折叠，如图2B所示。织物10随后沿与纬线纤维平行并与经线纤维垂直的线32合6折叠，如图2C所示。在此过程中，由于区域20中的经线和纬线纤维未交织，它们彼此滑过并最终聚集在拐角38，如图2D所示。拐角38中的纤维现在为单向并且可以作为压缩柱，并且增强形成的结构的强度。上述过程可以通过具有希望的成形铸模的热成形装置或者适合于此用途的其他装置自动进行。随后该结构被热定形或固化。
上述过程有效地避免了切割或暗缝的需要，从而减小了所需劳动量并减小了最终的物品成本。本发明增加了制造的自动化程度并因而拓宽了加固结构应用的范围。
现在请参看图3，图3显示了扁平织物2D织物110。织物110说明了在织物结构中经线纤维仅放置在纬线纤维上的多个区域120。使用这种织物110，可以折叠并成形为复杂的加固结构130，如图4所示。当然通过改变经线纤维与纬线纤维未互连的区域的尺寸和位置也可以产生其他外形。
在另一个实施例中，还有在这些年设计的传统编织机的替代织物形成机，某些依靠高速纤维放置/纤维布置技术和编织技术的结合。如上所述，在这种机器上制成的纤维通常被称为“缝合结合织物”或“编织贯穿(knitting through)”技术。这种织物的经线和纬线方向上的纤维或纱线未交织。它们分层放置。例如，纤维的经线纱线在织物的一个表面上，并且纬线纱线在织物的另一个表面上。如图5所示，在所示缝合结合织物200中，编织针以第三缝合纱线206连接经线202和纬线204纤维的交叉点。缝合纱线206用于两个目的。首先，它们在每个交叉点208处连接经线202和纬线204纱线。第二，缝合纱线206还将纱线206的凸纹210与纱线206的相邻凸纹210连接。没有这种互相连接将不能形成织物。“标准”缝合结合织物设计，例如由从位于德国奥伯豪森的Meyer纺织机器公司获得的Malimo?技术生产的设计，导致全部纱线交叉点由缝合纱线206连接。但是，如图6所示的本发明的织物200具有织物200的选择区域214，区域214不具有由缝合纱线206连接的经线和纬线纱线。这是通过重新设计缝合纱线机构获得的，从而可以独立地控制希望连接的区域和不希望连接的区域，因而产生如上所述将以相同方式运转的“编织”和“非编织”区域。需要指出，由于存在纬线纱线能够在该方向上稳定织物，因此不需要在每个设计中通过缝合纱线进行邻近凸纹的互连。
另外，希望利用缝合结合织物将纤维垫或罩与经线、纱线和缝合纱线合并。这些垫可以应用在表面上，例如加强希望的特征(例如更光滑的表面加工)。纤维垫可以按照这种方式引入，即编织针穿过垫并因而通过缝合纱线将其连接至织物。
另一种按照上述相同方式产生加固织物的方法如下。其包括，平行纱线或纤维的两层以90度(如果适合于本目的，也可以以其他角度)放置，然后在选择区域中互相连接，以在经线和纬线交叉点处固定纤维位置。上述过程提供，纤维两个方向中至少一个包括热塑塑料纤维、具有热塑塑料涂层的纤维或者具有热塑塑料成分(例如混合纤维)的纤维。在这方面，热塑塑料涂层(或成分)将被加热到聚合物(热塑性材料)熔化的温度点，粘附在与其接触的纤维上，并随后被冷却，以提供半持久性的连接。其他区域将不被连接。未连接的区域将按照如上所述的“非编织”区域相同的方式自由移动。连接可以通过电受热接触点而实现，例如通过激光、超声波或其他适合于此目的的方式。通过这种方法，加固织物的生产速度得到加快。
因此，通过本发明实现了所述目的和优点，虽然详细说明了优选实施例，但本发明的范围不局限于所述实施例，而是由所附权利要求限定。


一种用于提供加固等的织物，其由二维扁平织物制成，所述扁平织物包括经线和纬线纤维互锁在一起的部分以及经线和纬线纤维未互锁在一起的部分，使织物不经过切割和或暗缝(darting)就能够被折叠以产生三维结构。