用于增加复合结构的耐火性和断裂韧性的方法和装置制造方法及图纸

本申请描述了用于增加复合结构的耐火性和断裂韧性的方法和装置。一种示例装置包括复合结构，该复合结构由最内侧板层以及包括用于增加结构的耐燃性的第一添加剂的耐火板层形成，其中耐火板层是复合结构的内板层。

Methods and devices for increasing fire resistance and fracture toughness of composite structures

The present application describes methods and devices for increasing fire resistance and fracture toughness of composite structures. An example device includes a composite structure consisting of the innermost plate layer and a refractory plate layer comprising a first additive for increasing the flame resistance of the structure, in which the refractory plate layer is the inner plate layer of the composite structure.

【技术实现步骤摘要】
用于增加复合结构的耐火性和断裂韧性的方法和装置
本公开总体上涉及复合结构，并且更具体地涉及用于增加复合结构的耐火性和维持该复合结构的断裂韧性而不影响制造流程或重量的方法和装置。
技术介绍
飞机的机身必须符合由管理机构(例如美国联邦航空管理局)设定的安全标准。通常，飞机的机身结构和相应的最低蒙皮规格通过基于规定和安全标准的机械负载和/或损伤容限来设定尺寸(例如波音787和空客A350)。迄今为止，较大型飞机上的最低蒙皮规格具有足够的热厚度，并具有足够的耐火性以防止火焰蔓延。
技术实现思路
一种示例装置包括复合结构，该复合结构由最内侧板层(ply)以及包括用于增加结构的耐燃性的第一添加剂的耐火板层形成，其中，耐火板层是复合结构的内板层。另一示例装置包括用于形成飞机的多板层结构的板层的基础复合物，用于降低板层和多板层结构的可燃性的第一添加剂、以及用于增加多板层结构的断裂韧性的第二添加剂。一种示例方法包括：铺设第一复合板层；铺设第二复合板层，该第二板层包括耐火添加剂；铺设第三复合板层；以及使板层固化以形成复合结构，该复合结构具有耐火特性。附图说明图1A至1C是本文描述的示例多板层复合结构的横截面图。图2是图1A的示例多板层复合结构的分解图。图3说明包括机身的飞机，利用该机身可实现本文描述的示例多板层复合结构。图4描绘示例飞机的示例横截面图，利用该示例飞机可实现本文描述的示例多板层复合结构。图5A和图5B描绘可包括耐火添加剂的飞机的示例纵梁。图6描绘表示制造图1A至1C的示例多板层复合结构的方法的示例流程图。图7是描绘通过示例复合结构的热流的示图。附图未按比例。相反，为了阐明多个层和区域，层的厚度可在附图中被放大。只要有可能，贯穿一个或多个附图和附随书面描述将使用相同附图标记来指代相同或相似的部分。如在该专利中所使用的，阐述任何部分(例如，层、膜、区域或板)以任何方式定位于(例如，定位在、位于、设置在或形成在)另一部分上表示所引用的部分与另一部分接触，或者所引用的部分在另一部分上方，其中一个或多个中间部分位于其间。阐述任何部分与另一部分接触意指在两个部分之间不存在中间部分。具体实施方式本文描述的示例复合结构是多板层复合结构，其包括添加到至少一个板层的耐火材料。如本文所用，术语耐火可用于指耐火和/或阻燃的材料。示例耐火材料可添加到出于结构原因所需的板层中，而非将耐火材料添加到附加的非结构板层中。因此，与具有经添加的耐火涂层或单独添加的非结构板层的复合结构相比，示例复合结构可更快速且以更低成本制造。本文描述的示例复合结构可用于各种应用，包括飞机、船只、航天器、汽车、陆地车辆、涡轮机、运动设备、军事设备、医疗设备、消费品等。与本文所述的耐火材料一体化的示例复合结构符合多个行业的耐火标准和断裂韧性标准。一种示例复合结构包括至少第一板层和第二板层。在一些示例中，第一板层可具有与第二板层不同的厚度和/或可由与第二板层不同的材料制成。例如，第一板层可为具有在7.5微英寸至9微英寸之间的厚度的织物型复合材料，并且第二板层可为具有在5微英寸至8微英寸之间的厚度的带材型复合材料。替代地，第一和第二板层可具有基本上相同的厚度并可由相同类型的复合材料制成。板层中的一个可包括用于增加复合结构的耐燃性的添加剂(例如无机-有机混合材料)。在一些示例中，第二板层包括添加剂。在一些示例中，第一板层以第一角度定向，并且第二板层以第二角度定向(即，第一板层的复合纤维相对于第二板层的纤维以不同的方向定向)。在一些示例中，复合结构包括一个或多个附加板层，其可为织物型复合板层、带材型复合板层、预浸料板层、电磁效应(EME)板层或任何其他类型的复合板层。在一些示例中，复合结构的顶部表面和底部表面(例如，内表面和外表面，第一板层和最后板层)由织物型复合板层形成。另外，复合结构的第一板层和最后板层可不包括添加剂，其包括在内板层(例如第二板层)中。在一些示例中，复合结构包括不包括添加剂(例如，可添加到第二板层的用于增加耐燃性的添加剂)的一个或多个附加内板层。在这些示例中，包括添加剂的板层(例如第二板层)的耐燃性比复合结构的其他板层的耐燃性高。复合结构的单一板层(例如第二板层)的增加的耐燃性增加了整个结构的耐燃性。在一些示例中，复合结构的一个或多个板层包括用于增加复合结构的断裂韧性或强度的第二添加剂。在一些示例中，第二添加剂被添加到与增加耐燃性的添加剂相同的板层中。一些示例第二添加剂包括热塑性塑料，其在与火焰接触时焦化以形成防止火焰蔓延的保护层。一种示例板层可包括用于形成板层的基础复合物(例如，复合树脂、纤维等)。在一些示例中，基础复合物可为按质量计大约30％至45％树脂。复合物的纤维(例如，碳纤维)的体积分数可在45％至65％之间。多个板层可由基础复合物形成。在一些示例中，可使用相同的基础复合物来形成不同类型的复合板层(例如，带材型板层、织物型板层、预浸料板层、EME板层等)。第一添加剂(例如无机-有机混合阻燃剂)可添加至基础复合物的一部分(例如，可用于形成多板层复合结构的一个板层的复合树脂的一部分)。第一添加剂可用于降低暴露于火源的表面附近的板层的可燃性，并且因此降低复合结构的可燃性。在一些示例中，第二添加剂(例如，焦化热塑性塑料)也可添加到基础复合物的部分。第二添加剂可用于增加多板层复合结构的断裂韧性，并且可为纳米管、纳米颗粒、膜、纱、网、增韧颗粒或丝状材料的形式。另外地或替代地，如果例如第二添加剂是纱或某种颗粒(例如，PEEK颗粒)，则第二添加剂可进一步改进耐燃性。即，在一些示例中，复合结构的第二板层可包括第一添加剂，并且复合结构的附加板层(例如，第三板层、第四板层)可包括第二添加剂。此外，在一些示例中，当第二添加剂为焦化热塑性材料时，第三添加剂(例如高岭土粘土、三聚氰胺等)可与第二添加剂一起添加以促进第二添加剂中的焦化。示例板层可通过以下方式形成复合结构(例如，飞机的复合机身)：铺设第一板层(例如，最内侧板层)；铺设包括耐火添加剂(例如无机-有机混合材料)第二板层；以及铺设第三板层(例如，最外侧板层)。在一些示例中，板层可为织物型复合物、带材型复合物、预浸料复合物和/或其任何组合。另外，一些示例复合结构可包括设置在第一板层与第三板层之间的附加内板层。在一些示例中，附加内板层中的每个可定位于包括添加剂的第二板层的任一侧上。即，包括添加剂的板层可不一定是复合结构的第二板层。通常，包括增加耐火性的添加剂的多板层复合结构的板层被定位成，相比于复合结构的第二表面(例如，外表面)，更靠近复合结构的第一表面(例如，内表面)。因此，示例复合结构防止了复合结构的内部上的火焰蔓延。附加内板层可不包含添加剂。替代地，附加板层中的一个或多个可包括与包括增加耐火性的添加剂的第二板层中的添加剂不同的添加剂(例如，增韧添加剂、焦化诱导添加剂)。在铺设多板层结构的所有板层之后，使板层固化(例如，使用共固化和/或共粘合工艺)以形成具有耐火特性的单一复合结构(例如，飞机的机身)。飞机的机身必须符合由管理机构(例如美国联邦航空管理局)设定的安全标准。通常，飞机(例如波音787和空客A350)的机身结构和相应的最低蒙皮规格通过机械负载来设定尺寸。当前较大型飞机上的最低蒙皮规格为热厚型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增加复合结构的耐火性和断裂韧性的装置，包括：由以下形成的复合结构：最内侧板层(102)；以及耐火板层，包括用于增加所述复合结构的耐燃性的第一添加剂，其中，所述耐火板层是所述复合结构的内板层(106)。

【技术特征摘要】
2017.07.26 US 15/660,3761.一种用于增加复合结构的耐火性和断裂韧性的装置，包括：由以下形成的复合结构：最内侧板层(102)；以及耐火板层，包括用于增加所述复合结构的耐燃性的第一添加剂，其中，所述耐火板层是所述复合结构的内板层(106)。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耐火板层定位在所述复合结构的板层的最内侧50％内。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述耐火板层定位在所述复合结构的板层的最内侧33％内。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耐火板层定位在所述复合结构的板层的最外侧33％内。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述最内侧板层(102)以第一角度定向，并且相邻板层以第二角度定向。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述最内侧板层(102)具有第一厚度，并且所述耐火板层具有比所述第一厚度小的第二厚度。7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括附加内板层(106)，其中，所述附加内板层(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·L·鲍尔，马克·E·罗加尔斯基，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US