纤维增强的层合体和包括其的夹心复合材料制造技术

本公开包括纤维增强的层合体和包含其的夹心复合材料。

Fiber reinforced laminates and sandwich composites including them

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维增强的层合体和包括其的夹心复合材料相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月11日提交的美国临时专利申请第62/544771号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。背景1.
本专利技术一般涉及纤维增强的复合材料，并且更具体而言，涉及纤维增强的层合体和包括其的夹心复合材料。2.相关领域的描述夹心复合材料是包括芯层和设置在芯层的相反侧上的表层的复合材料。在典型的夹心复合材料中，芯层比表层厚且密度低，表层比芯层硬。夹心复合材料通过其表层和芯层之间的配合可以同时具有较高的刚度和较低的重量；例如，硬表层可以抵抗复合材料的弯曲，这通过使表层设置在低密度芯层上的定位而增强。举例而言，芯层可以包括泡沫、蜂窝结构、铝和/或木材等，表层通常包括纤维增强的层合体。在许多夹心复合材料中，表层是正交层层合体，或是仅包括0°和90°层的层合体。由于期望减轻重量和厚度，这种正交层层合体通常是不对称的，例如包括单个0°层和单个90°层的那些。尽管具有减小的重量和厚度，但是这种层合体由于其不对称铺层而可能在固结和冷却期间翘曲。当制备夹心复合材料时，翘曲的层合体造成许多挑战。例如，翘曲的层合体可能阻碍其相反于芯层的放置，使其与芯层的结合复杂化，损坏用于这种结合的设备和/或在夹心复合材料中引起翘曲等。
技术实现思路
本专利技术的一些层合体例如可以通过具有以下部分而抵抗在固结和冷却期间的翘曲(尤其是有助于使用这种层合体制备夹心复合材料)：(1)包括一个或多于一个单向(UD)层的内部部分，其纤维沿第一方向排列；(2)设置在内部部分的相反侧上的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层，其纤维沿基本上垂直于第一方向的第二方向排列。通过例如使层合体内部部分的UD层与层合体第一外部部分的UD层和层合体第二外部部分的UD层具有不同的总体厚度和/或单位面积重量(arealweight)，一些此类层合体可以在没有不期望的厚度和/或重量的情况下获得上述益处。为了说明，在每个外部部分中UD层的总体厚度和/或单位面积重量大约是其内部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量的一半的这种层合体，可以抵抗固结和冷却期间的翘曲，同时具有与具有相同厚度和/或相同单位面积重量的0°和90°层的常规不对称层合体基本上相同的厚度和/或单位面积重量。至少通过定制外部部分和内部部分中的每一个UD层的总体厚度和/或单位面积重量，一些这样的层合体不仅可以抵抗固结和冷却期间的翘曲和具有与常规不对称的、相同厚度和/或相同单位面积重量的0°和90°层层合体相当的厚度和/或单位面积重量，而且与这样使用此类常规层合体时相比，至少在用于夹心复合材料时可以出人意料地提供增加的夹心复合材料的机械性质(例如，最大负载、刚度、吸收能量的能力)。这样的层合体可以包括其中内部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量是第一外部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量和第二外部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量的1.5至2.5倍(例如，1.5至2.0倍)的那些层合体。认为可以由层合体的内部部分和外部部分具有不同的纤维重量和/或体积分数的层合体来得到类似的益处；例如，在这种层合体中，对于每个外部部分，UD层的纤维重量和/或体积分数可以小于95％(例如，小于90％)的内部部分的UD层的纤维重量的和/或体积分数。除非本公开明确地另外要求，否则要素前无数量词被定义为一个或多于一个。如本领域普通技术人员所理解的，术语“基本上”被定义为在很大程度上但不一定完全是被指定的内容(并且包括被指定的内容；例如，基本上90度包括90度，基本上平行包括平行)。在任何公开的实施方案中，术语“基本上”和“约”可以用“在被指定的内容的[百分比]内”的代替，其中百分比包括0.1％、1％、5％和10％。短语“和/或”是指和或者或。为了说明，A、B和/或C包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合或A、B和C的组合。换言之，“和/或”表示包括性的或。此外，以某种方式配置的装置或系统至少以这种方式配置，但是其也可以以具体描述的方式之外的其他方式配置。术语“包括”、“具有”和“包含”是开放式连接动词。因此，“包括”、“具有”或“包含”一个或多于一个元件的设备具有那些一个或多于一个元件，但不限于仅具有那些一个或多于一个元件。同样，“包括”、“具有”或“包含”一个或多于一个步骤的方法具有那些一个或多于一个步骤，但不限于仅具有那些一个或多于一个步骤。任何设备、系统和方法的任何实施方案可以由或基本上由任何所描述的步骤、元件和/或特征组成，而不是包括/具有/包含任何所描述的步骤、元件和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由……组成”或“基本上由……组成”可以代替上述任何开放式连接动词，以改变给定权利要求的范围而使其不同于使用开放式连接动词时权利要求的范围。除非本公开或实施方案的性质明确禁止，否则即使没有描述或示出，一个实施方案的特征也可以应用于其他实施方案。上面描述与实施方案相关的一些细节，下面描述其他细节。附图的简要说明以下附图通过举例而非限制的方式示出。为了简洁和清楚起见，并不总是在出现该结构的每个图中标记给定结构的每个特征。相同的附图标记不一定表示相同的结构。而是，相同的附图标记可以用于指示相似的特征或具有相似功能的特征，不同的附图标记也可如此。图1是本专利技术层合体的第一实施方案的俯视图。图2描绘了图1的层合体的铺层(layup)。图3是图1的层合体沿图1的线3-3截取的横截面侧视图。图4描绘了本专利技术层合体的第二实施方案的铺层。图5描绘了本专利技术夹心复合材料的一个实施方案。图6和图7描绘了适合用于制备本专利技术层合体和夹心复合材料的实施方案的压力机。图8A和图8B是本专利技术层合体的实施方案的图像。图8C是对比层合体的图像。图9A至图9C是对比层合体的图像。图10A至图10H是本专利技术层合体的实施方案的图像。图11描绘了用于确定本专利技术夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的机械性质的三点弯曲测试。图12A至图12D是分别显示本专利技术夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的最大负载、斜率、横向剪切刚度和弯曲刚度的图。图13是在本专利技术夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的三点弯曲测试期间的负载与变形的曲线图。图14是显示在三点弯曲测试期间本专利技术夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料吸收的能量的图。图15A至图15D是在三点弯曲测试之后本专利技术夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的样品的图像。详细描述本专利技术的层合体(例如，下面更详细描述的10A、10B等)可以包括三个或多于三个UD层(例如，UD层14a至14g中的任何三个或多于三个)，每个UD层包括分散在聚合物基体材料(例如22)中的纤维(例如，18)。UD层可以是分层的，使得层合体包括：(1)具有一个或多于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夹心复合材料，其包括：/n芯；和/n设置在所述芯的相反侧的第一层合体和第二层合体，每个层合体包括：/n三个或多于三个单向(UD)层，每个单向层包括：/n聚合物基体材料；和/n分散在所述聚合物基体材料内的纤维；其中UD层是分层的，使得层合体包括：/n内部部分，其包括一个或多于一个UD层：/n在每个UD层中纤维沿第一方向排列；和/nUD层具有总体厚度；和/n设置在所述内部部分相反侧的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层：/n在每个UD层中纤维沿基本上垂直于第一方向的第二方向排列；和/nUD层具有总体厚度；/n其中，所述第一外部部分的UD层的厚度基本上等于所述第二外部部分的UD层的厚度；和/n其中，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的0.6至3.25倍；和/n其中所述UD层的总体厚度为约0.4毫米(mm)至约1.0mm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170811 US 62/544,7711.一种夹心复合材料，其包括：
芯；和
设置在所述芯的相反侧的第一层合体和第二层合体，每个层合体包括：
三个或多于三个单向(UD)层，每个单向层包括：
聚合物基体材料；和
分散在所述聚合物基体材料内的纤维；其中UD层是分层的，使得层合体包括：
内部部分，其包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿第一方向排列；和
UD层具有总体厚度；和
设置在所述内部部分相反侧的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿基本上垂直于第一方向的第二方向排列；和
UD层具有总体厚度；
其中，所述第一外部部分的UD层的厚度基本上等于所述第二外部部分的UD层的厚度；和
其中，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的0.6至3.25倍；和
其中所述UD层的总体厚度为约0.4毫米(mm)至约1.0mm。


2.根据权利要求1所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的1.5至2.5倍。


3.根据权利要求2所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的1.5至2.0倍。


4.根据权利要求3所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体：
所述内部部分的UD层的厚度为约0.250mm；并且
所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度各自为约0.156mm。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的夹心复合材料，其中，所述第一层合体的UD层的厚度基本上等于所述第二层合体的UD层的厚度。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体：
所述第一外部部分的UD层的总体单位面积重量基本上等于所述第二外部部分的UD层的总体单位面积重量；并且
所述内部部分的UD层的总体单位面积重量是所述第一外部部分的UD层的单位面积重量和所述第二外部部分的UD层的单位面积重量的0.5至3.7倍。


7.一种夹心复合材料，其包括：
芯；和
设置在所述芯的相反侧的第一层合体和第二层合体，每个层合体包括：
三个或多于三个UD层，每个UD层包括：
聚合物基体材料；和
分散在所述聚合物基体材料内的纤维；
其中所述UD层是分层的，使得层合体包括：
内部部分，其包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿第一方...

【专利技术属性】
技术研发人员：约里斯·维斯曼斯，亨德里克扬·勒德波尔，
申请(专利权)人：加固纤维热塑性塑料私人有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL