薄层层压材料制造技术

使用厚度小于０．０８ｍｍ的薄层的纤维复合材料提供了改进的抗分层性和层压材料的更薄最小规格。薄层可以与普通层混合，进行交织以便提高强度，并用粘接剂作为连接的增强物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及纤维复合材料，特别是涉及使用薄层(ply)以便获得改进的物理特性的复合材料以及制造该材料的方法。
技术介绍
普通的复合材料层(由树脂浸渍或并不由树脂浸渍)为至少0.12mm厚。复合材料层的层压材料通过将单向层堆垛在一起且随后进行某些凝固和固化处理而形成。需要有不同方向的层，以便提供沿多个方向的机械特性。这样，当需要最少两个层方向时，例如一个层定向为参考0°角，另一个为90°。在下文中，将使用标记或来描述层的层方向，例如，一层在0°且另一层以90°层压在第一层上，或者一层处于45°且层压在-45°的另一层上，表示相对于轴线的方向(单位为度)。另外，层压材料必须对称地堆垛，以避免翘曲。因此，在现有技术中，最少三层(类似)或四层(类似)的最小(规格)总厚度为0.36或0.48mm，不管该厚度是否需要，因为各层为至少0.12mm。通常采用方向为的4层。当形成得对称时，需要8层，且最小总层压材料厚度为大约8×0.12mm，或者为大约1mm(使用至少0.12mm的普通层)。分层通常产生于层压材料的自由边缘处，或者在施加集中的支承负载的点处，或者在受到横向冲击或在层压材料固化过程中形成应力的点处。不管它的来源如何，分层都是故障模式，它通常限制了对多方向层压材料的关键的平面内承载能力的充分潜力的利用。当复合材料用于越来越多的重要结构(例如波音787以及空中客车350和380飞机)时，复合材料部件可以有数百个层厚。对于接收复合材料的很多用途，分层是严重威胁。一种常用方案是使层压材料形成为3维织物。这种纺织技术有多种。它们有至少两个缺点成本可能更高，且平面内特性降低，从而形成用于平面外纤维的空间。作为该方案的一种可选代替方式使用横向缝合。该方法并不昂贵，但是还不可靠。缝合引起对复合层压材料的附加损坏。
技术实现思路
简要地说，本专利技术实施例包括一种层压材料，该层压材料利用0.08mm厚度或更小厚度的薄层来构成。可选实施例包括厚度小于0.08mm的薄层和至少0.12mm厚度的更厚普通层的组合。这些组合提供了改进的抗微破裂和分层的性能，使层压材料的最小规格更薄，提供了较厚和较薄层混合的机会，增强了粘接连接，使交织产品具有比普通织物更高的性能，提高了管和容器的直接强化，并提供了切碎的纤维以便形成更强的板模制混合物。多方向层的子层压材料(下文中称为“子层压材料模块”)能够形成为用于复合层压材料的基本构造块，从而降低了装配成本，同时保持很高的抗分层性。不管是否进行自动化，由薄层子层压材料和层压材料形成的产品相对于由普通厚度层的层压材料构成的产品将在成本上有竞争力。利用已知的纤维束伸展处理，普通的12k碳、玻璃或Kevlar纤维的纤维束(大约0.12mm厚)可以伸展而形成0.02mm厚的纤维条。通过这样的薄层，例如本专利技术的3层方向对称子层压材料可以有0.12mm厚度，与普通0.12mm层相同。最小规格减小至普通层的厚度的六分之一(1/6)。在对称4层层压材料中，最小规格将为0.16mm。该小规格模块提供了通过普通厚层无法达到的设计选择，并有更高的抗分层性。实际上，普通复合材料结构的许多设计受到该分层标准的支配。因此，利用薄层层压材料可以有效设计更高性能或更轻重量的结构。附图说明图1表示了本专利技术的薄层层压材料；图2表示了现有技术的更厚层；图3是作为层厚的函数的法向应力的曲线图；图4是作为层厚的函数的剪切应力的曲线图；图5是作为层厚的函数的分层开始应力的曲线图；图6A表示了厚层和薄层的使用；图6B表示了子层压材料；图7A是使用子层压材料的复合材料的透视图；图7B是使用子层压材料的复合材料的侧视图，以便表示接头；图8A是作为层厚的函数的硬度的曲线图；图8B是作为层厚的函数的最大应力的曲线图；图9表示了干的薄层；图10表示了树脂浸渍的薄层板；图11表示了三层层压材料；图12表示了层编织和在卷曲交换区域中的角度；图13A是对于脆性粘接剂的各个温度，负载变形相对于层厚的曲线图；图13B是对于韧性粘接剂的各个温度，负载变形相对于层厚的曲线图；图14表示了使用薄层来连接两层；图15是表示图14的接头的效果的表；图16表示了金属箔用于层压材料的一个侧面上；图17表示了金属箔用于层压材料的两侧面上；图18A表示了金属箔用于层压材料的两侧面上和中心处；图18B是图18A中的一部分的放大剖视图；以及图19表示了在层压材料的中心没有箔时的层结构。具体实施例方式图1中表示了本专利技术的复合材料10的截面。复合材料10有多层，包括第一层12，该第一层12以点表示，并沿第一方向定向。第一层12由第二层14分开，该第二层14定向成沿与第一方向不同的第二方向。第二层14没有用任何标记来表示，以便在图1中使它们与第一层12区分开。根据本专利技术，层12、14的厚度“t”小于0.08mm，优选是从0.02mm至0.06mm。图2只是用于表示普通/现有技术的层压材料由交替的层(例如16、18)构成，这些层的厚度大于本专利技术的层的厚度，各层的厚度“T”为大致0.12mm或更大。根据本专利技术，薄层层压材料具有改进的抗分层性。它们不需要平面外的纤维，因此保持优良的平面内特性。例如，在层压材料的自由边缘处的计算的法向应力和剪切应力如图3和4中所示，作为层厚的函数。层厚为至少0.12mm的普通/现有技术如各图右侧所示，其中，层厚向左侧减小至0.02mm。这些测量值显示当层厚减小至0.12mm的现有技术厚层层压材料的1/3和1/6时，法向应力和剪切应力明显降低。这是现有技术无法预料的结果。因此，薄层层压材料提供了改进的抗分层性的方案。图5表示了薄层在分层开始时的效果的另一实例，该图5表示了作为有效层厚的函数的、分层所需的应力。当层厚减小时，分层应力再次明显增加。作为可选实施例，厚层和薄层的混合组合能够提供在性能和成本之间的平衡，且该组合包含于本专利技术中。薄层不仅增加了刚性，而且还增加了在层下落时的柔性。这通过使用子层压材料模块来实现，其中，具有不同方向的薄层或者不同方向的薄层和厚层组合的模块预先形成为用于层压材料的构造块。子层压材料模块的下落代替了各层的下落。实例1本专利技术的实例包括厚度为0.12mm的厚层和厚度为0.02mm的薄层的组合。这在图6A中表示为具有薄层21和厚层23。而且，图6B中的子层压材料25可以是厚薄混合体，有一个厚层27和一个薄层29。该子层压材料模块的总厚度可以为0.12mm+0.02mm＝0.14mm，这时，的百分数应当为0.12/0.14＝86％。使用这样的子层压材料建造桅杆或吊杆将提供较高的各向异性结构，它具有只使用厚层的普通层压材料所不能达到的刚性。对于普通层压材料，厚层的重复模块必须有9层和1层。总的子层压材料模块的厚度将为1.20mm，其中的百分数等于90％。该设计将9层堆垛在一起，这从刚性的观点来看是很差的设计。这实际上使得桅杆不稳定，并容易由于折断而失效。实例2当希望有更高的百分数时，可以有两个厚层，随后有一个薄层。这时，的百分数应当是0.24/0.26＝92％。在具有两个和一个的三方向子层压材料模块中，百分数为0.24/0.28＝86％。这两个实例将使得桅杆或吊杆有更刚性的层压材料。这种混合结构也用于驱动轴、簧片和体育用品(例如撑杆跳高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，包括薄层，该薄层的厚度小于０．０８ｍｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬W柴，川边和正，
申请(专利权)人：伊藤忠商事株式会社，ILT公司，株式会社三矢，福井县政府，
类型：发明
国别省市：JP[日本]