專利名稱：三維針織間隔織物夾層復(fù)合材料的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及一種芯材料的新型使用和應(yīng)用，上述芯材料提供改良的一種樹脂浸漬作用，并達到增加一種夾層復(fù)合材料的剛度和其它性能。更具體地說，它涉及利用三維針織間隔織物作為一種層壓制品界面，以便增加層壓制品粘合，和尤其是校正切割和安放的整塊網(wǎng)格芯元件的界面平面性，以便試圖符合所希望結(jié)構(gòu)中的曲率。
本申請是2002年6月17日發(fā)布的美國實用新型申請系列No.10/172,053及其2001年7月23日發(fā)布的優(yōu)先臨時申請系列No.60/307,109的部分繼續(xù)申請，二者的整個公開內(nèi)容都包括在本文中作為參考文獻。本申請在2001年9月17日發(fā)布的美國臨時申請系列No.60/322602中發(fā)布，其整個公開內(nèi)容也包括在本文中作為參考文獻。
目前技術(shù)水平說明纖維增強塑料(FRP)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一般是周所眾知的，并且在一些終端應(yīng)用中采取許多形狀和形式，上述終端應(yīng)用范圍從海船到浴缸到航空器等，及范圍從簡單到復(fù)雜的構(gòu)造。通常這些形式的構(gòu)造包括提供一種機織的或非織造的增強纖維結(jié)構(gòu)，也就是說疊加到所希望形狀的敞開模具中，上述所希望形狀的敞開模具一般叫做預(yù)型件。通常也把一種芯線結(jié)構(gòu)插在復(fù)合材料的內(nèi)層和外層之間。這種干纖維增強件然后必需用一種可固化的、一般是熱固性的樹脂，并且一般用人工涂布技術(shù)充分浸濕。在浸濕之后，預(yù)型件，然后讓樹脂固化，以便形成所希望形狀的復(fù)合材料。產(chǎn)生的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)最后從模具中取出，并在適當(dāng)?shù)暮筇幚碇?，然后可以使用?br> 盡管這些FRP復(fù)合材料顯示出優(yōu)于一些可供選擇的材料的許多優(yōu)點，但層壓制品剛度的性能(抗彎曲性)不是它的強點其中之一。盡管下面情況在例外情況下很普遍，如利用價錢貴的高模量纖維，亦即碳纖維，和/或先進的，亦即熱壓的，不經(jīng)濟的生產(chǎn)處理技術(shù)，但是當(dāng)考慮一種規(guī)定重量的板抗彎矩能力時，F(xiàn)RP層壓制品通常不如可供選擇的低密度材料如木材。
一種板，尤其是一種FRP復(fù)合材料板的剛度，不僅與材料的彎曲模量，材料的剛度大小有關(guān)，而且一般是板厚度的立方的函數(shù)。因此，盡管這種板的厚度可以通過某種比較小量的增加來實現(xiàn)顯著增加復(fù)合材料的剛度，但這也有在重量和費用高方面付出代價。
也就是說，用于加強一種FRP板的一種途徑顯然是使它更厚，但這可能產(chǎn)生缺點是一種不需要的很重層壓制品，其結(jié)果也許是不需要的強度特性，和還有一個缺點是不需要的價錢很貴，及對最終所希望的結(jié)構(gòu)來說可能存在實際制造問題。
重要的是，不足的強度、模量的問題也可能經(jīng)常由FRP復(fù)合材料制造中不足的均勻性引起。例如，樹脂成分可能是在整個纖維基體上不充分地分布，可能其中具有導(dǎo)致強度變差的表面不連續(xù)性的空隙或可能在達到樹脂在纖維基體內(nèi)完全分布之前具有不規(guī)則地固化(比如，到達一過早的膠凝點)。
增加FRP板剛度的一種優(yōu)選技術(shù)是利用一種夾層構(gòu)造。層壓制品中的夾層構(gòu)造提供可與工字梁構(gòu)造相比的優(yōu)點，但代替通常工字梁的梁腹和凸緣，一種夾層構(gòu)造利用一種重量輕的芯材料，上述芯材料面向FRP皮旁邊的一側(cè)或兩側(cè)。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中這些皮的作用是當(dāng)板經(jīng)受彎曲載荷力時，通過抵抗在對面皮中所產(chǎn)生的壓縮和拉伸載荷，來承受板或梁上的彎矩。
對于能抵抗彎矩的皮來說，它們必須剛性地保持與夾層的中心軸線(中心線)間隔開，并防止彼此相對地運動。選定的芯材料，和芯與皮之間粘合線強度的作用是提供和滿足這些要求。對一規(guī)定的工業(yè)應(yīng)用來說，與選定的皮和芯材料無關(guān)，一種夾層材料的整體性尤其是與皮和芯元件之間的界面粘合強度有關(guān)。
一種層壓制品中芯的物理和機械利用，也與一種規(guī)定結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的制造技術(shù)有很大關(guān)系。該技術(shù)的技術(shù)人員已認識到，一般，為了達到各芯材料與外皮(當(dāng)用一種陰模時，或者相反當(dāng)用陽模工具時內(nèi)皮)之間全面而密切的接觸，通常應(yīng)用一種真空袋技術(shù)。在真空袋技術(shù)中，將皮疊層并浸濕，各芯材料在有或沒有粘合膠粘劑情況下加于其上，及將一個真空袋加到組件上。隨著空氣被排出，外部環(huán)境氣壓往往會把芯元件均勻地壓緊到皮表面上，然而層和芯元件之間的接觸受各芯元件的尺寸形狀限制。真空袋通常留在適當(dāng)位置，直至外皮(比如在陰模中)與粘附于其上的芯一起固化時為止。制備(最后的)內(nèi)部玻璃纖維層在達到足夠均勻的層壓結(jié)果時經(jīng)常很少存在問題，因為當(dāng)制備現(xiàn)在比較透明的浸濕玻璃纖維層壓制品時，層壓者可以目視觀察芯表面。然而，用鄰近模具工具的FRP皮存在一些嚴重的問題，此處各芯元件遮擋或防止目視觀察。
可以應(yīng)用真空浸漬技術(shù)來同時制造各皮，而同時將大氣壓加到各個芯元件上。在用于芯元件的材料比較堅硬，并且模制的部件如此設(shè)計以便提供凸形或凹形表面的地方，芯材料可以刻劃成若干較小的部分，并且在某些情況下可以將一種稀松布加到一側(cè)上，以便將各小部分以一種較平的X，Y方式保持在一起。
然而，經(jīng)常遇到的問題是，刻劃的，通常是矩形的各芯部分的其中一個或多個的側(cè)向尺寸大于預(yù)定結(jié)構(gòu)用的所希望模具的曲率半徑。這可以并且確實導(dǎo)致在纖維疊層和各芯元件的界面處產(chǎn)生空隙。在這些情況下，皮和芯之間的最終所希望的密切接觸通常只能通過利用過量的膠粘劑或其它填料達到，以便占據(jù)產(chǎn)生的尺寸間隙。
這些技術(shù)用于真空浸漬方法學(xué)是不實際的，并且一般皮與芯空隙都是用樹脂填滿。在無論哪種情況下皮與芯的間隙都用一種介質(zhì)填滿，上述介質(zhì)具有與無論是皮還是芯都明顯不同的機械和強度性能，同時產(chǎn)生一個發(fā)散應(yīng)力特性的區(qū)域。此外，在施加真空浸漬時，在上述界面處的嚴重空隙可能由不完全的樹脂浸濕造成。產(chǎn)生的界面因而損害它的最佳所希望的性能。結(jié)果，將存在不連續(xù)性，同時對所希望的物體的強度產(chǎn)生負面影響。
發(fā)明概述由于目前在先有技術(shù)中所用的已知類型的FRP芯和真空浸漬應(yīng)用技術(shù)中固有的上述缺點，本發(fā)明提供一種新型的皮與芯粘合的技術(shù)，上述新型技術(shù)通過利用三維針織間隔織物作為一種粘合界面疊加，以便達到大大增強粘合性能。
尤其是，本發(fā)明人的新穎利用一種三維針織間隔織物作為一種皮與芯的層界面，或者作為一種中間層，增加了所切割的整塊芯元件格網(wǎng)的界面平面性，并脫離先有技術(shù)的常規(guī)的思想和設(shè)計。這樣做時，它提供一種為增加FRP皮與芯粘合線整體性起見而提供的一種技術(shù)、材料和產(chǎn)品。
后面更詳細說明的本發(fā)明一般目的和結(jié)果，是提供一種新的皮與芯元件粘合界面，上述界面具有增加了優(yōu)于迄今為止所應(yīng)用的復(fù)合材料夾層構(gòu)造的優(yōu)點。為了達到這個目的，本發(fā)明一般包括利用一種具有若干彈性的Z方向纖維的三維針織的間隔織物，上述三維針織的間隔織物用作皮和芯之間層內(nèi)的一層。這種技術(shù)不僅提供一種改良的皮與芯粘合，而是還是層壓制品的一種成分。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種三維針織間隔織物，上述三維針織間隔織物在作為一種夾層復(fù)合材料中皮和芯之間粘合介質(zhì)情況下，將克服先有技術(shù)裝置的缺點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種三維針織間隔織物，上述三維針織間隔織物作為夾層復(fù)合材料中皮和芯之間的一種粘合介質(zhì)，供在用于復(fù)合材料制造的所有過程中使用。
本發(fā)明的另一些目的和優(yōu)點對該技術(shù)的技術(shù)人員來說是顯而易見的，并且打算把這些目的和優(yōu)點都歸屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
上述及有關(guān)目的的完成，本發(fā)明可以用附圖所示的形式實施，然而，應(yīng)注意的事實是，各附圖僅是示例性的，并且在所示的特定構(gòu)造中，可以進行各種改變。
附圖簡介

圖1以剖面圖形式示意示出按照先有技術(shù)所述的FRP層壓制品構(gòu)造。
圖2以剖面圖形式示意示出按照本發(fā)明所述的一種FRP層壓制品構(gòu)造。
圖3示意示出在本發(fā)明中所用的一種三維間隔織物，上述三維間隔織物處于它的未經(jīng)壓縮的狀態(tài)。
圖4示意示出在本發(fā)明中所用的一種三維間隔織物，上述三維間隔織物處于它的經(jīng)過壓縮的狀態(tài)。
圖5是本發(fā)明中所用的三維間隔織物的放大示意圖，上述三維間隔織物處于它的未經(jīng)壓縮的狀態(tài)。
圖6是本發(fā)明中所用的三維間隔織物的放大示意圖，上述三維間隔織物處于它的經(jīng)過壓縮的狀態(tài)。
圖7是本發(fā)明另一個實施例的示意性的平面圖。
附圖和發(fā)明的詳細說明如圖1所示，一種機織或非織造纖維增強預(yù)型件層(12)(最后，在這里，外皮)加到一個所希望形狀的模具(10)上。在這個例子中，將芯材料的各元件(14)安放在纖維增強件或?qū)訝铙w的內(nèi)層(12)和外層(16)之間，以便形成層狀體結(jié)構(gòu)。在這個例子中，模具形狀(10)的彎曲部分是這樣，以致在外皮(12)和各芯元件(14)之間形成一個空隙(18)。然后希望用選定的樹脂充填間隙(18)，用于粘合復(fù)合材料的某些成分。
然而，先有技術(shù)中的經(jīng)驗是，各芯元件之間和這些元件(14)與層狀體(12)之間的空隙(18)在制造期間經(jīng)常難以完全填滿，并且其中產(chǎn)生氣隙或空隙，結(jié)果是對復(fù)合材料的粘合產(chǎn)生不利影響。
如圖2所示，圖2示出一種類似的模型工具(20)，并且其中示出一種外皮層狀體(22)，若干芯元件(24)，和一種內(nèi)皮層狀體(26)。在該圖中，本發(fā)明是在施加如圖所示附加的間隔織物層狀體(28)的情況下應(yīng)用。
圖3是間隔織物構(gòu)造(30)的另一個示意圖?？梢钥闯?，它包括兩個間隔開的機織和/或縫合的外層(32)和(34)。在那兩層之間延伸并那樣制造以便連接這兩層的是若干橫向纖維(36)。這些橫向纖維如此制造，以便具有相對彈性。
圖4是圖3間隔織物的示意圖，但現(xiàn)在示出的是通過施加外部壓力處于一種壓縮狀態(tài)(40)。外層(42)和(44)非常好地保持它們未經(jīng)過壓縮的取向和構(gòu)形，但各橫向纖維(46)現(xiàn)在傾斜式變位，結(jié)果層狀體的厚度減少。施加壓力和橫向纖維(46)的位移仍使彈性纖維留下一種彈回和抗變形的趨勢。因為整個隔離織物當(dāng)然是柔軟的，所以它具有符合各芯元件和模具表面本身二者形狀不規(guī)則性的性能，因此使它們之間的空隙減少。
正如下面要解釋的，和正如在申請人的專利申請中所說明的，這種間隔織物通常申請人用它們的商標(biāo)名稱“polybeamTM”表示，上述間隔織物具有很大的優(yōu)點是，在制造復(fù)合結(jié)構(gòu)期間，整個纖維/織物預(yù)型件中都使液體樹脂的流動和分散更方便，并因而在樹脂的膠凝點之前也能甚至在各芯材料之間時充填空隙。
正如圖2及相關(guān)的例圖這樣標(biāo)出的，通過用本發(fā)明的三維間隔織物(28)放在外皮(22)和芯元件(24)之間，空隙被結(jié)構(gòu)FRP(纖維增強塑料)增強部分取代。
例如，圖5中的三維針織間隔織物(50)本身由一個第一機織織物層(52)，一個第二織物層(54)，和中間彈性間隔紗(56)組成，上述彈性間隔紗(56)可以是一種單絲聚酯，玻璃纖維等，它使兩層(52)和(54)相互連接。機織織物層(52)和(54)的纖維一般在X和Y方向上延伸，如圖所示。一般在Z方向(即使有角度)延伸的彈性紗(56)使兩個織物層保持隔開具有一自由形態(tài)、無壓力的厚度，上述厚度合適的是在約0.0625”至1”范圍內(nèi)。在間隔紗中可以用大范圍的織物和紗纖維類型，如聚酯，玻璃纖維，Kevlar，碳，和各種組合。此外，傳統(tǒng)的材料如玻璃纖維墊和粗紗可以縫合或者粘合到三維針織間隔織物的其中一側(cè)或兩側(cè)上，并且它也可以圍繞其它材料縫合。如圖5所示，在層(52)和(54)之間有一個基本上是自由的敞開空間。
如圖6所示，當(dāng)施加真空(亦即低于大氣壓)將芯元件壓緊貼著皮，象圖2中那樣時，三維針織間隔織物(60)在所示的Z方向上被彈性壓縮。雖然這種間隔織物因而稍微變平，但它仍然可以符合芯-皮界面，因此整個界面得到一種更均勻的增強式結(jié)構(gòu)。
然后變平的界面可以根據(jù)所用的制造技術(shù)，浸漬粘合劑或樹脂等，但優(yōu)選的是在正進行的操作期間充填樹脂。盡管如該圖6所示被壓縮，但在各外層之間仍然有很大的自由敞開的空間，因為其中纖維密度繼續(xù)比外表面的密度小很多。盡管難以測量，但目前計算表明，盡管未經(jīng)過壓縮的間隔織物可能具有約88-90％的自由體積，但經(jīng)過壓縮的間隔織物仍然保留約65-75％的自由體積或敞開空間供樹脂浸漬。
圖7以平面圖示出本發(fā)明的一個實施例，并且應(yīng)該理解，如平面圖中所示的“Tool(工具)”可以表示一個具有一復(fù)雜弓形的模具面。在這種情況下，“Vacuum(真空)”代號表示，在圖的上端處真空拉出，而Resin Input(樹脂輸入)在底部處示出。當(dāng)然，精確的樹脂輸入點可以是別的地方，但一般最適用的是在距通向真空泵位置較遠的位置處。在圖7中示出了一部分螺旋切割管，上述螺旋切割管合適的是用作一個多支管樹脂進入裝置。如該圖7中所示的Laminae(層狀體)A和Laminae(層狀體)B，在每種情況下都包括三維間隔離織物，它們在后面更詳細說明。
采用按照本發(fā)明所述的三維間隔織物的一個引人注目的特點是，即使在施加真空下受壓縮，但在整個復(fù)合結(jié)構(gòu)的各元件中，仍然有很大的敞開空間供浸漬未經(jīng)固化的樹脂。當(dāng)液體樹脂通過組件中的一個或多個支管結(jié)構(gòu)加入時，這尤其可以在未經(jīng)固化的樣品復(fù)合材料中作為液體樹脂的流鋒目視觀察到。如申請人的專利申請中所述，可以觀察到這種流鋒的運動速度增加多達200％-400％。這個重要特點在本發(fā)明中具有許多優(yōu)點。例如，對于待用的樹脂，它允許利用更寬的粘度變化。此外，在這種技術(shù)中總是有一點“途徑”，以便在樹脂到達它的凝膠點之前實現(xiàn)纖維預(yù)型件的徹底的樹脂浸漬或浸濕，這種情況導(dǎo)致所制造的部件不合格。通過對樹脂組成的流鋒實現(xiàn)較高的速度，則在各種環(huán)境條件和樹脂/催化劑組合下可以很容易達到徹底的浸漬和浸濕。
現(xiàn)在將通過幾個例子說明本發(fā)明的實際操作，應(yīng)該理解，本發(fā)明一點也不限于本文舉例說明的特定條件。
發(fā)明實例十分普遍的是在一個FRP復(fù)合材料內(nèi)利用若干輕木芯元件，上述若干輕木芯元件如此安排，以使末端紋理垂直于最終結(jié)構(gòu)的平面表面。此處，用末端紋理輕木芯元件制造4個試板，如下面所示。下面說明陳述了每個試板的層壓制品明細表。每個試板都用一Hetron922乙烯基酯制造，并在25英寸Hg柱的真空下浸漬和固化。
板1 18盎司 3Tex 玻璃板2 18盎司 3Tex 玻璃18盎司 3Tex 玻璃 18盎司 3Tex 玻璃18盎司 3Tex 玻璃 18盎司 3Tex 玻璃3/4”CK-89LamPrep Balsa 3/4”CK-89LamPrep BalsaPolybeamTM7301PolybeamTM703118盎司 3Tex 玻璃 18盎司 3Tex 玻璃18盎司 3Tex 玻璃 18盎司 3Tex 玻璃板3 18盎司 3Tex 玻璃板4 18盎司 玻璃18盎司 3Tex 玻璃 18盎司 玻璃PolybeamTM703118盎司 玻璃3/4”CK-89LamPrep Balsa 3/4”CK-89 LamPrep BalsaPolybeamTM703118盎司 玻璃18盎司 3Tex 玻璃 18盎司 玻璃18盎司 3Tex 玻璃 18盎司 玻璃18盎司 3Tex 玻璃1注PolybeamTM730是這些板中所用的間隔織物用的商標(biāo)。
PolybeamTM織物是用一種雙座機制造的一種3梳櫛Raschel針織的間隔織物，上述雙座機具有下列特性凸條紋/米為590，橫列/米為530(凸條紋＝編縫的垂直線；橫列＝編縫的水平線)。紗理解為約0.2mm直徑的100％單絲聚酯。
用于這種結(jié)構(gòu)的搭接如下梳櫛1 02，22，20，00，02，66，810，1010，108，88，810，66，梳櫛2(20，46，810，64，)×3梳櫛3 66，810，1010，108，88，810，66，20，00，02，22，02，0-2是一個針梳櫛橫移(位移)。厚板間隙為10mm。
PolybeamTM703是一種類似的具有類似的特性的Raschel針織的間隔織物；內(nèi)和外“皮”是一種由3Tex供應(yīng)的正交式機織的玻璃纖維材料。
固化之后，在各板上進行兩次測試。
測試#1，ASTMC-393“撓曲試驗”，是評價經(jīng)受彎曲載荷的夾層板試樣的剛度和強度。
測試#2，ASTMC-297“平直拉伸試驗”，是評價各結(jié)構(gòu)芯在垂直于夾層表面的方向上的抗拉強度和模量。
夾層板的層間(edgewise)載荷可以引起夾層板表面上的翹曲。這種向外翹曲是這些平應(yīng)力(flat-wise stress)的代表。
結(jié)果
這些測試結(jié)果證明對利用間隔PolybeamTM織物的復(fù)合材料強度特性沒有有害的影響，即使它具有相對間隔開織物層的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)明顯地以未經(jīng)壓縮和經(jīng)過壓縮兩種形式包括大大減少纖維強度的內(nèi)部區(qū)域。
這種測試一個重要的觀察到的結(jié)果是，在芯(輕木元件)和皮之間總是發(fā)生拉伸斷裂。斷裂絕不會在各輕木芯元件一側(cè)上發(fā)生，上述各輕木芯元件側(cè)與間隔織物成接觸粘合。實際上由于板3在芯的兩側(cè)上具有PolybeamTM703。外部3Tex玻璃纖維皮斷裂和芯元件斷裂，但PolybeamTM到芯的界面總是保持完好無損。
為了評價含PolybeamTM的層壓制品的機械性能，制造另外的平試板。各種尺寸由選定的ASTM試驗的要求規(guī)定。層壓制品在這個基礎(chǔ)上這樣選定，以便產(chǎn)生合適厚度的復(fù)合材料。選定的層狀體明細表列表如下(為了舉例說明起見也見圖7)。
ASTM D3039纖維-樹脂復(fù)合材料的拉伸試驗ASTM D790三點撓曲試驗
表1層狀體A
ASTM D790三點撓曲試驗
表2層狀體B12415是用1.5盎司/英尺2的CSM縫合到一側(cè)上的24盎司/碼2雙軸縫合的粗紗。此處(-)涉及用粗紗貼著PolybeamTM的經(jīng)向蛛網(wǎng)。
層狀體A設(shè)計成提供由ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求的厚度～.157”(4mm)的一層壓制品，而層B設(shè)計成提供由ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求的厚度～.354(9mm)的一層壓制品。
增強層狀體包括由Johnson Industries供應(yīng)的縫編玻璃纖維，并具有下列特性Johnson標(biāo)記E-LTM 2415-7纖維類型玻璃纖維(E)構(gòu)造0°/90°雙軸“LT”系列干厚度0.066英寸/1.6764mm總重量39.08盎司/碼2/1291.41g/m2纖維構(gòu)造數(shù)據(jù)0°12.03盎司/碼2/304.64g/m290°11.95盎司/碼2/405.06g/m2墊/貼面層13.5盎司/碼2/1.5盎司/英尺2制造方法為了適應(yīng)如上所述樣品要求，制造一個24“×24”的板。工具包括一種經(jīng)過脫蠟處理過的4811×4811平的Formica板。將層狀體A(表1)加工完成，但將該層狀體切成24“× 24”尺寸，并將它們按規(guī)定的次序安放到工具表面上。通過以一種6“×24”的層狀體朝正確方向在與一個邊緣對準(zhǔn)的A組頂部上重復(fù)層狀體A的分層堆垛順序完成層狀體B(表2)。一個真空口鄰近層狀體B裝配，和將用于樹脂輸入的螺旋切割管外套裝配在層狀體A的對邊上，也如圖7所示。然后裝配一個撓性真空袋，并圍繞層壓制品固定和密封，樹脂軟入管用一個夾具密封，并抽真空。
真空用固定到一個標(biāo)準(zhǔn)樹脂收集器上的壓力計讀出。當(dāng)真空達到26“Hg柱時，從樹脂入口取下夾具，并在隨后將入口管放入乙烯基酯樹脂(～230cps(厘泊))中。注意跨過部件的均勻流鋒。當(dāng)樹脂鋒到達真空口時，把樹脂夾具再固定到入口管上。在這個過程中保持全真空(26”Hg柱)。在這點上，層壓制品內(nèi)的過量樹脂被真空拉出，直至過一定時間樹脂凝膠并不可能再流動的那點時為止。將全真空保持到這個時間。在樹脂完成它的放能并冷卻到室溫之后，取下板用于后固化和測試。在這個測試期間，觀察到下列條件室溫～68°F樹脂溫度～68°F工具溫度～68°F粘度在77° F下規(guī)定為230cps。
纖維體積供在層壓制品(無浸漬介質(zhì))內(nèi)真空浸漬的典型纖維/樹脂比范圍為40∶60至75∶35。這些范圍以重量為基礎(chǔ)，并因此與樹脂和纖維二者所用的成分有很大關(guān)系。因此應(yīng)該理解，本發(fā)明決不限于這些特定的比例。
對該技術(shù)的技術(shù)人員來說，很顯然，由本發(fā)明所提供的優(yōu)點和實用性，可以通過用各種纖維尺寸和纖維組成實現(xiàn)。玻璃纖維通常廣泛使用，但其它纖維如碳纖維或Kevlav芳烴聚合物纖維也可以應(yīng)用。同樣，大范圍的熱固性樹脂(環(huán)氧化物類，乙烯基和其它可交聯(lián)的材料)也適用于這種應(yīng)用性。與先有技術(shù)利用三維間隔織物相比，主要發(fā)現(xiàn)的是，它們具有這種特殊的允許更快的增強式樹脂加進和流入并穿過復(fù)合材料疊層的能力。令人驚奇的是，這種特性即使在施加真空的壓縮間隔織物下也保持存在。而且，由于間隔纖維或Z方向纖維(見圖6和7中所示)保持彈性，所以有一種預(yù)埋式使結(jié)構(gòu)回彈的傾向，因此充填用別的方法在最終固化的復(fù)合材料中可能是不理想的空隙和空腔或類似的不連續(xù)性的東西。這種回彈實際上是通過由樹脂浸漬所引入的潤滑作用幫助，同時降低了在干材料中另外存在的相互作用的纖維與纖維之間的摩擦。因此產(chǎn)生的復(fù)合材料不僅在結(jié)構(gòu)上，而且在它的最后強度特性上，都顯示出較高程度的整體性和均勻性。在生產(chǎn)處理中的顯著經(jīng)濟效益是利用本發(fā)明的另一個好處，在于實現(xiàn)較少的損耗和不合格產(chǎn)品。
本發(fā)明的一些優(yōu)點目前認為是最徹底地被實現(xiàn)了，用至少一個整塊式芯元件，所述芯元件設(shè)置在最外面的預(yù)型件之間，上述最外面的預(yù)型件疊層在一個模具表面上，和利用一個真空袋裝置來產(chǎn)生一個負壓，及隨后可固化樹脂與三維間隔織物連通流動。本發(fā)明的特點是，即使相鄰的纖維織物層本身不具有三維間隔織物結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的可固化樹脂比較高速度的流動也提供上述相鄰的纖維織物層充分的側(cè)向浸濕，因此在整個復(fù)合層壓制品中達到均勻的樹脂浸漬。當(dāng)然，本發(fā)明也可以與許多不同的模具型腔一起應(yīng)用，并且同樣適合于在如上所述的閉合式模具技術(shù)及敞開式模具技術(shù)中使用。
因此，本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求的精神和范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種制品，包括一種纖維增強復(fù)合層壓制品，該制品包括至少一個機織的或非織造的側(cè)面含纖維表面和一個相對的機織的或非織造的含纖維表面，并在其間設(shè)置至少一個層間三維間隔織物結(jié)構(gòu)，上述后面的結(jié)構(gòu)具有一個有基本上鋪放在一第一X和Y平面上的若干纖維的第一機織織物層、一個有基本上鋪放在一第二X和Y平面上的若干纖維的第二機織織物層、及在它們之間基本上在一Z方向上延伸并使上述第一和第二織物層互連的許多間隔纖維，并提供一個用于穿過上述第一和第二織物層及在它們之間樹脂浸漬的相當(dāng)大的側(cè)向自由路徑，上述整個復(fù)合層壓制品基本上用一種可固化樹脂飽和。
2.用于形成一種纖維增強復(fù)合層壓制品的方法，包括以下步驟將至少一個第一預(yù)型件鋪放在模具表面上，上述第一預(yù)型件包括一種機織或非織造纖維結(jié)構(gòu)，同時在其上施加一種三維間隔織物，上述三維間隔織物包括一個有基本上鋪放在一第一X和Y平面中的若干纖維的第一機織織物層、一個有基本上鋪放在一第二X和Y平面中的若干纖維的第二機織織物層、和在它們之間基本上在一Z方向上延伸并使上述第一和第二織物層互連的許多間隔纖維，在其上施加一個第二預(yù)型件，上述第二預(yù)型件包括一種機織或非織造纖維結(jié)構(gòu)，將產(chǎn)生的疊層封閉在一個真空袋內(nèi)，提供用于將真空加到上述真空袋封裝上的裝置，提供用于沿著上述真空袋的至少一側(cè)并與至少上述三維間隔織物連通的加入一種可固化樹脂合成物的裝置，及加入上述樹脂以流過和浸濕上述整個纖維結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在上述第一或第二纖維疊層的至少一部分和上述三維間隔織物之間還設(shè)置至少一個整塊芯元件。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及在制造一種夾層芯界面復(fù)合材料時利用一種三維針織間隔織物元件材料。更具體地說，它涉及利用這種間隔織物作為一種皮－芯層壓制品界面，以便增加層壓制品粘合及尤其是增加整塊芯網(wǎng)格的界面平面性，上述整塊芯網(wǎng)格進行切割，以便符合所希望結(jié)構(gòu)中的曲率。
文檔編號B32B27/04GK1665676SQ02822836
公開日2005年9月7日 申請日期2002年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者P·E·麥克, M·D·史密斯 申請人:維登特技術(shù)公司