與基體施加同時(shí)形成有形纖維的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的名稱(chēng)是與基體施加同時(shí)形成有形纖維。用于復(fù)合制品的涂布纖維可包括纖維體和基體層。纖維體可具有至少一個(gè)纖維表面?；w層可至少部分涂布纖維表面并且可在纖維體形成期間施加。
【專(zhuān)利說(shuō)明】與基體施加同時(shí)形成有形纖維
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]該申請(qǐng)與題目為 Bicomponent fibers containing nano-filaments for use inoptically transparent composites (用于光學(xué)透明復(fù)合材料中的包含納米絲束的雙組分纖維)并且于2012年6月14日提交的共同提交的申請(qǐng)系列號(hào)13/523，108相關(guān)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]一般而言，本公開(kāi)涉及復(fù)合材料，并且更具體地涉及具有改善的光學(xué)性能的纖維增強(qiáng)的復(fù)合制品的制造。
【背景技術(shù)】
[0004]用于制造復(fù)合制品的常規(guī)方法包括提供包含多個(gè)纖維的干燥纖維預(yù)制件(preform)。干燥纖維預(yù)制件可置于與復(fù)合制品的最終形狀近似的成形刀具上。在干燥纖維預(yù)制件置于成形刀具上之后，樹(shù)脂可單獨(dú)地施加至干燥纖維預(yù)制件上。例如，來(lái)自樹(shù)脂容器的液體樹(shù)脂可使用真空壓力注入干燥纖維預(yù)制件。熱和/或壓力可施加至注入了樹(shù)脂的預(yù)制件，其可被固化或凝固以形成復(fù)合制品。
[0005]盡管將樹(shù)脂單獨(dú)地注入干燥纖維預(yù)制件通常是用于形成復(fù)合制品的令人滿意的技術(shù)，但是該方法包括若干缺點(diǎn)，有損其總體效用。例如，用液體樹(shù)脂單獨(dú)地注入干燥纖維預(yù)制件需要使用專(zhuān)用器材，比如樹(shù)脂容器、樹(shù)脂管道、流動(dòng)介質(zhì)和真空器材。對(duì)于專(zhuān)用器材的需要增加了該方法的復(fù)雜性，并且增加了生產(chǎn)復(fù)合制品所需的總成本和時(shí)間。
[0006]在用于制造復(fù)合制品的另一方法中，樹(shù)脂薄膜可施加在干燥纖維層之間，以在成形刀具上形成復(fù)合鋪疊(layup)。可將熱施加至復(fù)合鋪疊以降低樹(shù)脂薄膜的粘度并且使得樹(shù)脂流動(dòng)、混合和注入干燥纖維層。也可在固化復(fù)合鋪疊期間施加熱和/或壓力。盡管樹(shù)脂薄膜的使用可降低與提供樹(shù)脂至干燥纖維相關(guān)的一些復(fù)雜性，但是放置樹(shù)脂薄膜的單個(gè)層與干燥纖維層的需要導(dǎo)致該方法是勞動(dòng)強(qiáng)度大并且耗時(shí)的。
[0007]與用于制造復(fù)合制品的常規(guī)方法相關(guān)的另一缺點(diǎn)涉及期望提供具有特定橫截面形狀的單個(gè)纖維。例如，可期望為每個(gè)纖維提供平坦表面和相對(duì)尖銳的角部，以提高復(fù)合制品的光學(xué)性能。遺憾地，用于制造纖維的常規(guī)方法由于表面能作用導(dǎo)致纖維的表面和角部變圓。纖維的圓的表面和角部可導(dǎo)致穿過(guò)復(fù)合制品的光的光學(xué)畸變，其可降低復(fù)合制品的光學(xué)性能。
[0008]可見(jiàn)，本領(lǐng)域需要用于制造復(fù)合制品的系統(tǒng)和方法，其消除與施加樹(shù)脂至復(fù)合鋪疊相關(guān)的時(shí)間、成本和復(fù)雜性。另外，本領(lǐng)域需要制造用于復(fù)合制品的纖維的系統(tǒng)和方法，其中纖維設(shè)置有平坦表面和相對(duì)尖銳的角部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一種實(shí)施方式中提供用于復(fù)合制品的涂布纖維的本公開(kāi)具體解決了和減輕了與復(fù)合材料制造相關(guān)的上述需要。涂布纖維可包括纖維體和基體層(matrix layer)。纖維體可具有至少一個(gè)纖維表面?；w層可至少部分涂布纖維表面，并且可在纖維體形成期間施加。
[0010]也公開(kāi)了復(fù)合制品，其可使用多個(gè)纖維體形成。每個(gè)纖維體可具有至少一個(gè)纖維表面?；w層可至少部分涂布至少一個(gè)纖維體的纖維表面?；w層可基本上與纖維體的形成同時(shí)施加。
[0011]另外，公開(kāi)了制造用于復(fù)合制品的涂布纖維的方法。該方法可包括形成具有至少一個(gè)纖維表面的纖維體的步驟。該方法也可包括基本上與纖維體的形成同時(shí)施加基體層至纖維表面的步驟。
[0012]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，公開(kāi)了形成復(fù)合制品的方法，其可包括下述步驟:提供多個(gè)涂布纖維，其中每個(gè)涂布纖維可由在纖維體形成期間用基體材料涂布的纖維體構(gòu)成。形成復(fù)合制品的方法可進(jìn)一步包括降低基體材料的粘度以使得多個(gè)涂布纖維的基體材料混合。形成復(fù)合制品的方法可另外地包括固化和/或硬化基體材料以形成復(fù)合制品。
[0013]也公開(kāi)了使復(fù)合制品負(fù)荷的方法。該方法可包括提供復(fù)合制品，其由多個(gè)涂布纖維形成，其中每個(gè)涂布纖維包括纖維體和基本上與纖維體的形成同時(shí)施加至纖維體的基體層。使用復(fù)合制品的方法可進(jìn)一步包括將復(fù)合制品置于非負(fù)荷狀態(tài)。使用復(fù)合制品的方法可另外地包括將復(fù)合制品置于負(fù)荷狀態(tài)。
[0014]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)勢(shì)可獨(dú)立在本公開(kāi)的各種實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)或可在其他實(shí)施方式組合，參考下列說(shuō)明和附圖可見(jiàn)其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]當(dāng)參考附圖時(shí)本公開(kāi)的這些和其他特征將變得更加顯而易見(jiàn)，其中遍及所有的附圖相同的數(shù)字表示相同的部件并且其中:
[0016]圖1是配置為復(fù)合材料面板的復(fù)合制品的透視圖；
[0017]圖2是圖1的復(fù)合制品的一部分的放大視圖并且圖解嵌入基體材料的多個(gè)纖維體；
[0018]圖3是圖2的復(fù)合制品的側(cè)視圖并且圖解以交叉片構(gòu)造布置的纖維體層；
[0019]圖4是包括纖維體的涂布纖維的橫截面視圖，所述纖維體具有基體材料涂層，其可與纖維體的形成同時(shí)施加；
[0020]圖5是加熱基體材料之前第一狀態(tài)的圖4的多個(gè)涂布纖維的端視圖；
[0021]圖6是加熱和混合不同的涂布纖維的基體材料之后第二狀態(tài)的圖4的多個(gè)纖維體的端視圖；
[0022]圖7是用于形成涂布纖維的纖維-基體形成裝置的實(shí)施方式的示意性圖解；
[0023]圖8是纖維-基體形成裝置的噴嘴的放大視圖并且圖解隨著纖維體從噴嘴中拉引出，基體材料施加至纖維體；
[0024]圖9是噴嘴的橫截面視圖，其圖解圍繞纖維體沖模的基體層沖模；
[0025]圖10是使用纖維-基體形成裝置形成的涂布纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖，并且圖解大體上尖銳的、非圓形構(gòu)造的纖維體角部和大體上平坦的、非圓形的纖維表面；
[0026]圖11是纖維形成裝置的噴嘴的示意性圖解，用于在沒(méi)有施加基體材料的情況下拉引出纖維材料；[0027]圖12是圖11的纖維形成裝置的噴嘴的橫截面視圖；
[0028]圖13是使用圖12的噴嘴形成的纖維的橫截面視圖，并且進(jìn)一步圖解由于表面能作用造成的纖維圓形的表面和圓形的角部；
[0029]圖14是穿過(guò)使用涂布纖維形成的復(fù)合制品的多個(gè)光線的橫截面視圖，并且圖解光線的最終角度和光程長(zhǎng)度的最小差別；
[0030]圖15是涂布纖維的橫截面視圖，其中纖維體角部中的基體材料以增加的厚度施加；
[0031]圖16是在加熱基體材料之前第一狀態(tài)的圖15的多個(gè)涂布纖維的端視圖；
[0032]圖17是在加熱和混合不同的涂布纖維的基體材料之后第二狀態(tài)的圖15的多個(gè)纖維體的端視圖；
[0033]圖18是涂布纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖，所述涂布纖維的上表面基體厚度不同于下表面基體厚度；
[0034]圖19是涂布纖維的進(jìn)一步實(shí)施方式的橫截面視圖，所述涂布纖維的側(cè)表面基體厚度不同于上表面和下表面基體厚度；
[0035]圖20是具有梯形橫截面形狀的涂布纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖；
[0036]圖21是具有三角橫截面形狀的涂布纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖；
[0037]圖22是具有菱形橫截面形狀的涂布纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖；
[0038]圖23是薄片構(gòu)造的涂布纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖；
[0039]圖24是大纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖，所述大纖維具有被基體材料圍繞的多個(gè)纖維體；
[0040]圖25是在加熱基體材料之前第一狀態(tài)的圖24的多個(gè)大纖維的端視圖；
[0041 ] 圖26是在加熱基體材料和混合基體材料之后第二狀態(tài)的圖24的多個(gè)大纖維的端視圖；
[0042]圖27是大纖維的進(jìn)一步實(shí)施方式的橫截面視圖，所述大纖維具有被基體材料圍繞的多個(gè)纖維體，并且其中大纖維具有平行四邊形橫截面形狀；
[0043]圖28是大纖維的可選實(shí)施方式的橫截面視圖，其中大纖維體角部中的基體材料以增加的厚度施加；
[0044]圖29是纖維體的實(shí)施方式的橫截面視圖，所述纖維體具有用于與其他纖維體互鎖的缺口區(qū)域；
[0045]圖30是大纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖，所述大纖維具有配置為提供彼此平面內(nèi)互鎖的多個(gè)纖維體；
[0046]圖31是纖維體的進(jìn)一步實(shí)施方式的橫截面視圖，所述纖維體具有用于與其他纖維體互鎖的缺口區(qū)域；
[0047]圖32是大纖維的進(jìn)一步實(shí)施方式的橫截面視圖，所述大纖維具有配置為提供與其他纖維體平面內(nèi)互鎖和平面外互鎖的圖31的多個(gè)纖維體；
[0048]圖33是包括圍繞至少一個(gè)涂布纖維的犧牲材料的三組分纖維的透視性圖解；
[0049]圖34是圖33的三組分纖維的橫截面視圖；
[0050]圖35是去除犧牲材料之后圖34的涂布纖維的透視性圖解；
[0051]圖36是涂布纖維的橫截面視圖；[0052]圖37是三組分纖維的進(jìn)一步實(shí)施方式的橫截面視圖，其中纖維體角部中的犧牲材料以增加的厚度施加；
[0053]圖38是去除犧牲材料之后圖37的涂布纖維的橫截面視圖；
[0054]圖39是三組分纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖，其中犧牲材料圍繞包括用基體材料涂布的多個(gè)纖維體的大纖維；
[0055]圖40是去除犧牲材料之后圖39的大纖維的橫截面視圖；
[0056]圖41是三組分纖維的實(shí)施方式的橫截面視圖，其中犧牲材料圍繞帶形構(gòu)造的多個(gè)大纖維；
[0057]圖42是去除犧牲材料之后圖41的大纖維的橫截面視圖，并且圖解帶形構(gòu)造的多個(gè)單個(gè)大纖維；
[0058]圖43是形成涂布纖維方法的實(shí)施方式的流程圖；
[0059]圖44是形成復(fù)合制品的方法的實(shí)施方式的流程圖；
[0060]圖45是圖解使用復(fù)合制品的方法的實(shí)施方式的流程圖；和
[0061]圖46是在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中可結(jié)合復(fù)合制品的飛行器的透視性圖解。
【具體實(shí)施方式】
[0062]現(xiàn)參考附圖，其中顯示是為了圖解本公開(kāi)優(yōu)選的和各種的實(shí)施方式，圖1中顯示配置為復(fù)合材料面板274的復(fù)合制品270。復(fù)合制品270可使用多個(gè)涂布纖維100形成(圖4)。每個(gè)涂布纖維100可包括纖維體102，其具有在纖維體102形成期間施加至纖維體102的基體材料150。有利地，通過(guò)一起形成纖維體102和周?chē)w材料150，可減少與單獨(dú)施加樹(shù)脂相關(guān)的時(shí)間、開(kāi)支和復(fù)雜性。而且，一起形成纖維體102和周?chē)w材料150可通過(guò)使可由表面能作用造成的表面特征變圓最小化，提供用于更精確控制纖維體102的尺寸和橫截面形狀的手段，如下面更詳細(xì)描述的。
[0063]有利地，纖維體102的尺寸和形狀的增加的控制可導(dǎo)致復(fù)合制品270的最終尺寸(例如，厚度)的更精確控制，其可導(dǎo)致復(fù)合制品270的改善的光學(xué)性能和/或改善的彈道性能?；w材料150可以以精確控制的基體厚度154(圖4)施加至纖維體102。基體厚度154相對(duì)尺寸的控制和纖維體橫截面面積106的控制(圖4)可提供更精確的用于形成具有特定纖維體積分?jǐn)?shù)282的復(fù)合制品270的手段?？苫诨w材料150的加工性、光學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)、持久性、耐濕性和其他性質(zhì)選擇基體材料150。可基于機(jī)械性能和光學(xué)性質(zhì)選擇纖維材料，如下面更詳細(xì)描述的。纖維體102可以以一個(gè)或多個(gè)特定橫截面形狀104形成，其可基于復(fù)合制品270期望的整體性質(zhì)優(yōu)化。
[0064]圖1中，復(fù)合制品270圖解為具有大體上平坦的面板表面276的復(fù)合材料面板274。但是，復(fù)合制品270可以非限制性地以寬范圍的尺寸、形狀和構(gòu)造的任一個(gè)形成，并且可包括平坦的表面和/或復(fù)合曲率表面。在一種實(shí)施方式中，復(fù)合制品270可制造為基本上光學(xué)透明的復(fù)合材料面板274，其中基體材料150可包括基本上透明的聚合基體并且纖維體102可包括基本上透明的纖維。但是，復(fù)合制品270可形成為不透明的或基本上非透明的復(fù)合制品270。
[0065]參考圖2，顯示的是復(fù)合制品270的一部分，其圖解以交叉片構(gòu)造304布置在基體材料150中的多個(gè)纖維體102。纖維體102顯示為具有平行四邊形230橫截面形狀104。但是，纖維體102可以以如下述各種不同橫截面形狀104的任意一種形成。纖維體102可形成，具有相對(duì)于基體橫截面面積168 (圖4)的特定橫截面面積106 (圖4)?？偟睦w維體積278和總的基體體積280可被控制在相對(duì)嚴(yán)格的公差內(nèi)，這可導(dǎo)致復(fù)合制品270的期望纖維體積分?jǐn)?shù)282的相對(duì)高度的控制。
[0066]另外，纖維體102可沿著圖2中顯示的纖維拉伸126的方向縱向拉伸。一個(gè)或多個(gè)纖維體102也可形成為薄片228，如圖23中所顯示并且下面更詳細(xì)描述的。薄片228可沿著單個(gè)方向單向拉伸?？蛇x地，薄片228可沿著可大體彼此垂直定向的兩個(gè)方向雙向拉伸。無(wú)論橫截面形狀如何，纖維體102可在施加基體材料150之前或期間拉伸。纖維體102的拉伸可相對(duì)于相同材料類(lèi)型的非拉伸纖維的強(qiáng)度增加纖維體102的強(qiáng)度。例如，纖維體102可由聚合材料比如聚酰胺形成。聚酰胺可有意地在纖維體102形成期間或在纖維體形成之后拉伸。纖維體102的拉伸可造成纖維分子基本上對(duì)齊，其可增加纖維體102的抗拉強(qiáng)度和剛度。當(dāng)嵌入在凝固或固化的復(fù)合制品270的基體材料150中時(shí)，拉伸的纖維體102可改善復(fù)合制品270的比性能。
[0067]圖3是由多個(gè)涂布纖維100(圖4)形成的復(fù)合制品270的橫截面視圖。每個(gè)涂布纖維100可由與基體層152 (圖4) 一起形成的纖維體102形成。纖維體102每個(gè)可具有纖維體側(cè)表面116,其可定向?yàn)榕c纖維體上表面112和/或纖維體下表面114非垂直關(guān)系。在顯示的實(shí)施方式中，纖維體102可以以并排布置安放并且彼此相對(duì)緊密靠近，以使相鄰纖維體102的纖維體側(cè)表面116之間的間隙306的大小最小化。通過(guò)在其形成期間施加基體層152至每個(gè)纖維體102，纖維體橫截面形狀104 (圖1)可被更精確地控制以提供相對(duì)直的或平坦的纖維體側(cè)表面116和相對(duì)直的或平坦的纖維體上表面和下表面112、114。纖維體橫截面形狀104改善的尺寸控制可降低否則由于纖維體102的圓形的或非平坦的表面和角部導(dǎo)致的衍射和折射作用造成的光學(xué)畸變。
[0068]另外，纖維體橫截面形狀104改善的尺寸控制(圖1)可使得纖維體102彼此相對(duì)緊密靠近布置，以使纖維體102之間的間隙306的大小最小化。最小化纖維體側(cè)表面116之間間隙306的大小可最小化穿過(guò)纖維體102的光相對(duì)于穿過(guò)鄰近纖維體102之間間隙306的光的相差(未顯示)引起的光學(xué)畸變。纖維體102改善的尺寸控制也可改善控制鄰近層300中的纖維體102的纖維體上表面和下表面112、114之間間隙308的大小的能力。更精確的控制纖維體102之間的間隙306、308的作用可以是復(fù)合制品270的纖維體積分?jǐn)?shù)282 (圖2)的更精確的控制。纖維體積分?jǐn)?shù)282的增加可導(dǎo)致復(fù)合制品270的比性能的增加。
[0069]圖4顯示包括被基體層152圍繞的纖維體102的涂布纖維100的橫截面。基體層152可以以基本上均勻的厚度施加至纖維體表面110。但是，基體層152可在橫截面形狀的不同位置處以不同的厚度施加，如下述。在顯示的實(shí)施方式中，纖維體102具有平行四邊形230 (圖5)形狀，其包括纖維體上表面112、纖維體下表面114和相對(duì)于纖維體上表面112和下表面114以非垂直角度118定向的一對(duì)纖維體側(cè)表面116。但是，纖維體側(cè)表面116可相對(duì)于纖維體上表面112和/或纖維體下表面114垂直定向。盡管纖維體上表面和下表面112、114和纖維體側(cè)表面116顯不為基本上平坦的,但是纖維體上表面和下表面112、114和/或纖維體側(cè)表面116可略微彎曲一包括略微凹陷的或略微凸起的，并且不限于嚴(yán)格地基本上平坦的或平的輪廓。[0070]纖維體102具有纖維體寬度124和纖維體厚度122。纖維體厚度122可在從約三
(3)微米至約5，000微米的范圍內(nèi)。但是，纖維體102可以非限制性地以任何纖維體寬度124或纖維體厚度122提供。纖維體102具有大體細(xì)長(zhǎng)的橫截面形狀，其優(yōu)選地以相對(duì)高的縱橫比形成，以最小化層300中纖維體側(cè)表面116之間的間隙306的量(圖3)。纖維體102縱橫比可定義為纖維體寬度124與纖維體厚度122的比。在一種實(shí)施方式中，縱橫比可在從約3至約500的范圍內(nèi)，盡管纖維體102可以以任何縱橫比形成。盡管圖4顯示平行四邊形230形狀(圖5)的纖維體102，但是纖維體102可以非限制性地以各種可選的形狀和構(gòu)造的任何一種提供。例如，纖維體102可以以梯形形狀232 (圖21)、三角形形狀234 (圖21)、菱形形狀236 (圖21)提供，如下述，或以其他形狀和尺寸提供。
[0071]圖5是比如在可與復(fù)合制品270最終形狀近似的成形刀具(未顯示)上，布置在層300中的多個(gè)涂布纖維100的端視圖。涂布纖維100以加熱基體材料150以使得基體材料150混合之前的第一狀態(tài)顯示。盡管顯示單個(gè)層300，但是可提供涂布纖維100的多個(gè)層300。涂布纖維100的層300可以以期望的定向放置以實(shí)現(xiàn)復(fù)合制品270的期望的強(qiáng)度性質(zhì)。在顯示的實(shí)施方式中，涂布纖維100以并排布置安放并且彼此相對(duì)緊密靠近或彼此緊密接觸，以最小化側(cè)表面116之間的間隙306的大小。最小化側(cè)表面116之間的間隙306的大小可如上述改善復(fù)合制品270的光學(xué)性能。另外，可通過(guò)增加纖維體積分?jǐn)?shù)282 (圖2)改善復(fù)合制品270的比強(qiáng)度性質(zhì)。由于側(cè)表面116的相對(duì)緊密靠近也可改善彈道性能，其可減少?gòu)?fù)合制品270被射彈穿過(guò)。
[0072]圖6是在基體材料150已經(jīng)被加熱造成基體材料的粘度150降低并且導(dǎo)致相同層300和/或不同層300中鄰近的涂布纖維100的基體材料150混合之后的第二狀態(tài)的纖維體102的端視圖。也可在加熱基體材料150以固結(jié)層300的期間施加壓力至涂布纖維100 (圖4)?？稍诎ㄕ婵沾尚?、熱壓模制和其他復(fù)合材料加工技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)加工技術(shù)期間進(jìn)行施加熱和/或壓力。
[0073]圖7-8是用于形成涂布纖維100的纖維-基體形成裝置400的實(shí)施方式的示意性圖解，其中相對(duì)低粘度的基體材料408可基本上與纖維體102的形成同時(shí)施加至一個(gè)或多個(gè)纖維體102。纖維-基體形成裝置400可包括纖維材料儲(chǔ)器402和基體材料儲(chǔ)器406，用于分別容納纖維材料404和基體材料408。纖維材料404和/或基體材料408可由聚合材料構(gòu)成，所述聚合材料可為熱塑性材料或熱固性材料?？赏ㄟ^(guò)合適的纖維-基體形成裝置400拉引、擠出、旋轉(zhuǎn)或以其他方式生產(chǎn)纖維材料404和基體材料408，以形成涂布纖維100。
[0074]圖7-8中，纖維材料404和基體材料408可在纖維-基體形成裝置400的噴嘴處為相對(duì)高的溫度和/或相對(duì)低粘度，其可使得纖維材料404和基體材料408通過(guò)噴嘴擠出或拉引成涂布纖維100的形狀。涂布纖維100可從噴嘴410沿著纖維形成方向416拉引。隨著形成涂布纖維100和施加基體層152，纖維體102可沿著纖維拉伸方向126 (例如，沿著纖維體102的長(zhǎng)度)拉伸?？呻S著涂布纖維100拉離噴嘴410冷卻涂布纖維100。但是，可在形成涂布纖維100之后拉伸纖維體102，而不是在形成期間拉伸纖維體102。
[0075]就此而言，涂布纖維100可在纖維拉伸裝置(未顯示)中加工，其可減小纖維體大小(未顯示)并且其可延伸涂布纖維100和包括在其中的纖維體102的長(zhǎng)度。例如，涂布纖維100可纏繞在線軸(未顯示)上并且接著使用纖維拉伸裝置(未顯示)拉伸。但是，纖維體102可使用可選的技術(shù)拉伸而不限于在形成涂布纖維100期間拉伸或在形成布纖維100之后拉伸。圖7-8中顯示的纖維-基體形成裝置400是可實(shí)施為用于形成涂布纖維100的系統(tǒng)的非限制性例子，并且不應(yīng)理解為限制用于一起形成一個(gè)或多個(gè)纖維體102和基體材料150的可選布置。
[0076]圖7-8中，基體層152可以以基體施加速度施加至纖維體102，所述基體施加速度可基于從纖維-基體形成裝置400拉引或擠出纖維體102的速度進(jìn)行控制。在一種實(shí)施方式中，基體層152可以以如此速度施加，以便以基本上均勻的方式沿著纖維體102的長(zhǎng)度施加期望的基體厚度154 (圖4)。盡管未顯示，纖維-基體形成裝置400可包括關(guān)于纖維拉引速度、纖維溫度、基體溫度、纖維拉伸比、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和可有助于精確控制纖維體102和基體層152形成過(guò)程的其他數(shù)據(jù)的反饋數(shù)據(jù)。
[0077]圖9是噴嘴410的實(shí)施方式的橫截面，從所述噴嘴中涂布纖維100 (圖4)可被拉弓丨、擠出或以其他方式形成。噴嘴410可包括纖維體沖模412，其可被調(diào)整大小并且配置為形成期望的纖維體橫截面形狀104的纖維體102。噴嘴410也可包括基體層沖模414，其可圍繞纖維體沖模412環(huán)形布置?；w層沖模414可被調(diào)整大小并且配置為隨著形成纖維體102，形成圍繞纖維體102的期望基體橫截面形狀166的基體層152 (圖7)。
[0078]參考圖10，顯示的是通過(guò)一起形成纖維體102和周?chē)w層152 (圖7)生產(chǎn)的涂布纖維100。有利地，可降低與在單獨(dú)步驟中常規(guī)施加樹(shù)脂至多個(gè)纖維相關(guān)的時(shí)間、開(kāi)支和復(fù)雜性。另外，通過(guò)隨著形成纖維體102施加基體層152至纖維體102，可更精確地產(chǎn)生纖維體橫截面形狀104。例如，對(duì)于圖10中顯示的平行四邊形230涂布纖維100，可生產(chǎn)纖維體102，從而纖維體上表面112、纖維體下表面114和纖維體側(cè)表面116形成為基本上平坦的，并且隨著纖維體102從纖維體沖模412 (圖7)拉引和纖維體102冷卻保持基本上平坦。
[0079]另外，由于基體層152具有與纖維體102基本上類(lèi)似的形狀，纖維體角部120可保持相對(duì)尖銳的或非圓的形狀?；w層152和纖維體102具有基本上類(lèi)似的形狀的效果是減少纖維體102的表面能驅(qū)動(dòng)的變圓，比如在纖維體角部120處。通過(guò)將纖維體102嵌入基體層152，可減輕對(duì)纖維體102的表面能作用。隨著纖維體102從噴嘴410初始拉引，當(dāng)纖維體102材料為相對(duì)高溫度和/或相對(duì)低粘度時(shí)，表面能作用可為最高的。有利地，通過(guò)隨著纖維體102被拉引施加基體層152至纖維體102，可大量減少或減輕對(duì)纖維體102的表面能作用。
[0080]參考圖11，顯示的是纖維-形成裝置500的噴嘴502的示意圖，其圖解在不施加基體材料150的情況下形成纖維508。纖維-形成裝置500可包括容納纖維材料(未顯示)的纖維材料儲(chǔ)器(未顯示)。纖維508可在噴嘴502從纖維沖模504拉引。纖維508可沿著纖維拉引方向506拉引。
[0081]圖12圖解噴嘴502的橫截面和纖維沖模504的平行四邊形230形狀(圖5)。纖維沖模504具有相對(duì)尖銳或非圓形的內(nèi)部角部。圖13是纖維508的橫截面的圖解，所述纖維508可從纖維沖模504 (圖11)沿著纖維拉引方向506 (圖11)擠出或拉引。由于表面能作用512，圖13中纖維508的橫截面形狀具有圓形上表面和下表面514、516以及圓形側(cè)表面518。當(dāng)纖維508首先從噴嘴410 (圖7)出來(lái)然后冷卻纖維508時(shí)和當(dāng)纖維508具有相對(duì)低粘度和相對(duì)高的溫度時(shí)，可出現(xiàn)上表面和下表面514、516和側(cè)表面518的表面能變圓。在纖維508的角部520 (圖13)處，表面能變圓可能更突出。由于折射和衍射光學(xué)畸變，這種圓形角部520可導(dǎo)致降低的復(fù)合制品的光學(xué)性能，所述折射和衍射光學(xué)畸變可由于復(fù)合制品中纖維508和纖維508可嵌入的基體(未顯示)折射指數(shù)的差異而出現(xiàn)。如可理解的，本公開(kāi)中描述的涂布纖維100 (圖10)可有利地避免出現(xiàn)這種圓形表面和/或圓形角部一其否則可在沒(méi)有周?chē)w層情況下形成纖維508時(shí)出現(xiàn)。
[0082]圖14是使用涂布纖維100 (圖10)構(gòu)建的復(fù)合制品270的橫截面視圖，并且圖解彼此相對(duì)緊密靠近放置的一對(duì)纖維體102。纖維體102有利地具有纖維體橫截面形狀104，其具有相對(duì)平的或平坦的纖維體上表面和下表面112、114和纖維體側(cè)表面116。另外，纖維體角120 (圖10)是相對(duì)尖銳且非圓形的。圖14進(jìn)一步圖解穿過(guò)復(fù)合制品270的多個(gè)光線320。取決于光線320是否穿過(guò)纖維體102的主要部分或光線320是否穿過(guò)纖維體102的一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面116，光線320的最終角度324和光程長(zhǎng)度322可略微不同。例如，第一光線320A可從基體材料150穿入纖維體102并且接著離開(kāi)纖維體102并且返回進(jìn)入基體材料150,由于基體材料150的折射率相對(duì)于纖維體102的折射率的差異導(dǎo)致第一光線320A的側(cè)向位移。第五光線320E可從基體材料150穿入纖維體102并且接著可離開(kāi)纖維體102，從而第五光線320E可以以最終角度324E定向，最終角度324E可基本上等于在第一光線320A離開(kāi)纖維體102之后第一光線320A的最終角度324A。另外，第五光程長(zhǎng)度322E可基本上等于第一光程長(zhǎng)度322A。
[0083]圖14也圖解第三光線320C，其可穿過(guò)基體材料150并且進(jìn)入一個(gè)纖維體102的纖維體側(cè)表面116并且接著橫跨間隙306并且進(jìn)入鄰近的纖維體102的纖維體側(cè)表面116，然后離開(kāi)纖維體102并且進(jìn)入基體材料150。由于纖維體側(cè)表面116的基本上平坦的形狀，第三光線320C可以以最終角度324C離開(kāi)纖維體102，所述最終角度324C基本上等于第一光線320A和第五光線320E的最終角度324A、324E。另外，第三光程長(zhǎng)度322C可基本上等于第一光程長(zhǎng)度322A和第五光程長(zhǎng)度322E。
[0084]圖14中，第二和第四光線320B、320D入射在一個(gè)纖維體102的一個(gè)纖維體側(cè)表面116上，其導(dǎo)致第二和第四光線320B、320D以最終角度324B和324D離開(kāi)纖維體102，所述最終角度324B和324D不同于第一、第三和第五光線320A、320C、320E的最終角度324A、324C、324E。另外，由于第二和第四光線320B、320D穿過(guò)單個(gè)的纖維體側(cè)表面116，第二和第四光線320B、320D可具有比第一、第三和第五光程長(zhǎng)度322A、322C、322E更長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度322B、322D。盡管最終角度324和光程長(zhǎng)度322的差異通常導(dǎo)致光學(xué)畸變，但是在圖14的布置中，通過(guò)最小化間隙306的大小和通過(guò)最小化每個(gè)層300中的間隙306的量，穿過(guò)僅僅一個(gè)纖維體側(cè)表面116的光的量可保持相對(duì)較少，從而最小化光學(xué)畸變。另外，通過(guò)在纖維體102和基體層152 (圖7)的一起形成期間更精確地控制纖維體厚度122 (圖4)，對(duì)于穿過(guò)不同纖維體102的光線320的最終角度324和光程長(zhǎng)度322的差異可被最小化。
[0085]有利地，通過(guò)施加基體層152(圖7)控制纖維體側(cè)表面116的形狀，以防止表面變圓和角部變圓，復(fù)合制品270中的光學(xué)畸變可被最小化。另外，通過(guò)最小化層300中鄰近的纖維體102的纖維體側(cè)表面116之間的間隙306的大小，最終角度324中角偏差的差異和通過(guò)復(fù)合制品270的光程長(zhǎng)度322的差異可被最小化。例如，本公開(kāi)包括下述實(shí)施方式，其中可與圍繞纖維體102同時(shí)施加的基體材料150同時(shí)生產(chǎn)(例如，拉引、擠出等)多個(gè)纖維體102以形成大纖維200 (圖24)。可精確控制大纖維200中纖維體102的相對(duì)大小、間隔和對(duì)齊，其可導(dǎo)致復(fù)合制品270 (圖3)中纖維體102 (圖3)之間相對(duì)高的對(duì)齊程度和纖維體102 (圖3)之間的間隙306、308大小的相對(duì)高的精確程度。[0086]圖15顯示涂布纖維100，其中基體層152的基體厚度154在纖維體橫截面形狀104的不同位置處不同。例如，在纖維體102的角部區(qū)域162中的基體層152沿著平坦纖維體上表面和下表面112、114相對(duì)于上或下表面基體厚度156、158具有增加的厚度。在一種實(shí)施方式中，角部區(qū)域基體厚度164可大于上或下表面基體厚度156、158至少約10%，盡管角部區(qū)域基體厚度164可大于表面基體厚度156、158不到約10%?？裳刂c上表面、下表面或側(cè)表面基體厚度156、158、160的測(cè)量方向相同的方向(例如，垂直于表面112、114、116)測(cè)量角部區(qū)域基體厚度164。
[0087]角部區(qū)域基體厚度164的增加可減輕在角部區(qū)域162處的基體層152的表面能驅(qū)動(dòng)的變圓。就此而言，通過(guò)提供具有相對(duì)于圖4基體層的大體尖銳角部更圓形狀的角部區(qū)域基體厚度164的基體層152，在角部區(qū)域處該基體層152可較不易遭受由于表面能作用的變圓。減少在角部區(qū)域162處基體層152的表面能變圓可減少纖維體角部152的表面能驅(qū)動(dòng)的變圓。盡管圖14中的涂布纖維100包括相對(duì)于圖4的涂布纖維100增加的角部區(qū)域基體厚度164，但是圖14中涂布纖維100的基體層152的總橫截面面積可以以在復(fù)合制品270中實(shí)現(xiàn)期望的纖維體積分?jǐn)?shù)282 (圖2)的量提供。
[0088]圖16是相對(duì)于上表面、下表面或側(cè)表面基體厚度156、158、160 (圖15)具有增加的角部區(qū)域基體厚度164的多個(gè)涂布纖維100(圖10)的端視圖。涂布纖維100可布置為彼此接觸的關(guān)系。
[0089]圖17顯示在加熱和混合不同的涂布纖維100的基體材料150之后第二狀態(tài)的纖維體102?？膳c加熱基體材料150同時(shí)施加壓力以幫助復(fù)合制品270的多層300的固結(jié)?？墒┘訜岷?或壓力并且基體材料150可接著固化或凝固以形成復(fù)合制品270。
[0090]圖18-19是涂布纖維100的進(jìn)一步實(shí)施方式，其中基體層152具有在纖維體橫截面形狀104不同位置處不同的基體厚度154。例如，圖18圖解涂布纖維100的實(shí)施方式，其中側(cè)表面基體厚度154基本上相等并且其中上表面基體厚度156小于下表面基體厚度158。圖19圖解涂布纖維100的實(shí)施方式，其中側(cè)表面基體厚度160的每個(gè)小于上表面和下表面基體厚度156、158。
[0091]圖20-22圖解可選形狀的涂布纖維100。圖20圖解梯形232形狀的涂布纖維100，其具有基本上彼此平行的基本上平坦的纖維體上表面和下表面112、114。纖維體側(cè)表面116以彼此非平行關(guān)系定向。圖20中纖維體102的梯形232橫截面形狀可以以相對(duì)高的縱橫比提供，其可導(dǎo)致復(fù)合制品270(圖1)改善的光學(xué)性能。
[0092]圖21圖解三角形234形狀的涂布纖維100，其纖維體102具有纖維體下表面114和一對(duì)纖維體側(cè)表面116。三角形234纖維體102的縱橫比優(yōu)選地大至使光學(xué)畸變最小化。當(dāng)鋪疊復(fù)合制品270 (圖1)時(shí)，三角形234纖維體102可促進(jìn)纖維體102相對(duì)于彼此的對(duì)準(zhǔn)(registration)或?qū)R。例如，三角形234纖維體102的層300 (未顯示)可以以正立定向并且彼此并排關(guān)系布置。倒立三角形234纖維體102的層(未顯示)可接著嵌套在正立三角形234纖維體102之間，以形成纖維體102的一個(gè)或多個(gè)雙層(未顯示)?？杉訜岷凸袒蚰袒w材料150以形成復(fù)合制品270。
[0093]圖22圖解菱形236橫截面形狀104的涂布纖維100和具有兩對(duì)纖維體側(cè)表面116的纖維體102。多個(gè)菱形236纖維體102可布置在層300 (未顯示)中?？煞胖美w維體102以便纖維體側(cè)表面116彼此相對(duì)緊密緊靠，以改善復(fù)合制品270 (圖1)的光學(xué)性能和/或增加復(fù)合制品270(圖1)的纖維體積分?jǐn)?shù)282 (圖1)。
[0094]圖23顯示為薄片228橫截面形狀104的涂布纖維100和纖維體102的實(shí)施方式。薄片228可以以涂布纖維寬度128與涂布纖維厚度130的相對(duì)高縱橫比形成。在一種實(shí)施方式中，薄片228的涂布纖維寬度128與涂布纖維厚度130的縱橫比可為至少約10。通過(guò)形成薄片228構(gòu)造的涂布纖維100，可減少形成復(fù)合制品270 (圖1)需要的涂布纖維100的總量，其可減少鋪疊復(fù)合制品270需要的時(shí)間量。
[0095]盡管本公開(kāi)圖解平行四邊形230形狀、梯形232形狀(圖20)、三角形234形狀(圖21)、菱形236形狀(圖22)和薄片228構(gòu)造的纖維體102，但是纖維體102可以各種可選的形狀和構(gòu)造的任何一種形成并且不限于圖中所圖解的。在一種實(shí)施方式中，纖維體102可具有纖維體側(cè)表面116,其相對(duì)于纖維體上表面和/或下表面112、114(圖20)非垂直和/或?qū)τ趶?fù)合制品270 (圖1)的制品表面272 (圖1)非垂直定向，以提高復(fù)合制品270的光學(xué)性能。但是，纖維體102可以以如此橫截面形狀提供，該橫截面形狀具有相對(duì)于復(fù)合制品270的表面垂直定向的表面。例如，纖維體102可以以矩形形狀、正方形形狀或具有基本上垂直于一個(gè)或多個(gè)制品表面272的側(cè)表面的其他形狀提供。另外，纖維體102可具有至少部分圓形的纖維體橫截面形狀104的。例如，纖維體橫截面形狀104可包括圓形、卵形、橢圓形、閉合的半圓形、腎形和其他形狀。
[0096]圖24顯示具有被基體材料150圍繞的多個(gè)纖維體102的大纖維200的實(shí)施方式?？赏ㄟ^(guò)拉引或擠出多個(gè)纖維體102和同時(shí)施加基體材料150至纖維體102形成大纖維200。大纖維200可提供用于控制大纖維200中纖維體102相對(duì)大小、間隔、和對(duì)齊的手段，其可導(dǎo)致對(duì)齊復(fù)合制品270(圖17)中纖維體102的相對(duì)高的精確程度。在一種實(shí)施方式中，大纖維200中的至少部分纖維體102可大體彼此垂直和/或水平對(duì)齊，或纖維體102可相對(duì)于彼此均勻錯(cuò)列。大纖維200中，纖維體102可以布置在多個(gè)層300中，間隙308在纖維體上表面和下表面112、114之間。每個(gè)層300中的纖維體102可以以纖維體側(cè)表面116之間相對(duì)小的間隙306布置，以使復(fù)合制品270的纖維體積分?jǐn)?shù)282最大化。
[0097]圖25顯示加熱和混合基體材料150之前第一狀態(tài)的多個(gè)大纖維200。大纖維200可布置在一個(gè)或多個(gè)層300中。盡管層300中的纖維體102顯示為以相同的方向定向，但是一個(gè)層300中的纖維體102可以以與至少一個(gè)其他層300中纖維體102不同的方向定向。
[0098]圖26顯示在加熱基體材料150 (圖25)之后第二狀態(tài)的大纖維200 (圖25)，其可導(dǎo)致基體材料150粘度的減少并且其可促進(jìn)不同的大纖維200的基體材料150的混合。有利地，通過(guò)用多個(gè)纖維體102以特定排列(對(duì)齊)和/或定向形成大纖維200，最終復(fù)合制品270中纖維體102的排列和定向可被更精確地控制，這可改善復(fù)合制品270的光學(xué)性能。
[0099]圖27是具有平行四邊形230大纖維橫截面形狀202的大纖維200的實(shí)施方式的圖解。大纖維200具有大纖維厚度208和大纖維寬度210。通過(guò)提供特定橫截面形狀202的大纖維200，可改善復(fù)合制品270 (圖1)的性能。例如，大纖維側(cè)表面204的重疊可在彈道事件期間促進(jìn)鄰近纖維體102的一些接合程度，其可改善纖維體102在減速射彈方面的總體能量吸收能力。大纖維200可以以各種不同橫截面形狀的任何一種提供。例如，大纖維橫截面形狀202可包括圓形、卵形、橢圓形、閉合的半圓形、腎形、多邊形、三角形、正方形、矩形、菱形、平行四邊形、梯形、或各種其他大纖維202橫截面形狀的任何一種。大纖維200也可以以提供特定量的基體材料150的橫截面面積提供，以實(shí)現(xiàn)期望的復(fù)合制品270的纖維體積分?jǐn)?shù)282 (圖1)。另外，大纖維200可以以具有彼此對(duì)齊并且被基體材料150圍繞的單層(未顯示)并排纖維體102的實(shí)施方式提供。
[0100]圖28顯示的是大纖維200的實(shí)施方式，其中大纖維角部206的基體材料150具有增加的厚度。大纖維角部206的增加的厚度可防止由于如上面提到的表面能作用造成的纖維體角部120變圓。
[0101]圖29-30圖解纖維體102，其具有纖維體上、下和側(cè)表面112、114、116，并且具有缺口區(qū)域238用于和其他纖維體102嵌套或互鎖。在圖29的實(shí)施方式中，纖維體102顯示為具有缺口區(qū)域238和鄰近缺口區(qū)域238的一個(gè)或多個(gè)側(cè)區(qū)域240。缺口區(qū)域238中的纖維體102的厚度可小于側(cè)區(qū)域240的厚度。缺口區(qū)域238可由缺口側(cè)壁242限定，其顯示為相對(duì)于缺口區(qū)域238的水平部分基本上垂直定向。
[0102]圖30圖解平行四邊形230形狀的大纖維200，其具有以并排關(guān)系放置并且布置在大纖維200的層300中的多個(gè)纖維體102?？膳渲么罄w維200，以便至少一個(gè)層300的至少一個(gè)纖維體102可接收在該層300的鄰近一層的至少一個(gè)纖維體102的缺口區(qū)域238中。缺口區(qū)域238可促進(jìn)纖維體102的平面內(nèi)互鎖246，從而至少部分纖維體102可彼此機(jī)械連接。在彈道事件中，纖維體102的機(jī)械連接可增加可參與彈道事件的纖維體102的量，其可增加纖維體102的能量吸收能力并且改善復(fù)合制品在減速射彈方面的能力。
[0103]圖31-32圖解纖維體102的進(jìn)一步實(shí)施方式，其具有由與至少一個(gè)纖維體的上表面和下表面112、114非垂直關(guān)系定向的側(cè)壁限定的缺口區(qū)域238。側(cè)壁的非垂直定向可提供與鄰近纖維體102平面內(nèi)互鎖246 (圖32)和平面外互鎖248 (圖32)的組合。增加的互鎖可增加纖維體102的機(jī)械連接，其可增加纖維體102在彈道事件期間的能量吸收能力。
[0104]在本文公開(kāi)的任何一種實(shí)施方式中，纖維體102可由任何合適的有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合材料形成，其不限于并且包括任何熱塑性材料和任何熱固性材料。例如,纖維體102可由包括下述至少一種的熱塑性材料形成:丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、碳氟化合物、聚酰胺(尼龍)、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、拉伸聚合物和任何其他合適的熱塑性材料。另外，纖維體102可由可包括下述任何一種的熱固性材料形成:聚氨酯、酚醛塑料、聚酰亞胺、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、倍半硅氧烷和任何其他合適的熱固性材料。而且，纖維體102可由包括碳、碳化硅、硼的無(wú)機(jī)材料，或其他無(wú)機(jī)材料形成。甚至進(jìn)一步，纖維體102可由玻璃材料形成，所述玻璃材料非限制性地包括E-玻璃(鋁-硼硅酸鹽玻璃)、S-玻璃(鋁硅酸鹽玻璃)、純二氧化硅、硼硅酸鹽玻璃、光學(xué)玻璃和任何其他玻璃材料。在一種實(shí)施方式中，纖維體102可由金屬材料形成。對(duì)于將纖維體102拉伸的實(shí)施方式，纖維體102可由熱塑性材料形成。
[0105]在本文公開(kāi)的任何實(shí)施方式中，基體材料150可包括任何合適的熱塑性材料或熱固性材料，其包括，但不限于，可形成纖維體102的上面提到的熱塑性或熱固性材料的任何一種。而且，在本文公開(kāi)的任何實(shí)施方式中，基體材料150可包括任何合適的金屬材料和/或玻璃材料。在一種實(shí)施方式中，基體材料150和/或纖維體102可由基本上光學(xué)透明的材料形成。但是，基體材料150和/或纖維體102可由基本上不透明(opaque)的材料或基本上非透光(non-transparent)的材料形成。另外，基體材料150可由聚合材料形成,該聚合材料不同于纖維體102的聚合材料。但是,基體材料150和纖維體102可由基本上相同的或類(lèi)似的聚合材料形成。纖維體102可任選地具有比基體材料150更高的分子量。高分子量的纖維體102可改善復(fù)合制品270的強(qiáng)度性質(zhì)和彈道性能。較低分子量的基體材料150可使得復(fù)合制品270被加工而不影響纖維體102期望的形狀和性質(zhì)。通過(guò)由相同的材料形成基體材料150和纖維體102，基體材料150和纖維體102材料可具有基本上相當(dāng)?shù)恼凵渎屎?或折射率的溫度系數(shù)，其相對(duì)于由不同的材料形成基體材料150和纖維體102的布置，可改善復(fù)合制品270的光學(xué)性能。在一種實(shí)施方式中，纖維體102和/或基體材料150可由聚乙烯比如超高分子量聚乙烯——由于其有利的高彈性模量——形成。
[0106]圖33-36中，顯示的是在三組分纖維250實(shí)施方式中實(shí)施的涂布纖維100的實(shí)施方式。三組分纖維250可包括犧牲材料252，其包含或圍繞用基體材料150涂布的至少一個(gè)纖維體102。犧牲材料252可不同于形成纖維體102和/或基體材料150的材料。圖33是具有沿著其長(zhǎng)度延伸的犧牲材料252的三組分纖維250的透視圖。圖34是三組分纖維250的橫截面視圖，其具有大體上圓形的或圓的橫截面形狀并且圖解具有平行四邊形230形狀的涂布纖維100。在一種實(shí)施方式中，與形成纖維體102和基體層152同時(shí),可將犧牲材料252施加至基體層152。
[0107]圖35是去除犧牲材料252 (圖33)之后涂布纖維100的透視性圖解。犧牲材料252可包括通?？扇芙獾牟牧?，其可在涂布纖維100形成之后沖洗掉或以其他方式去除。在一種實(shí)施方式中，犧牲材料252可以是在水中或溶劑中可溶解的，或犧牲材料252可通過(guò)其他化學(xué)手段或通過(guò)機(jī)械手段去除。有利地，通過(guò)使纖維體表面和角部變圓最小化并且防止加工期間纖維體102的其他扭曲，犧牲材料252可改善纖維體102在形成期間的尺寸控制。圖36圖解平行四邊形230橫截面形狀的涂布纖維100。但是，涂布纖維100可以非限制性地以任何形狀或構(gòu)造形成為三組分纖維250 (圖33)。盡管犧牲材料252顯示為具有方便制造的大體上圓形的形狀，但是犧牲材料252可以以其他形狀提供。
[0108]圖37是三組分纖維250的橫截面視圖，其形狀與涂布纖維100的橫截面形狀近似。另外，三組分纖維250在纖維體角部120處具有增加厚度的犧牲材料252。顯示的實(shí)施方式可減少溶解或沖洗掉的材料的量，其可節(jié)約材料并且減少成本。在纖維體角部120處增加厚度的犧牲材料252 (圖33)可減少如上討論的表面能扭曲。圖38是在去除犧牲材料252之后涂布纖維100的橫截面視圖。
[0109]圖39是三組分纖維250的橫截面視圖，其具有被基體材料150圍繞的多個(gè)纖維體102并且其類(lèi)似于圖27中圖解的大纖維200的實(shí)施方式。圖39的三組分纖維250的犧牲材料252可保持纖維體102幾何結(jié)構(gòu)并且維持纖維體102的排列，這可導(dǎo)致復(fù)合制品270中纖維體102改善的排列。圖40是去除犧牲材料252之后大纖維200的橫截面視圖。
[0110]圖41是在其中犧牲材料252圍繞多個(gè)大纖維200的實(shí)施方式中的三組分纖維250的橫截面視圖。每個(gè)大纖維200可被犧牲材料252層隔開(kāi)。每個(gè)大纖維200具有帶形構(gòu)造212，其包含以并排布置彼此對(duì)齊并且被基體材料150圍繞的多個(gè)纖維體102。盡管纖維體102顯示為平行四邊形230形狀，但是纖維體102可以非限制性地以任何形狀提供。三組分纖維250的犧牲材料252可減輕或減少如上述的基體層152的角部區(qū)域162的表面能驅(qū)動(dòng)變圓。另外，三組分纖維250的犧牲材料252可維持每個(gè)大纖維200中大體上平坦的、并排排列的纖維體102。圖42是在去除犧牲材料252之后圖41的大纖維200的橫截面視圖并且顯示多個(gè)單個(gè)帶形構(gòu)造212大纖維200。有利地，當(dāng)布置在復(fù)合制品270 (圖1)中時(shí)，帶形構(gòu)造212可維持纖維體102的排列和定位，這可導(dǎo)致復(fù)合制品270總體機(jī)械性質(zhì)和總體光學(xué)性質(zhì)的提高。
[0111]本文公開(kāi)的任何涂布纖維100實(shí)施方式可非限制性地并入任何大小、形狀和構(gòu)造的任何復(fù)合制品270。例如，復(fù)合制品270可配置為風(fēng)擋、座艙罩、窗戶、膜、裝甲板、結(jié)構(gòu)板材、建筑板材或非結(jié)構(gòu)制品。復(fù)合制品270也可非限制性地配置為用于任何交通工具或非交通工具應(yīng)用。
[0112]參考圖43，顯示的是流程圖，其圖解可包括在制造涂布纖維100(圖4)的方法600中的一個(gè)或多個(gè)步驟。該方法可包括步驟602，其包括基本上與施加基體層至纖維體102同時(shí)形成纖維體102 (圖4)。纖維體102可具有特定或預(yù)定的纖維體橫截面形狀104 (圖4)。纖維體橫截面形狀104可為圖中圖解的和/或上述的橫截面形狀之一，或者纖維體102可以以各種其他具體橫截面形狀的任何一種形成?；w層152可在比如從纖維體沖模412 (圖9)中拉引或擠出纖維體102期間施加。例如，基體材料150可擠出通過(guò)可與纖維體沖模412一起定位的基體層沖模414 (圖9)。
[0113]圖43的方法600的步驟604可包括當(dāng)形成纖維體102時(shí)拉伸纖維體102 (圖4)。隨著纖維體102從纖維-基體形成裝置400 (圖7)中拉引出，纖維體102可沿著纖維拉伸方向126 (例如，沿著纖維體102的長(zhǎng)度，圖7)拉伸。纖維體102的拉伸可導(dǎo)致纖維分子的排列，其可增加纖維體102的抗拉強(qiáng)度，這導(dǎo)致復(fù)合制品270(圖1)比性能的提高。
[0114]涂布纖維100 (圖24)可在大纖維200 (圖24)實(shí)施方式中實(shí)施。大纖維200實(shí)施方式可包括基本上彼此同時(shí)形成的多個(gè)纖維體102 (圖24)。有利地，大纖維200實(shí)施方式可促進(jìn)至少部分纖維體102彼此排列。在一種實(shí)施方式中，多個(gè)大纖維200可以以具有如圖41-42中所顯示的并排纖維體102的帶形構(gòu)造212形成。當(dāng)大纖維200鋪疊在比如復(fù)合材料成形刀具(未顯示)上時(shí)，大纖維200中的基體材料150 (圖24)可維持纖維體102的排列。也可以以促進(jìn)纖維體102互鎖的方式形成大纖維200中的纖維體102。例如，纖維體102可形成缺口區(qū)域238 (圖30)，用于與鄰近纖維體102的缺口區(qū)域238互鎖。
[0115]在一種實(shí)施方式中，方法可包括在其形成期間施加犧牲材料252 (圖33)基本上圍繞纖維體102 (圖33)和基體層152 (圖33)。犧牲材料252可改善纖維體102的尺寸控制并且可防止纖維體102的表面和角部的變圓。方法600可包括去除至少部分犧牲材料252，導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)纖維體102形成而具有纖維體橫截面形狀104(圖4)改善的尺寸控制。
[0116]圖43的方法600的步驟608可包括施加基體層152 (圖10)至纖維體102 (圖10)，從而在纖維體102的橫截面形狀104(圖10)周?chē)w厚度154(圖10)基本上均勻，如圖10中所顯示?？蛇x地，可施加基體層152，以便基體厚度154在纖維體102的橫截面形狀104的不同位置處不同，如圖15中所顯示的。例如，基體層152在纖維體角部120 (圖15)處的角部區(qū)域基體厚度164 (圖15)可大于上或下表面基體厚度156、158 (圖15)。增加的角部區(qū)域基體厚度164可最小化表面能驅(qū)動(dòng)作用一其否則使纖維體角部120變圓。
[0117]參考圖44，顯示的是具有一個(gè)或多個(gè)可包括在形成復(fù)合制品270(圖1)的方法700中的操作的流程圖。方法700可包括提供多個(gè)涂布纖維100 (圖4)的步驟702。如上述，每個(gè)涂布纖維100可由纖維體102 (圖4)形成，所述纖維體102可在纖維體102形成期間用基體材料150涂布。方法700的步驟704可包括降低基體材料150的粘度(圖4)，t匕如通過(guò)加熱基體材料150?；w材料150粘度的降低可促進(jìn)混合鄰近涂布纖維100的基體材料150。[0118]圖44方法700的步驟706可包括進(jìn)行固化和硬化或凝固基體材料150 (圖17)的至少一種，以形成復(fù)合制品270 (圖17)。方法700可包括以預(yù)定構(gòu)造形成復(fù)合制品270。例如，如上面提到的，復(fù)合制品可形成為風(fēng)擋、座艙罩、窗戶、膜、裝甲板、結(jié)構(gòu)板材、建筑板材、非結(jié)構(gòu)制品，或以各種其他構(gòu)造的任何一種形成。
[0119]參考圖45，顯示的是流程圖，其具有可包括在用于比如交通工具890 (圖46)中執(zhí)行復(fù)合制品270 (圖1)的方法800中的一個(gè)或多個(gè)操作。使用復(fù)合制品270的方法800可包括提供復(fù)合制品270的步驟802，其中復(fù)合制品270由多個(gè)涂布纖維100形成。如上述，每個(gè)涂布纖維100可包括纖維體102和基本上與纖維體102的形成同時(shí)施加至纖維體102的基體層152。
[0120]圖45的方法800的步驟804可包括將復(fù)合制品270 (圖1)置于或維持在非負(fù)荷狀態(tài)。非負(fù)荷狀態(tài)可包括復(fù)合制品270的靜態(tài)狀態(tài)。例如，復(fù)合制品270可包括為靜態(tài)或基本上不移動(dòng)的交通工具890的部分。在一種實(shí)施方式中，交通工具890可包括飛行器900。
[0121]參考圖46，顯示的是飛行器900的透視性圖解，其可結(jié)合如本文公開(kāi)的復(fù)合制品270的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式(圖1)。飛行器900可包括具有一對(duì)機(jī)翼904的機(jī)身902和尾部908，其可包括垂直安定面912和水平安定面910。飛行器900可進(jìn)一步包括操縱面906和推進(jìn)單元914。飛行器900可以是可結(jié)合如本文所述的一個(gè)或多個(gè)復(fù)合制品270的各種交通工具之一的一般性代表。
[0122]在一種實(shí)施方式中，復(fù)合制品270(圖1)可包括復(fù)合材料面板274 (圖1)。在非負(fù)荷狀態(tài)，復(fù)合材料面板274上的負(fù)荷可限于由于作用在復(fù)合材料面板274質(zhì)量上的地心引力引起的靜負(fù)荷或作用在飛行器900上的其他靜負(fù)荷。非負(fù)荷狀態(tài)的例子可包括比如當(dāng)飛行器900停在機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪上時(shí)未加壓的飛行器900 (圖46)機(jī)身902。
[0123]圖45方法800的步驟806可包括將復(fù)合制品270 (圖1)置于負(fù)荷狀態(tài)，其中交通工具可處于運(yùn)動(dòng)中，和/或復(fù)合材料面板274可經(jīng)受動(dòng)態(tài)負(fù)荷。例如，交通工具可包括起飛期間在跑道上運(yùn)動(dòng)的飛行器900 (圖46)。負(fù)荷狀態(tài)也可包括加壓的飛行器900機(jī)身902。在負(fù)荷狀態(tài)下，復(fù)合制品270上的負(fù)荷可包括壓縮負(fù)荷、拉伸負(fù)荷、剪切負(fù)荷、扭轉(zhuǎn)負(fù)荷或其任何組合的任何一種。
[0124]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供復(fù)合制品，其包括多個(gè)纖維體；基體層，其至少部分涂布至少一個(gè)纖維體的纖維表面并且基體層基本上與纖維體的形成同時(shí)施加。有利地，復(fù)合制品被配置為風(fēng)擋、座艙罩、窗戶、膜、裝甲板、結(jié)構(gòu)板材、建筑板材和非結(jié)構(gòu)制品的至少一種。
[0125]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供形成復(fù)合制品的方法，其包括下述步驟:提供多個(gè)涂布纖維，每個(gè)涂布纖維由用基體材料在纖維體形成期間涂布的纖維體形成；減少基體材料的粘度以使得多個(gè)涂布纖維的基體材料混合并且進(jìn)行固化和硬化基體材料的至少一種，以形成復(fù)合制品。
[0126]使用復(fù)合制品的方法，其包括下述步驟:提供由多個(gè)涂布纖維形成的復(fù)合制品，每個(gè)涂布纖維包括纖維體和基本上與纖維體的形成同時(shí)施加至纖維體的基體層；將復(fù)合制品置于非負(fù)荷狀態(tài)和將復(fù)合制品置于負(fù)荷狀態(tài)。有利地，非負(fù)荷狀態(tài)與基本上未移動(dòng)的交通工具相關(guān)，并且負(fù)荷狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)的交通工具相關(guān)。有利地，非負(fù)荷狀態(tài)與未加壓的飛行器機(jī)身相關(guān)；并且負(fù)荷狀態(tài)與加壓的飛行器機(jī)身相關(guān)。[0127]本公開(kāi)的另外的修改和提高可對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。因此，本文描述的和圖解的部件的具體組合打算僅僅代表本公開(kāi)的某些實(shí)施方式并且不打算用作限制在本公開(kāi)精神和范圍內(nèi)的可選實(shí)施方式或設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.用于復(fù)合制品的涂布纖維，其包括: 纖維體(102)，其具有至少一個(gè)纖維表面；和 基體層(152)，其至少部分涂布所述纖維表面并且在所述纖維體(102)形成期間施加。
2.權(quán)利要求1所述的涂布纖維，其中: 所述纖維體(102)沿著所述纖維體(102)的縱向方向拉伸。
3.權(quán)利要求1和2所述的涂布纖維，其中: 所述基體層(152)的基體厚度在所述纖維體(102)上基本上是均勻的。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的涂布纖維，其中: 所述基體層(152)的基體厚度在所述纖維體(102)上的不同位置處是不同的。
5.權(quán)利要求4所述的涂布纖維，其中: 所述纖維體(102)的橫截面形狀包括所述纖維表面和至少一個(gè)纖維體角部(120)；所述基體層(152)在所述纖維體角部(120)處具有角部區(qū)域基體厚度和在所述纖維表面處具有表面基體厚度；和 所述角部區(qū)域基體厚度大于所述表面基體厚度至少約10%。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)`所述的涂布纖維，其中: 纖維體(102)的橫截面形狀包括下述至少一種:圓形、卵形、橢圓形、閉合的半圓形、腎形、多邊形、三角形、正方形、矩形、菱形、平行四邊形和梯形。
7.權(quán)利要求6所述的涂布纖維，其中: 所述橫截面形狀包括涂布纖維寬度與涂布纖維厚度的縱橫比為至少約10的薄片。
8.權(quán)利要求7所述的涂布纖維，其中所述薄片是單向拉伸的和雙向拉伸的一種。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的涂布纖維，其中: 多個(gè)所述纖維體(102)包含在所述基體層(152)內(nèi)以形成大纖維(200)。
10.制造用于復(fù)合制品的涂布纖維的方法，其包括下述步驟: 形成纖維體(102)，其具有至少一個(gè)纖維表面；和 基本上與形成所述纖維體(102)同時(shí)，施加基體層(152)至所述纖維表面。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括下述步驟: 施加所述基體層(152)使得基體厚度在所述纖維體(102)上基本上是均勻的。
12.權(quán)利要求10和11所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟: 施加所述基體層(152)，使得基體厚度在所述纖維體(102)上的不同位置處是不同的。
13.權(quán)利要求10-12任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟: 以表面基體厚度施加所述基體至所述纖維表面；和 以角部區(qū)域基體厚度施加所述基體至所述纖維體(102)的纖維體角部(120)，所述角部區(qū)域基體厚度大于所述表面基體厚度至少約10%。
14.權(quán)利要求10-13任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟: 基本上彼此同時(shí)地形成多個(gè)所述纖維體(102)，所述纖維體的每個(gè)具有至少一個(gè)纖維表面；和 與形成所述纖維體基本上同時(shí)，施加所述基體層(152)至所述纖維表面，以生產(chǎn)大纖維(200)。
15.權(quán)利要求10-14任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟:在所述纖維體的形成期間，`圍繞所述纖維體和所述基體層施加犧牲材料。
【文檔編號(hào)】B32B27/02GK103507343SQ201310236306
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】M·S·威倫斯基, M·P·科扎 申請(qǐng)人:波音公司