本申請(qǐng)主張2013年12月6日遞交的序列號(hào)為61/912,749的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，據(jù)此，其內(nèi)容通過引用的方式并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及復(fù)合材料，特別是涉及一種具有側(cè)面薄片(side sheets)的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)(composite sandwich structure)和一種介于中間的由與側(cè)面薄片相同的復(fù)合材料制成的中空結(jié)構(gòu)芯支撐基質(zhì)(open area core support matrix)。

背景技術(shù)：

在汽車、運(yùn)輸和物流為基礎(chǔ)的行業(yè)中為了制造地面和空中運(yùn)輸均適用的更高燃油效率的車輛，重量減輕(Weight savings)一直是一個(gè)主要的焦點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這些重量減輕(Weightsavings)，輕重量的復(fù)合材料已被采用以取代金屬結(jié)構(gòu)的和面體(surface body)的組件與面板。復(fù)合材料是兩種或以上具有顯著不同的物理或化學(xué)性質(zhì)的構(gòu)成材料(constituent materials)制成的,當(dāng)構(gòu)成材料結(jié)合時(shí),產(chǎn)生的一種具有單個(gè)組份(the individual components)所不具備的特性的材料。單個(gè)組分(the individual components)在成品結(jié)構(gòu)(finished structure)中保持獨(dú)立且有區(qū)別的。一種復(fù)合材料可能因?yàn)楹芏嘣虺蔀閮?yōu)選：常見的例子包括相比較于傳統(tǒng)的材料時(shí)更強(qiáng)的、更輕的、或更便宜的材料。一種夾層-結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(sandwich-structured composite)是一類特殊的通過連接兩個(gè)薄但堅(jiān)硬的面板到一種重量輕但厚的芯以制成的復(fù)合材料。該芯材料(core material)通常是一種低強(qiáng)度的材料，但其較高的厚度提供該夾層復(fù)合材料(sandwich composite)高抗彎剛度(bending stiffness)以及整體低密度(overall low density)。

盡管夾層復(fù)合材料(sandwich composite)為一種較輕質(zhì)量的組件提供了上述的高抗彎剛度與一較低總密度，但由于用于外部面板壁(outer skin walls)和芯的急需材料(desperate materials)以及其不同的熱膨脹系數(shù)引入了熱應(yīng)力該夾層復(fù)合材料的熱循環(huán)性能不是最佳的。因此，存在一個(gè)優(yōu)化熱循環(huán)性能的一種改進(jìn)的夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供一種形成一復(fù)合夾層面板組合的方法包括于一開孔基質(zhì)芯的相對(duì)側(cè)面定位設(shè)置一頂部薄片和一底部薄片。將所述的頂部薄片、底部薄片和芯暴露于一熱源處伴隨一夾緊壓力到所述的頂部薄片和所述的底部薄片的施加。然后去除所述的熱源并維持所述的夾緊壓力一段時(shí)間。當(dāng)所述的頂部薄片、底部薄片和芯已冷卻并融合在一起時(shí)去除所述的夾緊壓力。還提供了由這一方法制成的一組合(assembly)。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的移除所述的頂部薄片的一部分以顯示蜂窩狀的復(fù)合材料芯的一復(fù)合夾層的局部透視圖；以及

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成所述的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)的一生產(chǎn)方法的一流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明具有實(shí)用性，作為一改進(jìn)的復(fù)合夾層面板結(jié)構(gòu)有兩個(gè)側(cè)面薄片夾入一種介于中間的由與該頂部的和底部的薄片相同的復(fù)合材料制成的中空結(jié)構(gòu)芯支撐基質(zhì)以改善熱循環(huán)性能和減輕成形部分(formed part)的壓力。本發(fā)明的實(shí)施例的夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)由包括聚丙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene)、聚丁烯、交聯(lián)聚乙烯(polyethylene cross linked)、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、和包含任何上述的嵌段共聚物(block copolymers)的熱塑性聚合物制成。

如本發(fā)明中所用的，應(yīng)用于一類型的聚合物的術(shù)語“相同的”旨在表示在兩種聚合物中存在一種以多數(shù)存在的共同單體組分(monomeric subunit)?？梢岳斫獾氖牵承┑皇撬械膶?shí)例的相同的聚合物也具有一個(gè)在10％以內(nèi)的介于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、重均分子量(weight average molecular weight)(Mw)、交聯(lián)密度中的一種或多種之間的特性。在其它情況下，該組件由相同的熱塑性的原料制成。

本發(fā)明的實(shí)施例夾層可以將所述的芯和頂部的/底部的薄片用短纖維強(qiáng)化。在某些實(shí)施方案中，該纖維為未取向的并且在聚合物中為無規(guī)的。用于在所述的復(fù)合夾層中增強(qiáng)成形的部分(formed part)的纖維包括玻璃、碳、和其他合成纖維、以及天然纖維。天然纖維示例性地包括椰子纖維、竹纖維、甘蔗纖維、香蕉皮纖維、以及它們的組合。所述的中空結(jié)構(gòu)芯支撐基質(zhì)(open area core support matrix)可以由各種圖案示例性地包括蜂窩狀、菱形、正方形、三角形、平行四邊形、圓形和它們的組合的圖案制成。

應(yīng)該理解的是，在實(shí)施例中設(shè)置了值的范圍，該范圍旨在不僅僅包括該范圍的端點(diǎn)值，還包含該范圍的明確包含在該范圍中的，并且隨該范圍的最后有效數(shù)字改變的中間值。舉例來說，從1到4的列舉范圍旨在包括1～2、1～3、2～4、3～4和1～4。

在某些本發(fā)明的實(shí)施例中，單元壁(cell wall)的厚度與一單元中空結(jié)構(gòu)模型(cell open area shape)的最大線性范圍之比介于0.01-10：1之間。在本發(fā)明的這些實(shí)施例中一個(gè)單元壁(cellwall)的厚度范圍為0.1mm到100mm。

在某些本發(fā)明的夾層的實(shí)施例中，所述的中空芯區(qū)域(open core area)可以用相變材料(PCM)填充。相變材料被用來控制和調(diào)節(jié)物體相對(duì)于該物體的周圍環(huán)境(ambient environment)的溫度。一PCM具有一相當(dāng)可觀的熔融潛熱(latent heat of fusion)，并且可設(shè)計(jì)為具有在該物體的所期望的工作溫度(operating temperature)可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的一恒定的熔融溫度(Tm)。根據(jù)環(huán)境溫度(ambient temperatures)和/或該物體內(nèi)的溫度，PCM根據(jù)需要在一基本恒定的熔融溫度，Tm，從物體中吸收熱量、或?qū)ξ矬w釋放熱量以提供物體更好的的溫度穩(wěn)定性，保持它較長(zhǎng)時(shí)間在其最佳工作溫度(operating temperature)范圍之內(nèi)。通常，當(dāng)PCMs達(dá)到它們的相變溫度(它們的熔化溫度)時(shí)它們?cè)谝粠缀鹾愣ǖ臏囟任沾罅康臒崃?。PCM和含有該物質(zhì)的本發(fā)明結(jié)構(gòu)中固相和液相均同時(shí)存在并且熔化的潛熱要么被吸收(熔融)要么被釋放(凍結(jié))因此與周圍相比保持一個(gè)窄的溫度范圍。該P(yáng)CM繼續(xù)吸收熱量而沒有一個(gè)顯著的溫度上的上升直到所有材料被轉(zhuǎn)化為液相。當(dāng)一液體材料周圍的環(huán)境溫度(ambient temperatures)下降時(shí)，PCM凝固，釋放其儲(chǔ)存的潛熱。

現(xiàn)在參照附圖，圖1為本發(fā)明的復(fù)合夾層10具有被附上一頂部薄片14和一底部薄片16的一蜂窩狀芯12的一個(gè)實(shí)施例的一局部透視圖。該頂部薄片14的一部分被去除以顯示出蜂窩狀復(fù)合芯12。該頂部薄片14和底部薄片16由與該芯12相同的熱塑性聚合物制成。該熱塑性聚合物可用包括合成的(synthetic)、玻璃、碳、和天然纖維的未取向的纖維強(qiáng)化。在頂部薄片14和底部薄片16以及該芯12中該相同的復(fù)合材料的使用確保當(dāng)它們被加入一夾層10時(shí)在材料之間的一熱匹配，從而改善了該夾層10的熱循環(huán)性能。熱塑性材料的使用使得在制造夾層10期間該頂部薄片14和底部薄片16內(nèi)表面18可熱熔化到該芯12。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式用以形成復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)的一生產(chǎn)過程(production process)20的流程圖。該過程20由在該芯附近定位設(shè)置所述的頂部的和底部的薄片(步驟22)開始然后暴露安排一紅外熱源處以軟化熱塑性塑料(thermoplastic)(步驟24)。在步驟26中，一夾緊壓力被施加到仍然軟化的熱塑性塑料(thermoplastic)以便壓緊薄片到該芯并保持接觸。在步驟28中，仍然施加夾緊壓力隨著熱塑性部件冷卻并融合在一起。一旦部件已經(jīng)冷卻下來， 且一融合的夾層已經(jīng)形成，夾具被去除(步驟30)?？梢岳斫獾氖?，相對(duì)的壓臺(tái)(platens)易于用于施加動(dòng)態(tài)熱和壓力。該壓臺(tái)易于根據(jù)需要被加熱和被冷卻以達(dá)到所述的薄片和所述的芯之間的融合而不會(huì)造成開放芯基質(zhì)區(qū)域的塌縮(collapse)。

可以理解的是，可使用一等離子體源以不僅提供熱量，而且提供介于一個(gè)薄片和該開孔基質(zhì)芯(open pore matrix core)之間的自由基鍵合位點(diǎn)。這種等離子體源于本領(lǐng)域是常規(guī)的。

上面的描述是本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方案的說明，但是此處并不意味著在實(shí)踐中的限制。上述的的權(quán)利要求，包括其所有等同物，旨在限定本發(fā)明的范圍。