[发明专利]多孔材料的增强

说明书

相关申请的参考

本申请要求在2005年5月27日提交的德国专利申请No.102005024408.4和在2005年5月27日提交的美国临时专利申请No.60/685,296的申请日的权益，所述专利申请的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及复合材料的技术领域。本发明尤其涉及一种制造增强的多孔材料的方法。本发明还涉及具有增强多孔材料芯的夹层式部件，以及具有所述夹层式部件或具有利用根据本发明的方法制造的结构部件的航空器。

背景技术

由于其较好的刚性或强度密度比，复合材料、尤其是夹层结构被广泛地用于航空器构造领域中。夹层式部件通常由上覆盖层或表面和下覆盖层或表面构成，在所述上覆盖层或表面和下覆盖层或表面之间设置蜂窝状的芯结构，其由具有六边形横截面的垂直延伸的单元组成并起到增加刚性的作用。

夹层结构还可以具有其它性能，例如隔音或隔热性能(所谓的多功能特性)，如果根据这些性能获得所述夹层结构的话。这可以消除通过单独的部件实现的附加措施，从而获得整体设计的重量降低。

刚性多孔材料(cellular material)用作具有蜂窝结构的设计的替代品。与蜂窝结构相比，刚性多孔材料就隔热和隔音以及部件制造而言具有某些优点。然而，与具有相当密度的蜂窝状芯结构的夹层结构相比，所述基于泡沫的夹层结构的一个缺点是预期具有较差的机械性能。这通过使用缝纫技术将纤维或线引入到刚性多孔材料部件中来弥补。在树脂渗透工艺后，纤维穿透的区域有助于多孔材料的机械增强。

例如在US6,187,411中描述了一种已知的用缝线增强的夹层结构。为了增强该夹层结构，以双面缝纫工艺用线缝合，其中通过常规技术用针使面线从所述夹层结构的一个覆盖层插入到层合体中并通过在所述层合体中另一个覆盖层附近的底线固定。当针从层合体退回时产生环。这种类型的双面缝纫技术也记载在US4,196,251中，其中底线平行于第二覆盖层延伸并基本上垂直于面线。US5,624,622也描述了通过缝合工艺增强的多孔材料的夹层结构，其中使用已知的链式线迹或回针缝纫技术。

在所有已知的缝纫方法中，针一开始刺穿多孔材料并且同时将线引入到该多孔材料中。在穿刺多孔材料的过程中，线在整个长度上基本上平行于针延伸。因此，通过针的直径和线的厚度来限定所刺的孔的孔径。

因此，所有这些已知方法的一个缺点是在针从多孔材料中退回后留下的孔相对于所引入的线的厚度过大。这导致孔中没有填入纤维的区域在树脂渗透后被树脂填充，使得在这些方法中没有如所希望地用纤维而是基本上基于渗透的树脂实现机械性能的改善。但是，特定机械性能(即，与重量相关的性能)的改善无法满足航空器结构所需的轻质结构的要求，使得仅在极少的情形中考虑使用这种类型的增强的多孔材料。

发明内容

因此，本发明的一个目的可以是用纤维或纤维束改善多孔材料的增强，使得基本上由所引入的纤维改善多孔材料芯的机械性能。

在本发明的上下文中所使用的术语多孔材料指的是适于用作夹层结构中芯材料的任何芯材料。多孔材料优选由现行的多孔材料构成，但是在本发明的上下文中也可以由纺织品例如毡或任何其它的非织造织物构成。例如，所描述的方法同样可以毫无疑问地使用纺织半成品，尤其是毡或非织造织物，以便改善其在另一个维度上的性能。在本发明的上下文中，术语纤维束指的是由多个单纤维或单丝构成的粗纱、单独的纤维以及通过捻合单纤维或纤维束而产生的线。在本发明的上下文中，术语纤维束的厚度指的是压缩形式的全部单纤维的总和。

本发明的目的可以通过用于制造三维增强的多孔材料的方法、由此制造的夹层式部件以及在例如航空和航天领域中的应用、尤其是装备有所述夹层式部件或具有通过使用根据本发明的方法制造的结构部件的航空器来实现。

本发明基于不在产生孔的过程中同时引入用于增强多孔材料的纤维束的思想，其中纤维束最终应该以定向方式设置，并且一开始为多孔材料提供通孔，所述通孔从第一表面向第二表面方向延伸，以便随后将使得达到第二表面的另一侧的纤维束朝第一表面的方向拉入到通孔中。因此，在根据本发明的方法中，在第一步中首先在多孔材料中产生通孔，其中所述通孔从所述多孔材料的第一表面延伸到所述多孔材料的第二表面。正在讨论的多孔材料可以具有带有相反表面的三维几何形状，其中平行表面仅在简单的情况下存在。夹层结构常常具有三维曲面、厚度突变等特征。