[发明专利]使用复合材料形成的部件的局部增强用增强材料及方法

说明书

本发明涉及一种用于特别在力引入区域和/或连接区域中，局部增强使 用复合材料形成的部件的增强材料。

此外，本发明涉及一种用于制造增强材料的方法。另外，本发明涉及 一种使用复合材料以及增强材料制造部件，特别是飞机用大尺寸部件的方 法。

在轻量构造中，特别是在飞机构造中以及航空航天中，由于其极高的 强度，同时具有低质量而具有高的重量减轻潜力的纤维增强复合材料部 件，正越来越多地用于承载结构部件。当对机械性能的需求高的时候，用 碳纤维增强的环氧树脂形成复合材料部件。这包括使用浸渍有环氧树脂的 碳纤维将一层安置在另一层之上，或层叠多层。这里，各个层具有不同的 纤维取向，以使最终的复合材料部件的特定负载方向最佳化。在各个层中 的纤维取向可以是例如0°和±45°。为了制造这样的复合材料部件，特别优 选的是使用所谓CRP预浸材料，该材料是用已经预浸(浸透)有适当的环氧 树脂以形成树脂基体的碳纤维形成的。这里，碳纤维可以是以编织织物、 层压体或粗纱的形式，即，以取向的纤维辫(fibre strand)的形式排列的。 CRP预浸材料的固化以已知的方式，例如，在真空袋中、在高压釜中等进 行。

为了使复合材料部件连接到其它的结构部件上，必须将钻孔引入到复 合材料部件中，使得可以引入例如螺栓，以连接到另外的部件上。然而， 由于碳纤维通常与部件的表面平行，因此与抗拉或抗压强度相比，复合材 料部件的嵌入强度(embedding strength)不是很高。因此，必须在力引入区 域和/或连接区域中以例如产生螺栓或铆钉连接的钻孔形式提供另外的机 械增强。

这些机械增强可以以例如所谓双层体(doubler)的形式形成。双层体包 括在力引入区域和/或连接区域中涂覆到现行的复合材料部件上的另外的 复合材料层。然而，双层体具有的缺点在于，它们使得在力引入区域和/ 或连接区域中产生加厚部分，从而通常导致结构设计方面的限制。

此外，已知的是，在复合材料部件的层结构中，特别是在力引入区域 或连接区域中结合平面金属片状结构。这包括一个在另一个之上地交替层 叠金属片状结构和CRP预浸材料的层。即使在力引入区域或连接区域中， 金属片状结构的高嵌入强度与复合材料的高抗拉或抗压强度的组合也共 同地产生有利的机械性能。

然而，以前在CRP复合材料部件的层结构中结合片状结构的层而以例 如在复合材料部件等之间产生螺栓或铆钉连接的钻孔的形式，改善力引入 区域或连接区域中的机械性能，这在制造工程期间过于复杂，并且迄今为 止，在完全实施时仅仅是部分自动化的。

因此，本发明的目的是提供一种特别用于环氧树脂-基CRP复合材料 部件的适当的增强材料，所述增强材料允许容易，特别是自动化的加工性， 从而允许在具有复合材料的部件，特别是大尺寸的部件中产生这样的增强 区。

该目的是通过具有专利权利要求1的特征的增强材料实现的。

所述增强材料由金属片状结构形成，所述金属片状结构具有粗糙度增 大以改善粘附的表面，以及涂敷到所述表面上以提供密封，并且改善与复 合材料的粘合的涂层这样的事实意味着，在增强材料和邻接的复合材料层 之间存在着良好的粘附，以实现用增强材料和复合材料形成的复合材料部 件，特别是大尺寸的复合材料部件的高嵌入强度，以及同时最佳的抗拉、 抗压和剪切强度。

另外，在为了增大表面粗糙度而预先进行的表面处理以后，涂层密封 金属片状结构的表面，以最大程度地避免例如，可能削弱与复合材料层的 连接或粘附的在金属片状结构上的污染物的沉积。

另外，如果通过自动化铺叠(laying)装置(“带层”)将优选卷材(web)形的 金属片状结构从进给辊牵引出，并且逐层铺叠，以形成具有局部增强区的 复合材料部件，特别是大尺寸的复合材料部件，则涂层保证了金属片状结 构在位于其下的CRP预浸材料的层上的初始粘合。这里，假定CRP预浸 材料也为卷材形，并且正如作为增强材料的金属片结构那样-通过自动化铺 叠装置从进给辊牵引出，并且以层的形式铺叠。极大地避免了增强材料的 不受控制的位置变化或滑动，因此极大地避免了整个层结构的不受控制的 位置变化或滑动。

一种有利的改进规定(provide)，复合材料由浸渍有固化性合成树脂的 许多碳纤维形成。

结果，高机械强度可以与低重量一起实现。