[发明专利]制造复合材料的方法、复合材料以及最终产品

说明书

技术领域

本发明首先涉及一种由包括纵向纤维和粘合剂或树脂的条制造复合材料的方法。

背景技术

这种方法称做自动纤维/丝束的布置。其一般使用通常由带或条（其通常称做“丝束”或“狭缝带（slit tape）”，包括纵向纤维和粘合剂（或树脂））构成的材料。对单独的条或丝束进行操纵以形成放置到工具上的材料带。用复合材料的条或丝束建立一层一层的部分，并且每一层（“网层”（ply））放置到工具上的角度借助纤维布置过程被精确地确定。

自动纤维/丝束的布置能够使用受控制的或曲线纤维路径实现复杂复合物结构的构造。生产复合物结构的该方法比手动方法更节省成本。由于该方法具有沿着局部的内部负载路径定向纤维的能力，该方法提供了改进的结构效率，这能导致更轻的结构，更轻的结构比其他生产方法制造的结构成本更低。

利用这种自动纤维/丝束的布置而构造的复合物具有层的结构并且易于受到破坏。甚至低速的冲击都能在肉眼看不见的复合材料的表面之下造成破坏。这种基体破裂、分层（层或网层之间分开）和（通常有限的）纤维断裂形式的破坏显著减小了复合物结构的强度，尤其是在压缩和剪切载荷之下，可导致结构的灾难性故障。复合材料对冲击的这种敏感性的主要原因是基体在网层之间的低的面外强度，在网层之间仅存在强度非常低的树脂（且没有纤维）。网层之间的基体一般比每个网层中的纤维基体组合弱至少一个数量级。在冲击期间，产生超出网层之间的基体强度的面外载荷（垂直于分层平面）。结果，基体破裂。这些破裂部分结合到分层中并且还可使纤维断裂。为了解决破坏中存在的这种强度减小就需要添加更多的材料，因而增加了结构的重量。

尽管通过将复合材料制造的更厚或通过提供某种贯穿厚度的增强（通常通过缝合、纺织、编织等等来实现）能补偿这种复合材料的强度减小，但是这些措施增加了这种材料的重量和成本。此外，贯穿厚度的增强往往减小面内强度（增强纤维导致应力集中），因而仍然需要更多的材料来达到所需的强度，这进一步增加了重量和成本。

发明内容

相对于上面提到的，存在制造复合材料的替代性方法的需要，这种复合材料对破坏更有耐受性，并且对于制造所述复合材料来说没有或几乎没有任何重量和成本的增加。

因此，根据本发明，该方法旨在由包括纵向纤维和粘合剂或树脂的条制造复合材料，该材料包括一层在另一层的顶部上的多层组件，

其中每层组件包括m组（其中m至少是2）平行的条，每组平行的条沿不同的方向延伸，并且每层组件是由以下连续的步骤制造的：

a．将作为第一组条的一部分的第一批平行的条以预定间隔并排放置；

b．将作为第二组条的一部分的第二批平行的条以所述预定间隔并排地放置在第一批条顶部上，且第二批条中的每个条都相对于第一批条中的条以不同于180°的角度延伸；

c．对于m组条的所有余下的组，重复步骤b，其中将作为每下一组平行的条的一部分被放置的条相对于所有前一组的条以不同于180°的角度放置；

d．将作为第一组条的另一部分的下一批平行的条以所述预定间隔并排地、且平行于并紧邻第一批条地放置在之前放置的各批条的顶部上；

e．将作为第二组条的另一部分的下一批平行的条以所述预定间隔并排地、且平行于并紧邻第二批条地放置在之前放置的各批条的顶部上；

f.对于m组条的所有余下的组，重复步骤e；

g．重复步骤d到f，直到将最后一批平行的条作为最后一组条的一部分放置，使得所有的预定间隔被相邻地定位的条完全占据并且完成一层组件，

其中，通过在相应的步骤g期间放置一层组件的最后一批平行的条而完成一层组件之前，除了该一层组件是最后一层组件的情况之外，随后一层组件的第一批平行的条根据相应的步骤a被放置。

由于制造一层组件的该特定方法，该方法在任何情况下都包括一个在另一个的顶部上的许多m个条（等于组的数量），其中所述条专门由连续放置过程根据规则图形被定位，而没有用已经定位的条在其纵向方向上对条进行编织的过程。结果，在完成的该一层组件中，沿其长度在不同位置上的条将限定该一层组件的m层（多组平行的条）中的不同的层（如果例如m＝3，则限定了在一些位置处的下层、在一些位置处的中层以及在一些位置处的上层）。