[发明专利]包括具有联锁形状的纤维的复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本公开一般地涉及复合材料，并且更具体地涉及具有改进的弹道(冲击，ballistic)性能的纤维增强复合制品。

背景技术

复合结构通常包括用纤维增强的基体，其中纤维被嵌入基体。设计复合结构以沿纤维的长度传送负荷。来自一个纤维的负荷可通过穿过基体材料被转移至相同另一个层纤维或被转移至相邻层中的纤维。然而，基体通常比纤维脆弱，以至当足够高的负荷从一个纤维穿过基体传送至另一个纤维时，基体将破裂。基体的破裂使得纤维在复合结构内横向移动。

在弹道事件中——其中复合面板可被射弹冲击，纤维横向或侧向移动的能力通常对复合面板的总体弹道性能有害。例如，基体中纤维横向移动的能力使得射弹在纤维之间楔入。射弹在纤维之间的楔入使得射弹穿透复合面板的厚度，而不使纤维断裂。在这点上，纤维的横向移动和射弹的随后锲入降低了面板的弹道性能能力。

可见，本领域中存在对复合结构的需求，该复合结构对纤维横向移动提供降低的敏感度，以便可改进弹道性能。

发明内容

与弹道应用的复合结构有关的上述需求通过本公开具体地解决和缓和，在实施方式中，本公开提供复合制品，其可包括多个至少部分地嵌入基体中的纤维。纤维的每一个都可具有上表面、下表面和侧表面。至少一个纤维的上和下表面中的至少一个可包括凹口区和凹口区相对侧上的一对侧区(side region)。多个纤维可布置在层中。一个层的至少一个纤维可被接收在另一个层的至少一个纤维的凹口区内。

同时公开的是具有上表面、下表面和侧表面的纤维。上和下表面中的至少一个可具有凹口区和凹口区相对侧上的一对侧区。凹口区可配置以接收相邻纤维的侧区。

本公开另外包括制造复合制品的方法。该方法可包括形成多个具有上表面、下表面和侧表面的纤维的步骤。凹口区可形成在纤维中纤维的上和下表面中的至少一个中，并沿纤维的长度轴向延伸。一对侧区可形成在凹口区的相对侧上。凹口区可配置以接收纤维中的另一个的侧区。

在进一步的实施方式中，公开的是制造复合制品的方法，其包括形成多个具有上表面、下表面和侧表面的纤维的步骤。该方法可进一步包括在纤维的上和下表面的至少一个中形成凹口区和在凹口区的相对横向侧上的一对侧区。该方法可另外包括在纤维中的一个的凹口区内接收相应的一对纤维的一对侧区。多个纤维可以以并行布置而被放置，以便至少一个纤维的侧表面基本平行于紧接相邻的一个纤维的侧表面。该方法可包括至少部分地将纤维嵌入基体中并且固化或凝固基体，以形成复合制品。

已经讨论的特征、功能和优点可在本公开的各种实施方式中独立实现，或可在其他实施方式中结合，其进一步的细节通过参考在以下的随后的描述和附图可见。

附图说明

本公开的这些和其他特征在参考附图后将变得更加显而易见，其中相同的数字始终指的是相同的部件，并且其中：

图1为实施方式中复合制品的透视图示，该制品包括基体材料和多个嵌入基体中的纤维；

图2为图1的复合制品的分解透视图示，并且图解了多个纤维被布置在层中，并且通过在纤维中形成的凹口区彼此联锁；

图3为沿图1的线3得到的复合制品的一部分的放大透视图示，并且图解了纤维的联锁；

图4为沿图3的线4得到的复合制品的截面图示，并且图解了每一个都具有凹口区和凹口区相对侧上的一对侧区的多个纤维；

图5为图4的纤维的分解透视图示，并且进一步图解了在纤维中形成的凹口区；

图6为纤维的进一步实施方式的横截面图示，其中凹口区包括成角度的凹口侧壁，其用于相互接合并且为抵抗纤维相对于彼此的平面内移动和平面外移动提供阻力；

图7为每一个都具有在上和下表面中形成的凹口区的多个纤维的横截面图示；

图8为具有被定向成与纤维的上和下表面为非垂直关系的侧表面的多个纤维的横截面图示；

图9为多个纤维的横截面图示，其图解了在每个纤维的每个上和下表面中形成的凹口区，并且进一步图解了纤维的成角度的凹口侧壁和成角度的侧表面；

图10为交叉层构造的复合制品的多个层的图示，图解了相对于纤维的相邻连接层对垂直定向的纤维的连接层对；和

图11为图解可包括在制造复合制品的方法中的一个或多个操作的流程图。

发明详述