[发明专利]复合制品及其制造方法

说明书

一种复合制品及其制造方法，复合制品包括纤维束和网状物，所述网状物包括从纤维束之间抽出或拉出的材料。所述网状物形成物理屏障，以减少复合制品中裂纹的扩展。本申请所述的示例性结构首先使用新型蜂窝结构来增韧树脂浸渍的复合材料，并产生不会导致纤维断裂的连续全厚度增强件。

技术领域

本发明公开了新型复合结构及其制造方法。

背景技术

由于重量轻、相对强度高以及具有成型更复杂形状的能力，复合材料正在取代金属作为结构材料。然而，传统的复合材料结构在应力作用下会出现裂纹(特别是脱层)。夹层形式的常规复合增韧技术(例如热塑性面纱和颗粒)在控制高应力集中区域失效方面效果有限。在许多情况下，需要使用增韧薄膜粘合剂来达到所需的全厚度韧性性能。此外，机械紧固件可能是可接受设计的默认值。这对于整体飞机结构来说尤其应当关注，即在整个结构厚度(如接头半径)内都会出现高应力区域100(见图1)。因此，在接头半径处形成的裂纹102只需要跳至未增韧层，就可以发生脆性破坏。使用全厚度增韧技术可以减轻这种裂纹。然而，由于在灌注期间树脂流动路径的破坏，常规的贯穿厚度方法(例如薄膜粘合剂)不用于液体模塑结构中，导致诸如空隙，孔隙和干斑的缺陷。这种缺陷显著降低了复合层压结构的面内特性。

全厚度技术实施例及其限定如下：

·Z-pin：用于堆叠强化(stacked reinforcements)，但由于在插入过程中出现严重的微观结构缺陷(这进而降低了复合材料的面内性能)，目前不使用。

·缝线：用于对干纤维预制件进行增韧，但由于在插入过程中出现严重的微观结构缺陷(这进而降低了复合材料的面内性能)，目前不使用。

·三维(3D)机织/3D针织/3D编织预制件，通常采用液体成型方法。然而，由于在制造过程中造成3D预制件内的纤维错位，这些预制件仅限于特定的几何形状并且不容易被应用于集成的飞机接头。

图2显示了表征传统面纱、缝线和Z-pin增韧复合材料的阿什比图，并突出显示了以开孔压缩(OHC)强度与I型层间断裂韧性(Gic)之间的比值表示的面内性能的差距。图2表明，与面纱相比，全厚度法显著提高了I型断裂韧性，Z-pin的断裂韧性可提高到1400％。但是，由于制造过程中产生的微观结构缺陷，全厚度增强可降低OHC强度和其他面内性能方面的损伤容限。另一方面，作为夹层应用的面纱显示出较低的OHC 的降低程度，并且在将面纱应用于纤维预制件期间，其对纤维造成的中断较小。然而，Gic的有效改善效果较差。因此，表示按常规未实现的性能的差距是使用连续的全厚度增强材料获得高I型断裂韧性而不会降低损伤容限和面内性能。

因此，所需要的是一种通过复合材料实现连续性且不降低面内特性的全厚度技术。本发明满足这一需要。

发明内容

本发明公开了一种复合制品，所述复合制品包括多个纤维束和与所述纤维束结合的材料的网状物，所述网状物包括通过柱状物连接的层，其中，多个所述柱状物的每一个从所述层中的一个中抽出并穿过所述纤维束之间的不同空间，从而将所述层中的一个连接到所述层的另一个上，所述网状物形成物理屏障，以减少复合制品中裂纹的扩展。

所述复合制品可以以多种方式实施。实施例包括但不限于以下实施例中的一个或任意组合。

1.包括多个片层的复合制品，其中，所述多个片层分别包括多个所述纤维束和多个所述不同空间，其中，所述片层的中的至少一个位于由所述柱状物连接的两个所述层之间，并且从所述层的一个中抽出的所述多个柱状物穿过两个所述层之间的所述至少一个片层中的所述不同空间。

2.所述复合制品，其中，所述柱状物和/或所述层包含用于增材制造的材料。

3.所述复合制品，其中，所述层和/或所述柱状物包含热塑性塑料或所述热塑性塑料的混合物。