用于复合结构的细丝网状物的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开总体涉及复合结构，并且更具体地，涉及用于利用细丝网状物(filamentnetwork)来提高复合结构的稳定性和功能性的装置和方法，诸如包括如下各项中的至少一个的细丝网状物:具有不同长度的多个细丝、具有不同组分的多个细丝、或者具有不同长度和不同组分的多个细丝。
【背景技术】
[0002]复合结构广泛地被用于诸如在航空航天应用方面的高强度、低重量的材料以替代金属。复合结构(例如，复合层压物)由一个或更多个复合层(还被称作板层或层板)形成。每个复合层包括加强材料和基体材料。该加强材料可以包括纤维。这些纤维可以在单个方向(例如，单向)或两个方向(例如，双向)上取向。基体材料可以包括树脂。
[0003]可在这些层中放置纤维束以形成加强敷层(layup)(还被称作预成型件)。在限定在预成型件的纤维束之间的空间中灌输树脂以形成集成预成型件。当将纤维束预成型件预浸渍到树脂中时，预成型件可被称为湿预成型件；或当没有将纤维束预浸渍到树脂中时，预成型件可被称为干预成型件。可部分或全部固化集成的预成型件以形成复合结构。复合结构的一个示例是碳纤维加强聚合物。
[0004]可在复合材料中使用表面纱(Surfacing veil)以将特定功能特性赋予到复合结构。纱是一种非织物，是由利用结合剂(例如，热塑性组合剂)保持在一起的短、断续细丝(例如，聚酯、玻璃纤维或尼龙细丝)制成的薄垫。例如，可在复合结构的外部使用纱，以帮助吸收树脂并且设置树脂丰富层(resin rich layer)，该纱可帮助保护该复合材料免受紫外线、腐蚀、或吸水；并且/或者可在复合层(例如，板层)之间使用该纱以增加层间结构(例如，股间(interply))的韧性。然后，为了获得适合纱稳定性，通常增加细丝长度、短细丝的体积、和/或结合剂的量。因此，这些变化可导致减少纱进而复合结构的功能性、增加厚度或增加单位面积重量。
[0005]另外，可在复合结构中使用附加表面和/或层间结构改性剂(例如，结合剂、树脂改性剂、微粒添加剂、和/或表面处理)，以将特定功能特性赋予复合结构。然而，这种表面和/或层间结构改性剂的结合可具有对在复合结构中的树脂、复合结构的机械性能、和/或复合结构的成本的负面影响。
[0006]此外，本领域技术人员继续研究，并且努力发展提高复合结构的稳定性和/或功能性领域。
【发明内容】
[0007]在一个实施方式中，所公开的细丝网状物可以包括间断细丝，其中，所述间断细丝可以包括不同长度细丝和不同类型细丝中的至少一个。
[0008]在另一实施方式中，所公开的细丝网状物可以包括间断细丝，其中，所述间断细丝包括不同长度细丝和不同类型细丝中的至少一个，其中，所述不同长度细丝包括第一长度细丝和第二长度细丝，其中，所述第一长度细丝包括第一长度，并且所述第二长度细丝包括第二长度，并且其中，所述第一长度不同于所述第二长度。
[0009]在另一实施方式中，所公开的细丝网状物可以包括间断细丝，其中，所述间断细丝包括不同长度细丝和不同类型细丝中的至少一个，其中，所述不同类型细丝包括第一类型细丝和第二类型细丝，其中，所述第一类型细丝包括第一材料组分，其中，所述第二类型细丝包括第二材料组分，并且其中，所述第一材料组分不同于所述第二材料组分。
[0010]在另一实施方式中，所公开的复合结构可以包括:多个纤维层，其中，多个纤维层的每个纤维层包括纤维束和至少部分覆盖所述纤维束的细丝层，所述细丝层包括间断细丝，所述间断细丝包括如下各项中的至少一个:不同长度细丝中，所述不同长度的细丝包括第一长度细丝和第二长度细丝，其中，所述第一长度细丝包括第一长度并且所述第二长度细丝包括第二长度，并且其中，所述第一长度不同于所述第二长度；以及不同类型细丝，其包括第一类型细丝和第二类型细丝，其中，所述第一类型细丝包括第一材料组分，其中，所述第二类型细丝包括第二类型材料组分，并且其中，所述第一材料组分不同于所述第二材料组分，所述细丝层还包括树脂，其与所述多个纤维层粘附在一起。
[0011]在另一个实施方式中，用于形成复合结构的本公开方法可以包括以下步骤:(1)相对于纤维束放置细丝层以形成纤维层，其中，所述纤维层包括间断细丝，所述间断细丝包括不同长度细丝和不同类型细丝中的至少一个；(2)由多个纤维层形成用于所述复合结构的加强敷层；(3)集成树脂与所述加强敷层，以形成包括低单位面积重量、低厚度、和所选择的功能特性的至少一个的所述复合结构。
[0012]从下面详细的说明书、附图和所附权利要求中，所公开的装置和方法的其它的实施方式将变得显而易见。
【附图说明】
[0013]图1是用于制造所公开的复合结构的环境的一个实施方式的原理框图；
[0014]图2是用于形成所公开的复合结构的细丝层的所公开的细丝网状物的一个实施方式的原理示意图；
[0015]图3是所公开的细丝网状物的另一个实施方式的原理示意图；
[0016]图4是所公开的细丝网状物的另一个实施方式的原理示意图；
[0017]图5是用于形成所公开的复合结构的加强敷层的一个实施方式的原理示意图；
[0018]图6是所公开的细丝网状物的另一个实施方式的原理示意图；
[0019]图7是所公开的细丝网状物的另一个实施方式的原理示意图；
[0020]图8是用于形成细丝网状物的所公开的方法的一个实施方式的流程图；
[0021]图9是用于形成复合结构的所公开的方法的一个实施方式的流程图；
[0022]图10是用于形成加强敷层的所公开的方法的一个实施方式的流程图；
[0023]图11是飞行器生产和服务方法的框图；以及
[0024]图12是飞行器的原理框图。
【具体实施方式】
[0025]下面将参照例示所公开的【具体实施方式】的附图进行详细描述。具有不同结构和操作的其它的实施方式不偏离于所公开的范围。相同的附图标记可在不同的附图中指代相同元件或组件。
[0026]图1示出总体以100指定的所公开的制造环境的一个示例实施方式，其中，可制造总体以102指定的复合结构。作为一个示例，复合结构102可采取单层复合结构104 (例如，单层片)的形式。作为另一个示例，复合结构102可采取多层复合层压物106 (例如，多层片)的形式。
[0027]可由集成加强敷层110与树脂108 (例如，基体材料138)来形成复合结构102。加强敷层110还可被称为预成型件。如在此使用的，“集成”树脂108与加强敷层110意味着导致树脂108位于在加强敷层110中。例如且非限制地，该集成可通过利用树脂108灌输到加强敷层110、将树脂108注射到加强敷层110中、利用树脂108浸透加强敷层110、混合树脂108与加强敷层110、利用树脂108浸渍加强敷层110、或其一些组合来执行。
[0028]在一个示例实施方式中，加强敷层110可以包括由多个纤维束112(例如，加强材料136)和/或多个细丝层114形成的多个纤维层116。如在此使用的，项目“多个(numberof) ”可以包括一个或更多个项目。例如，多个纤维层116可以包括一个或更多个纤维层118，多个纤维束112可以包括一个或更多个纤维束132，及多个细丝层114可以包括一个或更多个细丝层134。作为示例，纤维层118可以是多个纤维层116中的一个的一个示例，纤维束132可以是多个纤维束112中的一个的一个示例，及细丝层134可以是多个细丝层114中的一个的一个示例。
[0029]形成多个纤维束112的纤维束132的纤维可以是连续纤维140。如在此使用的，“连续纤维”可以是长纤维，其延伸大体上贯穿复合结构102的整个长度或整个宽度。在一个示例实施方式中，纤维束132可以包括使纤维彼此大体平行行进的未扭曲(untwisted)组。在其它的示例实施方式中，纤维束132可以包括粗纤维组、纤维的扭曲组、纤维的编辫组、或纤维的一些其它的类型的组。
[0030]在一个示例实施方式中，可布置多个纤维束132，以便使纤维束彼此大体平行行进。在纤维束132中的纤维束可以包括，但不限于:碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、热塑性纤维、聚合物纤维、其它的类型的纤维、或其一些组合。
[0031]根据实现方式，多个纤维束112的纤维束132可以包括，但不限于此:麻纤(tow)条、一段带中的至少一个。作为示例，根据实现方式，多个纤维束112可以包括相同或不同类型的纤维束132。作为具体，非限制性的示例，纤维束132可实现成单向麻纤、单向带、机织物、不卷曲织物等。
[0032]在一个示例实施方式中，可在树脂108中预浸渍纤维束132的一个或更多个。当在树脂108中预浸渍纤维束132时，加强敷层110可被称为湿预成型件。当没有在树脂108中预浸渍纤维束132时，加强敷层110可被称为干预成型件。
[0033]在一个示例实施方式中，可使在纤维束132中的连续纤维140的密度足够高，以便纤维束132的孔隙率低于选择阈值。可选择选择阈值，使得纤维束132的相对于树脂108的渗透性低于选择阈值。
[0034]如在此使用的，项目“孔隙率”是该项目中存在多少开放空间的测量。例如且非限制地，开放空间可以呈开口、孔洞、间隙、或者一些其它的类型的开放空间的形式。如在此使用的，项目“渗透性”可以是哪种液体可通过该项目容易地移动的测量，所述液体诸如为在所公开的示例实施方式中的树脂108。通常，增加孔隙率导致增加渗透性。
[0035]在该示例实施方式中，多个纤维束112的每个纤维束132的孔隙率和渗透性可以是低的。作为示例，当在增加敷层110中灌输树脂108时，纤维束132的渗透性可以足够低，以便树脂108可以通过多个纤维束112的每个纤维束132缓慢地渗透或流动。
[0036]树脂108可以包括至少一种聚合物。例如且非限制地，树脂108可以包括如下各项中的至少一个:热固性聚合物、热塑性聚合物、和/或一些其它的类型的聚合物。作为具体且非限制性的示例，树脂108可以包括，但不限于:热塑性材料、丙烯酸树脂、氟碳化合物、聚酰胺、聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热固性材料、聚氨酯、酚醛塑料、聚酰亚胺、磺化聚合物(聚苯硫醚)、导电聚合物(例如，聚苯胺)、苯并恶嘆、双马来酰亚胺、氰酸酯、多元酯、环氧树脂以及倍半硅氧烷。
[0037]如在此使用的，当使用项目列表“…中的至少一个”时，则意味着可使用一个或更多个列表项目的任何组合，但是可以不需要(例如，可需要列表项目中的仅一个项目)列表项目的所有项目。作为一个非限制性的示例，“项目A、项目B、和项目C中的至少一个”可意味着项目A ;项目A和项目B ;项目B ;项目A、项目B和项目C ;或项目B和项目C。作为另一个非限制性的示例，“项目A、项目B、和项目C中的至少一个”可意味着两个项目A、一个项目B、和十个项目C;四个项目B和七个项目C;或一些其它的适合的组合。
[0038]灌输在加强敷层110中的树脂108可形成复合结构102。根据实现方式，然后可留下未固化的、部分固化的、或全部固化的复合结构102。未固化的复合结构102(例如，利用灌输树脂108的加强敷层110)可被称作集成预成型件。
[0039]可以部分地固化集成预成型件以获得部分固化的复合结构的形式。可执行部分固化以允许更容易运输部分固化的复合结构和/或更容易处理部分固化的复合结构。可全部固化集成预成型件，以获得全部固化复合结构的形式。
[0040]细丝层134可以包括由多个间断细丝120形成的细丝网状物124。作为一个示例，细丝网状物124可以包括分散在非机织物格式中(例如，垫)的多个断续和缠绕(entangled)的间断细丝120 (例如，像线一样的结构)。如在此使用的，“缠绕”意味着在细丝网状物124中，断续细丝与其它的断续细丝机械地盘绕。间断细丝120可以包括其不能延伸复合结构102的整个长度或整个宽度的多个细丝。形成间断细丝120的细丝可以包括材料的单独索(例如，单独细丝)和/或材料的索束(例如，细丝束)，还被称作纤维。间断细丝120可以包括不同尺寸、不同长度、不同直径、不同横截面及不同类型(例如，材料组分)或一些其组合中的至少一个的细丝。作为一个通常且非限制性的示例，间断细丝120可以包括如下各项中的至少一个:不同长度的细丝126、不同类型细丝128、或不同长度细丝126和不同类型细丝128的组合。
[0041]组成间断细丝120的细丝可以包括但不限于如下各项中的至少一个:碳细丝、二氧化硅细丝、玻璃细丝、金属细丝、陶瓷细丝、硼细丝、纳米管细丝、聚酰胺细丝、聚醚醚酮(PEEK)细丝、聚醚酮细丝、聚酯细丝、聚醚砜细丝、聚酰亚胺细丝、聚氨酯细丝、聚烯烃细丝、丙烯酸细丝、尼龙细丝、弹性细丝、聚苯并惡唑细丝、聚苯并咪唑细丝、聚苯并噻唑细丝、聚苯并噁嗪细丝、其它类型的热塑性细丝、其它类型的热固性细丝、或者一些其它类型细丝。
[0042]在一个示例中，间断细丝120可具有相对于彼此的随机取向。在另一个示例中，间断细丝120可以不具有相对于彼此的随机取向。
[0043]细丝层134可实现成如下各项中的至少一个:纱、非机织垫、网、片、带、或间断细丝120的一些其它的类型的集合。作为一个具体且非限制性的示例，细丝