本发明涉及一种制造复合层压物的方法及用于制造复合层压物的物品。
背景技术：
对复合层压物的冲击可致使在层压物的纤维层中或者纤维层(fiberbed)之间产生裂缝并使裂缝扩大。可以在纤维层之间使用夹层来阻止或者阻碍裂缝的扩大。例如，夹层可包括热塑性球或者具有高热塑性物质含量的树脂。
然而，夹层会使复合层压物的厚度增加。厚度的增加可能是显著的并且是不期望的。
技术实现要素：
根据此处的实施方式，一种制造复合层压物的方法包括形成包括第一纤维层和第二纤维层以及介于纤维层之间的夹层的堆叠物。纤维层浸渍有基质树脂。夹层包括位于不可溶成分上的可溶热塑性成分。该方法进一步包括使可溶热塑性成分溶解于基质树脂中，以使夹层的厚度减小。
根据此处的另一实施方式，一种用于制造复合层压物的物品包括：不可溶膜，具有介于2微米与20微米之间的厚度；以及至少一个可溶热塑性膜，结合(bond)至不可溶膜。该至少一个可溶热塑性膜使制品的厚度增加。
根据此处的另一实施方式，一种用于制造复合层压物的物品包括具有可溶热塑性涂层的不可溶非连续纤丝的面纱(veil)。
这些特征和功能可在各种实施方式中独立实现或者可结合在其他实施方式中。参考下列描述和附图，可以理解实施方式的进一步细节。
附图说明
图1是包括第一纤维层和第二纤维层以及介于纤维层之间的夹层的复合层压物的示图。
图2是制造包括具有韧化区域的薄夹层的复合层压物的通用方法的示图。
图3是由可溶热塑性膜和不可溶膜制造包括夹层的复合层压物的方法的示图。
图4是由可溶热塑性膜和不可溶膜制造包括夹层的复合层压物的方法的示图。
图5是具有可溶热塑性涂层的不可溶纤丝或者颗粒的示图。
图6是面纱的照片。
图7A和图7B是由涂覆有可溶热塑性物质的不可溶纤丝的面纱制造包括夹层的复合层压物的方法的示图。
图8A和图8B是由涂覆有可溶热塑性物质的连续不可溶纤丝制造包括夹层的复合层压物的方法的示图。
图9A和图9B是由分散在可溶热塑性膜中的不可溶颗粒或者非连续纤丝制造包括夹层的复合层压物的方法的示图。
图10是具有针对选择性的韧度而被图案化的夹层的复合层压物的示图。
具体实施方式
参考图1，复合层压物110包括多个纤维层120。纤维层120包括一行或者多行纤维介质。作为第一实施例，纤维层120包括一行或者多行连续的单向增强纤维。作为第二实施例，纤维层120包括具有不同定向的连续增强纤维的织物。作为第三实施例，纤维层120包括无规则垫(mat)，该无规则垫的增强纤维是非连续的、随机定向的并且重叠的。
在一些构造中，所有纤维层120的全部增强纤维都在同一方向上延伸。在其他构造中，一些纤维层120中的增强纤维在与其他纤维层120中的增强纤维不同的方向上延伸。例如，复合层压物110可包括具有相对于参考方向以零度定向的纤维的一个或多个纤维层120并包括具有相对于参考方向以非零度角(例如，45度、90度)定向的纤维的一个或多个纤维层120。
复合层压物110的不同纤维层120可具有相同类型的纤维或者不同类型的纤维。纤维类型可因尺寸、模数(modulus)、成分等而不同。
增强纤维嵌入在基质(matrix)中。不同的纤维层120可具有相同的基质成分或者不同的基质成分。
复合层压物110进一步包括至少一个夹层130(尽管仅示出了一个夹层130，然而，复合层压物110可包括至少一个额外的夹层130)。夹层130位于两个邻近的纤维层120之间，这两个邻近的纤维层将被称为第一纤维层120A和第二纤维层120B。
夹层130是薄的。其中，常规夹层可具有约25微米的厚度，夹层130具有介于2微米与20微米之间的厚度，更优选地，具有介于3微米与8微米之间的厚度。
现参考图2，其示出了制造包括薄夹层的复合层压物的方法。在块210处，形成堆叠物。堆叠物包括第一纤维层和第二纤维层以及介于第一纤维层与第二纤维层之间的夹层。在形成堆叠物之前，第一纤维层和第二纤维层可预浸渍基质树脂，或者使用干纤维层形成堆叠物，之后再使干纤维层浸渍基质树脂。
夹层包括可溶热塑性成分和不可溶成分。不可溶成分是薄的，具有介于2微米与20微米之间的厚度，更优选地，具有介于3微米与8微米之间的厚度。
在块220处，使可溶热塑性成分溶解于基质树脂中，以减小夹层的厚度。可溶成分可以是部分可溶的或者完全可溶的。可在固化过程中使可溶成分溶解于基质树脂中，或者可在单独的步骤中，通过加热或者不通过加热使可溶成分溶解。
基质树脂可以为“热塑性不足的(thermoplastic-starved)”。即，基质树脂中的热塑性成分以及由此在固化之前存在于纤维层中的总基质树脂的量小于最终部分中所期望的量。当使可溶成分溶解于热塑性不足的基质树脂中时，纤维层中的热塑性物质含量增加至期望的量。因此，额外的基质树脂来自于溶解的可溶成分。
在块220处，不可溶成分不溶解。不可溶成分构成夹层的最小固化后(post-cure)厚度。
在一些实施方式中，可溶成分全部溶解，从而仅留下不可溶成分。在其他实施方式中，可溶热塑性成分部分溶解，其中，剩余的不可溶成分被减少浓度的热塑性物质所包围。
不可溶成分自身过薄，以至于在复合层压物的制造过程中不能经受加工处理(例如，织网处理)。可溶热塑性成分使夹层的整体厚度增加，因此，夹层可经受加工处理。
下面段落描述了制造复合层压物的若干实施例。
图3示出了第一实施例。在图3的实施例中，不可溶成分包括第一和第二不可溶膜302，并且可溶成分包括第一和第二可溶热塑性膜304。第一不可溶膜302结合(bond)至第一可溶热塑性膜304，以形成第一双成分膜300，并且第二不可溶膜302结合至第二可溶热塑性膜304，以形成第二双成分膜300。可溶膜304使双成分膜300的整体厚度增加，因此，双成分膜300可经受加工处理(其中，不可溶膜302自身过于薄，以致于不能经受加工处理)。各个双成分膜300中的两个膜302和304可具有对准的通孔306。
在块310处，第一双成分膜300放置在第一纤维层120A上。不可溶膜302与第一纤维层120A接触。
在块320处，如果不可溶膜302由热塑性材料制成，则使不可溶膜302熔合(fuse)至第一纤维层120A。可通过加热夹辊或者其他来源施加热和压力。可通过红外加热器或者其他来源施加热，而不施加压力。熔融使得不可溶膜302通过化学方式结合至第一纤维层120A的增强纤维，或者通过机械方式与该第一纤维层的增强纤维互锁。结合可以是共价或者非共价(例如，氢结合)。当不可溶膜302被软化，渗透第一纤维层120A并且在增强纤维周围移动时，可发生机械互锁。
在块330处，第一纤维层120A被浸渍基质树脂332。可将基质树脂332置于可溶膜304上并且被迫进入通孔306中以及第一纤维层120A中。基质树脂332可为热塑性不足的。
对第二纤维层120B重复块310至块330，其中，第二双成分膜300放置在第二纤维层120B上，不可溶膜302可熔合至第二纤维层120B，并且第二纤维层120B被浸渍基质树脂332。
在块340处，形成未固化的堆叠物342。第一纤维层120A和第二纤维层120B堆叠在一起，且其可溶膜304接触。可将额外的纤维层(未示出)添加至堆叠物342。在该阶段，准备固化堆叠物342。
在块350处，使堆叠物固化，以形成复合层压物110。在固化过程中，使可溶膜304溶解，其中，来自可溶膜304的热塑性物质与基质树脂332共混。如果可溶膜304完全溶解，则仅留下不可溶膜302，从而使得形成非常薄的夹层。如果可溶膜304部分溶解，则可溶膜304在不可溶膜302之间形成具有热塑性内容物的区域。如果不可溶膜302由热塑性材料制成，则不可溶膜302之间的区域具有低的热塑性物质含量。
因此，通过不可溶膜302的厚度来确定夹层130的最小厚度。通过使可溶膜304溶解来影响夹层130的实际厚度。可溶膜304溶解的越多，夹层130则将越薄。
在块320处，即使不可溶膜302由热塑性材料制成，熔融也是可选的。即，图3中的方法可形成具有热塑性夹层130的复合层压物110，该热塑性夹层不熔合至第一纤维层120A和第二纤维层120B。
参考图4，其示出了第二(可替代)实施例，其中由三成分膜400形成夹层。三成分膜400包括位于不可溶膜404的两侧上的可溶热塑性膜402。由预浸渍的第一纤维层120A和预浸渍的第二纤维层120B以及介于其之间的三成分膜400形成堆叠物422(块410和块420)。在块330处，因为省去了树脂浸渍，所以简化了堆叠物的形成。此外，因为三成分膜400的两侧相同，所以不需要确认三成分膜400是否放置在第一纤维层120A上的恰当侧。在块320处，因为省去了熔融，所以进一步简化了堆叠物形成。
使堆叠物422固化以形成复合层压物110(块430)。将可溶膜402溶解于基质树脂中(以阴影区域表示)。通过不可溶膜404的厚度来确定夹层130的最小厚度。
第一实施例和第二实施例的变型涉及介于第一纤维层120A与第二纤维层120B之间的单个双成分膜。双成分膜的可溶成分可与热塑性不足的第二纤维层120B接触。
参考图5。夹层130可由涂覆纤丝(filament，丝)500(而非不可溶膜)形成。涂覆纤丝500包括具有可溶热塑性涂层520的不可溶纤丝510。
涂覆纤丝500可以是单向的或者其可以重叠。重叠纤丝的第一实施例是织物。织物中的涂覆纤丝500可以连续。重叠纤丝510的第二实施例是面纱(veil)。
图6是面纱610的照片。面纱610包括短切(shortchopped)涂覆纤丝500，在湿法造纸过程中，该短切涂覆纤丝可结合到一起形成轻量级无纺垫。
参考示出了第三实施例的图7A和图7B。在第三实施例中，由具有涂覆纤丝500的面纱610形成夹层130。
图7A示出了固化之前的堆叠物710。堆叠物710包括介于第一纤维层120A与第二纤维层120B之间的面纱610。第一纤维层120A和第二纤维层120B被浸渍有基质树脂712。使堆叠物710固化，以形成复合层压物110。当固化堆叠物710时，使来自可溶热塑性涂层520的热塑性物质溶解于基质树脂712中。在设置夹层130的最小厚度时，面纱610的面积重(arealweight)、涂覆纤丝500的长度和直径以及不可溶纤丝510的直径全部发挥作用。
不可溶纤丝510可由热塑性物质制成，并且基质树脂712可以是热固性树脂。在该构造中，围绕不可溶纤丝510的区域730具有比不可溶纤丝510更低的热塑性物质含量。
现参考示出第四实施例的图8A和图8B。在第四实施例中，夹层130由涂覆纤丝500形成。涂覆纤丝500可以连续的并且为面纱的形式。
图8A示出了固化之前的堆叠物810。堆叠物810包括浸渍有基质树脂820的第一纤维层120A和第二纤维层120B。多个第一涂覆纤丝500沉积在第一纤维层120A的表面上，并且多个第二涂覆纤丝500沉积在第二纤维层120B的表面上。使堆叠物810固化，以形成复合层压物110。当固化堆叠物810时，可溶热塑性涂层520溶解于基质树脂820中。
图8B示出了复合层压物110。如果不可溶纤丝510是热塑性物质，并且基质树脂是热固性树脂，则围绕热塑性纤丝510的区域830将具有热固性树脂与热塑性物质的混合物。
第四实施例并不局限于涂覆纤丝500。可以使用涂覆颗粒(即，涂覆有可溶热塑性材料的不可溶颗粒)代替涂覆纤丝500。
参考示出了第五实施例的图9A和图9B。在第五实施例中，夹层130可由非连续的不可溶纤丝900或者不可溶颗粒900形成，或者该夹层可由不可溶颗粒900与非连续的不可溶纤丝900两者形成。
图9A示出了固化之前的堆叠物910。堆叠物910包括浸渍有基质树脂的第一纤维层120A和第二纤维层120B。位于纤维层120A与纤维层120B之间的是分散在可溶热塑性膜920中的不可溶颗粒900与非连续的纤丝900。使堆叠物910固化，以形成复合层压物110。当固化堆叠物910时，可溶热塑性膜920溶解于基质树脂中。
图9B示出了复合层压物110。固化之后保持有嵌入在基质930中的良好有序布置的不可溶颗粒和纤丝900。如果基质树脂是热固性树脂，则围绕不可溶颗粒与纤丝900的基质930将具有热固性树脂与热塑性物质的混合物。
在上述实施例中，纤丝和颗粒具有相对圆的截面。然而，纤丝和颗粒并不局限于任何具体的截面形状。
在上述实施例中，在形成堆叠物之前，纤维层浸渍有基质树脂。然而，此处的方法并不局限于此。例如，可使用干纤维层以及可溶的与不可溶的夹层成分形成堆叠物，然后可将树脂浸渍堆叠物的纤维层中。例如，诸如真空辅助树脂转移模塑(VARTM)或者受控气压树脂浸渍(CAPRI)的树脂浸渍工艺可用于将树脂浸渍到纤维层中，同时，使最终部分(复合层压物)中的夹层厚度最小。当可溶成分溶解时，可通过从堆叠物中转移树脂使复合层压物的厚度减少。
尽管夹层在两个纤维层之间可以是相对的平面结构，然而，此处的复合层压物并不局限于此。例如，夹层可以是波纹状的，其中，夹层的部分延伸至第一纤维层和第二纤维层中。
夹层中的不可溶成分并不局限于任何具体的应用。作为第一实施例，不可溶成分可构造成具有导电性(在特定方向上，或者总体上)，从而形成电路、提供电屏蔽、提供方向的(或者全面的)导热性等。对于第一实施例，不可溶成分可包括由碳或者石墨烯(例如，碳纳米管、石墨烯膜)制成的纤丝或者膜。
作为第二实施例，不可溶成分可包括玻璃纤丝。玻璃纤丝可显著增加夹层的韧度(toughness)。韧度是在抵制裂缝扩大时可被吸收的能量的度量。韧度的特征在于GI和GII性能。玻璃纤丝可阻止或者停止裂缝在复合层压物中的生长。
作为第三实施例，不可溶成分可包括由不可溶热塑性材料制成的颗粒、纤丝或者膜，其形成韧化区域。因为韧化区域由对裂缝扩大比基质更具抵抗性的材料制成，所以韧化区域的特征为“坚韧的”。
在第三实施例中，可以调整韧化区域。由膜形成的韧化区域可以根据不可溶膜的厚度和成分以及可溶膜的溶解性进行调整。由纤丝和颗粒形成的韧化区域可以根据韧化区域的空间密度(空间密度指每单位面积的颗粒或者纤丝的数目)和/或韧化区域的不同成分进行调整。
夹层可被图案化成提供不同程度的韧度。考虑图10中的实施例，其示出了夹层130的多种可能图案中的一种：方格(checkerboard，棋盘)图案。对于图10中的夹层130，较深部分1010表示高密度的韧化区域，较浅部分1020表示低密度的韧化区域。较深部分1010提供最大韧度，而较浅部分1020提供较小的韧度。
图10示出了具有矩形形状的部分1010和部分1020。其他形状包括但不限于方形、菱形、圆形以及矩形。
图10示出了大致百分之五十的较深(较高密度)部分1010和百分之五十的较浅(较低密度)部分1020。然而，图案并不局限于同等比例的两个截然不同的密度。其他图案可具有不同的相对密度百分比。其他图案可具有两个以上截然不同的密度。其他图案可提供渐进级别的密度。
不同的韧化区域可通过使用用于可溶涂层的不同材料而由不同成分构成。不同的可溶涂层可具有不同的固有韧度值。通过使用具有更韧性的可溶涂层的高密度纤丝或者颗粒可形成具有更高韧性的夹层部分。
一些图案可具有还可根据模数和/或强度进行调整的部分。例如，夹层可包括高强度部分、低强度部分以及高韧度部分的图案。
在一些图案中，各部分可嵌入在其他部分中。例如，高韧度部分可由与低强度部分邻近的高强度部分包围。