专利名称：复合跳水板的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种复合跳水板，所述跳水板用于竞技性跳水并且用于跳水板组件中，所述跳水板组件包括细长的跳水板、跳水板台座、以及支轴，跳水板在其基座端附接至所述跳水板台座。
背景技术：
用在跳水比赛(例如大学跳水、奥林匹克运动会)中的常规跳水板通常是涂有防滑的表面材料的铝合金板。在例如美国专利第4，303，238号中描述了长期用在这类竞赛中的跳水板。跳水者在任何给定高度处(通常一米或三米)从板组可获得的升程越大，跳水者拥有的表演跳水实际动作并实现适当进入水中的时间越长。为使跳水者可从跳水板获得最大升程，板子应在跳水者行进并从板子起跳期间最大可能程度地响应跳水者的动作。板子的末端应立即并且尽可能完全地响应由跳水者在起跳之前在其末端处对板子的最终向下地重量加载。紧接起跳之前的是板子末端向下弯曲得最远并随后向上反弹以通过板子推动跳水者的时刻，且正是在该时刻，板子末端向下和向上都移动得最快。由于迄今为止仅有挤压成型的铝合金板提供了高技能和竞技性跳水所需的性能特点，因此希望提供可供选择的板子设计以就制造方法和性能特点方面提供可选项。
发明内容
因此，简单地说，本发明针对一种复合跳水板，所述跳水板包括处于基体中的纤维
复合叠层。本发明还涉及一种复合跳水板，所述跳水板包括处于基体中的纤维复合叠层，该跳水板包括顶面、底面、基座端、末端、沿板子纵轴从其基座端至其末端的长度、横断于纵轴的宽度、以及厚度；中央芯体、在顶面和中央芯体之间的上部复合叠层、以及在底面和中央芯体之间的下部复合叠层，从而限定了上部复合叠层、中央芯体、以及下部复合叠层组成的夹层复合物；上部和下部复合叠层的每一个包括处于树脂基体中的碳纤维；上部和下部复合叠层的每一个具有在约0. 2至约0. 5英寸之间的厚度；中央芯体包括选自一集合的材料， 该集合包括聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、木材、铝、芳纶、纸板、 以及它们的组合；且中央芯体具有沿板子的长度变化并且在约0. 2至约1. 25英寸之间的厚度。在另一方面，本发明涉及一种复合跳水板，所述跳水板包括处于基体中的纤维复合叠层，其中板子具有顶面、底面、基座端、末端、沿板子纵轴从其基座端至其末端的长度、 横断于纵轴的宽度、以及厚度；中央芯体、在顶面和中央芯体之间的上部复合叠层、以及在底面和中央芯体之间的下部复合叠层，从而限定了上部复合叠层、中央芯体、以及下部复合叠层组成的夹层复合物；上部和下部复合叠层的每一个包括纤维材料，而中央芯体包括不同于所述纤维材料的材料。
本发明还针对制作复合跳水板的各种方法。在下文中其它目的和特征将部分变得明显且部分地被说明。
图1是本发明的跳水板的侧视剖面图。图2和图3是本发明的跳水板的可供选择实施例的侧视剖面图。图4是本发明的跳水板的俯视图；而图5是俯视剖面图。图6是三个截然不同的芯体部件的俯视图，所述芯体部件组合以构成本发明的跳水板芯体。图7是多个纤维层的示意图。图8是本发明的跳水板的基座端的剖视图。在所有附图中，对应的标号指代对应的部件。
具体实施例方式根据本发明，已发现可制备复合跳水板，所述复合跳水板是常规铝合金跳水板的替代品并在某些方面是对常规铝合金跳水板的改进。如在本文其它处详述的，目前认为，本发明的复合跳水板提供了比当前基于铝合金的板子改进的性能。例如，目前认为，本发明的跳水板以大于常规跳水板的速率从最大挠度点加速，这提供了更大的升程。比起利用常规的基于铝合金的跳水板而通常所表演的，更大的升程允许跳水者表演更多动作和/或更复杂的动作。本发明的复合跳水板是由容易获得的材料制备的，所述材料包括例如纤维材料 (例如本文所论述的碳纤维和/或其它纤维)。尽管某一实施例基本上包括构成整个叠层的所有纤维层；但当前优选的实施例还包括中央芯体，例如闭孔聚氨酯泡沫材料的泡沫芯体。 有利地，这些材料可以容易地纳入用于制备复合跳水板的有效方法中。此外，这些材料目前被认为有助于改进性能。例如，合适的纤维材料可表现出比铝更大的弹性模量。这意味着板子更为刚硬，因而较薄的横向挠度会获得相当于铝合金的挠度，而板子可做得更薄以获得更大的挠度。刚度作为多少应力导致特定应变的衡量标准，在本质上比强度更为重要。本发明的复合跳水板总体上包括由树脂浸渍的高模量纤维材料。在一个实施例中，板子具有中央芯体、上部复合叠层、和下部复合叠层，且这三个部件共同构成了夹层复合物，且中央芯体夹在上部和下部复合叠层之间。上部和下部复合叠层的每一个包括纤维材料。中央芯体包括与复合叠层的纤维材料不同的材料。通常，复合叠层包括多个纤维材料层。上部和下部复合叠层通常包括埋置入树脂基体中的纤维材料。树脂-纤维结构有助于板子的强度和稳定性以及改进的性能(例如，改进的末端加速)。现在参考附图，特别是图1，本发明的跳水板1示为总体上具有顶面5、底面9、基座端13和末端17。板子1具有沿板子的纵轴A(在图1中示为虚线)的长度以及横断于纵轴的宽度。板子具有支轴部分7，所述支轴部分适于架在整个跳水板组件的支轴上。支轴部分具有从板子顶部至其底部大致均勻的厚度。板子的底部从支轴部分朝板子的后部或基座端 13呈锥形，并从支轴部分朝板子的前部或末端17也呈锥形。支轴部分位于距基座端约60至约90英寸之间处。作为通常的建议，在一个实施例中，支轴部分的长度为约4英尺(120cm)至约10英尺(305cm)之间长，例如约8英尺(M5cm)长。在该实施例中，在基座端处的锥形部分的长度为约1英尺(30cm)至约4英尺(120cm)之间，例如约2英尺(60cm)。而从支轴部分至末端的锥形部分的长度为约3英尺(90cm)至约10英尺(305cm)之间，例如约 6英尺(200cm)。在此图1是示意性的且并未按比例绘制。在该实施例中，板子在基座端的厚度为约0.5英寸(1.25cm)至约2. 5英寸(6. km)之间，例如约1.0英寸(2.5cm)；在支轴部分的厚度为约0. 75英寸(2cm)至约4英寸(IOcm)之间，例如约1. 5英寸(3. 8cm)；而在末端处的厚度为约0. 2英寸(0. 5cm)至约1英寸(2. 5cm)之间，例如约0. 5英寸(1. 25cm)。在所示的实施例中，板子具有夹在上部复合叠层25和下部复合叠层四之间的中央芯体21。上部和下部叠层与芯体直接接触而在它们之间没有其它层。例如，板子没有包含金属线的中间层，且实际上整个板子没有任何金属线。中央芯体可具有可供选择的构型， 例如图2中的21’，或如图3中的21”。图4是板子的俯视平面图，它示出了板子沿其纵轴(示为虚线)的长度(L)、板子的横断于纵轴的宽度(W)、以及厚度⑴。图5示出在板子的顶部向下看时跳水板的横截面， 并示为芯体21在基座端13处终结且在短于末端17处终结。在末端17处和沿着示为15 的板子每一侧的相对较小的条带中，板子具有无芯体21的部分。在该条带中上部复合叠层和下部复合叠层互相接触并形成了一个连续的叠层。芯体材料中央芯体(图1中的21)的材料为板子提供了几何形状、质量、以及结构稳定性， 而不会为板子带来过多重量。通常，在本发明的一个实施例中，合适的芯体材料具有至少约60kg/m3的密度，例如约60至约100kg/m3之间，如约80kg/m3。在该实施例中，芯体材料具有至少约0. 8MPa的抗压强度，例如约0. 8至2MPa之间，如约1. 4MPa。压缩模量为至少约50MPa，例如约50至约120MPa之间，如约90MPa。剪切强度为至少约0. 5MPa,例如约0. 5 至约2MPa之间，如约1. 15MPa。剪切模量为至少约15MPa，例如约15至40MPa之间，如约 27MPa0在各种实施例中，中央芯体包括泡沫材料。例如，芯体材料可包括选自一集合的泡沫材料，所述集合包括聚亚安酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、以及它们的组合。合适的泡沫材料包括开孔和闭孔泡沫材料两者。闭孔泡沫体通常表现出比开孔泡沫体更大的抗压强度，至少部分是因为闭孔泡沫体的结构，在所述结构中泡沫体的微孔并不互相连接。此外，典型地，闭孔泡沫体表现出比开孔泡沫体更高的密度。通常这些特性的每一个在提供结构稳定的板子方面都是有利的。 在板子是通过湿式树脂浸渍过程(例如本文描述的真空袋灌注可选方案)制造的情况中， 闭孔泡沫体是优选的，从而使在树脂流入纤维叠层的同时树脂并不流入泡沫体。树脂至泡沫体中的任何实质性的流入会引起重量增加太多的风险。但是，在许多情况下、尤其在叠层复合物是由预浸渍树脂(“预浸”)纤维形成的情况下，开孔泡沫体是合适的，且并无树脂流入开孔泡沫结构的风险。为促进树脂材料沿芯体材料表面的扩散，在一个实施例中，中央芯体包括在大致垂直和/或平行于板子纵轴的方向上从中央芯体的顶面朝中央芯体的底面延伸的划痕。更特别地，中央芯体可包括以一定尺寸从中央芯体的顶面朝中央芯体的底面延伸的划痕，所述尺寸为中央芯体厚度的至少约20%、至少约35%、或至少约50%。这在湿式过程(例如真空袋树脂灌注过程)中是尤为优选的，因为划痕有助于易流动树脂的扩散。相反，在板子是利用预浸纤维制成的情况下，要形成复合叠层并不需要划痕。此外，或者可选地，中央芯体可包括可选材料，可确定所述可选材料以提供必需的强度。例如，芯体可包括选自某一集合的材料，所述集合包括木材、纸板、铝合金、芳香族聚酰胺、以及它们的组合。芯体尺寸示于图1的实施例中的芯体沿纵轴A具有几个截然不同的部分，包括在支轴区域 7中的最厚芯体部分、在支轴区域的每一侧的较厚芯体部分、以及朝向末端17的最薄芯体部分。对于此处所示的实施例具有四个这样的部分的事实并非是严格关键性的。这种四个截然不同芯体部分的构型方面是根据制成早期雏形板子所用的方式，即芯体由四个截然不同的部件装配而成。如图可见，芯体向基座端延伸并终结于基座端。一般而言，芯体在支轴区域是均勻厚度的，并在支轴的前边和后边是大致锥形的。芯体在短于末端约0. 5英寸 (1. 25cm)至约3英寸(7. 6cm)之间、例如约1英寸(2. 5cm)处终结。在各种优选的实施例中，中央芯体包括变厚度的区域，所述变厚度的区域在该实施例中提供了沿板子纵轴从支轴区域朝板子的末端、以及从支轴区域朝板子的基座端的厚度阶梯式减少(见图1中的芯体21)或逐渐式减少(见图2中的芯体21’和图 3中的21”)。例如，在图1至图3的实施例中，芯体具有的厚度为在基座端约0. 5英寸 (1. 25cm) 士25%、在支轴区域内0. 75英寸(2cm) 士25%、在支轴区域前边的区域内0. 5英寸(1. 25cm) 士25%、以及在上述支轴区域前边的区域之前并朝向末端的区域内0. 25英寸 (0. 64cm) 士25%。典型地，中央芯体的厚度从约0. 125英寸(0. 3cm)至约1.25英寸(3. 2cm) 的范围变化。在图1的实施例中，变厚度的芯体区域可由某种芯体材料提供，所述芯体材料包括已被接合在一起的多件芯体材料以提供中央芯体。可利用合适的材料(包括例如合适的环氧树脂)将各件芯体材料接合在一起。各件芯体材料通常由相同的材料构成，但中央芯体也可包括不同芯体材料的部件。在可供选择的优选实施例中，与示于图1的更为阶梯式的构型相比，芯体具有更流畅的轮廓，且在支轴部分的后边和前边厚度逐渐减少。如图3所示的该可供选择的实施例具有的芯体轮廓形状在底部是平滑的且大致为非球面的。该更优选的实施例具有带匹配部件的各部分，所述匹配部件如图6所示地像拼图片那样联锁地接合，从而连接各个芯体部分并由此形成整个芯体长度。可选地，与几个分别制造并接合在一起的部件的组件相反，芯体可以是单件的材料。复合叠层典型地，上部复合叠层25和下部复合叠层四的每一个包括多个纤维材料层，在所述多个纤维材料层中单个层的纤维相对于板子纵轴大致朝向单个方向。也就是说，单个层的纤维是大致共同对齐的。多个纤维层大致互相堆积，而单个层没有交织且相邻层的纤维没有交织。由此，可以说，在该实施例中上部和下部复合叠层的纤维材料是非交织性的。纤维材料例如选自一集合，所述集合包括碳纤维、石墨纤维、芳香族聚酰胺(芳纶)纤维、超高分子量聚乙烯纤维、超高分子量聚丙烯纤维、硼纤维、以及它们的组合。纤维是高模纤维，因为它们优选具有例如大于IOOGPa的模量。合适的碳纤维具有典型在200至 400GI^范围内的模量。合适的芳纶纤维(例如出自杜邦公司的Kevlar牌纤维)具有大约 130GPa的模量。合适的硼纤维具有大约400GPa的模量。合适的超高分子量聚乙烯纤维和超高分子量聚丙烯纤维定向成使得构成聚合物骨干的聚合物链与纤维的长度共同对齐。在各种优选实施例中，纤维材料包括碳纤维。通常，每一复合叠层包括单种复合材料。但是应理解，可制备合适的复合区域，所述复合区域包含多种纤维材料(例如碳纤维和硼纤维)。同样，典型地，上部和下部复合叠层的纤维材料成分是相同的。但是应理解，也可制备合适的上部和下部复合叠层，在该上部和下部复合叠层中各自的叠层具有不同的纤维材料成分、不同的层数、不同的长度、不同的尺寸、以及不同的取向组合。在当前优选的实施例中，每一层在相邻的行中含有碳纤维，且相邻的行相对于板子的纵轴具有相同的取向(例如0° )。这些层是以从卷筒进送的碳纤维薄片或织物的形式提供的，且织物被切割成所需的长度。通过使轻棉或聚乙烯缝合线沿相邻纤维束的长度有规律地间隔而将相邻纤维束相对于彼此保持在适当位置，且缝合线垂直于纤维束地行进。 该缝合线由此包含在最终的板子中，但在树脂灌注之后，缝合线不再有支承作用，因为纤维由凝固的树脂保持在适当位置。本发明的可选实施例利用了个别纤维层，所述纤维层可以是一个取向的纤维与另一取向的纤维交织的纺织结构。可利用这种布置来将多于一种纤维取向包含在单个织物层中，这尤其在支轴的较高应力区域内是有利的。另一可选方案利用了缝合的纤维层。可选地，区别于复合叠层的纤维结构，板子可具有玻璃纤维复合材料的表面层以赋予某些特性，例如在支轴部分内的抗冲击性。但是，由于玻璃纤维不是合适的用于上部和下部复合叠层的高模量纤维，所述上部和下部复合叠层与芯体直接接触并使芯体夹在它们之间，因此这些上部和下部复合叠层不含有玻璃纤维。通常，上部和下部复合叠层的每一个包括多个纤维层，并且典型地，每一叠层包括至少约5层、并少于约25层；如约10至约15层之间；例如12层。因此总体上板子有约10 至约50层之间；如约20至30层之间，例如M层。图5中的条带15，即没有芯体且上部和下部复合叠层组合以形成一个叠层的地方具有约10至约50层之间；如约20至30层之间， 例如M层。在顶部和底部、即在芯体上方和芯体下方的层数可以是相同的或可以是不同的。 也就是说，在某些实施例中，上部复合叠层和下部复合叠层并不是每个都具有相同的层数或相同的厚度。同样，所有的单个层并不必须是在一侧为完整长度或宽度的。也就是说，叠层的厚度可在板子的纵向和/或横向长度上变化，且叠层并不必须关于芯体对称。尽管前文就层数方面描述了本发明的某些实施例，但对本发明的描述更精确地是就总体叠层厚度而言的，因为层厚度可以取决于各种因素而有很大不同，所述因素更多地与板子是如何制成的以及什么材料是可用的且最经济的有关，而并不特别与性能有关。在某些优选的实施例中，叠层的总厚度大约在约0. 2英寸(0. 5cm)至约1英寸(2. 5cm)之间 (在芯体的每一侧上为约0. 1英寸(0. 25cm)至约0. 5英寸(1. 25cm)之间)，例如在约0. 25 英寸(0.6km)至约0.75英寸(2cm)之间，计入在芯体上方和芯体下方两者的厚度。在一个当前的实施例中，总叠层为约0.45英寸(1. 14cm)厚。
为了给复合叠层提供合适的结构稳定性和有助于改进的板子性能，将纤维材料埋置入树脂基体中。树脂材料例如选自一集合，所述集合包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂、聚亚安酯树脂、以及它们的组合。例如，树脂可以是用在真空助力的树脂传递过程中的双组分、低粘度的环氧树脂，例如出自Texas州的Huntsman Chemical公司、商品名称为 Renlnfusion 8604Epoxy 的环氧树脂。在优选的实施例中，每一复合叠层以及事实上复合叠层之内的每一纤维层完整地从基座端延伸至末端，并完整地从板子的左边缘延伸至板子的右边缘。也就是说，每一层的上表面和下表面是矩形的并占据了板子的整个矩形表面尺寸。根据ASTM D3039,作为一般的建议，每一复合叠层具有a)至少约75GPa、如约100 至约200GPa之间、例如125GPa的复合模量；b)至少约150MPa、如约175至400MPa之间、例如约250MI^的复合强度；以及c)约的失效应变。在优选的实施例中，复合叠层的密度小于约2. 5g/cc，例如在约1至约2g/cc之间。在某些实施例中，复合叠层具有在约0. 4英寸(Icm)至约0. 75英寸(2cm)之间、 例如在约0. 5英寸(1. 25cm)至约0. 6英寸(1. 5cm)之间的纤维体积分数。因此，在一个实施例中，上部和下部复合叠层包括埋置在树脂基体中的碳纤维叠合层，且在叠合层中的碳纤维体积分数在约0. 4英寸(Icm)至约0. 75英寸(2cm)之间，例如在约0. 5英寸(1. 25cm) 至约0. 6英寸(1. 5cm)之间。纤维取向上部和下部复合叠层的每一个包括多个具有共同对齐的纤维的纤维材料层。图7 是纤维层的集合300的示意图，所述纤维层的集合包括纤维层301、305、309、以及313。同样示于图7中的(由虚线代表)是板子的纵轴。纤维层的纤维相对于板子纵轴大致定向成约0°至约90° (+或_)范围内的取向角。因此当上部和下部叠层的每一个中有例如12层时，这些层包括各种取向的层。优选为每一叠层具有的层有至少两种截然不同的取向、优选至少三种截然不同的取向、而在当前优选的实施例中四种截然不同的取向。优选的实施例还包括多于一个纤维处于0°的层、 至少一个纤维处于90°的层、至少一个纤维处于约10至约30°之间(例如20° )的角度的层、以及至少一个纤维处于约-10至约-30°之间(例如-20° )的角度的层。例如，复合叠层的优选实施例具有纤维定向成与板子纵轴共轴(0° )的层、纤维相对于纵轴定向成 90°的一个或多个层、纤维定向成-20°的一个或多个层、以及纤维定向成+20°的一个或多个层。采用有策略地选取的变化的纤维取向、尤其是包括了处于约-10至约-30°之间 (例如-20° )的角度的纤维层的结果是，扭矩被认为降至最低，从而使采用了本发明的跳水板的板子组件并不必须具有许多铝合金板所需的抗扭箱。但是应理解，相邻纤维层的纤维的相异取向并不是必须的。通常，在该区域的一定厚度上，取向角从一个纤维层到下一个纤维层根据预先确定的方式变化。例如，在各个优选实施例中，预先确定的方式包括相对于纵轴A度、相对于纵轴B度、相对于纵轴C度、以及相对于纵轴D度。根据一个优选的实施例，A = 0°，B = 约-10至约-30°之间，例如-20°，C =约+10至约+30°之间，例如+20°，而D = 90°。 在一个这样的实施例中，从外至内，两个叠层的每一个具有约5个至约12个之间的处于 0°的层，继之以1个至3个在约-10至约-30°之间(例如-20° )的层，继之以1个至3个在0°的层，继之以1个至3个在约+10至约+30°之间(例如+20° )的层，继之以 1个至3个在约90°的层。因此本发明的一个实施例是一种跳水板，所述跳水板是泡沫芯体在复合层之间的复合夹层，其中复合层的每一个具有处于0度取向的几个碳纤维层以及处于约90和约20度取向的较少的层。例如，下部复合叠层的当前优选的实施例从底部或外表面开始并朝芯体计算，具有八个处于0°的层，继之以一个处于-20°的层，继之以一个处于0°的层，继之以一个处于+20°的层，继之以一个处于90°的层。这种布置示为
0在该规定中，若角度具有“_”号，则它处于负角度，若角度具有“ + ”号或没有符号，则它处于正角度。除非另有说明，否则本文的取向角都是相对于板子纵轴的。 此外，所有这种角度是近似的，因为特定层中的每个纤维具有例如-20°的精确取向当然是技术上并不可行的。在该范例中每一层为0.018英寸(0.046cm)厚的织物；因此顶部和底部叠层的每一个具有0.216英寸(0.55cm)的厚度。再次参考图7，纤维层301包括相对于板子纵轴(示为虚线)成0°取向角的纤维；纤维层305包括相对于纵轴定向成约-20°的角度的纤维；纤维层309包括相对于纵轴定向成约+20°的角度的纤维；而纤维层313包括相对于纵轴定向成约90°的角度的纤维。 在优选的实施例中，复合区域包括若干个层，在所述层中纤维与板子纵轴共同对齐，即所述纤维相对于板子纵轴具有约0度的取向角。且还有若干个层，在所述层中纤维处于相对于纵轴偏斜的角度中，例如前文所述地处于+和-20°和90°。板子特征参考图4，跳水板1是具有长度L、宽度W、以及厚度T、并还包括基座端13和末端 17的夹层复合物。典型地，本发明的跳水板具有至少约5英尺(150cm)、或至少约10英尺 (300cm)的长度。优选地，跳水板的长度为从约5英尺(150cm)至约20英尺(600cm)，且更优选为从约10英尺(300cm)至约18英尺(550cm)(例如约16英尺(490cm))。典型地，板子的宽度为至少约1英尺(30cm)，且更典型为从约1英尺(30cm)至约3英尺(90cm)。在当板子是用于正式跳水比赛的最优选的实施例中，板子的宽度为约20英寸(51cm)。如图5所示，其中所示的中央芯体21的宽度通常略小于板子的宽度。由此，如上文有关图5所述，板子1通常包括围绕板子边缘的区域15，在所述区域15内上部和下部复合区域接触而在它们之间没有中央芯体。图8是板子的基座端的剖视图，它示出了中央芯体21和上部复合区域25以及下部复合区域四。如图8所示，在该优选的实施例中，芯体 21的横断面具有大致矩形的轮廓。且如本文其它处所述，在该实施例中的纵向轮廓如图1 所示地具有阶梯式的轮廓。典型地，边缘复合区域15以某一尺寸从板子的边缘伸向其中央，所述尺寸为至少约0. 5英寸(1. 3cm)、例如约1英寸(2. 5cm)至约2. 5英寸(6. 4cm)之间、如约1英寸 (2. 5cm)。这种结构——包括上部和下部叠层的板子的边缘和末端，所述叠层组合以形成连续的叠层且在它们之间没有芯体——被认为有助于减少板子内的切变并提高板子的总体
完整性。通常，跳水板的厚度为至少约0. 25英寸(0. 64cm)，或至少约1英寸(2. 5cm)。典型地，跳水板的厚度为从约0. 25英寸(0. 64cm)至约3英寸(7. 6cm)，并且更典型地，从约 0. 75英寸(2cm)至约2英寸(5cm)。再次参考图1，如在其中所示，板子1的厚度沿纵轴变化。
在使用期间，示于图4的板子1在板子的底面上并在其基座端13处固接至跳水板台座。在本领域中已熟知并例如在美国专利号2，864，616和4，303，238中描述了用于固定板子的基座端的方法和装置，出于所有相关目的，所述专利的全部内容通过引用结合入本文。再次参考图4，板子在其底面上由在板子的支轴部分7中的合适的支轴元件(未示出) 支承，板子适于在所述支轴部分上枢转，所述支轴部分在板子的基座端的前边，但在板子的基座端和板子的纵向中心之间。如图3所示，支轴部分并不是相对于板子的基座端的精确的点，而更确切地说是沿板子长度的一个区域。支轴部分7也在图1上示出。在板子的基座端固定板子以及在板子的支轴部分之下的支轴的组合由此以悬臂的样式支承了板子。可选地，跳水板包括防滑材料31 (图4)，所述防滑材料敷设至板子的顶面以在使用期间为跳水者提供抓力。合适的防滑表面材料在本领域中通常是已知的。可选地，跳水板还包括用耐久的外部聚合物涂层进行最终喷涂处理，所述涂层修正了板子的表面能，从而使水从板子流下而不是被吸收至板子上。板子的制备用于制备本发明的板子的一种合适的方法涉及到用于在整个纤维材料层上灌注树脂材料的真空袋成型。制作板子的方式并不是关键性的，只要该方法能够制出具有适当强度和完整性的复合物。因此，其它合适的方法包括预浸加工继之以在热量和压力下的炉子热固化或热压固化、或利用热量的压缩模制。在根据真空袋树脂灌注方法制备本发明的板子时，选定了模制表面(典型为玻璃)，所述模制表面具有用于制备板子的足够的尺寸。向该模制表面上喷涂特氟纶乳剂，并随后放置合适的释放织物(俗称为“脱模”织物)以便于在固化之后板子从模具的最终移除。典型地，在脱模层的顶部放置了多孔的合适的分配介质(distribution media) 0网状层促进了树脂材料在如本文其它处所详述的树脂灌注期间的横向和纵向扩散。随后另一脱模层被放置在该分配介质的顶部。第一层纤维随后被放置在前述的网状层上方。在完成的板子中，该第一纤维层是板子中最上方的纤维层。随后放置另外的纤维层以形成如前文所述的一系列若干个截然不同的基于纤维的具有各种取向的层。一旦第一系列的纤维层放置就位，芯体被放置在纤维层的顶部。可选地，随后将合适的分配介质条带围绕组件边缘放置以有助于将树脂传送至芯体。随后第二系列的若干个截然不同的具有各种取向的纤维层被放置在芯体上方。第一和第二系列(或下部和上部系列)的纤维层延伸至芯体的边缘之外以形成对应于图5中的 15的纵向和横向边缘区域，在所述边缘区域中下部和上部系列的纤维层直接接触而在它们之间没有芯体。在上部系列的纤维层放置就位之后，另外的释放/脱模织物层被放置在板子上方，同样放置另外的分配介质(例如Greenflow)层以便于扩散。随后将可渗透管沿板子的每一纵向边缘放置以便于从板子的一侧至另一侧抽真空。树脂进给线接通至一侧而真空线接通至另一侧，且真空袋被放置在整个模件上方。真空袋成型泵被布置成沿模件的第一纵向边缘与真空袋的内部流体流动连通。泵和真空袋内部的流体流动连通是通过将管道连接至泵并放置在真空袋之下且沿着模件的第一纵向边缘而提供的。除了真空袋法成型泵之外，树脂源被布置成沿模件的第二纵向边缘与真空袋内部的流体流动连通。典型地，真空袋内部与树脂源之间的流体流动连通是通过将配备有泵和合适的管道(例如聚乙烯管道)的树脂源沿模件的第二纵向边缘放置在真空袋之下而提供的。—旦建立了真空袋内部与真空袋法成型泵以及树脂源两者之间的流体流动连通， 则将真空密封带绕模具的边缘放置在真空袋上以固定真空袋。在牢固地密封了真空袋之后，真空袋的内部抽成真空。真空抽吸了一段时间(例如约一小时)以便压实和除去空气。 在灌注之前，通过将组分(例如A部分和B部分)按照厂商的说明混合而制备树脂。测量树脂的粘度并与厂商的说明书相比较。随后打开树脂线，而进一步在真空袋内抽吸真空使得沿大致从模件的第二纵向边缘至模件的第一纵向边缘的路径将树脂抽吸至纤维材料布内并遍布纤维材料。施加真空并将树脂抽吸至模件内一段时间，直至通过目测确定树脂层完全浸渍了树脂。通常，树脂在约为室温下被引至真空袋内。—旦树脂已充分遍布纤维层，则将真空泵和树脂源从与真空袋内部的流体流动连通移除。随后将所形成的灌注树脂的纤维材料保持在真空袋内一段时间，所述时间足以允许树脂冷却并提供灌注树脂的纤维层的稳定布置，所述纤维层将中央芯体夹在中间。该固化时间通常为至少约20小时，例如约M小时并多至48小时。固化之后，将真空袋从模件上移除，随后移除第二网状层和释放织物/脱模层。中央芯体在上部和下部复合叠层之间的夹层复合物从第一网状层和释放织物层脱离并从模件移除。随后通过例如锯切而使其成型为希望的尺寸以提供完成的跳水板。修整板子，在附接端钻孔，并附接金属端盖以便于在跳水台上的安装。可将其它可选的层敷设至板子，例如密封材料、用于保护免受紫外阳光影响的材料层、以及为板子提供防滑表面的材料。本发明的板子还可通过所谓的预浸过程来制造，所述预浸过程利用预浸渍有树脂的碳纤维薄板。在碳纤维复合材料制造领域，例如在制造飞行器外壳部件领域中已熟知这些类型的过程。碳纤维预浸材料是纤维和环氧树脂的组合，所述材料已被预涂并冷态存储以防止过早固化。其靠纸面的释放衬垫支承并卷成卷筒存储在冷藏库中直至使用。从冷藏库取走预浸材料，并切割下所需尺寸的形状以便铺层。释放衬垫或脱模层被放置在工件或模件上(在我们的情况中为平坦表面)，在所述模件上每一层预浸材料以所需顺序和取向放置。在若干层已被放置在模件上之后，进行压实过程，在所述过程中施加真空至薄膜以除去夹带的空气，所述薄膜覆盖住部分完成的铺层。在当前优选的实施例中，随后在预先确定的位置处将芯体材料放置在预浸层上。 已预先确定了芯体的形状并加工成所需的厚度和形状。随后将另外的预浸层放置在芯体的顶部上，直至完成最终的铺层形状。总层数可例如约50至约100个之间，例如在约60至约 80层之间。一个实施例具有72个总的预浸层。层数并非严格关键性的；更确切地说，根据需要选取层数以获得所需的总体叠层厚度。在过程中再次进行压实以除去夹带的空气。围绕部件布置真空密封带，而覆盖该部件的薄膜固接至带子。机械端口在若干个位置处附接至顶部薄膜，所述端口允许抽吸真空以在固化过程期间压紧所有的预浸层。在炉子固化的情况下，部件被放置在强制空气对流中，在所述强制空气对流中根据厂商的建议通过预先确定的周期来控制温度。对于迄今制造的跳水板，固化在180°F下持续了5小时。固化过程具有预热周期和冷却周期。在固化过程期间部件在任何时候都处于真空下。在热压固化的情况下，部件被放置在热压罐中，在所述热压灌中如在炉子固化中一样施加了真空，不同之处在于经由热压罐施加了额外的压力以获得碳纤维在预浸材料中更紧密的填充。除了由在部件上的真空袋在部件上形成的压力之外的典型压力可为50至 150psi。固化过程是相同的。典型地，在部件内通过预浸热压比通过预浸炉子固化获得了更高的纤维体积分数和更紧密的纤维填充，且通过预浸炉子固化比借助于真空辅助树脂灌注获得了更高的纤维体积分数和更紧密的纤维填充。范例 1通过上述的预浸过程在180 T (820C )下用炉子固化五小时而制备了具有192英寸长乘以20英寸宽的尺寸的跳水板。泡沫芯体的形状大致如图2所示，且芯体由闭孔泡沫制成。在泡沫芯体的每一侧上的叠层厚度为约0.25英寸(0. 6km)，由前述预浸过程利用树脂层中的碳纤维形成。板子如它将在使用中时那样安装并经受由具有臂的机器施加的10，000个周期的1米挠度，所述臂在板子的末端处将板子向下推动1米并随后收回，由此允许板子如它将在使用中时那样弹回。在10，000个周期之后，检查板子且在板子中没有裂纹或其它显著的变化。将该板子与未使用的板子相比较并显示为在板子的整个192英寸 (490cm)上具有少于1/16英寸(0. 16cm)的下陷。详细描述了本发明之后，显而易见地，可进行更改和变型而不偏离在所附权利要求中限定的本发明的范围。在介绍本发明的元件或其优选实施例时，冠词“一”、“该”和“所述”意在表示具有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意在为包括性的并表示除了所列举的元件之外可能具有另外的元件。鉴于上述情况，可看到已实现了本发明的几个目标并获得了其它有利的结果。由于在上述的产品和方法中可作出各种改变而不偏离本发明的范围，因此包含在前文的描述中以及示于附图中的所有事物应被理解为说明性的而不是限制性的。
权利要求
1.一种复合跳水板，所述跳水板包括处于基体中的纤维复合叠层。
2.根据权利要求1所述的复合跳水板，所述跳水板包括顶面、底面、基座端、末端、沿板的纵轴从板的基座端至板的末端的长度、横切于纵轴的宽度、以及厚度；中央芯体、在顶面和中央芯体之间的上部复合叠层、以及在底面和中央芯体之间的下部复合叠层，从而限定了上部复合叠层、中央芯体、以及下部复合叠层组成的夹层复合物；上部和下部复合叠层的每一个包括纤维材料，而中央芯体包括不同于所述纤维材料的材料。
3.根据权利要求1或2所述的跳水板，其中纤维材料包括高模量纤维，所述高模量纤维选自由碳、石墨、芳纶、定向高分子量聚乙烯、定向高分子量聚丙烯、硼、以及它们的组合组成的集合。
4.根据权利要求2所述的跳水板，其中上部和下部复合叠层包括埋置于树脂基体中的碳纤维叠压层。
5.根据权利要求2所述的跳水板，其中上部和下部复合叠层包括埋置于树脂基体中的碳纤维叠压层，且该叠压层中的碳纤维体积分数在约Icm至约2cm之间。
6.根据权利要求2所述的跳水板，其中上部和下部复合叠层包括埋置于树脂基体中的碳纤维叠压层，且该叠压层中的碳纤维体积分数在约1. 25cm至约1. 5cm之间。
7.根据权利要求2所述的跳水板，其中上部复合叠层和下部复合叠层并不是均具有相同的层数或相同的厚度。
8.根据权利要求2所述的跳水板，其中上部和/或下部复合叠层的厚度在板内部变化。
9.根据权利要求2至3所述的跳水板，其中每一复合叠层均具有纤维结构，所述纤维结构为单向纤维的非纺织层。
10.根据权利要求2至3所述的跳水板，其中每一复合叠层均具有针织或纺织的纤维结构。
11.根据权利要求2至10所述的跳水板，其中中央芯体包括选自由聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、木材、铝合金、芳纶、纸板、以及它们的组合组成的集合的材料。
12.根据权利要求2至11所述的跳水板，其中芯体是闭孔泡沫材料。
13.根据权利要求2至11所述的跳水板，其中芯体是开孔泡沫材料。
14.根据权利要求2至13所述的跳水板，其中芯体材料有划痕。
15.根据权利要求2至14所述的跳水板，其中复合叠层包括处于基体中的纤维，所述基体为环氧树脂、乙烯基酯、聚酯、聚亚安酯、或其它高强度聚合物。
16.根据权利要求2至15所述的跳水板，其中复合叠层包括多个层，所述多个层具有至少三个截然不同的从0°至90° (+或-)的纤维取向。
17.根据权利要求2至15所述的跳水板，其中复合叠层包括多个层，所述多个层具有至少三个截然不同的从0°至90° (+或_)的纤维取向，且大部分的层包括的纤维相对于板的纵轴具有0°的纤维取向。
18.一种复合跳水板，所述跳水板包括处于基体中的纤维复合叠层，该跳水板包括顶面、底面、基座端、末端、沿板的纵轴从板的基座端至板的末端的长度、横切于纵轴的宽度、以及厚度；中央芯体、在顶面和中央芯体之间的上部复合叠层、以及在底面和中央芯体之间的下部复合叠层，从而限定了上部复合叠层、中央芯体、以及下部复合叠层组成的夹层复合物； 上部和下部复合叠层的每一个包括处于树脂基体中的碳纤维； 上部和下部复合叠层的每一个具有在约0. 5cm至约1. 25cm之间的厚度； 中央芯体包括选自由聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、木材、 铝、芳纶、纸板、以及它们的组合组成的集合的材料；并且中央芯体的厚度沿板的长度变化并在约0. 3cm至约3. 2cm之间。
全文摘要
本发明涉及一种复合跳水板，所述跳水板包括处于基体中的纤维复合叠层。
文档编号B32B3/02GK102574000SQ201080048362
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月4日
发明者C·A·乌尔文, W·B·艾萨克森 申请人:杜尔福莱克斯国际公司