专利名称：半刚性、轻型玻璃纤维/聚酰亚胺泡沫夹层绝缘层片的制作方法
技术领域：
本发明涉及绝缘夹层层片，特别涉及用于飞机内部布置和其它航空航天设备的玻璃纤维绝缘层片。
先有专利技术文献包括授予Ferro的美国专利第4,964,936号，该专利公开了一种绝缘材料，与本发明绝缘层片不同的是，其用聚酰亚胺填充的蜂窝芯有开孔，而本发明绝缘层片是将聚酰亚胺实心片层叠夹在玻璃纤维层之间。
授予Meier等人的美国专利第5,169,700号公开了一种单层或多层纤维材料层片，这种纤维材料特定为玻璃纤维，每个单层粘在一层透气的面料上。多层材料层片为边缘缝合式或装在一个可热封口薄膜之中。绝缘层片的密度范围在每立方英尺0.2至1.5磅之间，与上述不同的是，本发明应用多层叠加形式，其中较硬的聚酰亚胺泡沫芯层夹在玻璃纤维层片之间。本发明使用前述具有不同阻抗和密度的材料组合，与上述Meier等发明中使用的所述范围内的单一密度材料的绝缘层片相比，本发明提供较优的噪声传播衰减特性。
多种问题与用于飞机内部装置的绝缘层片相关。所遇到的典型问题如下(a)用现有的制造方法，在玻璃纤维层片上覆盖迈拉(Mylar)并缝合以保持外形。为使该绝缘绵絮不至陷入袋料或面料中，需要大量缝合和/或连接针脚。
(b)絮状绝缘材料需要缝合到面料上而且缝合区域需要补丁。因为层片会通过针脚处吸入潮气，所以为防止通过毛细管作用吸入潮气，必须打补丁。
(c)所有外围和内部的切口处都需要复杂的针脚缝合，这种针脚必须经密封以阻止湿气的吸收和累积，从而增加了成本和重量。
(d)吸入潮气会导致绝缘体重量增加，积聚的水份会导致声学和热性能下降。
(e)现有的绝缘体的折卸和再安装工作的维护费用对航空公司客户来说是较高的。
(f)由于覆盖整个机身的表面区域，绝缘层片通常是最重的一项有效载重，所以单位重量上微小的减少就可以使总重大大降低并能提高飞机性能。
这里公开的本发明介绍了一种设计，用以解决通常与飞机内部装置和其它航空航天设备所用的绝缘层片玻璃纤维相关的一些问题。以下介绍的绝缘方案包括一种弹性多孔材料(有孔空腔的半刚性构架)，例如聚酰亚胺泡沫或具有类似性质的其它泡沫层，夹在玻璃纤维层之间。在一种优选的材料组合中，声波穿过这些层片时，材料的阻抗是连续变化的，这改善了噪声性能也减轻了重量。这种新型夹层绝缘体比全玻璃纤维层片构型轻百分之十到百分之十五，并且有相近的噪声和热性能。而且，它还具有横向硬度和纵向柔性的较好组合。这种改良的硬度和柔性组合使绝缘层片的安装更容易并更牢固。增大刚度可防止绝缘层片与机身表面接触，从而有助于减轻机身表面的腐蚀。而且，这种复合玻璃纤维泡沫绝缘体比现有的全玻璃纤维层片更能防止潮气的吸入和积聚。
这种玻璃纤维聚酰亚胺泡沫复合层片可以用于替代飞机中现有的等厚度全玻璃纤维绝缘层片。这种材料不会坍陷并且在飞机的寿命期内将基本保持原有的制造形状和密度。现有的实际情况中，飞机构架间的玻璃纤维绝缘层会在周向产生坍陷。坍陷会在层片结头处产生缝隙并引起密度和厚度分布的不均匀，从而降低了飞机内部的噪声和热性能。在很多情况下，这种内部环境的恶化是在无意识中发生的。
与现有玻璃纤维层片处理不便相反，在为进行腐蚀检查或其它检测之需时，本发明介绍的绝缘系统使拆卸和重新安装绝缘层片变得容易。
图1是根据本发明第一实施例的绝缘层片一部分的断片透视图；图2是根据本发明的绝缘层片第二实施例的垂直截面视图；图3是根据本发明的绝缘层片第三实施例的垂直截面视图；图4A是显示先有技术玻璃纤维绝缘层片相对于飞机桁条和构架产生坍陷的透视图；图4B是图示说明本发明玻璃纤维和聚酰亚胺泡沫夹层绝缘层片相对于飞机桁条和构架坍陷减少的透视图；图5A是显示先有技术玻璃纤维绝缘层片与飞机构架之间以及层片与层片连接处发生坍陷的示意图；图5B是显示本发明的玻璃纤维和聚酰亚胺绝缘层片坍陷减少的示意图；图6是机舱增压条件下，本发明的玻璃纤维和聚酰亚胺泡沫绝缘层片与先有技术玻璃纤维绝缘层片的噪声传播衰减的对比图线；图7是在机舱未增压条件下与图6类似的噪声衰减对比图线。
由图1、2和3实施例所实施的本发明，经实验室试验已证明其对于运输飞机、航空航天和工业用途都具有声学有效性。现有的飞机绝缘层片是将标准厚度(即3/8″、1/2″或1″)的玻璃纤维絮状体多层叠加而构成。下面介绍的本发明应用各种材料和密度的组合用以优化其封闭空间内的噪声传播衰减。本发明绝缘层片以多层叠加结构将纤维材料(玻璃纤维或其它具有类似特性的材料)与聚酰亚胺泡沫组合。例如，先有技术三层或五层一英寸厚的全玻璃纤维层片的中心层被一英寸厚(等厚度)的聚酰亚胺泡沫12取代，如图1所示。
图1所示的绝缘层片20实施例，其聚酰亚胺芯12夹在玻璃纤维外层10之间，典型厚度约为3英寸。参见如图2所示的第二种绝缘层片30的实施例，可以看到聚酰亚胺芯12夹在多层玻璃纤维10之间，结果使该绝缘层片30的总厚度成为约5英寸，每一层的厚度约为一英寸。
图3中，绝缘层片40的总厚度为5英寸，其芯层10为夹在一对聚酰亚胺层12之间的玻璃纤维，而这二层聚酰亚胺12又夹在一对玻璃纤维外层10之间。
前面介绍的本发明的典型实施例中，基于特殊的用途，使用不同的聚酰亚胺和玻璃纤维层、密度和厚度以优化使用特性。
下面将介绍使用本发明的轻型构型在改进本发明绝缘层片的坍陷、湿气吸收、安装及成本问题中的优点1、聚酰亚胺类泡沫增大了板的刚度，使之易于安装并可减少用于加固材料和絮状体的连接点、夹、钉、栓、针脚、补丁等。这样就减少了安装费用和材料重量。
2、聚酰亚胺泡沫增加了绝缘层片的横向硬度，使绝缘层片保持在构架之间而不会导致凸出。换包话说，特别在位于飞机的圆顶、上、下层舱侧壁区域、半球形气密隔框、密封隔框及地板处，这种泡沫有助于防止绝缘层片坍陷。
3、只需较少针脚连接绝缘板蒙片就能控制由于疲劳、重力、振动、压力等引起的材料坍陷。
4、由于泡沫纵向柔性和横向刚性的组合，从而不用扭曲绝缘絮状体就能使玻璃纤维泡沫夹层构型层片与机身的曲线吻合。
5、这种新型夹层构型有助于在层片与机身表面之间保持恒定间隙，从而降低湿度对主要结构的腐蚀。
6、用于使用了聚酰亚胺泡沫，与同样厚度的全玻璃纤维绝缘体相比，这种复合绝缘体具有较好的重量(轻)、刚度、强度、柔性、可加工处理特性及阻燃和防水性能。
7、如图中所示(图6和7，分别在有、无增压试验条件时)，三英寸厚的玻璃纤维聚酰亚胺泡沫夹层层片构型比同样厚度的全玻璃纤维绝缘体轻12.5％，并且有相同或更好的声学性能。
8、用等厚度的聚酰亚胺泡沫替换玻璃纤维层不会改变现有层片的处理和制作程序。而且，不必为这种新型绝缘层片改变飞机侧壁系统的构型(即，构架外部模线和调整片内部模线之间的间距)，这意味着这种夹层板可以安装在现有飞机上。
图4A显示了先有技术全玻璃纤维绝缘层片40向内的坍陷(上部侧壁、圆顶、半球形气密隔框和密封隔框处)，坍陷引起了缝隙41。这种玻璃纤维板40还会向外坍陷(下部舱壁)，这可能使层片与飞机表面接触。图中示出了桁条42和构架43等飞机结构典型接触点处44。作为对比，图4B显示了用于一架飞机中减少坍陷情形的本发明的聚酰亚胺泡沫和玻璃纤维夹层绝缘层片50。
图5A显示了玻璃纤维板40下坍的另一个例子，其中纤维坍向绝缘层片的下部，从而导致了绝缘效率的降低。与图5A作对比，图5B显示了应用本发明的聚酰亚胺和玻璃纤维夹层结构绝缘层片50使下坍降至最低程度的情形。
权利要求
1.一种飞机绝缘层片组件，包括连接在飞机结构构架之间的绝缘层片；所述绝缘层片具有一个半刚性多孔构架，用以支持玻璃纤维外层，以使所述玻璃纤维的外层与飞机内表面之间保持预定间距，从而防止所述绝缘层片接触飞机内表面。
2.一种飞机绝缘层片组件，包括具有多层材料的夹层结构，包括密度约为0.3 Ib/ft3的芯层和密度约为0.42 Ib/ft3的所述多层的外层。
3.如权利要求2所述的飞机绝缘层片组件，其中所述芯层为厚度约为一英寸的聚酰亚胺泡沫层。
4.一个飞机绝缘层片组件，包括多个玻璃纤维层；处于所述多个玻璃纤维层之间的芯结构，所述芯结构的密度小于所述多个玻璃纤维层的密度。
全文摘要
由夹在玻璃纤维层(10)之间的多孔构架(12)组成的半刚性、轻型绝缘层片(20)。这种聚酰亚胺构架(12)可防止特别是位于飞机圆顶及上部侧壁区域的绝缘层片坍陷，这样与飞机机身表面维持预定间隙，从而减少了湿气积聚对主要结构的腐蚀。这种构型提供了与先有技术相近的声学性能并减轻了重量。
文档编号B64C1/40GK1153500SQ94195086
公开日1997年7月2日 申请日期1994年12月21日 优先权日1994年12月21日
发明者芭芭拉·L·海恩斯, 苏珊娜·S·恩格, 保罗·M·塞拉蒂, 奥克台·耶斯尔, 尤今·A·杰克逊, 塞缪尔·M·劳伦斯 申请人:波音公司