多树脂复合结构及其生产方法

多树脂复合结构及其生产方法
【专利摘要】本发明的名称是多树脂复合结构及其生产方法。实心的、柔性的复合结构可包括至少一个织物层的织物布置，其由纺织纤维构造并且具有形成于其中的孔的分布，第一树脂填充孔径等于或小于孔径阈值的孔，并且第二树脂结合至第一树脂并且基本上填充孔径大于孔径阈值的孔。一些实施方式包括刚性第一树脂如环氧树脂和柔性第二树脂如硅氧烷。生产复合结构的方法可包括在具有形成于其中的许多孔的织物层中，用第一树脂选择性填充仅孔径等于或小于孔径阈值的那些孔，并且用第二树脂基本上填充织物层中的其余孔。
【专利说明】多树脂复合结构及其生产方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及复合结构，并且更具体地涉及具有织物布置和两种(或更多种)树脂的复合结构。
【背景技术】
[0002]设计交通工具特别是飞机和其它飞行器的飞机结构学的一个目标是减少不期望的阻力。飞行器或者其部分可被构造具有空气动力学形状，但是还可通过减少外表面不连续例如连接部分之间的接缝、固定和移动操纵面之间的接合处(如铰链，等)等等，处理阻力。这种不连续不仅代表涡流引起的阻力的可能来源，而且可形成或增加飞行器的声音信号(acoustic signature)和/或包括光学、射频(RF)、电学等等的其它信号。
[0003]一些提出的措施关注于用可移动结构如滑板封闭固定和移动操纵面之间的缝隙，但是这增加了机械复杂性。可选地，这种不连续可例如通过用柔性材料覆盖和/或形成飞行器蒙皮进行密封，但是许多柔性材料缺乏适当的剪切强度来经受住通常施加至飞行器蒙皮的力。复合材料与其它结构材料如金属相比可具有合适的机械性质以及通常高的强度与重量比。但是，形成后，许多复合材料太刚性和/或易碎，不能覆盖或封闭固定和移动表面之间的缝隙。
[0004]因此，对于适当柔性以覆盖或形成飞行器蒙皮并且具有与通常施加至飞行器蒙皮的力相适应的机械稳定性的材料存在需要。

【发明内容】

[0005]本公开描述了多树脂复合结构的数个实例实施方式，和形成复合结构的实例方法。
[0006]在根据本公开的实例复合结构中，由纺织纤维构造的至少一个织物层的织物布置在其中具有孔的分布。孔的分布可包括各个纺织纤维内的许多纤维内部孔和纺织纤维之间的许多纤维之间孔。在这些实例复合结构中，第一树脂填充纤维内部孔以及还有那些孔径等于或小于孔径阈值的纤维之间孔，以及第二树脂结合至第一树脂并且基本上填充那些孔径大于孔径阈值的纤维之间孔。
[0007]在这些实例复合结构的一些中，第一树脂比第二树脂更加刚性。例如，在这些实施方式中，第一树脂可具有大于大约IGPa的弹性模量，并且第二树脂可具有小于大约IGPa的弹性模量。例如，第一树脂可包括环氧树脂，而第二树脂可包括硅氧烷。
[0008]在这些实例复合结构的一些中，至少一个织物层包括一个或多个纤维富集区域，在其中所有纤维之间孔具有等于或小于孔径阈值的孔径，并且还包括一个或多个纤维贫乏区域，在其中纤维之间孔中的一些具有等于或小于孔径阈值的孔径，并且一些具有大于孔径阈值的孔径。在这些实施方式中，纤维富集区域与纤维贫乏区域散布(交替，intersperse)，如以图案形式。在这些实施方式的一些中，织物布置包括两个或更多个堆叠织物层，其中至少一个织物层的纤维富集区域在基本上与层正交的方向上被至少一个其它织物层的一个或多个纤维贫乏区域重叠。堆叠织物层可通过第一和/或第二树脂至少部分地彼此结合。
[0009]形成根据本公开的复合结构的实例方法可包括在具有形成于其中的许多孔的织物层中用第一树脂选择性填充仅孔径等于或小于孔径阈值的那些孔，并且用第二树脂基本上填充织物中的其余孔。
[0010]在这些方法的一些中，用第一树脂选择性填充包括例如以液体形式如通过浸溃非选择性施加树脂。在这些方法中，第一树脂可具有关于纺织纤维的润湿阈值，其被预测以限制第一树脂以便仅填充孔径等于或小于孔径阈值的那些孔。一些实例方法可包括制备第一树脂，用于例如通过增容剂的使用与第二树脂结合。
[0011]一些实例方法可包括堆叠两个或更多个织物层，如在施加第一树脂之前。堆叠可包括以期望的方式相对于彼此布置堆叠织物层，如通过将一个层中的纤维富集区域与至少一个其它层中的一个或多个纤维贫乏区域部分地或全部地重叠。
[0012]一些实例方法可包括形成织物层，例如通过例如以期望的布置将纤维富集区域与纤维贫乏区域散布的方式编织纺织纤维。在这些方法中，布置可以是不规则的，或以图案形式。包括堆叠织物层的方法可包括布置邻近层，以期望的方式布置纤维富集区域和纤维贫乏区域的相对分布，例如在与堆叠层正交的方向上使纤维贫乏区域与一个或多个纤维富集区域重叠。
[0013]以上概述的特征、功能、步骤和过程可在各种实施方式和/或方法中独立实现，或可在其它实施方式和/或方法中结合，其中的进一步细节参照以下【具体实施方式】和附图进行说明。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是部分示意性斜视图，其显示了根据本公开的复合结构的实例实施方式，其中织物布置由纺织纤维形成，第一树脂填充纺织纤维之间的一些孔，并且第二树脂填充纺织纤维之间的其余孔。
[0015]图2是显示示于图1中的实例复合结构的织物布置的织物层的部分示意性平面图。
[0016]图3是示于图1中的实例复合结构的织物布置的纺织纤维的实例横截面视图。
[0017]图4是显示适于用于根据本公开构造的复合结构的实例织物层的部分示意性平面图，该实例织物层具有不同于图2的织物层的构造。
[0018]图5是显示适于用于根据本公开构造的复合结构的另一实例织物层的部分示意性平面图，该实例织物层具有不同于图2和图4的织物层的构造。
[0019]图6是描述生产根据本公开的复合结构的方法的例证性、非排他性实例的流程图。
[0020]图7是显示并入了根据本公开的复合结构的飞行器的主要结构元件的示意性透视图。
[0021]图8是显示并入了根据本公开的复合结构的实例飞机机翼和操纵面的示意性透视图。【具体实施方式】
[0022]通常，根据本公开的实例复合结构包括在其中具有孔(或空间，或空隙)分布的织物布置，第一树脂填充较小的孔，并且第二树脂填充较大的孔。第一和第二树脂可具有不同的机械性质——例如第一树脂可以是刚性的，而第二树脂可以是弹性的(或没有第一树脂刚性)——并因此将这些性质赋予由各个树脂渗入的织物布置的部分。一些织物布置可具有孔大小分布，以使复合结构包括与主要用第二树脂填充的区域(如其中纺织纤维更加间隔开)散布的主要用第一树脂填充的区域(如其中纺织纤维被密集布置)。因此，取决于织物布置的几何形状，复合结构可以是无孔的并且选择性地可变形的，同时提供机械性质如剪切强度。
[0023]在具体的实例实施方式中，复合结构可包括由纺织纤维构造的织物层、第一树脂和第二树脂，其中第一树脂使以等于或小于预定距离的距离彼此间隔开的纺织纤维的各部分互连，并且第二树脂使以大于预定距离的距离彼此间隔开的纺织纤维的各部分互连。在这些实施方式中，第二树脂还可以使以大于预定距离的距离间隔开的第一树脂的各部分互连。在这些实施方式中，纺织纤维可包括也用第一树脂填充的纺织纤维内的纤维内空间。
[0024]形成织物层的纺织纤维的两个之间、更多个之间以及之内的变化间隔关系可被认为是在整个织物层限定了孔或空隙或空间的分布。纺织纤维之间的孔可被描述为“纤维之间”?L，并且特征可以为孔径可相应于形成孔的纤维之间的距离。纺织纤维内的孔可被描述为“纤维内部”孔，并且特征也可以为孔径相应于纤维内部空间的尺寸。因此，孔径在整个孔可变化，例如如果孔是不规则形状的(例如取决于纺织纤维的布置和/或组成)。
[0025]以此方式想到，根据本公开的复合结构的具体实例实施方式可包括织物层，其由纺织纤维构造并且具有在其中如在纺织纤维的两个之间、更多个之间和之内形成的孔分布。在这些实施方式中，第一树脂填充孔径等于或小于孔径阈值的孔，并且第二树脂基本上填充孔径大于孔径阈值的孔。在一些实施方式中，第一树脂可以是比较刚性的，而第二树脂可以是比较柔性的。在一些实施方 式中，第二树脂不填充任何具有小于阈值的孔径的孔。在一些实施方式中，第二树脂结合至第一树脂。
[0026]在上述实例实施方式的一些中，织物层可被构造为包括多个纤维富集或纤维密集区域，其可被描述为在其中所有纺织纤维以等于或小于预定距离的距离彼此间隔开的区域，或可选地在其中所有孔的孔径等于或小于孔径阈值的区域。纤维富集区域可与纤维贫乏区域散布，纤维贫乏区域可被认为是“不富集纤维的区域”，或在其中一些纤维或其部分以等于或小于预定距离的距离间隔开并且一些以大于预定距离的距离间隔开的区域。可选地，纤维贫乏区域可被描述为在其中一些孔具有等于或小于孔径阈值的孔径并且一些具有大于孔径阈值的孔径的区域。
[0027]在这些实施方式中，纤维贫乏和纤维富集区域可不规则地散布，或规则地散布，如以图案形式。实例图案可以是网状图案，其中在整个织物层中一个或多个规则地间隔开的纤维贫乏区域每一个可被可以是连续的纤维富集区域围绕。另一实例图案可以是瓦状图案，其中在整个织物层中一个或多个规则地间隔开的纤维富集区域每一个被可以是连续的纤维贫乏区域围绕。
[0028]任选地，例如取决于邻近堆叠织物层的纺织纤维之间的距离(或，可选地，织物层之间的孔的孔径)，织物布置可包括通过一种或两种树脂互连的两个或更多个堆叠织物层。织物层可以具有不同或类似的构造。在一些实施方式中，织物层可以以这样的方式堆叠:一个织物层中的纤维贫乏区域可在与堆叠层正交的方向上被一个或多个其它织物层的一个或多个纤维富集区域重叠(并且在一些情况中完全重叠)。
[0029]在一些实例实施方式中，第一树脂是或者包括刚性热固性树脂如环氧树脂或酚醛树脂。在一些实例实施方式中，第二树脂是或者包括弹性体如硅氧烷。在一些实例实施方式中，纺织纤维是或者包括聚酯、聚氨酯和聚乙烯中的一种或多种。在其它实施方式中，纺织纤维是或者包括玻璃、碳纤维、金属合金和/或工程热塑性塑料。
[0030]本文公开的复合结构中的一个或多个可并入至交通工具的结构元件、外部元件或内部元件或者其零件或部分。因此，一些实例实施方式包括由任何本文公开的实例复合结构形成的这种元件。在这些实施方式的一些中，交通工具是航空结构如飞机或其它飞行器、航天器、导弹等等。在这些实施方式的一些中，元件是外部元件如飞行器蒙皮或其部分。
[0031]本文公开和图解的多树脂复合结构的实例实施方式可应用于交通工具设计的各方面，包括(但不限于)飞行器的连续空气动力学蒙皮，其例如被施加至或以其他方式并入固定结构或表面和操纵结构或表面之间的半结构区域。如本文更详细说明的，根据本公开的复合结构可包括两种类型的基体树脂，其具有渗入织物布置中的两种类型区域的不同材料性质。在例证性、非限制性实例中，比较刚性的树脂仅填充每个织物层的纤维富集区域内的小孔，从而在整个织物布置中形成刚性区域。在该实例中，比较柔性的树脂填充刚性纤维富集区域的两个之间以及更多个之间的纤维贫乏区域，产生实心的(即基本上或完全无孔的)复合结构，其保持弹性(即，可拉伸的、柔性的和/或其他方式可变形的)特性，同时提供机械性质如剪切强度。
[0032]织物布置的织物层的几何形状，如纤维富集区域相对于纤维贫乏区域的构造，以及其中在包括多个堆叠织物层的织物布置中织物层相对于彼此被布置的方式，可增强或限制前述性质中的一个或多个，如形成适于飞机结构或其它非飞机结构中的具体应用的复合结构。
[0033]本公开还提供可生产复合结构的实例方法。
[0034]现在转向图1-5，图解了复合结构及其组件的例证性的非排他性实例。适当时，图1-5的示意性图示中的参考数字用于指复合结构和/或它们的组件的相应部分；但是，图1-5的实例是非排他性的并且不限制图解的实施方式的可能构造。即，复合结构及其各种组件、构造和其它特性不限于具体的实施方式，并且可合并在图1-5的示意图示和/或实施方式中图解并参照其进行讨论的复合结构的许多的各种方面、构造、特性、性质等以及它们的各种变化，而不需要包括所有这些方面、构造、特性、性质等。为了简要目的，关于稍后讨论的实施方式，每个先前讨论的组件、零件、部分、方面、区域等或它们的变化可不再被讨论、图解和/或标注；但是，任何讨论的特征、变化等可用于任何或全部本文所述的复合结构在本公开的范围内。
[0035]图1，例如，显示了实例复合结构的部分，通常以10指示。一定程度示意性地显示了复合结构10，因为为了简要，可强调其组件的相对大小和位置。而且，图1中显示的该部分复合结构10的表面和边缘可以是或可以不是实际复合结构10的代表；8卩，图1中图解的复合结构10可在一个或多个方向上延伸超出图解部分。
[0036]一般而言，显示复合结构10以包括织物布置12、第一树脂14和第二树脂16。如用以下具体解释的，显示第一树脂14使紧密间隔的织物布置12的部分互连，而第二树脂16使进一步被间隔开的织物布置12的部分和/或第一树脂14的部分互连。
[0037]显示了织物布置12由编织或其它方式形成为两个织物层22的许多单个纺织纤维20形成，织物层22的“堆叠”构造共同形成织物布置12。两个堆叠织物层22显示在图解部分中，但是其它实施方式可包括形成织物布置12的任何数量的堆叠织物层22或者仅一个织物层22。
[0038]织物层22可具有任何期望的构造，其可以是不规则阵列或有图案的排列，或者它们的一些结合。图2显示了复合结构10的织物层22的一个的实例构造，其中显示纺织纤维20被编织成说明性的双向有图案构造，经线纤维24组与纬线纤维26组交织。因而，图1可代表沿着纬线纤维26中两个的长度截取的横截面。
[0039]经线纤维和纬线纤维24、26可以是同样类型、大小、组成等等的纺织纤维20，或可以在这些方面的一个或多个上不同，只要适合于织物层22的期望构造。通常，合成的纺织纤维20如聚酯、聚乙烯、聚氨酯、芳族聚酰胺、玻璃、陶瓷、金属合金以及工程热塑性塑料如聚碳酸酯(“PC”)、聚醚酰亚胺(“PEI”)、聚苯硫(“PPS”)、聚醚醚酮(“PEEK”)等等已知提供有利的机械特性，并且相对于天然纤维更好地抵抗环境因素如温度变化、UV辐射和湿度，并且因而可以是本公开的复合结构10的适合候选。在试验实例中，Honeywell Spectra?纤维1000 (聚乙烯纤维)、Kevlar⑧纤维(para-amid fiber)和弹性纤维(聚氨酯_聚脲
共聚物)已经以可接受的结果被使用。但是，适于与本文讨论的树脂一起使用的纺织纤维20的任何方式被认为在本公开的范围内。
[0040]如可能在图2中最清楚显示的，织物层22包括许多由纺织纤维20的两个之间和更多个之间的空间形成的孔30。孔30——本文还称为空隙30或空间30——可以通过在其间布置有孔30的邻近纺织纤维20彼此间隔的距离表征；该距离在本文还被称为“孔径”。本文中词语“直径”的使用不意味表示任何孔30或其部分具有圆形、球形或其它标准几何特征(虽然一些孔30或其部分可能具有)，或甚至具有一致的形式或尺寸。而是，孔径指形成孔30的纺织纤维20之间的距离，并因此在整个具体的孔30和/或其部分中可变化，例如取决于织物层22的构造、纺织纤维(一个或多个)20的组成等等。
[0041]孔30或其部分可以以它们的孔径彼此不同。例如，术语“较小的孔”(或“小孔”)本文用于指孔径小于或等于孔径阈值的孔30或其部分，而术语“较大的孔”(或“大孔”)本文用于指孔径大于孔径阈值的孔30或其部分。因而，“孔径阈值”相应于形成孔30的纺织纤维20 (或其部分)彼此隔开的预定距离。
[0042]任选地，孔径阈值可相应于纺织纤维20与第一树脂14的润湿阈值，如以下更详细说明的，但是这不是对于所有实施方式必需的。在一些实施方式中的孔径阈值可以是大约1mm。在其它实施方式中，孔径阈值可以在大约0.0lmm至5.0mm的范围内，如大约0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.lmm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm和 5.0mm之一的孔径阈值。但是，其它值和范围在本公开的范围内。
[0043]而且，显示图2的织物层22中的小孔和大孔30的相对大小被良好区分；即，纺织纤维20在织物层22中布置为使小孔(以32指示)的孔径与大孔(以34指示)的孔径的比在整个织物层22中大致一致。如以下说明的，在生产根据本公开的复合结构10的一些方法中，良好区分的孔径比(其可指例如最大的小孔32的孔径与最小的大孔34的孔径的比)可促进用第一树脂14仅选择性填充织物布置12中的小孔32。在一些实例实施方式中，小孔32和大孔34之间的孔径比大约是一个数量级。但是，这对于具有明确限定的孔径比的所有实施方式不是必需的；虽然其它范围和值在本公开的范围内，但是孔径比的其它实例包括大约1:2至大约1:100范围的孔径比，包括大约1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:20、1:50或I: 100的孔径比。进一步，孔径比在整个织物层22中可变化，和/或可以是用于产生织物层22的织物形成技术的函数。不要求所有适于本公开使用的织物层22具备孔径比。
[0044]回到图2，假定适当量度的孔径阈值，图2中图解的织物层22中的孔30包括小孔32，例如经线和纬线纤维24、26组中的邻近纺织纤维20之间的小孔32，以及大孔34，例如纺织纤维20组之间的大孔34。
[0045]由于它们被置于纺织纤维20的两个和更多个之间，图2中的孔30可被认为是“纤维之间”孔30。织物层22或更具体地它的纺织纤维20还可包括各个纤维内形成的孔30，其在本文中被称为“纤维内部”孔30。图3表示包括纤维内部孔30的纺织纤维20的横截面。不是所有纺织纤维20都包括纤维内部孔30，并且在包括纤维内部孔30的那些中，与纤维之间孔30比较，纤维内部孔30—般将更小。但是，这对于所有实施方式不是必需的。
[0046]回到图2，还可就整个层22中纺织纤维20的可变密度描述织物层22。例如，显示织物层22包括在敞开空间——其可被认为是纤维贫乏或纤维稀少区域——周围的相对更高纤维密度的数个区域。本文使用术语，在图2中通常以36指示的“纤维富集”区域指其中所有孔30是较小的孔32或可选地是孔径等于或小于孔径阈值的孔30的织物层22或织物布置12中的区域。相应地，术语“纤维贫乏”区指不是纤维富集区域36的区域；8卩，其中孔30的一些是较小的孔32并且一些是较大的孔34的织物层22或织物布置12中的区域，或可选地是其中孔30的一些具有等于或小于孔径阈值的孔径并且一些具有大于孔径阈值的孔径的区域。纤维贫乏区域在图2通常以38指示。
[0047]在图2中显示的织物层22中，纤维富集区域36与纤维贫乏区域38以重复的图案规则地散布。假定图2中显示的织物层22的部分在整个织物层22中重复，图解的图案是其中每个纤维贫乏区域38被纤维富集区域36围绕的图案。而且，纤维富集区域36彼此互连，从而在整个织物层22中是连续的。这种构造的另一图解的实例是网状图案，如在图4中一定程度示意性地显示的。显示类似于图2的图4的织物层22包括在整个织物层22中每个被是连续的纤维富集区域36围绕的间隔开的纤维贫乏区域38的图案分布。
[0048]图5显示了具有以另一构造形成的两个织物层22的织物布置12的进一步说明性实例，其包遍布每个织物层22中每个被是连续的并且以同样图案布置的纤维贫乏区域38围绕的间隔开的纤维富集区域36的图案分布。
[0049]织物布置12的织物层22具有纤维富集区域36和纤维贫乏区域38的图案分布或甚至规则分布，或者区域36、38的任一类型在整个织物层22或甚至其部分是连续的，这对于所有实施方式不是必需的，因为编织和其它织物形成技术可产生在整个织物层22具有这些区域的任何期望布置或分布或者不同布置的结合的织物层22。
[0050]此外，虽然显示织物层22由一层纺织纤维20形成，但是这对于所有实施方式不是必需的。织物层22可具有几层纺织纤维20，或在织物层22中具有单层和多层部分的结合。
[0051]回到图1，如以上指出的，显示织物布置12由两个织物层22形成，并且更具体地邻近层的纤维贫乏区域38和纤维富集区域36交错。换句话说，下面织物层22的每个纤维贫乏区域38在基本上与堆叠层正交的方向上至少部分地被上面织物层22的纤维富集区域36重叠。这也在图5中一定程度示意性地显示，其中两个图解的织物层22可被认为是以实线画出并指示的“前景”织物层22以及以虚线画出并指示的“背景”织物层22。如显示的，在图5中显示的实例布置中放置织物层22，使得每个织物层22的纤维贫乏区域38被其它织物层的纤维富集区域36至少部分地重叠。当然，图5的织物布置12可包括以其他方式交错的其它层22，例如以便用一个或多个纤维富集区域36完全重叠每个纤维贫乏区域38，等等。如以下更详细说明的，在织物布置12中纤维贫乏区域38部分地或全部地被其它织物层22中的纤维富集区域36重叠可给复合结构10提供剪切强度。类似地，在各织物层22中纤维富集区域36可部分地或全部地彼此交叠和/或重叠。但是，重叠对于所有实施方式不是必需的。
[0052]在图1和图3中，第一树脂14使纺织纤维20的紧密间隔的部分——即以等于或小于预定距离的距离彼此间隔的部分一互连。因而，第一树脂14注入并填充较小的孔32，包括图3中显示的纤维内部孔30以及孔径等于或小于孔径阈值的纤维之间孔30。取决于第一树脂14的粘度和/或其它特性和/或使用的复合材料模塑技术，第一树脂14可部分地或甚至完全地涂覆纺织纤维20的外表面，如图1中一定程度示意性地显示的，但是这对于所有实施方式不是必需的。第二树脂16使纺织纤维20的部分和/或以大于预定距离的距离间隔开的第一树脂14的区域互连。因而，第二树脂16注入并且基本上填充较大的孔34。在本上下文中的“基本上”用于表示第二树脂16填充未用第一树脂14填充的较大的孔34的部分；例如，如图1中显示的，第一树脂14可包封或涂覆纺织纤维20，在这些纺织纤维20的外表面上形成第一树脂14的薄层，其可被认为部分地“填充”较大的孔34。但是，在一些实例中，第一树脂14可能未涂覆纺织纤维20或在纺织纤维20中的一些或全部的表面上以其他方式形成层。因此，本文使用术语“基本上填充”来表示第二树脂16填充未用第一树脂14填充的其余孔30或其部分。
[0053]虽然对于所有实施方式不是必需的，但是在图1中显示的说明性实施方式中，第一树脂14比第二树脂16更加刚性(可选地，第二树脂16比第一树脂14更加柔性)。例如，第一树脂14可具有大于大约lGPa、2GPa、5GPa、10GPa、50GPa或IOOGPa中的至少一个的弹性模量，其中第二树脂16可具有小于大约lGPa、0.5GPa、0.2GPa、0.lGPa、0.05GPa或0.0lGPa中的至少一个的弹性模量。刚性第一树脂14的适合实例可包括一般用作结构基体树脂的几种化合物的任一种，如热固性树脂，包括但不限于环氧树脂(例如，MomentiveEpikote?828)、酚醛树脂等等。柔性第二树脂16的适合实例可包括一般具备柔顺性和拉伸性的几种化合物的任一种，如低硬度弹性体(例如，肖氏硬度D值小于大约10、20、30、40或50中的至少一个的弹性体)、选择性多孔泡沫等等。适于用作第二树脂16的硅氧烷弹性体的两个实例是 Dow Coming? 3145 和 Dow Coming?Xiameter? RBL-2004-20。
[0054]因此，在图1中显示的说明性复合结构10中，织物布置12的纤维富集区域36通过第一树脂14被硬化并且通过比较柔性的第二树脂16互连。因此，复合结构10是实心的(即基本上或完全无孔的)复合材料，其中互连的刚性区域提供机械性质如剪切强度，同时由于与刚性区域互连的柔性树脂的性质保持一定程度的可变形性。具有前述组成的结构可不仅包括上述实例构造和组分，而且另外地或可选地包括其变化，例如以实现例如可适于具体应用的期望程度、类型或区域的剪切强度、挠性或一个或多个其它机械性质。例如，虽然显示图1的复合结构10包括一种第一树脂14和一种第二树脂16，但是这对于所有实施方式不是必需的。例如，一些实例实施方式可包括两种或更多种不同的“第一”树脂，如不同的结构基体树脂，例如以实现不同机械性质的增强区域，和/或两种或更多种不同的“第二”树脂，如不同弹性体，例如以赋予所形成复合结构不同的柔性性质，等等。这些变化被认为在本公开的范围内。
[0055]图6示意性地提供了表示生产根据本公开复合结构(如上述复合结构10)的方法100的说明性、非排他性实例的流程图。在图6中，一些步骤图解在虚框中，表示这些步骤可以是任选的或可对应于根据本公开方法100的任选形式。那就是说，不是所有根据本公开的方法100都需要包括实框中图解的步骤。图6中图解的方法100和步骤是非限制性的并且其它方法和步骤在本公开的范围内，包括具有大于或少于图解步骤的数量的方法，和/或以与图6中出现的不同的顺序进行，如从本文讨论中理解的。
[0056]简要地，方法100任选地在110可包括由纺织纤维形成织物层或多个织物层，在120相对于彼此堆叠两个或更多个织物层。方法100可任选地在130包括选择第一树脂用于织物层，并且在140，在每个具有形成于其中的许多孔的一个或多个织物层中用第一树脂选择性填充仅孔径等于或小于孔径阈值的那些孔。任选地，方法可继续，在150固化第一树脂、在160选择第二树脂用于织物层、以及在170制备第一树脂以与第二树脂结合。在180，方法可包括用第二树脂基本上填充织物层(一个或多个)中的其余孔。任选地，方法100在190可包括固化第二树脂。
[0057]在110形成织物层或多个织物层可包括编织纺织纤维或以其他方式采用织物制造技术，以形成具有纤维富集区域与纤维贫乏区域散布的期望分布的织物层，如例如在图
2、4和5的任一个中图解的图案构造，或不规则分布，或它们的各种结合，如以上更加详细描述的。任选地，可形成织物层(一个或多个)，以具备明确限定的纤维之间孔大小差异，和/或任何值的或在上述范围内的小孔大小和大孔大小之间的期望孔径比。另外地或可选地，方法100可包括使用期望构造和/或特性的预制织物层。
[0058]如以上指出的，纤维富集区域(仅包含小孔的那些)可通过用适合刚性的第一树脂注入其中在结构上增强；因此，在整个复合结构中用纤维富集(例如刚性增强的)区域重叠纤维贫乏(例如相对非刚性的或非增强的)区域和/或交叠刚性/增强的纤维富集区域可有助于材料的剪切强度。因而，在120堆叠两个或更多个织物层可包括以期望的方式相对于彼此放置织物层。例如，织物层可如图1或图5中显示的放置，即，在与堆叠织物层正交的方向上纤维富集区域部分地或全部地重叠纤维贫乏区域，以及任选地纤维富集区域至少部分地彼此重叠或交叠。
[0059]在一些实例中，如利用可变厚度的织物层的实例，堆叠织物层可包括将一个织物层的一部分(如凸起区域，其可相应于纤维富集区域)至少部分地嵌套在邻近织物层的一部分(如凹入区域，其可相应于纤维贫乏区域)中。在图5中，例如，每个织物层22的纤维富集区域36可具有基本上大于互连这些区域的纤维的厚度；因此，可放置层以将一个层22的纤维富集区域36至少部分地嵌套在邻近堆叠层22的纤维贫乏区域38内，等等。用适合的织物几何形状利用嵌套技术可影响所得复合结构的剪切强度，如通过在织物层之间形成机械互锁。[0060]可进行堆叠的其它实例以获得由方法100产生的复合结构的期望的剪切强度和/或其它性质。
[0061]堆叠或以其它方式制备织物层(一个或多个)以用第一树脂处理可根据标准复合材料模塑技术进行，例如通过使用塑模或其中可放置和保持一个或多个织物层的其它形式、施加真空或以其它方式保持期望的压力等等。
[0062]在130，可任选地选择第一树脂。将刚性赋予织物层的适合树脂可包括任何上述结构基体树脂或它们的结合。在一些方法100中，可基于它关于待用树脂注入的织物层的纺织纤维的润湿阈值选择第一树脂，如以达到用第一树脂仅选择性填充织物层中的较小的孔。具体树脂的润湿阈值可基于因素如使用的复合材料模塑技术、进行润湿的条件、纺织纤维的性质、树脂粘度、孔径等等而变化。在一些应用中，可通过使用Lucas-Washburn方程对于一组已知条件评估润湿阈值。例如，在真空协助的树脂复合材料模塑技术中，对于Lucas-Washburn方程的一个渐近解(相应于短时间限制)是:
[0063]
【权利要求】
1.复合结构(10)，其包括:至少一个织物层(22)的织物布置(12)，其由纺织纤维(20)构造，并且其具有形成于其中的孔(30)的分布，所述孔(30)的分布包括各个纺织纤维(20)内的许多纤维内部孔(30)和纺织纤维(20)之间的许多纤维之间孔(30)；第一树脂(14)，其填充所述纤维内部孔(30)，并且还填充孔径等于或小于孔径阈值的那些纤维之间孔(30);和第二树脂(16)，其结合至所述第一树脂(14)，并且基本上填充孔径大于孔径阈值的那些纤维之间孔(30)。
2.权利要求1所述的复合结构(10)，其中所述第一树脂(14)比所述第二树脂(16)更具刚性；并且其中所述第一树脂(14)具有大于大约IGPa的弹性模量，并且其中所述第二树脂(16)具有小于大约IGPa的弹性模量。
3.权利要求2所述的复合结构(10)，其中所述第一树脂(14)包括热固性树脂，并且其中所述第二树脂(16)包括弹性体。
4.权利要求2所述的复合结构(10)，其中所述第一树脂(14)包括环氧树脂；并且，其中所述第二树脂(16)包括硅氧烷。
5.任何前述权利要求所述的复合结构(10)，其中至少一个织物层(22)包括一个或多个纤维富集区域(36)和一个或多个纤维贫乏区域(38)，在纤维富集区域(36)内，所有所述纤维之间孔具有等于或小于孔径阈值的孔径，在纤维贫乏区域(38)内，所述纤维之间孔中的一些具有等于或小于孔径阈值的孔径，并且一些具有大于孔径阈值的孔 径；其中所述一个或多个纤维富集区域(36)与所述一个或多个纤维贫乏区域(38)散布；并且，其中所述一个或多个纤维富集区域(36)和所述一个或多个纤维贫乏区域(38)以图案形式散布。
6.权利要求5所述的复合结构(10)，其中所述织物布置(12)包括两个或更多个堆叠织物层(22)，每个包括与一个或多个纤维贫乏区域(38)散布的一个或多个纤维富集区域(36)；其中至少一个织物层(22)的至少一个纤维富集区域(36)在基本上与所述层正交的方向上与至少一个其它织物层(22)的一个或多个纤维贫乏区域(38)重叠；并且，其中所述堆叠织物层(22)通过所述第一树脂(14)和第二树脂(16)至少部分地彼此结合。
7.任何前述权利要求所述的复合结构(10)，其中具有等于或小于所述孔径阈值的直径的纤维之间孔的孔径与具有大于所述孔径阈值的直径的纤维之间孔的孔径的比为大约1:10。
8.任何前述权利要求所述的复合结构(10),其中所述孔径阈值在大约0.01mm至5.0mm的范围内。
9.权利要求8所述的复合结构，其中所述孔径阈值为大约1.0mm。
10.权利要求8所述的复合结构，其中所述孔径阈值相应于至少一个织物层的所述纺织纤维与所述第一树脂的润湿阈值。
11.生产复合结构(10)的方法；所述方法包括:在具有形成于其中的许多孔(30)的织物层(22)中，用第一树脂(14)选择性填充仅孔径等于或小于孔径阈值的那些孔(30);以及用第二树脂(16)基本上填充所述织物层(22)中的其余孔(30)。
12.权利要求11所述的方法，进一步包括:以将一个或多个纤维富集区域(36)与一个或多个纤维贫乏区域(38)散布的方式，由纺织纤维(20)形成所述织物层(22)，在纤维富集区域(36)内，所有所述孔(30)具有等于或小于孔径阈值的孔径，在纤维贫乏区域(38)内，所述孔(30)中的一些具有等于或小于孔径阈值的孔径，并且一些具有大于孔径阈值的孔径。
13.权利要求11至12中任一项所述的方法，其中至少一个织物层(22)包括一个或多个纤维富集区域(36)和一个或多个纤维贫乏区域(38)，在纤维富集区域(36)内，所有所述孔(30)具有等于或小于孔径阈值的孔径，在纤维贫乏区域(38)内，所述孔(30)中的一些具有等于或小于孔径阈值的孔径，并且一些具 有大于孔径阈值的孔径；以及其中所述方法进一步包括堆叠两个或更多个织物层(22)，以使至少一个织物层(22)的至少一个纤维贫乏区域(36)在基本上与所述层正交的方向上与至少一个其它织物层(22)的一个或多个纤维富集区域(36)重叠。
14.权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述第一树脂(14)具有关于所述织物层(22)的所述纺织纤维(20)的预定润湿阈值，其被预测以限制所述第一树脂(14)仅填充孔径等于或小于孔径阈值的那些孔(30)；以及其中所述选择性填充包括非选择性施加所述第一树脂(14)至所述织物层(22)。
15.权利要求14所述的方法，进一步包括:基于第一树脂(14)关于所述织物层(22)的所述纺织纤维(20)的预定润湿阈值，选择所述第一树脂(14)。
16.权利要求11至15中任一项所述的方法,进一步包括:通过用增容剂处理所述第一树脂(14)，制备所述第一树脂(14)以与所述第二树脂(16)结合。
【文档编号】B32B1/06GK103507303SQ201310236834
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】C·P·亨利 申请人:波音公司