專利名稱：纖維增強芯板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及復合結(jié)構(gòu)。更具體地，本發(fā)明涉及具有由纖維增強片纏繞的一 系列帶的纖維增強芯板以及由其制成的復合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在圖IA中，示出了現(xiàn)有技術(shù)的一實施方式，其是授予L. H. Corzine的、1970年12 月1日公布的、主題為“多孔狀泡沫芯組件”、專利號為3，544，417的美國專利。圖IA示出 了由兩個基本多孔泡沫芯結(jié)構(gòu)形成的夾層組件，其中一個倒置并且向下地與另一個完全相 互接合。圖IB示出了現(xiàn)有技術(shù)的復合結(jié)構(gòu)的另一實施方式，其是授予S. W. Day的、1996年 12月31日公布的、主題為“增強泡沫芯以及生產(chǎn)方法和設(shè)備”、專利號為5，589，243的美國 專利。圖IB示出了帶有分開縱向地延伸的泡沫帶114的縱向延伸的帶或網(wǎng)112的增強泡 沫芯板的端部分。各網(wǎng)112的相對縱邊緣被暴露在板的側(cè)表面或側(cè)面處。如同在圖IA和IB中能看到的那樣，現(xiàn)有技術(shù)的實施方式具有低百分比的被增強 片覆蓋的板的表面面積。這個結(jié)構(gòu)提供復合物結(jié)構(gòu)的外表層的低層壓性，導致纖維增強片 和表層之間的分層的高潛在性。因此，有對于這樣的復合結(jié)構(gòu)的需求，即，該復合結(jié)構(gòu)在板和表層之間具有良好的 粘著性以形成強復合結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供具有第一側(cè)和相對的第二側(cè)的纖維增強芯板而提供優(yōu)于現(xiàn)有技 術(shù)的好處和/或可選方案。芯板包括一系列相鄰的低密度帶，該低密度帶具有至少三個面 并且具有至少為51的長度與寬度的縱橫比。低密度帶的縱軸線是基本上平行的并且各 帶的橫截面具有主面、第一邊緣面、和第二邊緣面。各帶的主面被布置在芯板的第一或第二 側(cè)之內(nèi)并且各帶的主面被布置在芯板的與相鄰帶的主面相對的面之內(nèi)。芯板也包括連續(xù) 的纖維增強片，該連續(xù)的纖維增強片被穿過低密度帶以致于纖維增強片被布置在相鄰帶之 間并且與低密度帶的主面相鄰。增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積的至少大約百分之 六十五(65% )和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五(65% )。


現(xiàn)在將參考附圖，僅僅以示例性的方式描述本發(fā)明，所述附圖構(gòu)成這里的說明書 的一部分并且其中圖IA和IB是現(xiàn)有技術(shù)的示例。圖2是依照本發(fā)明的復合結(jié)構(gòu)的透視圖。圖3是依照本發(fā)明的纖維增強芯板的透視圖。圖4是依照本發(fā)明的一個實施方式的纖維增強芯板的端視圖，該纖維增強芯板具有帶有具有4個面的外形的帶。圖5是依照本發(fā)明的另一實施方式的纖維增強芯板的端視圖，該纖維增強芯板具 有帶有具有3個面的外形的帶。圖6是依照本發(fā)明的另一實施方式的纖維增強芯板的端視圖，該纖維增強芯板具 有帶有具有四個面的外形的帶，其中兩個面是彎曲的。圖7A和7B是具有不同外形的帶的端視圖。圖7C是一個實施方式的板的端視圖。圖8是另一實施方式的帶的外形圖。圖9是另一實施方式的帶的外形圖。圖10是依照本發(fā)明的另一實施方式的纖維增強芯板的端視圖，該纖維增強芯板 具有在板上的穩(wěn)定層。圖11是依照本發(fā)明的另一實施方式的纖維增強芯板的端視圖。
具體實施例方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明中增強片圍繞低密度帶的纏繞形成這樣的情形，S卩，當 它在泡沫帶之間從纖維增強芯板的表面前進到板的相對表面時由纖維增強片形成的角形 成看起來類似于字母Z的橫截面圖。結(jié)果是，泡沫帶的更大的表面面積能由纖維增強芯板 的外表面上的纖維增強片覆蓋。結(jié)果的結(jié)構(gòu)不僅提供形成纖維增強片和外表層之間的結(jié)合 的更大的表面面積以減少分層的可能性，而且將更多的纖維增強片定位在纖維增強芯的外 表面處從而給結(jié)構(gòu)更大的強度(象由I-梁形成的那樣)。與低密度帶表面的更大的覆蓋相 結(jié)合，這種構(gòu)造提供纖維增強片通過纖維增強芯板的成角度的前進從而形成抵抗壓縮和剪 切力的桁架。 現(xiàn)在參考附圖，尤其是參考圖2，其示出了復合結(jié)構(gòu)10，該復合結(jié)構(gòu)10大體上包括 多個低密度帶100、連續(xù)的纖維增強片200、第一外表層300、第二外表層400，和聚合物基體 500。低密度帶100具有基本上彼此平行的縱軸線。纖維增強層200和低密度帶100 (帶有 額外的任選的層和材料)形成纖維增強芯板11。第一外表層300被布置在增強芯板11的 第一側(cè)Ila上。第二外表層400也是與第一外表層300相對地橫過纖維增強芯板11的第 二側(cè)lib布置的柔性材料。聚合物基體500典型地是樹脂材料，例如熱固性聚合物。然而， 能使用其它聚合物樹脂，例如熱塑性塑料或聚合在合適位置的材料。在圖3中更詳細地示 出了纖維增強芯板11?，F(xiàn)在參考圖3，低密度帶100具有至少三個面和至少大約為5 1、優(yōu)選為至少大 約10 1的長度與寬度的縱橫比。低密度帶100在板11中如此排列以致于低密度帶100 的縱軸線是基本上平行的。低密度帶100具有低于聚合物基體500的密度，優(yōu)選為具有在 大約0. 02和0. 04g/cm3之間的密度。現(xiàn)在參考圖4-6，低密度帶100(a，b)的橫截面外形可以具有任何合適的外形；外 形包括，但不限于具有三個或四個面的外形。面可以是直的或彎曲的。帶100的靠近芯板 11中的相鄰帶100的面被稱作邊緣面101和103。邊緣面101和103優(yōu)選為匹配相鄰帶中 的相鄰邊緣面101和103，如同在圖4-6中所示的那樣。具有匹配的邊緣面101和103形成 高強度的復合結(jié)構(gòu)10。芯板11的第一側(cè)Ila或第二側(cè)lib上的面中的最寬的面被稱作主
5面 105。芯板11中的帶100被如此排列以致于它們形成相對平的板。帶100被相對于相 鄰帶100翻轉(zhuǎn)(帶IOOa與帶IOOb相對照)使得芯板11的相對側(cè)上的特定帶100a、b的主 面105與相鄰帶100a、b的主面105相對照。如果帶是四側(cè)的，如同在圖4中所示的那樣 的梯形外形的帶100，相對于主面105的面被稱作次面107。主面105和次面107是大體上 彼此平行的。優(yōu)選地，主面與次面的長度的比值是大約2 1，更優(yōu)選為大約7 1。在圖 6中示出了一實施方式的板11，其中帶100具有四個面，其中兩個面是彎曲的。如果帶是三 側(cè)的，如同在圖5中所示的那樣的三角形的帶，沒有次面并且與主面105相對的點或邊緣被 稱作點109。參考圖7A和7B，由邊緣面101和主面105形成的角α優(yōu)選為是銳角，意味著它是 小于90度的。也優(yōu)選地，由邊緣面103和主面105形成的角β也是銳角。角α和β的總 和小于180度。如果任何面101、103、105不是直的，那么為了確定角α和β，形成連接線 的端點的假想線，如同在圖7Β中所示的那樣。帶可以都具有相同的橫截面外形或者不同的 帶具有不同的外形和尺寸。在本發(fā)明的一個實施方式中，帶有交替橫截面(例如重復的三 角形、梯形)的帶100(a，b)可以被用來形成具有最終產(chǎn)品中的自然輪廓的板。自然輪廓允 許板遮蓋到彎曲模具上，在相鄰帶之間具有最小的間隙，以避免過多的聚合物基體500(樹 脂)堆積。獲得這種自然輪廓的一種方法是改變相鄰橫截面中的角。相鄰帶之間的角的改 變越大提供的輪廓越大。通過使用柔性泡沫帶(例如聚乙烯或聚丙烯)能在帶的方向上提 供額外的輪廓。可以使用帶有交替的剛性泡沫和柔性泡沫段的帶100(a，b)。低密度帶100可以由任何合適的材料制成，包括但不限于泡沫(閉孔或開孔)、輕 質(zhì)木材、和密封的塑料瓶。泡沫可以是，例如，聚亞安酯泡沫、膨脹性聚苯乙烯泡沫、膨脹性 聚乙烯泡沫、膨脹性聚丙烯泡沫、或其共聚物。帶可以由剛性泡沫，例如PVC、苯乙烯丙烯腈 (SAN)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)；耐火泡沫例如酚醛塑料；或由塑料、金屬、紙或類似材料 制成的中空管制成。在潛在地優(yōu)選實施方式中，帶100由閉孔泡沫組成?？梢曰谔幚韰?數(shù)例如壓力、溫度或耐化學性或者其它所期望的板特性，例如耐水性或耐火性，絕熱性或透 光性選擇閉孔泡沫的類型。帶100優(yōu)選為具有在真空壓力下通過重量變化測量的小于250g/m2的樹脂吸收 性，和在IOlkPa的真空下由厚度變化測量的小于10%的變形。帶100也可以具有在至少一 個表面上的薄膜或涂層以減少樹脂吸收性或改進泡沫帶和增強物之間的結(jié)合。薄膜或涂層 可以以任何已知的方式被應用并且可以包括PVC、聚烯烴、聚亞安酯和其它聚合物。低復合 結(jié)構(gòu)10密度是復合夾層板的重要性能參數(shù)之一。由泡沫或其它芯材料堆積的樹脂能是顯 著的。閉孔泡沫在表面處具有適度的樹脂吸收性。既然當使用細長泡沫帶時泡沫表面面積 的量能增加100%到200%，在這些結(jié)構(gòu)中有減少樹脂(聚合物基體500)的表面吸收性的 需要。能獲得這的一種方法是，通過使用PVC收縮包裹薄膜封鎖樹脂供應到泡沫帶。用不 滲透薄膜層覆蓋泡沫帶可減少樹脂堆積在泡沫中，并且也可以使在本發(fā)明的桁架元件中的 樹脂含量最小化。優(yōu)選地，覆蓋在帶100的至少一個面上的表面是不可滲透樹脂的。一些 薄膜和涂層會干擾帶100的泡沫表面和增強片200之間的粘著。一些覆蓋薄膜和涂層會減 少泡沫和增強物之間的結(jié)合。因為機械性能主要是由增強物產(chǎn)生的，這不被認為是重要的 問題。可選地，能選擇不滲透層以增強低密度帶100和增強片200之間的結(jié)合，改進復合結(jié)構(gòu)10的機械性能。帶100能是單一材料，件集合，和/或增強材料。在帶是件集合的實施方式中，件 能是獨立的自由件，或者保持在一起例如用粘接劑保持在一起的件。參考圖8，示出了帶有 低密度材料段110和增強平面111的帶100的實施方式。增強平面111可以通過粘接劑被 連接到段110。在一個實施方式中，增強平面111是帶有接收聚合物基體并且在段110之間 形成堅硬平面的空間的纖維材料。如果期望在結(jié)構(gòu)板中而不是被定位成垂直于細長帶的方 向獲得額外的機械性能，穩(wěn)定增強芯板可被進一步分成垂直于初始泡沫帶的帶并且然后用 第二連續(xù)的增強片纏繞。在圖9所示的另一實施方式中，泡沫帶100包括由縱向增強平面121分開的縱向 段120?？v向段120能通過粘接劑被結(jié)合到縱向增強平面121。在一個實施方式中，增強平 面121是帶有用于接收聚合物基體并且形成段120之間的堅硬縱向平面的開口空間的玻璃 非織造材料。在優(yōu)選實施方式中，帶100的橫截面構(gòu)造是三角形的，其中增強平面從三角形 的頂點延伸到與該點相對的面的中心。返回來參考圖4，連續(xù)的纖維增強片200通過低密度帶100以致于纖維增強片200 被布置在相鄰帶100的邊緣面101、103之間并且被沿著低密度帶100的主面105布置。增 強片200形成纖維增強芯板11的第一側(cè)Ila和第二側(cè)lib的表面面積的至少大約百分之 六十五(65% )。連續(xù)的纖維增強片200能是機織織物、編織物、粘合型紡織品、非織造材料(例如 短切原絲氈)，或絲片(sheet of strands)。纖維增強片200能是單向絲例如粗紗并且可以 通過將粗紗結(jié)合、編入固定紗，或者將粗紗編織在穩(wěn)定紗上而被保持在一起。在機織織物、 編織物、經(jīng)編織物/緯插入物、非織造而成的紡織品或粘合型紡織品的情況下，紡織品能具 有被布置在多個(兩個或三個)軸向方向中的紗或線帶元件。增強片200的紗或纖維可以 是，例如，玻璃纖維、碳纖維、聚酯、芳綸、尼龍、天然纖維和它們的混合物。優(yōu)選地，連續(xù)的纖 維增強片200是多軸向編織物。多軸向編織物具有高模量、能被定向成適合剪切和壓縮需 求的無卷曲纖維。纖維可以是單絲、復絲、短纖維、條帶元件、或它們的混合物。由于他們的 低成本、相對高的模量、以及與多種樹脂的良好兼容性，玻璃粗紗是優(yōu)選的。用在增強片200 中的纖維具有高的強度與重量比。優(yōu)選地，纖維具有在23°C時由標準纖維特性測量的至少 lGpa//g/cm3的強度重量比，和至少70Gpa的模量。增強片200在與泡沫帶結(jié)合之前也能結(jié)合有熱固性或熱塑性樹脂。樹脂能被滲入 在纖維中(預浸料坯)，被分層成貼近纖維片的薄膜形式(例如Gurit的SPRINI^)，或者 與增強纖維相混合(Saint Gobain的TWINTEX )。預結(jié)合的樹脂和增強物具有被用在具 有相似表層的干燥過程中的好處。這些過程典型地在纖維樹脂比值上具有較高的控制性并 且因此可用于低重量結(jié)構(gòu)。過程的控制也具有較少次品或缺陷。這些預浸料坯處理的不利 之處是更高的材料獲得成本，通常需要控制存儲，并且該處理典型地需要更高的資金投入 (加熱、高壓艙等)?，F(xiàn)在參考圖7C，帶IOOa和IOOb被如此排列，即，其中帶IOOa的主表面105a在板 的第一側(cè)Ila中，并且?guī)OOb的主面105在盤的第二側(cè)lib中。各主面105具有第一主面 邊緣102和第二主面邊緣104。纖維增強片200沿著帶IOOa的主面105在板11的第一面 Ila中從第一主面邊緣102到第二主面邊緣104前進。纖維增強片200然后改變方向以在帶IOOa和帶IOOb之間繼續(xù)前進直到它在帶IOOb的第一主面邊緣102處出現(xiàn)在板11的第 二面lib中。纖維增強片200然后沿著帶IOOb的主面105在第一面lib中從第一主面邊 緣102到第二主面邊緣104前進。纖維增強片200然后在帶IOOb和下一個帶IOOa之間前 進直到它在帶IOOa的第一主面邊緣102處在第一面Ila中從板11出現(xiàn)。沿著板11的長 度繼續(xù)向下重復這種前進。本發(fā)明的構(gòu)造的一個重要因素是增強纖維片200開始在帶IOOa和IOOb之間行進 的點和直到它到達在板11的相對側(cè)處的它的出來點之間的角。為了示出這個角，從帶IOOb 的第二主面邊緣104和帶IOOa的第一主面邊緣102畫第一假想線151。從帶IOOb的第二 主面邊緣104和帶IOOb的第一主面邊緣102畫第二假想線152。第一假想線151和帶IOOa 的主面105之間的角是 a，并且?guī)OOa的主面105到第二假想線152之間的角是Oa，帶 IOOb的主面105和第二假想線152之間的角是 b，并且?guī)OOb的主面105和第一假想線 151之間的角是Φρ通過選擇 3和 b以致于它們合計小于180度，能實現(xiàn)本發(fā)明的構(gòu) 造。同樣，通過選擇^和^合計小于180，能實現(xiàn)本發(fā)明的構(gòu)造。當角 3和叱合計小 于180度時并且當角CDb也合計小于180度時，也有助于實現(xiàn)這種構(gòu)造。為了設(shè)計在 第一表面Ila附近彎曲的板11，角 3和叭合計小于角G1^ncDbW總和。為了實現(xiàn)板11 在第二表面lib之上的彎曲，角Ob合計大于角 3和0^的總和。為了形成板11的纏繞構(gòu)造，增強片200被定位成橫過邊緣面101，橫過主面105移 動，然后橫過第一帶的邊緣面103(其也是相鄰帶的邊緣面101)移動。增強纖維200繼續(xù) 圍繞相鄰帶的主面105前進并且然后圍繞邊緣面103 (其也是下一帶的邊緣面101)前進。 沿著纖維增強芯板11的長度重復這種前進以形成纖維增強片200覆蓋帶100的表面101、 105,103的情形。增強片形成芯板11的第一側(cè)Ila和第二側(cè)lib的表面面積的至少大約百 分之六十五(65% )并且提供第一表面Ila和第二表面lib之間的角支撐。此外，如果有次 面的話，增強片200覆蓋的主面105的表面面積將大于次面107的表面面積。在第二實施 方式中，纖維增強片200覆蓋板11的第一側(cè)Ila和第二側(cè)lib的表面面積的至少大約百分 之八十(80% )，或者優(yōu)選為至少大約百分之九十(90% )。纖維增強芯板11的帶100和增強片200在與復合結(jié)構(gòu)10的其它部件組裝在一起 之前有時可能需要被固定?，F(xiàn)在參考圖10，纖維增強芯板11通過添加被橫過纖維增強芯板 11的第一表面Ila固定到增強片200和帶100的第一面穩(wěn)定器600而被固定。此外，第二 面穩(wěn)定器700可以被橫過纖維增強芯板11的第二表面lib固定到增強片200和帶100。第 二穩(wěn)定層700可以由與第一穩(wěn)定層600相同或不同的材料和構(gòu)造制成。典型地，面穩(wěn)定器 600和700是非常開放的纖維，例如稀洋紗。穩(wěn)定層600、700也可以是纖維層，單向纖維， 熱塑性薄膜、粘結(jié)劑層、或其混合物。粘結(jié)劑材料可以被用來將面穩(wěn)定器600、700固定到帶 100和增強片200。粘結(jié)劑材料可以是添加在穩(wěn)定層和板11之間的額外的層或者可以被結(jié) 合到穩(wěn)定層600、700中。在一個實施方式中，面穩(wěn)定器600、700能是薄膜、優(yōu)選為帶有開口 孔以在凝固樹脂基體500之前允許樹脂基體500貫穿復合結(jié)構(gòu)10流動。面穩(wěn)定器600、700 限制纖維增強芯結(jié)構(gòu)的除了圍繞帶的軸線轉(zhuǎn)動之外的轉(zhuǎn)動和移動。面穩(wěn)定器是開口材料， 帶有低表面面積，并且優(yōu)選為是輕量材料，例如輕于外表層300、400。在另一實施方式中，通過在將聚合物基體布置在復合結(jié)構(gòu)10中之前將增強片200 結(jié)合到帶100而形成整體的纖維增強芯板11。在這種實施方式中，能用粘接劑將增強片固
8定到帶100，并且粘結(jié)劑可被布置成例如帶或點的形式，以使得增強纖維200的一部分開 放。在另一實施方式中，增強片能通過包含非織造粘結(jié)劑網(wǎng)而被固定到帶?，F(xiàn)在參考圖11，在一個實施方式中，帶100和增強片200以能允許芯板11在第一 側(cè)Ila或第二側(cè)lib的方向上彎曲的方式被固定在一起以形成纖維增強芯板11。在這種實 施方式中，增強片200被固定到各帶100的主面105和邊緣面103。留下邊緣面101不結(jié) 合。在這種情形中，纖維增強芯板11能鉸接在邊緣面103和主面105之間，以致于纖維增 強芯板11能彎曲成弧形或彎成角。返回來參考圖2，復合結(jié)構(gòu)10包括第一外表層300和第二外表層400。第一外表 層300可以由與第二外表層400相同或不同的材料和/或構(gòu)造制成。表層可以由一層或 多層纖維制成。優(yōu)選地，外表層由至少兩層纖維制成。任何合適的纖維可以被用在外表層 300,400中，包括但不限于有機或無機結(jié)構(gòu)增強纖維例如玻璃纖維、碳纖維、例如商品名為 KEVLAR 的芳綸纖維，例如商品名為SPECTRA 的線性聚乙烯或聚丙烯纖維，熱塑性條帶纖 維，聚酯纖維，尼龍纖維，或天然纖維。材料和構(gòu)造也可以在表層300、400之間變化。外表層300、400可以包含機織織物層、編織物層、粘合型紡織品層、非織造纖維 層、或絲片(例如粗紗層)。纖維增強片能是單向絲例如粗紗，并且單向絲能通過橫過粗紗 結(jié)合、編入固定紗、或者橫過粗紗編織固定紗而能被保持在一起。在機織織物、編織物、經(jīng)編 織/緯插入物、非織造材料、或粘合型紡織品的情形中，紡織品能具有布置在多個(兩個或 三個)軸向方向中的紗或條帶元件。增強片的紗或纖維能是玻璃纖維、碳纖維、聚酯纖維、 芳綸纖維、天然纖維、和其混合物。優(yōu)選地，連續(xù)的纖維增強片是多軸向編織物。多軸向編 織物具有高模量，能被定向成適合剪切和壓縮需求的組合的無卷曲纖維。纖維可以是單絲、 復絲、短絲、條帶元件，或其復合物。在一個實施方式中，復合板10能由兩個或多個相鄰增強芯板11制成。增強芯板 11能被如此排列，即，其中各板11中的帶100彼此平行或者朝著彼此轉(zhuǎn)90度。類似于用在 外表層300、400中的額外的增強層可以被添加在增強芯板11之間。外表層300和400然 后被添加到增強芯板11的頂部和底部。用樹脂聚合物基體500滲入或浸漬復合結(jié)構(gòu)10，其優(yōu)選為在壓差下流動通過(增 強片200、外表層300、400，和可選的穩(wěn)定層600、700)的至少一部分。優(yōu)選地，樹脂流過所有 增強材料(增強片200，外表層300、400，和可選的穩(wěn)定層600、700)并且固化以形成剛性的 負載結(jié)構(gòu)?？梢允褂脴渲缇埘?、乙烯酯樹脂、環(huán)氧樹脂、對甲基酰胺樹脂、酚醛樹脂、三 聚氰胺甲醛樹脂、有機硅樹脂、或者PBT或Nylon等的熱塑性單體。由于它的適中的成本、 良好的機械性能、良好的工作時間、和固化特性，乙烯酯樹脂是優(yōu)選的。增強纖維在圍繞泡 沫帶纏繞之前也能結(jié)合有樹脂。對于熱固性預浸料，樹脂可包括B階段熱固樹脂，對于條帶 紗、混合紗、或者單向片，樹脂可包括熱塑性樹脂。通過例如真空袋模塑法、樹脂傳遞模塑法或真空輔助樹脂傳遞模塑法(VARTM)的 方法，可以實現(xiàn)在壓差下使得樹脂流過多孔增強樹脂。在VARTM模塑法中，芯和表層在通常 具有一個柔性模具面的密封模具中被密封在一起并且空氣被從模具抽空，其通過柔性面應 用大氣壓力以使得復合結(jié)構(gòu)10與模具相一致。催化樹脂通過真空大體上通過樹脂分配媒 介或提供在板的表面上的溝槽網(wǎng)被吸到模具中，并且被允許固化。復合結(jié)構(gòu)10可以具有流 動增強裝置，例如，但不限于切割在帶的主表面和次表面中的凹槽或溝槽；在帶的所有側(cè)
9上的凹槽網(wǎng)；在增強纖維中的額外元件例如空間或流動增強紗。例如表面流動介質(zhì)的額外 纖維或?qū)右材鼙惶砑拥綇秃辖Y(jié)構(gòu)以幫助便于樹脂的浸漬。一系列厚紗例如重粗紗或單絲能 被相同地間隔開一個或多個增強物的軸線從而調(diào)整復合板的樹脂浸漬率。在一個例子中， 聚酯單絲沿著增強片的長度被間隔開大約20mm。片然后被圍繞泡沫帶纏繞并且在泡沫帶的 方向上被浸漬有樹脂。浸漬率比在不添加單絲的情況下使用增強物時明顯要快。例子依照下面的過程制造纖維增強芯板和復合結(jié)構(gòu)。獲得帶有1英寸厚、1. 25英寸寬 的主側(cè)、0. 125英寸的次側(cè)和梯形形狀的由聚亞安酯制成的十六英寸長的閉孔泡沫帶。梯形 的從底部到相鄰側(cè)的角是60度。帶在主側(cè)和次側(cè)上具有65g/m2的玻璃纖維非織造表面材 料。梯形形狀的外形具有彼此平行的2個面。這些面中的較長的一個被稱作主面并且較短 的一個被稱作次面。其它兩個面被稱作邊緣面。并排放置所述帶，其中它們的縱軸線如此排列以致于每隔一個帶主面在面向上和 面向下之間交替。帶的邊緣面貼近鄰近那個帶的帶的邊緣面。由E-玻璃粗紗以12oz/yd2雙偏置(+/-45度)的構(gòu)造(來自Vectorply Corporation的EBX1200 )制成的連續(xù)的纖維增強片穿過所述帶。增強片被如此穿過以致 于增強片鄰近邊緣面和主面，例如如同在圖3中所示的那樣。這樣形成纖維增強芯板。穩(wěn)定層被添加到板的兩側(cè)以將帶和增強片保持在合適的位置處等待下一步處理。 穩(wěn)定層是輕量玻璃纖維稀洋紗(來自Milliken & Company的STAB IL0N )。使用輕量熱熔 性非織造粘合劑(來自Spimfab的PA1541A/1 )涂布穩(wěn)定層。接下來，包括4層由E-玻璃粗紗以12oz/yd2雙偏置(+/_45度)的構(gòu)造(來自 Vectorply Corporation的EBX1200 )制成的外表層被放置在板的兩側(cè)。最后，帶有外表層的板被放置在模具中并且在真空袋處理下被固定在一起?？?氣被抽空并且催化乙烯酯樹脂(可從Composites One, LLC買到的CCP ARM0RSTAR IVE-XC400 )浸漬到整個芯板和外表層，直到?jīng)]有明顯的空氣空間為止。從復合結(jié)構(gòu)釋放模具。夾層結(jié)構(gòu)成品可用在多種應用中，例如風輪機葉片，船甲 板、火車地板或高硬度和低重量受到重視的其它結(jié)構(gòu)。盡管關(guān)于某些潛在的優(yōu)選實施方式和實習已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明，將會理解， 所示的和所描述的實施方式和實現(xiàn)方法僅僅是示例性的并且本發(fā)明決不是被限定到其。相 反，可以完全預期得到，在閱讀了上面的描述和/或通過本發(fā)明的實施，對本發(fā)明的修改和 變化對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是毫無疑問地可預見的。因此，旨在本發(fā)明應當延伸到如同可 以結(jié)合在本發(fā)明的全部精神和范圍的情況下本發(fā)明的寬的方面的所有修改和變化。
權(quán)利要求
一種具有第一側(cè)和相對的第二側(cè)的纖維增強芯板，包括一系列相鄰的低密度帶，所述低密度帶具有至少三個面并且具有至少為5∶1的長度與寬度的縱橫比，其中低密度帶的縱軸線是基本上平行的，其中各帶的橫截面具有主面、第一邊緣面和第二邊緣面，其中各帶的主面被布置在芯板的第一或第二側(cè)之內(nèi)，其中各帶的主面被布置在芯板的與相鄰帶的主面相對的面之內(nèi)；連續(xù)的纖維增強片，其中連續(xù)的纖維增強片被穿過低密度帶，使得纖維增強片被布置在相鄰帶之間，并且與低密度帶的主面相鄰，其中增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五(65％)和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五(65％)。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，其中增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積的至 少大約百分之九十(90% )和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之九十(90% )。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，其中連續(xù)的纖維增強片包括多軸向編織物。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，其中連續(xù)的纖維增強片包括至少一層大體上平 行的粗紗。
5.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，進一步包括在纖維增強芯板的第一和第二側(cè)中 的至少一側(cè)上的穩(wěn)定層。
6.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，進一步包括定位在纖維增強芯板的第一和第二 側(cè)中的至少一側(cè)上的外表層。
7.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，其中低密度帶包括一夾角，該夾角被定義為帶 中的由通過連接一個邊緣面的端部形成的第一線和通過低密度帶的主面形成的第二線形 成的角，其中所述夾角小于90度。
8.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，其中低密度帶包括第一夾角，該第一夾角被定義為帶中的由通過連接第一邊緣面的端部形成的第一線和 通過低密度帶的主面形成的第二線形成的角；第二夾角，該第二夾角被定義為帶中的由通過連接第二邊緣面的端部形成的第三線和 通過低密度帶的主面形成的第四線形成的角；其中第一夾角和第二夾角的總和小于180度。
9.如權(quán)利要求1所述的纖維增強芯板，其中低密度帶包括覆蓋在低密度帶的至少一個 面上的表面。
10.一種復合結(jié)構(gòu)，包括一系列相鄰的低密度帶，該低密度帶具有至少三個面并且具有至少為5 1的長度與 寬度的縱橫比，其中低密度帶的縱軸線是基本上平行的，其中各帶的橫截面具有主面、第一 邊緣面和第二邊緣面，其中各帶的主面被布置在芯板的第一或第二側(cè)之內(nèi)，其中各帶的主 面被布置在芯板的與相鄰帶的主面相對的面之內(nèi)；連續(xù)的纖維增強片，其中連續(xù)的纖維增強片被穿過低密度帶，使得纖維增強片被布 置在相鄰帶之間，并且與低密度帶的主面相鄰，其中增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積 的至少大約百分之六十五(65% )和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五 (65% )；定位在纖維增強芯板的第一側(cè)上的第一外表層；定位在纖維增強芯板的第二側(cè)上的第二外表層；和，滲入第一外表層、第二外表層和連續(xù)的纖維增強片中的其中一個的至少一部分的樹脂。
11.如權(quán)利要求10所述的復合結(jié)構(gòu)，其中樹脂滲入第一外表層、第二外表層和連續(xù)的 纖維增強片的至少一部分。
12.如權(quán)利要求10所述的復合結(jié)構(gòu)，其中增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積的至少 大約百分之九十(90% )和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之九十(90% )。
13.如權(quán)利要求10所述的復合結(jié)構(gòu)，其中低密度帶包括一夾角，該夾角被定義為帶中 的由通過連接一個邊緣面的端部形成的第一線和通過低密度帶的主面形成的第二線形成 的角，其中所述夾角小于90度。
14.一種形成復合結(jié)構(gòu)的方法，包括形成具有第一側(cè)和相對的第二側(cè)的纖維增強芯板，該纖維增強芯板包括 一系列相鄰的低密度帶，該低密度帶具有至少三個面并且具有至少為5 1的長度與 寬度的縱橫比，其中低密度帶的縱軸線是基本上平行的，其中各帶的橫截面具有主面、第一 邊緣面和第二邊緣面，其中各帶的主面被布置在芯板的第一或第二側(cè)之內(nèi)，其中各帶的主 面被布置在芯板的與相鄰帶的主面相對的面之內(nèi)；連續(xù)的纖維增強片，其中連續(xù)的纖維增強片被穿過低密度帶，使得纖維增強片被布 置在相鄰帶之間，并且與低密度帶的主面相鄰，其中增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積 的至少大約百分之六十五(65% )和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五 (65% )；將第一外表層放置在纖維增強芯板的第一側(cè)上；將聚合物基體流入到第一外表層和連續(xù)的纖維增強片之一的至少一部分中；和， 固化聚合物基體。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括將第二外表層放置在纖維增強芯板的第二 側(cè)上。
全文摘要
一種具有第一側(cè)和相對的第二側(cè)的纖維增強芯板。芯板包括一系列相鄰的具有至少三個面的低密度帶。各帶的主面被布置在芯板的第一或第二側(cè)之內(nèi)并且各帶的主面被布置在芯板的與相鄰帶的主面相對的面之內(nèi)。芯板也包括連續(xù)的纖維增強片，該連續(xù)的纖維增強片被穿過低密度帶以致于纖維增強片被布置在相鄰帶之間并且與低密度帶的主面相鄰。增強片形成芯板的第一側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五和芯板的第二側(cè)的表面面積的至少大約百分之六十五。
文檔編號B32B3/14GK101946051SQ200980104901
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者安東尼·S·布蘭登, 瑞安·W·約翰遜, 詹姆斯·A·倫寧格 申請人:美利肯公司