用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的細(xì)絲網(wǎng)狀物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且更具體地，涉及用于利用細(xì)絲網(wǎng)狀物(filamentnetwork)來提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能性的裝置和方法，諸如包括如下各項中的至少一個的細(xì)絲網(wǎng)狀物:具有不同長度的多個細(xì)絲、具有不同組分的多個細(xì)絲、或者具有不同長度和不同組分的多個細(xì)絲。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合結(jié)構(gòu)廣泛地被用于諸如在航空航天應(yīng)用方面的高強(qiáng)度、低重量的材料以替代金屬。復(fù)合結(jié)構(gòu)(例如，復(fù)合層壓物)由一個或更多個復(fù)合層(還被稱作板層或?qū)影?形成。每個復(fù)合層包括加強(qiáng)材料和基體材料。該加強(qiáng)材料可以包括纖維。這些纖維可以在單個方向(例如，單向)或兩個方向(例如，雙向)上取向?；w材料可以包括樹脂。
[0003]可在這些層中放置纖維束以形成加強(qiáng)敷層(layup)(還被稱作預(yù)成型件)。在限定在預(yù)成型件的纖維束之間的空間中灌輸樹脂以形成集成預(yù)成型件。當(dāng)將纖維束預(yù)成型件預(yù)浸漬到樹脂中時，預(yù)成型件可被稱為濕預(yù)成型件；或當(dāng)沒有將纖維束預(yù)浸漬到樹脂中時，預(yù)成型件可被稱為干預(yù)成型件。可部分或全部固化集成的預(yù)成型件以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)的一個示例是碳纖維加強(qiáng)聚合物。
[0004]可在復(fù)合材料中使用表面紗(Surfacing veil)以將特定功能特性賦予到復(fù)合結(jié)構(gòu)。紗是一種非織物，是由利用結(jié)合劑(例如，熱塑性組合劑)保持在一起的短、斷續(xù)細(xì)絲(例如，聚酯、玻璃纖維或尼龍細(xì)絲)制成的薄墊。例如，可在復(fù)合結(jié)構(gòu)的外部使用紗，以幫助吸收樹脂并且設(shè)置樹脂豐富層(resin rich layer)，該紗可幫助保護(hù)該復(fù)合材料免受紫外線、腐蝕、或吸水；并且/或者可在復(fù)合層(例如，板層)之間使用該紗以增加層間結(jié)構(gòu)(例如，股間(interply))的韌性。然后，為了獲得適合紗穩(wěn)定性，通常增加細(xì)絲長度、短細(xì)絲的體積、和/或結(jié)合劑的量。因此，這些變化可導(dǎo)致減少紗進(jìn)而復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能性、增加厚度或增加單位面積重量。
[0005]另外，可在復(fù)合結(jié)構(gòu)中使用附加表面和/或?qū)娱g結(jié)構(gòu)改性劑(例如，結(jié)合劑、樹脂改性劑、微粒添加劑、和/或表面處理)，以將特定功能特性賦予復(fù)合結(jié)構(gòu)。然而，這種表面和/或?qū)娱g結(jié)構(gòu)改性劑的結(jié)合可具有對在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的樹脂、復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能、和/或復(fù)合結(jié)構(gòu)的成本的負(fù)面影響。
[0006]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員繼續(xù)研究，并且努力發(fā)展提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和/或功能性領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個實施方式中，所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物可以包括間斷細(xì)絲，其中，所述間斷細(xì)絲可以包括不同長度細(xì)絲和不同類型細(xì)絲中的至少一個。
[0008]在另一實施方式中，所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物可以包括間斷細(xì)絲，其中，所述間斷細(xì)絲包括不同長度細(xì)絲和不同類型細(xì)絲中的至少一個，其中，所述不同長度細(xì)絲包括第一長度細(xì)絲和第二長度細(xì)絲，其中，所述第一長度細(xì)絲包括第一長度，并且所述第二長度細(xì)絲包括第二長度，并且其中，所述第一長度不同于所述第二長度。
[0009]在另一實施方式中，所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物可以包括間斷細(xì)絲，其中，所述間斷細(xì)絲包括不同長度細(xì)絲和不同類型細(xì)絲中的至少一個，其中，所述不同類型細(xì)絲包括第一類型細(xì)絲和第二類型細(xì)絲，其中，所述第一類型細(xì)絲包括第一材料組分，其中，所述第二類型細(xì)絲包括第二材料組分，并且其中，所述第一材料組分不同于所述第二材料組分。
[0010]在另一實施方式中，所公開的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以包括:多個纖維層，其中，多個纖維層的每個纖維層包括纖維束和至少部分覆蓋所述纖維束的細(xì)絲層，所述細(xì)絲層包括間斷細(xì)絲，所述間斷細(xì)絲包括如下各項中的至少一個:不同長度細(xì)絲中，所述不同長度的細(xì)絲包括第一長度細(xì)絲和第二長度細(xì)絲，其中，所述第一長度細(xì)絲包括第一長度并且所述第二長度細(xì)絲包括第二長度，并且其中，所述第一長度不同于所述第二長度；以及不同類型細(xì)絲，其包括第一類型細(xì)絲和第二類型細(xì)絲，其中，所述第一類型細(xì)絲包括第一材料組分，其中，所述第二類型細(xì)絲包括第二類型材料組分，并且其中，所述第一材料組分不同于所述第二材料組分，所述細(xì)絲層還包括樹脂，其與所述多個纖維層粘附在一起。
[0011]在另一個實施方式中，用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的本公開方法可以包括以下步驟:(1)相對于纖維束放置細(xì)絲層以形成纖維層，其中，所述纖維層包括間斷細(xì)絲，所述間斷細(xì)絲包括不同長度細(xì)絲和不同類型細(xì)絲中的至少一個；(2)由多個纖維層形成用于所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)敷層；(3)集成樹脂與所述加強(qiáng)敷層，以形成包括低單位面積重量、低厚度、和所選擇的功能特性的至少一個的所述復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0012]從下面詳細(xì)的說明書、附圖和所附權(quán)利要求中，所公開的裝置和方法的其它的實施方式將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0013]圖1是用于制造所公開的復(fù)合結(jié)構(gòu)的環(huán)境的一個實施方式的原理框圖；
[0014]圖2是用于形成所公開的復(fù)合結(jié)構(gòu)的細(xì)絲層的所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物的一個實施方式的原理示意圖；
[0015]圖3是所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物的另一個實施方式的原理示意圖；
[0016]圖4是所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物的另一個實施方式的原理示意圖；
[0017]圖5是用于形成所公開的復(fù)合結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)敷層的一個實施方式的原理示意圖；
[0018]圖6是所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物的另一個實施方式的原理示意圖；
[0019]圖7是所公開的細(xì)絲網(wǎng)狀物的另一個實施方式的原理示意圖；
[0020]圖8是用于形成細(xì)絲網(wǎng)狀物的所公開的方法的一個實施方式的流程圖；
[0021]圖9是用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的所公開的方法的一個實施方式的流程圖；
[0022]圖10是用于形成加強(qiáng)敷層的所公開的方法的一個實施方式的流程圖；
[0023]圖11是飛行器生產(chǎn)和服務(wù)方法的框圖；以及
[0024]圖12是飛行器的原理框圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將參照例示所公開的【具體實施方式】的附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其它的實施方式不偏離于所公開的范圍。相同的附圖標(biāo)記可在不同的附圖中指代相同元件或組件。
[0026]圖1示出總體以100指定的所公開的制造環(huán)境的一個示例實施方式，其中，可制造總體以102指定的復(fù)合結(jié)構(gòu)。作為一個示例，復(fù)合結(jié)構(gòu)102可采取單層復(fù)合結(jié)構(gòu)104 (例如，單層片)的形式。作為另一個示例，復(fù)合結(jié)構(gòu)102可采取多層復(fù)合層壓物106 (例如，多層片)的形式。
[0027]可由集成加強(qiáng)敷層110與樹脂108 (例如，基體材料138)來形成復(fù)合結(jié)構(gòu)102。加強(qiáng)敷層110還可被稱為預(yù)成型件。如在此使用的，“集成”樹脂108與加強(qiáng)敷層110意味著導(dǎo)致樹脂108位于在加強(qiáng)敷層110中。例如且非限制地，該集成可通過利用樹脂108灌輸?shù)郊訌?qiáng)敷層110、將樹脂108注射到加強(qiáng)敷層110中、利用樹脂108浸透加強(qiáng)敷層110、混合樹脂108與加強(qiáng)敷層110、利用樹脂108浸漬加強(qiáng)敷層110、或其一些組合來執(zhí)行。
[0028]在一個示例實施方式中，加強(qiáng)敷層110可以包括由多個纖維束112(例如，加強(qiáng)材料136)和/或多個細(xì)絲層114形成的多個纖維層116。如在此使用的，項目“多個(numberof) ”可以包括一個或更多個項目。例如，多個纖維層116可以包括一個或更多個纖維層118，多個纖維束112可以包括一個或更多個纖維束132，及多個細(xì)絲層114可以包括一個或更多個細(xì)絲層134。作為示例，纖維層118可以是多個纖維層116中的一個的一個示例，纖維束132可以是多個纖維束112中的一個的一個示例，及細(xì)絲層134可以是多個細(xì)絲層114中的一個的一個示例。
[0029]形成多個纖維束112的纖維束132的纖維可以是連續(xù)纖維140。如在此使用的，“連續(xù)纖維”可以是長纖維，其延伸大體上貫穿復(fù)合結(jié)構(gòu)102的整個長度或整個寬度。在一個示例實施方式中，纖維束132可以包括使纖維彼此大體平行行進(jìn)的未扭曲(untwisted)組。在其它的示例實施方式中，纖維束132可以包括粗纖維組、纖維的扭曲組、纖維的編辮組、或纖維的一些其它的類型的組。
[0030]在一個示例實施方式中，可布置多個纖維束132，以便使纖維束彼此大體平行行進(jìn)。在纖維束132中的纖維束可以包括，但不限于:碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、熱塑性纖維、聚合物纖維、其它的類型的纖維、或其一些組合。
[0031]根據(jù)實現(xiàn)方式，多個纖維束112的纖維束132可以包括，但不限于此:麻纖(tow)條、一段帶中的至少一個。作為示例，根據(jù)實現(xiàn)方式，多個纖維束112可以包括相同或不同類型的纖維束132。作為具體，非限制性的示例，纖維束132可實現(xiàn)成單向麻纖、單向帶、機(jī)織物、不卷曲織物等。
[0032]在一個示例實施方式中，可在樹脂108中預(yù)浸漬纖維束132的一個或更多個。當(dāng)在樹脂108中預(yù)浸漬纖維束132時，加強(qiáng)敷層110可被稱為濕預(yù)成型件。當(dāng)沒有在樹脂108中預(yù)浸漬纖維束132時，加強(qiáng)敷層110可被稱為干預(yù)成型件。
[0033]在一個示例實施方式中，可使在纖維束132中的連續(xù)纖維140的密度足夠高，以便纖維束132的孔隙率低于選擇閾值。可選擇選擇閾值，使得纖維束132的相對于樹脂108的滲透性低于選擇閾值。
[0034]如在此使用的，項目“孔隙率”是該項目中存在多少開放空間的測量。例如且非限制地，開放空間可以呈開口、孔洞、間隙、或者一些其它的類型的開放空間的形式。如在此使用的，項目“滲透性”可以是哪種液體可通過該項目容易地移動的測量，所述液體諸如為在所公開的示例實施方式中的樹脂108。通常，增加孔隙率導(dǎo)致增加滲透性。
[0035]在該示例實施方式中，多個纖維束112的每個纖維束132的孔隙率和滲透性可以是低的。作為示例，當(dāng)在增加敷層110中灌輸樹脂108時，纖維束132的滲透性可以足夠低，以便樹脂108可以通過多個纖維束112的每個纖維束132緩慢地滲透或流動。
[0036]樹脂108可以包括至少一種聚合物。例如且非限制地，樹脂108可以包括如下各項中的至少一個:熱固性聚合物、熱塑性聚合物、和/或一些其它的類型的聚合物。作為具體且非限制性的示例，樹脂108可以包括，但不限于:熱塑性材料、丙烯酸樹脂、氟碳化合物、聚酰胺、聚烯烴、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚芳醚酮、聚醚酰亞胺、熱固性材料、聚氨酯、酚醛塑料、聚酰亞胺、磺化聚合物(聚苯硫醚)、導(dǎo)電聚合物(例如，聚苯胺)、苯并惡嘆、雙馬來酰亞胺、氰酸酯、多元酯、環(huán)氧樹脂以及倍半硅氧烷。
[0037]如在此使用的，當(dāng)使用項目列表“…中的至少一個”時，則意味著可使用一個或更多個列表項目的任何組合，但是可以不需要(例如，可需要列表項目中的僅一個項目)列表項目的所有項目。作為一個非限制性的示例，“項目A、項目B、和項目C中的至少一個”可意味著項目A ;項目A和項目B ;項目B ;項目A、項目B和項目C ;或項目B和項目C。作為另一個非限制性的示例，“項目A、項目B、和項目C中的至少一個”可意味著兩個項目A、一個項目B、和十個項目C;四個項目B和七個項目C;或一些其它的適合的組合。
[0038]灌輸在加強(qiáng)敷層110中的樹脂108可形成復(fù)合結(jié)構(gòu)102。根據(jù)實現(xiàn)方式，然后可留下未固化的、部分固化的、或全部固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)102。未固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)102(例如，利用灌輸樹脂108的加強(qiáng)敷層110)可被稱作集成預(yù)成型件。
[0039]可以部分地固化集成預(yù)成型件以獲得部分固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)的形式?？蓤?zhí)行部分固化以允許更容易運輸部分固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)和/或更容易處理部分固化的復(fù)合結(jié)構(gòu)?？扇抗袒深A(yù)成型件，以獲得全部固化復(fù)合結(jié)構(gòu)的形式。
[0040]細(xì)絲層134可以包括由多個間斷細(xì)絲120形成的細(xì)絲網(wǎng)狀物124。作為一個示例，細(xì)絲網(wǎng)狀物124可以包括分散在非機(jī)織物格式中(例如，墊)的多個斷續(xù)和纏繞(entangled)的間斷細(xì)絲120 (例如，像線一樣的結(jié)構(gòu))。如在此使用的，“纏繞”意味著在細(xì)絲網(wǎng)狀物124中，斷續(xù)細(xì)絲與其它的斷續(xù)細(xì)絲機(jī)械地盤繞。間斷細(xì)絲120可以包括其不能延伸復(fù)合結(jié)構(gòu)102的整個長度或整個寬度的多個細(xì)絲。形成間斷細(xì)絲120的細(xì)絲可以包括材料的單獨索(例如，單獨細(xì)絲)和/或材料的索束(例如，細(xì)絲束)，還被稱作纖維。間斷細(xì)絲120可以包括不同尺寸、不同長度、不同直徑、不同橫截面及不同類型(例如，材料組分)或一些其組合中的至少一個的細(xì)絲。作為一個通常且非限制性的示例，間斷細(xì)絲120可以包括如下各項中的至少一個:不同長度的細(xì)絲126、不同類型細(xì)絲128、或不同長度細(xì)絲126和不同類型細(xì)絲128的組合。
[0041]組成間斷細(xì)絲120的細(xì)絲可以包括但不限于如下各項中的至少一個:碳細(xì)絲、二氧化硅細(xì)絲、玻璃細(xì)絲、金屬細(xì)絲、陶瓷細(xì)絲、硼細(xì)絲、納米管細(xì)絲、聚酰胺細(xì)絲、聚醚醚酮(PEEK)細(xì)絲、聚醚酮細(xì)絲、聚酯細(xì)絲、聚醚砜細(xì)絲、聚酰亞胺細(xì)絲、聚氨酯細(xì)絲、聚烯烴細(xì)絲、丙烯酸細(xì)絲、尼龍細(xì)絲、彈性細(xì)絲、聚苯并惡唑細(xì)絲、聚苯并咪唑細(xì)絲、聚苯并噻唑細(xì)絲、聚苯并噁嗪細(xì)絲、其它類型的熱塑性細(xì)絲、其它類型的熱固性細(xì)絲、或者一些其它類型細(xì)絲。
[0042]在一個示例中，間斷細(xì)絲120可具有相對于彼此的隨機(jī)取向。在另一個示例中，間斷細(xì)絲120可以不具有相對于彼此的隨機(jī)取向。
[0043]細(xì)絲層134可實現(xiàn)成如下各項中的至少一個:紗、非機(jī)織墊、網(wǎng)、片、帶、或間斷細(xì)絲120的一些其它的類型的集合。作為一個具體且非限制性的示例，細(xì)絲