專利名稱：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括復(fù)合結(jié)構(gòu)的部件的新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一方面按照負(fù)載的空間分布對(duì)部件的材料3D強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)整(adoption)，另一方面通過(guò)盡可能的降低粘結(jié)材料的含量，和提高部件的慣性動(dòng)量但不引起結(jié)構(gòu)彎折破損(buckling damage)，并降低密度，來(lái)提高比強(qiáng)度或剛性。結(jié)果，本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)能夠改進(jìn)強(qiáng)度-重量或在各方向上的剛性-重量比、強(qiáng)度，尤其是剛性(包括彎折)參數(shù)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了所提出的部件結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法，能夠使產(chǎn)品具有3維取向強(qiáng)度，從而可按照各種目的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整。該部件結(jié)構(gòu)能夠被制成各種形狀，與夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比有更高生產(chǎn)效率。本發(fā)明產(chǎn)品中的某些類型是非常容易再循環(huán)利用的，尤其在大型產(chǎn)品-象車身及其元件。而且本發(fā)明的生產(chǎn)過(guò)程是簡(jiǎn)單的和安全的。
背景技術(shù)：
目前具有金屬或塑料皮層殼型的設(shè)計(jì)的總體情況是80-95％的大而薄的殼體(機(jī)身)缺少剛性和耐彎折性，即該材料大部分沒(méi)有得到有效利用，其強(qiáng)度參數(shù)不能被使用。這涉及的不僅是飛機(jī)或汽車等中的相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)身。這里的復(fù)雜程度決定于外殼的單位面積內(nèi)的支撐體的數(shù)目。
這決定了通過(guò)增大“雙外殼(twin skins)”的厚度和提供蜂窩夾層結(jié)構(gòu)來(lái)開(kāi)發(fā)具有高慣性動(dòng)量的外殼的必要性。復(fù)合玻璃纖維產(chǎn)品不能顯著改變這一情形，因?yàn)?，一方面，玻璃纖維包括以極低強(qiáng)度為特征的樹(shù)脂的重要組分(40-70％)，和，另一方面，它非常難以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)線材(strengthening threads)在空間和方向上的最優(yōu)分布，尤其對(duì)于局部和總的彎折。
通過(guò)夾層結(jié)構(gòu)蜂窩設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了重要的改進(jìn)。這一類型的設(shè)計(jì)首先被用于航空工業(yè)中，由于對(duì)機(jī)加工的要求，其中牽涉到極高的生產(chǎn)成本。一般說(shuō)來(lái)，該夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品是不可回收利用的，并且它們需要一個(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程。選擇使用泡沫材料如corn，并采用蜂窩設(shè)計(jì)，并沒(méi)有帶來(lái)什么改進(jìn)。
DU PONT DE NEMOURS AND CO的以色列專利#75426和FOSTER GRANT CO INC的#36522提出了顯著的改進(jìn)方案，但是這些設(shè)計(jì)受限于特定形式的單元(cells)或輪廓(profiles)，以及按照它們的基材對(duì)材料對(duì)(pairs)的選擇的限制，而且更重要的是，它們的3D-體積取向強(qiáng)度不能被預(yù)先確定。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及部件的新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)一方面按照負(fù)載的空間分布對(duì)部件的材料3D強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)整(adoption)，另一方面通過(guò)盡可能的降低粘結(jié)材料的含量，和提高部件的慣性動(dòng)量但不引起結(jié)構(gòu)彎折破損(buckling damage)，并降低密度，來(lái)提高比強(qiáng)度或剛性。本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)能夠改進(jìn)強(qiáng)度-重量、各3D取向方向上的剛性-重量比、強(qiáng)度，尤其是剛性(包括彎折)。
本發(fā)明還提供了生產(chǎn)具有所述結(jié)構(gòu)的部件的方法原理，能夠使部件具有3維取向強(qiáng)度，從而可以按照各種目的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改造。該部件的所述結(jié)構(gòu)能夠被制成各種形狀，與夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比有更高生產(chǎn)效率。而且，所述產(chǎn)品也可以非常容易地再循環(huán)利用。并且生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單又安全。
部件的新型結(jié)構(gòu)包括特殊類型的粘結(jié)材料分布，其中包括泡沫形式。該部件的增強(qiáng)材料可以是聚合物線，有機(jī)和非有機(jī)細(xì)絲，無(wú)紡纖維和機(jī)織纖維等。這些增強(qiáng)類型的材料在一個(gè)部件中的聯(lián)合使用是可能的。部件的基體材料與增強(qiáng)材料可以由相同的原材料組成，其中包括如上材料的混合物。該非固體(包括泡沫體)基材是以預(yù)定距離設(shè)置在線段支持體之間(對(duì)于泡沫體泡的情況-泡壁和增強(qiáng)線交點(diǎn)是線支撐點(diǎn))。線直徑滿足某些長(zhǎng)度-直徑比率的要求，具有所需的泡壁(cellwall)剛性，它已給定了預(yù)定的空間取向，和它還滿足了與對(duì)于3維強(qiáng)度參數(shù)分布的實(shí)現(xiàn)而言必不可少的參數(shù)有關(guān)的要求。所述的部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得粘結(jié)材料減少至5-10％(普通的復(fù)合材料中的粘結(jié)材料含量為50-60％)，從而導(dǎo)致重量、原料成本的同時(shí)減少，和生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化。
另一方面，為了實(shí)現(xiàn)所述部件結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)建(architecture)設(shè)計(jì)了如下3個(gè)主要的實(shí)施方案1.粘結(jié)和增強(qiáng)材料的低密度粘結(jié)材料的密度可以降低至30-60kg/m3。塑料增強(qiáng)材料的密度會(huì)降低至1000kg/m3。
2.部件的增強(qiáng)材料的最優(yōu)分布(在空間設(shè)置和取向上)。這一類型的分布的簡(jiǎn)單例子為增強(qiáng)材料周邊設(shè)置的形式，和粘結(jié)材料-內(nèi)部。
3.部件的功能-強(qiáng)度和它的絕熱和隔音作用的結(jié)合。在這種意義上，上述參數(shù)滿足了相應(yīng)部件和組件的抗彎強(qiáng)度和剛性的要求。
該新型部件結(jié)構(gòu)在同一生產(chǎn)過(guò)程中提供了內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)和外部裝飾外殼(skin)。
所述粘結(jié)材料能夠從不同的聚合物制得，其中包括強(qiáng)度組件材料。
孔(泡)尺寸的范圍應(yīng)該是0.2mm-5mm，具有20kg/m3-150kg/m3的足夠的平均材料密度(對(duì)聚合物型而言)。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)空間上的最佳定量分布和最佳線取向。產(chǎn)品的控制可以一方面利用確定增強(qiáng)元件的形式的定量方法和另一方面利用泡沫體基質(zhì)狀態(tài)(包括泡沫體泡分布)來(lái)實(shí)現(xiàn)。理想的泡分布方式是基于“Euler critical length of bar”。線-粘結(jié)對(duì)的一些可能情況是如下1.低壓聚乙烯的粘結(jié)材料和高強(qiáng)度(分子取向)聚乙烯的線；2.低壓聚乙烯的粘結(jié)材料和從同一材料形成的線。
在以上情況1中，楊氏模量達(dá)到1,194,000kg/cm2，當(dāng)泡(bulb)厚度為泡直徑的1％時(shí)，泡-線直徑比率在10到50之間。
在以上情況2中，楊氏模量是30,000kg/cm2，該泡-線直徑比率僅為5-10。
理想的參數(shù)是如下泡壁的厚度-10mk，細(xì)絲/基質(zhì)材料重量比是30∶1；總密度340kg/cm3或更低。容許應(yīng)力(到彈性極限)是300kg/cm2-3D壓縮。對(duì)于這中結(jié)構(gòu)的耐彎折性(包括總共一個(gè))是僅僅由泡沫體形成的結(jié)構(gòu)的耐彎折性的80倍。這一關(guān)系對(duì)于上述3D壓縮是最佳的。對(duì)于其它情況，能夠使用增大的泡尺寸，而這會(huì)導(dǎo)致材料密度的下降。
泡尺寸分布控制可通過(guò)該生產(chǎn)過(guò)程的基質(zhì)加熱和冷卻匹配拓?fù)鋵W(xué)分析(topology)的狀態(tài)(regime)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明中建議的方法可用于整個(gè)產(chǎn)品的多個(gè)部件的加固，如下1.各種形式的ST.M.和/或各種形式的配料復(fù)合。
2.在粘結(jié)材料產(chǎn)生(包括發(fā)泡)之前ST.M.組件(Set)的預(yù)先插入。
3.ST.M.的同時(shí)注入和粘結(jié)的形成。
5.ST.M.同時(shí)放置于模具中和粘結(jié)的形成。
6.強(qiáng)度增強(qiáng)材料可以以短的細(xì)絲形式作為產(chǎn)品的一部分被插入。這些細(xì)絲的長(zhǎng)度可以是泡直徑的3-10倍。
7.強(qiáng)度增強(qiáng)材料也能夠以無(wú)規(guī)取向的非常長(zhǎng)(相當(dāng)于泡直徑的100-10,000倍)的細(xì)絲形式被插入。
8.強(qiáng)度增強(qiáng)材料能夠以各種纖維材料的形式被插入。這對(duì)于殼(它承受內(nèi)壓力)和板(它承受各種形式的負(fù)荷)是有效的。
9.強(qiáng)度增強(qiáng)材料可以利用在對(duì)應(yīng)方向具有所需抗壓縮強(qiáng)度的垂直編織線以互聯(lián)層的形式形成。發(fā)泡的囊的直徑分布可以對(duì)應(yīng)于線的直徑分布、與外層的距離和連結(jié)線的頻率。
10.強(qiáng)度增強(qiáng)材料可以部件的骨架組件形式形成，并在發(fā)泡之前插入模具中?；|(zhì)材料可以通過(guò)增強(qiáng)材料和流過(guò)模具內(nèi)腔的氣體之間的反應(yīng)而產(chǎn)生。這一工藝可以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)產(chǎn)生了氣輪機(jī)的部件，其中包括定子和渦輪葉片。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是部件片段剖視圖，顯示了具有單一取向的增強(qiáng)線的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)它們(線)之間的連接而得到支持。
圖2說(shuō)明了從填充在模具中的致密單向性硼線產(chǎn)生的定子或渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)視圖。這些線用氨流動(dòng)氣體(ammonium flow gas)在高于800℃的溫度下粘結(jié)。結(jié)果，在線上產(chǎn)生了氮化硼的保護(hù)(和連接)層。
圖3是顯示了部件的結(jié)構(gòu)剖視圖，該部件具有單一取向的增強(qiáng)線，其由泡沫結(jié)構(gòu)的粘結(jié)材料所支持。
圖4是具有3D正交取向擴(kuò)張線的部件結(jié)構(gòu)的透視圖，由它們(線)之間的連接所支持。
圖5是具有3D正交取向擴(kuò)張線的部件片段結(jié)構(gòu)的透視圖，其由泡沫粘結(jié)結(jié)構(gòu)所支持。
圖6是具有被泡沫結(jié)構(gòu)泡所支持的3D無(wú)序擴(kuò)張線的部件片段內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖7是具有預(yù)定的泡空間分布的泡沫材料的部件結(jié)構(gòu)，沒(méi)有插入單獨(dú)的增強(qiáng)元件。
圖8是具有預(yù)定的泡空間分布的泡沫材料的部件結(jié)構(gòu)，無(wú)單獨(dú)元件的插入，由小泡形成的假-固體滲透性或密封性和(或)裝飾性外層。
圖9顯示了纖維層所形成的平面，接近外表面放置。
圖10顯示了接近厚板外表面放置的由纖維層形成的泡的片段，具有單獨(dú)細(xì)絲空間分布。該樹(shù)脂組分是具有空間-泡尺寸分布的特殊微型布置的泡沫。
圖11展示了一部件片段，它包括纖維狀的增強(qiáng)材料，垂直纖維狀材料設(shè)置的附加增強(qiáng)線和具有泡沫特殊分布的泡沫體粘結(jié)材料。
優(yōu)選實(shí)施方案下面將參考附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
實(shí)施方案1如圖1中所示，該實(shí)施方案由具有單向性取向的增強(qiáng)材料線1的部件片段組成，由線之間的連接2所支持。確定的連接點(diǎn)之間的距離A等于(或小于)Euler臨界長(zhǎng)度。該材料的這一構(gòu)造可耐受施加于線1上的壓縮力，并防止在X軸的方向上的彎折。即，在耐受Z方向上的壓縮力時(shí)，與同等耐彎折性能的固體壁構(gòu)造相比，所需的線橫截面(及相應(yīng)的重量)會(huì)急劇地下降(多達(dá)5-100倍)。即，對(duì)Z方向上的壓縮力的耐受獲得了適用線材壓縮的強(qiáng)度。在這種情況下，在連接點(diǎn)2處的附加重量可以比成比例連接到臨界長(zhǎng)度的線上的固體粘結(jié)材料的重量小5-20倍，并意味著預(yù)定附加重量減少。
實(shí)施方案2。
圖2代表了由致密的單向性模具-填充的硼線21形成的部件片段結(jié)構(gòu)。與連接點(diǎn)22連接的線21是通過(guò)在超過(guò)800℃的溫度下使用銨(ammonium supply)所產(chǎn)生的。隨后，在它們之間和在外表面23上連接的線產(chǎn)生了氮化硼的保護(hù)層。該構(gòu)造必須耐受Z方向上的張力(離心力)，在X & Y方向上的彎曲(氣體壓力)，和因?yàn)闅怏w力的影響，耐受在與氣體壓力方向相反的一側(cè)上單獨(dú)的外部線的可能的彎折。這一應(yīng)用(渦輪葉片)的此類部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)選形式可如下構(gòu)造1.單向性硼能夠在1150℃的高溫下，即提高了250-300℃，耐受更高的力(對(duì)于被氮化硼保護(hù)的硼)。渦輪葉片溫度的提高會(huì)導(dǎo)致渦輪機(jī)效率多達(dá)20％的提高，與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)時(shí)值相比。
2.通過(guò)對(duì)渦輪葉片外表面進(jìn)行硬化保護(hù)能夠改進(jìn)渦輪葉片的耐磨性。
3.渦輪葉片4重量減少多達(dá)4倍(與鎳和鈷合金相比)，并且Z軸方向上負(fù)荷的同時(shí)減少會(huì)導(dǎo)致渦輪葉片的應(yīng)力下降，尤其在它與圓盤的連接處。
4.離心力的減少引起渦輪盤重量的降低。
5.所述技術(shù)能夠用于制造渦輪(葉片)，直接從所述形成方法制成而無(wú)需機(jī)加工。
6.汽輪機(jī)(或定子)葉片的這一構(gòu)造必須防止材料的脆性，后者是陶瓷葉片的特性。理由是強(qiáng)金屬硼影響材料的彈性。另一方面，金屬硼和氮化硼具有相同的熱膨脹系數(shù)。
將這一技術(shù)用于噴嘴定子和壓縮器葉片和定子的制造中，可以獲得相同的結(jié)果。對(duì)于壓縮器葉片和定子，該氮化硼涂層也可由碳化硼代替使用。
實(shí)施方案3圖3是部件片段剖視圖，顯示了具有泡沫結(jié)構(gòu)的粘結(jié)材料所支持的單根取向增強(qiáng)線的結(jié)構(gòu)。如圖3中所示，本實(shí)施方案由連接點(diǎn)32所支持的單向性增強(qiáng)材料線31和在線之間填充了氣體的外殼壁34組成。在確定的連接點(diǎn)之間的距離A等于(或低于)這一類型的材料的臨界(Euler)長(zhǎng)度-楊氏模量和線直徑D。這一構(gòu)造可耐受施加于線31上的壓縮力，并防止在X軸和Y軸的方向上的彎折。即，在耐受Z方向上的壓縮力時(shí)，與同等耐彎折性能的固體壁構(gòu)造相比，所需的線橫截面(以及相應(yīng)的重量)，會(huì)急劇地下降(多達(dá)5-100倍)。即，對(duì)Z方向上的壓縮力的耐受可具備線材的抗壓強(qiáng)度。在這種情況下，連接點(diǎn)32處的附加重量可以比成比例連接到臨界長(zhǎng)度的線上的固體粘結(jié)材料的重量小5-20倍，意味著預(yù)定附加重量減少。
當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度必須與噪音和(或)熱的隔絕、能量吸收的空間(安全元件)結(jié)合起來(lái)考慮時(shí)，這種材料構(gòu)造是非常適用的。
實(shí)施方案4圖4是具有3D正交取向擴(kuò)張線的部件片段透視圖結(jié)構(gòu)，這些線由它們(線)之間的連接所支持。如圖4中所示，本實(shí)施方案由具有空間取向的增強(qiáng)材料線41的部件片段組成，由線之間的連接42所支持。在確定的連接點(diǎn)之間的距離A等于(或低于)臨界(Euler)長(zhǎng)度。這一材料構(gòu)造可耐受施加于線41上的壓縮力，并防止在正交方向上的彎折。即，在耐受施加于任何線軸上的壓縮力時(shí)，與同等耐彎折性能的固體壁布置相比，所需的線橫截面(以及相應(yīng)的重量)會(huì)急劇地下降(多達(dá)5-100倍)。即，對(duì)任何方向上的壓縮力的耐受可具有線材的抗壓強(qiáng)度。在這種情況下，連接點(diǎn)42處的附加重量可以比成比例連接到臨界長(zhǎng)度的線上的固體粘結(jié)材料的重量小5-20倍，意味著預(yù)定附加重量減少。
實(shí)施方案5圖5是具有3D正交取向擴(kuò)張線的透視圖結(jié)構(gòu)，所述擴(kuò)張線由泡沫粘結(jié)結(jié)構(gòu)支持。如圖51中所示，本實(shí)施方案由連接點(diǎn)52所支持的包括正交取向增強(qiáng)材料線51的空間和在線之間填充了氣體的外殼壁54組成。在確定的連接點(diǎn)之間的距離A等于(或低于)這一類型的材料的臨界(Euler)長(zhǎng)度-楊氏模量和線直徑D。這一材料構(gòu)造可耐受施加于線51上的壓縮力，并防止在正交方向上的彎折。即，與同等耐彎折性能的固體壁布置相比，耐受外加力方向上的壓縮力所需的線橫截面(以及相應(yīng)的重量)會(huì)急劇地下降(多達(dá)5-100倍)。即，對(duì)外加力方向上的壓縮力的耐受可具有線材的抗壓強(qiáng)度。在這種情況下，連接點(diǎn)52處的附加重量可以比成比例連接到臨界長(zhǎng)度的線上的固體粘結(jié)材料的重量小5-20倍，意味著預(yù)定附加重量減少。
當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度必須與噪音和(或)熱的隔絕、能量吸收的空間(安全元件)結(jié)合起來(lái)考慮時(shí)，這種材料構(gòu)造是非常適用的。
實(shí)施方案6圖6是具有被泡沫結(jié)構(gòu)泡所支持的無(wú)序取向擴(kuò)張線的部件片段內(nèi)部3D結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖6中所示，本實(shí)施方案是由空間無(wú)秩序的置換增強(qiáng)材料線61組成，該增強(qiáng)線由泡沫外殼壁經(jīng)由線之間的連接點(diǎn)62支持。在確定的連接點(diǎn)之間的距離A等于(或低于)臨界(Euler)長(zhǎng)度。這一材料構(gòu)造可耐受在彎曲力矩下施加于組裝部件的任何側(cè)面的壓縮力，并防止力矩表面上的局部彎折。即這樣的構(gòu)造能夠構(gòu)建既具有高慣性動(dòng)量和阻力矩，又具有非常薄的外殼的部件，而且可以防止外殼的局部彎折。即，與同等耐彎折性能的固體壁構(gòu)造相比，在耐受施加于任何線軸上的壓縮力時(shí)，所需的線橫截面(以及相應(yīng)的重量)，會(huì)急劇地下降(多達(dá)5-100倍)。即，對(duì)任何方向上的彎曲力矩的耐受都具有線材的抗壓強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度。在這種情況下，連接點(diǎn)62和泡沫體泡的附加重量可以比成比例連接到臨界長(zhǎng)度的線上的固體粘結(jié)材料的重量小5-20倍，意味著預(yù)定附加重量減少。
原則上，殼部件、大板等的這種結(jié)構(gòu)更類似于普通夾層結(jié)構(gòu)材料。其主要區(qū)別如下1.外部固體或假固體單元或板的部件壁的最小厚度不受限制，只要考慮到彎折就行。
2.在外部剛性元件之間的空間可具有控制剛性，包括在圓周方向上增加的剛性-最優(yōu)分布。
3.在單個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中部件的生產(chǎn)無(wú)需進(jìn)一步機(jī)械加工。
4.使用相同原材料生產(chǎn)部件中的增強(qiáng)和粘結(jié)材料成為可能，從而使得該產(chǎn)品可以簡(jiǎn)單、高效地再循環(huán)利用。
實(shí)施方案7圖7是有泡的預(yù)定空間分布的泡沫材料的部件復(fù)合結(jié)構(gòu)，沒(méi)有插入單獨(dú)的增強(qiáng)元件。圖7指示了部件片段的剖視圖和解釋了所述部件結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)原理。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原理是將粘結(jié)和增強(qiáng)元件作為一個(gè)組件使用。原則上，這一構(gòu)造非常相似于動(dòng)物和人的骨骼構(gòu)建。
增強(qiáng)元件是任何的泡沫體泡74。在單獨(dú)的泡之間的接觸點(diǎn)和劃分是連接點(diǎn)72。這種構(gòu)造的主要問(wèn)題是，目前還沒(méi)有生產(chǎn)泡沫體泡形式的增強(qiáng)材料的物理-化學(xué)參數(shù)。任何可用的增強(qiáng)材料都具有線性結(jié)構(gòu)，包括長(zhǎng)絲線。作為泡壁，該泡沫材料沒(méi)有提供強(qiáng)度，但提高了該部件段的慣性動(dòng)量。在大多數(shù)場(chǎng)合下，泡孔尺寸74顯示最優(yōu)分布(在圓周表面上泡孔尺寸減少)。這些泡孔可以開(kāi)孔或閉孔的，可滲透的或透明的。生產(chǎn)時(shí)，該泡可以通過(guò)在形成過(guò)程中對(duì)模具壁加熱和冷卻溫度的控制來(lái)調(diào)控。
實(shí)施方案8圖8是具有與實(shí)施方案7中所述的類似的預(yù)定空間分布的泡沫材料的部件片段結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)是由其外層泡尺寸所特定的，從類似于動(dòng)物(或人)骨骼構(gòu)造的小泡產(chǎn)生假一固體可滲透或密封外層。
實(shí)施方案9圖9說(shuō)明了在包括板的自由表面上經(jīng)成形纖維層95形成的部件片段，其由設(shè)置在外表面上的具有提高強(qiáng)度和剛性的線制得，并提供了高慣性動(dòng)量，其中它的強(qiáng)度和剛性參數(shù)盡可能實(shí)現(xiàn)，并最終決定了強(qiáng)度和剛性。該樹(shù)脂組分是以在連接點(diǎn)92處連接的泡沫體泡94形式存在，它們?cè)谂菽w粘結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生。
最小的抗彎折尺寸A是由泡的尺寸和它們的分布所決定的。同時(shí)，強(qiáng)度僅僅取決于外部(纖維)層的厚度和強(qiáng)度。
實(shí)施方案10圖10說(shuō)明了在包括板的自由表面上經(jīng)由成形纖維層105而形成的部件片段，其由設(shè)置在外表面上的具有提高強(qiáng)度和剛性的線或纖維(編織或非編織的)制得，提供了高慣性動(dòng)量，其中它的強(qiáng)度和剛性參數(shù)盡可能實(shí)現(xiàn)，并最終決定了強(qiáng)度和剛性。纖維支持部件是在粘結(jié)泡沫體生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的由連接點(diǎn)102連接的泡沫體泡104。通過(guò)間距為A的正交長(zhǎng)絲獲得了附加的抗彎折強(qiáng)度。長(zhǎng)絲B的長(zhǎng)度是由泡的尺寸和它們的分布所決定的。最小的抗彎折尺寸A和B決定了外部纖維層的抗彎性。部件(或它的片段)的強(qiáng)度僅僅由外部(纖維)層的厚度和強(qiáng)度來(lái)決定。
實(shí)施方案11圖11說(shuō)明了有空氣動(dòng)力學(xué)箔形式的增強(qiáng)材料的部件結(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)自由形式的相反形狀(包括板)115組成，經(jīng)由連結(jié)線102來(lái)組裝，線間距離為A。支持系統(tǒng)是以具有泡沫體泡的空間分布的泡沫體粘結(jié)材料形式制造的。這一分布必須符合下列條件。在外部區(qū)域中，相對(duì)泡直徑D1必須符合該纖維層線的彎折要求，即它的直徑必須低于線的臨界Eller長(zhǎng)度。在內(nèi)部區(qū)域中，該泡直徑必須對(duì)應(yīng)于連結(jié)線D2的Eller臨界長(zhǎng)度，該線大致與外表面正交。另一方面，這一尺寸必須適應(yīng)于連結(jié)線A2之間的距離。
部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的使用和實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例實(shí)施例1部件應(yīng)用 -單塊車身(轎車4150mm 2500mm輪距，1350mm軌跡(track)。
荷載情況(包括沖擊)1.扭矩-1000kgm(在輪距2500mm上)2.彎曲-最大力矩1250kgm。
3.X方向壓縮1900kg4.在Y方向上的壓縮1200kg5.+Z方向上的壓縮4000kg6.-Z方向上的壓縮1600kg附加條件 1.非常重要的滲透性和表面質(zhì)量2.包括噪音和熱隔絕體的部件強(qiáng)度和剛性 1.在外部纖維層上形成造型，通過(guò)正交于該層線而連接。
2.纖維-編織X方向(翹曲)4個(gè)端頭/厘米，Y方向(緯線)2個(gè)端頭/厘米，Z方向(連接線1端頭每10厘米)，3.線粗0.5mm。
4.普通的纖維正方形25m25.纖維的密度-95g/m26.增強(qiáng)材料-分子取向聚乙烯7.增強(qiáng)材料總重量2.33kg8.增強(qiáng)材料抗張強(qiáng)度5Gpa支持體粘結(jié)和裝飾層 1.支持體-粘結(jié)泡沫材料體積-1.7m32.泡沫材料的密度-40kg/m33.泡沫支持體-粘結(jié)材料重量-68kg4.裝飾膜厚度0.2mm5.裝飾膜重量-4.75kg不包括門、窗口和懸掛物，隔熱和漆層的75.1kg車身的總重量(包括座位、噪音和連接系統(tǒng))。
實(shí)施例2

實(shí)施例3

權(quán)利要求
1.由線狀增強(qiáng)材料組成的部件結(jié)構(gòu)，其中線跨度的支撐點(diǎn)之間的距離小于彎折的臨界長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的部件結(jié)構(gòu)，其中支撐功能采用泡沫體粘結(jié)材料的氣泡的壁來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)材料具有一組三維取向的線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)材料的使用方式為由纖維制成的特定取向的元件組成的元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)材料具有在分隔的線之間的不規(guī)則距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5的部件結(jié)構(gòu)，其中所述泡沫體粘結(jié)材料具有被氣泡直徑和氣泡壁厚的特殊分布所支持的不規(guī)則泡沫形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)元件的組包括不同形式的纖維、單根線、無(wú)序的束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)元件，例如不同于纖維線和粘結(jié)支撐材料的那些元件，包括相同纖維的泡沫體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)元件，例如不同于取向聚乙烯線和支撐材料的那些元件，包括低壓聚乙烯的泡沫體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到7的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)元件，例如不同于取向聚乙烯線和支撐材料的那些元件，包括高壓聚乙烯的泡沫體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到7的部件結(jié)構(gòu)，其中增強(qiáng)元件是金屬硼線，并且粘結(jié)支撐材料是陶瓷、碳化物或氮化硼材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10的部件結(jié)構(gòu)，其由從微型尺寸的密閉氣泡形成的外部泡組成，產(chǎn)生滲透性外層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10的部件結(jié)構(gòu)，由空間自由形狀(包括平板)的增強(qiáng)材料組成，并由垂直線在它們之間提供連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任何一項(xiàng)的部件的生產(chǎn)方法，包括在模具中引入填充增強(qiáng)泡沫材料，并進(jìn)行發(fā)泡，直到形成了被以上增強(qiáng)材料所增強(qiáng)的所需泡沫體為止。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的部件生產(chǎn)方法，通過(guò)在具有溫度控制壁的模具中成形來(lái)生產(chǎn)部件，壁溫是由所需方向上泡孔尺寸的分布決定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15的材料，其利用在其軸方向上線的預(yù)拉伸而實(shí)現(xiàn)壓縮應(yīng)力的減少。
全文摘要
改進(jìn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)包括在分散基質(zhì)內(nèi)分布的線。該結(jié)構(gòu)通過(guò)控制線跨度的支撐點(diǎn)之間的距離使強(qiáng)度得到增加，該距離被設(shè)定為小于與彎折相應(yīng)的臨界長(zhǎng)度的距離。該結(jié)構(gòu)適合于需要在各方向上改進(jìn)強(qiáng)度－重量或剛性－重量比的各種制品。
文檔編號(hào)C04B35/80GK1491301SQ02804495
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月1日
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