CN102741045A - 复合芯材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合芯材包括多个管，每个所述多个管包含多根置于聚合物基体中的纤维。所述多个管的相邻管沿相邻管的侧面彼此粘合地结合。一种制造复合芯材的方法包括以下步骤：提供多个管，所述多个管的每一个包括多根置于聚合物基体中的纤维，和沿相邻管的侧面粘合地结合所述多个管的相邻管。一种制造复合芯材的方法，致使所述芯材中包括一条可移去的带，所述可移去的带被设置成在所述复合芯材固化后能够通过一个步骤被去掉，从而在所述芯材中产生空隙。
Description
技术领域
本申请大体上涉及复合结构的领域。
背景技术
复合结构，诸如复合夹层结构，由于它们的高强度-重量比而经常被使用。此类结构被频繁地用于飞行器的制造，诸如飞机，直升机，等等。复合夹层结构典型地包括上表层，下表层，以及粘合地结合在上表层和下表层之间的芯材。上表层和下表层由置于诸如环氧树脂，聚醚醚酮，或此类的聚合物基体中的复合材料制成，诸如碳，石墨，玻璃纤维，或此类。芯材通常包含一个由树脂浸渍纸制成的蜂窝结构。
然而，传统夹层结构的使用在一些应用中受限制，因为该夹层结构的芯材在一些装置中不能提供实质性的机械强度。换言之，此类传统夹层结构的强度被芯材的强度所限制。
人们已经努力以降低的成本制造提供较好的特定机械强度的芯材。一种具体的蜂窝芯材利用了多个穿过该芯材延伸的复合网或带，这样每个网限定该芯材的一排隔室的二分之一。此种方法的结果是使得相邻隔室节点的壁厚加倍，增加该芯材的重量约30%，而承载能力没有相应增加。堆叠的带状块的一个缺点是这些带彼此接触处的一些壁的加倍导致带方向和带垂直方向的不同硬度和强度。该芯材在带方向上也难以裁剪。此外，如果载荷集中（loadconcentration）存在于该芯材中，那么很难制造一个仅在该集中局部区域具有较厚孔壁的芯材块。此外，在带交叉处的接头，特别是在包含多个二次处理中结合得到的带的芯材块中，存在潜在的缺点。如果不平衡或不对称的铺叠被用于每条带，那么该带在固化后将变形或扭曲，从而使一大块的带的叠加过程更加困难，且抑制残余应力也同样。
在本领域内，有很多芯材已被熟知地用于复合夹层结构；然而，仍有相当大的改进空间。
附图说明
被认为是本申请特征的新特征在附加权利要求中被阐明。然而，本申请本身，以及优选的使用模式，和进一步的目标及其优点，当连同附图阅读时通过参考随后的详细描述将被更好地理解，附图中，引用编号最左边的有效数字表示各自引用编号出现在其中的第一幅图，其中：
图1是根据本申请的复合芯材的说明性实施方式的透视图；
图2是图1复合芯材的一部分沿图1中线2-2得到的放大横断面图；
图3-图8B是图1芯材的一部分的说明性纤维构型的程式化的俯视平面图；
图8C和图9是图1芯材的一部分的特定实施方式的放大横断面图，如图2所标示；
图10是根据本申请的复合芯材，图2的替代方式，的说明性实施方式的横断面图；
图11是本申请被编织的套管的程式化图的侧视图，说明了根据本申请用于制造套管的方法的一个特定实施方式；
图12是铺放在心轴上的图11套管的程式化的侧视图，进一步说明了图11制造套管的方法；
图13是本申请被编织在心轴上的套管的程式化的侧视图，说明了根据本申请用于制造套管的方法的一个特定实施方式；
图14是本申请利用长丝卷绕工艺制备的复合芯材管的说明性实施方式的程式化的俯视平面图，说明了根据本申请用于制造复合芯材管的一种特定方法；
图15是本申请利用纤维铺放工艺制备的复合芯材管的说明性实施方式的程式化的俯视平面图，说明了本申请用于制造复合芯材管的方法的一个特定实施方式；
图16是根据本申请用于制造本申请的复合芯材管的替代方法的程式化的透视图；
图17是多个心轴和复合芯材管的程式化的分解的横断面图，这多个复合芯材管组装成本申请的复合芯材。
图18是说明将多个复合芯材管加工成本申请复合芯材的方法的一个特定实施方式的程式化的横断面图；
图19是多个可膨胀心轴和复合芯材管的程式化的分解的横断面图，这多个复合芯材管组装成本申请的复合芯材。
图20是说明将可膨胀心轴上的多个复合芯材管加工成本申请复合芯材的方法的一个特定实施方式的程式化的横断面图；
图21是根据本申请的复合夹层结构的说明性实施方式的程式化的侧视图；
图22是图21的复合夹层结构的程式化的俯视平面图；
图23是图21的复合夹层结构沿图22中线23-23得到的横断面图；以及
图24是图1芯材的一部分的说明性纤维构型的程式化的俯视平面图。
虽然该申请易受到各种修改和替代形式，但是其特定实施方式已经通过附图中例子的方式被表示，且在此被详细描述。然而，应理解特定实施方式在此处的描述并非为了将应用限制于公开的特定形式，正相反，其意图是涵盖落入如附加权利要求所限定的本申请的精神和范围的所有修改，等同物，和替代物。
具体实施方式
优选实施方式的描述
本申请的说明性实施方式在下面被描述。为了清楚，并不是实际装置的所有特征都在这个说明书中被描述。当然，应理解在任何此类实际实施方式的开发中，必须作出许多特定实施的决定以实现开发者的特定目标，诸如符合系统-相关和商业-相关的限制，其将在每种实施中不同。此外，应理解的是，此类开发尝试也许是复杂且费时的，但将仍然是本领域技术人员得益于本公开的常规工作。
在说明书中，可以参考各种组分间的空间关系和组分的各个方面的空间方位，如器件在附图中被描绘的。然而，本领域的技术人员在完整阅读本申请后将认识到此处描述的器件，构件，仪器等可按任何需要的方位被放置。因此，描述各种组分间的空间关系或描述此类组分的各方面的空间方位的诸如“上面”，“下面”，“较高”，“较低”的短语或其它类似短语的使用应分别地被理解为描述组分间的相对关系或者此类组分的各方面的空间定位，因为此处描述的器件可以任何需要的方向被定位。
需要一种用于复合夹层结构的改良的芯材。
因此，本申请的一个目的是提供一种用于复合夹层结构的改良的芯材。
这个和其它的目的通过这样的复合芯材而实现，其包括多个管，这多个管的每一个包含以单一肯特直条纹(candy stripe)模式缠绕的单丝束纤维或分裂的丝束纤维。这多个管的相邻管沿该相邻管的侧面彼此相邻放置。树脂通过多种方法被引入到该粗加工成品中，包括真空辅助树脂传递模塑工艺(vacuumassisted resin transfer molding)，树脂膜熔渗工艺(resin film infusion)，或丝束预浸工艺(towpreg)。
本申请的另一个目的考虑到缠绕角度多样化以便提供最佳的芯材剪切强度和抗压强度。该缠绕角度能够被空间分开以减少所用材料的量并提供具有多个小孔的多孔芯材壁。
这个和其它的目的通过复合芯材而实现，其包括多个管，这多个管的每一个包含多个置于聚合物基体中的纤维。这多个管的相邻管沿该相邻管的侧面彼此粘合地结合或注入。
在本申请的另一方面，提供一种制备复合芯材的方法。该方法包括步骤：提供多个管，这多个管的每一个包括多根置于聚合物基体中的纤维，或随后随聚合物基体注入，且沿相邻管的侧面粘合地结合这多个管的相邻管。
在本申请的另一方面，提供一种复合夹层结构。该复合夹层结构包括第一表层，一个芯材，和粘合地结合、注入、或以其它方式附着于第一表层的第一粘结层，以及该芯材的第一表面。该芯材包括多个管，这多个管的每一个包含多根置于聚合物基体中的纤维，这样这多个管的相邻管沿该相邻管的侧面彼此粘合地结合或以其它方式附着。
本申请代表一种复合的，开孔芯材和一种制备复合芯材的方法。该芯材包括多个按二维阵列排列的管（即中空的圆筒结构），这样相邻的管彼此粘合地结合。每个管包含多根置于聚合物基体中的增强纤维。在一个实施方式中，至少一个管包含多根置于聚合物基体中的编织纤维。在另一个实施方式中，至少一个管包含多根置于聚合物基体中的通常以螺旋形形成的纤维。该管可以呈现很多不同的横断面构型，诸如三角形，正方形，矩形，五边形，六边形，七边形，八边形，或诸如此类。此外，该芯材可以包括管形状的组合。例如，该芯材可以包括八边形管和正方形管以几何图案的组合。
图1描绘了根据本申请的一种复合的开孔芯材101的第一个说明性实施方式。芯材101包含多个按二维阵列排列的管103。注意为了清楚起见只有两个管103在图1中被标出。每个管103限定了一个通道或经由那里延伸的“隔室”105。芯材101可以包含任何合适数目、尺寸、横断面形状和结构的管103，这一点将在下面被更详尽地讨论。
图2描绘了芯材101的一部分沿图1中线2-2的横断面视图。每个管103包含多根置于聚合物基体中的增强纤维。例如，管103可以包含含有以下一种或多种材料的纤维：碳、石墨、玻璃、芳香族聚酰胺（即“芳纶”）材料、芳香族聚酰胺材料的变体（例如，聚对苯二甲酰对苯二胺，例如弗吉尼亚的杜邦公司（E.I.du Pont de Nemours and Company of Richmond,Virginia）的凯夫拉尔（
））或诸如此类。然而，本申请的范围包括含有任何合适的材料或材料组合的纤维。该聚合物基体可以包含任何合适的热塑性或热固性树脂。典型的树脂包括环氧树脂(epoxy)，聚酰亚胺(polyimide)，聚酰胺(polyamide)，双马来酰亚胺(bismaleimide)，聚酯(polyester)，乙烯基酯(vinyl ester)，酚醛树脂(phenolic)，聚醚醚酮（polyetheretherketone,PEEK），聚醚酮（polyetherketone,PEK），聚苯硫醚（polyphenylene sulfide,PPS）及诸如此类。
管103的纤维可以按一个或多个方向被定向，且可以被交织或不交织。管103纤维排列的典型实施方式在图3-8B中示出。图3描绘了图1所示的管103的一部分的一个说明性实施方式。在该说明性的实施方式中，管103包含多根按第一方向延伸的纤维301（为了清楚起见，仅一根被标出）和多根按第二方向延伸的纤维303（为了清楚起见，仅一根被标出）。应理解管103可以选择性地仅包括按单一方向排列的纤维301，诸如单轴或螺旋形纤维构型。应注意纤维301和303作为纤维中心线被描绘。纤维301和303按双轴纤维构型被定向。纤维301与纤维303重叠。在一个实施方式中，纤维301编织在纤维303上。在另一个实施方式中，纤维301编织在纤维303上且纤维303编织在纤维301上。在另一个实施方式中，第一层包含纤维301且第二层包含纤维303，这样第二层被置于第一层之上。或者，第一层包含一根或多根纤维301和纤维303，而第二层包含不存在于第一层中的纤维301和纤维303。此外，本申请的范围考虑两根或更多纤维301成为单一纤维的一部分或者两根或更多纤维303成为单一纤维的一部分。
图4描绘了图1所示的管103的一部分的一个选择性的说明性实施方式。在该图示说明的实施方式中，管103展示了三轴纤维构型，除纤维301和纤维303之外还包含多根按第三方向延伸的纤维401（为了清楚起见，仅一根被标出）。注意纤维301，纤维303和纤维401作为纤维中心线被描绘。纤维401与纤维301和纤维303重叠。在一个实施方式中，纤维301编织在纤维303和纤维401上。在另一个实施方式中，纤维301和纤维303编织在纤维401上。在一个实施方式中，纤维301编织在纤维303和纤维401上，而纤维303编织在纤维301和纤维401上。
或者，在另一个实施方式中，第一层包含纤维301，第二层包含纤维401，且第三层包含纤维303，这样第二层被置于第一层和第三层之间。然而，应注意本申请的范围包括第一，第二和第三层的任何合适排列。此外，本申请的范围包括含有纤维301，纤维303和纤维401的任何合适组合的第一，第二和第三层。进一步，如图3的实施方式，本申请的范围考虑两根或更多纤维301成为单一纤维的一部分或者两根或更多纤维303成为单一纤维的一部分。
图5描绘了图1所示的管103的一部分的一个特定说明性构型。在这个实施方式中，多根按第一方向延伸的纤维501（为了清楚起见，仅一根被标出）和多根按第二方向延伸的纤维503（为了清楚起见，仅一根被标出）编织在彼此之上，这样仅有小空隙（例如，空隙505）存在于纤维501的相邻纤维之间和纤维503的相邻纤维之间。一旦管103被固化（即聚合物基体已经或者硬化或者交联），该聚合物基体基本上充满了这些空隙。相应地，液体被阻止通过这些空隙。
在一个替代实施方式中，图6所示，纤维可以被空间分开，这样聚合物基体就不会充满纤维间的空隙。在该图示说明的实施方式中，管103包含多根按第一方向延伸的纤维601（为了清楚起见，仅一根被标出）和多根按第二方向延伸的纤维603（为了清楚起见，仅一根被标出），这样比图5的空隙更大的空隙（例如，空隙605）存在于纤维601的相邻纤维之间和纤维603的相邻纤维之间。即使在管103固化后，聚合物基体仍不会完全充满这些空隙。相应地，液体可以通过这些空隙。
应注意管103的某些纤维可以在尺寸或材料上不同于管103的其它纤维。此外，某些纤维可以编织在仅某些其它纤维上，或者编织在两根或更多纤维的组之上。例如，图7的实施方式，图1所示的管103的一部分包含多根按第一方向延伸的纤维701（为了清楚起见，仅一根被标出），多根按第一方向延伸的纤维703（为了清楚起见，仅一根被标出），和多根按第二方向延伸的纤维705（为了清楚起见，仅一根被标出）。注意纤维703比纤维701或纤维705小。在一个实施中，纤维703包含与纤维701和纤维705的材料不同的材料。应注意本申请的范围包括管103中任何数目的纤维材料的组合。同样应注意在一些实施方式中，不是管103所有的纤维都分别编织在彼此上。
应注意图6的实施方式也可以被修改以具有图7的构型，因为较大的空隙存在于相邻纤维之间。同样应注意一个或多个管103可以包含纺织材料(wovenmaterial)，诸如图5-8B中所说明的，以纺织板制品(woven broadgoods)、编织套管(braided sleeves)、扁平编织线(flat braids)或编织板制品(braided broadgoods)的形式。此外，图5-8B的任一实施方式可以展示出三轴构型。
图8A和8B描绘了图1所示的管103的一部分的一个特定说明性构型。在这个实施方式中，多根按第一方向和第二方向延伸的纤维801（为了清楚起见，仅一根被标出）与一根或多根可移去的带803彼此编织。可移去的带803被设置为在后固化(post cure)操作中被去掉，从而产生空隙805。例如，可移去的带803可以包括可溶材料，这样暴露于水的冲洗将溶解并去掉带803，从而产生空隙805（如图8B所示）。可移去的带803可以各种形态和数量被引入，从而产生选定的编织模式。具有多根纤维801的可移去的带803的构型能够被选择性地选取以产生空隙805，且形成芯材101的隔室105之间及之中的选定的流速。
如图2所示，管103的相邻边彼此粘合地结合或以其它方式附着以形成芯材101。图8C和9描绘了图2所示的芯材101的一部分的放大图。在图8C的实施方式中，管103之间的粘合结合由相邻管103的聚合物基体形成。换言之，一个管103的聚合物基体直接粘合地结合在相邻管103的聚合物基体上。一个管103中的纤维与相邻管103的纤维交联，这按图24被进一步描述。或者，如图9所描绘，管103之间的粘合结合由置于管103之间的粘结层提供。
回到图2，管103展示了任何需要的横断面高度H。例如，芯材101可以包括具有约6毫米高度H的管103或者可以包括具有约50毫米高度H的管103。然而，本申请的范围不受这些典型高度H的限制。更确切地，芯材101可以包含具有任何需要尺寸，例如高度H，的管103。此外，芯材101可以包含不同尺寸的管103。换言之，芯材101可以包含一个或多个具有不同于一个或多个其它管103的尺寸的管103。例如，芯材101可以包含具有不同高度H的管103。
图1和2中阐述的实施方式的管103展示了六边形横断面形状。然而，本申请的范围不限于此。更确切地，本申请的芯材可以包含具有适合于该芯材的实施的任何形状的管。例如，如图10所示，芯材1001包含多个矩形管1003。注意为了清楚起见，只有两个管1003在图10中被标出。如前述实施方式中，相邻管1003彼此粘合地结合，或以其它方式附着。管1003的其它方面通常符合上面讨论且在图1-9中示出的管103的各方面。
本申请的芯材，诸如芯材101（图1和2中所示）和芯材1001（图10所示），可以使用任何合适的方法生产。应注意，虽然下面讨论且在附图中阐述的特定制造实施方式是针对芯材101的制造的，但是该实施方式同样适用于芯材1001或包含在本申请范围内的任何其它芯材的制造。
在一个实施方式中，图11所示，管103（图1和2所示）使用编织机1105通过编织纤维1103（为了清楚起见，仅一根被标出）的套管1101而制成。套管1101可以包含，例如，双轴排列的纤维1103或三轴排列的纤维1103，如上所讨论。纤维1103可以包含干纤维(dry fibers)或树脂涂覆纤维(resin-coatedfibers)，诸如用热塑性树脂涂覆的纤维。如图12所示，套管1101在套管被编织成之后被套在心轴1201上。注意在该图示说明的实施方式中，心轴1201展示了对应于隔室105（见图1或2）的尺寸和形状。心轴1201和套管1101随后与其它心轴和套管组装以形成芯材101（图1所示），如在下面将被更详细地讨论。
应注意，如图13所示，套管1101可以在心轴1201直接编织。在这样一个实施方式中，在有摩擦力产生的情况下，纤维1103可在编织套管1101之前被固定于心轴1201。编织机1105在套管1101被编织时可以沿心轴1201前进，如箭头1301所指示的。心轴1201相对于编织机1105可以前进，如箭头1303所指示的，而不是或者不仅是编织机1105沿心轴1201前进。
在另一个实施方式中，图14所示，管103（图1和2中所示）利用长丝卷绕工艺(filament winding process)被制成。连续的树脂浸渍纤维1401，从长丝卷绕机1403延伸，绕心轴1405缠绕。该树脂可以是热固性的或者是热塑性的树脂，且在固化管103时成为管103的聚合物基体。该材料铺放过程可以各种各样的方法进行；然而，优选当纤维1401的线轴绕心轴1405旋转时，心轴1405轴向移动，如箭头1407所指示的。或者，材料的一个线轴或多个线轴能够绕心轴旋转。材料将机构分配给心轴的相对运动被推断。当纤维1401由长丝卷绕机1403在心轴1405上缠绕时，螺旋形图案被形成。纤维1401的一层或多层1409，按相对于心轴1405需要的方向，在心轴1405上缠绕以形成管103。纤维1401绕心轴1405缠绕的角度可以沿心轴1405的长度变化，以便定制芯材的强度。例如，纤维1401的角度可以在材料铺放过程中动态地改变以便定制芯材的抗压强度。注意在图示说明的实施方式中，心轴1405展示了对应于隔室105（见图1或2）的尺寸和形状。然而，应进一步注意本申请不限于长丝卷绕机1403或心轴1405的特定图示说明的构型。心轴1405和一层或多层已经长丝卷绕在心轴1405上的层1409随后与其它心轴和层组装，如在下面将被更详细地讨论，以形成芯材101（图1所示）。应进一步理解一旦切割层1409和心轴1405，该材料可能有一种松开的倾向。一簇材料，可能是粘合地结合的或纤维的，可以被用来阻止纤维1401在切割层1409和心轴1405时散开。具有单向纤维的粘结材料能够被用来将纤维1401固定在心轴1405上，且与基础材料保持相容。
在另一个实施方式中，图15所示，管103（图1和2所示）利用纤维铺放工艺被制成。大约1000根纤维的连续树脂浸渍丝束1501（为了清楚起见，仅一个被标出）由纤维铺放机1505被应用于心轴1503。应理解丝束1501也可以是一个完整丝束的部分；例如，丝束1501可以是500根纤维的半丝束。代替丝束1501，一卷纤维，切割成指定的宽度，可被使用。预切割的纤维可被称为“切膜条”(slit-tape)。与纤维丝束相比，切膜条允许使用者更严格地控制宽度尺寸。切膜条典型的指定宽度包1/8”和1/4”，仅举几个例子。该树脂可以是热固性的或者是热塑性的树脂，且在固化管103时成为管103的聚合物基体。在纤维铺放过程中，当丝束1501绕心轴1503旋转时，心轴1503轴向移动，如箭头1507所指示的。当丝束1501由纤维铺放设备1505被应用于心轴1503时，螺旋形形状被形成。丝束1501的一层或多层1509，按相对于心轴1503是需要的方向，在心轴1503上缠绕以形成管103。应理解超过一种不同材料的丝束1501可以被使用。注意在该图示说明的实施方式中，心轴1503展示了对应于隔室105（见图1或2）的尺寸和形状。然而，应进一步注意本申请不限于纤维铺放机1505或心轴1503的特定图示说明的构型。心轴1503和一层或多层已经纤维铺放在心轴1503上的层1509随后与其它心轴和层组装，如在下面将被更详细地讨论，以形成芯材101（图1所示）。
重要的是注意相邻管103被定位，如图1所最佳显示，以便第一个管103中的纤维与相邻管103中的纤维在相邻管103彼此接触处交联，如图8C所示。参考图24作为一个说明性实施方式，纤维2401用虚线表示以便阐明纤维2401来自与另一个管103的不同纤维2403相邻的管103，如图1所标示。应理解纤维2401和2403可以是实际的单独纤维，或者多根纤维的中心线，诸如丝束1501中的纤维。在图24所示的例子中，管103通过以一个角度绕心轴（诸如心轴1405和1503）缠绕纤维而被制造，如图14和15所示。纤维2401和2403各自绕不同的心轴缠绕，但是按类似的方向。然而，当心轴被一起放在模具中的时候，如图18所示，纤维2401和2403以交联模式朝向彼此。例如，当纤维2401和2403以相同的方向和相同的45度角各自绕心轴缠绕时，那么相邻管103的纤维2401和2403实际上彼此具有90度交联方向。应理解具有相似方向缠绕纤维的多个心轴被临近组装，没有改变心轴的方向，以便在相邻管103中形成纤维的交联。在固化后，交联纤维2401和2403向芯材101提供强度。应理解相邻管103的纤维2401和2403能够以多种方向绕心轴缠绕；例如，纤维2401和2403可以30度角方向绕心轴缠绕，这样纤维2401和2403按彼此间120度角方向交联。同样应理解纤维2401和2403可以多种模式被编织在心轴上，而不是缠绕；然而，相邻管103的纤维2401和2403在加工过程中进一步交联。加工多个相邻管103以形成芯材101的一个典型方法关于图17-20被描述。
或者，管103（图1和2所示）可以利用手工的手工铺贴(hand-layup)方法制成。例如，如图16所示，一层或多层具有需要的纤维方向的层1601被应用到心轴1603以形成管103。该一层或多层1601可包含编织干纤维，非编织干纤维，树脂-浸渍编织纤维，或树脂-浸渍非编织纤维。注意在该图示说明的实施方式中，心轴1603展示了对应于隔室105（见图1或2）的尺寸和形状。然而，应进一步注意本申请不限于一层或多层1601或者心轴1603的特定图示说明的构型。心轴1603和已被应用到心轴1603的一层或多层1601随后与其它心轴和层组装，如在下面将被更详细地讨论，以形成芯材101（图1所示）。
如图17所示，多个心轴1701（相当于心轴1201,1405,1503,1603或诸如此类）和管103被组装到一起以形成芯材101（如图1所示）的基础。注意多个心轴1701和管103可以任何合适的构型包括任何合适数目的心轴1701和管103以形成芯材101。在一个实施方式中，图18所示，多个心轴1701和管103在模具1801中被组装到一起。注意模具1801不限于图18描绘的构型，而是可呈现任何合适的构型。模具1801的内表面1803具有芯材101的外表面107（见图1）的形状。
在一个实施方式中，管103包含在将心轴1701和管103组装入模具1801之前被固化的热固性聚合物基体。在这样一个实施方式中，粘结层901（如9所示）在将心轴1701和管103组装入模具1801之前被应用于相邻管103之间。在另一个实施方式中，管103包含热塑性聚合物基体或包含在将心轴1701和管103组装入模具1801之前未被固化的热固性聚合物基体。在这样一个实施方式中，粘结层901在将心轴1701和管103组装入模具1801之前可以被应用于相邻管103之间，但不是必需的。
如果聚合物树脂预-浸渍的纤维被用于管103，热和，在一些实施方式中，在心轴1701和管103已被组装入模具1801后，压力被施加于管103。如果管103在组装入模具1801之前未被固化，那么施加的热会固化管103。如果粘结层901被用于粘合地结合相邻管103，那么施加的热会熔化和固化粘结层901。
如果干纤维被用于管103中，在一个实施方式中，热塑性或热固性聚合物树脂经过一个或多个端口1805、1807被引入该干纤维。该聚合物树脂成为管103的聚合物基体。诸如树脂传递成型(resin transfer molding)，真空-辅助树脂传递成型(vacuum-assisted resin transfer molding)或诸如此类的方法能够被用于实现聚合物树脂引入干纤维。热和，在一些实施方式中，压力被施加于管103以固化该聚合物树脂。
在相邻管103彼此粘合地结合形成芯材101之后，心轴1701从管103被移除。在一个实施方式中，心轴1701仅仅从管103被去掉。然而，在其它实施方式中，心轴1701被，例如热或溶剂，溶解。在一个实施方式中，心轴1701是水溶性的，且因此，水被用来溶解心轴1701。在心轴是不可溶解的实施方式中，该心轴可保持在芯材内以有助于在芯材加工过程中稳定芯材。心轴同样可以在加工后和芯材至表层的处理与固化过程中存在于芯材内，以便在处理与固化过程中稳定该芯材。接下来，该心轴能够被水溶解，或者通过相似的方法被去掉。应理解该心轴也能够由若干层组成，包括留在芯材上的外部可溶性材料，和芯材加工后被去掉的内部金属材料。
图19和20表示另一说明性实施方式，用于制造芯材101的心轴1901。膨胀心轴1901可被使用，这样管103在膨胀心轴1901上形成，从而形成芯材101。膨胀心轴1901优选由当受热或任何触发体积膨胀的催化剂处理时体积膨胀的材料制成。膨胀心轴1901，与管103，随后在处于它们的预膨胀状态时按选定的模式被堆叠和排列，如图19所示。膨胀心轴1901优选被限制在模具1801中，这样膨胀心轴1901的体积膨胀促使管103形成特定形状和模式。图19和20所示模式仅仅是膨胀心轴1901能够排列成的各种形状和模式的典型。例如，心轴1901能够直接相邻，上下堆叠以便将管103形成方形。膨胀心轴1901的一个典型优点是各种芯材101的形状能够从一个单一尺寸的心轴被制造。此外，将纤维缠绕在圆形心轴上相对于多面心轴要更简单。
本申请的范围包括含有本申请的芯材的复合夹层结构。例如，图21和22分别阐述了根据本申请的复合夹层结构2101的侧视图以及俯视平面图。如图23所示，其是复合夹层结构2101的一部分的横断面图，复合夹层结构2101包含置于上表层2303和下表层2305之间的芯材2301。上表层2303通过第一粘结层2309粘合地结合于芯材2301的上表面2307。下表层2305通过第二粘结层2313粘合地结合于下表面2311。应注意在多种实施方式中，上表层2303和下表层2305的一个可以被省略。
在一个实施方式中，粘结层2309，2313仅分别在芯材2301和表层2303,2305之间充分延伸。换言之，粘结层2309，2313在芯材2301的开放的隔室2315上被省略。在一个实施方式中，这种构型经过一个网状过程通过在芯材的边缘表面浓缩粘结剂而实现。
上面公开的特定实施方式仅是说明性的，原因是本申请能够以对得益于此处知识的本领域技术人员显而易见的不同但相等的方式被修改和实践。此外，不限制此处所示的结构或设计的细节，除非如下权利要求所描述的。因此，明显的是上面公开的特定实施方式可以被改变或修改，且所有此类变化被认为在本申请的范围和精神内。相应地，此处寻求的保护如下面权利要求中所阐明的。明显的是一项具有显著优点的申请已被描述和说明。虽然本申请以有限数目的形式被展示，但它不限于这些形式，但是在不脱离其精神的前提下服从各种改变和修改。
Claims (30)
1.一种复合芯材，包含：
多个管，所述多个管的每一个包含多根置于聚合物基体中的纤维；
其中，每个管的所述多根纤维与相邻管的多根纤维接触。
2.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维已经按单螺旋方向被缠绕从而形成每个管。
3.根据权利要求2所述的复合芯材，其中，所述多根纤维已经按单一角度被缠绕。
4.根据权利要求2所述的复合芯材，其中，所述多根纤维已经按不同角度被缠绕。
5.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述每个管的多根纤维与相邻管的多根纤维交联。
6.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维按单轴构型排列。
7.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维按双轴构型排列。
8.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维按三轴构型排列。
9.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维形成编织套管。
10.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多个管的每一个在横断面上是六边形的。
11.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多个管的每一个在横断面上是正方形的。
12.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多个管的每一个在横断面上是矩形的。
13.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多个管包括具有八边形横断面的第一组管，和具有正方形横断面的第二组管，所述第一组和第二组构成几何图案中的管。
14.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维包含：
按第一方向延伸的第一组纤维；和
按第二方向延伸的第二组纤维，所述第二组纤维绕所述第一组纤维编织。
15.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维包含：
按第一方向延伸的第一组纤维；和
按第二方向延伸的第二组纤维，所述第二组纤维覆盖所述第一组纤维。
16.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维包含：
第一种材料的第一组纤维；和
第二种材料的第二组纤维。
17.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多根纤维包含：
具有第一种尺寸的第一组纤维；和
具有第二种尺寸的第二组纤维。
18.根据权利要求1所述的复合芯材，进一步包含：
置于所述多个管的至少两个相邻管之间的粘结层。
19.根据权利要求1所述的复合芯材，其中，所述多个管进一步包含：
被设置成在后操作过程中能够去掉的可移去的带，从而在所述多个管中产生空隙。
20.一种制造复合芯材的方法，包含：
提供多个管，所述多个管的每一个包括多根置于聚合物基体中的纤维；且
使所述每个管的多根纤维与相邻管的多根纤维接触。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包含：
利用心轴为所述多个管的每一个的所述多根纤维提供内部形状。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述心轴是实心六边形的。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述心轴是圆形可膨胀心轴，这样当被限制在一排列中时，所述圆形可膨胀心轴受热膨胀，从而形成每个六边形管。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述提供多个管的步骤通过以下方式来实现：
提供多根纤维作为编织套管；
固化在所述编织套管的多根纤维周围的聚合物树脂以形成所述聚合物基体。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包含：
在固化聚合物树脂之前将所述聚合物树脂注入所述编织套管中。
26.根据权利要求20所述的方法，其中，所述提供多个管的步骤通过长丝卷绕工艺至少部分完成。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，所述提供多个管的步骤通过纤维铺放工艺至少部分完成。
28.一种复合夹层结构，包含：
第一表层；
芯材，包含：
多个管，所述多个管的每个包含多根置于聚合物基体中的纤维；
其中，每个管的所述多根纤维与相邻管的多根纤维接触；且
其中，所述第一表层粘合地结合在所述芯材的第一表面。
29.根据权利要求28所述的复合夹层结构，进一步包含：
粘合地结合在所述芯材的第二表面的第二表层。
30.根据权利要求28所述的复合夹层结构，其中，相邻管的所述多根纤维交联在一起。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |