CN103282737A - 用于聚合物纤维复合材料的控制的纤维基体粘合 - Google Patents

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Abstract

复合制品包括至少部分地嵌入基体内的多个纤维。纤维可在粘合水平下粘附至基体。纤维和基体之间的粘合水平可在复合制品内空间上变化。例如，粘合水平可沿着纤维中的一个的长度变化。粘合水平还可在给定层的纤维之间变化。而且，粘合水平可在复合制品的层之间变化。

Description

用于聚合物纤维复合材料的控制的纤维基体粘合
技术领域
本公开一般地涉及复合材料，并且更具体地涉及具有改进的冲击性能的纤维增强的复合制品。
背景技术
目前已知的现有装甲板可由各种材料的层压片构成。例如，现有的装甲板可由可使用适合的粘合剂层压的一个或多个玻璃片和/或丙烯酸树脂(acrylic)片构成。在改进装甲板的耐冲击性或冲击性能的尝试中，制造商可将聚碳酸酯材料层加入至层压的玻璃和丙烯酸树脂片中。
虽然在从冲击吸收能量和提供免受射弹的保护上通常是有效的，但是现有装甲板具有削弱它们的效用的某些缺点。例如，玻璃是相对致密的材料，因此在提供充分的冲击保护所需的厚度下显著增加了装甲板的总质量和体积。与某些装甲板有关的进一步缺点涉及构成某些装甲板的玻璃和其它材料的机械性质。例如，在某些应用如交通工具应用中，可能期望装甲板是透明的。
不幸地，某些目前可得的透明装甲板在撞击事件后可能经历光学性能的显著损失。例如，对于某些目前可得的装甲板，来自射弹的在装甲板的局部区域内的冲击可导致在装甲板的大部分其他位置中光学性能的损失。光学性能的这种损失可引起从冲击地点的裂纹扩展。
可见，本领域对于提供高度光学透明度以及改进的冲击性能和最小重量的装甲板存在需要。
发明内容
以上所述的与装甲板中的冲击性能相关的需要特别地通过本公开解决和减轻，在一个实施方式中，本公开提供包括至少部分地嵌入基体内的多个纤维的复合制品。纤维可在粘合水平下被粘附至基体。粘合水平可在复合制品内空间上变化。例如，粘合水平可沿着纤维中的一个的长度变化。粘合水平可在给定层的纤维之间变化。而且，粘合水平可横跨复合制品的层变化。
在进一步的实施方式中，公开的是包括至少部分地嵌入基体内的多个纤维的复合制品。纤维和基体可以以一种或多种粘合性彼此粘附。粘合性可在复合制品内空间上变化。例如，粘合性可沿着纤维的长度变化。粘合性还可在层内的纤维之间变化。粘合性可进一步在层的至少两个之间变化。
还公开的是复合制品，其包括至少部分地嵌入基体内的多个纤维并且其中粘合水平和/或粘合性可根据多个布置中的任何一个在复合制品内空间上变化。例如，粘合水平和/或粘合性可沿着纤维中的一个的长度变化。粘合水平和/或粘合性可在给定层的纤维之间变化。而且，粘合水平和/或粘合性可横跨复合制品的层变化。
另外公开的是制造复合制品的方法。方法可包括将多个纤维至少部分地嵌入基体内。纤维可在粘合水平下粘附至基体。粘合水平可在复合制品内空间上变化。例如，方法可包括沿着纤维的至少一个的长度改变粘合水平、在纤维的层的纤维之间改变粘合水平、和/或在层的至少两个之间改变粘合水平。
已经讨论的特征、功能和优势可独立地在本公开的各种实施方式中实现或可在其它实施方式中被结合，其进一步细节可参照以下描述和以下附图理解。
附图说明
在参照附图后，本公开的这些和其它特征将变得更加明显，贯穿附图中相同的数字指相同的部分，其中：
图1是在一个实施方式中包括基本上透明的基体和多个基本上透明的纤维的复合制品的透视图；
图2是图1的复合制品的展开透视图，并且图解了多个嵌入基体内的纤维的层；
图3是图1复合制品的实施方式的一部分的放大透视图，并且图解了基体内的纤维的层的布置；
图4A是沿着图3的线4A截取的复合制品的放大剖面图，并且图解了一部分沿着纤维长度在纤维至基体之间具有变化的粘合水平的纤维中的一个的长度；
图4B是沿着图3的线4B截取的放大透视图，并且图解了在纤维的上表面和下表面之间具有变化的粘合水平的复合制品的进一步实施方式；
图5是沿着图3的线5截取的复合制品的放大侧视图，并且图解了横跨复合制品的层具有变化的粘合水平的实施方式；
图6是具有至少一个纤维层基本上平行于另一个纤维层定向的复合制品的俯视图图解，并且进一步图解了在层的一个内纤维组之间的变化的粘合水平；
图7是图6中图解的复合制品的端视图，并且图解了在层的堆叠之间具有变化的粘合水平的层组；
图8是射弹撞击复合板的撞击事件的计算机模拟，并且图解了由于纤维和基体之间的控制的粘合，纤维相对于基体的运动；
图9是例如在撞击事件期间复合制品的剖面图，并且以控制射弹穿过复合制品的方式图解了相对于基体控制的纤维运动；
图10是用于测量基体中的纤维的轴向位移差异的测试装置的示意图，并且其中纤维各自具有不同的表面构造或表面处理；
图11是用于图10装置的测试的纤维应力图，并且图解了基体和具有不同的表面构造或处理的纤维之间的粘合水平的差异；和
图12是包括可包含制造复合制品的方法的一个或多个操作的流程图图解。
具体实施方式
现在参照附图，其中显示是为了图解本公开的优选和各种实施方式的目的，图1中显示的是复合制品10的实施方式。复合制品10可制作为包括基体30和多个嵌入基体30内的纤维32的纤维增强复合板14。纤维32可由基本上透光的纤维32材料形成。同样地，虽然基体30可由其它材料组合物构成，但是基体30可由基本上透光的聚合物基体30材料构成。虽然复合制品10以具有基本上平行的板14表面的板14构造在图1中图解，但是复合制品10可非限制地以各种尺寸、形状和构造中的任一个提供，并且可包括任何数量的平表面和/或复合曲率表面。
有利地，具体地构造图1中图解的复合制品10，以贯穿复合制品10在纤维32和基体30之间提供变化的粘合水平。通过空间上改变纤维32和基体30之间的粘合水平56，可控制撞击事件中涉及的纤维32的量和/或长度。更具体地，通过贯穿复合制品10空间上改变纤维基体粘合水平56，可控制穿过复合制品10的射弹或冲击物的减速。
而且，公开的是这样的复合制品10的实施方式：其中以控制作为射弹穿过复合制品10的距离或渗透的函数的纤维32破坏模式的方式，空间上改变纤维32和基体30之间的粘合水平56。在这点上，本公开提供了选择性地增加冲击事件中涉及的每个纤维32的量或长度的技术益处，以使每个纤维32内的拉伸应变可通过纤维32的相对更长的长度被分布。通过增加冲击事件中涉及的纤维32的长度，可增加纤维32吸收的射弹能量的总量。
而且，通过选择性地改变贯穿复合制品10的粘合水平56，可增加选择的纤维32的相对运动，来增加冲击性撞击事件的持续时间，使得纤维32具有的使射弹减速并且增加可由纤维32吸收的射弹能量的量的时间量增加。另外，本公开考虑在贯穿复合制品10的不同位置控制或空间上改变纤维基体32、30粘合水平56，作为控制被射弹撞击或损坏的复合制品10的区域大小的手段。甚至进一步地，本公开考虑控制或空间上改变纤维基体粘合水平56，作为控制在事件如冲击事件中邻近层74彼此分层或分开的手段。
参照图1，显示的是在板14构造中形成并且包括多个嵌入基体30内的纤维32的复合制品10。如早先指出的，虽然纤维32的一个或多个部分可由不透明材料或具有不同水平的光学透明度的其它材料形成，但是纤维32优选为基本上透光的。纤维32可用作基本上透明的基体30的结构增强，并且可改进复合材料10的机械性能。例如，由于纤维32的增加的拉伸强度和弹性模量，纤维32以改进复合制品10的比劲度(即，复合制品10的劲度除以复合制品10密度)的方式提供了结构增强。
参照图2，显示的是图1的板14的展开透视图，并且图解了通常形成为条并且在基体30内的层74中布置的多个纤维32。如在图2中可见的，纤维32显示为具有细长的横截面形状，其优选包括相对的一对基本上平的纤维32面，如上表面和下表面40、42。纤维32的纤维表面36可被布置为基本上平行于基本上平的复合制品10的制品表面12。这种在基体30内的纤维32的定向可改进复合制品10的光学性能。
参照图3，显示的是复合制品10的放大透视图，其中纤维32布置在基体30内的层74中。如图3中显示的，层74的每一个中的纤维32可通常相对于彼此基本上平行地定向。在图3中图解的实施方式中，层74可以以交叉层构造布置，其中纤维32相对于紧邻的层74中的纤维32的方向垂直定向。但是，层74可以以各种可选的构造布置。例如，一个层74中的纤维32可相对于一个或多个层74中的纤维32以任何非垂直角度(例如，15°、22.5°、45°、60°、75°等)定向。
仍参照图3，虽然复合制品10图解为具有纤维32的三个层74，但是可提供任何数量的层74。例如，复合制品10可包括纤维32的单一层74或纤维32的十个或更多个层74。而且，每个层74中的纤维32不限于基本上彼此平行定向，如图3中图解的。例如，层74中的一部分纤维32可以以彼此非平行关系被定向。甚至进一步，虽然图1-3图解了大体上以彼此均匀间隔关系被布置的每个层74中的纤维32，但是纤维32可以以非均匀布置间隔。甚至进一步，层74中的纤维32可以以编织(未显示)构造和/或以图1-3中图解的非编织构造布置。此外，层74的一个或多个中的纤维32的一个或多个可以以与相同层74的纤维32和/或邻近层74的纤维32接触或非接触关系放置。
参照图4A，显示的是沿着纤维32的长度具有变化的粘合水平56的纤维32之一的放大图。粘合水平56可被表征为在纤维32和基体30之间的界面52处的结合54的强度的量度，并且可包括沿着纤维32的长度的结合54的强度。应当注意，在本公开的上下文中，性质如强度和应变是就动力学性质和/或准静态性质而言。图4A图解了沿着纤维32长度延伸的纤维32的纤维轴50。粘合水平56可以是沿着基本上平行于纤维轴50的方向在纤维32和基体30之间的界面52处的结合54的强度的量度。但是，粘合水平56还可包括沿着非平行方向或在横向于纤维轴50的方向在纤维32和基体30之间的界面52处的结合54的强度。
仍参照图4A，粘合水平56可沿着纤维32长度变化，并且可通过在纤维32长度的一部分处的第一粘合水平58和在纤维32长度的另一部分处的第二粘合水平60表示，如图4A中图解的。在这点上，图4A图解了沿着纤维32长度粘合水平56的阶梯式改变。这种粘合水平56的改变可沿着纤维32的长度是周期性的，并且可包括沿着纤维32长度在粘合水平56上的多个改变。可选地，粘合水平56的变化可被配置为沿着纤维32的长度在粘合水平56上是渐进的，如渐进的或逐步的提高或降低。对于粘合水平56的阶梯式改变，粘合水平56的提高和/或降低可重复为沿着纤维32长度在粘合水平56上的提高和/或降低的模式。该模式可包括粘合水平56的单一阶梯式改变或粘合水平56的多个阶梯式改变。沿着纤维32长度的粘合水平56可在相对高水平的粘合和相对低水平的粘合之间交替。周期性改变还可以是大体上均匀的、阶梯式变化的、正弦变化的、或许多用于沿着纤维32长度改变粘合水平56的各种构造。
仍参照图4A，这种粘合水平56的改变可通过改进纤维32和基体30之间的结合54强度或特性实现。另外，粘合水平56的改变可通过降低纤维32和基体30之间的界面52处的结合54强度或特性实现。例如，纤维32的至少一部分可设有或涂有隔离剂68，以降低纤维32长度的那个部分处的纤维32的粘合水平56。隔离剂68可包括许多适合的隔离剂68中的任一个，包括但不限于高表面张力涂料、脱模剂68如FREKOTETM或任何其它适合的隔离剂68。
相反地，纤维32和基体30之间的粘合水平56可通过用粘合剂70(图4A)涂布纤维32中的一个的至少一部分而提高。粘合剂70可包括改进纤维32和基体30之间的粘合的化学涂料。例如，粘合剂70如硅烷——其包括但不限于环氧丙氧基三甲氧基硅烷——可沿着纤维32的至少一部分施加，来增加纤维32和基体30之间的结合54。粘合还可通过从纤维32的一部分去除污染物增加。这种污染物可包括油，其可相对于非污染的纤维32降低纤维32与基体30的粘合水平56。可清洁或处理纤维表面36(图4A)，以去除可降低纤维32和基体30之间的粘合水平56的污染物如油。例如，纤维32可用醇或丙酮清洁以去除污染物。
仍参照图4A，纤维32的至少一部分的粘合水平56还可通过局部地机械地更改纤维32的表面构造提高。例如，粘合水平56可通过增加纤维32的至少一部分的表面粗糙度72提高。在这点上，可摩擦或以其它方式处理纤维32的至少一部分，以相对于其余纤维32长度增加纤维32的至少一部分的表面粗糙度72。表面粗糙度72的增加可导致局部地更改纤维32表面的相对薄的部分，形成小突起，小突起可从纤维表面36横向向外延伸并且可由基体30包封并且提供增加的阻力抵抗如在纤维32的轴向方向上纤维32和基体30的相对运动。如图4A中可见的，表示为第一粘合水平58的纤维32长度的部分包括表面粗糙度72，其沿着相同纤维32相对于第二粘合水平60提高纤维32的一部分的粘合水平56。
参照图4B，显示的是纤维32长度的一部分的放大剖面图，其中纤维32的上表面40具有可比可具有第二粘合水平60的纤维32的下表面42更高的第一粘合水平58。由于隔离剂68施加在纤维32的下表面42，第二粘合水平60可低于第一粘合水平58。同样地，纤维32的上表面40可包括增加表面粗糙度72的处理，以提高粘合水平56。另外，粘合剂70可施加至上表面40，来增强其粘合水平56。
参照图5，显示的是沿着图3的线5截取的复合制品10的放大剖面图，并且图解了嵌入基体30内的纤维32的多个层74。可见，纤维32的中间层82可具有第一粘合水平58，而纤维32的最外或最上层80可具有可不同于第一粘合水平58的第二粘合水平60。同样地，图5中图解的纤维32的最低层84可提供有这样的粘合水平56，其可类似于最上层80的粘合水平56，或可提供有这样的粘合水平56，其类似于纤维32的中间层82的粘合水平56。可选地，纤维32的最低层84可提供有与中间82或最上层80相比不同的粘合水平56。
在这点上，图5图解了在复合制品10的层74之间或横跨复合制品10的层74空间上改变粘合水平56的实施方式。应当注意，空间上改变粘合水平56的布置可以以不同结合提供。例如，如图5中图解的横跨层74的粘合水平56的变化可与沿着层74中的任一个中的纤维32的长度的粘合水平56的变化——其类似于如图4A和4B中图解的粘合水平56的变化——结合。同样地，给定层74中的纤维32之间的粘合水平56的变化可与横跨复合制品10的不同层74的粘合水平56的变化结合。甚至进一步，纤维基体粘合水平56可根据复合制品10的几何形状变化。例如，粘合水平56可沿着板宽度16(图6)或板长度17(图6)、沿着板厚度18(图7)或沿着复合制品10的任何其它几何参数变化。
简要地参照图7，层74之间的粘合水平56的变化可包括逐渐改变(即，逐渐增加或逐渐减少)层74的堆叠78内的纤维32的粘合水平56。层74的堆叠78可代表复合制品10内的任何数量的层74。横跨层堆叠78的层74的粘合水平56的变化可以以其中在堆叠78中层74的一组的粘合水平56不同于层74的另一组的粘合水平56的阶梯式方式提供。层74的组76可包括任何数量的邻近层74，包括单一层74。层74的一个或多个组76可具有比邻近层组76的粘合水平56相对更高的粘合水平56，如以下更详细描述。
而且，横跨层74的粘合水平56的变化可以以层组76的模式提供并且其可以是横跨层堆叠78的重复模式。层组76的层74中的每一个内的纤维32可具有这样的粘合水平56，其基本上等同于层74的非邻近组76的粘合水平56。在一个实施方式中，层组76的每个层74内的纤维32可具有基本上等同的粘合水平56。但是，如以上指出的，本公开考虑用于改变复合制品10内的粘合水平56的结合布置，其包括改变给定层74内的纤维32(图6)之间的粘合水平56连同改变横跨层74(图7)的组的粘合水平56。
参照图6，显示的是嵌入板14构造的复合制品10的基体30内的层74(图7)的多个纤维32的俯视示意图，其中板14具有板宽度16和板长度17。图6图解了其中粘合水平56可在层74(图7)的纤维32之间变化的复合制品10的实施方式。例如，层74内的一个或多个纤维32可具有可比相同层74内的一个或多个纤维32更高的粘合水平56。在这点上，图6图解了相同层74的纤维34的组。一组纤维34可包括给定层74(图7)内的任何数量的邻近纤维32，并且可具有与邻近纤维组34不同的粘合水平56。
图6图解了沿着板14的边缘放置的纤维组34。纤维组34被图解为具有第二粘合水平60。图6还图解了位于具有第二粘合水平60的纤维组34之间的第一粘合水平58的另一纤维组34。第一粘合水平58可不同于第二粘合水平60。例如，第一粘合水平58可比第二粘合水平60更高，为具有第一粘合水平58的纤维组34的位置处的复合板14提供相对更高的劲度。如可理解的，在任何给定层74之间的粘合水平56可以以任何适合的布置被分布，并且不限于图6中图解的布置。
仍参照图6，任何给定层74(图7)的纤维32之间的粘合水平56的变化或改变可以以任何适合的方式提供，包括横跨给定层74(图7)的粘合水平56的逐渐提高或降低的变化。另外，可通过改进纤维32和基体30之间的界面52处的结合54强度或特性，或通过降低纤维32和基体30之间的界面52处的结合54强度或特性，改变粘合水平56。例如，一组纤维32可用隔离剂68涂布，以降低纤维32和基体30之间的粘合水平56。可选地，粘合剂70可施加至纤维32，以增加纤维32和基体30之间的化学结合54，如通过改变聚合物主链劲度和/或纤维32组合物的链长度。另外，纤维32的表面可被处理或加工，如通过清洁纤维32，以去除污染物如油，提高粘合水平56。
还可通过相对于处在其原始或制造状态中的纤维32的表面粗糙度72增加纤维32的表面粗糙度72，提高纤维32的粘合水平56。图6图解了表面粗糙度72局部应用至某些纤维32的不连续部分。表面粗糙度72的局部应用可提高纤维32长度的位置处的粘合水平56。以此方式，可局部处理给定层74(图7)内的纤维32，来提高或降低粘合水平56，从而实现对射弹或物体与复合材料制品10的撞击事件的期望响应。
另外，可通过使用相对于相同层74(图7)的其它纤维组34内的纤维32的纤维32组成而具有不同的聚合物纤维32组成的纤维32，提高一组纤维32的粘合水平56。例如，氟化纤维32可包括于一组层74(图7)内，以相对于具有非氟化纤维32的纤维组34的粘合水平56提供降低的与基体30的粘合。另外，通过使用具有不同基体30组成的基体30材料可改变粘合水平56，以提供降低的与纤维32的粘合。
参照图7，显示的是具有多个层74的复合制品10的侧面示意图。如关于图5以上提出的，一组层74可在层堆叠78之间设置有变化的粘合水平56。一组层74可包括任何数量的邻近层74，包括单一层74。图7图解了具有第一粘合水平58的复合制品10的最上部分处的一组层74和也具有第一粘合水平58的最下组的层74。位于最上层80之间的中间层82的组被图解为具有可低于第一粘合水平58的第二粘合水平60。可选地，最上组的层80可具有第一粘合水平58，并且复合制品10的其余层74可具有可高于第一粘合水平58的第二粘合水平60。
在这点上，图7图解了层堆叠78内的层74之间的粘合水平56的变化。横跨层堆叠78的层74的粘合水平56的变化可以是渐进的，如粘合水平56横跨层堆叠78渐进或逐渐的增加或减少或变化。对于层堆叠78内预定量或预定组的层74，相对于层堆叠78内的其余层74，粘合水平56可更高。而且，粘合水平56可在堆叠78的给定层74内变化。粘合水平56还可沿着层74内的给定纤维32的长度变化。例如，图7图解了表面粗糙度72局部应用至层74内的一个或多个纤维32，以局部地提高纤维32的粘合水平56。可将其它处理提供至纤维32，以提高或降低粘合水平56。
仍参照图7，粘合水平56可在复合制品10如复合板14内改变，以提供选择的纤维32相对于基体30的期望程度的运动。例如，复合制品10可实施为冲击板14，其具有相对的板表面20并且限定板厚度18，如图7中图解的。可构造板14，使得最接近一个板表面20的层(一个或多个)74中的纤维32具有相对于最接近相对的一个板表面20的层74相差达大约90%的粘合水平56。对于实施为冲击板14，板表面20可包括撞击面22和背面26，如图7中图解的。可构造撞击面22，以接受来自物体如来自射弹的撞击，并且可被定向、定位或以其它方式布置以接受来自物体的撞击。背面26可以是与撞击面22相对的板14的一侧。
最接近撞击面22的层(一个或多个)74中的纤维32的粘合水平56可大于最接近背面26的层(一个或多个)74中的纤维32的粘合水平56。通过在接近撞击面22的层74中提供更高的粘合水平56，接近撞击面22的板14的部分24可具有比接近背面26的板14的部分28更高的劲度。撞击面22的更高劲度可促进在与撞击面22冲击的开始部分中吸收射弹的一部分能量，引起射弹的最前部分变形，而射弹的后部分继续移动。在这点上，由于层74的相对高的粘合水平56引起的相对刚性的撞击面22可增加可使射弹的最前部分变形的停留时间。射弹的最前部分的变形可包括射弹的最前部分的迅速增长的扩大，其可增加接触纤维32并且涉及使射弹减速的更大百分比的纤维32的表面积。另外，由于接近撞击面22的相对更高的粘合水平56，接近撞击面22的复合制品10的一部分中相对更高的劲度可选地可为可结合至撞击面22的其它玻璃和/或陶瓷层(未显示)提供刚性支撑。
在进一步的实施方式中，可构造复合制品10以提供至少一层74(图7)相对于复合制品10的邻近层74的控制程度的分层。在这点上，并且参照图7，可形成复合制品10，使得至少一对层74相对于复合制品10的其余层74的一个或多个之间的粘合水平56以低粘合水平56被结合在一起。例如，图7中图解的复合制品10可以以低粘合水平56装配，包括但不限于复合制品10的层堆叠78内的至少一对邻近层74之间的零强度结合。在非限制性的实施方式中，具有与一个或多个邻近层74相对低的粘合水平56的层(一个或多个)74可位于贯穿层堆叠78的深度的大概中间位置。但是，具有低粘合水平56的一对或多对层74在层堆叠78内的位置的选择可以在层堆叠78内的任何位置。例如，与一个或多个邻近层74具有相对低的粘合水平56的层(一个或多个)74可位于与复合制品10的背面26邻近的复合制品10的部分中。
这种相对低的粘合水平56可促进这种层74(图7)的至少一部分与复合制品10的控制的分层，并允许在破坏事件如冲击事件中这种分层的层74或其部分相对于其余层74侧向(即，大体上平行于层74的平面)和/或横向(即，大体上垂直于层74的平面)移动。例如，通过使具有相对低的粘合水平56的层74位于中间位置，如层堆叠78内的中间层82(图7)之间，复合制品10的下面部分可以以控制的方式与复合制品10的上面部分分层。这种控制的分层可允许下面部分相对于复合制品10的上面部分侧向(即，面内)移动和/或横向(即，面外)移动，引起分层的层74吸收射弹的动能并使射弹减速。
在这点上，复合制品10的分层的层74(图7)或部分可有利地比复合制品10的其余部分变形并且偏斜更大的程度。分层的层74的这种增加的偏斜或变形可随着层74分层促进射弹的能量吸收并且促进射弹的减速。具有低粘合或无粘合的层(一个或多个)74的厚度中位置的选择可基于纤维32和基体30的性质，复合制品10的期望破坏方式包括分层的层74的期望破坏方式以及其它因素。
简要地参照图5，纤维32可以以任何适合的构造提供。例如，纤维32可各自具有纤维厚度46和纤维宽度48，其大小使得纤维32具有如图5中图解的大体细长的横截面形状。横截面形状可以设置具有相对平坦的或基本上平的纤维表面36，以最小化纤维32和基体30之间的界面52处的光散射。在这点上，具有基本上平的上表面和下表面40、42的纤维32的大体细长的形状可改进复合制品10的光学性能。
另外，基本上平的纤维表面36(图5)优选地基本上平行于复合制品10的制品表面12定向。但是，纤维32可嵌入基体30内，使得纤维表面36相对于制品表面12以任何期望的方向定向。甚至进一步，虽然图5中图解为基本上平的，纤维表面36可以是稍微弯曲的(即，稍微凹入的、稍微凸起的、隆起的)，并且不限于严格的基本上平的或平坦的轮廓。另外，虽然可以布置纤维32使得侧边44处于彼此接触的关系，但是优选地布置纤维32使侧边44以彼此间隔的关系放置。另外，虽然图解为大体矩形的形状，纤维32可以以任何适合的横截面形状提供，包括但不限于多边形、四边形、正方形、矩形和任何其它适合的形状。
如以上指出的，纤维32可由任何适合的纤维32材料构成，并且优选地由基本上透光的纤维32材料构成。同样地，基体30可由任何适合的基体30材料构成，并且优选地可由基本上透光的聚合物基体30材料构成。同样地，纤维32和基体30之间的粘性结合54间的界面52(图5)还可以是基本上透光的。但是，可构造复合制品10，使得基体30、纤维32和/或界面52是不透明的或具有变化水平的光学透明性，其沿着复合制品10的长度或宽度在基本上透光至基本上不透明之间变化。
基体30和纤维32可由任何适合的热塑性、热固性树脂或玻璃材料形成。例如，基体30和/或纤维32可由包括下列材料中的至少一种的热塑性材料形成：碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮和任何其它适合的热塑性材料。同样地，纤维32和基体30可由可包括下列中的任一种的热固性树脂形成：聚氨酯、酚醛树脂、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酯、环氧树脂和任何其它适合的热固性材料。甚至进一步，纤维32和/或基体30可由玻璃形成，包括E-玻璃(铝-硼硅酸盐玻璃)、S-玻璃(铝硅酸盐玻璃)、纯硅石、硼硅酸盐玻璃和/或光学玻璃。
另外，复合制品10(图1-10)可以以各种不同的形状、尺寸和构造中的任一个构建。例如，复合制品10可被构造用于任何交通工具或非交通工具应用。在这点上，复合制品10可在交通工具如飞行器中构造为透明的。例如，复合制品10可构成飞行器的风挡或座舱罩。复合制品10还可以以其它构造构建，如膜、结构板、建筑板、非结构板14或制品，或复合制品10的任何其它实施方式。
此外，复合制品10可被构造为在复合制品10内具有变化的粘合性62(图5)，其中纤维32和基体30之间的粘合性62可在复合制品10内空间上变化。粘合性62可表示纤维32和基体30之间如图1-5中图解的界面52处的粘性结合54的性质。粘合性62可在上面关于贯穿复合制品10的粘合水平56空间变化所描述的许多布置中在复合制品10内或贯穿复合制品10空间上变化。
粘合性62可包括相对强度、劲度、延展性、破坏应变和粘性结合54的其它性质，并且可贯穿复合制品10变化。例如，粘合性62可沿着纤维32的一个或多个的长度变化，如粘性结合54的粘合性62沿着纤维32的一部分或沿着总纤维32长度周期性变化。另外，粘合性62可在复合制品10内的层74(图5)的纤维32之间变化。例如，纤维32和基体30之间的粘合的劲度可在层74内的纤维32与纤维32之间变化。在这点上，一个或多个层74或一组层74可具有比邻近组的层74相对更高的劲度。粘合性62可在层74与层74(图5-6)之间或层组76(图7)之间变化，以增加复合制品10的局部部分中的劲度。
例如，图4A-4B图解了纤维32的一部分中的第一粘合性64和相同纤维32的另一部分中的第二粘合性66。图6图解了位于邻近板14边缘的纤维组34中的第一粘合性64和位于具有第一粘合性64的纤维组34的中间的纤维组34中的第二粘合性66。同样地，图7图解了最接近板14的最上部分的层组76中的第一粘合性64和位于具有第一粘合性64的层组76下方的层组76中的第二粘合性66。
例如，可构造复合制品10以使粘合性62(图4A-7)引起最接近一个制品表面12如图7中图解的最上制品表面12的层74的纤维32和基体30之间粘性结合54的更高劲度。相反地，最接近相对或最下制品表面12的层74中的纤维32和基体30之间的粘性结合54的劲度可小于最接近如图7中图解的最上制品表面12的层(一个或多个)74中的粘性结合54的劲度。甚至进一步，纤维基体粘合水平56(图6-7)可以以控制事件如冲击事件中邻近层74彼此分层或分开的方式空间地变化。在这点上，粘合性62可以以类似于上述关于粘合水平56的空间变化的任何期望的布置在复合制品10内空间上变化。
参照图12，显示的是图解可在制造复合制品10的方法中实施的一个或多个操作的流程图。图12的步骤302可包括将多个纤维32至少部分地嵌入基体30内，类似于图1-5中图解的。纤维32可至少部分地或完全地嵌入基体30内。而且，纤维32可以以任何适合的布置定向，包括以如图2-3中图解的交叉层构造。但是，纤维32的层74可相对于邻近层74以各种角度中的任一个定向。
图12的方法的步骤304可包括在期望的粘合水平56下和/或以粘合性62(图4A-7)将纤维32结合至基体30。粘合水平56特征为纤维32和基体30之间的界面52处的结合54(图4A-7)的强度的表示，并且可包括沿着纤维32的长度的结合54的强度。粘合性62可包括相对强度、劲度、延展性、破坏应变以及粘性结合54的其它性质，并且可贯穿复合制品10变化。
图12图解的方法的步骤306可包括根据复合制品10的期望构造或性能目标空间上改变复合制品10内的粘合水平56(图4A-7)和粘合性62(图4A-7)中的至少一个。例如，步骤308可包括沿着纤维32中的至少一个的长度或长度的一部分改变粘合水平56和粘合性62。如以上关于图4A所述的，纤维32长度的一部分处的粘合水平56可不同于纤维32长度的另一部分处的粘合水平56，并且可通过应用粘合剂、隔离剂68(图4A-6)或沿着纤维32长度的一部分将表面粗糙度72(图4A-6)应用至纤维表面36实现。另外，粘合水平56可通过改变纤维32和基体30之间的化学而变化。例如，复合制品10中的纤维32的一个或多个可具有与其余纤维32不同的组成，以相对于其余纤维32提供与基体30的提高或降低的粘合水平。例如，氟化纤维32可相对于非氟化纤维32提供与基体30的降低的粘合。
图12中图解的方法的步骤310可包括改变层74的至少一个的纤维32之间的粘合水平56和/或粘合性62，类似于图6中图解的。例如，图6图解了纤维组34，其可由彼此邻近放置的一个或多个纤维32构成，并且可被提供不同的粘合水平56或粘合性62。层74的纤维32之间的粘合水平56和/或粘合性62可通过应用粘合剂70、隔离剂68、表面粗糙度72或不同的纤维32或基体30组成改变。
步骤312可包括改变层74之间或横跨层堆叠78内的一组层74的粘合水平56和/或粘合性62。在这点上，图7图解了可包括一个或多个层74的层组76，一个或多个层74的粘合水平56不同于邻近层74组的粘合水平56。以可以是均匀的或重复的并且可横跨层堆叠78逐渐增加或减少的模式，可提供层组76。可优化粘合水平56，以实现复合制品10对于事件如射弹与复合板14的撞击的期望响应。
参照图8，显示的是复合制品10的计算机模拟，其中复合制品10构造为具有嵌入基体30内的纤维32的层74的板14，并且图解了沿着纤维32的轴向方向纤维32在基体30内的相对运动。如先前指出的，优选地调整纤维32的粘合水平56，来以控制事件中可涉及的纤维32的长度的方式促进纤维32相对于基体30的期望程度的运动。可调整粘合水平56，以在与板14的冲击中提供射弹的控制的位移。理想地，以促进纤维32的最大位移的方式控制粘合水平56，以在纤维32破坏之前最大化纤维32对射弹的动能的吸收。
在这点上，粘合水平56调控纤维32的位移，从而调控在撞击事件中纤维32运行的距离。对于复合制品10的给定应用和功能，可优化粘合水平56。优选地以避免纤维32相对于基体30过多拔出的方式贯穿复合制品10改变粘合水平56。纤维32相对于基体30的过多拔出可导致在未破坏纤维32的情况下射弹楔入纤维32之间。相反地，过高的粘合水平56可导致抵抗拉伸负荷起作用的纤维32的相对短的长度，其导致在达到纤维32的极限应变之后纤维32的永久破坏。
另外，可构造复合制品10来控制在撞击事件中复合制品10的破坏模式。破坏模式可通过控制复合制品10中的粘合水平56和/或粘合性62的变化来控制。例如，通过改变层74与层的粘合水平56，复合制品10的破坏模式可作为复合制品10或板14的深度的函数进行控制。在这点上，本公开提供了用于贯穿复合制品10改变粘合水平56的布置，其可与规定增加总板14劲度以试图改进冲击性能的直觉方法相反。
相反，本公开促进粘合水平56和粘合性62的空间变化，从而以改进冲击性能的方式控制板14劲度。例如，可构造复合制品10，以局部地增加邻近撞击面22的板14的一部分24处的板14劲度以及贯穿复合板14的其余深度的相对更低的粘合水平56。在板14的其余部分中降低的劲度可促进更大程度的相对于基体30的纤维32运动，使得纤维32的更大部分可涉及撞击事件，从而在纤维32破坏之前促进射弹的减速。
参照图9，显示的是计算机模拟的撞击事件100，其图解了射弹112从复合板14的撞击面22撞击后的复合板14的背面26。计算机模拟的撞击事件100中的射弹112或物体110是5.5毫米钢珠，其沿着指出的方向108撞击由以交叉层构造布置的纤维32构成并且类似于图1-5中图解的的板14。在图9中，射弹112的运动或运行的方向由箭头114图解。计算机模拟的撞击事件100中的复合板14被构造具有在穿透背面26之前促使射弹112减速和捕获的粘合水平56。如图9中可见的，撞击事件导致纤维32沿着指示方向102运动，并且进一步导致层74分层和基体破裂104以及纤维分离106。在这点上，图9表示空间上改变的粘合水平56和粘合性62，其导致纤维32的轴向位移，防止射弹112完全穿透复合板14。
参照图10，显示的是拔出测试的测试装置200，其用于说明具有不同纤维204构造的基体206的粘合水平56(图4A-7)的变化，以确定粘合水平56对破坏事件中的纤维204的性能的影响。具有已知极限拉伸强度和劲度的多个纤维204以不同的表面处理制备。表面处理之一包括通过用丙酮清洁纤维204去除污染物。不同的表面处理还包括通过摩擦纤维204中的一个施加表面粗糙度72(图4A-6)。表面处理还包括使用FREKOTETM将隔离剂68(图6)施加至纤维204中的一个，以降低纤维204和基体206之间的粘合水平56。样品202之一用纤维204按来样条件制备，其中纤维204在纤维表面36(图5)上包括油。如图10中显示的，多个样品202用不同纤维204制备，其中纤维204嵌入环氧树脂基体206内并使纤维204尾部从基体206伸出。纤维204基体206复合物的样品202被插入连接至测力仪208的样品储器210中。纤维204尾部连接至绞盘212。当绞盘212移动时，如图10中图解的，拉伸负荷被施加并记录。
参照图11，显示的是纤维应力214的图，并且图解了表面处理或缺乏表面处理对于纤维204(图10)和基体206(图10)之间的界面52(例如，图4A-5)处可得的粘合水平56(例如，图4A-7)的意义。如图11中显示的，按来样的纤维204(“按来样的”)在从基体206拔出之前达到35ksi的应力。相反，用丙酮清洁的纤维204构造(图11中的“丙酮处理的”)和用丙酮清洁并且然后用隔离剂68涂布的纤维204构造(图11中的“Frekoted”)在从基体206拔出之前达到大约9ksi的纤维应力214。通过摩擦纤维204将表面粗糙度72(例如，图4A-6)应用至的纤维204(图10)构造(图11中“摩擦的”)提供了最高的粘合水平56，在从基体206拔出之前达到81ksi的拉伸应力。特别地，在不同纤维204构造的拔出过程中达到的纤维应力214都在纤维204的150ksi极限拉伸应力能力以下，其表明可优化纤维204(图10)和基体206(图10)之间的界面52(例如，图4A-5)，以提高与基体206的粘合水平56(例如，图4A-7)。
本公开的其它更改和改进可对于本领域普通技术人员是明显的。因而，本文所描述和图解的部分的具体结合意欲仅表示本公开的某些实施方式，并且不意欲用作本公开的精神和范围内的可选实施方式或装置的限制。

Claims (13)

1.复合制品，其包括：
多个层(74)
多个纤维(32)，其至少部分地嵌入基体(30)内；
所述纤维(32)在粘合水平下粘附至所述基体(30)；并且
所述粘合水平根据下列布置中的至少一个在所述复合制品内空间上变化：
沿着所述纤维(32)中的至少一个的长度变化；
在所述纤维(32)的层中所述纤维(32)之间变化；
在所述层(74)的至少两个之间变化。
2.权利要求1所述的复合制品，其中沿着所述纤维(32)中的至少一个的长度的所述粘合水平的变化包括：
沿着所述纤维长度的粘合水平的周期性改变。
3.权利要求1和2所述的复合制品，其中在所述层(74)的至少一个中的所述纤维(32)之间的所述粘合水平的变化包括：
一组纤维具有与邻近纤维组不同的粘合水平。
4.权利要求1-3中任一项所述的复合制品，其中所述层的至少一部分形成层堆叠(78)，横跨所述层的所述粘合水平的变化包括：
一组层(74)具有与邻近层组的所述粘合水平不同的粘合水平。
5.权利要求1任一项所述的复合制品，其中：
具有隔离剂(68)的所述纤维(32)中的一个的至少一部分降低了所述纤维的粘合水平。
6.权利要求1任一项所述的复合制品，其中：
具有粘合剂(70)的所述纤维(32)中的一个的至少一部分提高了所述纤维的粘合水平。
7.权利要求1任一项所述的复合制品，其中：
所述纤维(32)中的一个的至少一部分相对于所述纤维的其余部分具有不同的表面粗糙度并且引起更高的粘合水平。
8.权利要求任一项所述的复合制品，其中：
所述多个纤维(32)中的至少一个包括基本上透光的纤维；
所述基体(30)包括基本上透光的聚合物基体；和
所述纤维和所述基体(30)限定了基本上透光的界面。
9.权利要求任一项所述的复合制品，其中所述基体(30)中的至少一个和所述多个纤维(32)中的至少一个由下列中的至少一种形成：
热塑性材料，其包括下列中的至少一种：碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮；
热固性树脂，其包括下列中的至少一种：聚氨酯、酚醛树脂、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酯、环氧树脂；和
玻璃。
10.制造复合制品的方法，包括以下步骤：
将多个纤维(32)至少部分地嵌入基体(30)内；
在粘合水平下将所述纤维(32)粘附至所述基体(30)；和
根据下列布置中的至少一个，在所述复合制品内空间上改变所述粘合水平：
沿着所述纤维(32)中的至少一个的长度改变所述粘合水平；
改变所述纤维(32)的层的所述纤维(32)之间的所述粘合水平；和
改变所述层(74)的至少两个之间的所述粘合水平。
11.权利要求10所述的方法，其中沿着所述纤维(32)中的至少一个的长度改变所述粘合水平的步骤包括：
以周期性方式沿着所述纤维长度改变所述粘合水平。
12.权利要求10和11所述的方法，其中改变层的所述纤维(32)之间的所述粘合水平的步骤包括：
以渐进方式和以纤维(32)的组中的至少一种改变层的一组纤维(32)之间的所述粘合水平。
13.权利要求10-12任一项所述的方法，其中所述层(74)的至少一部分形成层堆叠(78)，改变所述层(74)的至少两个之间的所述粘合水平的步骤包括：
改变所述层堆叠(78)内的层(74)的至少一组之间的所述粘合水平。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107407544A (zh) * 2015-02-06 2017-11-28 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 防弹片材以及所述片材的用途
CN114993111A (zh) * 2022-06-08 2022-09-02 武汉美琪林新材料有限公司 复合防弹陶瓷及其制备工艺

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9242427B2 (en) 2010-12-15 2016-01-26 The Boeing Company Coupled fibers in composite articles
US10005256B2 (en) * 2012-06-14 2018-06-26 The Boeing Company Selectively weakened stretched films
US9550881B2 (en) * 2013-03-15 2017-01-24 Google Inc. Chopped-fibers with axial property gradient for molded parts
EP3030856B1 (en) * 2013-08-07 2018-06-13 DSM IP Assets B.V. Ballistic resistant sheets, articles comprising such sheets and methods of making the same
JP6980652B2 (ja) * 2015-10-26 2021-12-15 コベストロ、ドイチュラント、アクチエンゲゼルシャフトCovestro Deutschland Ag 多層繊維複合体
TW201733784A (zh) * 2015-10-26 2017-10-01 科思創德意志股份有限公司 多層纖維複合材料
US10974841B2 (en) * 2018-02-26 2021-04-13 The Boeing Company Kinetic energy absorption method and kinetic energy absorptive, reinforced, composite article
JP6719495B2 (ja) * 2018-03-06 2020-07-08 株式会社Ｓｕｂａｒｕ プリフォーム賦形方法、複合材成形方法及び複合材
US11719514B2 (en) 2019-12-09 2023-08-08 The Boeing Company Ballistic panel and method of making a ballistic panel
US11852443B2 (en) 2019-12-09 2023-12-26 The Boeing Company Ballistic panel and method of making a ballistic panel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4400425A (en) * 1980-03-21 1983-08-23 Vladimir Vanha High impact chemically activated polyester fiber reinforced plastic composite
US5047281A (en) * 1983-07-01 1991-09-10 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh Fiber reinforced composite material and method for producing fibers for such material
US6673452B1 (en) * 1999-07-05 2004-01-06 Institut Fur Polymerforschung Dresden E.V. Fiber-composite material and a method for producing the same
EP1923420A1 (de) * 2006-11-14 2008-05-21 Bond Laminates Gmbh Faserverbund-Werkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
CN101616788A (zh) * 2007-02-16 2009-12-30 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 防弹模制件以及获得该制件的方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5116069B2 (zh) * 1972-09-22 1976-05-21
US4322476A (en) * 1979-12-12 1982-03-30 General Electric Company Impact resistant laminate
US5229199A (en) 1985-08-13 1993-07-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Rigid composite comprising woven aramid fabrics coated with an adhesion modifier and embedded in a matrix resin
JPS6265212A (ja) 1985-09-17 1987-03-24 Canon Electronics Inc 磁気コア
JPS6265212U (zh) * 1985-10-16 1987-04-23
JPH089200B2 (ja) 1989-04-27 1996-01-31 日本鋼管株式会社 繊維強化プラスチックシート及びその製造法
WO1991000490A1 (en) * 1989-06-30 1991-01-10 Allied-Signal Inc. Ballistic-resistant composite article
SU1740968A1 (ru) * 1990-06-19 1992-06-15 Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Пулезащитный материал
JP3114741B2 (ja) 1991-04-03 2000-12-04 三菱レイヨン株式会社 プリプレグ
JPH0691816A (ja) 1991-10-29 1994-04-05 Agency Of Ind Science & Technol 耐衝撃損傷性複合材料
US5665450A (en) 1992-08-21 1997-09-09 The Curators Of The University Of Missouri Optically transparent composite material and process for preparing same
JPH06126902A (ja) 1992-10-19 1994-05-10 Toyobo Co Ltd 繊維強化複合材料
JPH09254295A (ja) 1996-03-22 1997-09-30 Gamakatsu Co Ltd 板状体とその製造方法
US5812725A (en) * 1996-04-10 1998-09-22 Dsm N.V. Method for increasing adhesion between a coating and an optical glass fiber electron beam pretreatment
WO1998046422A1 (en) 1997-01-06 1998-10-22 Owens Corning Impact and puncture resistant panels
DE10011701A1 (de) 2000-03-10 2001-09-27 Verseidag Indutex Gmbh Flexibles Laminat
JP4531207B2 (ja) * 2000-06-23 2010-08-25 ダイヤテックス株式会社 布状体積層透明シート及びその製造方法
RU2251065C2 (ru) * 2002-05-06 2005-04-27 Автономная некоммерческая организация "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт "Центр перспективных исследований" (АНО ЦНИОКИ "ЦПИ") Листовая броня преимущественно для средств индивидуальной защиты
JP2004292992A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Ichimura Sangyo Co Ltd 扁平織物、その積層体、それらを用いたプリプレグ、繊維強化プラスチック並びに複合成型物、及びこれらを用いた防護製品
CA2552081C (en) * 2004-01-07 2012-07-17 Dsm Ip Assets B.V. Process for the manufacture of curved objects
US7039282B2 (en) * 2004-06-30 2006-05-02 Corning Cable Systems Llc Optical fiber array with an intermittent profile and method for manufacturing the same
DK1766320T3 (da) 2004-07-02 2009-05-04 Dsm Ip Assets Bv Fleksibel, ballistisk resistent konstruktion
JP2006272837A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Dainippon Ink & Chem Inc 積層構造体
WO2006124995A2 (en) 2005-05-18 2006-11-23 Composix Co. Ballistic laminate structure
US20110048220A1 (en) * 2005-07-29 2011-03-03 Composix Co. Ballistic laminate structure
US7622405B1 (en) * 2006-09-26 2009-11-24 Honeywell International Inc. High performance same fiber composite hybrids by varying resin content only
US8323436B2 (en) 2007-03-28 2012-12-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Transparent, reinforced, composite fiber and articles made therefrom
JP5125867B2 (ja) * 2008-08-07 2013-01-23 東レ株式会社 強化繊維基材、積層体および複合材料

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4400425A (en) * 1980-03-21 1983-08-23 Vladimir Vanha High impact chemically activated polyester fiber reinforced plastic composite
US5047281A (en) * 1983-07-01 1991-09-10 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh Fiber reinforced composite material and method for producing fibers for such material
US6673452B1 (en) * 1999-07-05 2004-01-06 Institut Fur Polymerforschung Dresden E.V. Fiber-composite material and a method for producing the same
EP1923420A1 (de) * 2006-11-14 2008-05-21 Bond Laminates Gmbh Faserverbund-Werkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
CN101616788A (zh) * 2007-02-16 2009-12-30 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 防弹模制件以及获得该制件的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107407544A (zh) * 2015-02-06 2017-11-28 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 防弹片材以及所述片材的用途
CN107407544B (zh) * 2015-02-06 2020-09-29 帝斯曼知识产权资产管理有限公司 防弹片材以及所述片材的用途
CN114993111A (zh) * 2022-06-08 2022-09-02 武汉美琪林新材料有限公司 复合防弹陶瓷及其制备工艺
CN114993111B (zh) * 2022-06-08 2023-10-31 武汉美琪林新材料有限公司 复合防弹陶瓷及其制备工艺

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