CN105751595A - 制造复合材料的板层 - Google Patents

Abstract

一种制造复合材料的板层，该板层包括第一丝束，第一丝束包括在沿着板层的截面的宽度的方向上展开的多个纤维。第一增强性能材料片在多个纤维内并且在板层的截面的顶部与底部之间延伸。

Description

制造复合材料的板层

技术领域

本公开内容总体涉及在复合材料的制造中的板层(ply，层片)的构造，并且更具体地，涉及板层内纤维的布置。

背景技术

在复合结构的制造中，制成板层，然后将板层接合或结合在一起以制成最终的复合制品。将板层结合成复合制品的第一示例性方法可以包括用树脂混合物预浸渍各种纤维形式的板层(例如，纤维束、单向带材、机织织物、编织纤维等)，然后层叠(叠合)这些预浸复合板层以形成复合层叠物。将板层结合成复合制品的第二示例性方法可以包括层叠干纤维板层/预成型件，然后用树脂浸渍至少部分的板层堆叠物/预成型件。在第一实例和第二实例两者中，单独的板层可以不同角度定向，诸如，0°、±20°、±30°、±45°、±60°或±90°，以在多个方向上控制复合制品的强度、模量和其他机械性能。在复合制品的制造中使用的当前板层通常每个板层的厚度大约为0.0075英寸。有时，单独的增韧材料层定位成覆盖板层的外部来增强该板层的性能。

已发现在使用较薄的板层时会产生对微裂纹的抗性和机械性能的益处。然而，这些益处特别地对于制造时间而言会带来明显增加的成本。使用标准层叠工艺来构造较薄的板层。然而，例如，如果要制造的较薄的板层是一般板层的厚度的二分之一，那么将需要生产两倍线性量的板层以达到最终的厚度，这会导致制造搁置时间和成本翻倍。

在制造复合材料的当前工艺中，通过将纤维束展开至将提供期望的最终板层厚度的宽度来制成板层。在制造过程期间，这些展开的纤维束并排地布置，从而得到均匀的纤维层，其中，分开的纤维束不再是明显的(distinct)。由于产生了均匀的纤维层，难以提供全厚度或z方向性能。过去通过增加全厚度缝合(stitching，压合)、z-pins以及在板层之间增加增韧材料来增强Z方向性能。这些方法倾向增加制造成本和材料的复杂性，并且致使产生其他性能属性，诸如，增加微裂纹趋势、减小开孔压缩等。

还存在对面内性能增强的需要。通过使用具有相对于该复合材料构造中其他板层以不同角度位置定位或定向的纤维的板层来实现了面内性能的增强。此外，通过在装配复合材料制品时在板层之间添加诸如热塑性增韧剂、面纱、纤丝、膜和颗粒的材料解决了面内增强性能。

在组装板层时，需要稳定丝束内的纤维。通过控制树脂的粘度和粘性以及通过使用干纤维形式的粘合剂/2D面纱(veil)组合预先稳定了UD带材。

发明内容

一种制造复合材料的板层，包括在沿着板层的截面的宽度的方向上展开的多个纤维。另外，板层包括在多个纤维内和板层的截面的顶部与底部之间延伸的第一增强性能材料片。

一种制造复合材料的板层，包括第一丝束，第一丝束包括在沿着板层的截面的宽度的方向上展开至一宽度尺度的多个纤维。第一增强性能材料片定位成覆盖第一丝束并且横跨第一丝束的宽度尺度延伸。第二丝束包括多个纤维。第二丝束内的多个纤维在沿着板层的截面的宽度的方向上展开以覆盖第一增强性能材料片和第一丝束。第二丝束的多个纤维展开至一具有与第一丝束的宽度尺度基本相同的宽度尺度的宽度尺度，其中，第一丝束的宽度尺度和第二丝束的宽度尺度定位成彼此同延。另一丝束包括在沿着板层的截面的宽度的方向上展开的多个纤维，该另一丝束从第一丝束、第二丝束以及第一增强性能材料片侧向地并且抵靠第一丝束、第二丝束以及第一增强性能材料片而定位。另一丝束的多个纤维在与第一丝束和第二丝束的多个纤维基本相同的方向上延伸。另一丝束具有与第一丝束和第二丝束的宽度尺度近似相同的宽度尺度，并且第一丝束和第二丝束各自具有另一丝束的近似二分之一的多个纤维。顶部增强性能材料片定位成覆盖第二丝束和另一丝束。

一种制造复合材料的板层，包括沿着板层的截面的宽度延伸的第一增强性能材料片。第一丝束定位在增强性能材料片下面，并且第二丝束定位在第一增强性能材料片的相对侧上，第二丝束覆盖第一丝束的至少一部分，使得第一增强性能材料片的一部分位于第一丝束与第二丝束之间，并且在板层的截面的底部到板层的截面的顶部之间延伸。增强性能材料片的定位在板层的截面顶部处的部分具有增强性能材料片的第一部分，该第一部分沿着板层的截面的顶部从该部分延伸，从而覆盖第一丝束。增强性能材料片的定位在板层的截面底部处的部分具有增强性能材料片的第二部分，该第二部分沿着板层的截面的底部从该部分延伸，从而位于第二丝束下面。

已经论述的特征、功能以及优点可以以各种实施方式独立地实现，或者还可以与其他实施方式进行结合来实现，其更多细节可参考以下描述和附图而看到。

附图说明

图1是现有技术的板层的截面示意图；

图2是制造复合材料的板层的实例的截面示意图；

图3是制造复合材料的板层的第二实例的截面示意图；

图4是制造复合材料的板层的第三实例的截面示意图；

图5是制造复合材料的板层的第四实例的截面示意图；

图6是制造复合材料的板层的第五实例的截面示意图；

图7是制造复合材料的板层的第六实例的截面示意图；

图8是制造复合材料的板层的第七实例的截面示意图；

图9是制造复合材料的板层的第八实例的截面示意图。

具体实施方式

参考图1，示出了现有技术的板层10的截面。已通过在标准预浸料上铺设纤维并且将板层10构造成具有大约0.0075英寸的厚度来制造该板层10。纤维12的丝束通常包括预定量纤维的一束解开的(untwisted，反捻的)纤维。这些纤维束或丝束表示为位于沿着板层10的截面由“A”指示的线之间。这些丝束并排铺设在预浸料上。纤维12的每个丝束展开至达到板层的期望厚度的宽度。纤维丝束的纤维支数(fibercount)的选择范围广泛。例如，丝束可包括1000、3000、6000、12000、24000或50000的纤维等。

在该现有技术实例中，丝束12并排放置，形成一体化的纤维层，从而消除了单独的和独立的纤维层。该构造使得板层的制造在提供板层10的z方向或全厚度性能方面更困难且更昂贵，如由箭头14的方向所指示的。为了为板层10增加z方向性能，通过增加如在组装复合材料时添加定位在板层之间的增韧材料的片材、全厚度缝合、或者间或添加z-pins的这类项目，板层10的生产会需要更多的成本以及复杂度。由于需要实现z方向上更多的性能，所以还需要实现板层10的更多的面内性能。

已发现较薄的板层会更成功地提供对微裂纹的抗性并增强组装的复合材料的机械性能。然而，制造较薄的板层会增加制造成本，尤其增加制造时间。例如，为了使用较薄的板层实现期望厚度，需要制造额外的线性量的较薄板层，然后将这些板层接合或结合在一起以达到期望厚度。在制造额外的线性量的板层中，这样额外铺设纤维会增加制造成本。

通过控制树脂的粘度和粘性以及通过使用干纤维形式的粘合剂/2D面纱组合，在板层10的制造中预先稳定了纤维。这些稳定纤维的方法也增加了板层10的制造成本。

参考图2，示出的板层20的截面是板层的构造实例，该构造提供通过接合在一起的较薄板层提供的对微裂纹的抗性和机械性能的益处。板层包括这样的纤维层，该纤维层可以具有或可以不具有树脂并且可以具有或可以不具有增强层。板层是用其制成层压制品的大块材料。并非制造更多线性量的较薄的板层，板层20通过子层(诸如，板层20本身内的21和22)的构造提供对微裂纹的抗性和机械性能的益处。在航空航天技术以及采用复合材料的其他技术中，这些板层对制造组件是有用的。该构造避免了铺设额外量的较薄板层的额外时间。在本文中描述的子层的各种实施方式在板层的截面内可沿厚度或竖直方向复制，并且这些子层还可通过板层的宽度尺度侧向延伸。制造复合材料的板层20包括在沿着板层20截面的宽度的方向上展开的多个纤维，并包括在板层20的截面的顶部“T”与底部“B”之间的多个纤维内延伸的第一增强性能材料片26，下面将更详细地论述其实例。

在图2中示出的构造中，具有标准的或增加的总厚度的多层构造的板层20可提供对微裂纹的抗性和机械性能，而无需用于制造额外的较薄板层的昂贵的额外铺设流程。此外，如在本文中更详细地论述的，额外的材料可以放置在纤维的不同层之间并且增强板层的各种期望性能，诸如，韧性、损伤容限、离轴拉伸性能、电导率、火焰、烟以及毒性排放减少等等。

如上所述，在板层的制造中，就纤维的丝束而言使用大量纤维。丝束包括预定量的纤维，该纤维包括丝束中1000纤维至丝束中50000纤维或以上。包含在丝束内的纤维由从诸如碳或芳族聚酰胺或玻璃等的材料中选择的材料制成。在本文中论述的实施方式将包含由碳构造的6000纤维，除非另有说明。然而，其他尺寸的丝束和其他组合物的纤维也可以用于构造本文中的板层。在板层的构造中可以使用不同大小或相同大小的丝束以及不同或相同的纤维组合物。

在图2中示出的实例中，在截面中看到板层20，其中，多个纤维与丝束相关联，诸如，纤维的第一丝束24和纤维的第二丝束28。在该视图中，丝束中的多个纤维被作为纤维的端部看出，并且如上所述，多个纤维在沿着板层20的截面的宽度的方向上展开。如上所述，标明为“A”的线表示丝束的相对端部的近似位置，该丝束已铺设在预浸料或预成型制造设备上，其已沿横跨(across)截面板层20的宽度的方向展开。板层20截面的宽度尺度的方向由带有如图2中所示的相关联的箭头的“宽度”表示。该宽度方向适用于本文中示出和论述的所有实例。

在该实例中，第一丝束24包含6000纤维，并且第一丝束24已沿板层20的截面的宽度展开成约为板层20的二分之一的厚度。在该实例中，板层20的厚度大约为0.0075英寸。下面将更详细地讨论的第一增强性能材料片26定位成覆盖第一丝束24的多个纤维。第一丝束24位于板层20的截面的底部“B”与第一增强性能材料片26之间。纤维的第二丝束28也定位成在沿板层20的截面的宽度的方向上展开并且位于板层20的顶部“T”与第一增强性能材料片26之间。

进一步参考图2中的实施方式，纤维的第一丝束24展开成宽度尺度“W1”，其中，第一增强性能材料片26覆盖并且扩展(extend)纤维的第一丝束24的宽度尺度“W1”。纤维的第二丝束28覆盖第一增强性能材料片26和第一丝束24，并且展开成具有与第一丝束24的宽度尺度W1基本相同的宽度尺度的宽度尺度“W2”。在该实例中，纤维的第一丝束24的宽度尺度“W1”和纤维的第二丝束28的宽度尺度“W2”彼此同延(coextensive)定位。通过由标明为“A”的线(在板层20的该截面中使丝束24和28的端部基本竖直对准)表示的位置来指示丝束24和28的端部的位置。

可以看出，在图2中，第一增强性能材料片26将第一丝束24和第二丝束28分开，从而在板层20内分别形成子层21和22。在这个实施方式中，顶部增强性能材料片29定位成覆盖纤维的第二丝束28。该顶部增强性能材料片29在沿着板层20的截面的宽度的方向上沿着板层20的截面的顶部“T”延伸，并且在该实施方式中横跨板层20的截面的顶部“T”延伸。第一增强性能材料片26沿着板层20的截面的宽度延伸。在该实施方式中，底部增强性能材料片31定位成沿着板层20的截面的底部“B”延伸，从而位于纤维的第一丝束24的下面并且沿着板层20的宽度延伸。

增强性能片的厚度可以与板层20以及本文中所描述的其他板层内的厚度相同或不同。对于该实例，在板层20中，顶部片29和底部片31均是第一增强性能材料片26的厚度的二分之一。此外，在图2中，增强性能片，诸如片26、29和31，可均选自适于该板层所需的特定功能的各种材料。例如，片26、29和31可都由相同的材料构造或者均可由不同的材料构造。另外，诸如26、29和31的片可选择性地由材料构造，诸如，片中的两个片可由相同的材料构造等。出于本文中描述的实例的目的，每个增强性能材料片可选自如以下论述的各种材料。

例如，当期望树脂材料在处理过程中移动穿过增强性能片时，固有用于该移动的开放空间的面纱材料是有用的。没有开口或开放空间和孔或其他特征的其他材料(诸如膜)可以设置在这些材料中以允许树脂移动。

类似地，相对于在本文中各种实例中描述的丝束，每个丝束的多个纤维可以选择成由各种材料中的特定材料构造。这些材料包括碳、芳族聚酰胺或玻璃等。因此，每个丝束可选择成由这样的材料中的一种材料构造，其中这些材料使得相对于板层内的纤维含量获得各种选择的构造。

例如，参考第一增强性能材料片26以及在本文中各种实例中描述的其他增强性能材料片，存在各种各样的增强性能材料供选择以用作板层的材料，以便在板层和复合材料内执行期望增强性能功能。

例如，这些增强功能可以包括提高复合材料的韧性的材料。该材料可以包括例如热塑性材料，诸如尼龙、聚氨酯、聚芳醚酮(诸如PEEK、PEK、PEKK等)、聚醚砜(PES)、聚砜、聚苯砜(PPSU)、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺等。还可以包括热固性塑料，诸如，增韧环氧树脂、聚氨酯、苯并恶嗪、或提供高韧性的任何其他材料。

功能增强可以包括例如增强离轴拉伸性能的材料，诸如，上述增韧材料加上较高强度和/或破坏应变热固性或热塑性材料。

功能增强可以包括例如导电的材料，诸如，碳纤维垫、金属成份、碳纳米管、石墨烯薄板或任何其他导电材料。这些导电材料可以位于各种几何形式的适当的热塑性或热固性材料内。

功能增强可以包括例如为复合材料提供低的火、烟以及毒性级别的材料。该材料可以包括热固性材料，诸如，苯并恶嗪、酚醛、专用环氧树脂、氰酸酯等。材料还可包括高性能热塑性树脂，诸如，聚芳醚酮(诸如，PEEK、PEK、PEKK等)、聚醚砜(PES)、聚砜、聚苯砜(PPSU)、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺等。材料仍可包括包含增强FST性能的其他材料的所提及的材料，诸如，无机材料，如玻璃和陶瓷、或高残碳率或烧蚀(ablative)材料。

如在本文中应进一步理解的，将在板层内并且从而在用这种板层组装的复合材料中构建增强的性能功能。该增强的性能功能将会相对于板层以及板层的全厚度或z方向而设置在面内。

进一步参考图2，纤维的另一第一丝束30在沿着板层20的截面的宽度的方向上展开。在该实例中，另一第一丝束30的宽度尺度“W3”与第一丝束24的多个纤维的宽度尺度W1具有基本相同的宽度尺度。另一第一丝束30在与纤维的第一丝束24基本相同的方向上延伸。纤维的另一第一丝束30在板层20中从纤维的第一丝束24侧向地并抵靠该第一丝束定位。

纤维的另一第二丝束32在沿着板层20的截面的宽度的方向上展开。纤维的另一第二丝束32的宽度尺度“W4”与纤维的另一第一丝束30的宽度尺度“W3”具有基本相同的宽度尺度。纤维的另一第二丝束32在与纤维的另一第一丝束30基本相同的方向上延伸，并且纤维的另一第二丝束32从纤维的第二丝束28侧向地并抵靠该第二丝束定位。第一增强性能材料片26在沿着板层20的截面的宽度的方向上延伸以覆盖纤维的另一第一丝束30。第一片26扩展(extend)纤维的另一第一丝束30的宽度尺度。可以看出，增强性能材料片26横跨整个载面在该实例的丝束的子层21与22之间延伸。

增强性能材料片26的这种延伸可以例如提供面内导电性、韧性、火焰、烟以及毒性减少等、或其他性能增强。纤维的另一第二丝束32覆盖增强性能材料片26和纤维的另一第一丝束30。在该实例中，纤维的另一第一丝束30的宽度尺度“W3”和纤维的另一第二丝束32的宽度尺度“W4”彼此同延定位。如与以上所述类似地，如通过标明为“A”的线指示的丝束30和32的相对端部在板层20的该截面中基本竖直对准。此外，如先前论述的，顶部增强性能材料片29和底部增强性能材料片31各自沿着板层20的宽度延伸。顶部增强性能材料片29覆盖丝束28和32并且横跨板层20的宽度继续延伸。底部增强性能材料片31位于丝束24和30的下面并且横跨板层20的宽度继续延伸。

子层21由第一丝束24以及横跨板层20定位成与丝束24和30侧向对准的额外的丝束一起形成。类似地，子层22由第二丝束28和另一第二丝束32以及横跨板层20定位成与丝束28和32侧向对准的额外的丝束一起形成。子层21和22的每个均可具有相同的或不同的厚度。一个子层内的纤维可以与另一子层中的纤维相同或者它们可以是不同的。如先前论述的，每个丝束的纤维选自本文中论述的各种材料。子层21和22的这些特征的变形应用于在本文中其他实施方式中论述的其他子层，其中，可各自选择子层内每个丝束中子层和纤维复合物的厚度。

参考图3，示出了第二实例，其包括在沿着板层40的截面的宽度的方向上展开的纤维的第三丝束34。在该实例中，向以上论述的图2中的实例增加额外的子层23。横跨板层40的宽度从纤维的丝束34侧向延伸的丝束形成子层23。在该实例中，板层40包括三个子层21、22和23。与图2和图3中示出的实施方式相同的部件具有相同的数字标号。第三丝束34定位成覆盖第二丝束28的多个纤维，且纤维的第三丝束34的宽度尺度“W5”与纤维的第二丝束28的宽度尺度“W2”基本相同。第二增强性能材料片36定位成覆盖纤维的第二丝束28，并且位于纤维的第三丝束34与纤维的第二丝束28之间。第三丝束34的多个纤维的宽度尺度“W5”和第二丝束28的多个纤维的宽度尺度“W2”彼此同延定位。这可如由标明为“A”的线所指示的看出，这些线标明相应丝束的相对端部。第二增强性能材料片36横跨第三丝束34的宽度尺度“W5”和纤维的第二丝束28的宽度尺度“W2”延伸。如示出的，在图3中，顶部增强性能材料片38定位成沿着板层40的顶部“T”延伸以覆盖纤维的第三丝束34。在该实例中，横跨板层40的截面延伸，从而覆盖子层23中的丝束。第一增强性能材料片26和第二增强性能材料片36也横跨板层40的宽度延伸。另外，在该实例中，增强性能材料片31定位成沿着板层40的底部“B”延伸，从而位于纤维的第一丝束24下面，并且横跨板层40延伸，从而位于子层21中的丝束下面。

进一步参考图3，丝束30、32和42的另一堆叠物示出为定位成邻近丝束26、28和34的堆叠物。要描述的丝束30、32和42的另一堆叠物将分别侧向添加至板层40的子层21、22和23。另一第一丝束30的多个纤维在沿着板层40的截面的宽度的方向上展开成具有与第一丝束24的多个纤维的宽度尺度W1基本相同的宽度尺度的宽度尺度“W3”。另一第一丝束30的多个纤维在与第一丝束24的多个纤维基本相同的方向上延伸，并且另一第一丝束30从第一丝束24侧向地且抵靠该第一丝束定位。

另一第二丝束32的多个纤维在沿着板层40的截面的宽度的方向上展开并且覆盖另一第一丝束30，其中，另一第二丝束32具有宽度尺度“W4”，该宽度尺度具有与另一第一丝束30的多个纤维的宽度尺度“W3”基本相同的宽度尺度，且另一第二丝束32的多个纤维在与第二丝束28的多个纤维基本相同的方向上延伸，且另一第二丝束32从第二丝束28侧向地且抵靠该第二丝束定位。

第一增强性能材料片26在沿着板层40的截面的宽度的方向上在另一第一丝束30与另一第二丝束32之间延伸。另一第一丝束30和另一第二丝束32的各自的宽度尺度“W3”、“W4”彼此同延定位。第一增强性能材料片26扩展另一第一丝束30和另一第二丝束32的宽度并且横跨板层40的宽度继续延伸。

另一第三丝束42的多个纤维在沿着板层40的截面的宽度的方向上展开并且覆盖另一第二丝束32。另一第三丝束42具有宽度尺度“W6”，该宽度尺度具有与另一第二丝束32的多个纤维的宽度尺度“W4”基本相同的宽度尺度。另一第三丝束42的多个纤维在与第三丝束34的多个纤维基本相同的方向上延伸，并且另一第三丝束42从第三丝束34侧向地且抵靠该第三丝束定位。

第二增强性能材料片36在沿着板层40的截面的宽度的方向上在另一第二丝束32与另一第三丝束42之间延伸。另一第二丝束32和另一第三丝束42的宽度尺度“W4”、“W6”彼此同延定位。第二增强性能材料片36扩展另一第二丝束32和另一第三丝束42的宽度。顶部增强性能材料片38横跨板层40的顶部“T”延伸并且覆盖纤维的另一第三丝束42。在该实例中，顶部增强性能材料片38以及增强性能材料片26和36横跨板层40的截面的宽度延伸。底部增强性能材料片31沿着板层40的底部“B”延伸，从而位于第一丝束24、另一第一丝束30下面，并且横跨板层40的宽度延伸。

参考图4，以截面形式示出板层50的第三实例。纤维的另一丝束44包括在沿着板层50的截面的宽度的方向上展开的多个纤维。另一丝束44横向于并抵靠第一丝束46、第二丝束48并且抵靠定位在第一丝束46与第二丝束48之间的第一增强性能材料片52而定位。另一丝束44的多个纤维在与第一丝束46和第二丝束48的多个纤维基本相同的方向上延伸。在该实施方式中，第一丝束46和第二丝束48的宽度尺度“W7”基本上是另一丝束44的宽度尺度“W8”的两倍。第一丝束46、第二丝束48以及第三丝束44均具有基本相同数量的纤维。在该实例中，顶部增强性能材料片54定位成沿着板层50的顶部“T”延伸，以覆盖另一丝束44和第二丝束48，并且在该实例中沿着板层50的截面延伸。此外，增强性能材料片可定位成沿着板层50的底部“B”延伸，以分别位于第一丝束46和另一丝束44下面并且横跨板层50延伸。

参考图5，以截面形式示出板层60的第四实例。底部增强性能材料片62在沿着板层60的底部“B”的方向上横跨板层60的截面的宽度延伸，并且顶部增强性能材料片64在沿着板层60的顶部“T”的方向上横跨板层60的截面的宽度延伸。

如在图5中所见，纤维的第一丝束66具有第一部分68以及第二部分70，该第一部分沿着顶部增强性能材料片64延伸，该第二部分沿着底部增强性能材料片62延伸。第一丝束66位于第一增强性能材料片84与另一增强性能材料片83之间，第一增强性能材料片沿着板层60的截面的宽度与另一增强性能材料片间隔开。纤维的第二丝束72具有第一部分74以及第二部分76，该第一部分沿着顶部增强性能材料片64延伸，该第二部分沿着底部增强性能材料片62延伸。纤维的第三丝束78具有第一部分80以及第二部分82，该第一部分沿着顶部增强性能材料片64延伸，该第二部分沿着底部增强性能材料片62延伸。纤维的第二丝束72的第一部分74覆盖纤维的第一丝束66的第二部分70。纤维的第三丝束78的第一部分80覆盖纤维的第二丝束72的第二部分76。第一增强性能材料片84位于纤维的第一丝束66与纤维的第二丝束72之间。第二增强性能材料片86位于纤维的第二丝束72与纤维的第三丝束78之间。

第一增强性能材料片84在板层60的顶部“T”与底部“B”之间延伸。类似地，另一增强性能材料片83和第二增强性能材料片86在板层60的顶部“T”与底部“B”之间延伸。在该实例中，横跨顶部“T”并且沿着板层60的截面的宽度延伸的顶部增强性能材料片64接触第一增强性能材料片84、另一增强性能材料片83以及第二增强性能材料片86。进一步地，在该实例中，横跨底部“B”并且沿着板层60的截面的宽度延伸的底部增强性能材料片62接触第一增强性能材料片84、另一增强性能材料片83以及第二增强性能材料片86。

如在图5中可以看出，纤维的第一丝束66和纤维的第二丝束72的布置彼此相邻。或者该实例中的纤维的丝束72的第一部分74的至少一部分覆盖该实例中的第一丝束66的第二部分70的至少一部分。第一增强性能材料片84位于纤维的第一丝束66与纤维的第二丝束72之间。第二丝束72的第一部分74覆盖第一丝束66的第二部分70且第一增强性能材料片84位于第一部分74与第二部分70之间的这种定位在板层60内提供了具有第一部分74的纤维的子层以及具有第二部分70的纤维的第二子层。

如上所述且如在图5中的实例中所示出的，第一增强性能材料片84在板层60的顶部“T”与底部“B”之间延伸。第一增强性能材料片84的这种定位提供如通过第一增强性能材料片84的特定材料所提供的板层60的全厚度或z方向上的功能。该功能的厚度方向例如与底部增强性能材料片62和顶部增强性能材料片64形成对比，其中，通过片62和64的材料所提供的功能的方向在平面方向上或横跨板层60的截面的宽度延伸。此外，如图5所示，第一增强性能材料片84的部分85和88在板层60的截面的宽度的方向上以与板层60的顶部“T”和底部“B”中的至少一个成角度的关系而延伸。这些增强材料用于如先前论述的各种各样的功能，诸如，韧性、导电性和火焰、烟和毒性减少等。

进一步参考图5，第一增强性能材料片84和另一增强性能材料片83在沿着板层60的截面的宽度的方向上彼此间隔开。第一增强性能材料片84和另一增强性能材料片83两者在板层60的顶部“T”与底部“B”之间延伸。纤维的第一丝束66位于第一增强性能材料片84与另一增强性能材料片83之间。顶部增强性能材料片64定位成沿着板层60的截面的顶部“T”延伸并且与第一增强性能材料片84和另一增强性能材料片83接触。类似地，底部增强性能材料片62定位成沿着板层60的截面的底部“B”延伸并且与第一增强性能材料片84和另一增强性能材料片83接触。在该实例中，纤维的第一丝束66被封入或包入板层60的增强性能材料片62、84、64、以及83内。

参考图6，示出了板层100的第五实例。多个纤维的第一丝束102在沿着板层100的截面的宽度的方向上展开成宽度尺度“W9”。第一增强性能材料片104定位成覆盖纤维的第一丝束102并且扩展纤维的第一丝束102的宽度尺度“W9”。多个纤维的第二丝束106在沿着板层100的截面的宽度的方向上展开，以覆盖第一增强性能材料片104和纤维的第一丝束102。第二丝束106的多个纤维展开成具有与纤维的第一丝束102的宽度尺度“W9”基本相同的宽度尺度的宽度尺度“W10”，其中，第一丝束102的多个纤维的宽度尺度“W9”和第二丝束106的多个纤维的宽度尺度“W10”彼此同延定位。

在图6中，包括在沿着板层100的截面的宽度的方向上展开的多个纤维的另一丝束108从第一丝束102、第二丝束106以及第一增强性能材料片104侧向地并且抵靠第一丝束、第二丝束以及第一增强性能材料片定位。另一丝束108的多个纤维在与第一丝束102和第二丝束106的多个纤维基本相同的方向上延伸。另一丝束108具有分别与第一丝束102的“W9”和第二丝束106的“W10”的宽度尺度近似相同的宽度尺度“W11”。第一丝束102和第二丝束106各自具有另一丝束108的多个纤维的大约二分之一。顶部增强性能材料片110定位成覆盖纤维的另一丝束108和纤维的第二丝束106。在该实例中，顶部增强性能材料片110沿着板层100的截面的宽度的顶部“T”延伸并且覆盖纤维的另一丝束108和纤维的第二丝束106。在该实例中，底部增强性能材料片可以定位在第一丝束102和另一丝束108的下面并且沿着板层100的截面的宽度的底部“B”延伸。

参考图7，示出了板层120的第六实例。第一增强性能材料片122沿着板层120的截面的宽度延伸。纤维的第一丝束124定位在增强性能材料片122的下面，并且纤维的第二丝束126定位在增强性能材料片122的相对侧上。在该实例中，纤维的第二丝束126的至少一部分127覆盖纤维的第一丝束124的至少一部分129。第一增强性能材料片122的部分128位于第二丝束126的部分127与第一丝束124的部分129之间。第一增强性能材料片122的部分128在板层120的截面的底部“B”至板层120的截面的顶部“T”之间延伸。通过增强性能材料片122的部分128从板层120的底部“B”延伸至顶部“T”，在板层120的全厚度和z方向中设置增强性能材料片122的材料的功能。此外，增强性能材料片122的部分128还在沿着板层120的截面的宽度的方向上以与板层120截面的顶部“T”和底部“B”中至少一个的角度关系延伸。

在图7中示出的该实例中，第一丝束124和第二丝束126与位于纤维的第一丝束124与纤维的第二丝束126之间的第一增强性能材料片122的部分128彼此相邻。纤维的第二丝束126的纤维的部分127可以覆盖纤维的第一丝束124的纤维的部分129，如上文讨论的。该构造提供具有纤维的部分127的子层，该子层覆盖通过纤维的第一丝束124的纤维的部分129形成的另一子层，其中第一增强性能材料片122的部分128位于纤维的部分127与129之间。

第一增强性能材料片122的位于板层120的截面的顶部“T”处的部分128具有增强性能材料片122的第一部分134，该第一部分在沿着板层120的截面的顶部“T”的方向上从部分128延伸，从而覆盖纤维的第一丝束124。第一增强性能材料片122的位于板层120的截面的底部“B”处的部分128具有第一增强性能材料片122的第二部分136，该第二部分在沿着板层120的截面的底部“B”的方向上从部分128延伸，从而位于纤维的第二丝束126的下面。

在一个实例中，第一增强性能材料片122由柔性材料片构成，诸如，热塑性膜、非织造面纱、织造面纱、连续线束垫、热固性膜、碳纳米管片等。可以使用单个材料类型、或多个材料类型、或者甚至改性的材料类型来形成这些形式。改性的材料类型的实例会是载有一些碳纳米管或石墨烯薄片等的热塑性材料等。因此，将丝束124和126放置在第一片122的相对侧上会产生或形成凹入部138和140。凹入部138面朝向开放，并且邻近凹入部138的凹入部140面朝上开放。凹入部138和140分别为丝束124和126提供横向支撑。在预浸组装过程期间，凹入部138和140将多个纤维限制并且稳定在各个丝束124和126内，从而减少对稳定纤维的进一步材料的需要或改变基质的稠厚度(consistency)或含量。凹入部可进行缩放以在每个凹入部内接收一个以上的丝束。可替换地，片120可以预先成型，以采取提供预成型凹入部138和140的波纹状构造，该构造将在制造过程期间起到类似稳定丝束124和126的作用。预成型的波纹状材料可包括载有纤丝、颗粒等的热塑性材料、热塑性膜、非织造面纱、连续线束垫、热固性膜、碳纳米管片等。

该实例是通过在构造板层120中使用第一片122添加期望的材料以提供z方向和面内性能增强两者的成本有效的方法。如上所述，增强可包括韧性、电导率、火焰、烟和毒性减少等。此外，第一片122的这种构造在制造限制凹入部的过程中同时提供了多个纤维的稳定性。结合接合/固定到丝束的波纹状膜或面纱会使得UD带材稳定且失真(distortion)最小，而不需要控制预浸树脂流动性能或通过在干纤维中使用粘合剂/2D面纱。

此外，顶部增强性能材料片(未示出)可定位成沿着板层120的截面的顶部“T”延伸并且覆盖例如定位在第一增强性能材料片122的凹入部140内的纤维的第二丝束126。定位顶部增强性能材料片将包入定位在沿着板层120的截面设置的其他类似定向的凹入部内的纤维。类似地，底部增强性能材料片(未示出)可定位成沿着板层120的截面的底部“B”延伸并且覆盖例如定位在第一增强性能材料片122的凹入部138内的纤维的第一丝束124。定位底部增强性能材料片将包入定位在沿着板层120的截面设置的其他类似定向的凹入部内的纤维。

参考图8，在该实施方式中，板层150的截面具有两个子层142和144，该两个子层各自具有针对图7的上述板层120的构造。子层142和144中的每个的部件的编号与如在图7中所见和所述的编号相同。子层144覆盖子层142。在该实施方式中，板层150包括定位在子层142与144之间的第二增强性能材料片146。第二增强性能材料片146横跨板层150的宽度延伸。如在先前的实施方式中描述的，其他增强性能材料片可定位成横跨板层150的顶部“T”延伸且覆盖子层144，并且定位成横跨板层150的底部“B”且位于子层142的下面。

第二增强性能材料片146包入定位在例如凹入部138和140内的纤维的丝束。在该实例中，增强性能材料片146位于子层144的凹入部138下面并且覆盖子层142的凹入部140。横跨凹入部的开放部分(定位成横跨板层150的截面)延伸的片146的这种构造包入定位在相应凹入部内的多个纤维。参考图9，在该实施方式中，板层160的截面具有两个子层152和154。子层154覆盖子层152。在该实施方式中，子层152具有与上述图7中的板层120的构造相同的构造。子层152的部件的编号与如在图7中如见和所述的编号相同。在该实例中，板层160不包括任何增强材料片，然而，增强材料片可以设置在子层152与154之间。另外，额外的增强性能材料片可定位成覆盖子层154并且位于子层152的下面。

对于子层154，波纹状结构与子层152的波纹状结构非常相似，然而，子层154的凹入部138’的长度“L”大约是子层152的凹入部138的长度“L”的长度的两倍。由于子层154的增强性能片122’的该细长形状(其沿着板层160的宽度延伸)，凹入部138’覆盖子层152的凹入部140并且桥接凹入部140。增强性能片122和122’的这种构造在每个子层152和154的凹入部之间提供了非对准或交错关系，从而使得凹入部重叠，诸如140上面的138’。此外，例如，子层154中连续的凹入部138’和140’各自保持大约是子层152的每个连续的凹入部138和140所保持的多个纤维的两倍。

虽然上文已描述了各种实施方式，但是本公开内容不旨在局限于此。可以对公开的实施方式做出变化，这些变化仍然在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种制造复合材料的板层，包括：

多个纤维，在沿着所述板层的截面的宽度的方向上展开；以及

第一增强性能材料片，在所述多个纤维内并且在所述板层的截面的顶部与底部之间延伸。

2.根据权利要求1所述的板层，其中，所述多个纤维包括：

纤维的第一丝束，定位成在沿着所述板层的截面的宽度的方向上延伸，并且定位在所述板层的截面的所述底部与所述第一增强性能材料片之间；以及

纤维的第二丝束，定位成沿着所述板层的截面的宽度延伸，并且定位在所述板层的所述顶部与所述第一增强性能材料片之间。

3.根据权利要求2所述的板层，所述板层进一步包括顶部增强性能材料片和底部增强性能材料片，所述顶部增强性能材料片沿着所述板层的所述顶部延伸并且覆盖所述第二丝束的所述多个纤维，所述底部增强性能材料片沿着所述板层的所述底部延伸并且位于所述第一丝束的所述多个纤维下面。

4.根据权利要求2所述的板层，其中：

纤维的所述第一丝束展开至一宽度尺度，其中，所述第一增强性能材料片覆盖并且扩展所述第一丝束的宽度尺度；并且

纤维的所述第二丝束覆盖所述第一增强性能材料片和所述第一丝束，并且展开至一具有与所述第一丝束的宽度尺度基本相同的宽度尺度的宽度尺度，且所述第一丝束的宽度尺度和所述第二丝束的宽度尺度彼此同延定位。

5.根据权利要求4所述的板层，所述板层进一步包括第三丝束，所述板层包括：

纤维的第三丝束，在沿着所述板层的截面的宽度的方向上展开并且定位成覆盖所述第二丝束的所述多个纤维，且所述第三丝束的宽度尺度具有与所述第二丝束的宽度尺度基本相同的宽度尺度；以及

第二增强性能材料片，定位成覆盖所述第二丝束并且定位于所述第三丝束与所述第二丝束之间；其中

所述第三丝束的所述多个纤维的宽度尺度和所述第二丝束的所述多个纤维的宽度尺度彼此同延定位，并且

所述第二增强性能材料片横跨所述第三丝束的宽度尺度和所述第二丝束的宽度尺度延伸。

6.根据权利要求5所述的板层，所述板层进一步包括顶部增强性能材料片和底部增强性能材料片，所述顶部增强性能材料片定位成沿着所述板层的所述顶部延伸并且覆盖所述第三丝束，所述底部增强性能材料片定位成沿着所述板层的所述底部延伸并且位于所述第一丝束下面。

7.根据权利要求4所述的板层，所述板层进一步包括：

另一丝束，包括在沿着所述板层的截面的宽度的方向上展开的多个纤维，并且从所述第一丝束、所述第二丝束以及所述第一增强性能材料片侧向地并抵靠所述第一丝束、所述第二丝束以及所述第一增强性能材料片而定位，且所述另一丝束的所述多个纤维在与所述第一丝束和所述第二丝束的所述多个纤维基本相同的方向上延伸；其中：

所述第一丝束和所述第二丝束具有的宽度尺度基本是所述另一丝束的两倍；并且

所述第一丝束、所述第二丝束和所述另一丝束各自具有基本相同数量的纤维。

8.根据权利要求7所述的板层，所述板层进一步包括顶部增强性能材料片，所述顶部增强性能材料片定位成沿着所述板层的所述顶部延伸并且覆盖所述第二丝束和所述另一丝束。

9.根据权利要求1所述的板层，其中，所述第一增强性能材料片从所述板层的所述顶部延伸至所述板层的所述底部。

10.根据权利要求1所述的板层，其中，所述多个纤维包括：

第一丝束；

第二丝束，其中，所述第二丝束的一部分覆盖所述第一丝束的至少一部分，且所述第一增强性能材料片定位在所述第一丝束与所述第二丝束之间；以及

第三丝束，其中，所述第三丝束的一部分覆盖所述第二丝束的至少一部分，且第二增强性能材料片定位在所述第二丝束与所述第三丝束之间。

11.根据权利要求10所述的板层，其中：

所述第一增强性能材料片在所述板层的所述顶部与所述底部之间延伸；并且

所述第二增强性能材料片在所述板层的所述顶部与所述底部之间延伸。

12.权利要求11所述的板层，所述板层进一步包括：

顶部增强性能材料片，沿着所述板层的截面的宽度横跨所述板层的所述顶部延伸，其中，所述顶部增强性能材料片接触所述第一增强性能材料片和所述第二增强性能材料片；以及

底部增强性能材料片，沿着所述板层的截面的宽度横跨所述板层的所述底部延伸，其中，所述底部增强性能材料片接触所述第一增强性能材料片和所述第二增强性能材料片。

13.根据权利要求1所述的板层，其中，所述多个纤维包括：

第一丝束；以及

第二丝束，其中：

所述第一丝束和所述第二丝束彼此相邻；

所述第二丝束的至少一部分覆盖所述第一丝束的至少一部分；并且

所述第一增强性能材料片的至少一部分定位在所述第一丝束与所述第二丝束之间。

14.根据权利要求1所述的板层，其中：

所述第一增强性能材料片形成凹入部；并且

所述多个纤维包括定位在所述凹入部内的第一丝束；并且

所述板层进一步包括：

第二增强性能材料片，所述第二增强性能材料片覆盖包入所述第一丝束的所述凹入部。

15.权利要求1所述的板层，所述板层进一步包括：

另一增强性能材料片，其中：

所述另一增强性能材料片在所述板层的所述顶部与所述底部之间延伸；并且

所述第一增强性能材料片定位成沿着所述板层的截面的宽度与所述另一增强性能材料片间隔开，并且所述第一增强性能材料片在所述板层的所述顶部与所述底部之间延伸；

顶部增强性能材料片，定位成沿着所述板层的截面的所述顶部延伸并且接触所述第一增强性能材料片和所述另一增强性能材料片；以及

底部增强性能材料片，定位成沿着所述板层的截面的所述底部延伸并且接触所述第一增强性能材料片和所述另一增强性能材料片，其中：

所述多个纤维包括第一丝束；并且

所述第一丝束被包入在所述第一增强性能材料片、所述另一增强性能材料片、所述顶部增强性能材料片以及所述底部增强性能材料片内。

16.根据权利要求1所述的板层，其中，所述第一增强性能材料片的至少一部分在沿着所述板层的截面的宽度的方向上以与所述板层的截面的所述顶部和所述底部中的至少一个的角度关系而延伸。

17.一种制造复合材料的板层，所述板层包括：

第一丝束，包括多个纤维，所述多个纤维在沿着所述板层的截面的宽度的方向上展开至一宽度尺度；

第一增强性能材料片，定位成覆盖所述第一丝束并且横跨所述第一丝束的宽度尺度而延伸；以及

第二丝束，包括多个纤维，其中：

所述第二丝束内的所述多个纤维在沿着所述板层的截面的宽度的方向上展开，以覆盖所述第一增强性能材料片和所述第一丝束，并且

所述第二丝束的所述多个纤维展开至一具有与所述第一丝束的宽度尺度基本相同的宽度尺度的宽度尺度，其中，所述第一丝束的宽度尺度和所述第二丝束的宽度尺度定位成彼此同延；以及

另一丝束，包括在沿着所述板层的截面的宽度的方向上展开的多个纤维，所述另一丝束从所述第一丝束、所述第二丝束以及所述第一增强性能材料片侧向地并抵靠所述第一丝束、所述第二丝束以及所述第一增强性能材料片而定位，且所述另一丝束的所述多个纤维在与所述第一丝束和所述第二丝束的所述多个纤维基本相同的方向上延伸；其中：

所述另一丝束具有与所述第一丝束和所述第二丝束的宽度尺度近似相同的宽度尺度；并且

所述第一丝束和所述第二丝束各自具有的所述多个纤维是所述另一丝束的所述多个纤维的近似二分之一；以及

顶部增强性能材料片，定位成沿着所述板层的所述顶部延伸并且覆盖所述第二丝束和所述另一丝束。

18.一种制造复合材料的板层，所述板层包括：

第一增强性能材料片，沿着所述板层的截面的宽度延伸；

纤维的第一丝束，定位成位于所述第一增强性能材料片下面；以及

纤维的第二丝束，定位在所述第一增强性能材料片的相对侧上，其中，纤维的所述第二丝束的纤维的至少一部分覆盖纤维的所述第一丝束的纤维的至少一部分，使得所述第一增强性能材料片的一部分定位在纤维的所述第一丝束与所述第二丝束之间，并且在所述板层的截面的底部与所述板层的截面的顶部之间延伸；其中：

所述第一增强性能材料片的定位在所述板层的截面的所述顶部处的部分具有所述第一增强性能材料片的第一部分，所述第一部分在沿着所述板层的截面的所述顶部的方向上从所述部分延伸，从而覆盖所述第一丝束；并且

所述第一增强性能材料片的定位在所述板层的截面的所述底部处的部分具有所述第一增强性能材料片的第二部分，所述第二部分在沿着所述板层的截面的所述底部的方向上从所述部分延伸，从而位于所述第二丝束下面。

19.根据权利要求18所述的板层，其中，所述第一增强性能材料片包括波纹状片。

20.一种制造复合材料的板层，所述板层包括：

所述板层的第一子层，包括第一增强性能材料片，所述第一增强性能材料片构造成具有限定至少两个凹入部的波纹状形状，其中：

所述第一增强性能材料片横跨所述板层的截面延伸；并且

多个纤维的至少一个丝束定位在每个所述凹入部内；以及

所述板层的第二子层，包括第二增强性能材料片，所述第二增强性能材料片构造成具有限定至少两个凹入部的波纹状形状，其中：

所述第二增强性能材料片横跨所述板层的截面延伸；

多个纤维的至少一个丝束定位在每个所述凹入部内；并且

所述第二子层覆盖所述第一子层。