CN105813828B - 复合制品中的连结纤维 - Google Patents

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Abstract

复合结构可以包括至少部分嵌入基体内的多个纤维(30)。纤维可以在至少一个连接部位(80)处彼此连接。

Description

复合制品中的连结纤维
相关申请的交叉引用
本申请是2010年12月15日提交的名称为“在复合材料中的选择性连结的纤维(SELECTIVELY COUPLED FIBERS IN COMPOSITES)”的在审美国申请序列号12/968,575的继续申请，并要求其优先权。
技术领域
一般而言，本公开涉及复合材料，并且更具体地涉及具有用于提高冲击性能的连结纤维的纤维增强的复合结构。
背景技术
复合结构通常包括利用纤维增强的基体，其中纤维被嵌入基体中。复合结构被设计为沿纤维的长度传递负荷。来自一个纤维的负荷可以通过穿过基体材料被转移至同一层中的另一个纤维或转移至相邻层中的纤维。然而，基体通常比纤维弱，这样使得当足够高的负荷由一个纤维跨过基体转移至另一个纤维时，基体将损坏。基体的损坏使得纤维在复合结构内横向移动。
在复合面板可能被抛射体撞击的冲击事件期间，纤维横向或向侧面移动的能力一般对复合面板的整体冲击性能是有害的。例如，基体中的纤维横向移动的能力使抛射体楔入纤维之间。抛射体在纤维之间的楔入使抛射体穿透复合面板的厚度而不使纤维断裂。在这一点上，纤维的横向移动和随后的抛射体楔入降低了面板的冲击性能效力。
由此可见，在本领域内存在对这样的复合结构的需要：其提供降低的纤维横向移动的易发性，使得冲击性能可以被提高。在复合结构的静态和/或准静态负荷期间，降低的纤维横向移动的易发性还可以导致复合结构的结构性能的提高。
发明内容
通过本公开具体解决并缓解了与用于冲击应用和结构应用的复合结构相关联的上述需要，在实施方式中，本公开提供了具有嵌入基体内的多个纤维的复合结构。纤维可以包括可以以彼此基本上平行关系取向的第一纤维和第二纤维。第一纤维和第二纤维可以在一个或多个连接部位处彼此连接。
在进一步实施方式中，公开的是具有嵌入基体内的多个纤维的复合结构。纤维可以包括可以以彼此基本上平行关系取向的第一纤维和第二纤维。第一纤维和第二纤维可以被布置在第一平面中并且可以在多个连接位置处彼此连接。
额外公开的是制造复合结构的方法，该方法可以包括以彼此基本上平行关系布置多个纤维的步骤。多个纤维可以包括第一纤维和第二纤维。方法可以进一步包括在至少一个连接部位处将第一纤维连接至第二纤维。方法可以进一步包括将多个纤维嵌入基体内。
还公开的是可以包括至少部分嵌入基体的多个纤维的复合结构。纤维可以在多个连接部位处彼此连接。每个连接部位可以具有连接类型和连接质量。至少两个连接部位可以具有不同的连接类型和/或不同的连接质量。
在进一步实施方式中，公开的是可以包括至少部分嵌入基体的多个纤维的复合结构。纤维可以布置在两层或更多层中。至少一层中的纤维的至少一个可以连接至另一层中的纤维的至少一个。
本公开还包括制造复合结构的方法。方法可以包括提供多个纤维，和在连接部位处将至少一部分纤维彼此连接。方法可以额外地包括提供具有不同连接类型和/或不同连接质量的至少两个连接部位。方法可以进一步包括将纤维嵌入基体。
在进一步实施方式中，公开的是制造复合结构的方法，其可以包括将多个纤维布置在两层或更多层中。方法可以包括将至少一层中的纤维的至少一个连接至另一层中的纤维的至少一个，并将纤维嵌入基体中。
可以在本公开的各种实施方式中独立地实现已经讨论的特征、功能和优点或者可以在又其它实施方式中组合已经讨论的特征、功能和优点，参考下面的描述和以下附图可以了解其进一步细节。
附图说明
参考附图，本公开的这些和其它特征将变得更清楚，其中贯穿全文同样的数字表示同样的部件，并且其中：
图1是包括基体和多个纤维的实施方式中复合结构的透视图；
图2是图1的复合结构的分解透视图，并且图解了实施方式中的多个纤维层，其中纤维在连接部位处以周期性间隔彼此连接；
图3是图1的部分复合结构的放大的透视图，并且图解了基体内纤维层的布置和进一步图解了每一个层的纤维的面内连结；
图4是与图3中图解的复合结构类似的复合结构的放大剖面图，并且图解了具有大体上细长截面形状的纤维的实施方式；
图5是在多个连接部位处彼此连接的单一纤维层的示意图，并且代表面内相邻纤维连结；
图6是纤维的示意图，其中层以单向配置布置并且其中纤维在跨越层的多个连接部位处连接，其代表复合制品的单向配置中的面外相邻纤维连结；
图7是以单向配置布置的一对纤维层的示意图，并且图解了连接相邻纤维的多个连接部位，和代表复合制品的单向配置中的面内和面外相邻纤维连结；
图8是以交叉层片配置布置的一对纤维层的示意图，并且图解了连接跨越交错布置的层的纤维的多个连接部位，代表复合制品的交叉层片配置中的面外相邻纤维连结；
图9是以交叉层片配置布置的一对纤维层的示意图，并且图解了连接跨越层的纤维的多个连接部位，和代表在复合制品的交叉层片配置中的一个层中的纤维与相邻的层中的相邻纤维和非相邻纤维的连结；
图10是包括多个层的复合结构的图解，并且图解了在面内配置中与多个连接部位连接的纤维的最外层；
图11是抛射体撞击复合结构的计算机模拟撞击事件的图解，并且图解了防止抛射体楔入纤维之间的纤维的面内连结；
图12是可以包括在制造具有多个连接部位的复合结构的方法中的一个或多个操作的流程图的图解；
图13A具有在布置在第一连接区域和第二连接区域中的连接部位处互相连接的纤维的复合结构的示意性俯视图；
图13B是图13A的复合结构的示意性侧视图，并且图解了沿第一连接区域和第二连接区域第一层和第二层的纤维的面外连结；
图13C是图13A的复合结构的示意性端视图，并且进一步图解了沿第一连接区域和第二连接区域第二层和第三层的纤维的面外连结；
图14是为单向配置的复合结构的示意性侧视图，并且图解了第一层和第二层的纤维的面外连结，同时剩余的层没有被连接至其它纤维；
图15是为单向配置的复合结构的示意性侧视图，并且图解了在每隔一个层(如，交替的层)中的纤维的面外连结；
图16是为交叉层片配置的复合结构的示意性侧视图，并且图解了成对的层之间的纤维的面外连结；
图17是为交叉层片配置的复合结构的示意性侧视图，并且图解了纤维的面外连结，同时不同的成对层之间的连接质量改变；
图18是在具有至少两个不同的连接类型和/或连接质量的多个连接部位处彼此连接的单一单向纤维层的示意图；
图19是具有在多个连接部位处彼此连接的第一纤维的第一层的示意图，和具有在多个连接部位处彼此连接的第二纤维的第二层的示意图，第二纤维之间的连接部位具有与第一纤维之间的连接部位不同的连接类型和/或连接质量；
图20是具有在第一连接部位、第二连接部位和第三连接部位处连接的各自的第一纤维、第二纤维和第三纤维的第一层、第二层和第三层的示意图，第一连接部位、第二连接部位和第三连接部位具有不同的连接类型和/或连接质量；
图21是具有连接至第二层的第一纤维层的复合结构的示意图，第二层配置为包括膜、片或板的平的元件；
图22是具有连接至第二层的第一纤维层的复合结构的示意图，第二层配置为包括编织纤维织物层片的平的元件；
图23是配置为编织纤维织物层片的第一层的示意图，其中连接的编织纤维织物层片中的纤维在纤维交叉处连接；
图24是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有作为整体连接部位图案的一部分的圆形形状，用于连结单独的层中的纤维或连接不同的层中的纤维；
图25是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有作为整体连接部位图案的部分的闭合的(closed)圆形形状；
图26是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有闭合的圆形形状并且以比图25中所示的局部连接区域更高的密度布置；
图27是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有作为整体连接部位图案的部分的正弦形状；
图28是多个局部连接区域的示意图，其具有不同厚度(thickness)的正弦形状；
图29是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有作为整体连接部位图案的部分的月牙形状；
图30是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有作为整体连接部位图案的部分的X形状；
图31是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有X形状并且以比图30中所示的局部连接区域更高的密度布置；
图32是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有X形状并且以比图31中所示的局部连接区域更高的密度布置；
图33是多个局部连接区域的示意图，每个局部连接区域具有作为整体连接部位图案的部分的条形状；
图34是具有被易熔鞘包围的芯的芯鞘纤维的截面图；
图35是彼此对接的一对芯鞘纤维的截面图；
图36是通过使鞘融合在一起彼此互相连接的一对芯鞘纤维的截面图；
图37是以交叉层片配置布置的芯鞘纤维的多个层的分解示意图；
图38是挤压在一起并且具有融合在一起的鞘的图37的层的示意性侧视图；
图39是将基体材料注入层之后复合结构的示意性侧视图；
图40是包含第一官能纤维和第二官能纤维的第一层和第二层的交叉层片配置的示意性透视图；
图41是以交叉层片结构布置的多个第一官能纤维和第二官能纤维的分解示意图；
图42是挤压在一起以在第二官能纤维接触第一官能纤维的位置处将第二官能纤维化学键合至第一官能纤维的图41的层的示意性侧视图；
图43是在将基体材料注入化学键合的层之后复合结构的示意性侧视图；
图44是图解可以包括在制造复合结构的方法中的一个或多个操作的流程图，所述复合结构具有在不同的连接类型和/或不同的连接质量的多个连接部位处连接的纤维；和
图45是图解可以被包括在制造具有多个层的复合结构的方法中的一个或多个操作的流程图，其中至少一个层中的纤维被连接至另一个层的纤维。
具体实施方式
现在参考附图，其中显示是为了图解本公开的优选的和各种实施方式，图1中所示为复合结构10的实施方式。复合结构10可以被构造为纤维增强的复合面板14，其包括基本上光学透明和/或红外透明的聚合物基体22和多个同样基本上光学透明和/或红外透明的纤维30，纤维30可以被嵌入聚合物基体22内。虽然图1中以具有面板表面16的面板14配置图解，但是复合结构10可以以多种大小、形状和配置中的任意一种提供，而没有限制，并且可以包括平的和/或空间曲率的表面。
参考图2，显示的是图1的面板14的分解图，并且图解了多个纤维30，其被形成为具有细长截面形状并且布置在层60中的窄条(strip)。在图2中，中间纤维由附图标记31指示。在层60中任一个中的纤维30可以以任何大小、形状和配置提供，并且不限于细长的截面形状。在本文中公开的任意实施方式中，在任意给定的层60中纤维30可以以彼此基本上平行关系取向，但是考虑了层60内的纤维30的非平行取向。有利地，如本文中所公开的复合结构10在一个或多个连接部位80处提供纤维30的彼此连结，如图2中所示意性图解的。例如，图2图解了层60中的三个，每个层60包括基本上平行于彼此布置的多个纤维30。在层60的每一个中的纤维30在多个连接部位80处被连接至相邻的纤维30，多个连接部位80可以以任意期望的间隔沿一个或多个纤维30的长度被隔开。纤维30在一个或多个连接部位80处的连结可以助于相邻纤维30和/或非相邻纤维30之间的相互作用和/或协作，其可以显著地改变通过复合结构10的负荷路径(如，负荷路径的方向和/或长度)并可以限制诸如在损坏事件诸如冲击撞击事件期间可能发生的通过复合结构10的损伤传播。此外，在本文公开的任意实施方式中，在一个或多个连接部位80处添加纤维30连结可以有利地改进和/或控制复合结构10的力学性质，包括改进诸如复合结构10的层间剪切强度、抗分层性、刚度、压缩强度、断裂韧性和损伤容限等的性质。
虽然图2图解了被示意性表示为在复合结构10的大体上展平的纤维30之间延伸的相对细的线的连接部位80。应当注意，在图1-9的示意图中并且在图13A-33的示意图中，每一个层60中的纤维30显示处于彼此夸张的间隔，以图解在一个或多个连接部位80处连结纤维30的概念。然而，真实的复合结构10的层60中的纤维30可以以相对紧密相邻彼此间隔，并且在一些实例中，每一个层60中的平行纤维30可以与另一个接触，但是可以仅在一个或多个连接部位80处被彼此连结。另外，图1-4的示意图显示了相对复合结构10的大小处于夸张的截面大小的纤维30。例如，虽然图2显示了复合结构10的三(3)个层60的每一个中的七(7)个单独的纤维30，但是真实的复合结构10在每一个层60中可以具有上万或更多的纤维30。此外，真实的复合结构10可以具有数百个层60。另外，在真实的复合结构10中，每一个纤维30的厚度可以相对地小。例如，每一个纤维30的厚度可以在大约5微米至大约5,000微米(如，0.0002至0.20英寸)的范围内。然而，纤维30可以以任意的纤维厚度50提供，而没有限制。
图2中连接部位80的示意性表示图解了每一个层60中纤维30的面内连结82。然而，在如下面所描述的多种不同布置的任意一个中，本公开考虑了纤维30的面外连结84或纤维30的面内连结82和面外连结84的组合。可以使用一个或多个连接类型88在一个或多个连接部位80处连结纤维30，一个或多个连接类型88包括但不限于粘合剂粘合、化学键合、热融合、机械销连(mechanical pinning)和/或其它适合的连接类型。粘合剂粘合可以包括使用适合的粘合剂在连接部位80处粘合纤维30。化学键合可以包括由于纤维30材料的化学组成在纤维30彼此接触的位置处反应性地键合纤维30的外表面，如下面所描述的。热融合可以包括在每个连接部位80处局部地加热纤维30以在每个连接部位80处将纤维30融合或焊接在一起。例如，纤维30可以在每个连接部位80处通过激光(未示出)局部地加热至纤维30的玻璃态转变温度之上的温度，以便将纤维30融合在一起。
在连接部位80处纤维30彼此连结的技术效果是提高复合结构10抵抗抛射体穿透通过复合结构10。更具体地，通过遍布复合结构10在一个或多个连接部位80处将纤维30彼此连结，降低抛射体楔入纤维30之间的能力。此外，遍布复合结构10在一个或多个连接部位80处的纤维30彼此连结提供了控制可以由于抛射体撞击被损伤的复合结构10的大小或面积的手段。在这一点上，遍布复合结构10在一个或多个连接部位80处连结纤维30提供了调整或定制(tailor)复合结构10的刚度的手段，用于提高当纤维30可能受到相对高应变率时诸如在冲击事件期间的冲击性能。另外，纤维30的连结可以被应用至受到静态负荷和/或准静态负荷的复合结构10，以提高这样的复合结构10的结构性能。
参考图3，显示的是复合结构10的放大的透视图，其图解了布置在基体22内的层60中的纤维30。在图3中，层60中的每一层包括基本上彼此平行取向的纤维30。每一个层60中的纤维30相对于相邻层60中的纤维30垂直取向，形成类似于图2中图解的复合结构10的交叉层片配置72。然而，对于本文中公开的任意实施方式，在复合结构10内，纤维30可以相对彼此以任意取向布置，并不限于图2和图3中所图解的布置。例如，层60的每一层中的纤维30可以平行于相邻层60中的纤维30取向，形成复合结构10的单向配置70(图6)。甚至进一步，在任意给定的层60中的纤维30可以相对于相邻层60中纤维30的取向以任意角度取向，而没有限制。例如，在本文中公开的任意实施方式中，一个层60的纤维30可以相对层60的相邻一层的纤维30以任意非垂直角度(即，15°、22.5°、45°、60°、75°等)取向。
虽然在图3中图解复合结构10为具有纤维30的三个层60，但是可以提供任意数目的层60。例如，复合结构10可以包含纤维30的单个层60或几十或上百个层60。在本文中公开的任意实施方式中，在一个或多个层60中的纤维30可以被布置为处于与相邻层60的纤维30接触或非接触的关系。例如，基体22可以支撑彼此非接触关系的纤维30。然而，在一些实施方式中，除了如图2和图3中所图解和如下面所讨论的在5-9中的可选实施方式中所图解的在连接部位80处连结纤维30以外，纤维30的层60以非接触关系布置。例如，图3-4以夸张的方式示意性地图解了间隔开的层60，使得纤维30处于彼此非接触关系。然而，在基体22中，层60可以被布置为彼此大体上接触关系。一些纤维可以在沿纤维30长度的一些位置处彼此接触，而在其它位置处，在层60之间可存在基体22的相对薄的膜。层60之间的间隔部分地取决于围绕或涂覆每个纤维30的基体22的厚度。例如，纤维30可以提供为具有围绕纤维30的基体22的涂层的预浸渍纤维30。
在以本领域熟知的工艺构造复合结构10期间，纤维30可以在层60中铺放在另一个之上，并可以被加热以软化并使得在相邻纤维30之间基体22交织(intermingling)，其后，复合结构10被冷却以使基体22凝固，并得到完成的复合结构10。在每个纤维30上的基体22的厚度将确定纤维30的层60之间的间隔。在复合结构10的设计期间，可以选择纤维30上的基体22涂层厚度以实现复合结构10的期望的纤维-体积分数，如本领域内所已知的。相比具有在一起间隔较近的层60的复合结构10，具有间隔开相对较远的层60的复合结构10将具有更少的总纤维30，并因此具有更少的纤维30的总体积(即，更低的纤维-体积分数)。在这一点上，纤维-体积分数表示在固化复合结构10中的纤维30的总体积相对于固化复合结构10的总体积。
相比具有较低纤维-体积分数的固化复合结构10，具有相对高的纤维-体积分数的固化复合结构10可以具有更高的比强度和/或更高的比刚度。因此，如本领域内所熟知的，对于一些应用，设计和构造复合结构10以具有相对高的纤维-体积分数可以是期望的。在一些实例中，复合结构10的纤维-体积分数可以在大约50-70％的范围内，但是更高的纤维-体积分数可以是可实现的。然而，复合结构10通常必须包括足够的基体22材料，以在复合结构10的寿命期间将纤维30相对彼此支撑在适当位置，使得100％的纤维-体积分数(即，复合结构10不包含基体22)通常是不期望的。应当注意，对于不同的应用，复合结构10内可以期望的比强度和比刚度可以是不同的。另外，如本领域内所熟知的，复合结构10的纤维-体积分数以及层60是处于接触关系或非接触关系可以基于制造考虑、重量考虑、成本考虑和多种其它考虑。
参考图4，显示的是类似于图3中图解的复合结构10的截面图，并且图解了基体22内三个(3)层60中纤维30的布置的实施方式。在图4中，位于上部的层60和下部的层60之间的中间纤维由附图标记31指示。由图4可见，在上部的层60中和在下部的层60中的两个纤维30可以提供具有细长的截面形状，其具有相对平坦或基本上平的纤维30的面，如，上表面44和下表面46，以使当光照到弯曲的表面或穿过弯曲的表面时否则可能发生的光的散射最小化。图4中的中间纤维以侧视图显示，其对应于截取图4的图3中纤维30、31的取向。
有利地，纤维30的上表面和下表面44、46的基本上平的配置减小了复合结构10的光学畸变。例如，当复合结构10为透明性，诸如建筑或交通工具的窗户时，光学畸变的减少可以提高通过复合结构10观察的物体的光学清晰度。纤维30的大体上细长的截面形状优选地提供有相对高的纵横比，纵横比可以被限定为纤维宽度52与纤维厚度50的比。在本文中公开的任意实施方式中，纤维30可以提供有细长的截面形状，该细长的截面形状具有相对平坦的或基本上平的纤维面，并且其中纤维具有可从大约3至大约500变化的纵横比，但是纤维30的截面可以以任意纵横比提供。此外，纤维厚度50可以以任意适合的厚度提供。在本文中公开的任意实施方式中，纤维30的厚度可以在大约5微米至大约5,000微米(如，0.0002至0.20英寸)的范围内。然而，纤维30可以以任意纤维厚度50提供，而没有限制。
依然参考图4，纤维30的细长的截面形状可以包括成对的基本上平的纤维30面(即，上表面和下表面44、46)，其优选地取向为基本上平行于复合结构10的结构表面12。然而，在本文中公开的任意实施方式中，纤维30可以嵌入基体22内并在嵌入基体22内取向，使得相对于结构表面12以任意取向布置纤维30的面。虽然图解为基本上平的，但是纤维30的面可以是轻微弯曲的，包括轻微地凹的、轻微地凸的或具冠的，而不限于严格地基本上平的或平坦的轮廓。甚至进一步，考虑纤维30的面可以在一个或多个纤维30的面上包括一个或多个表面特征(未示出)，而不限于图4中所图解的严格矩形细长的截面形状。
图4示意性地图解了图3的复合结构10的截面。如上面指出，图3的复合结构10中的纤维为交叉层片配置72，如本领域内所已知的，其中每一个层60中的纤维30的纵向方向垂直于相邻的层60中的纤维30的纵向方向取向。在这一点上，图4显示了沿图3的线4截取的上部、中间、和下部的层60中的纤维30的截面。在图4的上部的层60中，截面垂直于上部的层60中的纤维30的纵向方向。在图4的中间的层60中，纤维31的截面平行于中间的层60中的纤维31的纵向方向。在图4的下部的层60中，截面垂直于下部的层60中的纤维30的纵向方向。
在上部的和下部的层60中，显示相邻的纤维30的侧边缘48彼此间隔开。然而，在未示出的实施方式中，可以布置层60中的纤维30使得纤维30的侧边缘48以与纤维30的相邻一个的侧边缘48接触关系放置(如，参见图35-36)。然而，如上所述，纤维30可以以任意期望的间隔布置，而不限于图4中所图解的纤维30间隔。
现在参考图5，显示的是彼此分离的平行纤维30的层60的示意图。在这一点上，图5示意性地图解了以面内连结82布置连结纤维30的连接部位80，其类似于图2中图解的面内连结82布置。以相对粗的线宽图解纤维30并且纤维30可以选择性地在连接部位80处连结，以与表示纤维30的线宽相比相对较细的线宽图解连接部位80。图5中纤维30的布置表示单个层60，其中纤维30可以在至少一个连接部位80处彼此连接。
可以使用连接类型88在连接部位80处选择性地彼此连结图5中图解的纤维30，以在撞击事件期间，提供复合结构10的期望的响应，所述连接类型88可以具有如下面所详细描述的连接质量100。更具体地，图5图解了多个纤维30的第一纤维32和第二纤维34，其可以在多个连接部位80处彼此连接。在本文中公开的任意实施方式中，连接部位80可以沿纤维30的长度以多种布置分布。例如，图5图解了沿纤维30的长度连接部位80的相对均匀的间隔86。然而，连接相邻的纤维30的连接部位80可以沿纤维30的长度以预定周期性隔开，如下面更详细描述的。
第一纤维和第二纤维32、34可以通过粘合剂粘合、融合和/或机械销连或其它适合的连接类型88在多个连接部位80处彼此连接。粘合剂粘合可以包括使用适合的粘合剂诸如环氧树脂在连接部位80处粘合纤维30以在连接部位80处直接使纤维30彼此粘合。然而，可以使用其它适合的粘合剂来在连接部位80处使纤维30粘合在一起。在另一实施方式中，连接类型88可以包括在连接部位80处将纤维30融合或焊接在一起。例如，纤维30可以被局部加热到纤维30或纤维涂层的玻璃态转变温度或熔化温度之上，从而将纤维30融合或焊接在一起。在一些实施方式中，层60中的纤维30的侧边缘48(图4)可以置于与同一层60中相邻纤维30的侧边缘48接触关系。侧边缘48可以被局部加热以将纤维30局部融合或焊接在一起，以形成连接部位80。在图31-33中图解的进一步实施方式中，纤维30可以作为芯鞘纤维56提供，其可以被描述为具有由易熔材料形成的易熔鞘58包围的芯57。易熔鞘58是易熔的，这意味着两个芯鞘纤维56的易熔鞘58可被置于在至少一个位置处彼此接触并且易熔鞘58可以在接触位置处被局部加热以将易熔鞘58在该位置处熔化并融合在一起。易熔鞘58可以由任意材料形成，而没有限制，其包括金属材料、陶瓷材料、复合材料(如，环氧树脂、热塑性材料等)。例如，易熔鞘58可以由热塑性材料形成，其可以在连接部位80处被热塑性地熔合至另一个纤维30的易熔鞘58，如下面更详细描述的。
还参考图5，在进一步实施方式中，纤维30可以通过机械销连被局部机械连结。例如，可以将用于在连接部位80处机械地连结纤维30在一起的表面特征引入至纤维30的侧边缘48(图4)上，以连结纤维30在一起。在这一点上，纤维30的任意适合的部分可以在连接部位80处被机械地连结在一起。在非限制性实施方式中，机械销连可以包括沿纤维30增加局部点处的表面粗糙度，以降低或防止纤维30的相对轴向移动。在进一步实施方式中，切口(未示出)、凹坑(scallops)(未示出)或其它特征可以被运用至纤维表面42(图4)，以机械地将纤维30销连在一起并限制或抵抗纤维30相对彼此的相对轴向移动。纤维30之间的连结或连接可以限制纤维30的相对移动程度。更具体地，在连接部位80处纤维30彼此连接可以限制纤维30相对彼此的移动程度和/或限制纤维30相对基体22的移动。
连接类型88的选择可以基于期望的连接性程度。例如，可以选择连接类型88以提供可小于基体22的破坏应变的连接破坏应变，以限制纤维30相对彼此的移动量。在本公开的上下文中，应变包括破坏应变，其表示纤维30之间的连接损坏或断裂处的应变。另外，在本文中公开的任意一个实施方式的上下文中，诸如强度、应变和弹性模量的性质是就动态性质和/或准静态性质而言的。连接质量100可以表示为在连接部位80处的连接强度、连接破坏应变和弹性模量。连接强度可以表示断裂连接部位80处纤维之间的连接所需的力的大小。连接强度可以按照绝对值或相对值表征。例如，在连接部位80处的连接强度的绝对值可以按照断裂两个纤维30之间的连接所需的力的磅数表征。连接强度还相对而言可表征为复合结构10内的基体材料的强度的百分比。连接破坏应变可表示纤维30之间的连接损坏或断裂处的应变，并可以表征为基体22的破坏应变的百分比(正或负)，如上面所讨论的。连接部位80的弹性模量可以描述为连接部位80的抗张模量或杨氏模量，并可以表征为当施加力时纤维30之间的连接拉伸的相对刚度或趋势。
在其中连接类型88包括相对低的连接应变的布置中，在撞击事件期间，可在连结纤维30之间出现相对强的相互作用。在实施方式中，纤维30之间的连接可以表征为具有相对基体22的破坏应变相差至少大约25％的破坏应变的连接。例如，连接可以具有高于基体22的破坏应变至少25％的破坏应变。可选地，连接可以具有低于基体22的破坏应变至少25％的破坏应变。然而，连接可以包括占基体22的破坏应变的任意百分比的破坏应变。
另外，图5中图解的纤维30诸如第一纤维和第二纤维32、34之间的连接可以由连接强度相对于基体22的拉伸强度限定。在本文中公开的任一个实施方式中，纤维30之间的连接强度可以表征为具有相对基体22的拉伸强度相差至少大约25％的拉伸强度的连接。例如，连接强度可以高于基体22的拉伸强度25％。可选地，连接强度可以小于基体22的拉伸强度25％。然而，连接强度可以包括占基体22的拉伸强度的任意百分比的拉伸强度，并且不限于相对基体22的拉伸强度相差至少大约25％的连接强度。
图5图解了面内连结82配置中纤维30的连结，其中连结的纤维30在同一层60中直接相邻彼此定位。在这一点上，虽然附图大体上图解了相邻纤维30的连结，但是考虑纤维30的连结可以包括非相邻纤维30的连结。由图5中可见，第一层62包括相邻彼此定位并在连接部位80处彼此连结的第一纤维和第二纤维32、34。在本申请中，第一层62可以指定为具有复合结构10的层堆叠66的任意层60，并且可以包括层堆叠66的最外层60(如，顶部层60或底部层60)或层堆叠66内的内层60。在本文中公开的任一实施方式中，连接部位80可以被以任意期望的间隔隔开，期望的间隔包括间隔86的图案或周期性。这样的间隔86的图案或周期性可以便利纤维30和/或复合结构10的制造。然而，在任意附图中的连接部位80的间隔86可以是随机的或连接部位80的随机的和周期性的间隔86的组合，并且其可以以任意期望的方式改变，从而实现复合结构10的任意给定部分的期望损坏响应，如下面更详细描述的。另外，在给定的层60中连接纤维30的连接部位80可以以如图24-33的非限制性实例中所图解的并在下面更详细描述的整体连接部位图案110布置。
还参考图5，纤维30的面内连结82可以大体上限定纤维30的平的层60，其可以被描述为大体上平行于参考坐标系24的x-y平面，如图5中所图解的。如图6-9中所图解的面外连结84可以包括与x-y平面不一致的连结，诸如大体上沿参考坐标系24的z轴取向的连结。然而，面外连结84可以包括相对x-y平面以任意角度的连结，其包括但不限于图9中所图解的面外连结84。
图6图解了使用连接部位80的纤维30的面外连结84。更具体地，图6图解了第一层62和第二层64，每个层包括多个纤维30。在本申请中，第一层62可以指定为具有复合结构10的层堆叠66的任意层60，如上所指示的。同样地，第二层64可以指定为具有复合结构10的层堆叠66的任意层60，并且可以包括层堆叠66的两个(2)最外层60(如，两个顶部层60或两个底部层60)，或层堆叠66内的两个(2)内层60。在图6中，第一层62可以包括第一纤维32。第二层64可以包括第二纤维34。第一层62的第一纤维32可以相邻第二层64的第二纤维34定位。由图6可见，第一层和第二层62、64中的每一个包括多个纤维30，这些纤维30各自基本上彼此平行取向，使得图6中的布置形成层60的单向配置70。
在图6中，层60的每一层中的纤维30可大体上彼此对齐，从而有助于面外连结84，其中相邻放置的纤维30沿可以平行于图6中所图解的参考坐标系24的z-轴的方向在连接部位80处连接。虽然图6中的连接部位80图解为以均匀间隔布置，但是连接部位80可以以多种不同的间隔86布置中的任一种隔开。例如，连接部位80可以沿纤维30的长度以预期的周期性隔开。连接部位80的间隔86的周期性可以包括基本上均匀的间隔86，如图5和6中所图解的。然而，周期性可以包括沿纤维30的长度几何学上改变或渐进(即，逐步增加或减小)的间隔。连接部位80可以以多种其它布置隔开，所述布置包括随机间隔或正弦周期性的间隔或其它适合的间隔布置，其可以针对应用定制。
现在参考图7，显示的是选择性连结纤维30的配置的进一步实施方式，并且其结合了图5中图解的面内连结82配置和图6中图解的面外连结84配置。例如，图7图解了这样的布置，其中第一层62包括第一纤维和第二纤维32、34，和第二层64包括第三纤维和第四纤维36、38。第三纤维和第四纤维36、38基本上平行于第一纤维和第二纤维32、34取向。在这一点上，第一层和第二层62、64的每一个中的纤维30可以基本上彼此平行取向，使得图7图解了层60的单向配置70。图7图解了面内连结82，其中第一层62中的第一纤维和第二纤维32、34图解为在多个连接部位80处互相连接。同样地，第二层64中的第三纤维和第四纤维36、38图解为在多个连接部位80处互相连接。
在图7中，通过使用一个或多个连接部位80连接第一层62中的第一纤维32和第二层64中的第三纤维36以及连接第一层62中的第二纤维34和第二层64中的第四纤维38提供面外连结84。图7图解了直接彼此相邻放置的纤维30的连结。然而，本公开考虑了非相邻纤维30的连结。此外，图7图解了对齐的第一层62中的纤维30与第二层64中的纤维30的连结。然而，考虑了在不同层60中的纤维30可以不必须彼此垂直对齐，而可以水平偏移(即，相对于y轴)。
参考图8，显示了图解用于层60的交叉层片配置72的纤维30连结的布置。图8图解了一个层60中纤维30与另一个层60中纤维30的面外连结84。例如，在图8中，显示的是包括直接彼此相邻定位的第一纤维和第二纤维32、34的第一层62。可见，第一层62中的纤维30基本上彼此平行。图8中的第二层64包括第三纤维、第四纤维和第五纤维36、38、40，其也基本上彼此平行取向，但是其相对第一纤维和第二纤维32、34基本上垂直取向。在这一点上，第一层和第二层62、64图解了层60的交叉层片配置72，如图2和3中所图解的复合结构10中所实施的。
还参考图8，可见第三纤维和第五纤维36、40直接相邻第四纤维38定位并定位在第四纤维38的相对侧上。可以通过在注意的(noted)连接部位80处连接第一纤维32至第三纤维和第五纤维36、40的每一个促进第一层和第二层62、64的面外连结84，所述注意的连接部位80可以位于第一纤维32与第三纤维和第五纤维36、40之间最短距离的近似位置处。同样地，第二纤维34可以在这样的连接部位80处被连结至第四纤维38，该连接部位80近似位于第二纤维34和第四纤维38之间最短距离处。图8中图解的布置表示交错布置的纤维30的面外连结84。虽然图8图解了交叉层片布置，其中一个层60的纤维30大体上垂直于相邻层60的纤维30取向，但是本文中公开的任意实施方式的交叉层片布置可以包括一个或多个层60中的纤维30相对复合结构10中任意其它层60的纤维以非平行角度(即，15°、22.5°、45°、60°、75°等)取向。
参考图9，显示的是图8中图解的实施方式的变形，并且其中图9图解了第一层62与第二层64中相邻纤维30的面外连结84。图9额外地图解了非相邻纤维30的交错的面外连结84。例如，图9图解了在第三纤维和第五纤维36、40被连接至第一纤维32的连接部位80的位置处第二纤维34被进一步连接或连结至第三纤维和第五纤维36、40。在这一点上，图9图解了在单个连接部位80处多个纤维30的连结，其相对于在单个连接部位80处仅具有单个连接的纤维30连结，可以提供连结纤维30之间的提高的或更强的相互作用。
图5-9图解了不同层60中连结纤维30的配置，来实现诸如对撞击事件在复合结构10中的期望响应。例如，图5-9图解了用于相邻和非相邻纤维30以及用于单向配置70和交叉层片配置72的面内连结82、面外连结84以及面内连结82和面外连结84的组合。然而，如更早先指示的，一个层60的纤维30可以相对于相邻层60的纤维30以任意取向布置，包括相对于相邻层60的纤维30的任意非垂直取向，并且不限于单向配置70和交叉层片配置72。
对于本文中公开的任一个实施方式，纤维30和/或基体22可以由任何基本上光学透明的材料和/或红外透明的材料组成。光学透明性可以包括在可见光谱中的透明性。红外透明性可以包括在红外光谱中的透明性。然而，对于不期望复合结构10的光学透明性的应用，纤维30和基体22可以由提供降低的光学透明性的材料组成，这样的材料包括但不限于基本上不透明的材料。在这一点上，纤维30和基体22可以由具有在光学光谱和/或红外光谱中基本上透明和基本上不透明之间的任意期望透明性水平的材料组成。在实施方式中，基体22和/或纤维30可以由热塑性材料形成，所述热塑性材料可以包括下述材料中的至少一种：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、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯和聚甲醛。另外，基体22和/或纤维30可以由任意适合的热固性材料形成，所述热塑性材料包括但不限于聚氨酯、酚醛树脂、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酯和环氧树脂。甚至进一步，基体22和/或纤维30可以由玻璃或玻璃材料形成，所述玻璃或玻璃材料包括E玻璃(即，铝-硼硅酸盐玻璃)、S玻璃(即，铝硅酸盐玻璃)、纯二氧化硅、硼硅酸盐玻璃、光学玻璃和其它适合的玻璃。纤维30和/或基体22还可以由无机材料形成，包括但不限于碳、碳化硅和硼。纤维30可以额外地由金属材料形成，包括但不限于钢、钛、铜、铝和其它金属材料或金属合金。基体22和/或纤维30还可以由陶瓷材料形成。
参考图10，显示的具有以交叉层片配置72布置的多个层60的复合结构10的图解。图10中图解的复合结构10包括层60的堆叠66，其具有定位在复合结构10的最上部分上的最外层68和复合结构10的最下侧上的最外层68。在实施方式中，复合结构10可以配置为用于提供冲击保护的面板14。最外层68中的纤维30可以直接相邻面板14的承击面(strikeface)18安置。承击面18可以包括旨在或配置为接受诸如来自抛射体的撞击的面板14的侧面。面板14的背面20可以定位在面板14的相对侧，如图10所图解的。最外层68每个在图10中图解为包括多个基本上平行的纤维30，所述基本上平行的纤维30在多个连接部位80处彼此连结，使得图10中图解的每个最外层68表示类似于图5中示意性图解的纤维30的面内连结82。层60可以嵌入适合的基体22中。例如，基体22可以包括树脂，诸如环氧树脂。在另一个非限制性实施方式中，尽管纤维30和基体22可以由上面指示的多种不同的材料和材料组合形成，但是纤维30可以任选地包括嵌入陶瓷或玻璃基体22中的金属纤维。
参考图11，显示的是计算机模拟的撞击事件200，其中沿箭头208指示的方向移动的抛射体已经部分穿过面板14，其类似于图10中图解的面板14。图11图解了抛射体撞击对面板14的背面20的作用。由图11可见，由于在多个连接部位80(图5-9)处的纤维30(图5-9)的连结，可以减速或捕获抛射体，使其没有完全穿过复合结构10。虽然背面20在计算机模拟中图解为表现基体开裂202和纤维结合破坏(disbonding)204，但是背面20的最外层68(图10)中的纤维30的连结可以防止抛射体楔入通过连结纤维30之间。
如更早先指示的，纤维30的连结，诸如图11中所图解的面内连结82，可以通过粘合剂粘合、融合、机械销连和其它适合的手段实现。此外，纤维30的连结可以针对复合面板14意图用于的环境或应用调整或定制。例如，对本文中公开的任一个实施方式，可以选择连结纤维30的连接部位80的周期性以在撞击事件期间提供连结纤维30之间的期望量的相互作用。如上所指示的，纤维30之间的连接部位80可以促进多个纤维30的相互作用和/或协作，其可以改变在冲击撞击事件期间通过复合结构10的负荷路径(如，负荷路径的方向和/或长度)，并限制在冲击撞击事件期间通过复合结构10的损伤传播。此外，经由一个或多个连接部位80的纤维30连结可以改进和/或控制复合结构10的层间剪切强度、刚度、压缩强度、断裂韧性和损伤容限。可以选择纤维30的连接性的程度以实现期望的冲击性能。例如，对于本文中公开的任一个实施方式，以防止相对移动和最小化或消除抛射体(图11)的楔入-通过的方式，可配置一个或多个连接部位80具有可以小于用于将纤维30系在一起的基体22的屈服和/或破坏应变的连接屈服和/或破坏应变。可以定制连结以在撞击事件期间提供有限量的损坏，从而保存面板14(图11)的非撞击部分的光学透明性。
参考图12，显示的是流程图的图解，其包括可以在制造复合结构10的方法中实施的一个或多个操作。图12的步骤302可以包括以彼此基本上平行关系布置多个纤维30，并且其中纤维30可以包括第一纤维和第二纤维32、34。在这一点上，图5-9图解了层60的每一个中的纤维30为基本上彼此平行取向的。附图中的纤维30图解为以跨越层60的宽度相对均匀的间隔86布置。然而，如上面所指示的，本公开考虑了非均匀或变化的纤维30的间隔，从而提供对冲击事件的期望响应或提供期望水平的光学或机械性能。
还参考图12，制造复合结构10的方法的步骤304可以包括将第一纤维32连接至第二纤维34，类似于图5中图解的那样。在这一点上，可以在多个连接部位80处实施第一纤维32和第二纤维34之间的连接。如早先所指示的，可以使用一个或多个连接类型88(图5)实现这样的连接部位80，所述连接类型88包括但不限于粘合剂粘合(图5)、融合(图5)、机械销连和在连接部位80处用于连结纤维30的其它手段。
可以以面内82配置连结纤维30，类似于图5中图解的那样，其中第一纤维32可以连接至第一层62中的多个纤维30的第二纤维34，并且其中第一纤维和第二纤维32、34可以彼此相邻定位。可选地，方法可以包括在包括第一层62和第二层64的两个层60中布置多个纤维30，类似于图6中图解的那样。从图6中可见，第一层62可以包括第一纤维32，和第二层64可以包括第二纤维34。方法可以包括相邻彼此定位第一纤维和第二纤维32、34，并在一个或多个连接部位80处连接第一纤维和第二纤维32、34，以提供纤维30的面外连结84。
图12的步骤304可以进一步包括以面内连结82和面外连结84的组合连结多个层60的纤维30。例如，图7图解了第一层62和第二层64中的多个纤维30。第一层62图解为包括第一纤维和第二纤维32、34。第二层64中包括第三纤维和第四纤维36、38。第一层62中的纤维30平行于第二层64中的纤维30，使得图7图解了层60的单向配置70。步骤304可以包括在多个连接部位80处连接第三纤维和第四纤维36、38以提供连接部位80处的面内连结82。同样地，可以在一个或多个连接部位80处面内82连结第一纤维和第二纤维32、34。可以在步骤304中通过在多个连接部位80处将第一纤维和第二纤维32、34连接至第三纤维和第四纤维36、38的各自一个实现面外连结84。
在构建图8中图解的布置中，第一层62中的多个纤维30可以包括第一纤维和第二纤维32、34，其可以基本上彼此平行取向并且其可以直接彼此相邻定位。同样地，第二层64可以包括第三纤维、第四纤维和第五纤维36、38、40，其也可以基本上彼此平行取向并相对于第一层62的第一纤维和第二纤维32、34垂直。步骤304可以包括在连接部位80处将第一纤维32连接至第三纤维和第五纤维36、40中的每一个，该连接部位80近似地定位于第一纤维32与第三纤维和第五纤维36、40中各自一个之间的最短距离处。同样地，第二纤维34可以在连接部位80处连接至第四纤维38，该连接部位80在跨越第二纤维34和第四纤维38的最短距离的位置处。
在这一点上，步骤304可以包括层60的交叉层片配置的构造，其中层60中的纤维30以交错的、面外连结84配置连接。图9表示通过在将第一纤维32连接至第三纤维和第五纤维36、40的连接部位80处将第二纤维34连接至第三纤维和第五纤维36、40在纤维30之间额外水平的连接。在这一点上，图9图解了在面外84配置中用于交错相邻和非相邻纤维30连结的手段。
可以通过适合的连接手段在连接部位80处连接纤维30(图5-9)，其包括但不限于在连接部位80处使用适当粘合剂诸如环氧树脂，诸如通过局部加热纤维30的待被粘合至相邻纤维30的侧边缘48(图4)或其它部分，粘性地粘合纤维30。还可以在连接部位80处通过融合或焊接诸如通过局部施加热能或热至相邻纤维30的局部部分连接纤维30。例如，局部加热可以包括将纤维30加热到玻璃态转化温度或熔化温度之上，使得纤维30材料在局部区域融合在一起，并然后使其冷却。在非限制性实施方式中，纤维30的局部加热可以包括加热元件以局部施加热至连接部位80用于局部融合纤维30。可选地，局部加热可以包括超声加热纤维30。在进一步实施方式中，可以通过在连接部位80处机械地销连纤维30诸如通过应用纤维30的局部增加表面粗糙度或通过在纤维30上形成机械特征——诸如通过在连接部位80的位置处局部变形纤维30——促进纤维30之间的连接。例如，可以在纤维表面42(图4)中形成切口，用于接合在相邻纤维30中形成的相应机械特征。
还可以选择连接部位80的连接质量100(图5-9)来提供如上面提到的连结纤维30之间的期望程度的相互作用。例如，连接质量100可以包括连接应变，其可以是连接屈服应变和/或连接破坏应变。连接屈服应变可以表示连结纤维30之间或纤维30和平的元件78之间的连接塑性变形(如，非弹性变形)处的连接应变。连接破坏应变可以表示连结纤维30之间或纤维30和平的元件78之间的连接损坏或断裂处的应变。连接质量100还可以包括连接部位80的连接强度和/或弹性模量。可以比基体22的拉伸强度高的连接强度在撞击事件期间提供高程度的连结纤维30的相互作用。在实施方式中，连接应变可以小于基体22的破坏应变。可选地，连接质量100可以包括可以大于基体22的破坏应变的连接应变和可以小于基体22的拉伸强度的连接强度，以在撞击事件期间提供低程度的连结纤维30的相互作用和/或促进连结纤维30相对彼此相对更大量的移动。连接部位80的弹性模量可以描述为连接部位80的抗张模量或杨氏模量，并可以表示纤维30之间和/或纤维30和平的元件78之间的连接的相对刚度，如下面所描述的。
在非限制性实施方式中，每个连接部位80(图5-9)可以包括连接质量100(图5-9)和可以包括与基体22的破坏应变相差至少大约25％的连接屈服和/或破坏应变(图5-9)和/或与基体22的拉伸强度相差至少大约25％的连接强度(图5-9)。然而，连接质量100可以相对基体22的破坏应变和拉伸强度包括连接应变和连接强度的任何期望的组合，以实现复合结构10的期望响应。可以考虑下面的因素——包括但不限于环境因素诸如温度和湿度——和/或作为事件参数的函数——包括但限于抛射体速度、质量、硬度、几何大小、截面面积和其它因素——来选择连接质量100。
如上面所指示的，纤维30可以使用连接类型88连结在一起，上述连接类型88诸如粘合剂粘合、化学键合、热融合、机械销连和/或其它连接类型。可以通过使用具有预定强度和应变性质的粘合剂控制连接质量100诸如两个纤维之间粘合剂粘合的连接强度和连接应变。粘合剂的连接强度和/或连接应变可以是由粘合剂的制造商提供的广告的性质。可选地，粘合剂的连接强度和/或连接应变可以通过测量拉开由粘合剂粘合在一起的两个零件所需的力的量实验地确定，诸如在实验室环境中受控条件下。当测量连接强度时，还可以测量粘合剂的连接破坏应变。如本领域中所知的，连接应变是在粘合损坏的点处两个零件之间的粘合剂粘合的位移或拉伸的量的量度。可以通过改变纤维30的至少一个的化学组成，改变两个纤维30之间的化学键合的连接强度和/或连接应变。例如，如下面所描述的，第一官能纤维140(图40)可以由具有化学组成的材料形成，该材料在第一官能纤维140和第二官能纤维142彼此接触的位置处与第二官能纤维142(图40)的材料化学反应并形成化学键合。
可以在实验室环境中通过执行测量拉开由于两个零件的不同化学组成化学键合的两个零件所需的力的量的一系列测试来测试化学组成的不同组合。来自这样的实验室测试的连接强度和连接应变数据可以被用于选择第一官能纤维140的化学组成和第二官能纤维142的化学组成，使得化学键合在连接第一官能纤维140与第二官能纤维142的连接部位80处具有期望的连接强度和连接应变。纤维30的热融合和纤维30的机械销连的连接强度和连接应变也可以在实验室环境中以类似于上面描述的用于粘合剂粘合和化学键合的方式进行确定。例如，可以通过改变两个纤维30之间热融合连接的大小或长度改变两个纤维30之间的热融合的连接强度和/或连接应变。例如，两个纤维30之间相对长的热融合连接部位80将比两个纤维30之间相对短的热融合连接部位80具有更高的连接强度。可以在实验室中确定不同类型的机械销连和/或使用熟知的强度分析技术分析地确定不同类型的机械销连，以确定对应每个机械销连配置的每个类型的连接强度和连接应变。表示不同类型的热融合和不同类型的机械销连的连接强度和连接应变的实验室测试数据可以被用于选择在连接复合结构10中的纤维30中待实施的连接类型。还可以通过执行确定每个连接类型的强度性质的强度分析确定连接强度和连接应变。
有利地，纤维30(图5-9)的连结通过增加在冲击事件或撞击事件期间纤维30对抛射体(图11)楔入纤维30之间的抵抗提供提高面板14或其它复合结构10的冲击性能的手段。另外，纤维30的连结可以促进控制被冲击事件或撞击事件损坏的区域的程度或大小。同样地，在连接部位80处纤维30的连结可以提供用于在面板14的非撞击部分中实现对弯曲和最小化光学畸变的期望程度的面板刚度或抗性的手段。
待用于连接复合结构10中纤维30的连接类型88和/或连接质量100的选择可以基于如上面所描述的不同类型88的强度分析和/或实验室测试的结果确定。例如，给定的连接类型88的连接强度和/或连接应变可以在实验室中确定。如强度分析领域熟知的，可以构建真实的复合结构10的有限元模型或计算机模型(未示出)以促进预测在复合结构10中纤维30之间的连接部位80处期望的连接强度和/或连接应变。真实复合结构10的计算机模型可以包括在复合结构中包括的纤维30的计算机模型。计算机模型中纤维30之间的连接部位80可以被分配为连接类型88具有如上面所描述的分析地和/或实验地确定的相应的连接强度和/或连接强度。关于在使用期间复合结构10可以受到的负荷(如，负荷的大小和方向)，可以进行测定。
负荷情况的计算机模拟可以被运用至复合结构10的计算机模型以确定复合结构10对负荷的反应。计算机模拟的结果可以指示在模拟负荷下复合结构10的相对变形量(deflection)。计算机模型的相对变形量可以表示含有使用连接类型80和/或连接质量100连接的纤维30的复合结构10的刚度。可以利用连接复合结构10的纤维30的多种不同的连接部位80执行多次计算机模拟，以确定当受到负荷时复合结构10的响应(即，刚度)。以该方式，关于待并入真实复合结构10的连接部位80的最佳连接类型88和/或连接质量100，可以进行测定。
图12的步骤306可以包括至少部分地将纤维30嵌入基体22，类似地。如上面所指示的，基体22优选地由基本上光学透明的和/或红外透明的材料形成。同样地，纤维30优选地由基本上光学透明的和/或红外透明的材料形成。步骤306可以包括固化或凝固基体22和/或纤维30以形成具有连接部位80的复合结构10，其中纤维30以期望的连接类型88和/或连接质量100连接。如上面所指示的，在连接部位80中待实施的连接类型88和/或连接质量100可以根据上面所描述的数据分析地选择和/或试验地确定。在这一点上，复合结构10可以受到热和/或压力以促进固化或凝固。
参考图13A-13C，显示的是为单向配置70并具有在连接部位80处互相连接的纤维30的复合结构10的实例的示意图，该连接部位80布置在局部的连接区域114、116中。如上面所指示的，多个纤维30可以至少部分地嵌入复合结构10的基体22内。每个连接区域114、116可以表示同一层60中纤维30可以连结在一起的位置和/或不同层60中纤维可以被连结在一起的位置。图13A是复合结构10的示意性俯视图，其显示了多个第一连接区域114和多个第二连接区域116的布置。在所示实施方式中，水平取向的第一连接区域114比水平取向的第二连接区域116更靠近在一起。垂直取向的第一连接区域114可以比垂直取向的第二连接区域116更远离地隔开。然而，复合结构10可以提供有以任意布置或间隔取向的连接区域，并不限于图13A中所示的布置。另外，连接区域可以以任何几何大小、形状、取向和配置提供，并且不限于图13A中所示的相对窄的、线性形状的第一连接区域和第二连接区域114、116。
图13B是图13A的复合结构10的示意性侧视图。在图13B中，以相对粗的(如，浓的)线宽图解纤维30，并在相比于表示纤维30的粗线宽以相对浅的(如，细的)线宽图解的连接部位80处选择性地将纤维30连结在一起。图13B图解了沿第一连接区域114第一层和第二层62、64的纤维30的面外连结84和沿第二连接区域116在第二层和第三层64、65中纤维30的面外连结84。虽然显示第一层、第二层和第三层62、64、65中纤维30在每个层中具有平行纤维30的单向配置70，但是在第一层、第二层和第三层62、64、65的任意一个中的纤维30可以相对同一层中其它纤维30以任意取向布置和相对其它层中其它纤维30以任意取向布置。另外，层62、64、65的任意一个可以提供为编织纤维织物层片74(图22)或为平的元件78(图22)，诸如膜、片或板，如下面所讨论的。此外，复合结构10可以包括任意数目的具有沿一个或多个连接区域互相连接的纤维30的层60，并且不限于图13B中所示布的三层62、64、65布置。
图13C是图13A的复合结构10的示意性端视图，并图解了沿第一连接区域114第一层和第二层62、64的纤维30的面外连结84并进一步图解了沿第二连接区域116第二层和第三层64、65的纤维30的面外连结84。然而，如上面所指示的，复合结构10可以提供有表示同一层60中纤维30之间的连接部位80和/或表示不同层60中纤维30之间的连接部位80的连接区域。通过在同一层60和/或不同层60中纤维30连结位置提供局部连接区域114、116，可以针对复合结构10预期用于的环境或应用定制复合结构10的性能。例如，局部连接区域114、116可以在撞击事件期间在复合面板14的某些位置中提供纤维30连结和纤维30相互作用，以保持复合面板14的非撞击部分的光学透明性，或提供复合面板14的其它的冲击或光学性能特性。另外，连接区域的任意一个中的连接部位80可以提供有不同的连接类型88和/或不同的连接质量100，并且不限于在每个连接部位80处相同的连接类型88和/或相同的连接质量100。
图14是处于单向配置70并具有包括十(10)个层60的层堆叠66的复合结构10的示意性侧视图，并且图解了直接相邻层60之间诸如层1和2之间的纤维30的面外连结84。剩余层3-10的任意一个中的纤维30可以不连接至其它层60中的纤维30。虽然图14中的纤维30以单向配置70布置——其中每个层60中的纤维平行于其它的层60中的纤维，但是层60的任意一个中的纤维30可以不平行于其它层60中的纤维30。例如，在两个或更多个层60中的纤维30可以以交叉层片配置72(如，一个层60中的纤维30垂直于另一个层60中的纤维30)或以其它角度取向提供。有利地，通过使两个或更多个层60中的纤维30互相连接，可以定制复合结构10的冲击性能。例如，连接复合结构10的最外层60(如，层1-2)中的纤维30可以增加最外层60中互相连接的纤维30之间的相互作用，其可以导致相对具有未连结纤维30的内层60(如，层3-10)的减少的刚度，最外层60的刚度增加。
图15为单向配置70的复合结构10的示意性侧视图。显示复合结构10具有含有十(10)个层60的层堆叠66，并图解了在层堆叠66的交替的层60中的纤维30的面外连接84。在所示实施方式中，层1、3、5、7和9中的纤维30可以被连结，而层2、4、6、8和10中的纤维30可以是未连结的。图15表示多种实施方式的一个实例，其中在至少一个层60中的至少一个纤维30可以被连接至至少一个其它层60中的至少一个纤维30。纤维30可以在多个连接部位80处被连接。在复合结构10诸如复合面板14中，连结层60的两个之间的纤维30的连接部位80可以是与连接两个或更多个其它层60之间的纤维30的连接部位80相比不同的连接类型88和/或不同的连接质量100。另外，在任意一个层60中，纤维30可以利用连接部位80连结至同一层60内的其它纤维30，该连接部位80可以具有相同的或不同的连接类型88和/或连接质量100。例如，在本文中公开的任意一个多层复合结构10的实施方式中，最外层60的纤维30之间的连接部位80可以具有连接质量100，其相对于内层60之间连接的纤维30之间的可以具有低强度/高应变连接108的连接部位80的连接质量100，包括高强度/低应变连接106。
图16是以交叉层片配置72的复合结构10的示意性侧视图，并图解了不同的层60对中的纤维30之间并且具有不同连结密度的面外连结84。例如，图16图解了层1的所有纤维30被连结至层2的一个或多个纤维30。层2-3、4-5、6-7和8-9可以是未连结的。层3-4之间的连结密度可以小于层1-2之间的连结密度。例如，层3的每隔一个的纤维30可以被连结至层4的一个或多个纤维30。连结层对的剩余对可以具有减少的连结密度。例如，层5的每第四个纤维30可以被连结至层6的一个或多个纤维30。层7的每第九个纤维可以可以被连结至层8的一个或多个纤维。层9-10之间的连结密度可以小于层7-8之间的连结密度。通过在某些层60对中提供增加的连结密度，连结的层60对可以相对具有减少的连结密度的层对的整体刚度表现增加的整体刚度。
应当注意，层60的连结对的整体刚度不同于纤维30之间的连接部位80处的局部刚度。例如，图16中的复合结构10可以在由最外层1-2限定的复合结构10的区域中具有相对高的刚度，并且在从第3层至第10层的复合结构10的向下方向具有降低的刚度。在最外层处复合结构10的相对较高刚度和在内层60中降低的刚度可以有利地提高复合结构10的冲击性能。在图16的实施方式中，显示连结层对中的纤维30的连接部位80具有相同的连接类型88和/或连接质量100。
图17是以交叉层片配置72在不同的层60对中具有面外连结84的复合结构10的进一步实施方式的示意性侧视图——类似于图16中所示的实施方式，并进一步图解了不同的层对之间的连接部位80中连接质量100的变化。例如，连结层1-2之间的纤维30的连接部位80可以提供有第一连接类型88a和/或第一连接质量100a。第一连接类型88a的实例可以包括但不限于粘合剂粘合、化学键合、热融合和机械销连。如上所指示的，粘合剂粘合可以包括使用粘合剂在连接部位80处粘合纤维30。化学键合可以包括在第一官能纤维140接触第二官能纤维142的位置处反应性地键合第一官能纤维140(图40)至第二官能纤维142(图40)，如图40-43中所示和下面所描述的。
热融合可以包括在其中易熔鞘58彼此接触的位置处局部地加热芯鞘纤维56的易熔鞘58和融合芯鞘纤维56的易熔鞘58与芯鞘纤维56的易熔鞘58，如图34-39中所示和下面所描述的。例如，可以通过激光(未示出)在连接部位80处局部加热易熔鞘58至易熔鞘58的玻璃态转变温度以上的温度，从而局部地将两个芯鞘纤维56的易熔鞘58融合在一起。在图17中，连结剩余的连结层对之间的纤维30的连接部位80可以提供有第二连接类型88b和/或第二连接质量100b，所述第二连接类型88b和/或连接质量100b可以不同于第一连接类型88a和/或连接质量100a。第二连接类型88b的实例也可以包括但不限于粘合剂粘合、化学键合、热融合和机械销连。应当理解的是，相同层60中的连接部位80可以提供有不同的连接类型88和/或连接质量100，以实现复合结构10的期望的冲击性能。
图18是单向纤维30的单一(如，第一)层62的示意图。在本文中公开的任意实施方式中，复合结构10可以包括未示出的额外的层60。这样的额外的层60可以由纤维30组成和/或额外的层60可以配置为平的元件78(图19)，如下面所描述的。在图18中，单向纤维30可以基本上彼此平行取向，并且可以经由多个连接部位80处的面内连结82彼此连接。
在图18中，第一层62内的连接部位80可以具有至少两种不同的连接类型88a和88b和/或连接质量100a和100b。在一些实施方式中，不同的连接类型88可以在第一层62内形成图案(pattern)。例如，层60可以包括第一纤维32、第二纤维34、第三纤维36和第四纤维38。第一纤维32可以在第一连接类型88a和/或连接质量100a的一个或多个连接部位80处被连接至第二纤维34。第三纤维36可以在第二连接类型88b和/或连接质量100b的一个或多个连接部位80处被连接至第四纤维38，所述第二连接类型88b和/或连接质量100b不同于第一连接类型88a和/或连接质量100a。例如，图18图解了具有由纤维30之间延伸的实线表示的第一连接类型88a和/或连接质量100a的连接部位80的第一层62的外部区域上的连接部位80，和具有由纤维30之间延伸的虚线表示的第二连接类型88b和/或连接质量100b的连接部位80的第一层62的内部部分上的连接部位80。
复合结构10可以包括在给定层30内形成图案的不同连接类型88。连接类型88的图案可以以任意方式提供，并且不限于图18中图解的连接图案。如上面所讨论的，在本文中公开的任一个实施方式中，连接类型88可以包括粘合剂粘合、融合、机械销连、化学键合和/或用于在连接部位80处互相连接纤维30的其它手段。如上面所描述的，连接质量100可以表示为连接部位80处的连接强度。连接质量100还可以表示为连接部位80处的连接破坏应变。如上面所描述的，连接破坏应变可以表示为纤维30之间的连接损坏或断裂处的应变，并可以表征为基体22的破坏应变的百分比(正或负)，如上面所讨论的。另外，连接质量100可以表示为连接部位80的弹性模量或抗张模量，并且可以表征为连接部位80的相对刚度，如上面所描述的。
图19是具有第一层62和第二层64的复合结构10的示意图，第一层62具有在多个连接部位80处彼此连接的第一纤维30，和第二层64具有在多个连接部位80处彼此连接的第二纤维30。第一层62内连结第一纤维30的连接部位80可以与第二层64内连结第二纤维30的连接部位80相比具有不同的连接类型88和/或连接质量100。例如，第一纤维30可以在第一连接类型88a和/或连接质量100a的多个连接部位80处连结在一起。第二纤维30可以在第二连接类型88b和/或连接质量100b的多个连接部位80处连结在一起，所述第二连接类型88b和/或连接质量100b可以不同于第一连接类型88a和/或连接质量100a。另外，虽然未示出，但是第一纤维30的一个或多个可以在多个连接部位80处连结至第二纤维30的一个或多个，所述多个连接部位80可以具有相同的连接类型88和/或连接质量100或不同的连接类型88和/或连接质量100。第一层和第二层62、64可以以单向配置、以交叉层片配置、或以其中第一层62中的纤维30不平行于第二层64中的纤维30的其它布置提供。
图20是具有第一层、第二层和第三层62、64、65和各自的第一纤维30、第二纤维30和第三纤维36的复合结构10的实施方式的示意图，所述各自的第一纤维30、第二纤维30和第三纤维36在具有不同的连接类型88a、88b、88c和/或不同的连接质量100a、100b、100c的各自的第一连接部位、第二连接部位和第三连接部位80a、80b、80c处连结。第一层62中的第一纤维30之间的连接部位80表示为实线的第一连接类型88a和/或连接质量100a。第二层64中的第二纤维30之间的连接部位80表示为虚线的第二连接类型88b和/或连接质量100b。第三层65中的第三纤维36之间的连接部位80表示为幻线(phantom line)的第三连接类型88c和/或连接质量100c。然而，层60的任一个可以包括第一、和第二、和/或第三连接类型88a、88b、88c和/或连接质量100a、100b、100c的任意组合。
图21是具有第一层62和第三层65的复合结构10的示意图，所述第一层62和第三层65每个由单向纤维30组成。第二层64可以配置为平的元件78。第一层和第三层62、65的至少一个中的纤维30的至少一个可以在一个或多个连接部位80处被连接至平的元件78。纤维30和平的元件78之间的连接可以增加纤维30和平的元件78之间的相互作用——诸如当复合结构10被抛射体撞击时。在这一点上，纤维30和平的元件78之间的连接部位80可以在冲击事件期间诸如当抛射体撞击和/或正穿过复合结构10时，限制纤维30的移动。纤维30和平的元件78之间的连接部位80可以减少或阻止抛射体楔入纤维30之间，如上面关于不同的层60中纤维30的连结所描述的。另外，纤维30和平的元件78之间的连接部位80可以增加平的元件78的面外刚度(如，与平的元件78正交)，其可以改善平的元件78在冲击事件期间减速穿过复合结构10的抛射体的能力。
图19图解了第一层和第三层62、65中的纤维30在多个连接部位80处连结至平的元件78。将纤维30连接至平的元件78的连接部位80可以具有相同的或不同的连接类型88和/或连接质量100。平的元件78可以是膜、片或板。膜、片或板可以由复合或非复合材料形成，并且可以包括非纤维材料或纤维材料。非复合材料可以包括拉伸的聚合物材料或膜，或未拉伸的聚合物膜。拉伸的聚合物膜可以是单向拉伸的或双向拉伸的。膜可以是在形成膜期间或在形成膜之后有意拉伸的。膜的拉伸可以引起膜分子成为基本上对齐的，其可以增加膜的拉伸强度。当连同其他纤维30层60嵌入基体材料时，拉伸的膜可以提高复合结构10的特定性能。在实施方式中，平的元件78可以由诸如玻璃、复合材料、陶瓷材料、金属材料诸如金属箔的材料形成，并且可以进一步包括编织材料(woven material)或非编织材料，其包括织物和毛毡。
图22是具有连接至编织纤维织物层片74的纤维30的第一层62的复合结构10的示意图。在实施方式中，编织纤维织物层片74可以包括多个纤维30。纤维30可以由多种不同材料中的任一种形成，所述不同材料包括但不限于聚合物材料、玻璃、陶瓷材料和/或金属材料。在实施方式中，第一层62的纤维30可以在织物纤维30交叉的一个或多个位置处连结至第二层64的编织纤维织物层片74。将纤维30连结至编织纤维织物层片74的连接部位80可以具有相同的和/或不同的连接类型88和/或连接质量100。
图23是可以包括在复合结构10中的第一层62的示意图。第一层62可以配置为编织纤维织物层片74。编织纤维织物层片74中的纤维30可以在纤维30交叉处的连接部位80(如，节点76)处经由面内连结82彼此连结。在连接部位80处的纤维30的连结可以增加在撞击期间诸如冲击事件期间纤维30的相互作用。在冲击事件中，纤维30的增加的相互作用可以涉及比如果纤维30没有被连结否则将涉及的更大量的纤维30。纤维30的增加的相互作用可以降低抛射体的速度。连接部位80可以具有相同的和/或不同的连接类型88和/或连接质量100。连接类型88和/或连接质量100可以作为定制含有编织纤维织物层片74的复合结构10的冲击性能和/或光学性能的手段而改变。编织纤维织物层片74可以由多种材料中的任一种形成，所述多种材料包括聚合物、金属、玻璃、陶瓷和/或其它材料。
图24-33是整体连接部位图案110的非限制性实例的示意图，所述整体连接部位图案110可以在用于连接单独的层60中的纤维30，用于连接不同的层60中的纤维30和/或用于连接纤维30至一个或多个平的元件78的复合结构10中实施。一般而言，纤维30、层60和/或平的元件78的连结可以增加这样的连结纤维30、层60和平的元件78之间的相互作用，其可以增加连接零件在减速抛射体撞击和/或穿过复合结构10中的能量吸收能力。
通过以整体连接部位图案110布置连接部位80，而不是遍布复合结构10均匀地探测到纤维30，降低了构造成本和时间。另外，通过以整体连接部位图案110布置连接部位80，复合结构10当被抛射体撞击时可以展现特定的冲击性能。例如，通过提供整体连接部位图案110为开放的(open)圆118(图24)或闭合的圆120(图25-26)的布置，未连接至其它纤维30的纤维30在冲击事件期间比连接至其它纤维30的纤维30可以拉伸更大程度——在由环118、120表示的区域中。未连结纤维30的增加的拉伸可以使这样的纤维30在冲击事件期间比连结至其它纤维30的纤维30吸收更大量的抛射体的能量。然而，连结纤维30可以在冲击事件期间提高对变形的抵抗，并因此相对未连结纤维30可以帮助保持环118、120的区域中的复合结构10的光学透明性的初始水平，未连结纤维30可以在冲击事件期间更大程度变形，导致在冲击事件之后这样的区域中光学透明性的更大损失。可以基于复合结构的物理环境、预期遭遇的冲击抛射体的大小和各种其它因素，设计局部连接区域112的几何形状、大小和间隔。
在实施方式中，一个或多个整体连接部位图案110可以在单独的层60中实施用于连结层60内的纤维30。可选地，或除了连结层60内的纤维30之外，一个或多个整体连接部位图案110还可以实施用于将一个或多个层60中的纤维30与其它的层60中的纤维30连接。一个或多个整体连接部位图案110还可以实施用于将一个或多个层60中的纤维30连结至平的元件78，诸如膜、片、板、或编织纤维织物层片。
例如，在图24中，整体连接部位图案110可以表征为在以圆118的形状布置的多个连接部位80处彼此连接的单向纤维30的层60的示意性俯视图。图24中所示的整体连接部位图案110还可以表征为层60的堆叠的示意性侧视图，并且图解在表示以圆形形状118布置的连接部位80的位置的局部连接区域112处层60的连结。在本文中公开的任意实施方式中，一个或多个整体连接部位图案110可以被应用至基本上全部的一个或多个层61，如从层(一个或多个)61上方观察的，或一个或多个连接区域112或图案可以被应用至一个或多个层61的局部部分(一个或多个)，如从层(一个或多个)61上方观察的。例如，整体连接部位图案110可以沿复合面板14的周边边缘132局部地施加，以沿复合面板14的周边边缘132提供纤维30之间的局部含量的连接部位80，以沿周边边缘132增加或减少纤维30约束。在另一实例中，一个或多个整体连接部位图案110可以局部施加至复合面板14，诸如围绕或相邻复合面板14中的特征，以改变复合面板14的局部机械性质。例如，连接区域112可以围绕复合面板14中紧固件孔130施加，以增加连结紧固件孔132附近的纤维30的连接部位80的含量。围绕紧固件孔132的纤维30的连结可以局部地增加围绕紧固件孔132的复合面板14的刚度、损伤容限(如抗分层性)和其它局部性质(如，机械的、冲击的)。相似地，一个或多个整体连接部位图案110可以跨越复合结构10的层堆叠66施加，如从侧面观察的，或一个或多个连接区域可以被施加至复合结构10的层堆叠66的局部部分，以局部地改变复合结构10的性质(如，机械的、冲击的)。
图25是多个局部连接区域112的示意图，其每个具有作为整体连接部位图案110的一部分的闭合的圆形形状120。纤维30和/或层60可以在由闭合的圆形形状120封闭的区域内彼此连结。局部连接区域112之间的间隔可以表示层60内未连结的纤维30和/或复合结构10内未连结的层61。未连结的层61可以表示复合结构10中的如此位置，其中诸如在撞击事件期间纤维30可以能够纵向地拉伸和/或纤维30可以能够横向分散开，以吸收抛射体的能量。
图26是多个局部连接区域112的示意图，其每个具有闭合的圆形形状120并且以高于图23中所示的闭合的圆形形状120的密度布置。相对较低密度的闭合的圆形形状120，较高密度的闭合的圆形形状120可以导致复合结构10的冲击性能和/或光学性能的差异。在本文中公开的任意实施方式中，在局部连接区域112的每一个中，连接类型88和/或连接质量100可以是相同的。可选地，不同的局部连接区域112可以具有不同的连接类型88和/或连接质量100。
图27示意性地图解了多个局部连接区域112，其每个具有作为整体连接部位图案110的一部分的正弦形状124。虽然相对纤维30的纵向取向大体上纵向对齐，但是正弦形状124可以以相对纤维30的任意角度(如45°或其它)取向，以实现期望的冲击性能特性。图28是局部连接区域112的示意图，其具有不同厚度的正弦形状124。图26中正弦形状124的不同厚度可以包含较大数目的连接部位80，其相对于图25中所示布置，可以导致复合结构10的不同的性能特性。
图29是多个局部连接区域112的示意图，其每个具有作为整体连接部位图案110的一部分的月牙形状126。月牙形状126可以以任意大小、形状、密度和配置提供。在这一点上，在图24-33中图解的局部连接部位80图案是多种不同的整体连接部位图案110中的任意一种的若干实例，所述多种不同的整体连接部位图案110可以实施用于连接复合结构10的纤维30和/或层60。
图30是多个局部连接区域112的示意图，其每个具有作为整体连接部位图案110的进一步实施方式的一部分的X形状122。X形状122可以彼此隔开，如图30中所示，以允许在定位在X形状122之间的区域处纤维30的受控约束。另外，X形状122可以彼此隔开，使得给定的层60中的一些纤维30未连结至同一层30中的其它纤维30，或使得复合结构10的一些层未连结至其它层。
图31是以比图30中所示X形状122的局部连接区域112更高密度布置的多个X形状122的局部连接区域112的示意图。更高密度可以导致更多的连结，并因此导致在撞击事件期间增加的纤维30和/或层60的相互作用。图32是相对图30或31中的局部连接区域112的密度，进一步增加密度的X形状122的局部连接区域112的示意图。在任意复合结构10实施方式中，不同类型的局部连接区域112可以在单个复合结构10中实施。例如，复合结构10可以包括X形状122、闭合的圆形形状120和/或任意其它几何形状或大小的组合。
图33是多个局部连接区域112的示意图，其每个具有以整体连接部位图案110布置的条形状128。虽然条形状128相对纤维30和/或层60的方向大体上垂直取向，但是条形状128可以以相对纤维30或层60的任意取向或取向组合布置。例如，条形状128可以以相对纤维30的纵向方向和/或相对层60的纵向方向45°角度或其它角度取向。
图34是芯鞘纤维56的截面图，其是具有由易熔鞘58包围的芯57的纤维30类型。芯鞘纤维56可以被包括在复合结构10的任意实施方式中。例如，复合结构10的一个或多个层60可以包括单向的芯鞘纤维56。在进一步实施方式中，复合结构10的一个或多个层60可以包括由编织在一起的多个芯鞘纤维56构成的编织纤维织物层片74(图21)。在实施方式中，芯57可以比鞘58具有更高的强度。在一些实施方式中，可在形成芯57期间或形成芯57之后，拉伸芯57以提高纤维56的拉伸强度。在一些实施方式中，芯鞘纤维56可以以大体上平坦的截面形状提供，以提供复合结构10的提高的光学性能。例如，图34图解了具有平行四边形形状的芯鞘纤维56，但是可以提供其它平坦的形状，诸如大体上矩形形状。在实施方式中，芯鞘纤维56可以具有大体上平的上表面和下表面44、46，其可以大体上彼此平行。在这一点上，平坦的和/或基本上平的纤维56的面可以通过最小化否则当光照在或穿过具有大体上圆的截面形状的芯鞘纤维56时可能出现的光的散射，减少复合结构10的光学畸变。通过最小化穿过复合结构10的光的散射，可以减少光学畸变，其可以提高通过透明复合结构10观察的物体的清晰度。
图35是以并排布置彼此对接的一对芯鞘纤维56的截面图。芯鞘纤维56可以包括在包含多个单向芯鞘纤维56的纤维30的层60中。可选地，芯鞘纤维56可以包括在由多个单向芯鞘纤维56构成的编织纤维织物层片74中，如上面所指示的。
图36图解了诸如通过局部加热鞘58，在侧面将鞘58融合在一起之后的芯鞘纤维56。在纤维30被嵌入基体22之后，在一个或多个位置处，一个或多个芯鞘纤维56的鞘58也可以被融合至基体22。在实施方式中，鞘58可以由与形成基体22相同的材料形成。例如，易熔鞘58可以由热塑性材料形成，其可以基本上类似于基体22的热塑性材料。然而，易熔鞘58可以由任意类型的材料形成，诸如金属材料、陶瓷材料、复合材料(如，环氧树脂、热塑性材料等)。在由芯鞘纤维56构成的编织纤维织物层片74中，易熔鞘58可以在编织纤维织物层片74中纤维30彼此交叉的位置处被融合92在一起。如上面所指示的，易熔鞘58还可以在一个或多个连接部位80处被融合92或以其它方式连接至其它的层60。
图37是以交叉层片配置72布置的芯鞘纤维56的多个层60的分解的示意性侧视图。在所示实施方式中，芯鞘纤维56的每一个可以具有大体上矩形截面形状或其它形状。如上面所指示的，芯57可以由相对高强度材料形成。易熔鞘58可以由热塑性材料形成，覆盖芯57。在一个或多个层60中的芯鞘纤维56在芯鞘纤维56之间可以具有空隙。在所示实施方式中，在交替的层60中的芯鞘纤维56可以以交错的形式或类似的形式布置，使得当沿正交或垂直于芯鞘纤维56的上表面和/或下表面的方向观察时，一个层60中的芯鞘纤维56至少部分地与另一个层60中的芯鞘纤维56之间的空隙对齐。虽然图37图解了复合结构10的交叉层片配置72，但是芯鞘纤维56可以以任何期望的布置或图案取向，而没有限制。
图38是具有挤压在一起使得芯鞘纤维56的易熔鞘58彼此接触的层60的图37的复合结构10的示意性侧视图。可以施加热以将鞘58融合在一起。例如，对于其中鞘58由热塑性材料形成的实施方式，图38图解了芯鞘纤维56的上表面和下表面的热塑性融合。可以使用激光或其它加热机构局部地施加热，以局部地加热芯鞘纤维56的鞘58彼此接触的一个或多个位置。可选地，可以诸如在烘箱或反应釜中，或使用其它加热方法加热复合结构10。在实施方式中，可以以使得鞘58融合在一起的方式施加热。例如，可以加热热塑性鞘58上至热塑性材料的熔化温度，以引起鞘58的接触部分至少部分地熔化并融合在一起。
图39是在易熔鞘58的热塑性融合之后，图38的复合结构10的示意性侧视图。复合结构10可以用基体22材料浸渍或注入基体22材料，以填充芯鞘纤维56之间的空隙或开放空间。可以施加热和/或压力以固化和/或凝固复合结构10。
图40是第一层62和第二层64的交叉层片配置72的示意性透视图。如上面所指示的，第一层62和第二层64可以定位在层堆叠66内的任何位置中。第一层62可以包括第一纤维32，和第二层64尅包括第二纤维34。至少一部分第一纤维32可以提供为第一官能纤维140。至少一部分第二纤维34可以提供为第二官能纤维142。在第一官能纤维140接触第二官能纤维142的位置处，第一官能纤维140可以与第二官能纤维142化学反应(如，化学键合至第二官能纤维142)。在这一点上，第一官能纤维140可以由与第二官能纤维142反应和/或化学键合至第二官能纤维142但不与自身反应或自身化学键合的任何材料形成，而没有限制。同样地，第二官能纤维142可以由与第一官能纤维140反应和/或化学键合至第一官能纤维140但不与自身反应或自身化学键合的任何材料形成，而没有限制。更具体地，第一官能纤维140可以不与其它第一官能纤维140反应(如，不化学键合至其它第一官能纤维140)。同样地，第二官能纤维142可以不与其它第二官能纤维142反应(如，不化学键合至其它第二官能纤维142)。第一官能纤维140和第二官能纤维142彼此化学反应，如上面所指示的。与之相比，如上所指示的，芯鞘纤维56具有可以与另一芯鞘纤维56的易熔鞘58局部地融合(如，熔化在一起)以在两个芯鞘纤维56之间形成局部连接的易熔鞘58。
在实施方式中，第一官能纤维140可以提供为由上面描述的纤维材料的任一种形成并涂覆有环氧树脂材料的环氧官能纤维140a(参见图41-43)，或环氧官能纤维140a可以由固体环氧树脂形成。在实施方式中，第二官能纤维142可以包括胺官能纤维142a(参见图41-43)。胺官能纤维142a可以由胺化合物或当放置接触环氧官能纤维140a时与环氧树脂化学反应的其它化合物形成。环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间的接触可以导致在环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间的接触位置处交联和/或至少部分固化和化学键合96。
在复合结构10的一些实施方式中，第一层62可以包括以彼此平行关系布置的环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a，但是环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a可以以非平行关系取向，其包括但不限于以编织布置。胺官能纤维142a可以与环氧官能纤维140a交替。例如，在图40中，在第一层62中每第三个纤维可以是胺官能纤维142a，并且第一层62中剩余的纤维可以是环氧官能纤维140a。第二层64中的纤维30可以相对第一层62中的纤维30垂直(或其它角度)取向，并且还可以包括每第三个纤维30为胺官能纤维142a和剩余的纤维30为环氧官能纤维140a。
官能化纤维30的方法可以包括等离子处理、电晕处理、湿法化学方法、聚合物掺合和/或其它方法。在这一点上，纤维30可以沿纤维的整个长度官能化。可选地，可以根据沿纤维30的长度的图案官能化纤维30。在一个实施方式中，每个纤维30可以沿纤维30的长度以某些增量提供有期望的官能度。例如，纤维30可以沿纤维30长度以二分之一英寸增量或沿纤维30长度以任意其他均匀或不均匀图案提供有环氧官能度(如，环氧树脂涂层)。其它纤维30可以沿纤维30长度以期望的增量提供有胺官能度。可以以在复合结构10内提供纤维30连结的期望图案的方式官能化纤维。
在进一步实施方式中，复合结构10可以提供有自反应涂覆的纤维(未示出)。自反应涂覆的纤维可以具有自反应涂层(未示出)，其当自身接触时化学反应(如，化学键合)，但不与裸纤维(即，未涂覆的纤维)化学反应或结合。自反应涂层可以与基体22反应或可以不与基体22反应。在实施方式中，复合结构10可以包括布置在第一层62和第二层64中的纤维30。第一层62和第二层64可以分别包含第一纤维32和第二纤维34。
至少一部分第一纤维32可以包括自反应涂覆的纤维和第一层62中剩余的纤维可以包括未涂覆的纤维30或没有用自反应涂层涂覆的纤维30。同样地，至少一部分第二纤维34可以包括自反应涂覆的纤维和第二层64中剩余的纤维30可以包括未涂覆的纤维30或没有用自反应涂层涂覆的纤维30。在这样的复合结构10中，自反应涂覆的纤维可以在自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处连接至其它自反应涂覆的纤维。在一些实施方式中，自反应涂层可能需要自外部反应引发源(未示出)施加热和/或能量以引发或引起自反应涂层自身反应并自身化学地键合。例如，在一个纤维30的自反应涂层接触另一个纤维30的自反应涂层的位置处，可以以整体图案或局部图案将热、辐射、湿气或其它反应引发机构施加至纤维30。外部反应引发源可以包括激光，其可以以局部图案施加热以在这样的纤维30彼此接触的位置处连结自反应涂覆的纤维。
在一些实施方式中，可以通过沿一个或多个纤维30的长度以期望的图案(如，每二分之一英寸)施加自反应涂层控制纤维30的连结。此外，复合结构10中至少一个层60可以包括自反应涂覆的纤维30和未涂覆的纤维30或裸纤维30(如，非自反应涂覆的纤维30)。例如，复合结构10的一个层60可以包括交替的自反应涂覆的纤维30和未涂覆的纤维30。甚至更进一步，层堆叠66内不同的层60可以包括自反应涂覆的30纤维和未涂覆的纤维30的不同图案以为连结复合结构10内的纤维30提供不同的布置。复合结构10内某些层60可以基本上由自反应涂覆的纤维30组成，而复合结构10中其它的层60可以基本上由未涂覆的纤维30组成。
可以基于第一官能纤维140和第二官能纤维142的化学相容性选择第一官能纤维140、第二官能纤维142和其它官能纤维30的化学构成和/或官能度，以便将如期望地发生纤维30之间的化学反应(如，化学键合)。还可以基于期望的连接质量100(如，强度、弹性模量、连接屈服和/或破坏应变等)选择第一官能纤维140和第二官能纤维142的化学构成和/或官能度。另外，可基于复合结构10的期望的光学性质选择第一官能纤维140和第二官能纤维142的化学构成和/或官能度。例如，对于给定的温度变化和在使用期间复合结构10可以经受的光的波长，可以基于纤维30材料和基体的折射率和/或折射率的温度系数选择第一官能纤维140和第二官能纤维142的化学构成或材料。还可以基于化学相容性、期望的连接质量100和/或期望的光学性质(例如折射率)选择自反应涂覆的纤维30的化学构成和/或材料，以近似地匹配纤维30材料、涂层材料和基体材料。
还可以沿层60和/或层至层内任意的单独纤维30、纤维至纤维的长度改变官能化/涂层的存在、含量、类型或性质。例如，如上面所指示的，可以沿纤维30的长度改变环氧-涂层的连接类型88或连接质量100。应当理解，任意的层60中的纤维30可以以任意取向布置，而没有限制，并且不限于图40中所示交叉层片配置72。此外，任意的层60中的纤维30可以由胺官能纤维142a的任意部分相对层60中的环氧官能纤维140a的部分组成。另外，给定的层60中的任一个纤维30可以是非环氧官能纤维140a或非胺官能纤维142a。例如，第一层62可以基本上全部由环氧官能纤维140a组成，并且可以基本上没有胺官能纤维142a。第二层64可以基本上全部包括胺官能纤维142a，并且可以基本上没有环氧官能纤维140a。对于包含环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a的层60，纤维30可以在层内以任意布置交替。例如，纤维30可以在环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间交替。可以实施任意数目的多种布置用于布置环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a。
图41是布置在层60中的多个环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a的分解的示意性侧视图。在所示实施方式中，环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a中每一个可以具有大体上矩形截面形状，但是这样的纤维140a、142a可以以任意截面形状提供，而没有限制。纤维140a、142a可以以期望的取向初始地布置，诸如图41中所示的交叉层片配置。在所示实施方式中，交替的层60中的纤维140a、142a可以以交错的形式布置，使得当沿正交于纤维140a、142a的上表面和/或下表面的方向观察复合结构10时，一个层60中的纤维140a、142a至少部分地与另一个层60中的纤维140a、142a之间的空隙对齐，以最小化光的散射并由此提高复合结构10的光学性能。
图42是挤压在一起以放置纤维140a、142a的层60彼此接触的图41的层60的示意性侧视图。在环氧官能纤维140a接触胺官能纤维142a的位置中，在环氧树脂和胺化合物之间可以发生化学反应。化学反应可以导致在胺官能纤维142a和环氧官能纤维140a彼此接触的位置处的化学键合96。化学键合96可以表征为环氧树脂的局部固化和/或硬化，并导致在环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间形成连接部位。可以实施其它固化方法诸如湿气固化、紫外辐射固化、可见光固化和其它辐射固化方法，用于固化环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间的化学键合96。在一些实施方式中，可以通过变化胺化合物或环氧化合物的化学性(chemistry)改变环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间的化学键合96的连接质量100。例如，改变胺化合物或环氧化合物的链的长度，和/或改变胺化合物或环氧化合物的链的化学性可以提供用于控制环氧官能纤维140a和胺官能纤维142a之间的化学键合96处的拉伸强度、屈服应变、破坏应变和/或弹性模量的手段。
图43是将基体22材料注入化学键合的层60之后复合结构10的示意性侧视图。在实施方式中，基体22材料诸如环氧基体可以被注入到化学键合的层60内，使得基体22填充环氧官能纤维140a、胺官能纤维142a、和/或其它类型的纤维30——诸如可以包括在复合结构10中的非环氧官能纤维和非胺官能纤维——之间的任何空隙。可以施加热和/或压力以固化和/或硬化基体22。
复合结构10可以以复杂的三维实施方式提供，其可以使用用于连结纤维30与其它纤维30和/或用于连结纤维30与平的元件78(图21)的任意一个或多个布置和方法并入连接类型88和/或连接质量100的多个方面。在这一点上，这样的复杂三维实施方式可以包括出于控制冲击的面板内连接质量100和连接类型88的三维位置的目的，具体地选择冲击的面板的结合类型和/或结合质量的三维结构，以实现提高的冲击性能。
图44是图解可以包括在制造复合结构10的方法400中的一个或多个操作的流程图。方法400的步骤402可以包括提供多个纤维30，其可以包括在第一层62中布置至少一部分纤维30。第一层62中的纤维30可以以基本上彼此平行关系布置。然而，纤维30可以以相对彼此任意角度取向布置。纤维30还可以布置在层堆叠66的两个或更多个层60中。例如，方法可以包括在具有第一纤维30的第一层62中布置至少一部分纤维30，和在具有第二纤维30的第二层64中布置至少一部分纤维30，如图17中所示。
方法400的步骤404可以包括在连接部位80处将至少一部分纤维30彼此连接。步骤406可以包括提供具有不同的连接类型88和/或不同的连接质量100的至少两个连接部位80。例如，方法可以包括在不同的连接类型88和/或不同的连接质量100的至少两个连接部位80处连接第一层62中的至少两个纤维30。在一些实施方式中，连接质量100可以包括第一纤维和第二纤维32、34之间第一连接部位80a处的高强度/低应变连接106，和第一纤维和第二纤维32、34之间第二连接部位80b处的低强度/高应变连接108。
对于具有两个或更多个层60的复合结构10，方法400可以包括在多个连接部位80处将第一层62中的至少一个第一纤维30连接至第二层64中的至少一个第二纤维30，所述多个连接部位80可以具有相同的或不同的连接类型88和/或连接质量100。在进一步的实施方式中，方法可以包括在第一连接类型88a和/或连接质量100a的连接部位80处连接第一层62中的至少两个第一纤维30，和在第二连接类型88b和/或连接质量100b的连接部位80处连接第二层64中的至少两个第二纤维30，所述第二连接类型88b和/或连接质量100b可以不同于第一连接类型88a和/或连接质量100a。
在进一步实施方式中，方法400可以包括提供第一纤维32、第二纤维34、第三纤维36和第四纤维38，如图18中所示的。第一纤维32和第二纤维34可以包括在同一层60中或在不同的层60中。同样地，第三纤维36和第四纤维38可以包括在同一层60中或在不同的层60中。例如，第三纤维36和第四纤维38可以包括在与第一纤维32和第二纤维34相同的层60中，或与第一纤维32和第二纤维34不同的层60中。第一纤维32可以在第一连接类型88a和/或连接质量100a的一个或多个连接部位80处连接至第二纤维34，和第三纤维36可以在第二连接类型88b和/或连接质量100b的一个或多个连接部位80处连接至第四纤维38，所述第二连接类型88b和/或连接质量100b可以不同于第一连接类型88a和/或连接质量100a。在任意实施方式中，方法400的步骤408可以包括将纤维30嵌入基体22内并且使基体22固化。
在实施方式中，方法400可以包括提供第一层62为编织纤维织物层片74，所述编织纤维织物层片74包含多个纤维30，如图21中所示。编织纤维织物层片74中至少一部分纤维30可以在纤维30交叉的位置处互相连接，纤维30交叉的位置可以被描述为节点76。在实施方式中，可以配置连接部位80，使得在编织纤维织物层片74中的纤维30的交叉(即，节点76)处的不同连接部位80处，连接类型88和/或连接质量100可以改变。
在进一步实施方式中，方法400可以包括提供至少一部分纤维30为芯鞘纤维56，如图34-36或图37-39中所示。每一个芯鞘纤维56可以由被鞘58围绕的芯57组成，所述鞘58由热塑性材料形成。芯57可以由相对鞘58强度的高强度材料形成。在一些实施方式中，鞘58可以由与基体22相同的材料形成，其可以是热塑性材料。方法可以包括在层60中以彼此并排接触关系布置芯鞘纤维56，如图34-36中所示的。在一些实施方式中，方法可以包括布置芯鞘纤维56的层60，使得芯鞘纤维56的上表面和下表面可以彼此接触。例如，芯鞘纤维56的两个或更多个层60可以以交叉层片配置72布置，如图37-39中所示的。
方法400可以包括将芯鞘纤维56的层60挤压在一起并向鞘施加热。例如，可以在鞘58彼此接触的一个或多个位置处施加热。施加热可以导致在一个或多个连接部位80处将至少一部分芯鞘纤维56彼此连接——诸如通过在连接部位80处将鞘58热塑性地融合在一起。在鞘58的热塑性融合之后，芯鞘纤维56可以用基体22材料浸渍或注入基体22材料。方法可以进一步包括固化基体22材料以形成复合结构10。在某些实施方式中，芯鞘纤维56可以被编织成编织纤维织物层片74(未示出)。芯鞘纤维56的鞘58可以在纤维30交叉的位置(如，节点74)处被热塑性地融合92在一起。
在图41-42中图解的进一步实施方式中，方法可以包括提供包含第一纤维32的第一层62和包含第二纤维34的第二层64。至少一部分第一纤维32可以是环氧官能纤维140a和/或胺官能纤维142a(图41-43)。至少一部分第二纤维34也可以是环氧官能纤维140a和/或胺官能纤维142a。如上面所指示的，胺官能纤维142a可以由胺化合物形成。第一层62和第二层64的每个中的胺官能纤维142a和环氧官能纤维140a可以以彼此交替的关系布置。第一层和第二层62、64可以以期望的配置布置，诸如以图41中所示的交叉层片配置，或以任意其它配置。
方法可以包括放置第一层62与第二层64接触——诸如通过挤压第一层和第二层62、64在一起。如上面所提及的，第一层和第二层62、64之间的接触可以导致在胺官能纤维142a接触环氧官能纤维140a的连接部位80处化学键合96。方法可以额外地包括将基体22材料注入第一层和第二层62、64。可以施加热和/或压力来固化基体22材料以形成复合结构10。
图45是图解可以包括在制造复合结构10的进一步方法500中的一个或多个操作的流程图。方法500的步骤502可以包括在两个或更多个层60中布置多个纤维30，如图13A-17中所示的。方法500的步骤504可以包括使至少一个层60中的至少一个纤维30连接至另一个层30中的至少一个纤维30。在实施方式中，方法500可以包括使一个层60中的至少一个纤维30连接至直接相邻的层60中的至少一个纤维30。例如，图13A-13C图解了沿第一连接区域114在第一层和第二层62、64中以单向配置70连结纤维30，和沿第二连接区域116在第二层和第三层64、65中连结纤维30。
在进一步实施方式中，图14图解了层1-2中纤维30的连接，而图15图解了在交替的层1、3、5、7、和9中纤维30的连结。在某些实施方式中，在至少一个层60中的纤维30可以不连接至另一个层60中的纤维30。例如，在图14中，层3-10可以不彼此连接，或不连接至任意其它的层60。在图15中，层2、4、6、8、和10可以不彼此连接，或不连接至任意其它的层60。应当理解，在层堆叠66的任意数目的层60中的纤维30可以以任意布置连结，以实现复合结构10的期望的光学性能和/或冲击性能特性。
参考图24-33，方法500可以包括以一个或多个几何图案布置连接部位80。例如，方法可以包括在以层30的整体连接部位图案110布置的多个连接部位80处连接至少一个层60中的纤维30，和/或以整体连接部位图案110连接一个或多个层60。整体连接部位图案110的每一个可以包括一个或多个局部连接区域112。局部连接区域112的每一个可以包含层60中的纤维30彼此连接和/或层60彼此连接的连接部位80。图24-33图解了局部连接区域112的几何形状的若干实例，如上面所描述的。然而，应当理解，局部连接区域112可以以任意数目的不同几何大小、形状和配置提供，而没有限制。
在某些实施方式中，方法500可以包括提供一个或多个层60为平的元件78，如图21-22中所示的。例如，平的元件78可以提供为膜、片或板。平的元件78可以包括非纤维的平的元件78。然而，平的元件78可以是纤维材料。例如，平的元件78可以包括短切纤维、毛毡、或任意其它类型的纤维材料。在某些实施方式中，平的元件78可以包括金属箔或聚合物膜，诸如拉伸的膜或未拉伸的膜，如上面所指示的。平的元件78也可以包括复合材料和/或陶瓷材料。方法500可以包括在多个连接部位80处将至少一个层60中的至少一个纤维30连接至平的元件78，如图21-22中所示的。将平的元件78连接至一个或多个纤维30的连接部位80可以具有相同的和/或不同的连接类型88和/或连接质量100。
方法500可以包括在分别包含第一纤维32和第二纤维34的第一层62和第二层64中布置纤维30，如图40-43的示意图中所示的。至少一部分第一纤维32可以提供为第一官能纤维140。至少一部分第二纤维34可以提供为第二官能纤维142。方法500可以进一步包括放置第一层62接触第二层64，并使第一官能纤维140与第二官能纤维142在第一官能纤维140接触第二官能纤维142的位置处化学反应(如，化学键合)。如上面所指示，方法500可以包括通过使第一纤维32和/或第二纤维34经受等离子处理、电晕处理、湿法化学方法、聚合物掺合和多种其它官能化或涂覆方法中的任意一种生产第一官能纤维140和/或第二官能纤维142。
在其它实施方式中，方法500可以包括在包含第一纤维32的第一层62中和在包含第二纤维34的第二层64中布置纤维30，并且提供至少一部分第一纤维32和至少一部分第二纤维34为自反应涂覆的纤维。方法可以进一步包括提供至少一部分第二纤维34为自反应涂覆的纤维。第一层62可以被放置接触第二层64。如上所指示的，方法可以包括在自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处使自反应涂覆的纤维彼此化学反应(如，化学键合)。在一些实施方式中，方法可以包括暴露自反应涂覆的纤维至外部反应引发源，诸如热、辐射和/或湿气，以在自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处引发化学反应。
条款1.一种复合结构，其包括：
至少部分嵌入基体(22)内的多个纤维(30)；和
所述纤维在至少一个连接部位(80)处彼此连接。
条款2.条款1的复合结构，其中：
连接部位具有包括下述至少一种的连接类型：
粘合剂粘合；
融合；
机械销连；和
化学键合。
条款3.条款1的复合结构，其中基体和纤维中的至少一种由下述材料的至少一种形成：
热塑性材料，其包括下述中的至少一种：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、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯和聚甲醛；
热固性材料，其包括下述中的至少一种：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，其包括E玻璃(铝-硼硅酸盐玻璃)、S玻璃(铝硅酸盐玻璃)、纯二氧化硅、硼硅酸玻璃、光学玻璃；
金属材料，其包括钢、钛、铜、铝和金属合金；和
陶瓷材料。
条款4.一种复合结构，其包括：
至少部分地嵌入基体内的多个纤维；
纤维布置在两层或更多层中；和
在至少一个层中的至少一个纤维被连接至另一个层中的至少一个纤维。
条款5.条款4的复合结构，其中：
至少一个层中的纤维没有连接至另一个层中的纤维。
条款6.条款4的复合结构，其中：
至少一个层中的至少一部分纤维在以层的整体连接部位图案布置的连接部位处彼此连接。
条款7.条款4的复合结构，其中：
至少一个层被配置为平的元件，所述平的元件被配置为膜、片或板；和
至少一个层中的少一个纤维在多个连接部位处连接至平的元件。
条款8.条款7的复合结构，其中平的元件由至少一种下面的材料形成：
拉伸的聚合物材料或未拉伸的聚合物材料；
玻璃；
金属材料；
复合材料；
陶瓷材料；和
编织材料或非编织材料。
条款9.条款4的复合结构，其中：
纤维布置在分别包含第一纤维和第二纤维的第一层和第二层中；
至少一部分第一纤维包括第一官能纤维；
至少一部分第二纤维包括第二官能纤维；和
在第一官能纤维接触第二官能纤维的位置处，第一官能纤维与第二官能纤维化学反应并连接至第二官能纤维；
第一官能纤维不与其它第一官能纤维反应；和
第二官能纤维不与其它第二官能纤维反应。
条款10.条款4的复合结构，其中：
纤维布置在分别包含第一纤维和第二纤维的第一层和第二层中；
至少一部分第一纤维包括自反应涂覆的纤维；
至少一部分第二纤维包括自反应涂覆的纤维；和
自反应涂覆的纤维具有当自身接触时化学反应的自反应涂层；和
自反应涂覆的纤维在自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处连接至其它自反应涂覆的纤维。
条款11.制造复合制品的方法，其包括下述步骤：
在两个或更多个层中布置多个纤维；
将至少一个层中的至少一个纤维连接至另一个层中的至少一个纤维；和
将纤维嵌入基体。
条款12.条款11的方法，其中：
至少一个层中的纤维没有被连接至另一个层中的纤维。
条款13.条款11的方法，进一步包括下述步骤：
在以一个或多个局部连接区域和/或以整体连接部位图案布置的多个连接部位处将至少一个层中的纤维连接。
条款14.条款11的方法，进一步包括下述步骤：
提供配置为膜、片或板的平的元件；和
在多个连接部位处将至少一个层中的至少一个纤维连接至平的元件。
条款15.条款11的方法，进一步包括：
提供至少一部分纤维为芯鞘纤维，芯鞘纤维的每一个由被鞘包围的芯组成，所述鞘由易熔材料形成；
放置至少两个芯鞘纤维的鞘彼此接触；
在鞘彼此接触的一个或多个位置处向鞘施加热；和
使鞘融合在一起，以在芯鞘纤维之间形成一个或多个连接部位。
条款16.条款11的方法，进一步包括：
在分别包含第一纤维和第二纤维的第一层和第二层中布置纤维；
提供至少一部分第一纤维为第一官能纤维；
提供至少一部分第二纤维为第二官能纤维；
放置第一层与第二层接触；和
在第一官能纤维接触第二官能纤维的位置处使第一官能纤维与第二官能纤维化学反应。
条款17.条款11的方法，进一步包括：
在包含第一纤维的第一层和包含第二纤维的第二层中布置纤维；
提供至少一部分第一纤维为自反应涂覆的纤维；
提供至少一部分第二纤维为自反应涂覆的纤维；
放置第一层与第二层接触；和
在自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处使自反应涂覆的纤维彼此化学反应。
对于本领域普通技术人员，本公开的额外的修改和改进可以是显然的。因此，本文中描述和图解的部分的特定组合旨在仅表示本公开的某些实施方式，并非旨在作为本公开的精神和范围内的可选实施方式或设备的限制。

Claims (10)

1.一种复合结构，其包括：
至少部分地嵌入基体内的多个纤维；
所述纤维布置在两层或更多层中；和
在至少一个层中的至少一个纤维被连接至另一个层中的至少一个纤维；
所述纤维布置在分别包含第一纤维和第二纤维的第一层和第二层中；
至少一部分所述第一纤维包括第一官能纤维；
至少一部分所述第二纤维包括第二官能纤维；和
在所述第一官能纤维接触所述第二官能纤维的位置处，所述第一官能纤维与所述第二官能纤维化学反应并连接至所述第二官能纤维；
所述第一官能纤维不与其它第一官能纤维反应；和
所述第二官能纤维不与其它第二官能纤维反应。
2.权利要求1所述的复合结构，其中：
至少一个层中的至少一部分纤维在以层的整体连接部位图案布置的连接部位处彼此连接。
3.权利要求1所述的复合结构，其中：
至少一个层被配置为平的元件，所述平的元件被配置为膜、片或板；和
至少一个层中的至少一个纤维在多个连接部位处连接至所述平的元件。
4.权利要求3所述的复合结构，其中所述平的元件由至少一种下面的材料形成：
拉伸的聚合物材料或未拉伸的聚合物材料；
玻璃；
金属材料；
复合材料；
陶瓷材料；和
编织材料或非编织材料。
5.权利要求1所述的复合结构，其中：
至少一部分所述第一纤维包括自反应涂覆的纤维；
至少一部分所述第二纤维包括自反应涂覆的纤维；和
所述自反应涂覆的纤维具有当自身接触时化学反应的自反应涂层；和
所述自反应涂覆的纤维在所述自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处连接至其它自反应涂覆的纤维。
6.制造复合制品的方法，其包括下述步骤：
在两个或更多个层中布置多个纤维；
将至少一个层中的至少一个纤维连接至另一个层中的至少一个纤维；和
将所述纤维嵌入基体；
在分别包含第一纤维和第二纤维的第一层和第二层中布置所述纤维；
提供至少一部分所述第一纤维为第一官能纤维；
提供至少一部分所述第二纤维为第二官能纤维；
放置所述第一层与所述第二层接触；和
在所述第一官能纤维接触所述第二官能纤维的位置处使所述第一官能纤维与所述第二官能纤维化学反应。
7.权利要求6所述的方法，进一步包括下述步骤：
在以一个或多个局部连接区域和/或以整体连接部位图案布置的多个连接部位处将至少一个层中的所述纤维连接。
8.权利要求6所述的方法，进一步包括下述步骤：
提供配置为膜、片或板的平的元件；和
在多个连接部位处将至少一个层中的至少一个纤维连接至所述平的元件。
9.权利要求6所述的方法，进一步包括：
提供至少一部分纤维为芯鞘纤维，所述芯鞘纤维的每一个由被鞘包围的芯组成，所述鞘由易熔材料形成；
放置至少两个所述芯鞘纤维的所述鞘彼此接触；
在所述鞘彼此接触的一个或多个位置处向所述鞘施加热；和
使所述鞘融合在一起，以在所述芯鞘纤维之间形成一个或多个连接部位。
10.权利要求6所述的方法，进一步包括：
提供至少一部分所述第一纤维为自反应涂覆的纤维；
提供至少一部分所述第二纤维为自反应涂覆的纤维；
放置所述第一层与所述第二层接触；和
在所述自反应涂覆的纤维彼此接触的位置处使所述自反应涂覆的纤维彼此化学反应。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11376812B2 (en) 2020-02-11 2022-07-05 Helicoid Industries Inc. Shock and impact resistant structures
CN111572998B (zh) * 2020-05-22 2022-01-04 温州市恒生包装有限公司 一种多向止裂热缩膜
US11852297B2 (en) 2021-06-01 2023-12-26 Helicoid Industries Inc. Containers and methods for protecting pressure vessels
US11346499B1 (en) 2021-06-01 2022-05-31 Helicoid Industries Inc. Containers and methods for protecting pressure vessels
WO2024006078A1 (en) 2022-06-27 2024-01-04 Helicoid Industries Inc. High impact-resistant, reinforced fiber for leading edge protection of aerodynamic structures

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4461855A (en) * 1980-08-28 1984-07-24 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Resin composite reinforced with fibers having a flat-sided triangular shape
CN101272908A (zh) * 2005-09-27 2008-09-24 美利肯公司 结合有粘合界面的可模压结构
CA2415823C (en) * 2000-07-07 2011-01-11 V2 Composite Reinforcements Inc. Reinforcing mat having thermally fused stitching

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63152637A (ja) * 1986-12-16 1988-06-25 Toray Ind Inc 樹脂の補強用プリフオ−ム材
US5212010A (en) * 1991-05-28 1993-05-18 Ketema, Inc. Stabilizing fabric with weave reinforcement for resin matrices
TW244340B (zh) * 1992-07-21 1995-04-01 Akzo Nv
US5508096A (en) * 1994-03-16 1996-04-16 Aerotrans Integral composite structure incorporating multiple resin-based systems and method of manufacture
JP3725721B2 (ja) * 1999-02-02 2005-12-14 日本バイリーン株式会社 補強用複合不織布
CA2333151C (en) * 1999-03-23 2009-08-18 Toray Industries, Inc. Complex fiber reinforced material, preform, and method of producing fiber reinforced plastic
FR2836690B1 (fr) * 2002-03-04 2004-08-27 Eads Launch Vehicles Procede pour la realisation d'une piece monolithique composite thermostructurale a double paroi et piece obtenue
DE102005028765B4 (de) * 2005-06-22 2016-01-21 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsprofils
US7294384B2 (en) * 2005-09-27 2007-11-13 Milliken & Company Moldable construction incorporating bonding interface
RU2352465C1 (ru) * 2007-12-19 2009-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск им. Главного маршала артиллерии Неделина М.И." Министерство обороны Российской Федерации Пожаростойкое покрытие
US8609219B2 (en) * 2010-12-15 2013-12-17 The Boeing Company Selectively coupled fibers in composites

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4461855A (en) * 1980-08-28 1984-07-24 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Resin composite reinforced with fibers having a flat-sided triangular shape
CA2415823C (en) * 2000-07-07 2011-01-11 V2 Composite Reinforcements Inc. Reinforcing mat having thermally fused stitching
CN101272908A (zh) * 2005-09-27 2008-09-24 美利肯公司 结合有粘合界面的可模压结构

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