CN106457703A - 金属片和相互结合的粘合剂层的叠层及获得此叠层的方法 - Google Patents

金属片和相互结合的粘合剂层的叠层及获得此叠层的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种叠层，该叠层包括金属片材和相互结合的粘合剂层的堆叠。该叠层包括在拼接区域内沿长度方向延伸的邻接和/或重叠的金属片材边缘。拼接带横跨所述拼接区域在叠层的外表面处被结合至叠层，且该拼接带具有比邻近堆叠中的拼接带定位的金属片材的厚度小的厚度。还公开制造该叠层的方法，该方法涉及在加固叠层之前使叠层中的金属层变形。该叠层具有超过已知的叠层的改善的强度和疲劳性能。

Description

金属片和相互结合的粘合剂层的叠层及获得此叠层的方法
发明领域
本发明涉及相互结合的粘合剂层和金属片材的叠层，该相互结合的粘合剂层和金属片材的叠层具有在叠层的拼接区域内沿长度方向延伸的邻接和/或重叠的金属片材边缘。本发明还涉及用于获得这样的叠层的方法。
背景技术
相互结合的粘合剂层和金属片材的叠层被用于结构的目的，例如，用在飞行器工业中。为了获得这样的叠层的大的面板，且由于金属片材仅仅在有限的宽度上是可用的，典型的叠层包括在叠层的拼接区域内沿长度方向延伸的邻接和/或重叠的金属片材边缘。
包括拼接区域的叠层例如从US5,429,326是已知的，US5,429,326公开了用于飞行器应用领域的层压的主体面板。该面板包括具有典型的厚度为0.3mm的至少两个金属层以及设置在金属层之间的粘合剂层。一些金属层包括两个或更多个的金属片材，这些金属片材通常共面地布置在层中且通过在叠层的长度方向上延伸的拼接部或拼接线分离。金属层中的拼接部通常相对于设置在其它金属层中的拼接部交错以便阻止叠层过度弱化。在叠层中使用拼接部不再让叠层的最大宽度受限于金属片材的宽度，金属片材的宽度受现在的金属片材制造技术限制。
在一些叠层中，叠层的拼接区域被拼接带或加倍装置(doubler)覆盖以阻止拼接部暴露于环境条件，并在横向于叠层的长度方向的方向上强化该叠层。
已知的叠层可能遭受例如由它们的制造工艺所引起的内应力。该内应力可能对叠层的强度和疲劳寿命产生负面影响，该强度和疲劳寿命是重要的设计参数，特别是对于飞行器结构。强度和疲劳寿命的负面影响可能恶化具有相对较厚和/或坚硬的金属层的叠层，特别是对于超过0.3mm的铝层，和/或在0℃以下的相对较低的温度以及更低的温度。
本发明的目的是提供具有足够的强度和改善的疲劳性能的叠层以及用于制造这样的叠层的方法。
发明概述
这个和其它的目的通过提供叠层实现，该叠层包括金属片材和相互结合的粘合剂层的堆叠，该叠层包括在拼接区域内沿长度方向延伸的邻接和/或重叠的金属片材边缘，其中，拼接带在叠层的外表面处被结合至叠层并横跨所述拼接区域在长度方向上延伸，该拼接带具有比邻近堆叠中的拼接带定位的金属片材的厚度小的厚度。结果证明，通过向拼接的叠层提供相对薄的拼接带改善了疲劳寿命，可能是由于降低了在叠层中的关键位置处的应力集中。
在本申请的上下文中，改善的疲劳寿命意味着直到在某载荷下失效之前的更多次的载荷循环。叠层中的拼接区域被界定为在邻接的金属片材和/或金属片材的重叠的边缘部分之间出现拼接线的叠层区域。在叠层的横向方向(垂直于长度方向)上的拼接区域横跨金属片材的邻接边缘或横跨与另一个金属片材重叠的金属片材的至少一个边缘延伸。金属片材之间的粘合剂层优选地连续穿过拼接区域并因此桥接拼接线及类似物。邻近的金属片材是在厚度方向上定位在堆叠内的拼接带旁边的金属片材，该厚度方向垂直于由长度方向和横向方向形成的平面而延伸。在本发明的上下文中的词语“大体上”意为指出的变量或主题的至少90％。拼接带横跨拼接区域延伸，这意味着拼接带的宽度覆盖拼接区域的宽度或拼接区域的宽度的一部分。
将拼接带结合至叠层可以通过任何粘合剂实现，该粘合剂包括与用在叠层的粘合剂层中的粘合剂相同的粘合剂。如果需要，结合粘合剂层的带可以设置有增强纤维。增强纤维在实施方案中具有比带的宽度小的长度。这在带的每一个端部处产生粘合剂结合区域，该区域优选地比最薄的邻近的金属片材的厚度大5倍，且更优选地比所述厚度大10倍。这可以显著地增强带的边缘的抗剥离能力。
另一个实施方案包括具有比带的宽度大的长度的增强纤维，该增强纤维促进将平滑的载荷引入至该带。该增强纤维的长度优选地使得它们在带的每一侧处延伸带的厚度的至少5倍的长度，并且更优选地，比带的厚度的10倍大。
在根据本发明的叠层的实施方案中，拼接带的厚度小于所述邻近的金属片材的厚度的90％，且更优选地，范围为所述邻近的金属片材的厚度的10％到75％，甚至更优选地，范围为所述邻近的金属片材厚度的20％到60％。在其中叠层中的金属片材厚度为0.4mm的实施方案中，拼接带的厚度的范围在优选的实施方案中为0.04mm至0.3mm。
在有用的实施方案中，拼接带的厚度界定为拼接带的总的厚度。当提及拼接带、金属片材或粘合剂层的厚度时，通常理解为恒定的厚度。然而，拼接带、金属片材和/或粘合剂层例如可以是锥形的，在这种情况下，厚度意为横跨拼接区域的平均厚度。
拼接带横跨拼接区域的至少一部分在叠层的横向方向上延伸。然而，在一些实施方案中，拼接带可以横跨拼接区域延伸或甚至超出拼接区域延伸。在另外的实施方案中，拼接带甚至可以在大体上整个叠层宽度上在叠层的横向方向上延伸。
本发明的另一个实施方案提供了一种叠层，其中，拼接带的外表面从叠层的外表面突出偏移厚度，该厚度的范围为拼接带厚度的0％至多于100％。当偏移厚度为0(零)时，该拼接带被嵌入在叠层中且叠层的大体上平滑的外表面接着发生。在具有非零偏移厚度的实施方案中，拼接带从拼接区域中的叠层的外表面突出，且叠层的非连续的外表面出现在该拼接区域中。这将在特定的实施方案中提供在叠层的长度方向上延伸的脊。在其中偏移厚度不同于零的实施方案中，拼接带的厚度界定为出现的最大的偏移厚度。因此在这样的实施方案中，拼接带的实际厚度可以比相邻的金属片材厚度大或与邻近的金属片材厚度一样大。
本发明的另一个实施方案提供了一种叠层，其中，偏移厚度的范围为拼接带的厚度的10％至60％。在其中叠层中的金属片材的厚度为0.3mm的实施方案中，拼接带的偏移厚度的范围在优选的实施方案中为0.003mm至0.18mm。结果证明，最大为0.1mm的偏移厚度是特别优选的。
本发明的改善的实施方案涉及还包括横跨所述拼接区域在长度方向上延伸并定位在堆叠内的结合的第二拼接带的叠层。第二拼接带的厚度没有受到任何的限制，但是第一拼接带和第二拼接带的厚度的总和优选地至多为叠层中的金属片材的厚度的120％，并且在更加优选的实施方案中，小于或等于所述邻近的金属片材的厚度。
优选的实施方案提供了一种叠层，其中，第二拼接带邻近所述邻近的金属片材且在所述邻近的金属片材的与叠层的带有拼接带的外表面相对的的侧处定位。
在有用的实施方案中，该拼接带包括例如由与叠层金属片材相同的金属制成的金属带。根据本发明的另一个实施方案，提供了一种叠层，其中，拼接带包括堆叠的拼接带层，优选地该堆叠的拼接带层包括纤维增强粘合剂，更优选地包括金属片材，并且最优选地包括金属片材和纤维增强粘合剂的组合，对于其来说，邻近叠层的带的第一层具有小于叠层的邻近的外部金属层的厚度，更优选地，该堆叠的拼接带的平均厚度小于叠层的邻近的外部金属片材的厚度。该拼接带的堆叠顺序可以被设置为由外向内，或优选地，由内向外；分别意味着最小的层邻近该叠层，或最宽的带层邻近该叠层。
特别有用的实施方案提供了一种叠层，其中，拼接带层各自具有横跨拼接区域的宽度，且该层的宽度在叠层的厚度方向上从外部叠层表面朝向内部叠层表面减小。
在一些实施方案中，根据本发明的叠层需要容纳拼接带和/或在厚度方向上重叠的金属片材边缘。为了提供平滑连续的叠层外表面，一些金属片材需要具有低的厚度或者需要被变形。本发明的有用的实施方案因此提供了一种叠层，其中，拼接区域包括变形的金属片材。金属片材被变形的方法将在下面被进一步描述。
在其中拼接带大体上平行于叠层的长度方向延伸的实施方案中，该变形的金属片材优选地沿平行于长度方向的线弯曲。
使叠层中的金属片材变形可以产生一种叠层，其中，在一种实施方案中，该叠层的外表面是大体上平滑的，并且与所述外表面相对的第二外表面是弯曲的。该外表面然后通常被用作例如飞行器部件的向外的表面，而弯曲的第二外表面被用作飞行器部件的向内的表面。该向内的表面通常可以用内部包层及类似物被覆盖。
本发明的叠层中的粘合剂层可以照此使用。然而，本发明的优选实施方案提供了一种叠层，其中，粘合剂层包括增强纤维以形成纤维金属叠层。
根据本发明的叠层优选地包括从2个到20个的金属层和大约1个至19个的粘合剂层。该金属层可以具有例如现有技术拼接叠层的相对薄的金属层的任何厚度。厚度在0.1mm和0.5mm之间的金属片材可以被使用。本发明中的金属片材优选地具有0.2mm以上的厚度，更优选地具有0.6mm以上的厚度，且最优选地具有1.0mm以上的厚度。
金属片材优选地由具有大于200MPa的拉伸强度的金属制成。合适的金属的示例是铝合金、钢合金、钛合金、铜合金、镁合金以及铝基质复合材料。AA2000系列的铝铜合金、AA3000系列的铝锰合金、AA5000系列的铝镁合金、AA7000系列的铝锌合金以及AA6000系列的铝镁硅合金是优选的。一些特别优选的合金是AA2024铝铜、AA5182铝合金、AA7075铝锌以及AA6013铝镁硅。当期望改善的耐腐蚀性时，AA5052合金或AA5024、AA5083或AA5182合金的片材可以包括在叠层中。该叠层还可以包括不同合金的金属片材。其它有用的合金包括铝锂合金，例如，AA2090、A2098以及AA2198合金。
在优选的实施方案中，该粘合剂层设置有增强纤维，该增强纤维优选地桥接拼接线和金属片材边缘重叠部并因此横跨该拼接区域是连续的。该增强纤维可以在一个方向或在数个不同的方向上被定向，这取决于叠层结构的负载状态。该增强纤维的至少一半优选地垂直于拼接线和/或重叠的金属片材边缘的线延伸。优选的增强纤维包括由玻璃、芳香族聚酰胺(“芳纶”)和共聚物、碳和/或例如，诸如PBO的聚合纤维制成的连续的纤维。尽管无碱玻璃纤维(E-glass fiber)也是合适的，但是优选的玻璃纤维包括S-2、S-3和/或R-玻璃纤维以及碳化硅玻璃纤维。优选的纤维具有60GPa和650GPa之间的弹性模量，和在0.1％和8％之间的断裂伸长率，优选地，断裂伸长率在1.6％以上，更优选地，断裂伸长率在2.0％以上，且最优选地断裂伸长率在3.0％以上。
该粘合剂层优选地包括合成的聚合物。热固性聚合物的合适的示例包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂以及酚醛树脂。合适的热塑性聚合物包括聚芳酯(PAR)、聚砜(PSO)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯醚(PEE)、聚苯硫(PPS)、聚酰胺-4、聚酰胺-6、聚酮硫化物(PKS)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)以及其它。除了存在于粘合剂层中的粘合剂，该叠层可以在某些区中设置有另外的粘合剂。粘合剂层的厚度可以类似于金属片材的厚度，但是叠层中的粘合剂层优选地更薄。金属层之间的粘合剂层优选地比1.5mm薄，更优选地，具有在0.1mm和0.9mm之间的厚度，且最优选地，具有在0.1mm和0.6mm之间的厚度。
增强纤维可以以预浸料、嵌入在部分弯曲的热固性树脂或热塑性聚合物中的增强纤维的中间产品提供。通常纤维体积分数的范围为粘合剂层中的粘合剂和增强纤维的总体积的25％至75％，且更优选地为30％至65％。粘合剂层中的有效的纤维体积分数可以通过向增强的粘合剂层添加普通的粘合剂层来降低。
本发明还涉及用于制造根据本发明的叠层的一种方法。该方法包括以下步骤：提供具有上表面的成形基板；在该成形基板的上表面上提供拼接带，该拼接带在该成形基板的一部分上横跨拼接区域在长度方向上延伸；提供至少一个粘合剂层和金属片材的堆叠，该堆叠的边缘沿该长度方向延伸且在拼接区域内邻接和/或重叠，该堆叠延伸超出拼接带的边界；该拼接带具有比邻近堆叠中的拼接带定位的金属片材的厚度小的厚度；以及向由此获得的堆叠施加热和压力。
在该方法的实施方案中，金属片材在热和压力施加的过程中横跨该拼接区域变形，且该变形的形状被加固(consolidate)。该形状可以通过固化粘合剂层中的热固性树脂被加固，或通过在这样的聚合物被用在该粘合剂层中的情况下将温度降低至热塑性聚合物的熔化温度以下被加固。根据优选的实施方案，金属片材将朝向拼接带弯曲。该金属片材可以被弹性变形(在弹性极限以下)和/或可以被塑性变形(超出塑性极限)。哪种类型的变形占优势取决于所使用的金属的类型、取决于形状和尺寸、取决于制造条件，甚至更多。
该方法有利地利用处于未加固状态的叠层的相对低的弯曲刚度，即，处于热和压力施加之前的状态。根据该方法的实施方案，金属片材被迫使采用堆叠的邻近所述金属片材的部分的形状。通常，在重叠金属片材边缘的情况下，金属片材在与拼接带的厚度和/或粘合剂层和金属片材的厚度大约相同的数量级的厚度方向上在拼接区域中变形一定的距离。
根据本发明的另一个实施方案，成形基板的上表面包括横跨拼接区域的用于容纳拼接带的凹部，且该拼接带设置在所述凹部中，由此，凹部的厚度范围为拼接带的厚度的0％至多于100％。在其中凹部的厚度比拼接带的厚度的100％大的实施方案中，厚度的更大部分优选地包括粘合剂。
该方法的其它优选的实施方案被提供，其中，凹部的厚度的范围为拼接带的厚度的10％至60％，和/或其中，凹部具有在垂直于长度方向的交叉方向上变化的厚度。更加优选的实施方案提供了一种方法，其中，凹部的的厚度以连续的方式从拼接区域外部的0变化至拼接区域内的拼接带的厚度。在后一种实施方案中，该拼接带的厚度可以等于或甚至大于(邻近的)金属片材的厚度。
进一步优选的实施方案涉及方法，其中，第二拼接带设置在堆叠中，该第二拼接带横跨所述拼接区域在长度方向上延伸，和/或其中，第二拼接带邻近所述邻近的金属片材并在所述邻近的金属片材的与面向成形基板的侧相对的侧处定位。
根据本发明的方法的另一个有用的实施方案提供包括纤维增强粘合剂的堆叠层的拼接带。这样的层中的数个被优选地在彼此顶部上地应用至成形基板以建立厚度，其中附带条件是本实施方案中的总的建立的厚度被定义为拼接带的厚度。
最后，本发明的另一个方面涉及用于交通工具、航天器或飞行器的结构性部件，该结构性部件包括根据所描述的实施方案中的一个的叠层，并且特别地涉及包括这样的叠层的飞行器。
附图简述
现在将在示出在附图中的示例性实施方案的基础上进一步阐述本发明，但是本发明并不限于示出在附图中的示例性实施方案。附图中相同的或类似的元件可以通过相同的或类似的参考标记表示。在附图中：
图1是根据现有技术的纤维金属叠层的透视图；
图2是根据现有技术的纤维金属叠层的透视图；
图3是根据本发明的实施方案的纤维金属叠层的横向方向上的横截面视图；
图4是根据本发明的另一个实施方案的纤维金属叠层的横向方向上的横截面视图；
图5是根据本发明的还有的另一个实施方案的纤维金属叠层的横向方向上的横截面视图；
图6是根据本发明的还有的另一个实施方案的纤维金属叠层的横向方向上的横截面视图；
图7是根据本发明的还有的另一个实施方案的纤维金属叠层的横向方向上的横截面视图；
图8是成形基板和纤维金属叠层的组件的横向方向上的横截面视图，图示了用于制造在图6中示出的叠层的方法的实施方案；以及
图9是成形基板和纤维金属叠层的组件的横向方向上的横截面视图，示出了用于制造根据在图4中示出的实施方案的叠层的方法的实施方案。
示例性实施方案的详细描述
参考图1，示出了根据现有技术的纤维金属叠层。该叠层总共有三层，其中，层1和层3包括金属层，且层2包括纤维增强粘合剂层。可选地，层1和层3可以包括纤维增强粘合剂层且层2可以包括金属层。层1和层3可以包括相同的金属合金，或可以由不同种类的金属合金构建。纤维增强粘合剂层可以包含在多个方向上的纤维以及不同的纤维类型。该叠层通常通过提供成形基板、在成形基板上提供第一层3以及在层3的顶部上堆叠层2和层1以生产层1-3来构建，然后该堆叠在将热和压力施加至固化的叠层中的情况下被加固。
如在图2中示出的，纤维金属叠层可以包括多达层n的更多的层，其中，例如n的范围可以从4到30以上。外部层1和外部层n可以是金属层和/或纤维增强粘合剂层。在该叠层中，金属层通常与纤维增强粘合剂层交替。金属层可以由一个金属片材构建，该金属片材在横向方向25上具有宽度，该宽度足够大以覆盖叠层的整个宽度6。如在图2中示出的，金属片材在宽度上覆盖叠层的整个宽度6可能是不可行的，并且金属层可能必须由具有形成拼接部7的邻接的金属片材边缘的至少两个金属片材构建，该拼接部7在叠层的拼接区域8内沿叠层的长度方向24延伸(为了清晰起见，在图2中仅示出了一个拼接线的延长)。如在图3中示出的，该至少两个金属片材还可以包括在拼接区域8内的重叠的边缘部分。
现在参考图3至图7，本发明的叠层的数个实施方案被示出。图3的纤维金属叠层包括2个纤维增强粘合剂层(2、4)和三个金属片材(1、3、5)的堆叠。金属片材(1、3、5)通过存在于粘合剂层(2、4)中的粘合剂被结合至粘合剂层(2、4)。外部金属片材1包括两个金属片材(1a、1b)，两个金属片材(1a、1b)的边缘部分相互重叠距离9。重叠的边缘在拼接区域8内沿长度方向24延伸。根据本发明，拼接带12在叠层10的外表面10a处结合至叠层10，且在所述拼接区域8内或横跨所述拼接区域8在长度方向24上延伸。拼接带12由金属制成，例如铝合金，并且具有比金属片材(1、3、5)且特别是在堆叠(1-5)中直接邻近拼接带12定位的金属片材1b的恒定厚度小的厚度。尽管厚度可以变化，但是图3的叠层的实施方案包括每一个为0.4mm厚的金属片材和厚度为0.2mm的铝拼接带12。
如在图3中示出的，拼接带12的外表面12a从叠层10的外表面10a突出偏移厚度，该偏移厚度为拼接带12的厚度的大约一半。叠层的外表面10a大体上是平滑的——除了稍微突出的拼接带12之外——且与所述外表面10a相对的第二外表面10b是弯曲的。从空气动力学的角度，大体上平滑的外表面10a优选地用于飞行器部件。为了容纳片材(1a、1b)的重叠的边缘部分以及拼接带12，且仍然生产大体上平滑的或平整的外表面10a，在一些实施方案中可能需要金属片材在拼接区域8中变形。特别地，如示出的，金属片材沿平行于长度方向24的线朝向拼接带12和/或重叠边缘部分弯曲。用于制造根据本发明的叠层的有用的方法将在下面进一步更加详细地阐述。拼接带12在包含拼接区域的宽度12c上延伸。在拼接带12的左边，拼接带12比层1b的端部延伸得更远，而在拼接带12的右边，拼接带12延伸至与层1a一样远。然而，在其它的实施方案中，拼接带12的右侧可以比层1a延伸得更远。
纤维金属叠层10的另一个有用的实施方案示出在图4中，且包括定位在2个纤维增强粘合剂层(2、4)和三个金属片材(1、3、5)的堆叠内的结合的第二拼接带13。正如设置在叠层10的外表面10a处的拼接带12横跨所述拼接区域8在长度方向24上延伸，第二拼接带横跨所述拼接区域8在长度方向24上延伸。如示出的，两个拼接带(12、13)的各自的宽度(12c(见图3)、13c)不需要相同。外部金属片材1包括两个金属片材(1a、1b)，该两个金属片材(1a、1b)的边缘部分邻接以形成在拼接区域8内沿长度方向24延伸的拼接线7。铝拼接带12具有比金属片材(1、3、5)且特别是在堆叠(1-5)中直接邻近拼接带12定位的金属片材(1a、1b)的恒定厚度小的厚度。第二铝拼接带13邻近该邻近的金属片材(1a、1b)但在邻近的金属片材(1a、1b)的与叠层10的外表面10a相对的侧处定位。换言之，第二拼接带13直接定位在金属片材(1a、1b)的邻接端部部分下方，并且具有等于邻近的金属片材(1a、1b)的厚度的厚度。尽管厚度可以变化，但是图4的叠层的实施方案包括每一个为0.6mm厚的金属片材、突出0.1mm的偏移厚度的0.2mm厚的铝拼接带12以及具有0.6mm的厚度的第二拼接带13。
纤维金属叠层10的还有的另一个有用的实施方案示出在图5中。叠层10包括结合至叠层的外表面10a的拼接带12，拼接带12包括2个纤维增强粘合剂层(2、4)和三个金属片材(1、3、5)的堆叠。正如设置在叠层10的外表面10a处的拼接带12横跨第一拼接区域8a在长度方向24上延伸，另一个拼接带12设置在相对的外表面10b处且横跨第二拼接区域8b在长度方向24上延伸。外部金属片材1包括两个金属片材(1a、1b)，片材1a的边缘部分与片材1b的直的边缘部分重叠。铝拼接带12具有比金属片材(1、3、5)的恒定厚度且特别是在堆叠(1-5)中直接邻近拼接带12定位的金属片材1b和5的厚度小的厚度。在该实施方案中，两个拼接带12的外表面12a从外表面10a突出比带12的厚度的100％多的偏移厚度。实际上，如示出的，另外的粘合剂层14设置在拼接带12和叠层10的外表面10a之间。尽管厚度可以变化，但是图5的叠层的实施方案包括每一个的厚度为0.8mm的金属片材、突出大约0.3mm的偏移厚度的厚度为0.2mm的铝拼接带12。还有的另一个有用的实施方案示出在图7中，在图7中，纤维金属叠层10包括2个纤维增强粘合剂层(2、4)和三个金属片材(1、3、5)的堆叠。金属片材(1、3、5)通过存在于粘合剂层(2、4)中的粘合剂被结合至粘合剂层(2、4)。外部金属片材1包括两个金属片材(1a、1b)，两个金属片材(1a、1b)的边缘部分相互重叠距离9。重叠的边缘在拼接区域8内沿长度方向24延伸。根据本发明，叠层10在叠层10的外表面10a处设置有拼接带15，并且在所述拼接区域8内或横跨所述拼接区域8在长度方向24上延伸。在示出的实施方案中，拼接带15包括纤维增强粘合剂的堆叠层(15a、15b、15c、15d)，堆叠层的总厚度比金属片材(1、3、5)的恒定厚度小，且特别是比在堆叠(1-5)中直接邻近拼接带15定位的金属片材1b的厚度小。拼接带15的层(15a、15b、15c、15d)各自具有横跨拼接区域8的宽度，且层(15a、15b、15c、15d)的宽度被看到在叠层10的厚度方向20上从外部叠层表面10a朝向内部叠层表面或第二外表面10b减小。
本发明的另一个实施方案最后示出在图6中并提供叠层，其中，叠层10中的金属片材中的一个充当拼接带。如示出的，叠层10包括2个纤维增强粘合剂层(2、4)和三个金属片材(1、3、5)的堆叠。外部金属片材1包括两个金属片材(1a、1b)，片材1a的边缘部分与片材1b的直的边缘部分重叠距离9。金属片材1b的外表面16在拼接区域8的外部形成叠层10的外表面，金属片材1b的外表面16逐渐从叠层的外表面10a突出而达到在金属片材1b的端部处的最终的偏移厚度17。这将提供在叠层10的长度方向24上延伸的脊。根据本发明，金属片材1b在拼接区域8中的突出部分18充当拼接带18，拼接带18的厚度界定为所出现的最大的偏移厚度，该最大的偏移厚度在当前情况中对应于最终的偏移厚度17。请注意，在本实施方案中的拼接带18的实际厚度与堆叠(1-5)中的邻近的金属片材的厚度一样大。金属片材1b朝外逐渐弯曲以产生偏移的厚度17的横向距离19可以在较大的范围内被选择。优选的距离是金属片材1b的厚度的至少10倍。除了片材1b之外，另一个有用的实施方案(未示出)可以包括金属片材1a，金属片材1a的外表面逐渐从叠层的外表面10a突出而达到在金属片材1a的端部处的最终的偏移厚度17。在该实施方案中，片材1a和1b的端部优选地形成封闭的邻接边缘。
用于制作根据本发明的叠层10的方法的实施方案被示出在图8和图9中。在图8中，方法被示出用于制作如示出在图6中的叠层，而图9示出了用于制作如示出在图3或图4中的叠层的方法。该方法包括提供在横向方向35、厚度方向36以及长度方向34上延伸并设置有界定上表面31的形状的成形基板30。成形基板30的上表面31包括凹部31a，凹部31a横跨拼接区域在成形基板30的长度方向34上延伸以用于容纳拼接带(12、18)。在图8中，该凹部在拼接区域的外部从上表面31逐渐被建立以在不连续的端部线处实现最终的凹部深度31a。凹部31的形状反映图6的叠层10的金属片材1b的突出的部分18的形状。在图9中，该凹部作为恒定厚度的槽31a设置在上表面31中，这当然反映了图3或图4的叠层的拼接带12的形状。
在图8的实施方案中，第一金属片材1b然后被设置到成形基板30的锥形上表面31上，使得第一金属片材1b的端部部分18邻靠凹部31a的直立的端壁。在图9的实施方案中，金属或纤维增强粘合剂拼接带12在凹部31a的范围内被设置在凹部31a的上表面上，第一金属片材1b和拼接带12在成形基板30的一部分上横跨拼接区域在长度方向34上延伸。三个金属片材(1、3、5)和两个粘合剂层(2、4)的堆叠然后被施加在第一金属片材1b(图8)或拼接带12(图9)的顶部上。金属片材(1、3、5)的边缘沿长度方向34延伸并在拼接区域内邻接和/或重叠，且堆叠(1-5)延伸超出拼接带12或锥形金属片材区段18的边界。热和压力然后被施加至由此获得的堆叠(1-5)，在该过程中，金属片材(1a、1b、3、5)横跨拼接区域变形。该变形的形状然后通过固化纤维增强粘合剂层(2、4)中的热固性粘合剂或通过冷却纤维增强粘合剂层(2、4)中的热塑性粘合剂被加固。如示出的，由于金属片材(1、3、5)被迫使采用设置在成形基板30的凹部31a中的拼接带12或第一金属部分18的形状，因此金属片材(1、3、5)在拼接带12(图9)或第一金属片材部分18之上弹性弯曲。
加热和施加压力可以在压机中实现或可选地使用高压釜(autoclave)实现。可以使用常规的压力和热水平，例如在120℃-175℃下4巴-10巴的压力。如果需要，拼接带12和金属片材(1a、1b)可以进行脱脂处理然后蚀刻或阳极氧化，且引物可以被施加至成形基板的表面上。尽管在示例中，成形基板具有大体上平整的上表面，但是成形基板没有必要是平整的，且可以例如成形为用于飞行器的单弯曲或双弯曲主体面板的镜像，或可以具有其它形状。该叠层特别应用在用于运载工具、航天器或飞行器的结构性部件。

Claims (29)

1.一种叠层，所述叠层包括金属片材和相互结合的粘合剂层的堆叠，所述叠层包括在拼接区域内沿长度方向延伸的邻接和/或重叠的金属片材边缘，其中，拼接带在所述叠层的外表面处被结合至所述叠层并横跨所述拼接区域在所述长度方向上延伸，所述拼接带具有比邻近所述堆叠中的所述拼接带定位的金属片材的厚度小的厚度。
2.根据权利要求1所述的叠层，其中，所述拼接带的厚度小于所述邻近的金属片材的厚度的90％。
3.根据权利要求1或2所述的叠层，其中，所述拼接带的厚度范围为所述邻近的金属片材的厚度的10％至75％。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的叠层，其中，所述拼接带的外表面从所述叠层的所述外表面突出偏移厚度，所述偏移厚度的范围为所述拼接带的厚度的0％至多于100％。
5.根据权利要求4所述的叠层，其中，所述偏移厚度的范围为所述拼接带的厚度的10％至80％。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的叠层，还包括横跨所述拼接区域在所述长度方向上延伸并定位在所述堆叠内的结合的第二拼接带。
7.根据权利要求6所述的叠层，所述第二拼接带邻近所述邻近的金属片材并在所述邻近的金属片材的与所述叠层的所述外表面相对的侧处定位。
8.根据权利要求6或7所述的叠层，其中，所述第一拼接带的厚度和所述第二拼接带的厚度的总和小于或等于所述邻近的金属片材的厚度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的叠层，其中，所述拼接带包括纤维增强粘合剂的堆叠层、金属片材的堆叠层，或纤维增强粘合剂的堆叠层和金属片材的堆叠层的组合，每一个金属片材具有比所述叠层的所述邻近的金属片材的厚度小的厚度。
10.根据权利要求9所述的叠层，其中，所述带的所述层在所述层的每一个侧上交错为最小邻近的金属片材的厚度的至少5倍的长度，且更优选地，所述带的所述层在所述层的每一个侧上交错为最小邻近的金属片材的厚度的至少10倍的长度。
11.根据权利要求10所述的叠层，其中，所述层交错使得最小的层邻近所述叠层的所述金属片材定位，更优选地，最长的层邻近所述叠层的所述金属片材定位。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的叠层，其中，所述拼接带层各自具有横跨所述拼接区域的宽度，且所述层的宽度在所述叠层的厚度方向上从所述外部叠层表面朝向内部叠层表面减小。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的叠层，其中，所述拼接区域包括变形的金属片材。
14.根据权利要求13所述的叠层，其中，所述变形的金属片材沿平行于所述长度方向的线弯曲。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的叠层，其中，所述叠层的所述外表面是大体上平滑的且与所述外表面相对的第二外表面是弯曲的。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的叠层，其中，所述粘合剂层包括增强纤维以形成纤维金属叠层。
17.一种用于制作根据前述权利要求中的任一项所述的叠层的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有上表面的成形基板，
在所述成形基板的所述上表面上提供拼接带，所述拼接带在所述成形基板的一部分上横跨拼接区域在长度方向上延伸；
提供至少一个粘合剂层和金属片材的堆叠，所述堆叠的边缘沿所述长度方向延伸且在所述拼接区域内邻接和/或重叠，所述堆叠延伸超出所述拼接带的边界；以及
所述拼接带具有比邻近所述堆叠中的所述拼接带定位的金属片材的厚度小的厚度；
向由此获得的堆叠施加热和压力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述成形基板的所述上表面包括横跨所述拼接区域以用于容纳所述拼接带的凹部，且所述拼接带设置在所述凹部中，由此，所述凹部的厚度范围为所述拼接带的厚度的0％至多于100％。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述凹部的厚度的范围为所述拼接带的厚度的10％至80％。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述凹部具有在垂直于所述长度方向的横向方向上变化的厚度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述凹部的厚度以连续的方式从所述拼接区域外部的0变化至所述拼接区域内的所述拼接带的厚度。
22.根据权利要求17至21中的任一项所述的方法，其中，第二拼接带设置在所述堆叠中，所述第二拼接带横跨所述拼接区域在所述长度方向上延伸。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第二拼接带邻近所述邻近的金属片材并在所述邻近的金属片材的与面向所述成形基板的所述侧相对的侧处定位。
24.根据权利要求17至23中的任一项所述的方法，其中，所述拼接带包括纤维增强粘合剂的堆叠层。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，其中，在施加热和压力的过程中，金属片材横跨所述拼接区域变形且所变形的形状被加固。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述金属片材朝向所述拼接带弯曲。
27.根据权利要求17至26中的任一项所述的方法，其中，所述粘合剂层包括增强纤维，所述增强纤维随所述粘合剂层被施加或者作为预浸料提供。
28.一种用于运载工具、航天器或飞行器的结构性部件，包括根据权利要求1至16中的任一项所述的叠层。
29.一种飞行器，包括根据权利要求1至16中的任一项所述的叠层。
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