CN109952194B - 混杂复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种混杂复合材料，所述混杂复合材料包括热塑性或热固性基体，其中存在脆性纤维和延性纤维(1)，其特征在于所述纤维被构造成使得所述混杂复合材料的延性纤维(1)在冲击或过载时通过所述延性纤维(1)的塑性变形耗散能量，并且在冲击或过载后显示残余性质。

Description

混杂复合材料
技术领域
本发明涉及混杂复合材料，其中获得与延性纤维(例如不锈钢纤维)的混杂化。更特别地，本发明涉及混杂延性纤维复合材料，例如，基于不锈钢纤维的复合材料，所述复合材料在冲击或过载后保留其完整性。
发明背景
在按重量计的强度和刚度方面，碳纤维在特征上优于钢和铝。对于相等的重量和相同的外径，碳复合材料管在理论上将是钢管的刚性和强度的四倍。然而，碳复合材料具有许多缺点，这意味着不能实现这些高值。
单独碳纤维只能在张力下负载。因此，纤维必须包埋在树脂(如环氧树脂)中，并且此外，在多个方向上铺设以便在所有方向上获得坚固的构造。环氧树脂也具有质量，但对强度和刚度没有贡献。碳纤维不能塑性变形，但在过载时突然地且爆炸性地断裂。由于这种脆弱的破裂比塑性变形危险得多，所以更高安全裕度构建到碳复合材料产品中。
因此，需要针对上述和其他缺点中的至少一个的解决方案。
发明内容
本发明实施方案的一个目的是提供用于生产例如用于自行车中的部件的混杂复合材料，优选混杂层压材料，所述混杂复合材料包含延性纤维与脆性纤维的组合，两种纤维均具有高刚度。
本发明实施方案的一个优点是提供具有与延性纤维(例如，不锈钢纤维)的混杂化的混杂复合材料。更特别地，本发明涉及混杂延性纤维复合材料，例如不锈钢纤维，所述复合材料在冲击或过载后保留其完整性。
上述目的通过根据本发明实施方案的混杂复合材料而实现。
在第一方面，本发明涉及一种混杂复合材料，所述混杂复合材料包括：热塑性或热固性基体，其中存在脆性纤维和延性纤维，其特征在于，所述延性纤维单独存在或包含于具有小于5°的加捻角度或未加捻的纱线中，所述脆性纤维和延性纤维的刚度大于150GPa，所述延性纤维具有大于5％的断裂伸长率，所述纤维被构造成使得所述混杂复合材料的延性纤维在冲击或过载时通过所述延性纤维的塑性变形耗散能量，并且所述混杂复合材料在冲击或过载后保留其完整性。
所述复合材料可包括存在优选275根或更少延性纤维、例如优选120根或更少延性纤维、例如像优选少于90根延性纤维的纱线，优选无捻纱线。
在每毫米厚度至少4J的冲击或过载之后，所述混杂复合材料可维持其完整性。根据一些实施方案，所述混杂复合材料在3点弯曲测试中在每毫米厚度至少4J的冲击或过载之后可维持其完整性，由此夹紧所述混杂复合材料的两侧并且由此使用材料的40mm跨度。
经典冲击测试中的碳层压材料(完全圆形夹紧的正方形测试样品)在冲击至穿透(例如完整性丧失)期间每mm厚度的层压材料可耗散5至10J。在根据本发明的混杂复合材料的测试中，已经测试了较小(30mm宽)的样品以加速完整性丧失。因此，冲击设置是3点弯曲测试，其中两侧以40mm跨度夹紧。在这种类型的测试中，裂纹朝向侧面更快地生长，从而导致完全断裂(例如，在较低能量下，碳纤维复合材料将因此已经更快地丧失其完整性)。每mm厚度16J或4J因此取决于测试设置，并且是与经典穿透测试相比时，而不是取决于低侧。
所述混杂复合材料可在冲击或过载后维持结构残余机械性质，并且因此可耐受第二次冲击或过载。
根据本发明实施方案的新型混杂层压材料可由延性纤维和脆性纤维的组合组成，两种纤维均包含高刚度。延性纤维的纤维体积分数可以是小于纤维总量的50％，优选小于20％，例如3％与10％之间。
所述脆性纤维和延性纤维的刚度优选大于150GPa，并且更具体地优选大于200GPa。
使用(不锈)钢纤维作为根据本发明实施方案的延性纤维的主要优点是它们固有地具有高刚性(刚度)(±200GPa)。这使得有可能在不丧失绝对刚性的情况下用钢纤维替代碳纤维。然而，这将导致重量增加，所述重量增加是所添加的钢纤维的量的函数。
所述延性纤维的断裂伸长率可大于5％，优选大于20％。所述延性纤维的较高屈服强度将在混杂层压材料中提供更好的结果。优选地，屈服强度大于100MPa，例如像，大于350MPa。
所述纤维可优选地具有小于100μm且优选小于40μm的直径。
所述脆性纤维和/或延性纤维可具有粗糙和/或不规则表面，以使得它们更好地粘合至基体。
在实施方案中，所述脆性纤维是硬脆性纤维，例如刚性碳纤维、玻璃纤维或天然纤维，例如像亚麻纤维。优选地，碳纤维用作脆性纤维。
所述纤维可紧密堆积在一起。
当所述延性纤维单向放置并且实现局部高纤维体积分数时，所述延性纤维可具有多边形截面并且彼此靠近地贴合。
所述延性纤维可单向放置在均匀的层中。
所述脆性纤维可单向放置在均匀的层中。
所述延性纤维可以织物形式提供。
具有无捻延性纤维的纱线可用作纬纱，并且经纱可由具有高收缩率的无捻聚合物纱线组成。
所述脆性纤维可以织物形式提供。
所述延性纤维可被提供为其纵向方向垂直于所述复合材料的预期开裂方向。
所述脆性纤维和延性纤维可以夹层构型提供，从而产生具有至少一个延性纤维层的混杂层压材料。
所述至少一个延性纤维层可放置在复合材料的至少一个表面上，即其中可发生最大畸变并且其中裂缝可显示最大开口。
所述至少一个延性纤维层可放置在混杂复合材料的至少一个最大表面上。
所述脆性纤维可以是碳纤维。
所述延性纤维可以是不锈钢纤维。
所述复合材料可以是层压板或夹层板。
所述复合材料可以是管或型材。
所述管或型材的曲率可有助于混杂复合材料的完整性。
本发明还涉及一种制备如上所述的混杂复合材料的方法，所述方法包括：
-将所述脆性纤维和延性纤维放置在某种形状的模具上；
-用热塑性或热固性树脂注入所述纤维以形成混杂复合材料。
本发明还涉及一种制备如上所述的混杂复合材料的方法，所述方法包括：
-提供含有脆性纤维的物体；
-向所述物体的至少一个表面提供至少一个延性纤维层。
本发明实施方案的优点是，通过向制品的至少一个(大)区域提供延性纤维层，可增强具有较差结构机械性质的现有物体，例如像碳纤维复合材料。这可例如通过在所述物体上提供包括至少一个延性纤维层的带来实现。在管的情况下，所述带可提供在所述管的外表面上和/或内表面上。
所述方法还可包括用热塑性或热固性树脂注入所述纤维以形成混杂复合材料。
本发明还涉及如上所述的混杂管作为自行车车架的一部分且优选地作为自行车车叉的用途。
本发明还涉及包括至少一个延性纤维层的带用于增强包括脆性纤维的物体的完整性的用途。
在本发明的实施方案中，使用钢纤维的可能性描述如下。由于高刚度，钢纤维提供良好的结果。但是，任何刚性纤维(>70GPa)和延性纤维(断裂伸长率>5％)都可能符合这一点，如钛、铜和特定(高延性和刚性)UHMWPE变体(如Dyneema)和芳纶(如kevlar)等。
在本发明的实施方案中，所述纤维(例如脆性和/或延性纤维)优选具有小于100μm、例如像小于40μm的直径(但这不应以纤维的延展性为代价)。
在本发明的实施方案中，所述纤维(例如脆性和/或延性纤维)优选具有粗糙和不规则的表面(考虑到更好的粘合)。
在本发明的实施方案中，所述纤维(例如脆性和/或延性纤维)优选紧密地堆积在一起。在延性纤维是拉制钢丝束或纱线的实施方案中，延性纤维的多边形截面是一种拼图块，其在根据本发明实施方案的混杂复合材料中的生产中良好地适合，并且因此实现局部高纤维体积分数。
在本发明的实施方案中，所述延性纤维优选垂直于预期的裂缝生长定位(以使得可桥接裂缝)。例如在单轴拉伸载荷的情况下，这是在拉伸载荷的纵向方向上。
在本发明的实施方案中，所述延性纤维优选地定位在外表面混杂层压材料外部或之上，其中可发生最大变形并且其中裂缝可呈现最大孔径。
在本发明的实施方案中，所述延性纤维被提供为层、延性纤维层，具有尽可能小的收缩率，优选小于5％，例如像小于0.5％(收缩率被表示为纱线的长度长于单格的长度的百分比)，并且具有最小捻度(纱线的张力/纺纱以便于织造)，其中纤维尽可能紧密地堆积。在本发明的实施方案中，所述延性纤维在优选均匀的层中准单向地提供，具有尽可能小的收缩率和尽可能少的加捻，从而产生延性纤维层，但实施方案不限于此。
在优选的实施方案中，所述延性纤维层仅含有延性纤维并且不含脆性纤维。所述延性纤维层可包括一种或多种类型的延性纤维。所述延性纤维层中还可存在其他纤维(如无捻聚合物纱线或刚性较低<70GPa的脆性纤维)。所述纤维层的厚度可从单根纤维厚度至几厘米变化。
在本发明的实施方案中，所述延性纤维可被提供为结构或织物，例如具有延性纤维的无收缩织物。
在本发明的实施方案中，在所述混杂复合材料被提供为层压材料时，可存在一个或多个延性纤维层。优选地，至少一个延性纤维层被提供在可发生变形的外表面上。在其他实施方案中，脆性纤维层和延性纤维层交替地提供，从而形成夹层构型。在其他实施方案中，不同的、优选薄的延性纤维层散布在多个脆性纤维层之间。
在本发明的实施方案中，所述延性纤维被提供为织物或另一种结构，其中所述延性纤维(例如钢纤维)位于多个方向上，例如像设置有编织物的织物中。
延性钢纤维的纤维体积分数可以是纤维总量的1％与50％之间，优选(考虑到重量)1％与20％纤维之间，最可能最佳地3％与10％之间。
应用可用于具有热塑性基体(例如PP、PE、PA、PET、PEEK、PEKK、PEI、PPS等)基体以及热固性基体(如环氧树脂、聚氨酯、聚酯、乙烯基酯、氰酸酯、苯酚等)的复合材料中。
根据本发明实施方案的混杂复合材料的优点在于它们具有低比重和高刚度。特别地，它们具有高比刚度。优选地，所述延性纤维具有与脆性纤维几乎一样高的刚度，尤其是当使用(不锈)钢纤维时，它们具有与碳纤维几乎一样高的刚度(200GPa相较于235GPa)。这与其他延性纤维如Dyneema、Kevlar、Curv、……形成鲜明对比。根据本发明的实施方案，重新设计允许在延性纤维与脆性纤维的组合(例如像钢纤维与碳纤维的组合)中使用脆性较低的纤维(例如碳纤维)。
根据本发明实施方案的混杂复合材料的优点是显示逐渐延性破裂行为。特别地，它们在破裂期间部分塑性变形。当脆性纤维(例如，碳纤维)碎裂成混杂复合材料时，延性纤维例如(不锈钢)显示塑性变形、耗散能量并将它们全部保持在一起。相比之下，如果100％碳纤维复合材料断裂，则它立即完全断裂，而无任何征兆。因此，本发明的实施方案提供了更安全的材料，所述材料不会表现出碎片化效应并且其破裂边缘不太尖锐。使用“安全”的延性纤维、例如(不锈钢)纤维将防止破裂，并且因此降低安全风险。
根据本发明实施方案的混杂复合材料的优点在于，所述复合材料的完整性在冲击或过载之后得以保留。用这种混杂材料制成的部件在冲击或过载后保持彼此连接。传统复合材料上的冲击或过载在大多数情况下具有完全断裂和因此单独的锋利碎片(通常是不期望的效应)。
根据本发明实施方案的混杂复合材料的优点在于，所述复合材料的结构残余机械性质在冲击或过载之后得以保留。在冲击或过载之后，所述残余性质仅部分地低于在冲击或过载之前的性质。所述材料因此在损伤后仍然能够在结构上负载。例如，添加Innegra或Curv纤维的混杂组分也可实现完整性的保持，但是由于延性纤维的较低机械性质，部件的残余强度非常低。所述材料仍然保持成一体，但不能再进行第二次冲击或负载。
本发明实施方案的一个优点是能够可视化和检测对根据本发明实施方案的混杂复合材料的可能损伤。在冲击之后，由于延性纤维(例如钢纤维)的塑性变形，所述部件将表现出使得损伤可见的永久变形(例如，义齿)，这很容易进行表面检查。取决于钢纤维的构型和数量，可研究义齿的尺寸以估计下面的碳纤维复合材料中的内部损伤的量。为了有效地测量损伤，必须仅在局部使用昂贵的测量设备。
使用传统的复合材料，冲击后的损伤通常是内部的并且对眼睛不可见。这种内部损伤只能通过整个复合材料部件上的复杂且昂贵的检查技术来追踪(例如CT扫描、超声波)。
它是本发明的一个优点，不同于用于混杂化的经典方法(其中选择低碳纤维体积分数(≤10％)并且其中使用许多延性纤维)，在此可使用小纤维体积分数的延性纤维(参照不锈钢纤维)。在所述情况下，应力条件和断裂方式是不同的，这允许例如仅在外部或外表面(其中裂缝最大)上添加延性纤维。如果大量的碳纤维然后断裂，则由混杂层压材料制成的管将严重受损，但仍保留完整性。换言之，可在管中造成局部大变形或污垢，但所述管仍然可弯曲(尽管强度将降低)。本发明实施方案的优点在于，在管或夹层板中，由于曲率和规模结构，需要较少的钢纤维。当冲击管时，应力条件非常局部，比平板上的拉伸或弯曲测试更复杂且更不均匀。在平板情况下，所述材料被完全单侧拉动，或通过弯曲，容易向下拉动并在顶部压缩。一旦发生全长度破裂，就不可能维持有限量的延性纤维的全长度完整性，如在传统形式的混杂化中。
根据本发明实施方案的混杂材料组合了两种材料类别中的最佳材料。与传统复合材料一样，混杂材料具有高刚度和低重量，并且在冲击或过载时将表现出延性行为。所述部件将不会分成若干碎片而是保持整体，并且此外与经典复合材料相比，相对于冲击或过载之前的强度维持相对高的强度。此外，冲击或过载将留下永久塑性变形(＝污垢)，与经典复合材料相比，这大大地增加了损伤的可见性。
本发明实施方案的混杂复合材料可优选用于制造自行车，并且更具体地说用于制造自行车的前叉。在所述前叉中，断裂的结果是最戏剧性的，其使得安全性方面是最大的。在前叉中添加钢纤维确保它们不会在严重事故或重大冲击中断裂。这允许骑自行车者回家(例如，一种类型的前叉平坦运行)。前叉将仍然必须更换，但避免了急剧跌落，并且骑自行车者仍然可能够骑自行车。
此外，根据本发明实施方案的包括钢纤维的混杂复合材料也可用于汽车行业，其中碳纤维复合材料目前更多地用于例如消费者汽车中，如BMW i3系和新BMW 7系。然后可将钢纤维添加至碳纤维复合材料的破裂行为目前存在问题的特定位置。目前，管道结构由Eurocarbon与碳纤维编织，添加钢纤维在生产过程中将基本上不需要变化。其他可使用长期钢纤维的潜在市场包括航空航天、航天和海事行业。在这些行业中，碳纤维复合材料已经广泛使用，但通常使用非常高的安全因数以避免复合材料的断裂。在这些行业中，钢纤维也可添加至破裂行为有问题的特定部件中。
另一方面，在航空中存在关键载荷是“工具下降(tooldrop)”的产品：将工具从低高度下降到(通常非常薄的)碳纤维层压材料上。在这种情况下，将非常容易检测损伤(或损伤的可视化)，以使结构甚至更轻，因为它需要更少的超尺寸。这是可能的，因为某些金属纤维的屈服点可大致在与碳纤维复合材料中出现裂缝的相同伸长率下发生。
根据本发明的实施方案，还可使用混杂复合材料产生运动产品。例如高尔夫球棒、网球拍、独木舟、船、划艇窗格、头盔等。
另一个潜在市场是(机器)零件，其中破坏碳复合材料部件对于整个机器将是急剧的，例如在碳复合材料片破坏机器的其他零件的情况下。
在所附的独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选的方面。来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的特征且与适当的其他从属权利要求的特征组合，而不仅仅在权利要求中明确阐述。
出于将本发明和优于现有技术实现的优点汇总的目的，在本文以上描述了本发明的某些目的和优点。当然，应当理解的是，根据本发明的任何特定实施方案不一定都可实现所有此类目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式实施或执行，而不一定实现如本文可能教导或建议的其他目的或优点。
通过参考后文描述的实施方案，本发明的以上和其他方面将显而易见并得到阐明。
附图说明
现在将通过实例参考附图来进一步描述本发明。
图1a-1d示出用于本发明实施方案的组织结构，其中不锈钢纤维用作延性纤维。
图1a-1d示出用于本发明实施方案的组织结构，其中不锈钢纤维用作延性纤维。
图2示出参考碳层压材料、所产生的本发明实施方案(A2、A3、S2和S3)的混杂层压材料和常规单一金属的表面重量(左)和几何拉伸刚度(右)，板厚度适合于实现相同的几何拉伸刚度。
图3示出参考碳层压材料、所产生的本发明实施方案(A2、A3、S2和S3)的混杂层压材料和常规单一金属的表面重量(左)和几何弯曲刚度(右)，板厚度被调整为实现相同的几何弯曲刚度。
图4示出参考碳层压材料、所产生的根据本发明的一个实施方案的混杂层压材料(O1,2；O1,25HM；O1,4和O1,6)和根据常规单一金属的每长度重量(左)和轴向刚度(右)，其中调整壁厚度以实现相同的轴向刚度。
图5示出参考材料(缩写为B30E00)和根据本发明实施方案的混杂层压材料(A2、S2、A3和S3)上的弯曲测试力位移图。
图6示出在参考碳纤维层压材料和根据本发明实施方案的混杂层压材料(S2、S3、A2和A3)的弯曲测试期间的弯曲强度(黑色)和耗散能量(白色)的比较。
图7示出用于说明本发明实施方案的优点的参考碳纤维层压材料上在0J、4J、8J和16J(顶部至底部)的冲击后的效应。
图8示出在16J的冲击后根据本发明实施方案的混杂层压材料(从左至右：A2、S2、A3、S3)。
图9示出在32J的冲击后根据本发明实施方案的混杂层压材料(从左至右：A2、S2、A3、S3)。
图10示出管上，更具体地参考碳纤维管(左)和根据本发明实施方案的混杂管，即O1.25HM(中)和O1.6(右)上50J冲击的结果。
图11示出呈参考碳纤维层压材料(REF)和根据本发明实施方案的混杂层压材料(A2、S2、A3和S3)上的冲击能量的函数的拉伸测试中的残余最大力。
图12示出呈在拉伸测试前参考碳纤维层压材料(REF)和根据本发明实施方案的混杂层压材料(A2、S2、A3和S3)上的冲击能量的函数的拉伸测试期间的残余耗散能量。
图13示出呈参考碳纤维层压材料(REF)和根据本发明实施方案的混杂层压材料(A2、S2、A3和S3)上的冲击能量的函数的弯曲测试中的残余最大力。
图14示出呈在弯曲测试前参考碳纤维层压材料(REF)和根据本发明实施方案的混杂层压材料(A2、S2、A3和S3)上的冲击能量的函数的弯曲测试期间的残余耗散能量。
图15示出通过30J冲击的管，更具体地参考碳纤维管(REF)和根据本发明实施方案的混杂管(O1.2；O1.25HM；O1.4和O1.6)上的残余弯曲强度。
图16示出通过30J冲击的管，更具体地参考碳纤维管(REF)和当前管(O1.2；O1.25HM；O1.4和O1.6)上的弯曲测试中的残余耗散能量，从而说明本发明的一个实施方案的优点。
图17示出通过30J冲击的管上，更具体地参考碳纤维管(REF)和当前管(O1.2；O1.25HM；O1,4；I1,4和O1,6)上的不同压缩测试的力位移图，从而说明本发明的一个实施方案的优点。
图18示出参考碳管(左)、冲击后的弹性回复和损伤(中心)、随后压缩测试中的突然失效(右)的示意性图示，从而说明本发明的一个实施方案的优点。
图19示出根据本发明的具有钢纤维的混杂管上的冲击(左)、局部截面中的永久性塑性变形和减小(中心)、随后压缩测试中的逐渐平滑(右)的示意性图示，从而说明本发明的一个实施方案的优点。
图20示出冲击层压材料的照片和由于冲击而存在的永久性变形。换言之，图20示出损伤，从而说明本发明的优点。
图21a-21b示出由根据本发明实施方案的混杂复合材料(呈白色)和全碳纤维变型制成的自行车的前叉。
附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且未按照比例绘制。
在权利要求书中的任何参考符号不应被解释为限制其范围。在不同的附图中，相同的参考符号是指相同或相似的元件。
具体实施方式
将相对于具体实施方案并参考某些附图来对本发明进行说明，但本发明不限于此，而仅受权利要求书限制。
本说明书通篇对“一个实施方案(one embodiment)”或“一实施方案(anembodiment)”的提及意味着结合所述实施方案所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，短语“在一个实施方案中(in one embodiment)”或“在实施方案中(in an embodiment)”在本说明书各个地方的出现不一定全部是指，但可以是指，同一实施方案。此外，如本领域的普通技术人员从本公开将是明显的，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合在一个或多个实施方案中。
类似地，应了解，在本发明的示例性实施方案的描述中，本发明的各种特征有时在单个实施方案、图或其描述中聚集在一起以便于简化本公开并且帮助理解各种发明性方面中的一个或多个。然而，本公开的这种方法不应被解释为反映以下意图：所要求的本发明要求比每项权利要求中明确陈述的特征更多的特征。相反，如以下权利要求书所反映，发明性方面在于少于单个前文所公开实施方案的所有特征。因此，详细说明之后的权利要求书特此明确结合到本详细说明中，其中每条权利要求自身作为本发明的单独的实施方案。
此外，虽然本文所描述的一些实施方案包括一些但不是其他实施方案中所包括的其它特征，但如本领域的技术人员将理解，不同实施方案的特征的组合意在属于本发明的范围内，并且形成不同的实施方案。例如，在随后的权利要求书中，任何所要求的实施方案可按任何组合来使用。
此外，在描述和权利要求书中的术语第一、第二或类似术语用于区别类似元件，且未必用于描述以时间、空间、排序或以任何其它方式排列的序列。应理解，如此使用的术语在适当的情形下是可互换的，并且本文所描述的本发明的实施方案能够以除本文描述或说明的之外的其他顺序操作。
此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、前部等用于描述目的并且不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情形下是可互换的，并且本文所描述的本发明的实施方案能够以除本文描述或说明的之外的其他取向操作。
应注意，在权利要求书中使用的术语“包括”不应被解释为限于之后所列出的事物；它不排除其他的元件或步骤。它因此应被解释为指明如提及的所陈述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除其一种或多种其他特征、整数、步骤或部件或其组的存在或添加。例如，表述“包括装置A和B的装置”的范围不应限制于仅由部件A和B组成的装置。它意指，关于本发明，所述装置的仅有的相关部件是A和B。
在本文提供的描述中，列出了众多的具体细节。然而，应理解的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施方案。在其它实例中，未详细示出众所周知的方法、结构和技术，以便不会模糊对本说明书的理解。
在本发明的实施方案中提及“层压材料(laminate)”的情况下，这涉及由不同层的给定材料组成的复合片材，从而获得用单一材料不能获得的性质。
在本发明的实施方案中提及“收缩”的情况下，这涉及在层、结构或织物中垂直于纤维的纵向的方向上的变形。
在本发明的实施方案中提及“完整性”的情况下，这涉及在冲击或过载后保留其完整性的(混杂)复合材料，例如，所述复合材料可在内部破裂但仍然作为整体起作用。这也可涉及结构完整性，其中本发明的混杂复合材料的结构残余机械性质在冲击或过载后保留。混杂复合材料的这些片在冲击或过载后保持附着，并且此外它们还具有一定的(残余)机械性质。这与例如破裂的蛋壳形成对比，破裂的蛋壳可通过内侧上的薄内膜(fleece)固持在一起，但它绝不能再置于载荷下。在冲击之后，所述结构具有残余机械性质(强度、刚度)并且甚至能够承受第二次冲击。尽管描述仅提供了板和管(具有圆形截面)的实例，但是本发明的实施方案包括具有不同形状的包括本发明实施方案的混杂复合材料的物体。这种物体可由根据本发明实施方案的混杂复合材料组成，或者可包括所述混杂复合材料(例如像，作为涂层)。型材可具有开放(例如，C-型材)或封闭的截面，并且可以是中空的或填充的。在优选的实施方案中，所述物体具有改进物体的结构性质的曲率。
在本发明的实施方案中提及脆性纤维和延性纤维的情况下，这些纤维应被理解为在标准条件(室温和标准大气压)下分别具有脆性性质和延性性质。
在本发明的实施方案中提及断裂伸长率的情况下，提及材料在爆裂或断裂载荷下相对于初始长度(技术伸长率)延伸的百分比。
在本发明的实施方案中提及刚性的情况下，提及至少具有高于某一极限值的值的杨氏模量。
在本发明的实施方案中提及冲击、同时维持完整性的情况下，提及具有被冲击的材料的每毫米厚度大于4J的能量的冲击，由此材料保持物理连接成一体并且受损零件中的拉伸强度(Mpa)仍保留其原始值的至少5％。
在本发明的实施方案中提及由纤维制成的捻回角的情况下，提及由施加至纱线或纤维束的扭力引起的单根纤维相对于所述纱线或纤维束的纵向方向的角度。
在第一方面，本发明提供了混杂复合材料，其中获得与延性纤维且优选延性不锈钢纤维的混杂化。更特别地，本发明涉及包括延性纤维的混杂复合材料，所述混杂复合材料在冲击或过载后保留其完整性。
在实施例中，将提及不锈钢纤维作为延性纤维，但实施方案不限于此。所述不锈钢纤维优选地紧密堆积并且显示很少收缩或不显示收缩，例如呈层形式或以织物形式提供。不锈钢纤维织物100通过使用钢纤维1作为纬纱并且聚酯纱线20作为经纱来构成。钢纤维1在经纱之间水平地在经纱上一根接一根地插入织物中。这些纬向纤维(钢纤维)1在经纱之间水平地一根接一根地垂直于经纱定位于织物中。纬向纤维(钢纤维)1以未加捻的方式彼此靠近地挤压，并且因此形成钢纱线10且由此形成织物。
因此，不锈钢纤维织物优选地是准单向织物或结构，其使用具有多边形截面(例如，30μm直径)的275根未变形的不锈钢纤维(316L)的1根纱线作为纬纱。链方向由具有高收缩率的非织造聚酯(PET或PES)纱线组成。这是为了确保钢纤维尽可能直并且尽可能地定向。这对最终复合材料的刚度和延性行为两者都具有重要影响。所述钢纤维在垂直于预期开裂或断裂的方向的每个方向上定向(例如，在平行于载荷的拉伸载荷下)。
根据本发明实施方案的不锈钢纤维织物100在图1a中示意性地示出，其中包括多根无捻钢纤维1的不锈钢纱线10通过无捻聚酯纱线20保持竖直。图1b示出不锈钢纤维织物100的一些层的截面视图的显微镜图像。本文还清楚的是，在钢纤维纱线中提供多根不锈钢纤维。图1c示出根据本发明实施方案的不锈钢纤维织物100的平面图，其中一片被放大并且在图1d中示出。以下表1和2提供有关钢纤维和钢纤维结构/织物的更多信息。
以下表1说明根据本发明实施方案使用的钢纤维织物的特性：
Figure BDA0001995084120000171
以下表2描述不锈钢纤维(优选具有30μm的直径)的机械性质：
不锈钢纤维
杨氏模量，E ±193GPa
强度，σUTS 660±4MPa
断裂伸长率，εULT ±20％
屈服强度(0.2％)，σ屈服 ±365MPa
在本发明的实施方案中使用的碳纤维织物是Hexcel织物：由具有表面重量为160g/m2的AS2CJ碳纤维的3K纱线组成的2/2斜纹织物。基体材料是环氧树脂，更具体地Araldite LY-1564-SP，并且硬化剂是Aradur 3486-BD。
根据本发明实施方案的混杂复合材料是混杂复合板材料，其包括交替的碳纤维层(包括碳纤维织物)和不锈钢纤维层(包括钢织物)的不同层。在混杂层压材料的构造中，钢纤维层每次优选位于外侧。这是因为在弯曲和冲击时在外侧上发生最大的畸变，并且这些大的变形然后可被钢捕获。
在本发明实施方案的实施例中，由于较重表面重量，层压材料仅提供有一个或两个延性纤维层。但这仅是一个具体实施方案，并且也可提供其他构造(例如，通过在脆性纤维层之间散布不同的薄延性纤维层)。
以下表3示出所测试的不同板层压材料和构造。在根据本发明实施方案的不对称(A2、A3)混杂层压材料的情况下，在下侧上放置一个钢纤维层。在对称层压材料(S2、S3)的情况下，在顶部处提供钢纤维层并且在下侧上提供钢纤维层。参考板不包括用于混杂化的钢纤维层，并且因此涉及单一碳复合材料。
Figure BDA0001995084120000181
表3：所产生的根据本发明的混杂层压材料和参考碳层压材料的性质。
例如，表3中列出的板可通过真空灌注产生。据此，将干(碳和不锈钢)纤维定位在平板上并在真空下灌注基体材料(例如环氧树脂)以形成混杂复合材料。
除了包括根据本发明的混杂复合材料的板或夹层结构外，本发明的实施方案还提供其他形状或轮廓，例如像包括曲率的I、C或H型材或管。不同类型的管也是可能的，如包括不同截面的管(例如，圆形、方形、多边形等)。本发明实施方案的一个优点是有助于曲率以改进混杂复合材料的结构机械特性(冲击和残余强度)。
Figure BDA0001995084120000191
以下表4总结了所产生的根据本发明的混杂管和参考管的特性。
表4示出根据本发明实施方案的圆形截面的混杂管和参考碳管(其不包括不锈钢纤维)的特性。也可使用上述真空灌注来生产管。在这种情况下，优选在管的外表面上使用单层钢纤维，并且相对于碳纤维的层数调整厚度，以使得外径保持恒定(32mm)并且壁厚度(和重量)在不同的管之间变化。在表4中，缩写“O”是指钢纤维位于管外侧上的管，例如现有碳复合材料管，而“I”是指层压在管内侧上的钢纤维。在缩写“O1.25HM”的情况下，提及高模量碳纤维(Torayca M40J)，其用于获得增加的刚度并且因此在较低壁厚度的情况下获得与参考材料类似的刚度。本发明的实施方案提供低比重和高刚度的材料。使用经典层压理论和钢纤维复合材料的测量的特性，可精确计算根据本发明实施方案的混杂复合材料的刚度和重量。
根据本发明实施方案的板结构中的刚度和重量
为了正确地比较不同材料的刚度和相对密度，不仅考虑绝对材料特性，而且考虑几何效应。选择混杂层压材料的厚度和层结构，以使得几何拉伸刚度与参考碳纤维层压材料相似或更高。换言之，由于添加具有高刚度的钢纤维，层压材料的厚度可更小(对重量具有有益影响)而不影响特定载荷下的变形。在A3和S3的情况下，层压材料的厚度相似或略高，以获得甚至更高的刚度，但具有更高的重量增加。
相比之下，相同的实践应用于单一铝、钛和不锈钢：选择板的厚度以使得一定的力(N)将产生类似的变形(相同的几何刚度)。以这种方式，可直接比较对重量的影响。
图2示出具有类似几何拉伸刚度的板的重量增加。使用混杂结构(A2、A3和S2)设计的部件相对于参考材料将显示有限的重量增加(1％-17％)，但仍将具有比传统金属更低的重量。单一混杂层压材料S3与金属(26％-31％)相比具有更高的重量增加(32％)，但是过度尺寸化(几何刚度比参考和金属高25％)(参见表5)。
Figure BDA0001995084120000201
表5提供参考碳层压材料、所产生的混杂层压材料和传统金属的重量增加、材料和几何刚度的总结。
可对几何弯曲刚度进行类似的比较(参见图3)。在这种情况下，层压材料A3和S3两者均尺寸过大。由于厚度较高，它们分别具有高42％和72％的几何弯曲刚度，但即使这些层压材料也具有比所有金属更低的重量。
由于外侧上的钢纤维的高刚度，层压材料A2具有几乎相同的几何弯曲刚度(-9％)，相对于参考碳纤维材料没有重量增加(+1％)。
Figure BDA0001995084120000211
表6提供参考碳层压材料、所产生的根据本发明实施方案的混杂层压材料和常规单一金属的重量增加、材料和几何刚度的总结。
根据本发明实施方案的管结构(具有圆形截面)中的刚度和重量
与用于片材结构相同的理论计算可应用于管结构。仅调整所述管的内径(并因此调整壁厚度)以实现相同的轴向刚度。图4示出对于相同的轴向刚度，所产生的所有混杂管具有比金属结构更低的每纵长米重量。当前层压结构中的重量增加被限制为12％至34％。针对相同轴向刚度设计的金属管上的重量增加是60％至72％。
Figure BDA0001995084120000221
表7提供参考碳层压材料、所产生的混杂管结构层压材料和传统金属的每米重量、壁厚度和轴向刚度的总结。
根据本发明实施方案的混杂板的逐渐延性破裂行为
所产生的混杂板在弯曲中进行测试。测试在具有30kN测力传感器的Instron 5985上进行。测试样品的宽度是30mm，跨度长度是150mm。位移速度是5mm/min。测试样品的厚度在以上表5中给出。图5示出参考碳纤维层压材料的脆性破裂行为。在偏转约4mm之后，层压材料断裂成2片。这与所有混杂层压材料不同，所述混杂层压材料在碳纤维中出现第一次破裂之后，即使在超过10mm的位移之后仍然能够承受约1kN的力。此外，混杂物的功率位移图显示约2mm偏转的非线性梯度，这意味着存在某种警告，即几乎以永久变形的形式达到最大强度。在达到最大强度后，力下降，但比参考碳纤维层压材料的情况更缓慢。
图6示出混杂层压材料的绝对强度略低于参考碳纤维层压材料，但在层压材料的变形/断裂期间耗散的能量高35％-125％。这种能量耗散被计算为力位移曲线下面积。重要的是提及值不是根据材料的厚度标准化的。这是因为调整板厚度以实现相同的几何刚度，并且因此在层压材料的材料刚度更高的情况下，可使用更低的片材厚度(以减小绝对重量)。这确保存在固有较少的材料(在层压材料A2和S2的情况下)，合乎逻辑的结果是最大强度较低。然而，这种强度降低可通过更好破裂行为和破裂期间的更高能量耗散来补偿。在传统复合材料中，由于剧烈的破裂行为，设计的尺寸通常变得过于强烈。因此，由于破裂和能量耗散的强烈改进，混杂层压材料的强度降低将不一定需要另外的设计。
在冲击或过载之后，维持根据本发明实施方案的混杂片材结构的完整性
在全碳纤维层压材料(而非混杂物)的情况下，来自某一能量水平的冲击将使碳纤维层压材料断碎成两个单独的片。由于钢纤维的延性行为，本发明实施方案的优点是，即使在高能量冲击的情况下，混杂层压材料也甚至将保留其完整性，即层压材料在内部断裂，但保持整体。
为了证明这种效应，将20mm宽度的层压材料夹紧到Huntsman冲击器中。使用20mm直径的指状压头实现冲击，并且夹紧环具有40mm的内径。因此，冲击设置是弯曲测试，其中两侧以40mm跨度夹紧。图7示出，在超过16J的冲击下，脆性的全碳纤维板断裂成2片。
图8示出在以相同的能量冲击之后根据本发明实施方案的具有钢纤维的混杂层压材料的实例(从左至右：A2、S2、A3、S3)，在所述能量下参考碳纤维层压材料如上所述并如图7所示断裂成2片(16J)。在所有情况下，层压材料保持一体。在碳纤维增强层内部，发生破裂和分层，但这些通过钢纤维层保持在一起。
图9示出在双重能量冲击后根据本发明实施方案的具有钢纤维的混杂层压材料的实例(从左至右：A2、S2、A3、S3)，其中参考碳纤维层压材料断裂成两片(32J)。即使在双重能量冲击的情况下，所有钢纤维层压材料也保持整体。
在冲击或过载之后，维持根据本发明实施方案的混杂管结构的完整性
为了证明在冲击根据本发明实施方案的混杂管中的完整性，将管以50J的能量冲击。为此目的，将外径为32mm的管放置在相距300mm的两个支撑点上。使用20mm直径指状压头实现所述冲击。因此，冲击设置是3点弯曲测试，其中两侧以300mm跨度自由放置。
在50J的冲击下，完全参考碳纤维管(即非混杂)完全断裂成两片。基于测量的冲击器力位移，可测量在此冲击过程中吸收的能量：37.9±4.6.6J。与参考碳纤维管相比，根据本发明实施方案的所有混杂管保留其完整性，即它们保持一体。压头留下永久变形，并且所有冲击能量在管中耗散。另外，与碳纤维管相比，在混杂层压材料中不存在尖锐的边缘或碎片，其中钢纤维层压在外侧上。这也在图10中示出，从而显示测试管上50J冲击的结果：参考碳纤维管(左)、O1.25HM(中)和O1.6(右)。
上文显示的一个重要差异是参考碳纤维在高冲击后分裂成若干片，而根据本发明的混杂层压材料粘在一起成一体。这使得本发明实施方案的混杂复合材料的结构残余机械特性在冲击或过载后保留。这些混杂复合材料片在冲击或过载后继续连接在一起，并且此外它们还具有一定的机械性能。这与例如破裂的蛋壳形成对比，破裂的蛋壳可通过内侧上的薄膜固持在一起，但它绝不能再负载。在冲击后，结构仍然具有残余机械特性(强度、刚度)，并且甚至能够承受第二次冲击。
在片材结构上冲击后维持结构机械性质
为了证明这种效应，将宽度为20mm的根据本发明实施方案的混杂层压材料夹紧到Huntsman冲击器中。用直径为20mm的指状压头实现冲击，并且使用内径为40mm的环进行夹紧。因此，冲击设置是弯曲测试，其中材料的两侧以40mm跨度夹紧。用4J、8J、16J和32J的能量冲击层压材料，并且此后通过拉伸测试和弯曲测试对残余机械性质进行测试。
拉伸测试在Instron 4505系统上进行，其中夹具之间的跨度为150mm并且位移速度为2mm/min。所使用的样品宽度是30mm。挠曲/结合测试在具有30kN测力传感器的Instron5985上进行。测试样品的宽度是30mm，跨度长度是150mm。位移速度是5mm/min。测试样品的厚度在表5中给出。
图11示出对于拉伸测试，呈样品上的冲击能量的函数的残余拉伸力的保留。同样，厚度减小的效应非常明显。层压材料S2和A2在未受影响的测试样品(0J)中表现出较低的最大力。同样在层压材料S2和A2上的冲击测试中，在低冲击能量下的残余强度低于参考材料。这一方面通过冲击较薄的层压材料引起，但另一方面也是因为在拉伸测试中，由于厚度减小，材料的直径较薄。然而，与参考材料相比，由于冲击所致的拉伸强度的降低更加平缓。另外，根据本发明实施方案的所有混杂层压材料在32J的冲击后仍然具有未受影响的样品中的最大拉伸力的约四分之一。这与碳纤维层压材料形成对比，所述碳纤维层压材料在这种能量水平冲击后仅能够吸收至多±25J并且断裂成2个或更多个片。如果混杂材料的厚度相等或更高，则混杂材料的残余拉伸强度在所有情况下都高于参考材料。
图12示出，呈拉伸测试样品上的冲击能量的函数，在受影响的样品上的拉伸测试中仍然能够耗散的能量的量。与最大拉伸力一样，厚度减小的效应也是重要的。再次，对于混杂层压材料，减少更为平缓。对于16J和更高的冲击，所有混杂层压材料得分更好，并且这些层压材料仍然能够相对于参考层压材料耗散1/3的能量。使用3点弯曲测试作为第2测试进行类似的测试。重要的是以相同的方式施加载荷：在3点弯曲中测量冲击，并且在3点弯曲中测量残余性质。因为这是类似的载荷，所以在冲击时发生的裂缝更容易生长。结果，与先前的测试相比，参考层压材料仍然能够处理的功率(如图13中所示)减少得更快。在16J的冲击下，在拉伸方向上所述层压材料具有残余强度。在弯曲时，最大力可忽略不计。
因此，添加延性纤维(例如，钢纤维)的作用更加突出。钢纤维在冲击过程中不会断裂，但由于塑性变形而耗散能量。当再次在相同的方向上施加载荷时，钢纤维仍然能够承受高载荷。
在参考层压材料上4J的冲击下，残余弯曲强度已经下降至初始弯曲强度的37％。在混杂层压材料中，需要32J的冲击来实现挠曲强度的类似降低。
如上所述，混杂层压材料能够在弯曲测试期间耗散的能量远高于参考层压材料。在冲击后情况也仍然如此(如图14中所示)。在低能量下，甚至在碳纤维层中发生小裂缝和分层(其在弯曲测试中逐渐生长)，这样使得在一些情况下，与未受影响的样品相比，在挠曲/结合测试期间耗散甚至更多的能量。
在冲击之后，在钢纤维混杂物中，在弯曲测试中仍然能够耗散的能量高126％-465％。
在管道上冲击后维持结构机械性质
根据本发明实施方案在混杂管上进行相同类型的测试。在这种情况下，将外径直径为32mm的管施加至间隔300mm的2个支撑点上。使用20mm直径指状压头和30J的冲击能量实现冲击。然后，在具有30kN功率单元的Instron 5985上进行具有300mm跨度的弯曲测试。位移速度是5mm/min。
图15示出在30J的冲击之后，管的残余弯曲强度。在混杂管“1.2”和“1.25HM”的情况下，管的壁厚度比参考管低，使得残余强度低于参考。这再次是因为存在较少的材料来吸收冲击能量。如果壁厚度仅稍微更低(“1.4”)或相同(“1.6”)，则残余强度多得多。对于管O1.6，在30J冲击至113％后的残余弯曲强度更高。
如果不比较剩余强度，而是能量能够消耗的程度(如图16中所示)，所述效应甚至更大。在30J冲击后，具有相似壁厚度的管能够在3点弯曲测试中耗散多高达140％的能量。
图17示出在30J冲击(具有相同设置)之后经受压缩测试的管的功率位移图。
最大力仅用于与参考材料类似的管O1.6。然而，这是由几何效应引起的。在参考材料上冲击之后，管恢复至其原始形状，具有内部损伤。当管然后被负载到压缩中时，受损零件被压回到一起，并且只有当力足够高时，裂缝才迅速生长并且使管摆动(如图18所示)。
在混杂管的情况下，残余变形仍然存在。在存在冲击的地方，压缩测试中的几何形状因此与参考材料中的几何形状不同(如图19中所示)。管中的永久义齿确保在压缩测试中，所述管将已经夹紧较小的运动，以使得不会积聚较高的力。这种效应显然取决于管的壁厚度(并且可通过其调节)。细管具有更大的永久变形，其将仅积聚非常小的强度。然而，与延性纤维组合，管子将是平缓的。因此，相对于参考材料，下降模式更有利。在敲击过程中能够耗损的功率不会突然消失(如参考碳管)，而是逐渐减少。
在碳纤维层压材料或管上冲击的情况下，材料将是弹性的。所存在的内部损伤很难或不可见。
使用根据本发明实施方案的混杂层压材料的优点是复合材料部件中的可能损伤(在发生完全断裂之前)更容易追踪。今天，内部损伤只能通过复杂的检查技术(例如CT扫描、超声)来追踪。具有钢纤维的混杂复合材料上的冲击载荷不仅会造成内部损伤，而且在复合材料部件中留下污垢(如图20中所示)，其易于检查。取决于钢纤维的布局和数量，可研究义齿的尺寸以估计下面的碳纤维复合材料中的内部损伤的量。为了有效地测量损伤，必须使用仅当局部昂贵的测量设备。
具有相同破裂倾角(或更高)但具有更高屈服强度的钢纤维将产生具有更大断裂能量耗散的混杂复合材料。如果在较高屈服水平下的断裂伸长率也较低，则在发生最大能量耗散的两者之间将存在最佳值。在钢纤维的直径较高的情况下，较高的破裂通常是可能的，而热机械处理的屈服强度是依赖性的。
为了在混杂复合材料中获得最大的结果，至少延性纤维(例如钢纤维)应优选尽可能地固定在基体材料中。这可能是由于成束钢纤维的粗糙表面，但这也可以机械或化学方式施加。另一方面，可使用涂层(例如，使用硅烷)以获得更好的锚固。
优选的参数是局部纤维体积分数。对于高垫圈，钢纤维可具有更高的断裂伸长率。因此，在产生纤维之后，优选在同一填料中尽可能多地将纤维插入复合材料中。
当使用结构化或织物(例如，碳纤维织物或钢织物)来产生混杂复合材料时，优选尽可能低的捻度和收缩率。
根据本发明实施方案的混杂复合材料可例如以管状形式用作自行车的前叉。这在图21a和21b中示出。白色是根据本发明的混杂变型，黑色是全碳纤维变型。图片示出在所测试的前叉中混杂复合材料的改进的效应。所述前叉单侧支撑在转向管上，并且用110J冲击三次。再次，重要的是测试设置在能够耗散的能量中起重要作用。因为全前叉可弹性地弹开，所以大部分能量转化为弹性变形。因此，造成这种损伤所需的能量很大。
前述描述详细说明了本发明的某些实施方案。然而，应理解不管以上描述在文章如何详细说明，本发明仍可以许多方式来实践。应当指出在描述本发明的某些特征或方面时特定术语的使用不应被视为暗示所述术语在本文被重新定义为局限于包括与所述术语相关的本发明的特征或方面的任何具体特征。

Claims (20)

1.一种混杂复合材料，所述混杂复合材料包括：热塑性或热固性基体，其中存在脆性纤维和延性纤维，其特征在于，所述延性纤维单独存在或包含于具有小于5°的加捻角度或未加捻的纱线中，在室温和标准大气压下，所述脆性纤维的刚度和所述延性纤维的刚度分别大于150GPa，所述延性纤维具有大于5％的断裂伸长率，所述脆性纤维和所述延性纤维被构造成使得所述混杂复合材料的延性纤维在冲击或过载时通过所述延性纤维的塑性变形耗散能量，并且所述混杂复合材料在冲击或过载后保留完整性，其中，所述脆性纤维是碳纤维，且所述延性纤维是钢纤维。
2.根据前述权利要求所述的混杂复合材料，其中所述延性纤维的纤维体积分数是小于纤维总量的50％。
3.根据前述权利要求中任一项所述的混杂复合材料，其中，在室温和标准大气压下，所述脆性纤维的刚度和延性纤维的刚度大于190GPa，和/或其中所述延性纤维的断裂伸长率大于15％。
4.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述脆性纤维和所述延性纤维分别具有小于100μm的直径，和/或其中所述脆性纤维和所述延性纤维紧密堆积在一起。
5.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述脆性纤维和/或延性纤维具有粗糙和/或不规则表面，以使得它们更好地粘合至所述基体。
6.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中当所述延性纤维单向放置并且实现局部高纤维体积分数时，所述延性纤维包括多边形截面并且良好贴合。
7.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述延性纤维和/或脆性纤维单向放置在均匀层中。
8.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述延性纤维提供在织物中。
9.如权利要求8所述的混杂复合材料，其中具有无捻延性纤维的纱线用作纬纱，并且其中经纱由具有高收缩率的无捻聚合物纱线组成。
10.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述脆性纤维以织物的形式提供。
11.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述延性纤维被提供为其纵向轴线垂直于所述复合材料的预期开裂方向。
12.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述脆性纤维和延性纤维以夹层构型提供，从而产生具有至少一个延性纤维层的混杂层压材料。
13.根据权利要求12所述的混杂复合材料，其中所述至少一个延性纤维层位于所述复合材料的至少一个表面上，其中能发生最大畸变并且其中开裂能显示最大开口。
14.根据权利要求13所述的混杂复合材料，其中所述至少一个延性纤维层被放置在混杂复合材料的至少一个最大表面上。
15.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述延性纤维是不锈钢纤维。
16.根据权利要求1所述的混杂复合材料，其中所述复合材料是层压板或夹层板，或者其中所述复合材料是管或型材。
17.根据权利要求16所述的混杂复合材料，其中所述复合材料是管或型材，并且其中所述管或型材的曲率有助于所述混杂复合材料的完整性。
18.一种车辆部件，其包含根据权利要求1至17中任一项所述的混杂复合材料。
19.一种制备根据权利要求1至17中任一项所述的混杂复合材料的方法，所述方法包括：
-将脆性纤维和延性纤维放置在预定形状的模具上；
-用热塑性或热固性树脂注入所述脆性纤维和延性纤维以形成混杂复合材料。
20.一种制备根据权利要求1至17中任一项所述的混杂复合材料的方法，所述方法包括：
-提供含有脆性纤维的物体，
-在所述物体的至少一个表面上提供至少一个延性纤维层。
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