CN111194263A - 纤维增强的层合体和包括其的夹心复合材料 - Google Patents

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Abstract

本公开包括纤维增强的层合体和包含其的夹心复合材料。

Description

纤维增强的层合体和包括其的夹心复合材料
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月11日提交的美国临时专利申请第62/544771号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景
1.技术领域
本发明一般涉及纤维增强的复合材料，并且更具体而言，涉及纤维增强的层合体和包括其的夹心复合材料。
2.相关领域的描述
夹心复合材料是包括芯层和设置在芯层的相反侧上的表层的复合材料。在典型的夹心复合材料中，芯层比表层厚且密度低，表层比芯层硬。夹心复合材料通过其表层和芯层之间的配合可以同时具有较高的刚度和较低的重量；例如，硬表层可以抵抗复合材料的弯曲，这通过使表层设置在低密度芯层上的定位而增强。举例而言，芯层可以包括泡沫、蜂窝结构、铝和/或木材等，表层通常包括纤维增强的层合体。
在许多夹心复合材料中，表层是正交层层合体，或是仅包括0°和90°层的层合体。由于期望减轻重量和厚度，这种正交层层合体通常是不对称的，例如包括单个0°层和单个90°层的那些。
尽管具有减小的重量和厚度，但是这种层合体由于其不对称铺层而可能在固结和冷却期间翘曲。当制备夹心复合材料时，翘曲的层合体造成许多挑战。例如，翘曲的层合体可能阻碍其相反于芯层的放置，使其与芯层的结合复杂化，损坏用于这种结合的设备和/或在夹心复合材料中引起翘曲等。
发明内容
本发明的一些层合体例如可以通过具有以下部分而抵抗在固结和冷却期间的翘曲(尤其是有助于使用这种层合体制备夹心复合材料)：(1)包括一个或多于一个单向(UD)层的内部部分，其纤维沿第一方向排列；(2)设置在内部部分的相反侧上的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层，其纤维沿基本上垂直于第一方向的第二方向排列。
通过例如使层合体内部部分的UD层与层合体第一外部部分的UD层和层合体第二外部部分的UD层具有不同的总体厚度和/或单位面积重量(areal weight)，一些此类层合体可以在没有不期望的厚度和/或重量的情况下获得上述益处。为了说明，在每个外部部分中UD层的总体厚度和/或单位面积重量大约是其内部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量的一半的这种层合体，可以抵抗固结和冷却期间的翘曲，同时具有与具有相同厚度和/或相同单位面积重量的0°和90°层的常规不对称层合体基本上相同的厚度和/或单位面积重量。
至少通过定制外部部分和内部部分中的每一个UD层的总体厚度和/或单位面积重量，一些这样的层合体不仅可以抵抗固结和冷却期间的翘曲和具有与常规不对称的、相同厚度和/或相同单位面积重量的0°和90°层层合体相当的厚度和/或单位面积重量，而且与这样使用此类常规层合体时相比，至少在用于夹心复合材料时可以出人意料地提供增加的夹心复合材料的机械性质(例如，最大负载、刚度、吸收能量的能力)。这样的层合体可以包括其中内部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量是第一外部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量和第二外部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量的1.5至2.5倍(例如，1.5至2.0倍)的那些层合体。认为可以由层合体的内部部分和外部部分具有不同的纤维重量和/或体积分数的层合体来得到类似的益处；例如，在这种层合体中，对于每个外部部分，UD层的纤维重量和/或体积分数可以小于95％(例如，小于90％)的内部部分的UD层的纤维重量的和/或体积分数。
除非本公开明确地另外要求，否则要素前无数量词被定义为一个或多于一个。如本领域普通技术人员所理解的，术语“基本上”被定义为在很大程度上但不一定完全是被指定的内容(并且包括被指定的内容；例如，基本上90度包括90度，基本上平行包括平行)。在任何公开的实施方案中，术语“基本上”和“约”可以用“在被指定的内容的[百分比]内”的代替，其中百分比包括0.1％、1％、5％和10％。
短语“和/或”是指和或者或。为了说明，A、B和/或C包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合或A、B和C的组合。换言之，“和/或”表示包括性的或。
此外，以某种方式配置的装置或系统至少以这种方式配置，但是其也可以以具体描述的方式之外的其他方式配置。
术语“包括”、“具有”和“包含”是开放式连接动词。因此，“包括”、“具有”或“包含”一个或多于一个元件的设备具有那些一个或多于一个元件，但不限于仅具有那些一个或多于一个元件。同样，“包括”、“具有”或“包含”一个或多于一个步骤的方法具有那些一个或多于一个步骤，但不限于仅具有那些一个或多于一个步骤。
任何设备、系统和方法的任何实施方案可以由或基本上由任何所描述的步骤、元件和/或特征组成，而不是包括/具有/包含任何所描述的步骤、元件和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由……组成”或“基本上由……组成”可以代替上述任何开放式连接动词，以改变给定权利要求的范围而使其不同于使用开放式连接动词时权利要求的范围。
除非本公开或实施方案的性质明确禁止，否则即使没有描述或示出，一个实施方案的特征也可以应用于其他实施方案。
上面描述与实施方案相关的一些细节，下面描述其他细节。
附图的简要说明
以下附图通过举例而非限制的方式示出。为了简洁和清楚起见，并不总是在出现该结构的每个图中标记给定结构的每个特征。相同的附图标记不一定表示相同的结构。而是，相同的附图标记可以用于指示相似的特征或具有相似功能的特征，不同的附图标记也可如此。
图1是本发明层合体的第一实施方案的俯视图。
图2描绘了图1的层合体的铺层(layup)。
图3是图1的层合体沿图1的线3-3截取的横截面侧视图。
图4描绘了本发明层合体的第二实施方案的铺层。
图5描绘了本发明夹心复合材料的一个实施方案。
图6和图7描绘了适合用于制备本发明层合体和夹心复合材料的实施方案的压力机。
图8A和图8B是本发明层合体的实施方案的图像。
图8C是对比层合体的图像。
图9A至图9C是对比层合体的图像。
图10A至图10H是本发明层合体的实施方案的图像。
图11描绘了用于确定本发明夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的机械性质的三点弯曲测试。
图12A至图12D是分别显示本发明夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的最大负载、斜率、横向剪切刚度和弯曲刚度的图。
图13是在本发明夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的三点弯曲测试期间的负载与变形的曲线图。
图14是显示在三点弯曲测试期间本发明夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料吸收的能量的图。
图15A至图15D是在三点弯曲测试之后本发明夹心复合材料的实施方案和对比夹心复合材料的样品的图像。
详细描述
本发明的层合体(例如，下面更详细描述的10A、10B等)可以包括三个或多于三个UD层(例如，UD层14a至14g中的任何三个或多于三个)，每个UD层包括分散在聚合物基体材料(例如22)中的纤维(例如，18)。UD层可以是分层的，使得层合体包括：(1)具有一个或多于一个UD层的内部部分(例如26)，其中每个UD层的纤维沿第一方向(例如30)排列；(2)具有一个或多于一个UD层的第一外部部分(例如34a)，其中每个UD层的纤维沿基本上垂直(例如，在垂直方向的10°以内)于第一方向的第二方向(例如38)排列；(3)具有一个或多于一个UD层的第二外部部分(例如34b)，其中每个UD层的纤维沿第二方向排列，其中内部部分设置在第一外部部分和第二外部部分之间。这样的层合体可以正交层层合体为特征。至少以这种方式，一些本发明的层合体可以在固结和冷却期间抵抗翘曲。
在一些层合体中，内部部分的UD层的一个或多于一个总体特性(例如，总体厚度、总体单位面积重量等)与第一外部部分的UD层和第二外部部分的UD层的那些不同。部分的UD层的总体特征是该部分包括其每个UD层贡献的但不包括该部分的非UD层(如果存在)的任何贡献的特征。为了说明，对于具有三个UD层和一个非UD层的堆叠体的部分，UD层的总体厚度(可以称为该部分的UD层的厚度)是三个UD层的厚度之和。并且，UD层的总体单位面积重量(可以称为该部分的UD层的单位面积重量)是三个UD层的单位面积重量之和。
至少以这种方式，一些本发明的层合体的重量和/或厚度可与具有相同厚度和/或相同单位面积重量的0和90°层的常规不对称层合体相当(或重量和/或厚度相反于常规不对称层合体不会不期望地增加)。为了说明，在本发明的一种层合体中，在每个外部部分中UD层的总体厚度和/或单位面积重量约为其内部部分的UD层的总体厚度和/或单位面积重量的一半，这种层合体可以具有与具有相同厚度和/或相同单位面积重量的0和90°层的常规不对称层合体基本上相同的厚度和/或相同单位面积重量。
现在参考图1至图3，示出了本发明层合体的第一实施方案10a。层合体10a可包括三个UD层14a、14b和14c。更具体地，内部部分26、第一外部部分34a和第二外部部分34b中的每一个可包括各自相应的UD层：内部部分可包括UD层14b，第一外部部分可包括UD层14a，并且第二外部部分可包括UD层14c。
在层合体10a中，第一外部部分34a中的UD层的总体厚度46a(等于层14a的厚度)可以基本上等于第二外部部分34b中的UD层的总体厚度46b(等于层14c的厚度)。内部部分26中的UD层的总体厚度42(等于层14b的厚度)可以是厚度46a和厚度46b的约0.62倍。为了说明，厚度42可以为约0.156毫米(mm)，并且厚度46a和46b可以分别为大约0.250mm。层合体10a中的UD层的总体厚度58(包括UD层14a至14c中的每一个的贡献，不包括任何非UD层(如果存在)的贡献)可以约为0.66mm；这样的总体厚度可以被称为UD层的总体厚度(不针对特定部分)。在本公开中提及的厚度(例如46a、46b和58)可以是固结前或固结后的厚度。
第一外部部分34a中的UD层的总体单位面积重量(等于层14a的单位面积重量)可以基本上等于第二外部部分34b中的UD层的总体单位面积重量(等于层14c的单位面积重量)。内部部分26中的UD层的总体单位面积重量(等于层14b的单位面积重量)可以大约是与第一外部部分相关的总体单位面积重量和与第二外部部分相关的总体单位面积重量的0.55倍。为了说明，与内部部分相关的总体单位面积重量可以约为每平方米237克(gsm)，与第一外部部分和第二外部部分相关的总体单位面积重量可以各自为约428gsm。层合体10a中UD层的总体单位面积重量(包括每个UD层14a至14c的贡献，不包括任何非UD层(如果存在)的贡献)可约为1093gsm；这样的总体单位面积重量可以称为UD层的总体单位面积重量(不针对特定部分)。
在层合体10a中，与其他本发明层合体一样，第一外部部分34a的UD层可具有与第二外部部分34b的UD层基本上相同的总体厚度和总体单位面积重量(如上所述)，以及相同的纤维类型(如下所述)。以此方式，这种层合体可以对称层合体为特征。
现在参考图4，示出了本发明层合体的第二实施方案10b的铺层。层合体10b包括四个UD层14d至14g。如图所示，内部部分26包括两个UD层，14e和14f，并且第一外部部分34a和第二外部部分34b各自包括一个层，分别为14d和14g。
在层合体10b中，第一外部部分34a中的UD层的总体厚度(例如，46a)(等于层14d的厚度)可以基本上等于第二外部部分34b中的UD层的总体厚度(例如，46b)(等于层14g的厚度)。内部部分26中的UD层的总体厚度(例如42)(等于层14e的厚度加上层14f的厚度)可以是与第一外部部分34a相关的总体厚度和与第二外部部分34b相关的总体厚度的约1.25倍。为了说明，与内部部分相关的总体厚度可以为约0.312mm，并且与第一外部部分和第二外部部分相关的总体厚度可以各自为约0.250mm。层合体10b中的UD层的总体厚度(例如58)可以为约0.812mm。
第一外部部分34a中的UD层的总体单位面积重量(等于层14d的单位面积重量)可以基本上等于第二外部部分34b中的UD层的总体单位面积重量(等于层14g的单位面积重量)。内部部分26中的UD层的总体单位面积重量(等于层14e的单位面积重量加上层14f的单位面积重量)可以是与第一外部部分相关的总体单位面积重量和与第二外部部分相关的总体单位面积重量的约1.11倍。为了说明，与内部部分相关的总体单位面积重量可以为约474gsm，与第一外部部分和第二外部部分相关的总体单位面积重量可以各自为约428gsm。层合体10b中的UD层的总体单位面积重量可以为约1330gsm。
表1至8包括了层合体10a和10b以及本发明层合体的几个其他实施方案的铺层。
表1：层合体10a的铺层
Figure BDA0002440646250000071
表2：层合体10b的铺层
Figure BDA0002440646250000072
表3：示例性层合体的铺层
Figure BDA0002440646250000081
表4：示例性层合体的铺层
Figure BDA0002440646250000082
表5：示例性层合体的铺层
Figure BDA0002440646250000083
表6：示例性层合体的铺层
Figure BDA0002440646250000084
表7：示例性层合体的铺层
Figure BDA0002440646250000085
表8：示例性层合体的铺层
Figure BDA0002440646250000091
本发明层合体的其他实施方案可以包括任何合适数量的UD层(例如3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或多于10个UD层)，其可以以任何合适的方式分布在层合体的内部部分(例如26)、第一外部部分(例如34a)和第二外部部分(例如34b)的每一个中。
内部部分、第一外部部分和第二外部部分中的每一个的UD层可以具有任何合适的总体厚度。为了说明，内部部分的UD层的总体厚度(例如42)、第一外部部分的UD层的总体厚度(例如46a)和第二外部部分的UD层的总体厚度(例如46b)可以分别大于或基本上等于以下任一数值或在任两个数值之间：0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22、0.24、0.26、0.28、0.30、0.32、0.34、0.36、0.38、0.40、0.42、0.44、0.46、0.48、0.50、0.52、0.54、0.56、0.58或0.60mm。为了进一步说明，与内部部分相关的总体厚度可以为与第一外部部分相关的总体厚度和与第二外部部分相关的总体厚度的大于或基本上等于以下任一倍数或在任两个数值之间的倍数：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4或3.5倍(例如，0.6至3.25倍)。层合体中的UD层的总体厚度可以大于或基本上等于以下任一数值或在任两个数值之间：0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.00、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45或1.50mm(例如，约0.40mm至约1.0mm)。
内部部分、第一外部部分和第二外部部分中的每一个的UD层可以具有任何合适的总体单位面积重量。为说明起见，内部部分中的UD层的总体单位面积重量、第一外部部分中的UD层的总体单位面积重量，以及第二外部部分中的UD层的总体单位面积重量可以各自大于或基本上等于以下任一数值或在任两个数值之间：200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575、600、625、650、675、700、725、750、775、800、825、850、875、900或925gsm。为了进一步说明，与内部部分相关的总体单位面积重量可以为与第一外部部分相关的总体单位面积重量和与第二外部部分相关的总体单位面积重量的大于或基本上等于以下任一倍数或在任两个数值之间的倍数：0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0倍(例如，0.5至3.7倍)。层合体中的UD层的总体单位面积重量可以大于或基本上等于以下任一数值或在任两个数值之间：600、625、650、675、700、725、750、775、800、825、850、875，900、925、950、975、1000、1025、1050、1075、1100、1125、1150、1175、1200、1225、1250、1275、1300、1325、1350、1375、1400、1425、1450、1475、1500、1525、1550、1575、1600、1625、1650、1675、1700、1725、1750、1775或1800gsm。
至少通过定制外部部分和内部部分各自的UD层的总体厚度和/或单位面积重量，一些本发明的层合体不仅可以抵抗固结和冷却期间的翘曲，而且在一些情况下，具有与常规不对称、相同厚度和/或相同单位面积重量的0和90°层层合体相当的厚度和/或单位面积重量，并且至少当用于夹心复合材料时，可以出人意料地提供与这样使用此类常规层合体时相比提高的夹心复合材料机械性质(例如，最大负载、刚度、吸收能量的能力)。此类层合体可包括下述这些层合体，其中：(1)内部部分的UD层的总体厚度是第一外部部分的UD层的总体厚度和第二外部部分的UD层的总体厚度的1.5至2.5倍(例如，1.5至2.0倍或大约1.6倍)；和/或(2)内部部分的UD层的总体单位面积重量是第一外部部分的UD层的总体单位面积重量和第二外部部分的UD层的总体单位面积重量的1.5到2.5倍(例如，1.5至2.0倍或大约1.8倍)。
认为夹心复合材料的这种提高的机械性质也可以通过其内部部分和外部部分具有不同纤维重量和/或体积分数的层合体获得。在这种层合体中，例如，第一外部部分和第二外部部分的UD层的纤维重量和/或体积分数可以小于95％(如，小于90％、小于85％、或80％至95％)的内部部分的UD层的纤维重量和/或体积分数。
本发明层合体(例如10a、10b等)的UD层(例如14a至14g)可由UD带形成。例如，UD层可由UD带的单个部分或彼此相邻放置的UD带的多个部分形成。此类UD带以及制造此类UD带的系统和方法的非限制性实例可以见于：(1)公开号WO 2016142784A1；(2)于2018年3月13日提交的名称为“UNIDIRECTIONAL FIBER TAPES AND METHODS AND SYSTEMS FORPRODUCING THE SAME”的国际专利申请PCT/IB2018/051673，其全部内容通过引用并入本文。
本发明层合体(例如10a、10b等)的UD层(例如14a至14g)可包括任何合适的纤维(例如18)，例如碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维和/或钢纤维(例如碳纤维和/或玻璃纤维)。在给定的层合体中，UD层可以但不一定包括相同类型的纤维。例如，在一些层合体中，一个或多于一个UD层(例如，每个外部部分中的UD层)可以包括玻璃纤维，并且一个或多于一个UD层(例如，内部部分中的UD层)可以包括碳纤维。
UD层(例如14a至14g中的任一个)的聚合物基体材料(例如22)可以包括热塑性材料，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚(1,4-亚环己基二甲醇环己烷-1,4-二羧酸酯)(PCCD)、二醇改性的聚对苯二甲酸环己酯(PCTG)、聚(苯醚)(PPO)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯亚胺或聚醚酰亚胺(PEI)或其衍生物、热塑性弹性体(TPE)、对苯二甲酸(TPA)弹性体、聚(对苯二甲酸环己撑二亚甲基酯)(PCT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯磺酸酯(PSS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯硫醚(PPS)、其共聚物、或其共混物。
UD层(例如14a至14g中的任一个)的聚合物基体材料(例如22)可以包含阻燃剂，例如磷酸盐结构(例如间苯二酚双(磷酸二苯酯))、磺酸盐、卤素、含磷材料(phosphorous)、滑石、二氧化硅、水合氧化物、溴化聚合物、氯化聚合物、磷化聚合物、纳米粘土、有机粘土、聚膦酸酯、聚[膦酸酯-co-碳酸酯]、聚四氟乙烯和苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚四氟乙烯和甲基丙烯酸甲酯共聚物和/或聚硅氧烷共聚物等。
UD层(例如14a至14g中的任一个)的聚合物基体材料(例如22)可以包含一种或多于一种添加剂，例如用于促进层的聚合物基体材料和纤维(例如18)之间附着的偶联剂、抗氧化剂、热稳定剂、流动改性剂、稳定剂、UV稳定剂、UV吸收剂、抗冲改性剂、交联剂、着色剂或其组合。偶联剂的非限制性实例包括可商购自DUPONT的POLYBOND 3150马来酸酐接枝聚丙烯、可商购自DUPONT的FUSABOND P613马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐乙烯或其组合。流动改性剂的非限制性实例是可商购自POLYVEL INC.的CR20P过氧化物母料。热稳定剂的非限制性实例是可商购自BASF的IRGANOX B225。UV稳定剂的非限制性实例包括受阻胺光稳定剂、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并三唑、氰基丙烯酸酯、草酰苯胺、羟基苯基三嗪及其组合。UV吸收剂的非限制性实例包括4-取代的-2-羟基二苯甲酮及其衍生物、水杨酸芳酯、二酚的单酯例如间苯二酚单苯甲酸酯、2-(2-羟基芳基)-苯并三唑及其衍生物、2-(2-羟基芳基)-1,3,5-三嗪及其衍生物、或其组合。抗冲改性剂的非限制性实例包括溶解在形成基体的单体中的弹性体/软嵌段(例如本体HIPS、本体ABS、反应器改性PP、LOMOD和/或Lexan EXL等)、通过复合而分散在基体材料中的热塑性弹性体(例如二嵌段共聚物、三嵌段共聚物和多嵌段共聚物、和/或(官能化的)烯烃(共)聚合物等)、通过复合而分布在基体材料中的预先限定的核-壳(基材-接枝)颗粒例如(MBS、ABS-HRG、AA、ASA-XTW和/或SWIM等)、或其组合。交联剂的非限制性实例包括二乙烯基苯、过氧化苯甲酰、二(甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯(例如二丙烯酸乙二醇酯等)、亚烷基三醇三(甲基)丙烯酸酯、聚二(甲基)丙烯酸酯、双丙烯酰胺、氰尿酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、马来酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯、柠檬酸的三烯丙酯、磷酸的三烯丙酯、或其组合。这样的一种或多于一种添加剂可以包括纯聚丙烯。
现在参考图5，显示了本发明夹心复合材料的一个实施方案500。夹心复合材料500可以包括芯504，芯504又可以包括一个或多于一个芯层。如图所示，夹心复合材料500包括黏合到芯504的相反侧的两个本发明的层合体10(例如，上述任何层合体中的两个)。这种黏合可以通过例如施加热和压力，和/或黏合剂(例如，黏合膜508)等来实现。芯504的厚度512可以为在其一侧的层合体的UD层的厚度(例如58)和在其另一侧的层合体的UD层的厚度(例如58)的大于或基本上等于以下任一倍数或在任两个数值之间的倍数：15、20、25、30、35、40、45、50、55、60或65倍(例如，20至60倍、35至50倍或约40倍)。
芯504—或其任何层—可包括任何合适的材料，例如泡沫(例如，开孔和/或闭孔等)、蜂窝结构(例如，其可以包括和/或填充有泡沫)、木材和/或热塑性材料(例如，上述任何热塑性材料)等。夹心复合材料500除了芯504和层合体10之外还可包括一层或多于一层，例如箔层和/或网孔层等。
本方法的一些实施方案包括通过根据层合体的铺层堆叠三个或多于三个UD层并对堆叠体施加热量和压力以使堆叠体固结，来形成一个或多于一个层合体中的每一个(例如，上述任何层合体中的一个或多于一个)。可以通过对堆叠体施压而施加所述热量和压力等，堆叠体位于双带压力机的带(例如，双带压力机600的带604，图6)之间、在静压力机的压板(例如，静压力机700的压板704，图7)之间等。一些方法包括将两个这样的层合体黏合到芯(例如504)的相反侧，以形成夹心复合材料(例如500)。可以使用双带压力机(例如600)进行这种黏合；例如，层合体可以从相应的辊上解绕，并与位于层合体之间的芯一起在双带压力机的带(例如604)之间进给。可以使用静压力机(例如700)来进行这种黏合，在静压力机中芯设置在层合体之间，并且将芯和层合体在压力机的压板(例如704)之间压制。
一些本发明的层合体包括：三个或多于三个UD层，每个UD层具有聚合物基体材料和分散在聚合物基体材料内的纤维，其中UD层是分层的，使得层合体包括：(1)内部部分，其具有一个或多于一个UD层，在每个UD层中纤维沿第一方向排列；且其总体上具有厚度；和(2)设置在内部部分的相反侧的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层，在每个UD层中纤维沿基本上垂直于第一方向的第二方向排列；且其总体上具有厚度；其中第一外部部分的厚度基本上等于第二外部部分的厚度，并且其中内部部分的厚度是第一外部部分的厚度和第二外部部分的厚度的0.6至3.24倍，其中UD层的总体厚度为约0.5毫米(mm)至约1.0mm。
在一些层合体中，内部部分的厚度约为0.16mm，并且第一外部部分的厚度和第二外部部分的厚度各自约为0.25mm。在一些层合体中，内部部分的厚度为约0.25mm，并且第一外部部分的厚度和第二外部部分的厚度分别为约0.16mm。在一些层合体中，内部部分的厚度为约0.32mm，并且第一外部部分的厚度和第二外部部分的厚度分别为约0.25mm。在一些层合体中，内部部分的厚度为约0.50mm，并且第一外部部分的厚度和第二外部部分的厚度分别为约0.16mm。.
在一些层合体中，内部部分的UD层的总体单位面积重量是第一外部部分的UD层的总体单位面积重量和第二外部部分的UD层的总体单位面积重量的0.5至3.6倍。在一些层合体中，UD层的总体单位面积重量为约850gsm至约1300gsm。
在一些层合体中，纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维和/或钢纤维。在一些层合体中，纤维包括碳纤维和/或玻璃纤维。
在一些层合体中，聚合物基体材料包括热塑性基体材料，并且任选地，热塑性基体材料包括PET、PC、PBT、PCCD、PCTG、PPO、PP、PE、PVC、PS、PMMA、PEI或其衍生物、TPE、TPA弹性体、PCT、PEN、PA、PSS、PEEK、PEKK、ABS、PPS、其共聚物或其共混物。在一些层合体中，热塑性基体材料包括PP。
一些本发明的夹心复合材料包括具有一个或多于一个芯层的芯，以及两个设置在芯的相反侧的本发明的层合体。在一些夹心复合材料中，至少一个芯层包括泡沫和/或蜂窝结构。
一些本发明的方法包括：至少通过堆叠三个或多于三个UD层以形成堆叠体，并向堆叠体施加热量和压力以使所述堆叠体固结来形成一个或多于一个层合体的每一个，每个UD层包括分散在聚合物基体材料内的纤维，所述堆叠体包括：(1)内部部分，其具有一个或多于一个UD层，在每个UD层中纤维沿第一方向排列；且其总体上具有单位面积重量；和(2)设置在内部部分相反侧的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层，在每个UD层中纤维沿基本上垂直于所述第一方向的第二方向排列；且其总体上具有单位面积重量，其中第一外部部分的单位面积重量基本上等于第二外部部分的单位面积重量，其中内部部分的单位面积重量是第一外部部分的单位面积重量和第二外部部分的单位面积重量的0.5至3.6倍，并且其中UD层的总体单位面积重量为约850gsm至约1300gsm。
在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，内部部分的单位面积重量为约228gsm，并且第一外部部分的单位面积重量和第二外部部分的单位面积重量各自为约410gsm。在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，内部部分的单位面积重量约为410gsm，并且第一外部部分的单位面积重量和第二外部部分的单位面积重量各自为约228gsm。在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，内部部分的单位面积重量约为456gsm，并且第一外部部分的单位面积重量和第二外部部分的单位面积重量各自为约410gsm。在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，内部部分的单位面积重量约为810gsm，并且第一外部部分的单位面积重量和第二外部部分的单位面积重量各自为约228gsm。在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，内部部分的单位面积重量约为456gsm，并且第一外部部分的单位面积重量和第二外部部分的单位面积重量各自为约228gsm。
在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，内部部分的UD层的总体厚度为第一外部部分的UD层的总体厚度和第二外部部分的UD层的总体厚度的0.6至3.25倍。在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，UD层的总体厚度为约0.50mm至约1.0mm。
在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维和/或钢纤维。在一些方法中，纤维包括碳纤维和/或玻璃纤维。
在一些方法中，对于至少一个层合体的堆叠体，聚合物基体材料包括热塑性基体材料，并且可选地，热塑性基体材料包括PET、PC、PBT、PCCD、PCTG、PPO、PP、PE、PVC、PS、PMMA、PEI或其衍生物、TPE、TPA弹性体、PCT、PEN、PA、PSS、PEEK、PEKK、ABS、PPS、其共聚物或其共混物。在一些方法中，热塑性基体材料包括PP。
在一些方法中，层合体包括第一层合体和第二层合体，并且该方法包括将第一层合体和第二层合体结合到芯的相反侧。在一些方法中，芯包括泡沫和/或蜂窝结构。在一些方法中，使用双带压力机或静压力机将第一层合体和第二层合体结合到芯的相反侧。
实施例
将通过具体实施例更详细地描述本发明。提供以下实施例仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本发明。本领域技术人员将容易地认识到可以改变或修改以产生基本相同结果的各种非关键参数。
实施例1
样品层合体和对比层合体
A.样品层合体和对比层合体I的翘曲
图8A和8B分别是本发明层合体804a和804b(此类层合体有时称为“样品层合体”)的实施方案的图像。这些层合体的层各自包括玻璃纤维和聚丙烯基体材料。层合体804a和804b是对称的，具有在下表9中提供的铺层。
表9：层合体804a和804b的铺层
Figure BDA0002440646250000161
由于它们的铺层的对称性，层合体804a和804b在固结和冷却期间表现出最小的翘曲(图8A和8B)。
制备了对比层合体808，其具有由单个0°层和单个90°层组成的不对称铺层。如同层合体804a和804b，层合体808的层各自具有玻璃纤维和聚丙烯基体材料。如图8C所示，在固结和冷却期间，至少当与层合体804a和804b相比时，层合体808遭受明显的翘曲。
B.样品层合体和对比层合体II的翘曲
通过从一卷或多卷UD带将层切下、使层堆叠、并使用双带压力机以使该堆叠体固结，来制备样品层合体和对比层合体。为了缓解在将堆叠体送入双带压力机时层未对准的问题，在每个堆叠体中，首先将层沿堆叠体的前缘(将堆叠体引入双带压力机处的边缘)彼此点焊。双带压力机使用表10中列出的参数运行。
表10：双带压力机运行参数
参数 值
机器速度 3.0m/min
加热区的温度 185.0℃
冷却区的温度 25.0℃
加热区处的间隙 0.3mm
压合辊处的间隙 0.2mm
冷却区处的间隙 0.2mm
加热区的长度 4.5m
冷却区的长度 3.5m
用于制备层合体的每个UD带包括具有表11中的相应性质的玻璃纤维和聚丙烯基体材料。
表11：UD带纤维和基体材料的性质*
Figure BDA0002440646250000171
*来自供应商数据页的数值。
UD带分别是两种类型之一，这两种类型具有不同的厚度和纤维分数。这些UD带类型的性质包括在表12中。
表12：UD带性质*
Figure BDA0002440646250000172
Figure BDA0002440646250000181
*厚度和纤维重量分数是测定的，所有其他性质如AUTAR K.KAW,MECHANICS OF COMPOSITEMATERIALS(第2版.2006)所提出的那样计算。
下面讨论的UD带或层的UD带类型可以使用其厚度来识别：0.156mm厚度的UD带或层为UD带1，和0.250mm厚度的UD带或层为UD带2。
层合体包括不对称的对比层合体(每个是C1至C3类型之一)，以及对称的样品层合体(每个是S1至S8类型)；对于每种类型制备了几个层合体。这些层合体类型的性质包括在下表13中。
表13：样品层合体和对比层合体性质
Figure BDA0002440646250000182
Figure BDA0002440646250000191
图9A至9C描绘了C1层合体之一(图9A)、C2层合体之一(图9B)和C3层合体之一(图9B)。在这些图中的每一个中，0°层的纤维从左向右延伸。如图所示，对比层合体遭受明显的翘曲。这种翘曲的幅度和方向是取决于铺层的。为了说明，具有较厚层的C1层合体的翘曲小于具有较薄层的C2层合体。为了进一步说明，各自具有相等厚度的0°和90°层的C1层合体和C2层合体主要围绕0°方向卷曲，而其90°层比其0°层厚的C3层主要围绕90°方向卷曲。
图10A至10H描绘了S1层合体之一(图10A)、S2层合体之一(图10B)、S3层合体之一(图10C)、S4层合体之一(图10D)、S5层合体之一(图10E)、S6层合体之一(图10F)、S7层合体之一(图10G)和S8层合体之一(图10H)。与图9A至图9C一样，在图10A至10H的每一个中，0°层的纤维从左向右延伸。尽管为S1至S8层合体覆盖的铺层范围，但它们(至少部分是因为这些铺层是对称的)显示出最小的翘曲。
实施例2
样品夹心复合材料和对比夹心复合材料
A.样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的制备
通过将两个样品层合体或对比层合体设置在泡沫芯的相反侧，并在每个层合体和芯之间放置黏合膜，来分别制备样品夹心复合材料和对比夹心复合材料。对于每个夹心复合材料，泡沫芯包括ARMACEL结构的PET-W(焊接)，厚度为24mm，密度为70kg/m3，剪切模量为13MPa，并且黏合膜均包括FAITERM A77-100，厚度为100μM，密度为960kg/m3。
每个夹心复合材料均使用相同的程序通过静压力机进行固结，该程序是基于几个测试选择的，以确保夹心复合材料部件之间的良好黏合。压制程序如下：
1.将压力机预热至150℃。.
2.将非固结夹心复合材料铺层放置在钢模内，然后将其放置在压力机内。
3.通过压力机向夹心复合材料施加4巴的压力(通过模具)。
4.在仍然施加压力的情况下，将模具以每分钟15℃冷却520秒(这减少了渗透到芯中的热量，而没有不期望地阻碍黏合膜的活化)。
5.去除压力，将模具从压力机中取出，并且将固结的夹心复合材料从模具中取出，随后使其冷却至室温。
制备了两组对比夹心复合材料：(1)PC1组，其中每个都具有C1层合体；(2)PC2组，其中每个都具有C2层合体。并且，制备了两组样品夹心复合材料：(1)PS3组，其中每个都具有S3层合体；(2)PS4组，其中每个都具有S4层合体。表14中提供每个夹心复合材料组的夹心复合材料的平均性质。
表14：夹心复合材料性质*
Figure BDA0002440646250000201
*所有性质都是测量的。
B.样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的结构测试
每组夹心复合材料的六个样品根据ASTM 7250进行三点弯曲测试。样品根据ASTMC393制造，每个样品具有200mm的相同宽度和长度；样品的最外层的纤维沿其长度延伸。图11是测试装置的示意图。如图所示，将待测试的样品1100支撑在两个支撑杆1104上，其长度垂直于支撑杆。每个支撑杆1104与样品1100接触的部分之间的距离(支撑跨长1108)为150mm。负载杆1108用于向位于样品被支撑部分之间的中间的样品部分施加增加的向下的负载1112。
三点弯曲测试的结果显示在表15和图12A至12D中。
表15：样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的三点弯曲测试结果
Figure BDA0002440646250000211
对于给定的样品以及进而由其制备样品的夹心复合材料而言，最大负载是样品测试期间达到的最大负载，斜率是在50至250N负载下样品的负载与变形曲线的斜率(代表该曲线的线性或Hookean区域)，U是样品的横向剪切刚度，D是样品的抗弯刚度。
从最大负载开始(图12A)，PS4夹心复合材料的性能优于其他夹心复合材料。这可能是由于PS4夹心复合材料的层合体具有相对较厚(0.250mm)的最外层(如上所解释，夹心复合材料及其层合体的最外层被定位为最大程度地在测试过程中抵抗负载：其纤维沿着长度方向。PS4夹心复合材料也具有最高的单位面积重量(表14)。与PS4夹心复合材料一样，PS3夹心复合材料的性能优于PC1和PC2夹心复合材料。因此，具有对称层合体的夹心复合材料性能优于具有非对称层合体的夹心复合材料。
出人意料的是，尽管PS3夹心复合材料比PC1夹心复合材料仅重2％，但承受的负载却比PC1夹心复合材料多12％(表14)。而且，尽管PS3夹心复合材料比PC2夹心复合材料仅重29％，但承受的负载高47％。换句话说，PS3夹心复合材料的强度重量比比PC1夹心复合材料高10％，比PC2夹心复合材料高14％。
可以通过比较PC1和PS3夹心复合材料的层合体铺层来看出这些出人意料的结果的本质。PC1夹心复合材料的层合体每个都包括0.250mm厚的0°层和0.250mm厚的90°层(表13)。类似地，PS3复合材料的层合体每个都包括0.250mm厚的0°层和两个90°层，尽管其总体厚度(0.312mm)略大于每个PC1夹心复合材料层合体的单个90°层的总体厚度(0.250mm)，但是其纤维重量分数(61.71％)略低于每个PC1夹心复合材料的层合体的单个90°层的纤维重量分数(71.69％)(表12和13)。因此，预期PC1和PS3夹心复合材料的性能类似。不希望受理论束缚，看起来至少在用于夹心复合材料时，包括位于0°层相反侧的大约一半厚度的90°层而不包括位于0°层一侧的全厚度90°层的层合体(或在此句子中将90°换为0°并将0°换成90°)，不仅获得了对称铺层的益处(如上所述)，而且还具有提高的性能(更高的最大负载，以及如下所示，更高的刚度和吸收能量的能力)。
关于斜率(图12B)，PS4夹心复合材料的性能优于其他夹心复合材料，这可能是由于与上述最大负载相同的原因。PS3夹心复合材料相对于PC1夹心复合材料(2％)和PC2复合材料(21％)的斜率增加，尽管提高程度小于最大负载的提高。同样，具有对称层合体的夹心复合材料性能优于具有不对称层合体的夹心复合材料。
关于横向剪切刚度(图12C)，PC1、PC2、PS3和PS4夹心复合材料的表现相似。然而，夹心复合材料的抗弯刚度(图12D)显示出显著差异。与最大负载和最大斜率一样，并且可能由于相同的原因，PS4夹心复合材料的性能优于其他夹心复合材料。再次，PS3夹心复合材料的性能出人意料：尽管仅比PC1夹心复合材料重2％，但PS3夹心复合材料的抗弯刚度比PC1夹心复合材料高14％，而PS3夹心复合材料的抗弯刚度比PC2夹心复合材料高223％，但仅比PC2夹心复合材料重29％。对于最大负载，这种性能可能是上述PS3复合材料结构的结果。与最大负载和斜率一样，具有对称层合体的夹心复合材料的性能优于具有非对称层合体的夹心复合材料。
图13描绘了每个样品的负载-变形曲线。通过将这些曲线积分，确定每个样品吸收的能量；这些能量在表16中提供并绘制于图14，这些能量归因于由其制备样品的相应夹心复合材料。
表16：由样品夹心复合材料和对比夹心复合材料吸收的能量
Figure BDA0002440646250000231
同样，具有对称层合体的PS3和PS4夹心复合材料的性能优于具有不对称层合体的PC1和PC2夹心复合材料，而且PS3夹心复合材料继续显示出出人意料的结果。尽管PS3夹心复合材料仅比PC1夹心复合材料重2％，但它们吸收的能量比PC1夹心复合材料高出236％。而且，尽管PS3夹心复合材料仅比PC2夹心复合材料重29％，但PS3夹心复合材料吸收的能量却比PC2夹心复合材料高560％。
C样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的结构分析
对PC1、PC2、PS3和PS4夹心复合材料进行结构分析，以验证上述测试结果。可以将给定的夹心复合材料响应负载(P)的挠曲(δ)建模为：
Figure BDA0002440646250000232
其中l和b分别是夹心复合材料的长度和宽度，Ef和t分别是每个夹心复合材料的层合体的弹性模量和厚度，并且
Figure BDA0002440646250000233
和c分别是夹心复合材料的芯的剪切模量和厚度。LORNAJ.GIBSON&MICHAEL F.ASHBY,CELLULAR SOLIDS(第2版，1997)。B1和B2是常量，其值取决于负载情况；对于三点弯曲，B1等于48，而B2等于4。同上。夹心复合材料的斜率可以表示为：
Figure BDA0002440646250000234
上述方程式用于计算PC1、PC2、PS3和PS4夹心复合材料的斜率和单位面积重量；这些值以及与其对应的测量值的比较(表14和15)包括在表17中。
表17：样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的计算斜率和测量斜率
Figure BDA0002440646250000235
Figure BDA0002440646250000241
如图所示，实验与理论之间有很好的一致性。
D.样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的失效模式
使用ASTM C393中的夹心板三部分失效识别码来表征每个样品的失效模式。这些特性包括在表18中。
表18：样品夹心复合材料和对比夹心复合材料失效模式
Figure BDA0002440646250000242
除PS3夹心复合材料的样品2外，所述样品均未通过以下任何一种测试：(1)通过在面向芯的黏合处(DAA)脱层而接近负载杆；或(2)通过样品的量规部分(SGC)中芯的横向剪切。PS3夹心复合材料的样品2因靠近负载杆(CAV)的芯破碎而失效。显示这些失效样品的测试后图像示于图15A至15D中：对于PC1样品为图15A；对于PC2样品为图15B；对于PS3样品为15C；对于PS4样品为15D。
将失效码数据与上面的最大负载、斜率和抗弯刚度数据进行比较，可以看出，强度和刚度较高的夹心复合材料会因芯剪切而失效，而较弱和更具柔韧性的夹心复合材料会因层合体-芯脱层而失效。为了说明，PS4夹心复合材料(强度和刚度最高)各自通过芯剪切而失效，而PC2复合材料(强度最弱且最柔韧的)各自通过层合体-芯脱层而失效。
E.样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的失效模式分析
为了更好地理解给定的夹心复合材料为什么会因芯剪切而失效，从而成为强度和刚度较高的夹心复合材料，或者由于层合体-芯脱层而是较弱和更具柔韧性的夹心复合材料，因此研究了这些失效的机理并进行了比较。
会使夹心复合材料因芯剪切而失效的负载(例如SGC失效)Pcs可近似为：
Figure BDA0002440646250000251
其中
Figure BDA0002440646250000252
是芯的剪切强度：对于这些实施例中使用的芯而言为0.5MPa。并且，会使夹心复合材料通过层合体-芯脱层而失效(例如，DAA失效)的负载Pbf可以近似为：
Figure BDA0002440646250000253
其中，Gc是每个层合体和芯之间的黏合剂的韧性(假设每个样品复合材料和对比复合材料的黏合剂相同)。B3和B4是常数，其值取决于负载情况；对于三点弯曲，B3等于2，而B4等于4。
从等式(3)和(4)中可以看出，存在参数T，用于预测夹心复合材料是否会由于剪切或脱层而失效：
Figure BDA0002440646250000254
如果T大于Gc，则失效应归因于脱层；如果T小于Gc，则失效应归因于剪切。计算了PC1、PC2、PS3和PS4夹心复合材料的T值，并将其包括在表19中。
表19：样品夹心复合材料和对比夹心复合材料的T值
Figure BDA0002440646250000255
如所预测的，具有最低T值的夹心复合材料——PS4夹心复合材料——由于芯剪切而失效，而具有最高T值的夹心复合材料——PC2夹心复合材料——由于层合体-芯脱层而失效(表18)。出人意料的是，尽管PC1和PS3夹心复合材料具有相似的T值，但一半的PC1复合材料由于脱层而失效，而PS3复合材料都没有由于脱层而失效。
以上说明书和实施例提供了说明性实施方案的结构和使用的完整描述。尽管上面已经在某种程度上特别地或参考一个或多于一个单独的实施方案描述了一些实施方案，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下对所公开的实施方案进行多种改变。因此，方法和系统的各种说明性实施方案不旨在限于所公开的特定形式。而是，它们包括落入权利要求范围内的所有修改和替换，并且除了所示实施方案之外的实施方案可以包括所述实施方案的一些或全部特征。例如，可以省略元件或将元件组合为一体结构和/或可以替换连接方式。此外，在适当的情况下，上述任何实施例的方面可以与所描述的任何其他实施例的方面组合以形成具有相当或不同的性能和/或功能的其他实施例，并且解决相同或不同的问题。类似地，应该理解的是，上述益处和优点可以涉及一个实施方案，或者可以涉及多个实施方案。
权利要求不旨在包括，也不应被解释为包括装置加功能或步骤加功能限定，除非在给定权利要求中分别使用短语“用于……的装置”或“用于……的步骤”明确叙述了这种限定。

Claims (18)

1.一种夹心复合材料，其包括：
芯；和
设置在所述芯的相反侧的第一层合体和第二层合体，每个层合体包括：
三个或多于三个单向(UD)层，每个单向层包括：
聚合物基体材料；和
分散在所述聚合物基体材料内的纤维；其中UD层是分层的，使得层合体包括：
内部部分，其包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿第一方向排列；和
UD层具有总体厚度；和
设置在所述内部部分相反侧的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿基本上垂直于第一方向的第二方向排列；和
UD层具有总体厚度；
其中，所述第一外部部分的UD层的厚度基本上等于所述第二外部部分的UD层的厚度；和
其中，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的0.6至3.25倍；和
其中所述UD层的总体厚度为约0.4毫米(mm)至约1.0mm。
2.根据权利要求1所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的1.5至2.5倍。
3.根据权利要求2所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体，所述内部部分的UD层的厚度是所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度的1.5至2.0倍。
4.根据权利要求3所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体：
所述内部部分的UD层的厚度为约0.250mm；并且
所述第一外部部分的UD层的厚度和所述第二外部部分的UD层的厚度各自为约0.156mm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的夹心复合材料，其中，所述第一层合体的UD层的厚度基本上等于所述第二层合体的UD层的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体：
所述第一外部部分的UD层的总体单位面积重量基本上等于所述第二外部部分的UD层的总体单位面积重量；并且
所述内部部分的UD层的总体单位面积重量是所述第一外部部分的UD层的单位面积重量和所述第二外部部分的UD层的单位面积重量的0.5至3.7倍。
7.一种夹心复合材料，其包括：
芯；和
设置在所述芯的相反侧的第一层合体和第二层合体，每个层合体包括：
三个或多于三个UD层，每个UD层包括：
聚合物基体材料；和
分散在所述聚合物基体材料内的纤维；
其中所述UD层是分层的，使得层合体包括：
内部部分，其包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿第一方向排列；和
UD层具有总体单位面积重量；
设置在所述内部部分的相反侧的第一外部部分和第二外部部分，每个外部部分包括一个或多于一个UD层：
在每个UD层中纤维沿基本上垂直于所述第一方向的第二方向排列；和
UD层具有总体单位面积重量；
其中，所述第一外部部分的UD层的单位面积重量基本上等于所述第二外部部分的UD层的单位面积重量；和
其中，所述内部部分的UD层的单位面积重量是所述第一外部部分的UD层的单位面积重量和所述第二外部部分的UD层的单位面积重量的0.5至3.7倍；和
其中所述UD层的总体单位面积重量为约700克/平方米(gsm)至约1700gsm。
8.根据权利要求6或7所述的夹心复合材料，其中对于每个层合体，所述内部部分的UD层的单位面积重量是所述第一外部部分的UD层的单位面积重量和所述第二外部部分的UD层的单位面积重量的1.5至2.5倍。
9.根据从属于权利要求7的权利要求8所述的夹心复合材料，其中对于每个层合体，对于每个外部部分，UD层的纤维重量分数小于或等于95％，任选地，小于或等于90％的所述内部部分的UD层的纤维重量分数。
10.根据权利要求8所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体，所述内部部分的UD层的单位面积重量是所述第一外部部分的UD层的单位面积重量和所述第二外部部分的UD层的单位面积重量的1.5至2.0倍。
11.根据权利要求9所述的夹心复合材料，其中，对于每个层合体：
所述内部部分的UD层的单位面积重量为约428gsm；并且
所述第一外部部分的UD层的单位面积重量和所述第二外部部分的UD层的单位面积重量各自为约237gsm。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的夹心复合材料，其中所述纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维和/或钢纤维。
13.根据权利要求12所述的夹心复合材料，其中所述纤维包括碳纤维和/或玻璃纤维。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的夹心复合材料，其中所述聚合物基体材料包括热塑性基体材料。
15.根据权利要求14所述的夹心复合材料，其中，所述热塑性基体材料包括PP。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的夹心复合材料，其中所述芯包括泡沫和/或蜂窝结构。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的夹心复合材料，其中所述芯的厚度为所述第一层合体的UD层的厚度和所述第二层合体的UD层的厚度的20至60倍。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的夹心复合材料，其对于每个所述层合体而言包括设置在所述层合体和所述芯之间的黏合剂。
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