CN111347729B - 多层复合结构及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种多层复合结构及其形成方法，该多层复合结构包括第一复合纤维层、第二复合纤维层和粘结剂。粘结剂设置在第一复合材料层和第二复合材料层之间，并在第一复合材料层和第二复合材料层之间形成第一粘结部和第二粘结部，第一粘结部和第二粘结部通过间隙分开，该间隙被配置为隔离第一粘结部的脱粘以防止扩散至第二粘结部。

Description

多层复合结构及其形成方法
技术领域
本公开大体上涉及用于粘结复合结构的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于辅助粘结剂粘结的间断或不连续粘结线以抑制在粘结复合结构(诸如复合飞机结构构件)中脱粘扩散的系统和方法。结果是提高飞机结构构件的耐用性和损坏容限(D&DT)。
背景技术
现代航空器越来越依赖复合结构，以替代较重的钢和较弱的聚合物材料。飞机部件和表面承受飞行中的载荷，这些载荷会在各种结构部件上产生应力和应变。此外，环境因素会随着时间的流逝造成额外的损害，诸如极端的热量和低温波动、湿度、与海洋环境相关的盐分损害以及飞机流体(例如，燃料，机油，液压油，除冰液，清洁剂化学品，厕所残留物，厨房溢出物等)的污染。
在航空领域，重量是至关重要的因素，并且随着新的军用和民用飞机系统的开发，复合材料越来越成为飞机结构的基础。类似地，对于新的军用和民用飞机平台，一直在不断努力以同时提高性能并降低成本。然而，接合部和粘结处必须能够承受飞行过程中遇到的极端条件和应力。
因此，需要一种经济、轻型和耐用的结构以结合到飞机中。
发明内容
本公开提供了一种多层复合结构，其被设计为减轻复合层合体之间的脱粘的发生和/或扩散。特别地，多层复合结构采用布置成间断粘结图案的粘结剂，该粘结图案被构造成阻止裂缝在隔离的粘结剂之间扩散。
根据第一方面，多层复合结构包括：第一复合纤维层；第二复合纤维层；以及设置在第一复合纤维层和第二复合纤维层之间的粘结剂，其中，粘结剂在第一复合纤维层和第二复合纤维层之间形成第一粘结部和第二粘结部，第一粘结部和第二粘结部通过间隙彼此分开，并且其中该间隙被布置为隔离第一粘结部的脱粘结以防止扩散到第二粘结部。
在某些方面，间隙为空气填充的。
在某些方面，间隙包括非粘性材料。
在某些方面，第一复合材料层和第二复合材料层包括编织纤维材料。
在某些方面，不连续包括在粘结剂和第一复合材料层之间的界面区域处的分离。
在某些方面，粘结剂在第一复合纤维层和第二复合纤维层之间的界面区域处形成圆角轮廓。
在某些方面，在界面区域处的分离使第一复合材料层与第二复合材料层脱层。
在某些方面，第一粘结部限定第一条带，且第二粘结部限定第二条带，第一条带与第二条带可以彼此平行。
在某些方面，第一粘结部和第二粘结部具有相等的宽度。
在某些方面，第一粘结部和第二粘结部具有不相等的宽度。
在某些方面，多层复合结构还包括第三粘结部，其中，第三粘结部通过第二间隙与第二粘结部分开。
在某些方面，间隙具有第一间隙宽度，并且第二间隙具有不同于第一间隙宽度的第二间隙宽度。
在某些方面，第三条带平行于第二条带。
在某些方面，第一、第二和第三粘结部具有相等的宽度。
在某些方面，第一、第二和第三粘结部各自具有不相等的宽度。
在某些方面，间隙的宽度为第一粘结部或第二粘结部的宽度的约20-25％。
在某些方面，间隙宽度为约0.75至1.25英寸，并且第一粘结部或第二粘结部的宽度为约4至6英寸。
在某些方面，第一粘结部或第二粘结部中的一者限定方形、圆形或三角形的形状。
在某些方面，多层复合结构为飞行器的部件。
根据第二方面，一种形成多层复合结构的方法包括：准备第一复合纤维层的第一表面以用于粘结；准备第二复合纤维层的第二表面以用于粘结；将粘结剂作为第一粘结部施加至第一表面或第二表面上；将粘结剂作为第二粘结部施加至第一表面或第二表面上；并且通过使第一粘结部和第二粘结部与第一表面和第二表面中的每者接触，使第一复合纤维层和第二复合纤维层粘结，其中，第一和第二粘结部被布置为通过间隙分开，该间隙被配置为隔离第一粘结部的脱粘结并防止扩散到第二粘结部。
在某些方面，该方法还包括在第一复合材料层和第二复合材料层之间以平行条带的形式形成第一粘结部和第二粘结部。
在某些方面，间隙的宽度为第一粘结部或第二粘结部的宽度的约20-25％。
在某些方面，间隙宽度为约0.75至1.25英寸，并且第一粘结部或第二粘结部的宽度为约4至6英寸。
在某些方面，形成多层复合结构以结合到飞机结构中。
在某些方面，第一粘结部和第二粘结部具有相等的宽度。
在某些方面，第一粘结部和第二粘结部具有不相等的宽度。
在某些方面，该方法在将第一复合材料层和第二复合材料层粘结的步骤之前，还包括将粘结剂作为第三粘结部施加至第一表面或第二表面。
在某些方面，第三粘结部通过第二间隙与第二粘结部分开。
在某些方面，间隙具有第一间隙宽度，以及第二间隙具有不同于第一间隙宽度的第二间隙宽度。
在某些方面，第一、第二和第三粘结部具有相等的宽度。
在某些方面，第一、第二和第三粘结部各自具有不相等的宽度。
在某些方面，第一粘结部或第二粘结部中的一者限定方形、圆形或三角形的形状。
附图说明
如在附图中所示，根据其特定实施例的以下描述，本文描述的装置、系统和方法的前述和其他目的、特征和优点将是显而易见的，其中相同的附图标记指代相同的结构。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本文所述的装置、系统和方法的原理上。
图1a和1b示出了示例性多层复合结构。
图2a至图2c示出了常规的多层复合结构的示例。
图3a至3c示出了另一种常规的多层复合结构的示例。
图4a和4b示出了另一示例性多层复合结构。
图5a至5c示出了用于示例性多层复合结构的粘结的示例性粘结图案。
图6示出了形成多层复合结构的方法。
图7a和7b示出了示例性固定翼飞行器。
具体实施方式
本公开涉及粘结的多层复合结构的系统和方法，该多层复合结构使用被布置以形成具有间断粘结图案的粘结部的粘结剂。更特别地，粘结图案的布置被配置为减轻粘结剂和相邻层的粘结之间的裂缝(例如，在层之间的界面区域处)。因此，粘结图案通过经由区域分开各个粘结部而减轻了多层复合结构的粘结层合体的脱粘的可能性。所述区域(例如，间隔或间隙)通过降低脱粘扩散到相邻粘结部的风险而阻止了粘结材料在层之间的界面区域处的直线裂缝。
在下文中将参考附图描述本公开的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本实施例的原理上。例如，为了清楚和方便描述，可能会夸大元件的大小。而且，在可能的情况下，在所有附图中使用相同的附图标记指代实施例的相同或相似的元件。在下面的描述中，由于公知的功能或构造可能在不必要的细节上使本公开不清楚，因此不对其进行详细描述。说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求保护的要素对于实施例的实施必不可少。
除非本文另外指出，否则本文中数值范围的叙述并非旨在进行限制，而是单独地指代落入该范围内的任何和所有数值，并且该范围内的每个单独的数值都被并入说明书中，就如同其被分别列举在本文中一样。当带有数值时，词语“约”、“大约”等应被解释为指示偏差，如本领域的普通技术人员将认识到的，该偏差可以令人满意地用于预期目的。值和/或数值的范围在本文中仅作为示例提供，并且不构成对所描述的实施例的范围的限制。本文提供的任何示例或示例性语言(“例如”，“诸如”等)的使用仅旨在更好地阐明各实施例，而并不对各实施例的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求保护的要素对于实施例的实施必不可少。
在下面的描述中，应当理解，诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“正面”、“背面”等的术语为方便性的用语，并且不应解释为限制性术语。本文提供的各种数据值(例如，尺寸，测量值，持续时间等)可以用一个或多个其他预定数据值代替，因此，不应视为限制性的，而是示例性的。对于本公开，以下术语和定义应适用：
如本文所用，术语“复合物”、“复合材料”或“复合结构”是指包括添加剂材料和基质材料的材料。例如，复合材料可以包括纤维添加剂材料(例如，纤维玻璃，玻璃纤维(“GF”)，碳纤维(“CF”)，芳族聚酰胺/对位芳族聚酰胺合成纤维，FML等)和基质材料(例如，环氧树脂，聚酰亚胺，铝，钛和氧化铝，包括但不限于塑料树脂，聚酯树脂，聚碳酸酯树脂，浇铸树脂，聚合物树脂，热塑性塑料，丙烯酸树脂，化学树脂和干树脂)。此外，复合材料可包括嵌入基质材料中的特定纤维，而混合复合材料可经由向基本纤维/环氧树脂基质中添加一些互补材料(例如，两种或更多种纤维材料)来实现。
如本文所用，术语“复合层合体”或“复合材料层”是指由添加剂材料的层(即“层”和基质材料组装而成的复合材料的类型。例如，可以将诸如纤维复合材料的添加剂材料的层连接起来以提供期望的工程特性，包括面内刚度、弯曲刚度、强度和热膨胀系数。可以使用不同材料的层，从而形成混合层合体。各个层可以为正交各向异性的(即，正交方向上的主要特性)或横向各向同性的(即，横向平面上的各向同性特性)，然后层合体表现出各向异性(即，主要特性的可变方向)、正交各向异性或准各向同性特性。准各向同性层合体表现出各向同性(即，与方向无关)的面内响应，但不限于各向同性的面外(弯曲)响应。取决于各个层的堆叠顺序，层合体可表现出面内和面外响应之间的联接。弯曲-拉伸联接的示例为由于面内载荷而形成的曲率。
如本文所用，术语“复合结构”是指至少部分地使用复合材料制造的结构或部件，所述复合材料包括但不限于复合层合体和复合材料层。
如本文所用的术语“联接”、“联接到”和“与…联接”分别表示组成以下任何一项或多项的两个或更多个设备、装置、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统和/或装置之间或其间的关系：(i)连接，无论是直接的还是通过一个或多个其他设备、装置、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置；(ii)通信关系，无论是直接的还是通过一个或多个其他设备、装置、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置；和/或(iii)功能关系，其中任何一个或多个设备、装置、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统或装置的操作全部或部分取决于其任何一个或多个其他项的操作。
术语“和/或”指列表中由“和/或”连接的任何一个或多个项。例如，“x和/或y”表示三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”是指“x和y之一或两者”。作为另一个示例，“x，y和/或z”表示七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说，“x，y和/或z”示“x，y和z中的一者或多者”。
术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”。本文描述的实施例不是限制性的，而是仅是示例性的。应当理解，所描述的实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利。此外，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点或操作模式。
多层复合材料和结构越来越多地用于飞机制造中，其中脱粘是主要的航空安全问题。例如，飞机、卫星和其他关键机器要求对复合结构具有高度的信心，以确保适航性。然而，如上所述，常规的材料粘结可能具有许多缺点。例如，复合材料之间的界面处可能有应力。因此，本公开的目的是在复合材料之间实现轻质的、坚固的粘结，其减轻脱粘扩散。
主多层复合结构中辅助粘结剂接合部的静态和结构性能(即耐久性和损伤耐受性(D&DT))受粘结剂、粘结基材和表面处理能力的影响。如将要讨论的，主粘结为形成结构(例如，基材，层等)的粘结，而辅助粘结剂接合部用于将多个结构粘结(或以其他方式结合)在一起。
尽管粘结剂本身的能力(例如，强度，耐用性)可与强制性紧固方法(例如，机械紧固件，诸如螺栓、铆钉等，并具有可靠的锁定方式以可靠地锁定紧固件，从而防止松动)相媲美，但仅仅辅助粘结剂粘结的接合部会产生缺陷，诸如脱粘，因此可能无法满足当前对主结构的适航性要求。一般而言，脱层为层压材料中通常在复合物的层之间的失效，这导致复合材料层(即，基材或片层)的分离。脱层失效可以为几种类型，诸如粘结剂或树脂内的裂缝，加强件内的裂缝或树脂与加强件的脱粘。而当层压材料(例如，多层复合结构的粘结层)与粘结剂分离时，脱粘发生。这种分离可以由制造中的问题、结构使用的严格性(rigors)的影响或影响结构的某些其他因素(例如，环境，寿命，粘结剂的质量等)引起。因此，由于缺少且无法评估正在进行的D&DT性能，对于经过认证的机身结构，仅使用粘结剂的粘结接合部所带来的重量效率和设计灵活性就丧失了。结果，当前在现代飞机中没有使用中的尺寸设定用于且设计用于传统强制性紧固件的仅粘结的主结构接合部和主结构。
鉴于前述内容，本公开提供了一种多层粘结复合结构，其采用被布置为形成具有间断粘结图案的粘结部的粘结剂，该粘结图案的布置被配置为减轻粘结复合材料层在层之间的界面区域处存在裂缝的可能性。通过将粘结的任何弱点和/或不足隔离到单独的粘结元件上，用于辅助粘结的间断或不连续粘结线的引入试图抑制粘结线的脱粘扩散，从而提供改进的D&DT。
这项技术与允许出现某些粘结段失效的设计相结合，可以构建可认证的仅粘结的机身结构。特别地，间断的或不连续的粘结线允许隔离可能在飞行器的制造过程或寿命期间发生的缺陷。对于不连续的间隙，任何可能通过粘结区引发的脱粘将在间隙处终止，从而防止沿粘结线扩散。另外，部分由于在层之间的一个或多个界面区域的边缘处形成了圆角，所以粘结部的边缘可表现出较高的剥离强度。因此，粘结图案的使用通过经由空隙分离各个粘结部而减轻了复合结构的粘结层的脱粘的可能性。所述空隙(例如，间隔或间隙)阻止了粘结材料在层之间的界面区域处的直线裂缝。结果，独立的粘结部与层之间其他粘结区域中存在的裂缝的扩散隔离开来。
因此，一方面，本公开提供了一种经济的用于制造轻型复合结构(例如，在多层复合结构的制造过程中)和/或用于将复合结构嵌入(或粘附于)预制的复合结构的表面上的粘结技术。此功能的增加提供了另外的结构优势，诸如结构强度、刚度、抗冲击性和耐用性，这取决于所选择的材料和部件的层叠配置。因此，本文公开的粘结技术尤其通过在图案内的相邻定位的粘结元件之间提供间隙而在多层复合结构中提供增加的抗脱粘/抗剥离性。
图1a示出了多层复合结构100的纵向截面图，该多层复合结构包括通过粘结剂106(例如，粘合剂，树脂，环氧树脂)粘结到第二复合材料层104的第一复合材料层102(例如，基材，诸如复合纤维层)。在图1a的示例中，粘结剂106排列成条带状的粘结部106a、106b、106c、106n(或小珠)，这些粘结部被无粘结剂106的区域112彼此分开。这种区域112的示例包括间隙、空隙、区部等。因此，如本文所述，即使在缺陷可能导致与一个粘结部(例如粘结部106a)相关联的界面区域处的脱粘的情况下，相邻粘结部(例如，粘结部106b)也经由一个或多个区域112与这种脱粘隔离，使得相邻的粘结部保持完整/结构合理。换句话说，经由一个或多个区域112将第一粘结部106a与第二粘结部106b(例如，如图所示的相邻粘结部)隔离开，减轻了在第一粘结部106a处的脱粘扩散到相邻粘结部(在这种情况下为第二粘结部106)的风险；从而保持相邻粘结部的完整性。
为了制造多层复合结构100，可以将粘结剂106施加至第一层102和第二层104中的一者或两者的表面上以形成粘结部。可以施加粘结剂106以在不同位置处形成不同大小和/或尺寸的粘结部。例如，如图1a和1b所示，可以施加粘结剂106以形成第一粘结部106a，第二粘结部106b，第三粘结部106c…，第n粘结部106n，所述粘结部可以为条带形的。然后可以将第一层102和第二层104压在一起(例如，使用重量/压力)，并与位于其之间的粘结剂106粘结。一旦每个粘结部处的粘结剂106固化，则第一层102和第二层104粘结起来，以产生多层复合结构100。区域112可以被空气填充和/或填充有非粘性材料或被抽真空。可以这样做以消除各层之间的公差和/或防止意外的碎屑、湿气等迁移到区域112中。在某些方面，区域112可用于容纳导体(例如，用于传输电力的电导体)或通过流体(例如，空气/气体)。可替代地，区域112可以被与粘结剂106不同的粘结剂(例如，不同类型的粘结剂)占据。
复合材料层102、104可以为例如干复合材料、碳预浸渍树脂体系(“预浸料”，即，已经存在未固化的基质材料的复合纤维)或任何其他合适的复合材料片层。因此，在至少一个实施例中，复合材料层102、104可以为复合纤维层。尽管示出了两个结构层102、104，但是本领域的技术人员应当理解，可以根据特定应用的需要采用附加的层。因此，使用两个层102、104仅是示例性的，并且本公开不应被解释为限于仅具有两个层的多层复合结构。
在一些示例中，多层复合结构100可以与另一个复合结构(例如，飞机的现有或预制的复合件)共固化(例如，当各层被构建并一起固化时，各层形成复合结构)和/或共粘结(例如，附加层被粘结到预制结构，例如通过树脂或其他粘结剂)。
图1b示出了在通过粘结剂106粘结到第二复合材料层104之前的第一复合材料层102的视图。如图所示，粘结剂106已经以粘结部106a、106b、106c、106n的条带状图案施加，该条带状图案限定了不存在/省略粘结剂106的不连续区域112。如图所示，粘结剂106可以以跨越层104的长度的条带形状施加，但是可以以在层102、104之间提供足够的粘结面积、同时保持所需数量的区域112的任何合适的图案施加。此外，尽管图示为应用于层104，但是除了层104之外或作为层104的替代，可以将粘结剂106应用于层102。
区域112的形状和/或宽度可以根据多种因素而变化，这些因素包括但不限于层102、104的材料类型、粘结剂106的类型、表面处理、制造工艺、层102、104之间的期望距离、重量、多层复合结构的总体所需强度等。在一些示例中，每个区域112的宽度为粘结剂106的条带的宽度的20％至25％(例如，区域与粘结剂的比率为1：4–1：5，尽管也可以考虑其他比率，包括1：1至1：10之间的比率)。在一些示例中，每个区域112可以具有在0.5英寸至2英寸的范围内的宽度，而粘结剂106的宽度可以在2英寸至10英寸之间。在示例中，每个区域112可以具有在0.75英寸至1.25英寸的范围内的宽度，而粘结剂106的宽度可以在4英寸至6英寸之间。因此，在保持本公开的精神的同时，还考虑了较大和较小的相对尺寸。
在某种程度上，所产生的应力被阻止在每个粘结元件的边缘，与常规复合材料(即，完全的粘结剂覆盖范围)相比，所公开的粘结图案具有增强的多层复合结构的应力承受能力。如本文所公开的，多层复合结构的承受应力的能力增加归因于各个粘结元件之间的关系以及其形状和/或取向。通过设计粘结图案，使得下一个最接近的粘结元件被由粘结图案所限定的间隙(例如，区域112)分开，从而减轻了多层复合结构所经受的实质应力。因此，改善了在每个粘结元件处消散和/或吸收的应力的量。
结合图2a至3c描述了脱粘的详细说明。参考图4a至图6提供了关于本文公开的改进的多层复合材料的细节。
图2a示出了常规的多层结构200a的纵向截面图，该结构包括沿两层202a、204a之间的整个长度通过粘结剂206a的片/层(例如，粘结剂)粘结到第二层204a的第一层202a。尽管多层结构通常会产生比各个层的总和更强的结构，但粘结失效会削弱或破坏多层结构的完整性。例如，脱粘和脱层为诸如多层结构200a的层状材料的常见失效。
各种缺陷可能导致在粘结界面处的脱粘。例如，粘结部处的孔隙率增加会削弱粘结剂和复合材料层之间的界面完整性，这可能是由于粘结剂或粘合剂中的气体引起的。在粘结部处在粘结剂内的空隙可能是由于在施加粘结剂过程中夹带了空气，或者是由于未将足够数量的粘结剂施加至粘结表面而引起的。由于污染物或粘结剂组成部分的不良混合，在施加过程中在不同位置可能会发生粘结剂固化不恰当或不正确的情况。此外，这些或其他原因可导致粘结剂破裂，随后在制造过程中固化和热收缩，从而形成脆性或薄弱的粘结部。加之由于飞行过程中经历的持续和变化的力而导致在粘结层上具有应力，薄弱的粘结部可能会失效(例如，脱粘)。
由于重复暴露于应力或冲击可能会导致结构200a损坏，从而导致层202a、204a分离且机械韧性明显降低。各层之间的粘结剂粘结部的脱粘可以采用多种形式。结合图2a至3c示出了粘结失效或脱粘的示例。
如图2b所示，多层结构200b可以包括第一层202b、第二层202b和粘结剂206b。在图2b的示例中，在第一层202b和粘结剂206b之间的界面区域208b处发生了脱粘。如图所示，由于脱粘，第一层202b已经在方向210上移位。这是可能的，因为一旦粘结部的区域损坏(例如，不连续)，则该效应可能沿着粘结剂206b和第一层202b之间的界面区域208b扩散。因此，在界面区域208b处的初始破裂/分离会允许脱粘沿着界面的整个长度继续进行。
图2c示出了另一种类型的脱粘，其中界面区域208c已经从第一层202c分层以产生凸起部分216。因此，当第一层202c在远离界面区域208c的方向214上扩展时，已经形成了空隙212。结果，空隙212可以沿着粘结剂的长度并且朝着边缘向外扩散。
图3a示出了示例多层结构300a的另一纵向剖视图，该多层结构包括通过粘结剂306粘结到第二层304的第一层302，该粘结剂形成为连续片。在图3a的示例中，在第一层302和粘结剂306之间的界面区域308处出现了缺陷。如本文所描述的，脱粘倾向于沿着界面308扩散，如图3b所示。因此，当脱粘在方向310b上扩散时，第一层302示出为与粘结剂306分离。
如图3c所示，脱粘的扩散已沿方向310c继续进行，导致第一层302与粘结剂306之间的粘结失效。因此，从界面308的单个位置处开始的缺陷可能扩散，从而可能使整个第一层302与粘结剂306脱层。
图4a和图4b示出了改进的多层复合结构400a、400b的示例，其类似于参考图1a描述的多层复合结构100。如图所示，多层复合结构400a包括第一复合材料层402，其通过布置成预定粘结图案的粘结剂406与第二复合材料层404粘结。然而，在图4a的示例中，将粘结剂406布置成条带形粘结部，它们通过区域412彼此分开。例如，如图4a和4b所示，可以施加粘结剂406以形成第一粘结部406a、第二粘结部406b、第三粘结部406c、…、第n粘结部406n；每个粘结部都被示为由区域412分开。
如图4b所示，第一粘结部406a的第一界面区域408a处的缺陷会导致第一复合材料层402与粘结剂406之间的脱粘。如在图4b的细节A中最佳示出的，随着第一复合材料层402在方向410上向后剥离，在第二界面区域408b处的第二粘结部406b保持完整。界面区域经由复合材料层402、404与由粘结剂406形成的粘结部406b之间的虚线表示。界面区域处强度的增加可以至少部分归因于沿着粘结部406b与复合材料层402、404之间的上、下界面区域的边缘的长度形成的圆角414。圆角414在图4b的细节A中被示为在粘结剂406与层402、404之间形成接触部(即，界面区域)的覆盖物的粘结剂。如该实施例中所示，当以剖视图观察时，圆角414可以在粘结部406b的边缘周围形成凹形轮廓。因此，通过区域412将粘结剂406分开，阻止了可能引起多层复合结构的脱粘的缺陷的扩散。
如图5a至5c所示，可以布置粘结剂以形成多种粘结图案的粘结部(例如，条带形粘结部506a，方形粘结部506b，圆形粘结部506c，它们的组合等)，以沿着每个层的整个长度或沿着长度或宽度的一部分将层状材料的片结合在一起。粘结剂也可以用于以特定的配置(诸如根据长度和/或宽度来限定的)来粘结各层的间断部分。粘结剂可以进一步用于根据一种以上的配置来粘结各个层的部分。粘结剂还可进一步用于沿着材料的限定长度粘结各层。
粘结剂可以以各种不同的功能性粘结图案来施加。粘结图案的每个粘结元件的边缘大致由各个层的几何形状和/或完成的多层复合结构的所需形状来限定。
因此，如图5a所示，已经以形成离散区域512a的图案施加了粘结剂506a，该离散区域省略了粘结剂506a。如图所示，粘结剂506a以跨越层504a的长度的条带形状施加，但是粘结剂可以以在层502a和504a之间提供足够的粘结面积、同时保持区域512a的任何合适的图案施加。
通过设计粘结图案，使得相邻的(最接近的)粘结部被粘结图案所限定的间隙分开，得以减轻多层复合结构所承受的大部分应力。因此，改善了在每个粘结元件处消散和/或吸收的应力的量。
此外，尽管已经描述了使用细长粘结元件(例如，图5a的506a)的几幅图，但是可以在粘结图案中使用如在图5b和5c中分别示出的方形粘结元件506b和圆形粘结元件506c，因此只要这种圆形粘结元件的数量和位置与本文教导的用于防止脱粘扩散到粘结图案内的其他粘结部的原理一致即可。
粘结元件彼此之间的这种间隔提供了在每一层上到多个粘结元件的应力分布，从而在相对较大数量的粘结元件上以及相对较大的粘结材料面积上增强了应力分布，同时保持本文公开的防脱粘结构。
图6示出了形成多层复合结构(诸如关于图4a至图5c公开的多层复合结构)的方法600。在框602中，可以准备第一复合纤维层(例如，第一基材)的表面以用于粘结。例如，所述准备可包括蚀刻、打磨或以其他方式机械改变表面的特性，诸如用氨水钠或萘钠，以便使用粘结剂、粘合剂、商业级环氧树脂等促进各层的粘结。在框604中，可以以与第一复合纤维层的表面相似的方式准备第二复合纤维层的表面以用于粘结。
在框606中，可以根据制造商对所需粘结剂的推荐来准备粘结剂。例如，在粘结剂为环氧树脂的情况下，可将硬化剂(B部分)倒入混合器皿或容器中，然后以制造商规定的预定比例倒入树脂(A部分)。然后可以将树脂和硬化剂混合在一起以产生均质的粘结剂。
在框608中，可以将粘结剂作为第一粘结部施加至一个或两个表面上。在框610中，将粘结剂作为第二粘结部施加至一个或两个表面上，第二粘结部相对于第一粘结部布置，使得间隙将两个粘结部分开。换句话说，两个粘结部通过空隙彼此隔离，使得将防止可能存在于任何一个粘结部中的不连续性(例如，脱粘)扩散至另一个粘结部。例如，以预定的量和布置(例如，小的纵向小珠)施加粘结剂，使得在第一层和第二层之间压缩时，在相邻的粘结部之间保留间隙。
在框612中，可以通过接触第一表面和第二表面将第一复合材料层和第二复合材料层粘结在一起。例如，将两个层粘合在一起，并使粘结剂固化粘结至适于满足飞机标准的强度所需的持续时间。
如本文所公开的，通过方法600形成多层复合结构可以包括与另一种复合材料或结构叠置(共粘结或共固化；例如，在复合结构的制造期间浸渍，共固化)的复合材料层，并且一旦固化，它就成为复合结构的一部分(例如，翼梁，机翼等)。在一些示例中，用于制造复合结构的材料(例如，液态环氧树脂)也可以用作粘结剂以粘结一层或多层。此外，随着更多复合材料飞行器的开发，环氧树脂和双马来酰亚胺(BM)预浸渍树脂体系(“预浸料”)为飞机结构的两种合适的复合材料基质。
以上粘结技术可用于制造飞行器，包括多旋翼垂直起降(VTOL)和固定翼飞行器。图7a和7b示出了示例的固定翼飞行器700。固定翼飞机700可以包括机身702(例如，机身或机架)、起落架704以及一个或多个推力发生器706以提供升力或推力(例如，与推进器可操作地联接的涡轮机、电机或发动机等)以及一个或多个固定机翼708。一个或多个固定机翼708可以联接至机身702。尽管一个或多个固定机翼708被示为与机身702不同，但是固定翼飞机700可以替代地被配置为例如翼身融合(blended-wing)或飞翼式(flying-wing)配置。图7b描绘了示例飞机机翼708的一部分。如图所示，飞机机翼708通常包括翼梁710(例如，主翼梁)、肋712和机翼面板714。翼梁710、肋712和/或机翼面板714中的一者或多者可以被制造为多层粘结复合结构，其采用间断粘结图案的粘结剂。同样，飞机机翼708(或固定翼飞行器700的其他部件)的各种部件(例如，翼梁710，肋712和/或机翼面板714)可以以间断粘结图案使用粘结剂彼此连接。
尽管到目前为止的描述都集中在航空领域中的使用，但对于本领域技术人员来说很清楚的是，它可以同等地应用于其他交通工具和交通工具系统，包括例如汽车、摩托车、火车、船舶、轮船、、航天器和飞机。
以上引用的专利和专利公布的全部内容通过引用并入本文。当通过引用并入本文的参考文献中术语的定义或用法与本文所提供的术语的定义或理解不一致或相反时，以本文提供的术语的含义为准，并且以参考文献中不一定适用的术语的定义为准。尽管已经参考零件、特征等的特定布置描述了各种实施例，但是这些并不旨在穷尽所有可能的布置或特征，并且实际上许多其他实施例、修改和变化对于本领域技术人员而言是可以确定的。因此，应当理解，本公开的主题的教导可以以不同于上面具体描述的方式来实施。
本公开包括以下条款中描述的主题：
条款1.一种多层复合结构，包括：
第一复合纤维层(102、402)；
第二复合纤维层(104、404)；以及
设置在所述第一复合纤维层和第二复合纤维层(104、404)之间的粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)，
其中，所述粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)在所述第一复合纤维层(102、402)与所述第二复合纤维层(104、404)之间形成第一粘结部(106a、406a)和第二粘结部(106、106b、406b)，所述第一粘结部(106a、406a)和第二粘结部(106、106b、406b)通过间隙彼此分开，以及
其中，所述间隙被布置成隔离所述第一粘结部(106a、406a)的脱粘以防止扩散至所述第二粘结部(106、106b、406b)。
条款2.根据条款1所述的多层复合结构，其中，所述脱粘包括在所述粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)与所述第一复合材料层(102、402)之间的界面区域处的分离。
条款3.根据条款1或条款2所述的多层复合结构，其中，所述粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)在所述第一复合纤维层和第二复合纤维层(104、404)之间的界面区域处形成圆角轮廓。
条款4.根据上述条款中任一项所述的多层复合结构，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106、106b、406b)具有不相等的宽度(20-25)。
条款5.根据上述条款中任一项所述的多层复合结构，还包括第三粘结部(106c、406c)，其中，所述第三粘结部(106c、406c)与所述第二粘结部(106、106b、406b)通过第二间隙分开。
条款6.根据条款5所述的多层复合结构，其中，所述间隙具有第一间隙宽度，并且所述第二间隙具有与所述第一间隙宽度不同的第二间隙宽度。
条款7.根据条款5或条款6所述的多层复合结构，其中，所述第一粘结部、第二粘结部和第三粘结部(106c、406c)(106a、106b、406b)具有相等的宽度(20-25)。
条款8.根据条款5、条款6或条款7所述的多层复合结构，其中，所述第一粘结部、第二粘结部和第三粘结部(106c、406c)(106a、106b、406b)具有不相等的宽度(20-25)。
条款9.根据上述条款中任一项所述的多层复合结构，其中，所述第一粘结部(106a、406a)或所述第二粘结部(106、106b、406b)中的一者限定方形、圆形或三角形的形状。
条款10.根据上述条款中任一项所述的多层复合结构，其中，所述多层复合结构为飞行器的部件。
条款11.一种形成多层复合结构的方法，包括：
准备用于粘结的第一复合纤维层(102、402)的第一表面；
准备用于粘结的第二复合纤维层(104、404)的第二表面；
将粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)作为第一粘结部(106a、406a)施加至所述第一表面或所述第二表面；
将粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)作为第二粘结部(106、106b、406b)施加至所述第一表面或所述第二表面；以及
通过使所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106、106b、406b)接触到所述第一表面和所述第二表面中的每者，将所述第一复合纤维层(102、402)和所述第二复合纤维层(104、404)粘结，其中，所述第一粘结部和第二粘结部(106a、106b、406b)(106、106b、406b)被布置为通过间隙分开，所述间隙被配置为隔离所述第一粘结部(106a、406a)的脱粘以防止扩散至所述第二粘结部(106、106b、406b)。
条款12.根据条款11所述的方法，其中，形成所述多层复合结构以结合到飞行器结构(702)中。
条款13.根据条款11或条款12所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106、106b、406b)具有相等的宽度(20-25)。
条款14.根据条款11至13中的任一项所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106、106b、406b)具有不相等的宽度(20-25)。
条款15.根据条款11至14中的任一项所述的方法，所述方法在粘结所述第一复合材料层(102、402)和所述第二复合材料层(104、404)的步骤之前，还包括将粘结剂(106、116、306、406、206a、206b、406)作为第三粘结部(106c、406c)施加至所述第一表面或所述第二表面的步骤。
条款16.根据条款15所述的方法，其中，所述第三粘结部(106c、406c)通过第二间隙与所述第二粘结部(106、106b、406b)分开。
条款17.根据条款16所述的方法，其中，所述间隙具有第一间隙宽度，并且所述第二间隙具有与所述第一间隙宽度不同的第二间隙宽度。
条款18.根据条款15或条款17所述的方法，其中，所述第一、第二和第三粘结部(106c、406c)(106a、106b、406b)具有相等的宽度(20-25)。
条款19.根据条款15至条款18中的任一项所述的方法，其中，所述第一、第二和第三粘结部(106c、406c)(106a、106b、406b)均具有不相等的宽度(20-25)。
条款20.根据条款11至19中的任一项所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)或所述第二粘结部(106、106b、406b)中的一者限定方形、圆形或三角形的形状。

Claims (15)

1.一种多层复合结构，包括：
第一复合纤维层(102、402)，限定一长度；
第二复合纤维层(104、404)；以及
粘结剂(106、306、406、206a、206b)，设置在所述第一复合纤维层和所述第二复合纤维层(104、404)之间，
其中，所述粘结剂(106、306、406、206a、206b)在所述第一复合纤维层(102、402)与所述第二复合纤维层(104、404)之间形成第一粘结部(106a、406a)和第二粘结部(106b、406b)，所述第一粘结部限定跨越所述第一复合纤维层的长度的矩形的第一条带，所述第二粘结部限定跨越所述第一复合纤维层的长度的矩形的第二条带，
其中，所述第一条带和所述第二条带沿由所述长度限定的方向彼此平行，并且通过跨越所述第一复合纤维层的长度的间隙彼此分开，
其中，所述粘结剂在所述第一复合纤维层和所述第二复合纤维层之间的界面区域处形成圆角轮廓，并且
其中，所述间隙被配置成隔离所述第一粘结部(106a、406a)的脱粘以防止扩散至所述第二粘结部(106b、406b)。
2.根据权利要求1所述的多层复合结构，其中，所述脱粘包括在所述粘结剂(106、306、406、206a、206b)与所述第一复合纤维层(102、
402)之间的界面区域处的分离。
3.根据权利要求1所述的多层复合结构，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106b、406b)具有不相等的宽度。
4.根据权利要求2所述的多层复合结构，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106b、406b)具有不相等的宽度。
5.根据上述权利要求中任一项所述的多层复合结构，所述多层复合结构还包括第三粘结部(106c、406c)，其中，所述第三粘结部(106c、406c)与所述第二粘结部(106b、406b)通过第二间隙分开。
6.一种形成多层复合结构的方法，包括：
准备第一复合纤维层(102、402)的第一表面以用于粘结，所述第一复合纤维层(102、402)限定一长度；
准备第二复合纤维层(104、404)的第二表面以用于粘结；
将粘结剂(106、306、406、206a、206b)作为第一粘结部(106a、406a)施加至所述第一表面或所述第二表面；
将粘结剂(106、306、406、206a、206b)作为第二粘结部(106b、406b)施加至所述第一表面或所述第二表面；以及
通过使所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106b、406b)接触到所述第一表面和所述第二表面中的每者，而将所述第一复合纤维层(102、402)和所述第二复合纤维层(104、404)粘结，
其中，所述第一粘结部限定跨越所述第一复合纤维层的长度的矩形的第一条带，所述第二粘结部限定跨越所述第一复合纤维层的长度的矩形的第二条带，
其中，所述第一条带和所述第二条带沿由所述长度限定的方向彼此平行，并且被布置为通过跨越所述第一复合纤维层的长度的间隙分开，
其中，所述粘结剂在所述第一复合纤维层和所述第二复合纤维层之间的界面区域处形成圆角轮廓，
其中，所述间隙被配置为隔离所述第一粘结部(106a、406a)的脱粘以防止扩散至所述第二粘结部(106b、406b)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，形成所述多层复合结构以结合到飞行器结构(702)中。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106b、406b)具有相等的宽度。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)和所述第二粘结部(106b、406b)具有不相等的宽度。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，所述方法在粘结所述第一复合纤维层(102、402)和所述第二复合纤维层(104、404)的步骤之前，还包括将粘结剂(106、306、406、206a、206b)作为第三粘结部(106c、406c)施加至所述第一表面或所述第二表面的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第三粘结部(106c、406c)与所述第二粘结部(106b、406b)通过第二间隙分开。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述间隙具有第一间隙宽度，并且所述第二间隙具有与所述第一间隙宽度不同的第二间隙宽度。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)、所述第二粘结部(106b、406b)以及所述第三粘结部(106c、406c)具有相等的宽度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)、所述第二粘结部(106b、406b)以及所述第三粘结部(106c、406c)各自具有不相等的宽度。
15.根据权利要求6至14中任一项所述的方法，其中，所述第一粘结部(106a、406a)或所述第二粘结部(106b、406b)中的一者限定方形、圆形或三角形的形状。
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