CN112969575A - 高强度低热释放复合材料 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施例涉及具有高抗弯刚度和低热释放性能的复合层压结构及其制造方法。

Description

高强度低热释放复合材料

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月19日提交的美国临时申请号62/769,446的优先权，通过引用将该公开的全部内容合并于此。

背景技术

与传统的制造方法相比，复合部件可以显著地减少重量、改进燃料效率以及减少碳排放。复合材料可以包括嵌入树脂中的碳纤维或玻璃纤维。目前，复合部件通常通过常规的模塑工艺制造，包括树脂传递模制(RTM)、片材模制等。复合部件还可以由预浸渍的纤维(“预浸材料”)形成，并且可能需要烘箱或高压釜来固化预浸材料。传统上讲，由于若干原因，与金属部件相比，纤维增强复合部件的成本不具有竞争力。首先，高压RTM可能需要相对昂贵的设备和使聚合物树脂流动以浸渍纤维并且减少表面缺陷(例如，气孔或不期望的孔隙率)的高压。由于表面缺陷，RTM零件的生产产量相对较低。

复合零件取决于其中的材料而表现出不同的热释放值。热释放可以通过燃烧复合部件并监测部件燃烧时产生的热量来确定。通常，当期望具有相对低的热释放的复合部件时，在该复合部件中使用酚醛树脂。

制造商继续寻找材料、工具加工和生产技术来形成复合部件。

发明内容

本文公开的实施例涉及具有高弯曲刚度和低热释放特性的复合结构。在实施例中，公开了一种复合夹层结构。该复合夹层结构包括热塑性层，该热塑性层包括高温热塑性聚合物。该复合夹层结构包括设置在热塑性层上的第一热固性层。该复合夹层结构包括位于第一热固性层上的芯，其中芯包括多个单元。该复合夹层结构包括第二热固性层，第二热固性层基本上与第一热固性层相对地设置在芯上。该复合夹层结构具有低于60kW*min/m²的热释放。

在实施例中，公开了一种复合夹层结构。该复合夹层结构包括热塑性层，该热塑性层包括高温热塑性聚合物。该复合夹层结构包括设置在热塑性层上的第一热固性层。该复合夹层结构包括位于所述第一热固性层上的芯，其中芯包括多个单元。该复合夹层结构包括第二热固性层，第二热固性层基本上与第一热固性层相对地设置在芯上。该复合夹层结构包括附加热塑性层，该附加热塑性层包括高温热塑性聚合物。该复合夹层结构具有低于60kW*min/m²的热释放。

在实施例中，公开了一种复合夹层结构。该复合夹层结构包括热塑性层，该热塑性层包括高温热塑性聚合物。该复合夹层结构包括设置在热塑性层上的附加热塑性层，该附加热塑性层包括高温热塑性聚合物。该复合夹层结构包括设置在附加热塑性层上的第一热固性层。该复合夹层结构包括位于第一热固性层上的芯，其中芯包括多个单元。该复合夹层结构包括第二热固性层，第二热固性层基本上与第一热固性层相对地设置在芯上。该复合夹层结构具有低于60kW*min/m²的热释放。

在实施例中，公开了一种制备复合材料的方法。该方法包括形成叠层。该叠层包括至少一个热塑性层，该至少一个热塑性层包括高温热塑性聚合物，至少一个热塑性层是叠层的最外层。该叠层包括第一热固性层。该叠层包括第二热固性层。该叠层包括设置在第一热固性层与第二热固性层之间的芯，其中芯包括多个单元。该方法包括在模具中按压叠层。该方法包括在模具中固化叠层以形成热释放低于60kW*min/m²的复合夹层结构。

在实施例中，公开了一种整体复合材料。该整体复合材料包括至少一个热塑性层，至少一个热塑性层在其中具有多根纤维和高温热塑性树脂，其中至少一个热塑性层表现出低于60kW*min/m²的热释放。

在实施例中，公开了一种制备整体复合材料的方法。该方法包括形成叠层，叠层包括至少一个热塑性层，至少一个热塑性层在其中具有高温热塑性树脂和多根纤维。该方法包括将叠层形成为选定的形状。该方法包括固化叠层以形成具有低于60kW*min/m²的热释放的整体复合材料。

来自所公开实施例中的任一者的特征可彼此组合地使用，而没有限制。此外，通过考虑以下详细描述和附图，本公开的其他特征和优点对于本领域的普通技术人员将变得明显。

附图说明

这些附图展示了本发明的若干实施例，其中在不同视图或附图中所示的实施例中，相同的附图标记指代相同或相似的元件或特征。

图1是根据实施例的复合夹层的等轴测视图。

图2是根据实施例的复合夹层的侧截面图。

图3是根据实施例的复合夹层的侧截面图。

图4是根据实施例的复合夹层的侧截面图。

图5是根据实施例的整体复合材料的侧截面图。

图6是根据实施例的座椅靠背的等轴测视图。

图7是根据实施例的面板的正视图。

图8是根据实施例的制造复合材料的方法的流程图。

图9是根据实施例的制造整体复合材料的方法的流程图。

具体实施方式

本文公开的实施例涉及包含结合到热固性层上的热塑性层的复合结构。更具体地，实施例涉及聚合物树脂组合物与性能的组合、用于施加聚合物树脂以形成纤维增强复合结构的装置和方法，以及包含聚合物树脂的纤维增强复合结构。纤维增强复合结构中相邻层中的聚合物树脂分别包括热固性树脂和热塑性树脂。当设置在复合结构的最外层(例如，面向前)表面处或附近时，本文公开的热塑性树脂和具有该热塑性树脂的层提供了优异的热释放特性。复合结构可以包括复合夹层、复合层压体、整体复合材料等。

常规复合层压体(诸如环氧基体中的碳纤维等)具有相对高的可燃性和热释放。典型地，当期望具有相对低的热释放的复合部件时，将醛树脂用于该复合部件中，因为酚醛树脂是惰性的。这是为了获得低热释放而选择的传统材料。然而，酚醛具有相对差的机械特性。至少具有本文公开的热塑性层的复合结构提供了更好的机械性能，而不牺牲热释放性能。

基于热固性树脂的复合层压层通常使得表面不美观。例如，热固性树脂层可能遭受表面缺陷(例如，气孔缺陷)、颜色均匀性差或其他缺陷。因此，通常将具有热固性层的复合材料涂漆或将粘着剂(例如乙烯基)施加至表面以提供选定的外观。然而，这样的涂料或粘着剂可以从热固性层上刮擦或剥落。

当染色剂包括在其中时，热塑性塑料往往更容易地提供选定的成品表面并且还给予良好的颜色饱和度和均匀性。然而，热塑性塑料通常不直接结合到热固性材料。例如，本文公开的热固性材料可以包括不容易结合到诸如聚酰胺、聚乙烯(例如，LDPE或HDPE)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的热塑性塑料的组分，诸如环氧树脂等。对于结构部件，由于热塑性塑料的相对低的机械强度(例如，刚度、弹性模量等)，所以不期望在结构部件中包括热塑性塑料。此外，大多数热塑性塑料的相对低的熔点可能对于一些应用而言热塑性塑料是不被期望的。然而，本文公开的热固性树脂包括含聚氨酯的混合物，其易于结合到热塑性塑料，使得包含热固性层的复合层压(例如，夹层或整体)结构重量轻、坚固并且能够具有定制颜色和纹理中的一种或更多种的成品表面，该热固性层结合到本文公开的热塑性层。

热塑性层和热固性层的组合可以用于复合夹层结构(例如，复合层压体)中。本文公开的复合夹层包括一个或更多个热塑性层。这种热塑性层包括高温热塑性聚合物。在一些示例中，至少一个热塑性层可以设置在芯上方，诸如比芯更靠近复合夹层的最外层表面等。在一些示例中，复合夹层可以包括设置在热塑性层下方(诸如在芯的一侧或两侧上等)的至少一个热固性层。在一些示例中，复合夹层可以包括设置在复合夹层的最内层表面(例如，基本上与最外层表面相对)附近的附加热塑性层。下面公开了各种实施例。

图1是根据实施例的复合夹层100的等轴测视图。复合夹层100可以包括至少一个热塑性层110、芯120以及至少一个热固性层130和/或140。至少一个热塑性层110可以设置在至少一个热固性层130上。至少一个热固性层130可以设置在芯120上。芯120可以设置在至少一个热固性层140上。在一个或更多个实施例中，复合夹层100的层可以进一步包括附加层(例如，附加热塑性层、附加芯、附加热固性层、铝层、涂料等)或可以省略任何描绘的层。

如图所示，至少一个热塑性层110可以是复合夹层100的最外层。因此，热塑性层110可以形成复合夹层100的表面112，诸如复合层压结构的最外层表面等。因此，热塑性层110可以为复合层压结构的外表面提供选定的外观，诸如颜色或纹理等。热塑性层110可以包括热塑性树脂，该热塑性树脂包括一种或更多种热塑性组分。例如，热塑性层110可以包含以下材料中的一种或更多种：聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、聚氟乙烯丙烯(FEP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二酯(PET/PBT)、其他高温热塑性塑料(例如，熔点高于200℃的热塑性塑料)或熔点高于200℃的前述材料中的任一者的衍生物。热塑性塑料可以以液体或固体形式提供。例如，热塑性材料在被加热至熔点之前可以是粉末、晶体、颗粒、珠、珠状物、片材、棒、预浸渍的纤维层(例如，预浸材料)等。在一些示例中，该热塑性塑料可以以液体形式提供，诸如高于热塑性塑料的熔点或在聚合物溶液或树脂中等。

热塑性层110可以包括多根纤维，这些纤维保持或携带本文公开的热塑性塑料中的任一种或其组合。在一些示例中，多根纤维可嵌在聚合物基体(例如，热塑性树脂)中。多根纤维可以包括纤维片材、纤维垫、纤维织物、纤维编织物、多层纤维片材、连续纤维、对齐纤维、不连续纤维等。在一些示例中，定向或对齐的连续纤维可以具有比不连续纤维更高的性能，并且可在美观上比不连续纤维(诸如编织纤维鞥)更吸引人，但是成本更高。包括定向的连续纤维的热塑性层可以不像包括不连续纤维的热塑性层那样拉伸。不连续纤维可以是低成本的再循环使用的玻璃纤维、聚合物纤维或碳纤维。例如，可以使用作为来自树脂传递模制(RTM)或其他来源的废弃物的再循环使用的碳纤维。例如，可以将碳纤维从干燥的NCF废弃物切成35mm纤维，然后形成为面积密度为至少约200g/m2的随机定向的纤维片材。

这些纤维可以包括碳纤维、玻璃纤维或塑料纤维，诸如聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)或相似物等。在一些示例中，与碳纤维相比，玻璃纤维可能表现为形成热塑性层的经济选择。此外，玻璃纤维在被加热和按压时可能不会像热塑性纤维那样变形(例如，拉伸或弯曲)。例如，在模制/固化过程期间，复合层压结构中的塑料纤维将比玻璃纤维拉伸和弯曲的程度更深。

在一些示例中，多根纤维可以包括玻璃纤维织物、聚合物织物或碳纤维织物。织物可以是无卷曲织物(NCF)或编织织物。在一些示例中，NCF可以具有双轴向配置(例如，以相对的0°和90°角度设置的纤维)。双轴向NCF具有双向强度和刚度以及柔性强度和刚度。NCF可以在高载荷区域中提供比单独的热塑性塑料更大的拉出载荷或抗拉强度。NCF还可以减少来自复合芯的透印。纤维织物中可具有一层或更多层纤维。

在一些示例中，热塑性层110中的多根纤维的质量或重量可以为约50g/m²或更大、80g/m²或更大、100g/m²或更大，诸如约150g/m²至约500g/m²、约175g/m²至约350g/m²、约200g/m²、约220g/m²、约300g/m²或小于约500g/m²等。在一些示例中，热塑性层110(或其他选定的层)中的多根纤维可以包括纤维的附加层(例如，质量或重量为约300g/m²的NCF)以进一步增强复合材料。纤维的附加层可以与第一层分离或可以嵌入与第一层纤维相同的聚合物基体中。

多根纤维可以占热塑性层110的至少10wt％(重量百分比)，诸如热塑性层110的10wt％至90wt％、20wt％至80wt％、30wt％至70wt％、40wt％至60wt％、10wt％至30wt％、30wt％至60wt％、60wt％至90wt％、33wt％至66wt％、63wt％至80wt％、小于90wt％、小于70wt％、小于50wt％或小于30wt％等。热塑性塑料(树脂)可以占热塑性层110的至少10wt％(重量百分比)，诸如热塑性层110的10wt％至90wt％、20wt％至80wt％、30wt％至70wt％、40wt％至60wt％、10wt％至30wt％、30wt％至60wt％、60wt％至90wt％、小于90wt％、小于70wt％、小于50wt％或小于30wt％等。在一些示例中，可能期望在热塑性层110中使用小于33wt％的热塑性塑料，其余部分包含诸如玻璃纤维等的纤维。在这样的示例中，在外层中包含小于33wt％热塑性树脂的复合夹层结构的热释放可以非常低(例如，低于30kW*min/m²)。

在一些示例中，热塑性层110还可以包含一种或更多种附加材料，诸如硬化剂、填料、染色剂等。例如，热塑性层110的聚合物树脂(例如，热塑性树脂)可以包括染色剂(例如，颜料)以向热塑性层110提供选定的颜色。在一些示例中，热塑性层110可以仅包含热塑性材料，诸如热塑性树脂等。

热塑性层的厚度可以为大于约0.01mm，诸如0.01mm至5mm、0.1mm至1mm、0.05mm至0.5mm、0.05mm至0.3mm、0.3mm至0.6mm、0.6mm至1mm、小于5mm、小于2mm或小于1mm等。在一些示例中，热塑性层110在整个层中可以不具有均匀的厚度。

在一些示例中，热塑性层110可以作为预模制本体来提供。例如，PEI或者具有相对高的熔点并且可以在与一个或更多个热固性层130或140连接之前被固化以形成中间形状或最终形状。在这样的示例中，预模制的热塑性层110或一个或更多个热固性层130或140(下面讨论的)中的一个或更多个可以更容易地填充模具的拐角。

热塑性层110可以设置在热固性层130上。热塑性层110可以结合到热固性层130。例如，热固性层130的聚合物树脂中的组分(例如，聚氨酯)可以结合到热塑性层110的热塑性塑料(例如，PEI树脂)上。在一些示例中，热塑性层110可以在结合之前被研磨，以提供用于结合到尚未固化的热固性层130上的粗糙表面。在一些示例中，表面112的纹理可以被选择性地形成以提供期望的外观，诸如平滑外观、粗糙外观、表层革外观或任何其他纹理化外观等。

热固性层(例如，含有热固性树脂的层)130可以包含设置于多根纤维上的热固性树脂。热固性层130可以包括具有相对低粘度的一种或更多种热固性材料和具有相对高粘度的一种或更多种热固性材料的聚合物树脂混合物。例如，热固性层130可以包括聚合物(例如，热固性)树脂，该聚合物树脂包含聚氨酯和环氧树脂。热固性树脂在室温下可以具有相对低的粘度(例如，约40mPa·s或更小)。在下文更详细说明的一些示例中，热固性层130的热固性树脂可以包含以下材料中的一种或更多种：至少一种硬化剂、至少一种第VIII族金属材料、至少一种填料材料或至少一种热塑性塑料。热固性树脂的相对低粘度可主要由低粘度热固性材料(例如聚氨酯，诸如在室温下具有约150厘泊粘度的聚氨酯等)贡献，因为热固性树脂组分(例如环氧树脂)通常具有比低粘度热固性材料相对更高的粘度。聚氨酯的粘度可以是约30-40mPa·s，并且环氧树脂的粘度可以是约50-70mPa·s(或在特殊情况下约15mPa·s)。在一些示例中，热固性层130的热固性树脂在其中可以包含诸如少量(例如，小于50wt％或50vol％(体积百分比))等的一种或更多种热塑性组分(例如，树脂)，只要热固性层充当热固性材料即可。

热固性(聚合物)树脂可以包括环氧树脂和聚氨酯的液体共混物或混合物。在一些实施例中，热固性树脂可以包含至多约50体积％的环氧树脂、至多约20体积％的第VIII族金属材料以及剩余体积的聚氨酯，该环氧树脂包含固化剂或硬化剂。当混合时，环氧树脂可以与聚氨酯反应(例如，热反应和/或化学反应)。当环氧树脂的量超过一定量(例如，约40体积％)时，可能发生不期望的反应，这可能引起不期望的热和/或不受控的发泡。在一些示例中，热固性层的聚合物树脂(热固性树脂)可以包含小于约50体积％的环氧树脂，诸如约40体积％的环氧树脂等，占聚合物树脂的体积约5％至约40％、约10％至约35％、约20％至约30％、约20％至约40％、约25％至约35％、约28％至约32％、约20％、约25％、约35％或约30％。在一些示例中，热固性树脂可以包含小于约30体积％的环氧树脂。在一些示例中，热固性树脂可以包含小于约20体积％的环氧树脂。在一些示例中，热固性树脂可以包含小于约10体积％的环氧树脂。在一些示例中，热固性树脂的聚氨酯与环氧树脂的比例可为约1：1或更大，诸如为约2：1、约2.5：1、约3：1、约3.5：1、约4：1、约5：1、约7：1或约9：1等。在一些示例中，热固性树脂可以包含大于约50体积％的环氧树脂，其余部分包含聚氨酯。

热固性层130的热固性树脂中的聚氨酯可以提供与复合夹层100中的相邻材料(诸如与热塑性层110的热塑性塑料等)的结合。例如，聚氨酯形成与PEI的牢固结合。因此，热固性材料中的聚氨酯可以形成与热塑性层(例如，表层)和热塑性芯(例如，PEI管)两者的牢固结合。

热固性树脂可以形成聚氨酯泡沫(例如，微泡沫)，这可以增强复合层压体与复合夹层的芯的结合。在本文的一些示例中，在热固性材料的热固性树脂中，诸如通过其中的一种或更多种组分等(例如，聚氨酯反应以形成微泡沫)，可能需要选定量的发泡。作为热固性树脂泡沫中的聚氨酯，泡沫(例如，微泡沫)可以渗入芯120的单元或管中，从而形成与芯120的化学和机械结合中的一者或两者。这种渗透可以发生在芯120的敞开端，并且可以包括从敞开端向内的至少部分渗透。研究发现，根据本公开形成的复合夹层结构的复合表层(例如，热固性层)不像在没有本文公开的热固性树脂的情况下形成的复合表层那样容易地剥离本文公开的芯。

由于其中一种或更多种材料的性质，热固性树脂(诸如聚氨酯和环氧树脂的混合物等)在固化之后可以是防水的。通常，热固性材料(例如，聚氨酯微泡沫)可以具有透水性，而另一种热固性材料(例如，环氧树脂)可以是防水的。因此，当使用足够量的防水热固性材料时，热固性层的热固性树脂可以是防水的或者与水密封。例如，当聚氨酯/环氧热固性树脂中环氧树脂的量超过约28体积％(例如，30体积％)时，热固性层可以表现出基本上防水的特性。

环氧树脂通常具有比聚氨酯更短的保存期。在一些示例中，环氧树脂可以在使用之前仅混合几个小时。相反，聚氨酯通常具有比环氧树脂更长的保存期，基于异氰酸酯化学，并且可以具有可调节的保质期和快速固化能力。在一些实施例中，聚氨酯或环氧树脂可以包括一种或更多种阻燃剂组分。例如，热固性树脂可以包括酚醛环氧树脂或其等同物。

在一些示例中，热固性树脂可以包括至少一种固化剂或硬化剂，硬化剂可以被配置为使热固性树脂的一种或更多种组分固化。例如，当热固性树脂包含环氧树脂和聚氨酯时，热固性树脂可以包含用于环氧树脂或聚氨酯中的一者或两者的硬化剂。在一些示例中，至少一种硬化剂可以具体地组成以致使热固性树脂中仅一种组分固化。合适的硬化剂可以包括用于环氧树脂的胺基硬化剂、用于聚氨酯的含多异氰酸酯的硬化剂或适于使本文公开的热固性树脂中一种或更多种组分固化的任何其他硬化剂。例如，至少一种硬化剂可以包括用于环氧树脂的胺基硬化剂和用于聚氨酯的含多异氰酸酯的硬化剂。在示例中，至少一种硬化剂可以按体积计以约1：100至约1：1、约1：100至约1：25、约1：25至约1：5、约1：10至约1：3或约1：5至约1：3的比例存在于热固性树脂或其组分(例如环氧树脂或聚氨酯)中。例如，环氧树脂可以为热固性树脂的按体积计约10％至约35％，至少一种硬化剂可以按体积计以约1：100至约1：3的比例存在于热固性树脂或其组分(例如，硬化剂与树脂或硬化剂与环氧树脂的比例为1：5)中，并且聚氨酯可以构成热固性树脂的余量的至少一些。至少一种硬化剂可以以足以使热固性树脂在所需时间内固化(例如至少部分硬化)的量组成或使用，诸如约3小时或更少、约2小时或更少、约1小时或更少、约30分钟或更少、约20分钟或更少、约15分钟或更少或约10分钟或更少等，该所需时间取决于施加热固性树脂所需的时间。固化剂或硬化剂可以以约1：100至约1：3份固化剂或硬化剂/每份热固性树脂或其组分的比例存在于热固性树脂中。在一些示例中，硬化剂可以组成为在约50℃或更高(诸如约50℃至约150℃、约70℃至约120℃、或约70℃至约90℃、或约70℃或更高等)开始固化。

在一些示例中，热固性树脂还可以包括一种或更多种热固性材料和热塑性塑料的共混物，诸如环氧树脂、聚氨酯和热塑性塑料纤维中的一种或更多种的混合物。热塑性塑料可以被包括以向固化的复合零件提供韧性或弹性。适合的热塑性塑料可以包括聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮(PEEK)或另一聚芳醚酮或丙烯酸中的一种或更多种。热塑性塑料可以占热固性树脂的约1体积％至约20体积％。例如，环氧树脂可以为热固性树脂的约10体积％至约35体积％，热塑性塑料可以为热固性树脂的约1体积％至约20体积％，并且聚氨酯可以构成热固性树脂的余量。在一些示例中，环氧树脂可以为热固性树脂的约25体积％至约35体积％，热塑性材料可以为热固性树脂的约3体积％至约15体积％，并且聚氨酯可以构成热固性树脂的余量。虽然通常与玻璃纤维相比成本高，当需要在模制期间拉伸嵌入热固性层中的热塑性材料的情况下，热塑性纤维可能是可取的。值得注意地，玻璃纤维和碳纤维在模制过程中不拉伸。在一些示例中，这种抗拉伸性可能是期望的。

足以引起环氧树脂与聚氨酯之间的不期望的或不受控制的反应(例如，不受控制的发泡)的环氧树脂的体积百分比或比例可以随着第VIII族金属材料的添加而变化。第VIII族金属材料可以用于稳定或调和环氧树脂与聚氨酯在热固性树脂中的反应。第VIII族金属材料可以包括钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)、包括一种或更多种上述材料的陶瓷(例如，铁氧体)或包括任何上述材料的合金等。第VIII族金属材料可以等于或小于热固性树脂的20体积％，诸如热固性树脂体积的约0.1％至约20％、约0.5％至约10％、约1％至约5％、约2％、约3％或约4％或更少等。在一些示例中，第VIII族金属材料可以小于热固性树脂的约15体积％，小于热固性树脂的约10体积％，小于热固性树脂的约5体积％，或小于热固性树脂的约1体积％。通过将第VIII族金属材料添加到热固性树脂中，可以增加其中的环氧树脂的量以提供所期望的表面硬度和/或产生基本上水密的表面。例如，当热固性树脂中环氧树脂的体积百分比增加到约25％以上时，固化的复合材料能够开始表现防水特性。如果在最终产品中需要水密性质，热固性树脂可以包含约28体积％或更多的环氧树脂，诸如约30体积％或更多、约30体积％至约50体积％、约32体积％至约40体积％或约35体积％等的环氧树脂。为了在热固性树脂中环氧树脂的量增加时减少或基本上消除所得复合材料中的气孔或微孔，可以添加第VIII族金属材料以减少或控制发泡。尽管第VIII族金属材料可有助于稳定热固性树脂，但第VIII族金属材料可以增加热固性树脂和复合组分的成本或增加热固性树脂的粘度。

在一些示例中，可将一种或更多种填料添加到热固性树脂混合物中以减少固化期间的收缩。例如，如果选择非常快速固化的环氧树脂，那么快速固化的环氧树脂与慢固化的环氧树脂相比可表现出高的收缩，诸如约7体积％等。在一些示例中，在热固性树脂中利用一种或更多种填料可以减少相同树脂中的这种收缩。这样的填料可以包括以下材料中的一种或更多种：碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝粉末、二氧化硅粉末、硅酸盐、金属粉末或任何相对惰性或不可溶(在热固性树脂中)的盐。过量的填料材料可以引起固化的复合材料表现出不期望的脆性。因此，需要密切控制热固性树脂中填料材料的量。在一些示例中，填料可以占热固性树脂的体积的约30％或更小，诸如热固性树脂的体积的约1％至约30％、约2％至约20％、约5％至约15％、约10％至约30％、约1％至约10％、大于零百分比至约10％、约1％至约7％、约3％至约9％、小于约10％、约25％、大于10％(例如，50％至75％)等。例如，热固性树脂可以包括聚氨酯、环氧树脂和至少一种填料材料，其中环氧树脂是聚合物树脂的约10体积％至约35体积％，至少一种填料材料是聚合物树脂的约1体积％至约30体积％，并且聚氨酯构成热固性树脂的余量的至少一部分。在一些示例中，环氧树脂可为热固性树脂的约25体积％至约35体积％，至少一种填料材料可为热固性树脂的约1体积％至约10体积％或约3体积％至约20体积％，并且聚氨酯可以构成热固性树脂的余量的至少一部分。随着树脂固化，填料材料不像热固性树脂那样收缩。因此，由填料材料置换的热固性树脂的体积在所得复合材料中提供稳定的体积，从而减少复合材料的总体收缩。这样的填料可允许更快的固化时间同时减少收缩，收缩通常在快速固化期间发生。例如，本文公开的热固性树脂的固化时间可以减少到约6分钟或更少，诸如约3分钟或更少、约90秒或更少、约60秒或约40秒等，同时保持小于3体积％的收缩。虽然填料可能有助于减少或消除收缩，但填料可以增加热固性树脂和复合组分的成本或增加热固性树脂的粘度。在一些示例中，环氧树脂、聚氨酯、热塑性塑料、第VIII族金属材料或填料材料中的一种或更多种的组合可被配置为提供小于约3体积％的净收缩和/或还表现出在相对低的压力下从喷嘴喷射的足够的低粘度。

含聚氨酯的热固性材料可以为热固性树脂提供所需的抗弯曲性、弹性、低粘度、与各种材料结合的能力或发泡能力(例如，在形成复合层压结构期间形成微泡沫的能力)中的一种或更多种。含环氧树脂的热固性材料可以为热固性树脂提供所需的能量吸收或机械失效属性，诸如沿着平行于零件表面的力矢量的脆性断裂。与高聚氨酯含量或单独的聚氨酯相比，含环氧树脂的热固性材料可为所得复合层压体提供防水(例如，不透水)特性或更好的载荷传递能力(例如，更硬的表面)。

本文公开的热固性层(例如，其中的热固性树脂)可以具有相对短的固化时间，同时表现出相对小的收缩(例如，低于约3％)。其中的环氧树脂可以具有在120℃下5分钟的固化时间以及约120℃的玻璃转变温度(“Tg”)，而聚氨酯的固化时间可以是约1小时或更长并且Tg低于约250℃。如在本文使用的，术语“固化(cure)”或“固化的(cured)”包括至少部分地固化或完全地固化的含义。

热固性层的热固性树脂与仅具有聚氨酯或仅具有环氧树脂的树脂相比可以具有更好的载荷传递能力和改进的机械性能，机械性能包括更高的刚度、强度、模量和硬度等。热固性树脂在固化期间还可具有从未固化液态到固化固态的等于或小于3％(诸如约1.5％至约3％、约2％至约3％、约2.5％至约3％或约2.5％等)的体积收缩。低收缩允许更好地控制成品复合部件的尺寸。

热固性层130可以包括多根纤维，例如本文公开的多根纤维或其形式中的任何一种。例如，在一个或更多个方面中，热固性层130中的多根纤维可以与上文针对热塑性层110公开的多根纤维中的任一种相似或相同。例如，至少一个热固性层130中的多根纤维和热塑性层110中的多根纤维可以包括玻璃纤维，诸如纤维片材等。在一些示例中，在一个或更多个方面中，热固性层130中的多根纤维可以与热塑性层110中的多根纤维不同。例如，至少一个热固性层130中的多根纤维可以包括碳纤维，并且热塑性层110中的多根纤维可以包括玻璃纤维。至少一个热固性层130中的多根纤维可以具有不同的密度，并且在热塑性层110中的多根纤维可以分别为诸如220gsm纤维片材和80gsm纤维片材等。

多根纤维可以为热固性层130的至少10wt％，诸如热固性层130的10wt％至90wt％、20wt％至80wt％、30wt％至70wt％、40wt％至60wt％、10wt％至30wt％、30wt％至60wt％、60wt％至90wt％、33wt％至66wt％、63wt％至80wt％、小于90wt％、小于70wt％、小于50wt％或小于30wt％等。热固性材料(树脂)可以为热固性层130的至少10wt％，诸如热固性层130的10wt％到90wt％、20wt％至80wt％、30wt％至70wt％、40wt％至60wt％、10wt％至30wt％、30wt％至60wt％、60wt％至90wt％、小于90wt％、小于70wt％、小于50wt％或小于30wt％等。

热固性层130的厚度可以大于约0.01mm，诸如0.01mm至1cm、0.1mm至5mm、0.05mm至0.5mm、0.05mm至0.3mm、0.3mm至0.6mm、0.6mm至1mm、1mm至3mm、2mm至5mm、小于1cm、小于5mm、小于2mm，或小于1mm等。在一些示例中，热塑性层110和热固性层130的厚度可以是相同的。在一些示例中，热固性层130(和/或140)的厚度可以为热塑性层110的厚度的至少2倍，诸如热固性层130的厚度的至少3倍、至少5倍或至少10倍的厚度等。在一些示例中，热固性层130(和/或140)在整个层中可以不具有均匀的厚度。

至少一个热固性层130可以直接或间接设置在芯120上，或反之亦然。芯120可以包括“软”芯或“硬”芯料中的一种或更多种。“硬”芯可以有效地将载荷从芯的一端(例如，侧)传递到芯的另一端。例如，“硬”芯可以由芯坯形成，该芯坯包括一种或更多种塑料材料并且可以包括多个单元，诸如具有敞开端的单元(例如，紧密包装的基本上平行的塑料管)。多个单元可以至少部分地由对应的一个或更多个单元壁来限定(例如，塑料材料可以限定蜂窝状结构，其中，单元可以具有任何数量的合适形状)。在一些示例中，芯坯的可压缩单元可以由管或吸管形成或限定。在一些示例中，这些单元可以是管，诸如饮用吸管(例如，每个吸管可以限定芯的对应单元，并且相邻的芯可以在其间的间隙或空间中限定另外的单元)等。这些单元可以由聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、PEI或其他热塑性塑料形成。热塑性吸管可以在商业上由聚碳酸酯以非常低的成本制成，并且可以以总体上平行的布置固定在一起。与在纸板或纸板芯料中发现的相比，在芯120中使用聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、PEI或其他塑料可以在向芯120施加张力时提供更大的抗撕裂性。在一些示例中，可以通过由非圆柱形管形成的多个非圆柱形单元来提供蜂窝状结构。在一些示例中，芯120可以包括整体结构，该整体结构包括共享共同壁的多个共挤出的热塑性管。芯120可以包括多个单元中的多于一个类型或形状的单元。复合夹层的芯120(例如，PEI塑料管束)可以适于制造汽车部件(诸如底盘或仪表板等)、座椅部件(诸如座椅靠背等)、结构部件(诸如隔板或舱顶行李箱等)等。

硬芯可以可替代地或另外地包括泡沫，诸如闭孔泡沫等。泡沫可以是高密度泡沫或低密度泡沫。泡沫可以是泡沫体，诸如泡沫的块体、片材或其他体等。泡沫可以由本文公开的任何热固性材料或热塑性塑料制成。在一些示例中，该泡沫可以包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)或其他基于聚合物的泡沫，诸如任何热固性或热塑性树脂等。泡沫体的泡沫可以是开孔泡沫或闭孔泡沫。泡沫体的泡沫可以是自由起泡的泡沫。在一些示例中，诸如石墨烯(例如，石墨烯片材、薄片、弹簧等)、碳纳米管(例如，单壁或多壁碳纳米管)或富勒烯等的含sp²碳材料可以设置在泡沫芯的材料中。例如，石墨烯薄片或另一种含sp²碳的材料可以结合在泡沫芯的聚合物材料中。在这样的示例中，泡沫芯中的含sp²碳材料的量可以小于泡沫芯的约30wt％，诸如泡沫芯的1wt％至30wt％、1wt％至10wt％、5wt％至15wt％、10wt％至20wt％、20wt％至30wt％或小于20wt％等。在利用泡沫芯的示例中，热固性树脂(例如，由其形成的微泡沫)可以将泡沫芯结合到附加热固性层130，诸如通过聚氨酯或渗透到泡沫的单元中等。在一些示例中，该泡沫(例如，泡沫体)可以呈现为与多个单元相邻的单独层。在一些示例中，泡沫可以至少部分地呈现在多个单元中的至少一些单元内，诸如通过压缩到多个单元中等。硬芯可以为复合夹层提供高弯曲刚度。“硬”芯可以比“软”芯更多地增加复合夹层的弯曲刚度。

“硬”芯(诸如由端部敞开的塑料单元等形成的“硬”芯，诸如管或饮用吸管等)可能难以使用常规环氧树脂附接至复合层压体(例如，芯上的一个或更多个热固性层和/或热塑性层)。例如，当使用常规环氧树脂时，复合层压体可能更易剥离“硬”芯。根据本文公开的示例的热固性树脂通过提供与其的充分粘附(例如，通过与由聚氨酯/环氧树脂共混物形成的微泡沫的更大粘附，该聚氨酯/环氧树脂共混物可以经由敞开端至少部分地延伸到单元中)解决了包括“硬”芯的复合夹层的剥离问题。在一些示例中，单元的敞开端可以在复合夹层的制造期间至少部分地变形，诸如通过压缩、熔化等中的一种或更多种。这种变形可以有助于将与芯120相邻的层中的热固性树脂粘附到芯120。

与“硬”芯相比，在将载荷施加到芯的一端上时，“软”芯可以不将载荷从芯的一端传递到芯的相对端，例如，“软”芯可以由纸板或硬纸板或低密度泡沫等形成。“软”芯与“硬”芯比可以在垂直方向上(例如，在基本上垂直于复合层压体的方向上)吸收更多的能量或冲击，假设冲击是沿着Z轴(例如，总体上垂直于复合夹层100的表面112)的。“硬”芯可以在水平方向上吸收更多能量，诸如沿着复合层压体的垂直于Z轴的平面(例如，在X-Y平面中)等。包括纸板的复合夹层(未示出)可以用于汽车罩、汽车表面面板(例如，其中具有最小气孔或多孔性的A级表面面板)、航空航天应用、消费产品(例如，家具)或建筑材料或其中期望能量吸收的相似应用。对于“软”芯复合夹层而言，“软”芯复合夹层的制造工艺可以不同于“硬”芯复合夹层的制造工艺，因为“软”芯不传递具有基本上垂直于芯的矢量的载荷，而“硬”芯传递。

在一些示例中(未示出)，芯120可以包括软芯料和硬芯料两者，诸如在芯120(例如，双芯)的相邻层中等。例如，复合夹层可以包括多个单元和与其平行延伸的纸板。在这样的示例中，纸板可以提供声音阻尼并且硬芯可以比纸板吸收更多的能量。在一些示例中，“硬”芯料和“软”芯料可以设置在复合夹层的不同层中。

在一些示例中，芯120的密度可以为约20kg/m³或更大，诸如约20kg/m³至约150kg/m³、约40kg/m³至约100kg/m³、约60kg/m³至约80kg/m³或约65kg/m³至约75kg/m³等。芯120的初始单元高度可以为约100μm至约10cm、约1mm至约5cm、约5mm至约3cm、约250μm至约1cm、约1cm至约5cm、约1mm至约5mm、约5mm至约1cm、约7mm或约1cm。在一些示例中，芯120可以具有约70kg/m³的密度和约7mm的单元高度。芯120可以包括多个整体形成的管(例如，结合在一起的多个端部敞开的结构)，当在模具中施加张力、热和/或压力时，多个整体形成的管可以在一个或更多个区域中共同弯曲或以其他方式扭曲，而硬纸板可以在相同条件下被撕裂。在一些示例中，取决于模具的几何形状和包括该模具的零件的所期望的最终尺寸，芯120可以在其中的一个或更多个区域中弯曲、压缩或拉伸。单元或管可以诸如通过整体形成(例如，挤出或模制在一起)、粘合剂、热结合(例如，熔化)(诸如在被单独挤出之后结合在一起等)或任何其他合适的附接手段等而结合在一起。单元或管可以被组成为在施加特定量的热量时至少部分地软化或熔化。例如，当在模具中时，单元或管可以被组成以软化或熔化并且至少部分地压缩，使得所得到的复合夹层可以至少部分地符合模具的形状。在压缩之前管中的每一个管的长度可以被选择成在对其施加热量和/或压力时提供所期望量的顺应性。例如，压缩的或未压缩的管的长度或高度可以是约100μm至约10cm、约1mm至约5cm、约5mm至约3cm、约250μm至约1cm、约1cm至约5cm、约1mm至约5mm、约5mm至约1cm、约7mm或约1cm。管可以表现出基本上相似的高度和/或直径。例如，管可以表现出约1mm或更大的直径，诸如约1mm至约5cm、约3mm至约3cm、约5mm、至约1cm、约6mm、小于约2cm或小于约1cm等。虽然本文所描绘的单元(例如，管)具有圆形横截面形状，但是当沿着其纵向轴线观察时，单元可以表现为基本上多边形的横截面形状(例如，三角形、矩形、五边形等)、椭圆形的横截面形状或无定形形状(例如，没有设定图案或是圆形和多边形的组合)。单元可以由在相邻的单元或管之间具有共用壁的单一整体结构来限定。虽然在本文使用术语“单元”或“管”，但是在一些示例中，单元或管可以包括在一个或更多个封闭端上；或者表现除了管状(例如，圆形)之外的配置(诸如多边形(例如，多个闭合或敞开五边形单元)等)或者其间没有连接边的配置(例如，挡板)。

在一些示例中，芯120可以被完全压缩以形成固体或可以被部分压缩以减小芯高度。压缩的芯高度可以是初始芯高度的约15％或更多，诸如是初始芯高度的约15％至约90％、约25％至约75％、约40％至约60％、约15％至约50％、或约15％等。应当理解，层的数量可以在复合夹层的芯120的上方和下方变化，诸如在其中具有不同的层或材料等。芯120的尺寸和密度可以变化，诸如在其一个或更多个区域中具有更多的单元(例如，管)，在其一个或更多个区域中的单元比在相邻区域中的单元具有更大或更小直径，具有包括与相邻区域中的管不同的(例如，更小或更大的)壁厚度的管的一个或更多个区域，或任何前述项的组合等。纤维片材或NCF的重量可以在复合夹层的一个或更多个区域中变化。

在一个或更多个方面中，至少一个(第二)热固性层140可以与(第一)热固性层130相似或相同。至少一个热固性层140可以包括热固性树脂，诸如本文公开的任何热固性树脂等。至少一个热固性层140可以包括多根纤维，多根纤维与热塑性层110和/或至少一个热固性层130(例如，第一热固性层)中的一个或更多个中的纤维相同或不同。例如，热塑性层110可以包括玻璃纤维，至少一个热固性层130可以包括玻璃或碳纤维，并且至少一个热固性层140可以包括玻璃或碳纤维。在一些示例中，热塑性层110可以包括嵌在玻璃纤维中的PEI，至少一个热固性层130可以包括嵌在环氧-聚氨酯树脂中的多根玻璃纤维，并且至少一个热固性层140可以包括嵌在环氧-聚氨酯树脂中的多根碳纤维。至少一个热固性层140(例如，第二热固性层)可以设置在芯120下方，诸如结合到芯120等。热固性层140的热固性组合物(例如，热固性树脂)、热固性组合物在层中的量、层厚度、纤维类型、纤维重量、横向尺寸等中的一个或更多个可以与热固性层130的相应方面不同。

在一些示例中，一个或更多个热固性层、一个或更多个热塑性层和芯120材料可设置在层压复合结构中。在这样的示例中，热塑性层110可以直接结合到热固性层130。直接结合到热塑性层110的热固性层130可以处于与热塑性层110共面或平行的取向。在一些示例中，热塑性层110的横向尺寸可以与热固性层130共同延展。在一些示例中，热固性层130或140的横向尺寸可以大于(延伸超过最大程度的)热塑性层110。在本文公开的任何示例中，热固性层130和140中的一个或更多个可以用一个或更多个热塑性层代替。

在一些示例中，一个或更多个可选的附加层可以设置在复合夹层100的任何部件之间。例如，诸如铝箔或网状物等的金属层可以设置在热塑性层110和至少一个热固性层130之间。在这些示例中，金属层可为至少约0.01mm厚，诸如至少约0.1mm厚(例如，约0.2mm)等。虽然可使用金属层，但在如图1所示使用热固性和热塑性外部双层时，金属层不必实现令人满意的热释放特性。例如，设置在热固性层上的热塑性层的热释放特征可以很好地位于汽车、飞机、船舶、铁路等应用中的热释放的安全标准内(例如，小于65kW*min/m²、小于60kW*min/m²、小于40kW*min/m²或小于30kW*min/m²)。

在一些示例中，软芯料(例如，纸板)可以设置在芯120与至少一个热固性层130和/或140之间。在一些示例中，复合夹层100可以包括附加热塑性层，诸如设置在至少一个热固性层140下方的热塑性层等。附加热塑性层可以与本文公开的任何热塑性层相似或相同。在一些示例中，在一个或更多个方面中，第一热塑性层110可以不同于第二热塑性层(未示出)。

在一些示例中，可能期望在热塑性层中使用相对低量的热塑性树脂，诸如在热塑性层中小于40wt％(例如，小于33wt％)的热塑性树脂等，其中树脂设置于玻璃纤维中/玻璃纤维上。在这些示例中，出乎意料地发现，包含热塑性层的复合夹层的热释放低于30kW*min/m²，其中预期其为至少40kW*min/m²。例如，具有PEI嵌入的玻璃纤维热塑性层的复合夹层预期具有至少40kW*min/m²的热释放(例如，峰值热释放)，因为PEI芯具有高于40kW*min/m²的热释放。然而，复合夹层表现出约24kW*min/m²的平均热释放和26.7kW*min/m²的平均峰值热释放。因此，预期不具有铝层的复合夹层可提供令人满意的用于汽车、飞机、铁路、船舶和其他应用中的热释放特性。另外，通过去除铝层，与在热塑性层下方具有铝层的复合夹层(其往往在相似的固化程序(例如，热压)期间在热塑性层中倾向具有气孔和鼓泡)相比，在固化时可以实现相对平滑的热塑性层表面。本文公开的复合夹层结构可具有40kW*min/m²的热释放，诸如30kW*min/m²或更小、25kW*min/m²至35kW*min/m²或20kW*min/m²至40kW*min/m²等。

设置在热固性层130上的热塑性层110的组合可以用作结构的外表面。例如，设置在热固性层130上的热塑性层110的组合可用作座椅靠背、仪表板、行李箱、存储仓、行李仓、隔板、模制品、饰件、臂的外表面，或车辆、飞机、船、有轨汽车等的其他部分的外表面。在这样的示例中，热塑性层110可以添加选定的美学外观，诸如颜色和/或无缺陷外观等。通过使热塑性层110在其中具有染色剂，热塑性层110可以保持选定的颜色/外观尽管有划痕，而由于相似划痕没有涂料，涂漆的表面可能出现划痕。另外，通过包括热固性层130，热塑性层110和热固性层130的组合与单独的单个热塑性层110相比可以提供更大的结构刚度和强度。因此，与常规复合层压体相比，热塑性层110直接或间接地结合到单个热固性层130(热固性层130结合到芯)可以提供美学和结构上的优点。

可利用复合夹层的其他配置。在一些示例中，复合夹层200可以包括泡沫芯。图2是根据实施例的复合夹层200的侧截面图。复合夹层200可以包括设置在热固性层130上的热塑性层110。热固性层130可以设置在泡沫芯220上。泡沫芯220可以设置在热固性层140上。在一个或更多个方面中，泡沫芯220可与本文公开的任何泡沫芯相似或相同。例如，泡沫芯220可以包括基于聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)的泡沫芯。具有基于聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)的泡沫芯和最外层热固性层的示例显示出了比具有聚碳酸酯管等的示例更低的热释放值。

在一些示例中，复合夹层可具有至少两个热塑性层，诸如复合夹层的两个最外层或最外层和最内层等。图3是根据实施例的复合夹层300的侧截面图。复合夹层300包括设置在附加热塑性层310上的热塑性层110。附加热塑性层310设置在热固性层130上。热固性层130可以设置在芯120上。芯120可以设置在热固性层140上。热固性层140可以设置在热塑性层310上。在一个或更多个方面中，热塑性层310可以与本文公开的热塑性层110相似或相同。例如，热塑性层310可以包括PEI树脂。在一些示例中，热塑性层310可以在其中包括多种纤维，诸如玻璃纤维或高温热塑性纤维等。例如，热塑性层310可以包括设置在纤维片材(例如，80gsm玻璃纤维织物)上的高温热塑性树脂。

在最外层表面上具有多个热塑性层(例如，高温热塑性树脂层)的示例中，复合夹层可以提供具有选定美学外观的相对低的热释放特性，而不牺牲机械强度。复合夹层300中可以包括其他层，诸如位于任何所示层之上、之间或之下的附加芯、热固性层、铝层、涂料、乙烯基等。

图4是根据实施例的复合夹层400的侧截面图。复合夹层结构400包括设置在热固性层130上的热塑性层110。热固性层130可以设置在芯120上。芯120可以设置在热固性层140上。热固性层140可以设置在热塑性层410上。在一个或更多个方面中，热塑性层410可以与本文公开的热塑性层110相似或相同。例如，热塑性层可以包括PEI树脂。在一些示例中，热塑性层410可以在其中包括多种纤维，诸如玻璃纤维或高温热塑性纤维等。

在最外层表面和最内表面两者上具有热塑性层(例如，高温热塑性树脂层)的示例中，复合夹层可从具有选定的美学外观的两个表面提供相对低的热释放特性，而不牺牲机械强度。这样的示例在作为分隔器的结构中可能是有用的，其中分隔器的一侧或两侧可直接暴露于热源和/或可见。在复合夹层400中可以包括另外的层，诸如位于任何所示层之上、之间或之下的附加芯、热固性层、铝层、涂料、乙烯基等。

复合夹层100、200、300或400中的任何层可以从其中省略或者可以与其他复合夹层100、200、300或400中的任何层组合地使用。

设置在热固性层上的(高温)热塑性层的组合可用作层压复合结构的外表面。例如，设置于热固性层上的热塑性层的组合可用作座椅靠背、仪表板、行李箱、储存仓、行李仓、隔板、模制品、饰件、臂的外表面，或车辆、飞机、船、有轨汽车等的其他部分的外表面。在这样的示例中，复合夹层的热塑性层可以向部件提供选定的热释放。此外，通过包括附加热固性层和芯，本文的复合材料夹层中的组合与具有热塑性层的单个热固性层相比可以提供更大的结构刚度和强度。通过包括作为最外层的高温热塑性层(例如，PEI层)，相比于涂漆的相似尺寸的热固性层，复合夹层结构的热释放性能得到改善，所有同时提供当刮擦时不容易显示污点的表面。本文公开的复合夹层和由其形成的结构的热释放可以为70kW*min/m²或更小，诸如1kW*min/m²至35kW*min/m²、20kW*min/m²至40kW*min/m²、25kW*min/m²至50kW*min/m²、40kW*min/m²至60kW*min/m²、65kW*min/m²或更小、60kW*min/m²或更小、50kW*min/m²或更小、40kW*min/m²或更小、35kW*min/m²或更小、30kW*min/m²或更小、25kW*min/m²或更小、20kW*min/m²或更小等。

在一些示例中，复合夹层结构可以包括至少两个芯。在这样的示例中，其中具有碳纤维的热固性层可具有设置于其两侧上的芯。在这样的示例中，一个或更多个热固性层和/或热塑性层可设置在芯上。例如，复合夹层可以至少包括热塑性层、位于其下方的第一芯、位于第一芯下方的热固性层、位于热固性层下方的第二芯以及位于第二芯下方的附加热塑性层。在一些示例中，复合夹层可以包括在第一芯和热塑性层之间或在第二热塑性层和第二芯之间的附加热固性层。

令人期望的是生产具有相对低的热释放值(例如，低于60kW*min/m²、低于40kW*min/m²、或低于30kW*min/m²)的重量轻、牢固且坚硬的复合材料用于制造结构部件(诸如底盘等)；用于通信设备的面板；用于运输或车辆(例如，自行车、摩托车、汽车、卡车、飞机、铁路车辆和设备、船等)的框架、主体零件或内部部件；农业应用(例如，农业设备)；与能量相关的应用(例如，风力、太阳能)；卫星应用；航空航天应用(例如，飞行器的结构或内部部件的部分，诸如座椅部件或舱顶行李箱层)；建设材料(例如，建筑材料等)；以及消费产品(例如，家具、马桶座圈和电子产品等)。在期望高抗弯刚度、低重量和低热释放的情况下，期望生产具有良好能量吸收和热释放值的重量轻、牢固的复合部件。部件可以被设计成用于提供能量吸收，诸如在车辆事故过程中等，同时提供选定的美学外观(例如，纹理、颜色等)。出于安全原因，部件可以被设计成具有一些阻尼或能量吸收特性。本文公开的层压复合结构和部件被设计为满足安全标准或规章要求，诸如在各种使用领域(诸如航空、船舶、铁路或汽车等)中的能量吸收、刚度或热释放值等，同时在其外表面上提供选定的美学外观。本文公开的部件可以包括具有如本文公开的选定的美学外观、高弯曲刚度和低热释放的复合夹层结构。

在一些示例中，可以至少使用本文公开的高温热塑性层来形成整体部件。在一些示例中，整体部件可以由至少多根含有热塑性聚合物树脂的纤维的预浸材料或通过湿法叠层工艺形成。

图5是根据实施例的整体复合材料500的截面图。整体复合材料500可以是如示出的多层整体复合材料或单层整体复合材料。整体复合材料500包括具有设置在聚合物树脂中的多根纤维的一个或更多个层，其中整体复合材料或其最外层表现出低于60kW*min/m²的热释放。例如，整体复合材料500包括第一层510、第二层520和第三层530。如所描绘的，第一层510可以是最外层，接着是第二层520和第三层530。在一些示例中，整体复合材料可以包括比图5中所描绘的层更多或更少的层。在整体复合材料包括多个层的示例中，在层之间不存在芯。例如，在整体复合材料500中可以仅存在其中或其上具有树脂的纤维片材。

在一个或更多个方面中，第一层510、第二层520或第三层530中的一个或更多个可以与热塑性层110相似或相同。例如，第一层510可以是具有设置在多根纤维上的(高温)热塑性树脂的热塑性层。第二层520或第三层530中的一个或更多个可以是其中具有热塑性树脂的热塑性层。热塑性树脂可以包括本文公开的任何热塑性树脂。多根纤维可以包括本文公开的多根纤维中的任一种。在一些示例中，第一层510是最外层。在一些示例中，第三层是具有设置在多根纤维上的高温热塑性树脂的热塑性层。在这样的示例中，整体复合材料500的两个表面在相同位置中可以具有比热固性层更低的热释放特性。在一些示例中，第二层520可以是具有设置在多根纤维上的高温热塑性树脂的热塑性层。在一些示例中，第一层510、第二层520或第三层530中的一个或更多个中的多根纤维和热塑性树脂可与相邻层中的纤维和热塑性树脂相似或相同。

在一个或更多个方面中，第一层510、第二层520或第三层530中的一个或更多个可以与热固性层130或热固性层140相似或相同。在这样的示例中，第一层510可以是本文公开的热塑性层，并且第二层520或第三层530中的一个或更多个可以是热固性层。在这样的示例中，层中的多根纤维可在一个或更多个方面(例如，纤维组成、纤维体类型或形式、纤维体的纤维体密度厚度等)中彼此相似或相同。或者，层中的多根纤维可在一个或更多个方面中的任一个方面彼此不同。

在一些示例中，第一层510、第二层520或第三层530中的一个或更多个可在聚合物树脂组合物、纤维类型或面积密度、厚度或任何其他特性中的一个或更多个方面不同于相邻层。例如，第一层510可以包括玻璃纤维，第二层520可以包括碳纤维，并且第三层530可以包括碳纤维或玻璃纤维。在这样的示例中，每一层中的聚合物树脂可以在组成或量的一个或更多个方面与相邻层相同或不同。

在一些示例中，可省略第二层520或第三层530中的一个或更多个，使得形成双层或单层整体复合材料。

在一些示例中，第一层510包括设置在第一多根玻璃纤维、碳纤维或热塑性纤维上的热塑性树脂，第二层520包括设置在第二多根玻璃纤维、碳纤维或热塑性纤维上的热塑性树脂，并且第三层530包括设置在第三多根玻璃纤维、碳纤维或热塑性纤维上的热塑性树脂。在这样的示例中，多根纤维在每个层中可以是相似或相同的，诸如具有相同的材料类型等。在这样的示例中，层中的聚合物树脂可以独立地是热固性树脂、热塑性树脂或它们的共混物。通过向第一层510提供如本文公开的热塑性树脂，下面的第二层520和第三层530可以由高温热塑性聚合物“屏蔽”热量。例如，整体复合材料500或至少第一层510可以具有低于60kW*min/m²的热释放，诸如本文公开的热释放值中的任一个等。此外，通过提供被多根纤维强化的一个或更多个热固性层而没有芯，与没用高温热塑性层制成的复合材料夹层和整体复合材料相比，整体复合材料500可以提供机械强度、改进的热释放和更薄的横截面轮廓。

本文公开的复合夹层结构或整体复合材料可以设置在零件中或用于形成零件。这种复合夹层或整体部件的示例可以包括面板(例如，诸如车罩等的车身面板、车辆内部面板(诸如内部隔板、仪表板、模制品、电气面板等))、座椅部件、桌子、托盘、储存仓(例如，舱顶储存)或其他储存容器面板或本文公开的任何其他部件。

图6是根据实施例的座椅靠背600的等轴测视图。座椅靠背600可由复合夹层形成。座椅靠背600中的复合夹层的层可被配置为本文公开的复合夹层中的任何复合夹层。例如，座椅靠背600中的复合夹层的层可以包括热塑性层110、热固性层130和140以及芯120。座椅靠背600可以被配置成使得复合夹层的热塑性层110可以面向外，从而形成最外层表面112。热塑性层110可以设置在热固性层130上，热固性层130设置在芯120上，芯120设置在附加热固性层140上。附加热固性层140可以面向内(例如，远离最外层表面112)。此配置可以在座椅靠背的面向坐在该座椅靠背所位于的座椅后面的人的表面上为座椅靠背600提供相对低的热释放，同时还为座椅靠背600提供相对高强度、重量轻和耐变色表面。

图7是根据实施例的面板700的正视图。面板700可以由本文公开的任何复合夹层形成。面板700可被配置为轨道车(例如，地铁或轻轨车)的内部面板。面板700可以具有用于在其中装配附加部件(诸如窗或门等)的模制件。

虽然本文中的热塑性层被公开为用于复合夹层(例如，层压体)中，但具有热塑性层的部件可以进一步用于形成整体部件。例如，热塑性树脂可以用于形成整体部件或结构，诸如本文公开的任何部件(例如，汽车、船舶、飞机、轨道等)。在示例中，热塑性层可以用于由树脂的单个整体层形成部件。在一些示例中，热塑性树脂的整体层可以在其中包括多根纤维。整体部件可以被模制以形成如本文公开的关于复合层压体的特定形状。这种整体部件的示例可以包括面板(例如，车身面板诸如车罩、车辆内部面板(诸如内部隔板、仪表板、模制品、电气面板等)等)、座椅部件、桌子、托盘、储存仓(例如，舱顶储存)或其他储存容器面板或本文公开的任何其他部件。

在一些示例中，整体部件可使用RTM来形成。在一些示例中，整体部件可由其上含有热塑性树脂的多根纤维的预浸材料形成。

图8是根据实施例的制造复合夹层结构的方法800的流程图。该方法包括形成叠层的动作810，该叠层包括：包括高温热塑性聚合物的至少一个热塑性层、作为叠层的最外层的至少一个热塑性层、第一热固性层、第二热固性层以及设置在第一热固性层与第二热固性层之间的芯，其中芯包括多个单元；在模具中按压叠层的动作820；固化叠层以形成热释放低于60kW*min/m²的复合夹层的动作830。在一些示例中，附加动作可以包括在方法800中。在一些示例中，动作810-830可按照与所呈现的顺序不同的顺序来执行，或者一个或更多个动作可被省略。

形成叠层的动作810可以包括：单独地或作为复合夹层结构的单独层地提供叠层的组件。叠层可以是待形成的结构部件的尚未固化的一组层(例如，堆叠体)。叠层可以包括本文公开的任何层的任何组合，诸如包括高温热塑性聚合物的至少一个热塑性层；第一热固性层；第二热固性层；以及设置在第一热固性层与第二热固性层之间的芯等，其中芯包括多个单元。在这样的示例中，至少一个热塑性层是叠层的最外层。

在一些示例中，形成叠层可以包括：单独地或作为复合夹层结构的单独层形成叠层的一个或更多个部件。例如，形成叠层可以包括：将热固性树脂(例如，环氧-聚氨酯树脂)施加到多根纤维(例如，玻璃纤维织物或碳纤维织物)上以形成第一热固性层或第二热固性层中的一个或更多个。热塑性塑料或热固性材料可通过喷涂或手动铺展(例如，通过泥刀、辊、刷子或抹刀)中的一种或更多种施加到多根纤维。在一些示例中，可将更多的热塑性成分添加到多根纤维的一侧以改善成品表面。热塑性塑料和/或热固性材料可润湿或嵌入多根纤维中。热固性树脂中的聚氨酯可以具有相对低的粘度，而环氧树脂具有相对高的粘度。然而，可通过使用压力罐或商用喷头加热环氧树脂以降低喷涂的粘度。热塑性塑料可以被压入多根纤维中，诸如在模具(例如，热模具)中等。在一些示例中，热塑性塑料可以作为固体(例如，粉末)施加到多根纤维上，并且随后可以诸如在模具中等熔化以渗入多根纤维中。在一些示例中，热塑性塑料或热固性材料可作为预浸纤维片材或织物存在于多根纤维中。在这样的示例中，可将更多的热塑性塑料添加到预浸材料中，使得为热塑性层提供选定的最终面或热塑性含量。在一些示例中，热塑性塑料可均匀分布在整个预浸材料中。在一些示例中，热塑性塑料(例如，热塑性粉末)可以以较大量存在于预浸材料的多根纤维(例如，纤维织物片)的外表面上，使得提供选定的成品表面。

在一些示例中，至少一个热塑性层可以包括第一热塑性层，并且第一热固性层设置在第一热塑性层上。至少一个热塑性层可以包括本文公开的任何热塑性层(例如，高温热塑性树脂、多根纤维等)。在这样的示例中，第一热固性层可以包括在第一多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂，并且第二热固性层可以包括在第二多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂。芯可以包括本文公开的任何芯，例如平行结合在一起的多个管、蜂窝芯或泡沫体。例如，芯可具有本文公开的任何芯的任何特性，诸如在按压之前的厚度小于5mm(例如4mm)、材料组合物等。

在一些示例中，叠层可以包括至少一个热塑性层、至少一个热固性层、位于第一热固性层与第二热固性层之间的至少一个芯以及任选地一个或更多个附加层(例如，金属层，诸如铝等)。在一些示例中，形成叠层可以包括：提供至少一个热塑性层、至少一个热固性层或芯中的一个或更多个。例如，形成叠层可以包括将本文公开的任何热塑性层定位到模具中。

在一些示例中，形成叠层可以包括将叠层的层堆叠在模具中或以其他方式设置在模具中。该模具被定尺寸和定形状为提供选定形式的零件(例如，座椅靠背、扶手、舱顶行李仓等)。模具可以具有设置在压力机上的两个或更多个模具部分，其中，每个模具部分定位在压力机头部上以被压在一起，从而压缩它们之间的任何材料(例如，热固性和热塑性层)。形成叠层可以包括将本文公开的任何热固性层定位到模具中，诸如在热塑性层上等。形成叠层可以包括将本文公开的任何热固性层定位到模具中，诸如在热塑性层上等。形成叠层可以包括将本文公开的任何芯定位到模具中，诸如在热固性层上等。例如，芯可设置在热固性层上，或反之亦然，其中芯的多个单元的敞开端通过热固性层接合。形成叠层可以包括将另外的热固性层定位到模具中，诸如在与第一热固性层相对的芯的一侧上等。例如，第二热固性层可以位于芯上，其中芯的多个单元的第二组敞开端通过第二热固性层接合。在一些示例中，芯可以不沿着热固性层和/或热塑性层的整个横向尺寸延伸。

形成叠层可以包括：提供纤维层(例如，多根纤维)然后将热固性材料或热塑性塑料中的一种或更多种添加至纤维层。例如，可提供玻璃纤维织物，并且可将热塑性树脂或热固性树脂施加到玻璃纤维织物上。本文公开的多根纤维中的任一种可用于形成热固性层或热塑性层。例如，可使用碳纤维织物或更高熔化温度(例如，Tg为至少约200℃)热塑性纤维织物。在按压时，热塑性树脂或热固性树脂可以渗入玻璃纤维织物中并且在固化时硬化以形成固化的热塑性层或热固性层。热固性树脂或热塑性树脂可以以液体或固体形式施加。例如，PEI粉末可以喷洒到纤维层上以至少部分地形成热塑性层。在一些示例中，热固性树脂或热塑性树脂可被加热到适于喷涂的粘度，并且可被喷涂到纤维织物(例如，多根纤维)上。例如，形成叠层可以包括将热固性树脂施加到纤维织物和第二纤维织物(例如，层130和140)上，以便用热固性树脂至少部分地浸渍第一和第二纤维织物。在一些示例中，可以在小于约90psi的压力下将热塑性树脂或热固性树脂喷涂到纤维织物上。在一些示例中，热固性树脂或热塑性树脂可以手动地铺展到纤维织物上。在一些示例中，取决于层,多根纤维可以作为预浸材料来提供，即含热固性树脂或热塑性树脂中的至少一些的多根纤维。在一些示例中，第一热固性层可以包括具有200克/平方米(“gsm”)的密度的多根玻璃纤维，并且第二热固性层可以包括具有300gsm的密度的多根碳纤维。

在一些示例中，其他叠层配置可以被提供和定位在模具中。例如，与在以上示例中描述的那些部件相比在叠层中可利用更多或更少的部件。在一些示例中，叠层可仅包含设置在热固性层上的热塑性层，或仅包含热塑性层、热固性层和芯。在一些示例中，叠层的层的位置可以不同于以上提供的示例。

例如，至少一个热塑性层可以包括第一热塑性层和第二热塑性层，第二热塑性层设置在第一热塑性层上，其中第一热塑性层是叠层中的最外层。在这样的示例中，第一热固性层可以设置在第二热塑性层上。另外，多个单元可以包括平行结合在一起的多个管或基于聚甲基丙烯酰亚胺的泡沫体中的一个或更多个。在这样的示例中，第一热塑性层可以包括聚醚酰亚胺树脂，第二热塑性层可以包括聚醚酰亚胺树脂中的多根纤维，第一热固性层可以包括在第一多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂，并且第二热固性层可以包括在第二多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂。在这样的示例中，一个或更多个热塑性层中的热塑性树脂可以包括本文公开的任何热塑性树脂，并且一个或更多个热塑性层中的热塑性树脂可以包括本文公开的任何热塑性树脂。

在一些示例中，至少一个热塑性层可以包括第一热塑性层和第二热塑性层，第二热塑性层设置在第二热固性层上。在这样的示例中，第一热塑性层可以是叠层中的最外层，并且第二热塑性层可以是叠层中的最内层(例如，离最外层或表面最远的层)。在这样的示例中，第一热固性层可以设置在第一热塑性层上。芯可以直接地或间接地设置在第一热固性层上。多个单元可以包括平行结合在一起的多个管或泡沫体(例如，基于聚甲基丙烯酰亚胺的泡沫体)中的一个或更多个。第二热固性层可以直接或间接设置在芯上。在这样的示例中，第二热塑性层可以设置在第二热固性层上，以便形成叠层的最内表面。应当理解，最外层表面和最内层表面两者可以是由复合夹层形成的结构中的外表面。在这样的示例中，第一热塑性层和第二热塑性层可以包括聚醚酰亚胺树脂。第一热固性层可以包括在第一多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂，并且第二热固性层可以包括在第二多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂。在一些示例中，叠层可以包括第三热塑性层和第四热塑性层，第三热塑性层设置在第一热塑性层与第一热固性层之间，第四热塑性层设置在第二热塑性层与第二热固性层之间。在这样的示例中，第三热塑性层或第四热塑性层中的一个或更多个可以在其中包括多根纤维。

形成叠层可以包括提供预模制的热塑性层。例如，形成叠层可以包括预模制热塑性层，并且将其上的第一热固性层、芯和第二热固性层设置在预模制的热塑性层上。例如，其上和/或其中载有热塑性树脂的多根纤维可在模具中按压，加热至固化温度，并冷却以形成预模制的热塑性层。叠层的其余层可定位在预模制的热塑性层内/上，以便提供成品(例如，模制)零件的至少粗糙廓形。因此，在按压预模制的热固性层和叠层中的剩余材料时，可以更容易地压入模具的拐角中从而得到由模具限定的零件的充满地最终形式。

预模制热固性层对于玻璃纤维或碳纤维是特别有效的，因为与聚合物纤维相比，玻璃纤维和碳纤维变形或拉伸不太多(如果有)。因此，通过预模制热固性层并将叠层的剩余组分放置在预模制的热固性层上，可以将含玻璃纤维的热固性层模制成至少接近模具的最终形状，并且可以将剩余组分操作成热固性层的预模制部分以更容易地提供模制零件的最终形状。这特别是在热固性层中削减了不完全的模制时，诸如在模制零件的拐角中缺乏完全限定等。形成叠层可以包括在打算结合到热固性层的表面上研磨预模制的热固性层，诸如用擦洗垫、钢棉、锉刀或适于研磨表面的任何其他工具等。

在模具中按压叠层的动作820可以包括闭合模具并且进一步包括向模具施加外部压力，以便压缩其中的一个或更多个部件(例如，层)。方法800还可以任选地包括对模具的空腔抽真空。例如，当形成复合夹层结构时，可能需要对模具进行抽真空以去除在多根纤维和/或不同层的树脂中滞留的空气。模具可以被定形和定尺寸成形成本文公开的任何部件或结构，以便形成用于通信设备的面板、外部主体面板、内部主体面板、框架、仪表板、模制品、座椅部件、桌子、托盘、储存仓等。

按压模具可以包括施加压力以至少部分地闭合模具，从而形成具有模具形状的复合夹层结构(例如，复合层压体)和/或至少部分地使芯塌缩。施加在叠层上的压力可足以至少部分地使芯塌缩和/或至少部分地迫使空气离开热固性层的一个或更多个热塑性层中的多根纤维。用于在模具中压缩复合层压结构的合适技术公开在以下专利中：于2015年6月3日提交的国际专利申请号PCT/US15/34070；于2015年6月3日提交的国际专利申请号PCT/US15/34061；以及于2015年6月3日提交的国际专利申请号PCT/US15/34072；其各自的公开内容通过引用将其全文合并于此。

在一些示例中，可以同时施加热量以至少部分地加热叠层中的热固性层、热塑性层、芯或任何材料中的一个或更多个。例如，在模具中按压叠层可以包括在加热的模具中按压叠层。在按压期间施加热量时，芯可变得更柔韧，使得芯至少部分地软化或熔化，同时压缩以增加与模具形状的顺应性。在按压期间施加热量时，聚氨酯可以更容易地形成微泡沫。模具或压力机还可以包括一个或更多个加热元件，以在模具中按压叠层时将热量施加到叠层。热固性树脂和/或热塑性树脂可以至少在模具中施加热时开始固化。

固化叠层以形成具有低于60kW*min/m²的热释放的复合夹层的动作830可以包括在模具中对叠层加热。固化叠层可以包括至少部分固化叠层中的热固性层的热固性树脂或热塑性层的热塑性树脂中的一种或更多种。例如，固化叠层可以包括在模具、炉或烘箱中的一个或更多个中加热热固性树脂、复合层压体或复合夹层。固化叠层以形成复合夹层可以包括固化模具中的叠层，诸如在将压力施加至叠层的同时加热模具中的叠层等。

固化热固性树脂和/或热塑性树脂可以包括(在模具中或在模具外部)将包含对应树脂的纤维夹层结构或其前体(诸如堆叠等)加热至约110℃或更高，诸如约120℃至约200℃、约130℃至约180℃、约140℃至约160℃、约120℃、约130℃、约140℃或约160℃等。取决于树脂的组成，热固性树脂或热塑性树脂的固化可以在约40秒或更长的持续时间内发生，诸如约40秒至约1天、约1分钟至约12小时、约90秒至约8小时、约2分钟至约4小时、约40秒至约10分钟、约1分钟至约8分钟、约5分钟至约20分钟、约8分钟至约15分钟、约90秒至约5分钟、约3分钟、约6分钟或更少、约8分钟或更少或约20分钟或更少等。在一些示例中，可以在模具中进行固化叠层，诸如通过将叠层加热到叠层中的热固性材料的至少一个固化温度等。在一些示例中，固化(加热)叠层可以部分地在模具中进行，然后可以在不同的位置(诸如烘箱或炉等)完成。所得到的固化复合夹层结构可以表现由模具限定的形状。所得到的固化复合夹层结构可以具有本文公开的任何热释放值，诸如低于60kW*min/m²、低于50kW*min/m²、低于40kW*min/m²、低于30kW*min/m²或低于25kW*min/m²等的热释放。

固化叠层可以包括在模具中按压叠层之后允许叠层冷却至环境温度。在一些示例中，冷却按压的叠层可以与固化叠层分开进行。例如，方法800可以进一步包括在固化叠层之后冷却叠层(例如，现在至少部分固化的复合夹层结构)。例如，可允许至少部分固化的夹层结构通过使空气经过夹层结构或通过使叠层穿过冷却通道而在环境温度、冷藏环境中冷却。

在一些示例中，复合零件可以不包括芯。例如，热塑性层可应用于整体零件，诸如预浸纤维部件或RTM模制部件等。例如，包含热固性固化树脂的预浸纤维片材可设置在模具中，并且PEI热塑性层可以在按压和加热相应层之前设置在预浸材料上。PEI热塑性层提供选定的成品表面或外观。在一些示例中，热塑性层可设置在RTM模具中的纤维片材的一侧上，其中热固性树脂可注入RTM模具中以用热固性树脂至少部分地浸渍纤维片材。在热固性树脂上得到的热塑性(例如，PEI)层可以为最终零件提供选定的成品表面或外观。

图9是根据实施例的制造整体复合材料的方法900的流程图。方法900包括：形成包括至少一个热塑性层的叠层的动作910，至少一个热塑性层其中具有高温热塑性树脂和多根纤维；将叠层形成为选定的形状的动作920；以及固化叠层以形成整体复合材料的动作930。在一些示例中，动作910、920或930可按与所呈现的顺序不同的顺序来执行，或可省略一个或更多个动作。在一些示例中，附加动作可以包括在方法900中。例如，方法900的实施例还可以包括用涂料或乙烯基粘着剂中的至少一种来涂漆或涂覆至少一个聚合物层中的一个或更多个最外层表面的动作。方法900的一个或更多个部分在一个或更多个方面可与方法800的任何部分相似或相同。

形成包括其中具有高温热塑性树脂和多根纤维的至少一个热塑性层的叠层的动作910可以包括：提供或形成具有本文公开的高温热塑性树脂中的任何一根和多根纤维中的任何一根的至少一个热塑性层。叠层可以包括一个或更多个层，诸如一至十层、一至三层、一或三层、三至五层或仅一层等。形成包括其中具有高温热塑性树脂和多根纤维的至少一个热塑性层的叠层可以包括：形成具有本文公开的高温热塑性树脂中的任何一根和多根纤维中的任何一种的多个层。在这样的示例中，多个聚合物层可以包括本文公开的任何聚合物层，诸如第一层510、第二层520和第三层530等。形成叠层的动作910可以包括形成第一层510、第二层520或第三层530中的一个或更多个。

多个层(诸如至少一个热塑性层等)中的任一层的高温热塑性树脂在一个或更多个方面可以与叠层的相邻层或剩余层中的任一层的高温热塑性树脂相似或相同。例如，叠层中的每个层可以在其中包括PEI树脂。在这样的示例中，每一层中的树脂的量可以不同或相同。

多个层中的任一层的多根纤维在一个或更多个方面可以与叠层的相邻层或剩余层中的任一层的多根纤维相似或相同。例如，叠层中的每一层可以包括玻璃纤维、碳纤维、热塑性纤维等。在这样的示例中，在每个层中的多根纤维层的量、密度或厚度可以不同或相同。多个层中的任一层的多根纤维在一个或更多个方面可以不同于叠层的相邻层或剩余层中的任一层的多根纤维。例如，叠层中的一些层可以包括玻璃纤维，并且叠层中的一些层可以包括碳纤维。整体复合材料500的层中的组分的组合可以包括本文公开的任何组分(例如，聚合物树脂、多根纤维或层的特性)的任何组合。

形成至少一个聚合物层可以包括：形成具有聚合物树脂(例如，高温热塑性树脂或热固性树脂)和多根纤维(例如，本文的多根纤维中的任一种)的至少一个层。例如，形成至少一个聚合物层可以包括：将聚合物树脂施加到多根纤维上。施加聚合物树脂可以包括喷涂、手动铺展、灌注或以其他方式将聚合物树脂施加至多根纤维上。聚合物树脂可以以液体、半固体或固体形式施加。在一些示例中，聚合物树脂和多根纤维可提供在预浸材料中，并且形成至少一个聚合物层可以包括提供预浸材料。形成至少一个聚合物层可以包括：预模制至少一个聚合物层中的一个或更多个，诸如至少一个热塑性层等。

叠层中的至少一个热塑性层和任何附加层可以是尚未固化的有待形成的结构部件的一个或更多个层(例如，堆叠)。叠层可以包括具有高温热塑性树脂的至少一个热塑性层；设置在至少一个热塑性层上的第二聚合物层(例如，第二多根纤维上的热塑性或热固性树脂)；和至少第三聚合物层(例如，至少第三多根纤维上的热塑性或热固性树脂)。因此，至少一个热塑性层和所得到的整体复合结构包括其中具有高温热塑性材料的至少一个最外层表面。与没用高温热塑性层形成的整体复合材料相比，这样的示例提供了相对低的热释放(小于60kW*min/m²)。

将叠层形成为选定的形状的动作920可以包括在模具中按压叠层。例如，将叠层形成为选定的形状可以包括：将第一层510、第二层520或第三层530中的一个或更多个定位在模具中。模具可如上文关于方法800所描述的。在一个或更多个方面中，在模具中按压具有至少一个热塑性层的叠层可如以上关于方法800所描述的进行。例如，在模具中将叠层按压成选定的形状可以包括热按压至少一个热塑性层。将叠层形成为选定的形状，从而将本文公开的任一层定位到模具中，从而将第一层510定位在模具中，将第二层520定位在第一层510上，以及将第三层530定位在第二层520上。在一些示例中，可以在用于整体复合材料的叠层中省略第二层520或第三层530中的一个或更多个。

将叠层形成为选定的形状可以包括：闭合模具并在其中按压至少一个热塑性层。将叠层形成为选定的形状可以包括：在模具中按压至少一个热塑性层达选定的时间。将叠层形成为选定的形状可以包括：将至少一个热塑性层放置在模板或框架上。模具或模制叠层的形状可以包括本文公开的那些形状或复合部件中的任一个，诸如车身面板、座椅部件、车辆内部面板、储存容器面板等。

在按压之时或之后，聚合物树脂可以渗入每个相应层的多根纤维中并且在固化时硬化以形成设置在一个或更多个固化聚合物层上的固化的热塑性层。

固化叠层以形成具有低于60kW*min/m²的热释放的整体复合材料的动作930可以在一个或更多个方面与固化叠层以形成具有低于60kW*min/m²的热释放的复合夹层的动作830相似或相同，如以上关于方法800所描述的。例如，固化叠层可以包括：固化至少一个热塑性层以形成具有本文公开的任何热释放值的整体复合零件。

固化叠层可以包括：将模具中的整体层加热至其中的聚合物树脂的固化温度。固化叠层(例如，固化其中的一种或更多种热固性材料或热固性树脂)可以包括：通过从模具移除、在环境空气中冷却、在冷藏环境中冷却等，将叠层从固化温度冷却至低于固化温度。在一些示例中，方法900可以包括从模具移除整体复合零件。

方法900可以进一步包括在固化之后冷却叠层(例如，现在至少部分地固化的整体复合材料)。例如，可允许至少部分固化的整体复合结构在环境温度、冷冻环境、冷却隧道中或通过使空气在整体复合材料上方经过来冷却。

方法900可以包括：利用树脂传递模制或预浸材料来至少部分地形成复合结构。例如，可将多根纤维放置到模具中的叠层中，并且可将热塑性树脂注入到模具中，使得树脂在叠层中浸渍多根纤维以形成尚未固化的复合层压结构。在一些示例中，包括预浸材料的叠层可设置在模具内并且在模具中被按压以形成零件。

方法900可以包括在固化之后修整来自整体复合零件的盖片。在一些示例中，在固化之前或之后，整体复合零件可以被涂漆、着色、用粘着剂(例如，乙烯基)覆盖或者以其他方式呈现有选定的颜色、纹理和外观。

工作示例

根据以下程序形成工作示例A。提供了平纹玻璃表层。将灰色颜料PEI应用于玻璃表层，以形成PEI(热塑性)层。PEI为PEI层的33wt％，该PEI层具有形成层的其余部分的玻璃纤维。按压PEI层并在10巴的压力下加热至310℃持续1分钟。将包含环氧/聚氨酯热固性树脂的220gsm(克/平方米)玻璃表层施加到PEI层。将具有多个4mm厚(例如，从敞开端到敞开端)PEI管的芯放置在仍湿的(未固化的)热固性层上。将涂有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维片材(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧上，以形成工作示例A的叠层。对叠层进行按压和固化以固化热固性材料从而形成工作示例A。工作示例A为约4.6mm厚且是平面的。

根据以下程序形成工作示例B。提供了平纹玻璃表层。将灰色颜料PEI应用于玻璃表层，以形成PEI(热塑性)层。PEI为PEI层的33wt％，该PEI层具有形成层的其余部分的玻璃纤维。按压PEI层并在10巴的压力下加热至310℃持续1分钟。将包含环氧/聚氨酯热固性树脂的220gsm玻璃表层施加到PEI层。将13mm厚的聚碳酸酯蜂窝状芯放置在仍湿的(未固化的)热固性层上。将涂有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维片材(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧上，以形成工作示例B的叠层。对叠层进行按压和固化以固化热固性材料从而形成工作示例B。工作示例B为约9.0mm厚且是平面的。

根据以下程序形成工作示例C。将灰色颜料PEI应用于玻璃表层，以形成PEI(热塑性)层。PEI为PEI层的33wt％，该PEI层具有形成层的其余部分的玻璃纤维。按压PEI层并在10巴的压力下加热至310℃持续1分钟。将包含环氧/聚氨酯热固性树脂的220gsm玻璃表层施加到PEI层。将20mm厚的聚氨酯泡沫芯放置在仍湿的(未固化的)热固性层上。将涂有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维片材(300gsm)设置在芯上与第一热固性层相对的一侧，以形成工作示例C的叠层。对叠层进行按压和固化以固化热固性材料从而形成工作示例C。工作示例C为约18.5mm厚且是平面的。

根据以下程序形成工作示例D。将灰色颜料PEI应用于玻璃表层，以形成PEI(热塑性)层。PEI为PEI层的33wt％，该PEI层具有形成层的其余部分的玻璃纤维。按压PEI层并在10巴的压力下加热至310℃持续1分钟。将包含环氧/聚氨酯热固性树脂的220gsm玻璃表层施加到PEI层。将13mm厚的聚氨酯自由起泡泡沫用于泡沫芯，泡沫芯设置在仍湿的(未固化的)热固性层上。将涂有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维片材(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧上，以形成工作示例D的叠层。对叠层进行按压和固化以固化热固性材料从而形成工作示例D。工作示例D为约11mm厚且是平面的。

形成对照示例1。对照示例1包括：包含环氧/聚氨酯热固性材料的80gsm的玻璃纤维织物；设置在玻璃织物上的0.1mm厚的铝箔；包含环氧/聚氨酯热固性材料的220gsm的玻璃织物，其设置在铝层上；包含多个4mm厚(例如，高)的PEI管的芯，其设置在220gsm玻璃织物层上；以及NCF碳纤维片(300gsm)，其涂有环氧树脂/聚氨酯树脂并设置在芯的与220gsm的玻璃织物层相对的一侧上。80gsm玻璃织物层的表面被涂漆以提供选定的颜色。对照示例1是平面的。

根据14C.F.R.(美国联邦法规14)第IV(a)-(h)部分、附录F、第25页(2011)中列出的测试程序，对工作示例A-D和对照示例1中的每一个示例的三个样品的热释放进行了测试。测试表明，工作示例A在大约110秒时具有24.0kW*min/m²的平均热释放和26.7kW*min/m²的平均峰值热释放。测试表明，工作示例B在约167秒时具有6.0kW*min/m²的平均热释放和146.7kW*min/m²的平均峰值热释放。测试表明，工作示例C在大约290秒时具有11.7kW*min/m²的平均热释放和45.9kW*min/m²的平均峰值热释放，在测试结束时热释放仍在上升。测试表明，工作示例D在约130秒时具有91.8kW*min/m²的平均热释放和158.2kW*min/m²的平均峰值热释放。测试还表明，对照示例1在约130秒时具有86.8kW*min/m²的平均热释放和105.9kW*min/m2的平均峰值热释放。

工作示例A的热释放值是令人惊讶的，因为最初认为热释放将与纯PEI芯获得的热释放值相似或相同，其高于40kW*min/m²。可以认为，与利用箔限制热释放的对照示例1相比，PEI热塑性外层减少了工作示例A的热释放。

对于航空、铁路或其他应用，工作示例B和D的热释放值高于令人满意的热释放。可以认为，工作示例B和D的较厚的芯(与工作示例A相比)导致了其较高的热释放值。

在峰值热释放之前的测试持续时间(167秒)内，工作示例B的平均热释放极低，为6kW*min/m²。目前认为，与工作示例A和D的非聚碳酸酯芯相比，工作示例B的聚碳酸酯芯延迟了热释放。然而，平均峰值热释放非常高，为146.7kW*min/m²。可以认为，工作示例B的相对较厚(13mm)的芯导致了工作示例B的相对较高的平均峰值热释放。还可以认为，工作示例B和D的芯的厚度导致了其中较高的峰值释放值。因此，可能期望利用更薄的芯，诸如小于5mm厚等。还可能期望，基于与之相关的相对较低的热释放值，将聚醚酰亚胺或聚碳酸酯材料用于芯。

尽管工作示例C具有由聚氨酯泡沫(极易燃)制成的更厚的芯，并且具有比其他工作示例更厚的整体复合材料厚度，但是其热释放值却出乎意料地低。值得注意的是，热释放值在测试结束时(大约300秒)尚未达到峰值。因此，可以认为与工作示例C的其他层组合的热塑性外层延迟了热释放以足以超过航空、铁路和其他安全标准。

通过用工作示例A的热塑性层代替对照示例1的铝和附加热固性层，复合夹层结构可以具有大大降低的热释放，这完全处于航空、铁路或其他安全标准之内。因此，通过使用本文公开的复合夹层结构，可以安全地省去增加铝层以使热量从复合夹层结构的内部部件散发出去的昂贵程序。

本文公开的热塑性层可以向具有热塑性层的复合夹层提供期望的热释放特性。通过向热塑性层提供染色剂或颜料，则可能不需要涂漆，如果将热塑性层用作外表面的话。相反，染色剂或颜料可用于在整个热塑性层中提供选定的颜色，从而在被刮擦时保持颜色。在这样的示例中，包含热塑性层的复合夹层结构可以抵抗由于刮擦引起的颜色损失，从而消除了对未着色(例如，未染色)的热塑性或热固性外层进行涂漆的需要。

本文公开的复合夹层可具有相对低的热释放、高吸声性、高隔热性、高弯曲刚度、高能量吸收和轻重量。所述复合夹层可用于各种应用，包括汽车工业、航空航天应用(例如，飞机内部、座椅、隔板等)、船舶应用、农业设备、轨道应用(例如，发动机或轨道车内部、座椅、隔板等)、自行车、卫星应用、建筑材料、消费产品(例如，家具、马桶座圈、以及电子产品等)等。

虽然本文已经公开了不同方面和实施例，但是预期了其他方面和实施例。本文公开的不同方面和实施例是出于说明的目的并且不旨在是限制性的。

Claims (42)

1.一种复合夹层结构，包括：

热塑性层，所述热塑性层包括高温热塑性聚合物；

第一热固性层，所述第一热固性层设置在所述热塑性层上；

芯，所述芯位于所述第一热固性层上，其中所述芯包括多个单元；以及

第二热固性层，所述第二热固性层基本上与所述第一热固性层相对地设置在所述芯上；

其中，所述复合夹层结构具有低于60kW*min/m²的热释放。

2.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述高温热塑性聚合物具有高于200℃的熔点。

3.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述高温热塑性聚合物包括以下材料中的一种或更多种：聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、全氟烷氧基、聚氟乙烯丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二酯。

4.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述高温热塑性聚合物包括聚醚醚酮，并且所述热塑性层在其中包括染色剂。

5.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中：

所述第一热固性层包括多根玻璃纤维或多根碳纤维；以及

所述第二热固性层包括多根玻璃纤维或多根碳纤维。

6.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中：

所述热塑性层包括具有80克/平方米(“gsm”)的密度的玻璃纤维片材；

所述第一热固性层包括具有200gsm的密度的多根玻璃纤维；以及

所述第二热固性层包括具有300gsm的密度的多根碳纤维。

7.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中：

所述热塑性层包括聚醚酰亚胺聚合物；

所述第一热固性层包括环氧-聚氨酯热固性树脂；以及

所述第二热固性层包括所述环氧-聚氨酯热固性树脂。

8.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述多个单元包括以平行取向结合在一起的多个管。

9.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述多个单元包括多个聚醚酰亚胺单元。

10.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述多个单元包括泡沫体。

11.根据权利要求1所述的复合夹层结构，其中，所述复合夹层结构具有低于30kW*min/m²的热释放。

12.一种复合夹层结构，包括：

热塑性层，所述热塑性层包括高温热塑性聚合物；

第一热固性层，所述第一热固性层设置在所述热塑性层上；

芯，所述芯位于所述第一热固性层上，其中所述芯包括多个单元；以及

第二热固性层，所述第二热固性层基本上与所述第一热固性层相对地设置在所述芯上；

附加热塑性层，所述附加热塑性层包括高温热塑性聚合物；

其中，所述复合夹层结构具有低于60kW*min/m²的热释放。

13.根据权利要求12所述的复合夹层结构，其中：

所述第一热固性层包括多根玻璃纤维或多根碳纤维；以及

所述第二热固性层包括多根玻璃纤维或多根碳纤维。

14.根据权利要求12所述的复合夹层结构，其中：

所述热塑性层和所述附加热塑性层包括聚醚酰亚胺聚合物；

所述第一热固性层包括环氧-聚氨酯热固性树脂；以及

所述第二热固性层包括所述环氧-聚氨酯热固性树脂。

15.一种复合夹层结构，包括：

热塑性层，所述热塑性层包括高温热塑性聚合物；

附加热塑性层，所述附加热塑性层设置在所述热塑性层上，所述附加热塑性层包括所述高温热塑性聚合物；

第一热固性层，所述第一热固性层设置在所述热塑性层上；

芯，所述芯位于所述第一热固性层上，其中所述芯包括多个单元；以及

第二热固性层，所述第二热固性层基本上与所述第一热固性层相对地设置在所述芯上；

其中，所述复合夹层结构具有低于60kW*min/m²的热释放。

16.根据权利要求15所述的复合夹层结构，其中：

所述附加热塑性层包括多根玻璃纤维；

所述第一热固性层包括多根玻璃纤维或多根碳纤维；以及

所述第二热固性层包括多根玻璃纤维或多根碳纤维。

17.根据权利要求15所述的复合夹层结构，其中：

所述热塑性层和所述附加热塑性层包括聚醚酰亚胺聚合物；

所述第一热固性层包括环氧-聚氨酯热固性树脂；以及

所述第二热固性层包括所述环氧-聚氨酯热固性树脂。

18.一种制备复合材料的方法，所述方法包括：

形成叠层，所述叠层包括：

至少一个热塑性层，所述至少一个热塑性层包括高温热塑性聚合物，所述至少一个热塑性层是所述叠层的最外层；

第一热固性层；

第二热固性层；以及

芯，所述芯设置在所述第一热固性层和所述第二热固性层之间，其中，所述芯包括多个单元；以及

在模具中按压所述叠层；以及

固化所述叠层以形成热释放低于60kW*min/m²的复合夹层结构。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，形成叠层包括将热固性树脂施加到玻璃纤维织物以形成所述第一热固性层或所述第二热固性层中的一个或更多个。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，形成叠层包括预模制所述至少一个热塑性层，以及将所述至少一个热塑性层上的所述第一热固性层、所述芯和所述第二热固性层设置在预模制的热塑性层上。

21.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述至少一个热塑性层包括第一热塑性层；以及

所述第一热固性层设置在所述第一热塑性层上。

22.根据权利要求21所述的方法，其中：

第一热固性层包括第一多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂；以及

所述第二热固性层包括在第二多根玻璃纤维或碳纤维上的所述环氧-聚氨酯树脂。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个单元包括平行地结合在一起的多个管或泡沫体中的一个或更多个。

24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一热固性层包括具有200克/平方米(“gsm”)的密度的多根玻璃纤维，以及所述第二热固性层包括具有300gsm的密度的多根碳纤维。

25.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述至少一个热塑性层包括第一热塑性层和设置在所述第一热塑性层上的第二热塑性层，并且所述第一热塑性层是所述叠层中的最外层；

所述第一热固性层设置在所述第二热塑性层上；以及

所述多个单元包括平行结合在一起的多个管或基于聚甲基丙烯酰亚胺的泡沫体中的一个或更多个。

26.根据权利要求25所述的方法，其中：

所述第一热塑性层包括聚醚酰亚胺树脂；

所述第二热塑性层包括在聚醚酰亚胺树脂中的多根纤维；

第一热固性层包括第一多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂；并且

所述第二热固性层包括第二多根玻璃纤维或碳纤维上的所述环氧-聚氨酯树脂。

27.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述至少一个热塑性层包括第一热塑性层和设置在所述第二热固性层上的第二热塑性层，所述第一热塑性层是所述叠层中的最外层，并且所述第二热塑性层是所述叠层中的最内层；

所述第一热固性层设置在所述第一热塑性层上；以及

所述芯设置在所述第一热固性层上，以及所述多个单元包括平行结合在一起的多个管或泡沫体中的一个或更多个；

所述第二热固性层设置在所述芯上；以及

所述第二热塑性层设置在所述第二热固性层上。

28.根据权利要求27所述的方法，其中：

所述第一热塑性层和所述第二热塑性层包括聚醚酰亚胺树脂；

所述第一热固性层包括第一多根玻璃纤维或碳纤维上的环氧-聚氨酯树脂；并且

所述第二热固性层包括第二多根玻璃纤维或碳纤维上的所述环氧-聚氨酯树脂。

29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：

第三热塑性层，所述第三热塑性层设置在所述第一热塑性层和所述第一热固性层之间；以及

第四热塑性层，所述第四热塑性层设置在所述第二热塑性层和所述第二热固性层之间。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第三热塑性层和所述第四热塑性层在其中包括多根纤维。

31.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述模具中按压所述叠层之前，所述芯具有5mm或更小的厚度。

32.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述模具中按压所述叠层之前，所述芯具有4mm的厚度。

33.根据权利要求18所述的方法，其中，所述复合夹层具有低于30kW*min/m²的热释放。

34.根据权利要求28所述的方法，其中，在模具中按压所述叠层包括在加热的模具中按压所述叠层。

35.根据权利要求28所述的方法，其中，固化所述叠层以形成所述复合夹层包括以下步骤中的一个或更多个：在所述模具中按压所述叠层的同时加热所述叠层，或者在所述模具中按压所述叠层之后允许所述叠层冷却至环境温度。

36.根据权利要求18所述的方法，其中，所述模具被配置为形成用于通信设备的面板、外部主体面板、内部主体面板、框架、仪表板、模制品、座椅部件、桌子、托盘或储存仓。

37.一种整体复合材料，包括：

至少一个热塑性层，所述至少一个热塑性层在其中具有多根纤维和高温热塑性树脂，其中所述至少一个热塑性层表现出低于60kW*min/m²的热释放。

38.根据权利要求37的整体复合材料，进一步包括至少一个附加层，所述至少一个附加层在其中具有多根纤维和聚合物树脂，其中所述至少一个附加层设置在所述至少一个热塑性层上。

39.根据权利要求37所述的整体复合材料，其中，所述至少一个热塑性层包括堆叠中的多个热塑性层。

40.一种制备整体复合材料的方法，所述方法包括：

形成包括至少一个热塑性层的叠层，所述至少一个热塑性层在其中具有高温热塑性树脂和多根纤维；

将所述叠层形成为选定的形状；以及

固化所述叠层以形成热释放低于60kW*min/m²的整体复合材料。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述至少一个热塑性层包括其中具有高温热塑性树脂和多根纤维的多个热塑性层。

42.根据权利要求40所述的方法，形成包括其中具有高温热塑性树脂和多根纤维的至少一个热塑性层的叠层包括：形成具有热固性树脂和多根纤维的热固性层，其中所述热固性层设置在所述至少一个热塑性层上。

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