CN114599509A - 用于碳纤维-金属复合材料及其他复合材料的组合物和方法 - Google Patents

Abstract

本披露总体上涉及用于复合材料的系统和方法，该复合材料包括碳纤维‑金属复合材料。在一些情况中，该复合材料可以由夹有多个对齐的纤维的一层、两层或更多层的金属或其他基材形成。该纤维可以是基本上对齐的，并且可以以相对高的密度存在于该复合材料内。在一些方面，该复合材料可以通过以下方式制备：通过例如使用含有纤维的、能够中和在该纤维之间典型地出现的静电相互作用的水性液体来中和该纤维之间的静电相互作用来分散该纤维。在一些情况中，该纤维可以使用比如剪切流和/或磁性等技术来对齐。其他方面总体上涉及使用此类复合材料的方法，包含此类复合材料的套件等。

Description

用于碳纤维-金属复合材料及其他复合材料的组合物和方法

相关申请

本申请要求2019年7月10日提交的名称为“Systems and Methods for Short-Fiber Films and Other Composites(用于短纤维膜及其他复合材料的系统和方法)”的美国临时专利申请系列号62/872,686和2019年11月20日提交的名称为“Methods andSystems for Forming Composites Comprising Thermosets(用于形成包含热固性材料的复合材料的方法和系统)”的美国临时专利申请系列号62/938,265的权益。这些美国临时专利申请中的每一个通过援引以其全文并入本文。

技术领域

本披露总体上涉及用于复合材料的系统和方法，该复合材料包括碳纤维-金属复合材料。

背景技术

冷冲压是一种用于使平面金属片材在阴模与阳模组之间形成三维支架、面板和部件的工艺。闭合模组迫使金属片材弯曲和伸长，以与模组的特征相合。金属片材甚至可以用该工艺切割。冷冲压在面向大众市场的交通工具的框架和闭合部件的高速生产中大量使用。冷冲压对于高速生产是有效的，因为它与加热冲压、机加工或铸造相比要求相对低的能耗。

随着汽车行业谋求提供更省油的交通工具以满足政府立法和消费者需求，常规的中强度和高强度低合金(HSLA)钢正被高强度钢(HSS)和铝合金取代。HSS和铝合金都通过零件更薄和密度减低相结合来实现更轻的结构。由于铝合金的密度差不多只有钢材的密度的三分之一，因此相比于钢着重使用更多的铝合金。

5000系列的铝合金与大多数冷冲压方法相容。这使得在汽车闭合应用中采用了这些较低强度的铝合金等级。对于更强的6000系列和7000系列的铝合金存在需求，以进一步减少框架和闭合部件的重量。更强的6000系列和7000系列的铝合金具有有限的可成形性，并且冷冲压这些铝合金导致在冷冲压过程期间出现零件断裂和开裂。尚未能有效地冷冲压6000系列和7000系列的铝合金片材。

应理解的是，只有主要的变形类型是伸长时，金属片材的可成形性才随着厚度的增加而提高。在常用于冷冲压工艺的HSLA和中等强度钢及较低强度铝合金中，观察到伸长是主要的变形类型。当主要的变形类型主要是弯曲时，随着厚度的增加，片材的可成形性降低。在冷冲压期间在6000系列和7000系列的铝中，观察到弯曲是主要的变形类型。

虽然较薄的6000系列和7000系列片材与较厚的片材相比具有较好的冷冲压能力，但它们与相同材料的较厚片材相比也具有较低的机械特性(比如弯曲刚度和穿刺能量)。在可商购的材料中，尚未能既保持较厚的金属片材的机械特性，又充分利用较薄的金属片材的较高可成形性。

发明内容

本披露总体上涉及用于复合材料的系统和方法，该复合材料包括碳纤维-金属复合材料。在一些情况中，本披露的主题涉及相互关联的产品、对特定问题的替代性方案、和/或一个或多个系统和/或制品的多个不同用途。

本文论述的一个方面总体上涉及一种包含第一基本上金属的层和第二基本上金属的层以及置于该第一层和第二层之间的芯层的复合材料。在一些情况中，该芯层包含多个不连续纤维，该多个不连续纤维基本上横向对齐在该复合材料内例如5vol％与91vol％之间、或者诸如本文描述的其他百分比的纤维体积分数。

另一方面总体上涉及一种包含第一层和第二层的复合材料，以及置于该第一层和第二层之间的芯层。在某些实施例中，该芯层包含多个不连续纤维，该多个不连续纤维基本上横向对齐在该复合材料内例如5vol％与91vol％之间、或者诸如本文描述的其他百分比的纤维体积分数。

还另一方面总体上涉及一种包含层和相对于该层基本上横向对齐的多个不连续纤维的复合材料。在某些情况中，该多个不连续纤维以例如5vol％与91vol％之间的、或者诸如本文描述的其他百分比的纤维体积分数存在于该复合材料内。

又另一方面总体上涉及一种方法，该方法包括将液体施加于第一层——其中该液体包含多个不连续纤维——以通过剪切流使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；向该液体施加磁场以使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；向该多个不连续纤维施加第二层；以及向该第一层和第二层施加热量和/或压力以形成复合材料。

另一方面总体上涉及一种方法，该方法包括将液体施加于层——其中该液体包含多个不连续纤维——以通过剪切流使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；向该液体施加磁场以使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；以及向该层和该不连续纤维施加热量和/或压力以形成复合材料。

在另一方面，本披露涵盖制造本文描述的一个或多个实施例的方法。在还另一方面，本披露涵盖使用本文描述的一个或多个实施例的方法。

从下文对本披露的各个非限制性实施例的详细描述(当结合附图考虑时)，本披露的其他优点和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

将通过实例参考附图描述本披露的非限制性实施例，这些附图是示意性的，并且不旨在按比例绘制。在附图中，示出的每个相同的或者几乎相同的部件典型地由一个数字表示。出于清晰的目的，在不必要为了使本领域普通技术人员理解本披露而进行图示的情况下，没有标识出每个附图中的每一个部件，也没有显示出本披露的每个实施例的每一个部件。在图中：

图1示出了一个实施例中具有基本上横向对齐的碳纤维的基材；

图2示出了另一个实施例中具有部分对齐的碳纤维的基材；

图3示出了根据本发明的一个实施例制备的材料与对照材料的比较；并且

图4示出了包括根据本发明某些实施例的那些材料的各种材料的重量和成本。

具体实施方式

本披露总体上涉及用于复合材料的系统和方法，该复合材料包括碳纤维-金属复合材料。在一些情况中，该复合材料可以由夹有多个对齐的纤维的一层、两层或更多层的金属或其他基材形成。该纤维可以是基本上对齐的，并且可以以相对高的密度存在于该复合材料内。在一些方面，该复合材料可以通过以下方式制备：通过例如使用含有纤维的、能够中和在该纤维之间典型地出现的静电相互作用的水性液体来中和该纤维之间的静电相互作用来分散该纤维。在一些情况中，该纤维可以使用比如剪切流和/或磁性等技术来对齐。其他方面总体上涉及使用此类复合材料的方法，包含此类复合材料的套件等。

某些方面总体上涉及用于各种应用的用途的复合材料，例如要求相对高的机械特性的应用。在一些情况中，复合材料可以包括一个、两个、三个或更多个例如包含金属、木料、陶瓷、聚合物等的层，含有或夹有其他的层，例如芯层。在一些情况中，芯层可以包含短纤维(例如，长度小于5mm)，短纤维可以包含碳纤维或其他类型的纤维。在一些情况中，纤维可以在复合材料内取向或对齐。例如，在一些情况中，纤维可以基本上正交于该层取向或对齐，并且在某些实施例中，此类纤维可以用于增强复合材料的Z轴机械特性。

在某些实施例中，复合材料可以包含包围芯层或材料的两个层，以例如形成“夹心”结构。夹心复合材料因而可以包含被含在两个表皮材料之间的芯材料。其实例包括金属的、木料的、复合的、陶瓷的、天然的、或复合的表皮材料。芯材料可以是具有较低刚度的材料，但它能为整个复合材料提供厚度。在一些实施例中，两个表皮层之间的间隙加大能提高惯性矩，这可以提高复合材料的刚度。在某些实施例中，具有比表皮低的密度的芯材料也可以降低结构的总体重量。在一些实施例中，也可以采取加入不同的材料作为芯，例如以阻止穿刺、振动、热、放电等。其他的特性包括本文中更详细论述的那些特性。

在某些实施例中，复合材料的材料(composite material)可以包含“芯”或中间层，该“芯”或中间层包括嵌入聚合物基质中的横向取向的碳纤维。这个复合材料(composite)的总体厚度可以小于一毫米，或者具有其他的尺寸，比如本文中论述的那些尺寸。在某些情况中，例如，可以将多个层合并在一起以获得更大的厚度。在某些实施例中，芯层可以提供横向方向的碳纤维的高刚度，例如如本文所描述。在某些情况中，这个材料还可以防止基质聚合物的位移，例如如果基质聚合物处于液态或胶凝态的话。

芯层可以被粘合在例如包含金属片材或本文描述的其他材料的两个层之间，以产生夹心复合材料结构(例如A/B/A结构)。但是，在一些情况中，各层可以具有不同点组成、大小等(例如形成A/B/C结构)。另外，在一些实施例中，有可能将横向碳纤维复合材料结合到单面结构(例如A/B结构)或多层(例如A/B/A/B/A、A/B/A/B等)中。还其他实施例包括本文描述的那些中的任何一个。

在某些实施例中，横向碳纤维芯可以用于提供高横向刚度，这导致更好的相对弯曲刚度，并且能允许各种金属的冷成形，例如，诸如HSS和高级HSS和超高HSS以及6000系列和7000系列的铝合金。此类材料可以使得汽车重量减轻，或者可以有其他的应用，包括本文论述的那些应用中的任何一种。

在一些情况中，芯层可以包含在复合材料内取向或对齐的碳纤维或其他类型的纤维。多种方法可以用于生产此类层，并且在一些情况中，例如使得层具有高的纤维体积含量，同时保持纤维的分散或对齐。在一些实施例中，纤维可以相对短，并且可以包含碳材料或其他材料。在一些情况中，纤维可以均匀地分散在聚合物树脂或其他浆料中。短纤维可能具有促进团聚的高静电相互作用，并且聚合物树脂的高粘度会阻碍在更高纤维体积下的一致分散。这些加工缺陷因而会导致在复合材料中不一致的纤维增强和树脂含量梯度，这会大大降低复合材料的性能。因此，如本文论述的某些实施例可克服这些局限。另外，一些实施例总体上涉及维持高纤维体积含量的对齐的纤维。除了分散短纤维所面临的问题之外，现有技术的方法还面临以下问题：比如纤维体积分数低，对齐不充分，或者纤维长度总体上长(存在纤维断裂风险问题)。

作为实例，在一些情况中，可以通过中和纤维之间的静电相互作用，例如使用水性浆料中和，来制备复合材料。在一些情况中，可以将含有良好分散的纤维的浆料计量添加到比如热塑性膜的基材上。在计量添加期间，可以例如通过使用剪切流和/或磁性对齐来控制纤维的对齐。这可以例如在辊到辊(roll-to-roll)制造工艺中实施。

例如，在一组实施例中，可以将包含合适的纤维的水性液体施加到基材，例如作为涂层来施加。可以选择液体，以中和典型地出现在纤维之间的静电相互作用，如上文所指出。基材可以例如是热塑性膜，或者其他材料，比如本文论述的那些。纤维可以包括碳纤维和/或其他纤维。然后例如通过施加磁场和/或剪切力使纤维对齐，例如通过将合适的流体施加于被施加到基材的液体。对齐后，可以例如通过施加热量(例如以去除液体，例如通过蒸发)，和/或压力(例如以使纤维嵌入基材中)，和/或引入可任选地固化的热固性层，来形成最终的复合材料。

以上论述的是可以用于生产某些类型的复合材料的一个实施例的非限制性实例。然而，其他实施例也是可能的。因此，更总体上，各个方面涉及用于生产各种复合材料和材料的各种系统和方法，包括但不限于夹心复合材料或其他层合复合材料。

例如，某些方面总体上涉及短纤维膜及其他复合材料。在一些情况中，此类复合材料可以包含基材和被含在或嵌入复合材料或其至少一部分内的多个不连续纤维或短纤维。在一些情况中，多个纤维在复合材料内基本上对齐或取向。

例如，在一些实施例中，复合材料可以包含一个或多个基材或层，比如本文披露的基材或层，以及不连续纤维的一个或多个层，例如如本文所论述那样对齐。例如，在一些情况中，复合材料可以包含基材或层以及多个不连续纤维，该基材或层例如包含金属、木料、陶瓷、聚合物等，包括本文描述的那些中的任何一种，该多个不连续纤维在某些实施例中可以基本上横向对齐。复合材料中可以存在超过一个这种层。例如，在一个实施例中，复合材料可以包含两个层及“夹”在该两个层之间的不连续纤维的芯层，例如形成A/B/A结构。不连续纤维可以基本上横向对齐，例如如本文所论述。该两个层可以相同或不同(例如，如在A/B/C结构中)。此种层可以包含例如金属、木料、陶瓷、聚合物等，包括本文描述的那些中的任何一种。作为非限制性实例，在一个实施例中，复合材料可以包括两个基本上金属的层及夹在这两个金属的层之间、相对于这两个金属的层基本上横向对齐的的多个不连续纤维。

但是，应当理解，在其他实施例中，可以存在其他数目的层。例如，复合材料可以含有3个、4个、5个或更多个包括金属、木料、陶瓷、聚合物等的层，和/或2个、3个、4个、5个等的不连续纤维层。这些层中的一些或全部可以包含基本上横向对齐的不连续纤维。例如，在一个实施例中，复合材料可以包括三个例如金属、木料、陶瓷、聚合物等的层，其间含有或夹有两个不连续纤维的层。材料和不连续纤维的各层可以相同，例如形成诸如A/B/A/B、A/B/A/B/A、A/B/A/B/A/B、A/B/A/B/A/B/A等的结构，或者这些中的一个或多个可以不同(例如，如在A/B/C/B结构中)。这些模式或其他模式可以扩展到另外其他实施例中。

多种材料可以用于该基材。例如，复合材料内的一个或多个层可以包括包含聚合物、复合材料的材料、金属、木料、陶瓷等的层或基材，例如如下文中更详细论述的。另外，在一些情况中，复合材料内的基材或层将包含超过一种的这些材料，和/或其他材料。例如，基材或层可以包含多种聚合物、复合材料的材料、金属、木料、陶瓷等。基材或层可以是实心的材料片材(例如金属片材)，或者可以由诸如本文论述的连续纤维形成。其他结构也是可能的。

在一些情况中，该复合材料可以与另一复合材料层合并以形成复合材料结构。如果复合材料中存在超过一种基材，则各基材可以独立地是相同的或不同的，例如第一层和第二层具有基本上相同的组成，或者在一些实施例中具有不同的组成。可以存在1种、2种、3种、4种、5种或任何其他合适种数的基材。

例如，在一组实施例中，复合材料内的材料的层或基材可以包含金属。在一些情况中，层的至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％、至少75wt％、至少80wt％、至少85wt％、至少90wt％、或至少95％可以包含金属。在某些情况中，层可以基本上是金属的。在一些实施例中，基材(不含不连续纤维)的体积的至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少50％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少97％、或至少99％可以是金属。

可以存在的金属的实例包括但不限于钢、铝、铁、钛等。例如，层可以包含至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％、至少80wt％等的金属，比如钢、铝、铁、钛等。在一些情况中，层中可以存在超过一种金属，例如如在金属合金中，金属包括这些和/或其他金属中的任何一种。例如，合金可以是钢、铝、铁、钛等的合金。可以使用的铝合金的非限制性实例包括1000系列、2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列、7000系列或8000系列的铝合金。

在另一组实施例中，层或基材包含聚合物，比如热塑性聚合物或热固性聚合物。在一些情况中，该基材基本上由聚合物组成。在一些情况中，层的至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％、至少75wt％、至少80wt％、至少85wt％、至少90wt％、或至少95％可以包含聚合物。在某些情况中，层可以基本上是聚合物的。在一些实施例中，基材(不含不连续纤维)的体积的至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少50％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少97％、或至少99％可以是聚合物。

该基材可以包括一种或多种聚合物，包括以下聚合物，并且除了这些聚合物或者代替这些聚合物，还可以包括其他聚合物。适用于该基材的聚合物的实例包括但不限于聚酰亚胺(PI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚砜(PSU)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚酰胺46(PA46)、聚酰胺66(PA66)、聚酰胺12(PA12)、聚酰胺11(PA11)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺6.6(PA6.6)、聚酰胺6.6/6(PA6.6/6)、无定形聚酰胺(PA6-3-T)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、液晶聚合物(LCP)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA)、苯乙烯丙烯腈(SAN)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯并咪唑(PBI)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯撑共聚物(PPP)、聚丙烯腈、聚乙烯亚胺、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)和/或聚甲基戊烯(PMP)。

在某些实施例中，层或基材可以包含陶瓷。在一些情况中，基材基本上由陶瓷组成。在一些情况中，层的至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％、至少75wt％、至少80wt％、至少85wt％、至少90wt％、或至少95％可以包含陶瓷。在某些情况中，层可以基本上是陶瓷的。在一些实施例中，基材(不含不连续纤维)的体积的至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少50％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少97％、或至少99％可以是陶瓷。

陶瓷的非限制性实例包括但不限于硅氧烷、硅氮烷、碳硅烷等。在一些情况中，陶瓷是含硅陶瓷。陶瓷的其他实例包括但不限于氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅、氧化锆、莫来石、二硼化铪、二硼化锆、氮化铪、氮化锆、碳化钛、氮化钛、二氧化钍、碳化钽等。

某些实施例总体上涉及包含从连续纤维形成的基材并且含有多个不连续纤维的复合材料。纤维可以包括例如一个或多个包含聚合物、金属、木料、陶瓷等的层。该连续纤维总体上具有平均地比该不连续纤维的截面尺寸显著更长的长度。例如，该连续纤维可以具有比该不连续纤维的截面尺寸大10倍、大30倍、大50倍、大100倍、大300倍、大500倍、或大1,000倍的平均长度。在一些实施例中，该连续纤维具有至少3、至少5、至少10、至少30、至少50、至少100、至少300、至少500、至少1,000等的平均长径比(例如，长度与直径或平均截面尺寸的)。另外，在某些情况中，该连续纤维可以具有至少5mm、至少1cm、至少3cm、至少5cm、或至少10cm的平均长度。在一些情况中，更长的平均长度也是可能的。

该连续纤维可以织造在一起(例如，双向织造、多向织造、准各向同性织造等)和/或可以是非织造的(例如单向的、纱状物(veil)、垫状物(mat)等)。在某些实施例中，该连续纤维中的至少一些相对于彼此基本上是平行的和/或正交取向的，不过其他的连续纤维构造也是可能的。在某些实施例中，该连续纤维可以一起限定织物或其他基材，例如纺织物(textile)、牵引绳(tow)、长丝(filament)、纱线(yarn)、线缕(strand)等。在一些情况中，该基材可以具有显著小于另一个正交尺寸的一个正交尺寸(即，该基材可以具有厚度)。

形成该基材的连续纤维可以包含许多种材料中的任何一种，并且一种类型的纤维或多于一种类型的纤维可以存在于该基材内。非限制性实例包括碳、玄武岩、碳化硅、芳族聚酰胺、氧化锆、尼龙、硼、氧化铝、二氧化硅、硼硅酸盐、莫来石、棉或任何其他天然或合成纤维。

该连续纤维可以具有任何合适的平均直径。例如，该连续纤维可以具有至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少50微米、至少100微米、至少200微米、至少300微米、至少500微米、至少1mm、至少2mm、至少3mm、至少5mm、至少1cm、至少2cm、至少3cm、至少5cm、至少10cm等的平均直径。在某些实施例中，该连续纤维可以具有不超过10cm、不超过5cm、不超过3cm、不超过2cm、不超过1cm、不超过5mm、不超过3mm、不超过2mm、不超过1mm、不超过500微米、不超过300微米、不超过200微米、不超过100微米、不超过50微米、不超过30微米、不超过20微米、不超过10微米等的平均直径。这些中任何的组合也是可能的。例如，该连续纤维可以具有在10微米与100微米之间、在50微米与500微米之间、在100微米与5mm之间等的平均直径。

该连续纤维还可以具有任何合适的平均长度。例如，该连续纤维可以具有至少约0.5cm、至少1cm、至少2cm、至少3cm、至少5cm、至少10cm等的平均长度。在某些实施例中，该连续纤维可以具有不超过10cm、不超过5cm、不超过3cm、不超过2cm、不超过1cm、不超过0.5cm等的平均直径。这些中任何的组合也是可能的；例如，该连续纤维可以具有在1cm与10cm之间、10cm与100cm之间等的平均长度。

在一些情况中，该连续纤维可以占该复合材料的相对大的比例。例如，在某些实施例中，该连续纤维可以占复合材料的质量的至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少7％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、或至少97％。在某些情况中，该连续纤维占复合材料的质量不超过97％、不超过95％、不超过93％、不超过91％、不超过90％、不超过85％、不超过80％、不超过70％、不超过60％、不超过50％、不超过40％、不超过30％、不超过20％、或不超过10％。这些中任何的组合也是可能的。

在一些实施例中，层或基材包含诸如热固性材料、热塑性材料和/或玻璃高分子(vitrimer)的材料。可以存在于层或基材粘合剂的材料的另外的非限制性实例包括环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚乙烯亚胺、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、硅酮橡胶、聚偏二氟乙烯、苯乙烯丁二烯橡胶，或陶瓷前驱体单体、硅氧烷、硅氮烷或碳硅烷。在一些情况中，层或基材可以包含从亚胺连接的寡聚物和包含反应性部分的独立交联剂制备的共价网络聚合物。反应性部分的非限制性实例包括环氧基、异氰酸酯、双马来酰亚胺、硫化物、聚氨酯、酸酐和/或聚酯。玻璃高分子的实例包括但不限于基于双酚A的二缩水甘油醚的环氧树脂、芳族聚酯、聚乳酸(聚交酯)、聚羟基氨基甲酸酯、含柠檬酸的环氧化大豆油、聚丁二烯等。

另外，如所提到，在其他实施例中，复合材料内的基材或层可以包含超过一种的这些材料和/或其他材料。例如，基材或层可以包含多种聚合物、复合材料的材料、金属、木料、陶瓷等。如果复合材料内存在超过一种基材或层，则这些基材或层可以独立地相同或不同。

在一些方面，复合材料还可以含有一种或多种不连续纤维。这些纤维可以存在于复合材料中各处，例如含在或嵌入基材或其至少一部分内。在一些情况中，该不连续纤维可以在该复合材料内基本上对齐，例如在该复合材料内形成层。在一些情况中，该基材的按体积计至少50％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少97％、或至少99％可以含有不连续纤维。

该不连续纤维可以形成或者包括许多种材料中的任何一种，并且可以存在一种类型或超过一种类型的材料。例如，该不连续纤维可以包含比如以下材料：碳(例如碳纤维)、玄武岩、碳化硅、氮化硅、芳族聚酰胺、氧化锆、尼龙、硼、氧化铝、二氧化硅、硼硅酸盐、莫来石、氮化物、氮化硼、石墨、玻璃、聚合物(包括本文中描述的那些聚合物中的任何一种)等。该不连续纤维可以包括任何天然材料和/或任何合成材料，并且可以是磁性的和/或非磁性的。

在一些实施例中，该不连续纤维在该复合材料内可以是至少基本上对齐的。用于使不连续纤维对齐的方法在本文中有更详细的论述。各种对齐是可能的，并且在一些情况中，可以例如通过视觉地或显微镜地来确定。因此，在一些情况中，对齐可以定性地确定。但是，应当理解，对齐不必是完美的。在一些情况中，复合材料内至少5％、至少10％、至少25％、至少50％、至少75％、至少85％、至少90％、或至少95％的纤维所展现的对齐可以例如在该复合材料的样品内的多个纤维的平均对齐的20°以内、15°以内、10°以内、或5°以内。在一些情况中，该纤维的平均对齐可以被取向成相对于该基材在该位置处的平面为至少60°、至少65°、至少70°、至少75°、至少85°、或至少87°。

不希望受到任何理论束缚，据信不连续纤维与基材基本上正交地对齐可以起到增强基材的作用。这可以改善基材的强度，例如当在不同方向上受力时。例如，基材内的纤维可以在3个维度上沿基本上正交的方向延伸，从而为基材提供强度，而不论所施加的力的方向如何。该纤维还可以限制例如层间的微裂纹、贯穿层片(through-ply)的裂缝等对表面的损害。此外，在一些实施例中，纤维可以增强基材的其他特性，例如复合材料内的电特性和/或热特性，作为其机械特性的补充或替代。

虽然其他人建议了将纤维填充在基材中，但是据信更高的纤维体积分数在先前是不可实现的，其原因例如是使纤维团聚的更高的静电相互作用，和/或会阻碍一致分散的更高的聚合物树脂粘度。因此，某些实施例总体上涉及至少40％的纤维体积、至少45％的纤维体积、至少50％的纤维体积、至少55％的纤维体积、至少60％的纤维体积、至少65％的纤维体积、至少70％的纤维体积等的纤维体积分数(例如基本上对齐的纤维(比如本文中论述的那些)的纤维体积分数)。

多种技术可以用于使各个实施例中的不连续纤维对齐，包括磁场、剪切流等，如下文中更详细地论述。作为非限制性实例，可将磁性颗粒(包括本文中论述的那些)附接于纤维，然后磁场可以用于操纵磁性颗粒。例如，磁场可以用于使磁性颗粒移动到基材中，和/或使基材内的不连续纤维对齐。磁场可以是恒定的或者随时间变化的(例如振荡的)，例如如本文中所论述。例如，所施加的磁场可以具有1Hz至500Hz的频率和0.01T至10T的幅值。磁场的其他实例在下文中更详细地描述。

在一些情况中，该不连续纤维可以具有至少1nm、至少3nm、至少5nm、至少10nm、至少30nm、至少50nm、至少100nm、至少300nm、至少500nm、至少1微米、至少3微米、至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少50微米、至少100微米、至少200微米、至少300微米、至少500微米、至少1mm、至少2mm、至少3mm、至少5mm，至少10mm、至少15mm等的平均长度或特征尺寸。在某些实施例中，该不连续纤维可以具有不超过5cm、不超过3cm、不超过2cm、不超过1.5cm、不超过1cm、不超过5mm、不超过3mm、不超过2mm、不超过1mm、不超过500微米、不超过300微米、不超过200微米、不超过100微米、不超过50微米、不超过30微米、不超过20微米、不超过10微米、不超过5微米、不超过3微米、不超过1微米、不超过500nm、不超过300nm、不超过100nm、不超过50nm、不超过30nm、不超过10nm、不超过5nm等的平均长度或特征尺寸。这些中任何的组合也是可能的。例如，复合材料内的该不连续纤维可以具有在1mm与5mm之间的平均长度。

另外，该不连续纤维还可以具有任何合适的平均直径。例如，该不连续纤维可以具有至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少50微米、至少100微米、至少200微米、至少300微米、至少500微米、至少1mm、至少2mm、至少3mm、至少5mm、至少1cm、至少2cm、至少3cm、至少5cm、至少10cm等的平均直径。在某些实施例中，该不连续纤维可以具有不超过10cm、不超过5cm、不超过3cm、不超过2cm、不超过1cm、不超过5mm、不超过3mm、不超过2mm、不超过1mm、不超过500微米、不超过300微米、不超过200微米、不超过100微米、不超过50微米、不超过30微米、不超过20微米、不超过10微米等的平均直径。这些中任何的组合也是可能的。例如，该不连续纤维可以具有在10微米与100微米之间、在50微米与500微米之间、在100微米与5mm之间等的平均直径。

在某些实施例中，该不连续纤维可以具有平均地为其厚度或直径的至少10倍或至少50倍的长度。在一些情况中，复合材料内的纤维可以具有至少3、至少5、至少10、至少30、至少50、至少100、至少300、至少500、至少1,000、至少3,000、至少5,000、至少10,000、至少30,000、至少50,000、或至少100,000的平均长径比(纤维长度与直径或厚度之比)。在一些情况中，该平均长径比可以小于100,000、小于50,000、小于30,000、小于10,000、小于5,000、小于3,000、小于1,000、小于500、小于300、小于100、小于50、小于30、小于10、小于5等。在一些情况中，这些中任何的组合也是可能的；例如，该长径比可以在5与100,000之间。

在一些情况中，该不连续纤维可以占该复合材料的相对大的比例。例如，在某些实施例中，不连续纤维可以占复合材料的质量或体积的至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少7％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、或至少97％。在一些情况中，不连续纤维占复合材料的质量或体积不超过97％、不超过95％、不超过90％、不超过85％、不超过80％、不超过70％、不超过60％、不超过50％、不超过40％、不超过30％、不超过20％、或不超过10％。这些中任何的组合也是可能的。

该不连续纤维中的至少一些可以是未涂覆的。但是，在一些情况中，该不连续纤维中的一些或全部可以是经涂覆的。涂层可以例如用于促进颗粒(比如磁性颗粒)吸附或粘合到该纤维上，或者出于其他原因。

作为一个实例，该不连续纤维中的至少一些用胶料(sizing)涂覆。胶料的一些实例包括但不限于聚丙烯、聚氨酯、聚酰胺、苯氧树脂(phenoxy)、聚酰亚胺、环氧树脂等。这些胶料例如可以作为溶液、分散体、乳液等引入到浆料中。作为其他的实例，该纤维可以用表面活性剂、硅烷偶联剂、环氧树脂、甘油、聚氨酯、有机金属偶联剂等涂覆。表面活性剂的非限制性实例包括油酸、十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸钠等。硅烷偶联剂的非限制性实例包括基于氨基、苄氨基、氯丙基、二硫化物、环氧基、环氧基/三聚氰胺、巯基、甲基丙烯酸酯、tertasulfido、脲基、乙烯基、异氰酸酯和乙烯基苄基氨基的硅烷偶联剂。有机金属偶联剂的非限制性实例包括基于芳基和基于乙烯基的有机金属偶联剂。

如所提到，在一组实施例中，至少一些不连续纤维可以是碳纤维。碳纤维可以在磁场中直接或间接对齐，例如使用磁性颗粒对齐，如本文中论述的那些磁性颗粒。例如，一些类型的碳纤维是抗磁性的，从而可以使用所施加的磁场直接移动。因而，某些实施例涉及基本上不含顺磁性或铁磁性材料而仍能使用外部磁场进行对齐的纤维或复合材料。例如，如果存在任何顺磁性材料或铁磁性材料，则它们可以占该材料的小于5％、小于1％、小于0.5％、小于0.3％、小于0.1％、小于0.05％、小于0.03％、小于0.01％、小于0.005％、小于0.003％、或小于0.001％(按质量计)。

多种碳纤维可以商业上获得，包括抗磁性碳纤维。在一些情况中，碳纤维可以从比如聚丙烯腈(PAN)、人造丝、沥青等的聚合物前体生产。在一些情况中，可以例如使用化学工艺或机械工艺将碳纤维纺成长丝纱线，以将聚合物原子进行初始对齐，以便增强所完成的碳纤维的最终物理特性。在纺制长丝纱线期间使用的前体组合物和机械工艺可以变化。在拉制或纺制后，可以将聚合物长丝纱线加热以去除非碳原子(碳化或热解)，从而生产最终的碳纤维。在一些实施例中，此类技术可以用于生产具有相对高的碳含量的碳纤维，例如至少90％，或者如本文描述的其他含量。

碳纤维的非限制性实例包括例如基于沥青和/或基于聚合物(例如ex-PAN或ex-人造丝)的变体，包括可商业上获得的那些。在一些情况中，这些可包括中等/标准模量(大于200GPa)碳纤维、高模量(大于300GPa)或超高模量(大于500GPa)碳纤维。

在一组实施例中，碳纤维具有相对高的碳含量。不希望受到任何理论束缚，据信此类纤维可以展现抗磁性特性，使得用低能量磁场使它们取向。一般地，抗磁性是材料对所施加的磁场的排斥，这种排斥是通过其方向与所施加的磁场的方向相反的感生磁场产生的。一种材料如果对总体磁性响应缺乏明显的顺磁性或铁磁性贡献，则它通常被归类为抗磁性的。在许多情况中，抗磁性材料的磁性响应非常弱并且可以忽略。然而，相对高的磁场能在此类抗磁性材料中引起明显的物理响应。

因此，在一些情况中，展现相对高度取向的分子结构的碳纤维可以展现各向异性的、高抗磁性的抗磁性特性。此类抗磁性特性使得可以用相对弱的磁场(比如本文中所描述的)就使碳纤维取向。例如，在一组实施例中，所施加的磁场可以在碳纤维的C-C键中产生强的感生磁场，方向与所施加的磁场的方向相反。某些类型的碳纤维可以具有高度的与纤维内(in-fiber)方向平行的C-C键，这会产生各向异性的抗磁性响应。因而，此类碳纤维能经受在碳纤维完全平行于所施加的磁场对齐时被中和的磁转矩。相应地，通过施加合适的磁场，碳纤维可以由于此类抗磁性特性而对齐。该响应可以足以克服重力效应、粘滞效应和/或颗粒间空间效应。

例如，在某些实施例中，碳纤维可以具有按质量计大于80％、大于90％、大于92％、大于94％、大于95％、大于96％、大于97％、大于98％、大于99％、或大于99.5％的碳含量。在一些情况中，此类碳纤维可以商业上获得。例如，可以通过热解方式生产碳纤维，比如通过“燃烧”或氧化能被去除(比如通过转化成气体)的其他成分，而留下具有相对高碳含量的碳纤维。制造碳纤维的其他方法也是可能的，例如如本文中详细论述的。

在一些情况中，碳纤维还可以展现其内的C-C键的基本上对齐。例如，至少50％、至少60％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、或至少95％的碳纤维可以展现C-C键的基本上对齐。这种对齐可以例如使用广角X射线衍射(WAXD)或本领域普通技术人员知道的其他技术来确定。

在一组实施例中，碳纤维可以具有相对高的模量(拉伸模量，其为刚度的量度)。典型地，较高模量的纤维比低模量的纤维更刚并且更轻。碳纤维在平行于纤维施加力时典型地具有更高的模量，即，碳纤维是各向异性的。在一些实施例中，碳纤维可以具有至少100GPa、至少200GPa、至少300GPa、至少400GPa、至少500GPa、至少600GPa、至少700GPa等的模量(例如当平行于纤维施加力时)。据信更为柔软的碳纤维可以展现较少的对齐，即，具有低模量的碳纤维可以具有对磁场的微弱物理响应或者无响应，而不是在所施加的磁场内对齐。

在一组实施例中，碳纤维在液体(例如，水、油、聚合物树脂、聚合物熔体、金属熔体、醇比如乙醇、或另一种挥发性有机化合物)内自由浮动并且施加磁场时，碳纤维可以展现各向异性的抗磁性响应。例如，在一些情况中，当施加合适的磁场时，碳纤维可以对齐，即，表明抗磁性响应。在一些情况中，磁场可以为至少100mT、至少200mT、至少300mT、至少500mT、至少750mT、至少1T、至少1.5T、至少2T、至少3T、至少4T、至少5T、至少10T等。在一些情况中，当施加合适的磁场时，至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、或至少90％的在该液体内自由浮动的碳纤维可以展现对齐。

典型地，碳纤维所具有的形状使得一个正交尺寸(例如其长度)显著大于它的其他两个正交尺寸(例如其宽度或厚度)。在一些情况中，纤维可以基本上是圆柱形的。如所提到，在一些情况中，碳纤维可以是相对刚的；但是，碳纤维不必是完美地直的(例如，即使它是弯曲的，它的长度仍可以沿着纤维本身来确定)。

在一组实施例中，碳纤维可以具有与基材的厚度相比基本上相同或更小的尺寸(例如，特征尺寸)。例如，复合材料内的至少一些碳纤维可以具有基本上跨越基材的厚度的平均长度。然而，在其他情况中，碳纤维的特征尺寸可以比该厚度大。

如所提到，在一组实施例中，可以添加比如磁性颗粒的颗粒，例如以使不连续纤维对齐，或者用于其他应用。这些颗粒可以吸附或以别的方式粘合到至少一些不连续纤维。在一些情况中，这些颗粒可以涂覆一些和全部的不连续纤维和/或连续纤维。通过如本文所论述的材料涂层可以促进这一点，不过并不一定要求涂层以促进这些颗粒的吸附。

如果这些颗粒是磁性的，则这些颗粒可以包含多种多样的磁敏感材料中的任何一种。例如，磁性材料可以包含一种或多种铁磁性材料，例如含有铁、镍、钴、铝镍钴合金(alnico)、铁的氧化物、镍的氧化物、钴的氧化物、稀土金属的氧化物、或者包含这些铁磁性材料和/或其他合适的铁磁性材料中的两种或更多种的合金。在一些情况中，磁性颗粒可以具有至少2、至少5、至少10、至少20、至少40、至少100、至少200、至少500、至少1,000、至少2,000、至少5,000、或至少10,000的相对磁导率。

但是，应当理解，不是所有的颗粒都必定是磁性的。在一些情况中，可以使用非磁性颗粒，例如作为磁性颗粒的补充和/或替代。非磁性颗粒的非限制性实例包括玻璃、聚合物、金属等。

颗粒(如果存在的话)可以是球形的或者非球形的，并且可以具有任何合适的形状或大小。颗粒可以是相对单分散的，或者具有一系列大小。在一些情况中，平均而言，颗粒可以具有至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少50微米、至少100微米、至少200微米、至少300微米、至少500微米、至少1mm、至少2mm、至少3mm、至少5mm、至少1cm、至少1.5cm、至少2cm、至少3cm、至少5cm、至少10cm等的特征尺寸。复合材料内的颗粒还可以具有不超过10cm、不超过5cm、不超过3cm、不超过2cm、不超过1.5cm、不超过1cm、不超过5mm、不超过3mm、不超过2mm、不超过1mm、不超过500微米、不超过300微米、不超过200微米、不超过100微米、不超过50微米、不超过30微米、不超过20微米、不超过10微米等的平均特征尺寸。这些中任何的组合也是可能的。例如，颗粒可以展现100微米与1mm之间、10微米与10微米之间等的特征尺寸。非球形颗粒的特征尺寸可以看作是具有与该非球形颗粒相同体积的完美球形的直径。

在一些实施例中，颗粒(包括磁性颗粒和/或非磁性颗粒)可以占该复合材料的相对大的比例。例如，在某些实施例中，颗粒可以占该复合材料的体积的至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少7％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、或至少97％。在一些情况中，颗粒占该复合材料的体积不超过97％、不超过95％、不超过90％、不超过85％、不超过80％、不超过70％、不超过60％、不超过50％、不超过45％、不超过40％、不超过35％不超过30％、不超过25％、不超过20％、不超过15％、不超过10％、不超过7％、不超过5％、不超过4％、不超过3％、不超过2％、或不超过1％。这些中任何的组合也是可能的。

如所论述，一组实施例总体上涉及复合材料的材料(composite material)。在一些情况中，复合材料(composite)总体上是平面的。但是，应当理解，这种基材不必是数学上完美的平面结构(不过它可以是这样)；例如，基材还可以是可变形的、弯曲的、弯折的、折叠的、卷起的、褶皱的，等等。作为实例，基材可以具有如下的平均厚度：至少约0.1微米、至少约0.2微米、至少约0.3微米、至少约0.5微米、至少约1微米、至少约2微米、至少约3微米、至少约5微米、至少约10微米、至少约30微米、至少约50微米、至少约100微米、至少约300微米、至少约500微米、至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约5mm、至少约1cm、至少约3cm、至少约5cm、至少约10cm、至少约30cm、至少约50cm、至少约100cm等。在某些情况中，平均厚度可以是小于100cm、小于50cm、小于30cm、小于10cm、小于5cm、小于3cm、小于1cm、小于5mm、小于2mm、小于3mm、小于1mm、小于500微米、小于300微米、小于100微米、小于50微米、小于30微米、小于10微米、小于5微米、小于3微米、小于1微米、小于0.5微米、小于0.3微米、或小于0.1微米。在某些实施例中，这些中任何的组合也是可能的。例如，平均厚度可以在0.1微米与5,000微米之间、10微米与2,000微米之间、50微米与1,000微米之间等。从基材的一边到另一边，厚度可以是均匀的或者不均匀的。而且，基材可以是刚性的(例如，如本文所论述)，或者在一些情况中可以是可变形的。

在一组实施例中，在复合材料内还存在粘合剂，该粘合剂例如可以用于将连续纤维和不连续纤维粘合，例如在复合材料内粘合。例如，粘合剂可以有利于使连续纤维和不连续纤维在复合材料内保持原位。但是，应当理解，粘合剂是任选的，并不是在所有的情况中都要求。在一些情况中，粘合剂可以包含树脂。粘合剂可以包括例如热固性材料、热塑性材料和/或玻璃高分子(vitrimer)。在某些实施例中，粘合剂可以包含热塑性溶液、热塑性熔体、热塑性粒料、热固性树脂、挥发性化合物，比如挥发性有机化合物、水、或油。粘合剂的另外的非限制性实例包括环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚乙烯亚胺、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、硅酮橡胶、聚偏二氟乙烯、苯乙烯丁二烯橡胶，或陶瓷前驱体单体、硅氧烷、硅氮烷或碳硅烷。在一些情况中，粘合剂可以包含从亚胺连接的寡聚物和包含反应性部分的独立交联剂制备的共价网络聚合物。反应性部分的非限制性实例包括环氧基、异氰酸酯、双马来酰亚胺、硫化物、聚氨酯、酸酐和/或聚酯。玻璃高分子的实例包括但不限于基于双酚A的二缩水甘油醚的环氧树脂、芳族聚酯、聚乳酸(聚交酯)、聚羟基氨基甲酸酯、含柠檬酸的环氧化大豆油、聚丁二烯等。在某些实施例中，粘合剂还可以包括包含这些材料和/或其他材料中的任何一种或多种的混合物。

在一些实施例中，粘合剂可以占该复合材料的质量的至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少7％、至少10％、至少15％、至少20％、或至少25％，和/或占该复合材料的质量不超过25％、不超过20％、不超过15％、不超过10％、不超过7％、不超过5％、不超过4％、不超过3％、不超过2％、或不超过1％。

复合材料可以用于多种多样的应用中。作为非限制性实例，复合材料可以用于广泛的应用，比如压力容器的增强、风力涡轮机的部件、用于顶托重载结构的垫片、运动设备(例如高尔夫球杆、网球拍、自行车架等)、建筑或构造材料、用于电子设备的层合物或封装物、电池部件、或者用于诸如汽车、飞机、海上交通工具或宇宙飞船的交通工具的面板。在一些情况中，复合材料可以可用于消除或减少材料内的应力集中或分层，使材料变硬，消除或减少表面磨损，消散电冲击，传输电信号，减弱或传输电磁波，消散热冲击，消除或减少热梯度，作为能量储存应用的部件，或者作为碳纤维或陶瓷基质的成分。

另一方面总体上涉及用于制造如本文描述的那些的复合材料的系统和方法。在一组实施例中，复合材料可从液体制备。液体可以例如是浆料、溶液、乳液等。液体可以含有诸如本文论述的不连续纤维，并且可以施加于基材。然后可以如上所论述将纤维对齐，并且然后可以将液体去除，以产生含纤维的基材。在对齐后，可以例如通过施加热量(例如以去除液体)和/或压力(例如以使纤维嵌入基材中)，以形成最终的复合材料。在一些情况中，复合材料可以例如用粘合剂进行定型或硬化，粘合剂可以用于使基材内的不连续剂(discontinuous agent)不动或固定。在各实施例中，复合材料可以相对刚或柔软。例如，在一组实施例中，可以将复合材料绕成连续的卷材。在一些情况中，可以使用液体，比如浆料。浆料可以包含不连续纤维及任选的磁性颗粒或其他成分，该不连续纤维、磁性颗粒、成分待施加到基材。

在一组实施例中，液体能够中和不连续纤维之间的静电相互作用，例如使用水性液体来中和。这可以例如用于使不连续纤维以相对高的纤维体积分散在液体内，而不发生团聚。在一些情况中，可以将表面活性剂和/或醇引入到浆料中，以减少纤维之间的静电相互作用。在某些情况中，高剪切混合和流动也可以帮助减少团聚/絮凝。

在一些实施例中，液相可以包含例如热塑性材料或热固性材料，例如热塑性溶液、热塑性熔体、热固性材料、挥发性有机化合物、水、或油。热固性材料的非限制性实例包括聚乙烯亚胺、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚偏二氟乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺、氰酸酯、聚酰亚胺等。弹性体的非限制性实例包括硅酮橡胶和苯乙烯丁二烯橡胶等。热塑性材料的非限制性实例包括环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚碳酸酯、聚酰胺(例如尼龙、PA-6、PA-12等)、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮等。陶瓷单体的非限制性实例包括硅氧烷、硅氮烷或碳硅烷等。在一些情况中，例如，可以添加这些材料中的一种或多种以有助于使不连续纤维均匀分散在液体内。挥发性有机化合物的实例包括但不限于异丙醇、丁醇、乙醇、丙酮、甲苯或二甲苯。

任何合适量的不连续纤维可以存在于浆料或其他液体中。例如，浆料的体积的至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、或至少80％可以是不连续纤维。在一些情况中，不超过85％、不超过80％、不超过75％、不超过70％、不超过65％、不超过60％、不超过55％、不超过50％、不超过45％、不超过40％、不超过35％、不超过30％、不超过25％、不超过20％、不超过15％、或不超过10％可以是不连续纤维。在一些情况中，这些中任何的组合也是可能的。例如，浆料或其他液体可以含有70％与80％之间、75％与85％之间、50％与90％之间等的不连续纤维。

在制备浆料或其他液体后，可以将其施加或暴露于基材。任何合适的方法都可以用于将浆料或其他液体施加于基材。作为非限制性实例，可将液体倾倒、涂覆、喷涂或漆涂到基材上，或者可以将基材部分地或完全地浸入液体内。液体可以用于润湿、涂覆和/或包围基材。

根据一组实施例，可以施加磁场以直接或间接操纵不连续纤维，如本文所论述。任何合适的磁场都可以施加。在一些情况中，磁场是恒定磁场。在其他情况中，磁场可以是随时间变化的；例如，磁场可以在幅值和/或方向上振荡或定期改变，例如以促进不连续剂的操纵。振荡可以是正弦振荡或另一重复波形(例如方波或锯齿波)。频率可以例如是至少0.1Hz、至少0.3Hz、至少0.5Hz、至少1Hz、至少3Hz、至少5Hz、至少10Hz、至少30Hz、至少50Hz、至少100Hz、至少300Hz、至少500Hz等，和/或不超过1000Hz、不超过500Hz、不超过300Hz、不超过100Hz、不超过50Hz、不超过30Hz、不超过10Hz、不超过5Hz、不超过3Hz等。例如，频率可以在1Hz至500Hz之间、10Hz与30Hz之间、50Hz与Hz之间等。另外，频率可以保持基本上恒定，或者在一些情况中，频率可以变化。

磁场，无论是恒定的还是振荡的，都可以具有任何合适的幅值。例如，幅值可以是至少0.001T、至少0.003T、至少0.005T、至少0.01T、至少0.03T、至少0.05T、至少0.1T、至少0.3T、至少0.5T、至少1T、至少3T、至少5T、至少10T等。在一些情况中，幅值可以不超过20T、不超过10T、不超过5T、不超过3T、不超过1T、不超过0.5T、不超过0.3T、不超过0.1T、不超过0.05T、不超过0.03T、不超过0.01T、不超过0.005T、不超过0.003T等。幅值还可以落在这些值的任何组合内。例如，幅值可以在0.01T至10T之间，1T与3T之间，0.5T与1T之间等。幅值可以基本上是恒定的，或者在某些实施例中可以变化，例如在这些值的任何范围内变化。

在一些实施例中，磁场方向(即，最大幅值的方向)关于平均方向可以改变+/-90°、+/-85°、+/-80°、+/-75°、+/-70°、+/-65°、+/-60°、+/-55°、+/-50°、+/-45°、+/-40°、+/-35°、+/-30°、+/-25°、+/-20°、+/-15°、+/-10°、+/-5°。

用于产生合适磁场的多种不同的设备可以商业上获得，并且包括永磁体或电磁体。在一些情况中，可以通过将磁体附接于旋转盘并使该盘以适当的速度或频率旋转，来产生振荡磁场。永磁体的非限制性实例包括铁磁体、铝镍钴磁体、稀土磁体等。

在一组实施例中，可以使用剪切流来对齐或操纵不连续纤维。例如，可以向基材施加剪切流体以使多个不连续剂中的至少一些对齐，例如在剪切流的方向上对齐。可以使用的剪切流体的实例包括水，或者另一液体，比如油、醇(比如乙醇)、有机溶剂(例如，异丙醇、丁醇、乙醇、丙酮、甲苯或二甲苯)等。在某些实施例中，剪切流体可以具有至少1cP的粘度。另外，在一些情况中，剪切流体可以是气体，比如空气。剪切流体的线性流速可以例如是至少10mm/min、至少20mm/min、至少30mm/min、至少50mm/min、至少100mm/min、至少200mm/min、至少300mm/min等。

例如，在一组实施例中，可将纤维添加到液体，包括醇、溶剂或树脂，以形成浆料。在一些情况中，例如其中浆料用作剪切流体，可以使浆料流动以使纤维对齐。但是，在其他情况中，可以首先将浆料施加到基材，然后使用剪切流体以使纤维对齐。

另外，在一些实施例，可以使用机械振动以操纵不连续纤维，例如作为磁性操纵的补充和/或替代。例如，可以使用机械振动使不连续纤维移动到基材中，例如移动到基材内的孔或洞中，和/或至少使不连续剂在基材内基本上对齐，例如如本文所论述的。在一组实施例中，可以施加机械振动以使不连续纤维移动至少1微米、至少2微米、至少3微米、至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少50微米、至少100微米、至少200微米、至少300微米、至少500微米、至少1,000微米、至少2,000微米、至少3,000微米、至少5,000微米、或至少10,000微米。

另外，在一些情况中，机械振动可以是随时间变化的；例如，机械振动可以在幅值和/或方向上定期改变，例如以促进不连续纤维的操纵。振荡可以是正弦振荡或另一重复波形(例如方波或锯齿波)。频率可以例如是至少0.1Hz、至少0.3Hz、至少0.5Hz、至少1Hz、至少3Hz、至少5Hz、至少10Hz、至少30Hz、至少50Hz、至少100Hz、至少300Hz、至少500Hz等，和/或不超过1000Hz、不超过500Hz、不超过300Hz、不超过100Hz、不超过50Hz、不超过30Hz、不超过10Hz、不超过5Hz、不超过3Hz等。例如，频率可以在1Hz至500Hz之间、10Hz与30Hz之间、50Hz与Hz之间等。另外，频率可以保持基本上恒定，或者在一些情况中，频率可以变化。如果与振荡磁场结合施加，则它们的频率可以独立地相同或不同。

在对齐期间和/或对齐后，在一些实施例中可以使基材内的不连续纤维定型或固定，例如以阻碍或限制不连续纤维随后发生移动，并且在一组实施例中形成相对硬的复合材料。用于形成复合材料的技术的非限制性实例包括但不限于将液体或浆料凝固、硬化、胶凝、熔化、加热、蒸发、冷冻、冻干或挤压。在另一组实施例中，可以使比如热固性聚合物的材料固化以使复合材料硬化。基材因此可以形成为固体、凝胶等的复合材料。

在一些情况中，液体可以包含相对挥发性的溶剂，该溶剂可以通过加热和/或蒸发(例如，通过等待合适的时间量，或者例如在通风橱或其他通风区域中使溶剂蒸发)来去除。挥发性溶剂的非限制性实例包括异丙醇、丁醇、乙醇、丙酮、甲苯或二甲苯。去除溶剂的方法的其他实例包括施加真空、冻干、机械震动等。

在一组实施例中，可对基材进行加热，例如以使液体干燥或去除一部分溶剂。例如，可将基材加热到至少约30℃、至少约35℃、至少约40℃、至少约45℃、至少约50℃、至少约55℃、至少约60℃、至少约65℃、至少约70℃、至少约75℃、至少约80℃、至少约90℃、至少约100℃、至少约125℃、至少约150℃、至少约175℃、至少约200℃、至少约250℃、至少约300℃、至少约350℃、至少约400℃、至少约450℃、至少约500℃等的温度。任何合适的加热方法都可以使用，例如热电传感器、欧姆加热器、珀尔帖(Peltier)装置、燃烧加热器等。在一些情况中，液体的粘度可因加热而降低。可以例如在施加磁场和/或机械振动之前、同时或之后进行加热。在一些情况中，可以使用加热来防止或引发热固性预聚物的交联或固化。

在一组实施例中，可以向基材施加压力，例如以使不连续纤维部分地或完全地嵌入基材中，例如以形成复合材料。在一些情况中，可以使用压力以还从基材去除一些液体。实例包括但不限于热压、压延、真空输注等。压力可以例如是至少15psi(表压)、至少30psi、至少45psi等(1psi＝6895Pa)。

在一组实施例中，还可以施加粘合剂，例如在复合材料硬化和/或至少一部分液体去除之前、期间和/或之后施加。在一些实施例中，粘合剂可以用于例如通过润湿干燥的层片(ply)材料来产生预浸渍的复合层片材料。在一些情况中，粘合剂可以是液体，并且可以在将粘合剂施加到复合材料后使其硬化。在一些情况中，粘合剂渗透到复合材料的至少一部分中。渗透技术的非限制性实例包括使用重力或毛细作用力、通过向粘合剂施加压力迫使其进入复合材料等。其他实例包括但不限于热压、压延或真空浸渍。但是，在一些情况中，使用粘合剂来涂覆基材的全部或仅仅一部分，例如不一定要求渗透。

在一些情况中，粘合剂可以包含树脂。粘合剂可以包含热固性材料或热塑性材料。在某些实施例中，粘合剂可以包含热塑性溶液、热塑性熔体、热塑性粒料、热塑性粉末、热塑性膜、热固性树脂、挥发性化合物比如挥发性有机化合物、水、或油。粘合剂的另外的非限制性实例包括环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚乙烯亚胺、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、硅酮橡胶、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃、苯乙烯丁二烯橡胶或陶瓷前驱体单体，比如硅氧烷、硅氮烷或碳硅烷。在某些实施例中，粘合剂还可以包括包含这些材料和/或其他材料中的任何一种或多种的混合物。

在一些实施例中，粘合剂可以占该复合材料的质量的至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少7％、至少10％、至少15％、至少20％、或至少25％，和/或占该复合材料的质量不超过25％、不超过20％、不超过15％、不超过10％、不超过7％、不超过5％、不超过4％、不超过3％、不超过2％、或不超过1％。

在渗透后，粘合剂可以硬化。在一些情况中，粘合剂可以自发硬化，例如在溶剂蒸发时硬化。在某些实施例中，可以例如通过使复合材料暴露于诸如上文描述的那些温度来施加热量以使粘合剂硬化。在一些实施例中，粘合剂在暴露于光或催化剂时可以硬化，例如以有利于或促进化学反应或聚合反应以使粘合剂聚合。例如，热固性聚合物在暴露于合适的温度时可以固化。在另外的实例中，可以使聚合物暴露于紫外光以使聚合发生。

在一些情况中，例如除了这些之外，复合材料还可以含有另外的层或材料。例如，基材可以是复合材料内的多个层中的一个。复合材料内的其他层可以包括聚合物、复合材料的材料、金属、木料、陶瓷等。例如，复合材料可以用另一复合材料层(compoiste layer)强化以形成复合材料结构。

如本文论述的那些的复合材料可以在各个方面用于许多应用。如本文所述的那些的复合材料可以在各个实施例中展现多种不同的特征。例如，诸如本文论述的那些的复合材料可以可用于减少或消除应力集中，减少或消除分层，提高平面强度和/或刚度，减少或消除表面磨损，消散电力(例如在电冲击中)，传输电信号，减弱电磁波，传输电磁波，消散热(例如在热冲击中)，减少或消除热梯度，储存能量，合成ex-PAN碳纤维，合成陶瓷基质复合材料(CMC)等。

例如，在一组实施例中，可以生产具有至少三个纤维取向轴线的复合材料层片(composite ply)。该纤维结构可以使复合材料层片将应力分配于随后的层片及邻近的部件之间，其可以减少或消除应力集中。这可以显著改善层合的复合材料结构在动态负荷下的强度，例如当层合的复合材料结构形成有小的特征或者与具有极其不同的刚度的材料(例如金属合金或塑料)搭配时。

另一组实施例总体上涉及层间区域在贯穿平面方向上(through-plane)得到加强的复合材料层片。这种纤维加强使得复合材料层片有效地将应力分配于相邻的层之间，以阻止裂纹的形成并且防止裂纹在层间区域传播。层间区域的定向加强能显著改善层合的复合材料结构在冲击和周期性负荷下的强度。该构想在层合的复合材料结构用长片的复合材料层片形成时可以是有用的，例如在层片之间的层间区域中单个裂纹可能潜在地削弱整体结构的结构完整性的情况下。

又另一组实施例总体上涉及在贯穿平面方向上得到加强的复合材料层片，例如在贯穿平面方向上单向的织物。这种纤维加强可以加强在贯穿平面方向上的目标负荷(例如点负荷和高压负荷)。这种在贯穿平面方向上的定向加强能显著改善层合的复合材料结构在预期的贯穿平面方向上的机械负荷下的强度和刚度。这可以可用于有效地操作具有贯穿平面方向上的加强的复合材料层片，该复合材料层片在未固化状态下操作期间可能容易变形，同时形成层合的复合材料结构的外壳。

还另一组实施例总体上涉及具有在贯穿平面方向上取向的碳纤维的复合材料层片。在一些情况中，该在贯穿平面方向上的加强能显著改善聚合物基质对来自机械磨损(例如磨耗)和/或化学腐蚀(例如氧化)的损坏的抵抗力。该构想可以可用于例如形成保护结构免于机械和化学磨损的表面。

在一组实施例中，提供导电率在贯穿平面方向上得到增强的复合材料层片。这能够显著改善对由电能快速放电(例如闪电)时电荷积聚引起的局部发热所导致的损害的抵抗力。该构想特别可用于形成保护结构免于放电造成的损害的表面。在另一组实施例中，提供具有增强的接近各向同性的电导率的复合材料层片。这可以有效地传导电信号。在又另一组实施例中，提供具有增强的各向同性电导率的复合材料层片。这种材料可以有效地减弱入射电磁波。在还另一组实施例中，提供射频干扰低并且在贯穿平面方向上的热导率增强的复合材料层片，以有效地传输电磁波而不会过热。

另一组实施例总体上涉及在贯穿平面方向上的热导率增强的复合材料层片，用于加热下足够的结构完整性。在一些实施例中，这可以可用于提高在快速温度波动下的结构完整性。还另一组实施例总体上涉及具有在贯穿平面方向上的热导率和低的电导率的复合材料层片。该构想可以可用于有效地移动和分配热通量，例如在电子器件中。

又另一组实施例总体上涉及具有在贯穿平面方向上的电导率的碳基复合材料层片。这可以可用于从电解液吸附离子物种并有效地分配电荷。

一组实施例总体上涉及具有在贯穿平面方向上的碳纤维催化剂的复合材料层片。在适当温度下，PAN(聚丙烯腈)基质可以被氧化和碳化以形成碳基质。另一组实施例总体上涉及具有在贯穿平面方向上的碳纤维或碳化硅催化剂的复合材料层片。在适当温度下，该聚合物基质可以被氧化以形成陶瓷基质。

以下文献通过援引并入本文：国际专利申请系列号PCT/US2018/021975，2018年3月12日提交，名称为“Fiber-Reinforced Composites,Methods Therefor,And ArticlesComprising The Same(纤维增强的复合材料、其方法及包含其的制品)”，以国际专利申请公开号WO 2018/175134公布；美国专利申请系列号62/777,438，2018年12月10日提交，名称为“Systems and Methods for Carbon Fiber Alignment and Fiber-ReinforcedComposites(用于碳纤维对齐和纤维增强复合材料的系统和方法)”；美国专利申请系列号62/872,686，2019年7月10日提交，名称为“Systems and Methods for Short-Fiber Filmsand Other Composites(用于短纤维膜和其他复合材料的系统和方法)”；以及美国专利申请系列号62/938,265，2019年11月20日提交，名称为“Methods and Systems for FormingComposites Comprising Thermosets(用于形成包含热固性材料的复合材料的方法和系统)”。另外，与本申请同日提交的、名称为“Systems and Methods for Forming Short-Fiber Films,Composites Comprising Thermosets,and Other Composites(用于形成短纤维膜、包含热固性材料的复合材料及其他复合材料的系统和方法)”的美国专利申请也通过援引以其全文并入本文。

以下实例旨在说明本披露的某些实施例，但未举例说明本披露的全部范围。

实例1

图1显示了其中几乎所有的纤维都基本上横向对齐的碳纤维复合材料的断裂截面。图2显示了其中纤维部分地横向对齐的碳纤维复合材料的断裂截面。

在这些实验中，将磁响应性磨碎碳纤维(150微米标称长度，8微米标称直径)分散于水中。水含有表面活性剂的组合(在水中<1wt％)。将水性分散体浇注于热塑性膜上，并经受垂直磁场(>0.5T)。两分钟内，将材料从磁场移出，并将水蒸发。在材料完全干燥后，将材料用热熔环氧树脂浸渍。使完全浸渍的材料在100psi(690kPa)压力和250°F(120℃)温度下固化。将所得的固化复合材料截面，并通过扫描电子显微镜进行分析。该截面分析的图像在图1中显示。图2类似，但示出的是不施加磁场的实施例。

实例2

本实例示出了根据实例1制备的材料与对照实验的比较。具体地，对三种情况进行了有限元分析：1)单块钢，2)具有横向碳纤维复合材料(以“ZRT”显示)芯和钢表皮的夹心材料(即A/B/A结构)，和3)纯环氧聚合物芯加钢表皮(即A/B/A结构)。所有构造均具有相同的厚度。这些情况的尺寸在图3中示出。

发现具有横向碳纤维复合材料层的材料的横向刚度比具有环氧层的材料高，如图3中示出。这证明了具有较高横向刚度的芯材料导致复合材料的总体相对弯曲刚度较高。在本实例中，提高将近40％。图4显示了将横向碳纤维芯与金属表皮相结合是一种减少各种部件的重量和成本的有效方法。

实例3

本非限制性实例中描述的一个实施例包含0.3mm 7000系列铝合金表皮、0.78mm Z轴碳纤维/热塑性复合材料芯和0.3mm 7000系列铝合金表皮。铝表皮“夹住”芯。

该材料可用于冲压工艺，其中通过施加红外能量、对芯通电进行欧姆加热、对流加热等使芯材料软化。在芯温热而不再脆后，它可以例如进行冲压成形和/或冲切成部件。所得的部件可用于多种应用，比如电动车电池组托盘或盖板、用于车辆的框架或闭合面板、机舱内饰或座椅部件、或电子设备的外壳、或诸如本文所述那些的其他应用。

实例4

本实例示出了包含钛合金表皮、Z轴碳纤维/热塑性复合材料芯和另一钛合金表皮的复合材料。表皮“夹住”芯。

该材料可用于冲压工艺，其中通过施加红外能量、对芯通电进行欧姆加热、对流加热等使芯材料软化。在芯温热而不再脆后，它可以例如进行冲压成形和/或冲切成部件。所得的部件可用于多种应用，比如高尔夫球杆、承重结构或飞机外壳、或电子设备的外壳、或诸如本文所述那些的其他应用。

尽管本文已经描述和示出了本披露的若干实施例，但本领域普通技术人员将容易地设想到用于执行本文描述的功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或多个优点的多种其他手段和/或结构，并且此类变型和/或修改各自都被认为在本披露的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和构造旨在是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于本披露的传授内容要用于的一个或多个特定的应用。本领域技术人员将认知到、或不使用过度常规实验就能够确定本文描述的本披露的特定实施例的许多等效实例。因此，应当理解的是，前述实施例仅作为实例呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，本披露可以以不同于所具体描述和要求保护的方式来实践。本披露涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法。此外，两个或更多个此类特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本披露的范围内，如果此类特征、系统、制品、材料、套件和/或方法不相互不一致的话。

在本说明书和通过援引并入的文献包括冲突和/或不一致的披露的情况下，应以本说明书为准。如果通过援引并入的两个或更多个文献包含相互冲突和/或不一致的披露，则以具有较晚有效日期的文献为准。

如本文所定义和使用的所有定义应理解为优先于字典定义、通过援引并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义。

如本文在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一个/种(a/an)”应理解为意指“至少一个/种”，除非明确指出与此相反。

如本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为意指被如此结合的要素中的“任一个或两个”，即，在某些情况下相伴存在而在其他情况下分开存在的要素。用“和/或”列出的多个要素应该以相同的方式解释，即“一个或多个”被这样结合的要素。除了由“和/或”子句具体指出的要素之外，可以任选地存在其他要素，无论是否与那些具体指出的要素相关或不相关。因此，作为非限制性实例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的提及在一个实施例中可以仅指A(任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施例中可以仅指B(任选地包括除A之外的要素)；在又另一个实施例中可以指A和B两者(任选地包括其他要素)；等。

如本说明书和权利要求书中所用，“或”应当理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项时，“或”或“和/或”应被理解为包含性的，即包含至少一个，但也包括多个要素或要素列表中的多于一个，以及任选的其他未列出的项。只有明确相反的术语诸如“仅一个”或“恰好一个”或者当在权利要求中使用时，“由...组成”将指包含多个要素或要素列表中的恰好一个要素。一般来讲，如本文所用的术语“或”仅应被理解为表示前面带有排他性术语诸如“任一个”、“一个”、“仅一个”或“恰好一个”的排他性替代物(例如“一个或两个中的另一个”)。

如本说明书和权利要求书中所用，关于一个或多个要素的列表，短语“至少一个”应理解为表示选自要素列表中任一个或多个要素的至少一个要素，但不一定包括要素列表中具体列出的每一个要素中的至少一个，并且不排除要素列表中要素的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个”所指的要素列表内具体标识的要素之外，可任选地存在要素，无论是与具体标识的那些要素相关还是无关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一者”(或等效地“A或B中的至少一者”，或等效地“A和/或B中的至少一者”)可以在一个实施例中指至少一个A，任选地包括多于一个A，而不存在B(并且任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施例中指至少一个B，任选地包括多于一个B，而不存在A(并且任选地包括除A之外的要素)；在又一个实施例中指至少一个A，任选地包括多于一个A，以及至少一个B，任选地包括多于一个B(并且任选地包括其他要素)；等。

当在本文中关于数字使用词语“约”时，应理解本披露的还另一实施例包括未因词语“约”的存在而被修饰的数字。

还应当理解，除非有相反的明确说明，否则在本文要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于列举该方法的步骤或动作时的顺序。

在权利要求中以及在上述说明书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由……构成”等应被理解为是开放式的，即，意指包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册(United States Patent Office Manual of PatentExamining Procedures)第2111.03节所述，只有连接词“由……组成”和“基本上由……组成”应分别为封闭或半封闭连接词。

Claims (93)

1.一种制品，该制品包括：

复合材料，该复合材料包含第一基本上金属的层和第二基本上金属的层以及置于该第一层与第二层之间的芯层，其中该芯层包含多个不连续纤维，该多个不连续纤维在该复合材料内基本上横向对齐5vol％与91vol％之间的纤维体积分数。

2.如权利要求1所述的制品，其中，该第一层包含钢。

3.如权利要求1或2中任一项所述的制品，其中，该第一层包含铝。

4.如权利要求1-3中任一项所述的制品，其中，该第一层包含铁。

5.如权利要求1-4中任一项所述的制品，其中，该第一层包含钛。

6.如权利要求1-5中任一项所述的制品，其中，该第一层包含钢的合金。

7.如权利要求1-6中任一项所述的制品，其中，该第一层包含铝的合金。

8.如权利要求1-7中任一项所述的制品，其中，该第一层包含铁的合金。

9.如权利要求1-8中任一项所述的制品，其中，该第一层包含钛的合金。

10.如权利要求1-9中任一项所述的制品，其中，该第一层包含至少80wt％的钢。

11.如权利要求1-10中任一项所述的制品，其中，该第一层包含至少80wt％的铝。

12.如权利要求1-11中任一项所述的制品，其中，该第一层包含至少80wt％的铁。

13.如权利要求1-12中任一项所述的制品，其中，该第一层包含至少80wt％的钛。

14.如权利要求1-13中任一项所述的制品，其中，该第一层和该第二层具有基本上相同的组成。

15.如权利要求1-14中任一项所述的制品，其中，该第一层和该第二层具有不同的组成。

16.如权利要求1-15中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维相对于该第一基本上金属的层基本上正交地对齐。

17.如权利要求1-16中任一项所述的制品，其中，该复合材料进一步包含第三基本上金属的层以及置于该第二层与第三层之间的第二芯层。

18.如权利要求17所述的制品，其中，该第二芯层包含多个不连续纤维，该多个不连续纤维在该第二芯层内基本上横向对齐至少30vol％的纤维体积分数。

19.如权利要求1-18中任一项所述的制品，其中，该纤维体积分数是至少40vol％。

20.如权利要求1-19中任一项所述的制品，其中，该纤维体积分数是至少50vol％。

21.如权利要求1-20中任一项所述的制品，其中，该纤维体积分数是至少60vol％。

22.如权利要求1-21中任一项所述的制品，其中，该纤维体积分数是至少70vol％。

23.如权利要求1-22中任一项所述的制品，其中，该纤维体积分数不超过85vol％。

24.如权利要求1-23中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维包含碳纤维。

25.如权利要求1-24中任一项所述的制品，其中，该碳纤维具有大于94％的碳含量和至少200GPa的模量。

26.如权利要求1-25中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维包含聚合物。

27.如权利要求1-26中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维包含玄武岩、碳化硅、芳族聚酰胺、氧化锆、尼龙、硼、氧化铝、二氧化硅、硼硅酸盐、莫来石和/或棉中的一种或多种。

28.如权利要求1-27中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维包含天然纤维。

29.如权利要求1-28中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维具有小于15mm的平均长度。

30.如权利要求1-29中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维具有至少20微米的平均长度。

31.如权利要求1-30中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维具有至少5nm的平均长度。

32.如权利要求1-31中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维具有的长度与直径的平均长径比至少是5。

33.如权利要求1-32中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维涂覆有涂层。

34.如权利要求33所述的制品，其中，该涂层包含表面活性剂、硅烷偶联剂、环氧树脂、甘油、聚氨酯和/或有机金属偶联剂。

35.如权利要求1-34中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维涂覆有胶料。

36.如权利要求1-35中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维具有响应于磁场的各向异性抗磁性响应。

37.如权利要求1-36中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维展现对10T的磁场强度的物理响应。

38.如权利要求1-37中任一项所述的制品，其中，该多个不连续纤维中的至少50vol％是对齐的。

39.如权利要求1-38中任一项所述的制品，其中，该多个不连续纤维中的至少一些具有吸附于其上的多个磁性颗粒。

40.如权利要求1-39中任一项所述的制品，其中，该多个不连续纤维不含磁性颗粒。

41.如权利要求1-40中任一项所述的制品，其中，该复合材料基本上不含顺磁性材料或铁磁性材料。

42.如权利要求1-41中任一项所述的制品，其中，该不连续纤维占该复合材料的体积的至少20％。

43.如权利要求1-42中任一项所述的制品，其中，该复合材料具有小于10cm的最大截面厚度。

44.如权利要求1-43中任一项所述的制品，其中，该复合材料具有小于1cm的最大截面厚度。

45.如权利要求1-44中任一项所述的制品，其中，该复合材料被绕成卷材。

46.如权利要求1-45中任一项所述的制品，其中，该复合材料进一步包含将该第一层和第二层与该多个不连续纤维粘合在一起的粘合剂。

47.如权利要求46所述的制品，其中，该粘合剂包含热固性聚合物。

48.如权利要求46或47中任一项所述的制品，其中，该粘合剂包含热塑性聚合物。

49.如权利要求46-48中任一项所述的制品，其中，该粘合剂包含玻璃高分子。

50.如权利要求46-49中任一项所述的制品，其中，该粘合剂包含以下中的一种或多种：环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚乙烯亚胺、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、硅酮橡胶、聚偏二氟乙烯、和/或苯乙烯丁二烯橡胶。

51.如权利要求46-50中任一项所述的制品，其中，该粘合剂包含从亚胺连接的寡聚物和包含反应性部分的独立交联剂制备的共价网络聚合物。

52.如权利要求51所述的制品，其中，该反应性部分包含环氧基、异氰酸酯、双马来酰亚胺、硫化物、聚氨酯、酸酐和/或聚酯中的一种或多种。

53.如权利要求46-52中任一项所述的制品，其中，该粘合剂包含陶瓷前驱体单体、硅氧烷、硅氮烷、碳硅烷中的一种或多种。

54.如权利要求1-53中任一项所述的制品，其中，该复合材料具有至少900N/mm的弯曲刚度。

55.如权利要求1-54中任一项所述的制品，其中，该复合材料具有至少600GPa的模量。

56.一种制品，该制品包括：

复合材料，该复合材料包含第一层和第二层以及置于该第一层与第二层之间的芯层，其中该芯层包含多个不连续纤维，该多个不连续纤维在该复合材料内基本上横向对齐5vol％与91vol％之间的纤维体积分数。

57.如权利要求56所述的制品，其中，该第一层是基本上金属的。

58.如权利要求57所述的制品，其中，该第二层是基本上金属的。

59.如权利要求56-58中任一项所述的制品，其中，该第一层是基本上陶瓷的。

60.如权利要求59所述的制品，其中，该第二层是基本上陶瓷的。

61.如权利要求56-60中任一项所述的制品，其中，该第一层是基本上聚合物的。

62.如权利要求61所述的制品，其中，该第二层是基本上聚合物的。

63.如权利要求56-62中任一项所述的制品，其中，该第一层是基本上木料的。

64.如权利要求63所述的制品，其中，该第二层是基本上木料的。

65.如权利要求56-64中任一项所述的制品，其中，该第一层包含以下中的一种或多种：环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚乙烯亚胺、聚醚酮酮、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、硅酮橡胶、聚偏二氟乙烯、和/或苯乙烯丁二烯橡胶。

66.如权利要求56-65中任一项所述的制品，其中，该第一层包含从亚胺连接的寡聚物和包含反应性部分的独立交联剂制备的共价网络聚合物。

67.如权利要求66所述的制品，其中，该反应性部分包含环氧基、异氰酸酯、双马来酰亚胺、硫化物、聚氨酯、酸酐和/或聚酯中的一种或多种。

68.如权利要求56-67中任一项所述的制品，其中，该第一层包含陶瓷前驱体单体、硅氧烷、硅氮烷、碳硅烷中的一种或多种。

69.如权利要求56-68中任一项所述的制品，其中，该第一层和该第二层具有基本上相同的组成。

70.如权利要求56-69中任一项所述的制品，其中，该第一层和该第二层具有不同的组成。

71.如权利要求56-70中任一项所述的制品，其中，该复合材料进一步包含第三层及置于该第二层与第三层之间的第二芯层。

72.如权利要求71所述的制品，其中，该第二芯层包含多个不连续纤维，该多个不连续纤维在该第二芯层内基本上横向对齐至少30vol％的纤维体积分数。

73.一种制品，该制品包括：

复合材料，该复合材料包含层和相对于该层基本上横向对齐的多个不连续纤维，其中该多个不连续纤维以5vol％与91vol％之间的纤维体积分数存在于该复合材料内。

74.一种方法，该方法包括：

将液体施加于第一层——其中该液体包含多个不连续纤维——以通过剪切流使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；

向该液体施加磁场以使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；

向该多个不连续纤维施加第二层；以及

向该第一层和第二层施加热量和/或压力以形成复合材料。

75.如权利要求74所述的方法，其中，该液体包含水。

76.如权利要求74或75中任一项所述的方法，其中，该液体包含浆料。

77.如权利要求74-76中任一项所述的方法，其中，该液体是溶液。

78.如权利要求74-77中任一项所述的方法，其中，该液体是乳液。

79.如权利要求74-78中任一项所述的方法，其中，该液体包含聚合物。

80.如权利要求74-79中任一项所述的方法，其中，该液体包含表面活性剂。

81.如权利要求74-80中任一项所述的方法，其中，该液体包含粘合剂。

82.如权利要求74-81中任一项所述的方法，其中，该液体包含胶料。

83.如权利要求74-82中任一项所述的方法，其中，该基材包含热塑性材料。

84.如权利要求74-83中任一项所述的方法，其中，该不连续剂包含碳纤维。

85.如权利要求74-84中任一项所述的方法，该方法进一步包括中和该多个不连续剂之间的静电相互作用。

86.如权利要求74-85中任一项所述的方法，该方法包括向该液体施加磁场以使该多个不连续纤维中的至少一些基本上横向对齐。

87.如权利要求74-86中任一项所述的方法，其中，该磁场具有至少0.01T的最小场强度。

88.如权利要求74-87中任一项所述的方法，其中，该磁场具有不超过10T的最大场强度。

89.如权利要求74-88中任一项所述的方法，其中，去除该液体包括加热该液体以去除该液体中的至少一些。

90.如权利要求74-89中任一项所述的方法，该方法进一步包括向该基材施加压力。

91.如权利要求90所述的方法，其中，向该基材施加压力使该多个不连续剂中的至少一些嵌入该基材中。

92.一种方法，该方法包括：

将液体施加于层——其中该液体包含多个不连续纤维——以通过剪切流使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；

向该液体施加磁场以使该多个不连续纤维中的至少一些对齐；以及

向该层和该不连续纤维施加热量和/或压力以形成复合材料。

93.如权利要求92所述的方法，该方法包括向该液体施加磁场以使该多个不连续纤维中的至少一些基本上横向对齐。

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