CN116547135A - 高强度低放热复合材料 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施例涉及具有高抗弯刚度和低放热特性的复合结构及其制造方法。

Description

高强度低放热复合材料

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年10月6日提交的美国专利申请号17/064,201的优先权，该申请是2019年11月19日提交的国际专利申请号PCT/US0219/062138的部分继续申请，该PCT/US0219/062138申请要求2018年11月19日提交的美国临时专利申请号62/769,446的优先权，每个申请的公开内容均通过引用全文并入本文。

背景技术

与传统制造方法相比，复合材料部件可显著减轻重量、提高燃油效率并减少碳排放。复合材料可以包括嵌入树脂中的碳纤维或玻璃纤维。目前，复合材料部件通常通过传统模制工艺制造，包括树脂传递模制(RTM)、板模制等。复合材料部件也可由预浸渍纤维(“预浸料”)制成，并且可需要烘箱或高压釜来固化预浸料。传统上，由于多种原因，与金属部件相比，纤维增强复合材料部件在成本上没有竞争力。首先，高压RTM可能需要相对昂贵的设备和高压以使聚合物树脂流动来浸渍纤维并减少表面缺陷(例如，针孔或不希望的多孔性)。由于表面缺陷，RTM零件的产率相对较低。

复合材料零件根据其中的材料表现出不同的放热值。可以通过燃烧复合材料部件并监测部件燃烧时产生的热量来确定放热。通常，当需要具有相对低放热的复合材料部件时，使用酚醛树脂用于复合材料部件中。

制造商继续寻找材料、工具和生产技术来形成复合材料部件。

发明内容

本文公开的实施例涉及具有高抗弯刚度和低放热特性的复合结构。在一个实施例中，公开了一种复合夹层结构。复合夹层结构包括含有高温热塑性聚合物的热塑性层。复合夹层结构包括设置在热塑性层上的第一热固性层。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。复合夹层结构包括设置在芯上的与第一热固性层基本相对的第二热固性层。复合夹层结构的放热低于60kW*min/m²。

在一个实施例中，公开了一种复合夹层结构。复合夹层结构包括含有高温热塑性聚合物的热塑性层。复合夹层结构包括设置在热塑性层上的第一热固性层。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。复合夹层结构包括设置在芯上的与第一热固性层基本相对的第二热固性层。复合夹层结构包括含有高温热塑性聚合物的额外的热塑性层。复合夹层结构的放热低于60kW*min/m²。

在一个实施例中，公开了一种复合夹层结构。复合夹层结构包括含有高温热塑性聚合物的热塑性层。复合夹层结构包括设置在热塑性层上的额外的热塑性层，该额外的热塑性层包括高温热塑性聚合物。复合夹层结构包括设置在额外的热塑性层上的第一热固性层。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。复合夹层结构包括设置在芯上的与第一热固性层基本相对的第二热固性层。复合夹层结构的放热低于60kW*min/m²。

在一个实施例中，公开了一种制造复合材料的方法。该方法包括形成叠层。叠层包括至少一个含有高温热塑性聚合物的热塑性层，该至少一个热塑性层是叠层的最外层。叠层包括第一热固性层。叠层包括第二热固性层。叠层包括设置在第一热固性层和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压制叠层。该方法包括在模具中固化叠层以形成放热低于60kW*min/m²的复合夹层。

在一个实施例中，公开了一种整体式复合材料。该整体式复合材料包括至少一个热塑性层，该至少一个热塑性层中具有多个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的放热。

在一个实施例中，公开了一种制造整体式复合材料的方法。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中具有高温热塑性树脂和多个纤维。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放热低于60kW*min/m²的整体式复合材料。

在一个实施例中，公开了一种复合结构。该复合结构包括具有第一多个纤维和第一热固性树脂的第一热固性层。该复合结构包括设置在第一热固性层下方的第二热固性层，第二热固性层具有第二多个纤维和第二热固性树脂。该复合结构包括与第一热固性层结合的金属层。

在一个实施例中，公开了一种制造复合结构的方法。该方法包括在模具中设置叠层，该叠层包括：具有第一多个纤维的第一热固性层；设置在第一热固性层下方的第二热固性层，该第二热固性层具有第二多个纤维；和设置在第一热固性层上的金属层，其中金属层是叠层的最外层。该方法包括以约10巴或更小的压力在模具中压制叠层。该方法包括至少部分地固化叠层以形成复合层压结构。

在一个实施例中，公开了一种复合结构。该复合结构包括具有第一多个纤维和第一热固性树脂的第一热固性层。该复合结构包括设置在第一热固性层下方的第二热固性层，第二热固性层具有第二多个纤维和第二热固性树脂。复合结构还包括设置在第一热固性层和第二热固性层之间的芯，其中芯包括结合在一起的多个单元。该复合结构包括与第一热固性层结合的金属层。

任意的公开的实施例中的特征可以不受限制地相互组合使用。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普通技术人员将是显而易见的。

附图说明

附图示出了本发明的若干实施例，其中，在附图中所示的不同视图或实施例中，相同的附图标记指代相同或相似的元件或特征。

图1是根据一个实施例的复合夹层的等距视图。

图2是根据一个实施例的复合夹层的侧剖视图。

图3是根据一个实施例的复合夹层的侧剖视图。

图4是根据一个实施例的复合夹层的侧剖视图。

图5是根据一个实施例的整体式复合材料的侧剖视图。

图6是根据一个实施例的椅背的等距视图。

图7是根据一个实施例的面板的前视图。

图8是根据一个实施例的制造复合材料的方法的流程图。

图9是根据一个实施例的制造整体式复合材料的方法的流程图。

图10是根据一个实施例的复合结构的侧剖视图。

图11是根据一个实施例的复合结构的侧剖视图。

图12是根据一个实施例的具有位于其中的叠层的模具的侧剖视图。

图13是根据一个实施例的模制复合结构的等距视图。

图14是根据一个实施例的制造复合结构的方法的流程图。

具体实施方式

本文公开的实施例涉及复合结构，该复合结构包含与热固性层结合的热塑性层。更具体地，实施例涉及聚合物树脂组成和特性的组合、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，正面)表面处或其附近时，本文公开的热塑性树脂和具有该热塑性树脂的层提供优异的放热特性。复合结构可以包括复合夹层、复合层压板、整体式复合材料等。

传统的复合层压板，例如环氧树脂基体中的碳纤维，具有相对较高的可燃性和放热性。通常，当需要具有相对低放热的复合材料部件时，使用酚醛树脂用于复合材料部件中，因为它是惰性的。这一直是获得低放热的传统选择材料。然而，酚醛树脂的机械性能相对较差。至少具有本文公开的热塑性层的复合结构提供更好的机械性能而不牺牲放热性能。

基于热固性树脂的复合层压层通常不能形成美观的表面。例如，热固性树脂层可能存在表面缺陷(例如针孔缺陷)、颜色均匀性差或其他缺陷。因此，通常对具有热固性层的复合材料进行涂漆或将贴纸(例如乙烯基)施加到表面以提供选定的外观。然而，这样的油漆或贴纸会划伤或剥落热固性层。

热塑性塑料往往更容易提供选定的表面光洁度，并且当其中包含着色剂时还允许良好的颜色饱和度和均匀性。然而，热塑性塑料通常不会与热固性塑料直接结合。例如，本文公开的热固性塑料可包括不易与热塑性塑料如聚酰胺、聚乙烯(例如，LDPE或HDPE)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸(PMMA)等结合的组分，如环氧树脂。对于结构组分，不希望在其中包含热塑性塑料，因为热塑性塑料的机械强度(例如，刚性、弹性模量等)相对较低。此外，大多数热塑性塑料的相对低的熔点可能使热塑性塑料不适合某些应用。然而，本文公开的热固性树脂包括含有聚氨酯的混合物，其容易与热塑性塑料结合，使得含有与本文公开的热塑性层绑定的热固性层的复合层压(例如夹层或整体式)结构重量轻、强度高并且能够具有以一种或多种颜色和纹理定制的表面光洁度。

热塑性层和热固性层的组合可用于复合夹层结构(例如，复合层压板)。本文公开的复合夹层包括一个或多个热塑性层。这种热塑性层包括高温热塑性聚合物。在一些实施例中，至少一个热塑性层可以设置在芯上方，例如设置得比芯更靠近复合夹层结构的最外表面。在一些实施例中，复合夹层结构可包括至少一个热固性层，该至少一个热固性层设置在热塑性层下方，例如在芯的一侧或两侧。在一些实施例中，复合夹层结构可以包括设置在复合夹层的最内表面附近(例如，基本上与最外表面相对)的额外的热塑性层。下面公开各种实施例。

图1是根据一个实施例的复合夹层100的等距视图。复合夹层100可包括至少一个热塑性层110、芯120和至少一个热固性层130和/或140。至少一个热塑性层110可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。在一个或多个实施例中，复合夹层100的层还可以包括额外的层(例如，额外的热塑性层、额外的芯、额外的热固性层、铝层、油漆等)或者可以省略任何描述的层。

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，例如复合层压结构的最外表面。因此，热塑性层110可为复合层压结构的外表面提供选定的外观，例如颜色或纹理。热塑性层110可以包括含有一种或多种热塑性组分的热塑性树脂。例如，热塑性层110可以包括以下中的一种或多种：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/聚对苯二甲酸丁二醇酯(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℃的上述任何一种的衍生物。热塑性塑料可以以液体或固体形式提供。例如，在被加热到熔点之前，热塑性塑料可以是粉末、晶体、颗粒、珠粒、珍珠、片材、棒材、预浸渍纤维层(例如，预浸料)等。在一些实施例中，热塑性塑料可以以液体形式提供，例如高于热塑性塑料的熔点或在聚合物溶液或树脂中。

热塑性层110可包括多个纤维，其保持或承载本文公开的任何热塑性塑料或其组合。在一些实施例中，多个纤维可以嵌入聚合物基质(例如，热塑性树脂)中。多个纤维可包括纤维板、纤维毡、纤维织物、纤维编织物、多层纤维板、连续纤维、有序纤维、不连续纤维等。在一些实施例中，定向或有序的连续纤维可以比不连续纤维具有更高的性能，并且在外观上可比不连续纤维(例如机织纤维)更具吸引力，但成本更高。包括定向连续纤维的热塑性层可能不会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回收的玻璃纤维、聚合物纤维或碳纤维。例如，可以使用来自树脂传递模制(RTM)或其他来源的废料回收碳纤维。例如，可以将碳纤维从干燥的NCF废料切割成35mm的纤维，然后形成面密度至少约为200g/m²的随机取向的纤维板。

纤维可包括碳纤维、玻璃纤维或塑料纤维，例如聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)等。在一些实施例中，玻璃纤维可以提供比碳纤维更经济的用于形成热塑性层的选择。此外，玻璃纤维在加热和压制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/固化过程中，复合层压结构中的塑料纤维比玻璃纤维拉伸和弯曲的程度要大得多。

在一些实施例中，多个纤维可包括玻璃织物、聚合物织物或碳纤维织物。织物可以是非卷曲织物(NCF)或机织织物。在一些实施例中，NCF可以具有双轴配置(例如，以相对0°和90°的角度设置的纤维)。双轴NCF具有双向强度和刚度以及柔性强度和刚度。NCF可以在高载荷区域提供比单独的热塑性塑料更大的拉拔载荷或拉伸强度。NCF还可以减少复合芯的透印。纤维织物可在其中具有一层或多层纤维。

在一些实施例中，热塑性层110中的多个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。在一些实施例中，热塑性层110(或其他选定的层)中的多个纤维可包括额外的纤维层(例如，质量或重量为约300g/m²的NCF)以进一步加强复合材料。额外的纤维层可以与第一层分开或者可以嵌入与第一层纤维相同的聚合物基体中。

多个纤维可占热塑性层110的至少10wt％，例如热塑性层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％。热塑性塑料(树脂)可占热塑性层110的至少10wt％，例如热塑性层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％。在一些实施例中，可能希望在热塑性层110中使用小于33wt％的热塑性塑料，其中其余部分包括纤维，例如玻璃纤维。在这样的实施例中，在外层中包含小于33wt％的热塑性树脂的复合夹层结构的放热可以非常低(例如，低于30kW*Min./m²)。

在一些实施例中，热塑性层110还可以包括一种或多种额外的材料，例如硬化剂、填充剂、着色剂等。例如，热塑性层110的聚合物树脂(例如，热塑性树脂)可包括着色剂(例如，颜料)以为热塑性层110提供选定的颜色。在一些实施例中，热塑性层110可以仅包含热塑性材料，例如热塑性树脂。

热塑性层可具有大于约0.01mm的厚度，例如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。在一些实施例中，热塑性层110在整个层中可以不具有均匀的厚度。

在一些实施例中，热塑性层110可以提供为预模制体。例如，PEI或具有相对高的熔点并且可以在与一个或多个热固性层130或140接合之前被固化以形成中间或最终形状。在这样的实施例中，一个或多个(预模制的)热塑性层110或一个或多个热固性层130或140(下面讨论)可以更容易地填充模具的角。

热塑性层110可以设置在热固性层130上。热塑性层110可以与热固性层130绑定。例如，热固性层130的聚合物树脂中的组分(例如聚氨酯)可以与热塑性层110的热塑性塑料(例如，PEI树脂)结合。在一些实施例中，热塑性层110可以在结合之前被磨损，以提供用于与尚未固化的热固性层130结合的粗糙表面。在一些实施例中，可以选择性地形成表面112以提供期望的外观，例如光滑外观、粗糙外观、皮革外观或任何其他有纹理的外观。

热固性层(例如，含热固性树脂层)130可以包括设置在多个纤维上的热固性树脂。热固性层130可以包括一种或多种具有相对低的粘度的热固性塑料和一种或多种具有相对高的粘度的热固性塑料的聚合物树脂混合物。例如，热固性层130可以包括包含聚氨酯和环氧树脂的聚合物(例如，热固性)树脂。热固性树脂在室温下可具有相对低的粘度(例如，约40mPa·s或更低)。在一些实施例中，如下文更详细地解释的，热固性层130的热固性树脂可包括至少一种硬化剂、至少一种第VIII族金属材料、至少一种填充材料或至少一种热塑性塑料中的一种或多种。热固性树脂的相对低的粘度可能主要是由低粘度热固性塑料(例如，聚氨酯，例如在室温下具有约150厘泊粘度的聚氨酯)造成的，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塑料相对更高的粘度。聚氨酯的粘度可为约30-40mPa·s，环氧树脂的粘度可为约50-70mPa·s(或在特殊情况下为约15mPa·s)。在一些实施例中，热固性层130的热固性树脂可以在其中例如以少量(例如，小于50wt％或vol％)包括一种或多种热塑性组分(例如，树脂)，只要热固性层充当热固性塑料。

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，热固性树脂可以包括最多约50vol％的包括固化剂或硬化剂的环氧树脂、至多约20vol％的第VIII族金属材料并且剩余体积可以是聚氨酯。当混合时，环氧树脂可与聚氨酯反应(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40vol％)时，可能发生不希望的反应，这可能导致不希望的热发泡和/或失控发泡。在一些实施例中，热固性层的聚合物树脂(热固性树脂)可以包括小于约50vol％的环氧树脂，例如约40vol％的环氧树脂，约5vol％至约40vol％、约10vol％至约35vol％、约20vol％至约30vol％、约20vol％至约40vol％、约25vol％至约35vol％、约28vol％至约32vol％、约20vol％、约25vol％、约35vol％或约30vol％的聚合物树脂。在一些实施例中，热固性树脂可以包括小于约30vol％的环氧树脂。在一些实施例中，热固性树脂可以包括小于约20vol％的环氧树脂。在一些实施例中，热固性树脂可以包括小于约10vol％的环氧树脂。在一些实施例中，热固性树脂的聚氨酯与环氧树脂的比例可以为约1:1或更大，例如约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。在一些实施例中，热固性树脂可以包括超过约50vol％的环氧树脂，其余包括聚氨酯。

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中的相邻材料的结合，例如与热塑性层110的热塑性塑料的结合。例如，聚氨酯与PEI形成强结合。因此，热固性塑料中的聚氨酯可以与热塑性层(例如，表层)和热塑性芯(例如，PEI管)形成强结合。

热固性树脂可以形成聚氨酯泡沫(例如，微泡沫)，其可以增强复合层压板与复合夹层的芯的结合。在本文的一些实施例中，在热固性塑料的热固性树脂中可能需要选定量的发泡，例如通过其中的一种或多种组分(例如，聚氨酯反应以形成微泡沫)。当热固性树脂中的聚氨酯发泡时，泡沫(例如，微泡沫)可渗入芯120的单元或管中，从而与芯120形成化学结合和机械结合中的一种或两种。这种渗透可以发生在芯120的开口端并且可以包括从开口端向内的至少部分的渗透。发现根据本公开形成的复合夹层结构的复合材料表层(例如，热固性层)不像没有本文公开的热固性树脂而形成的复合材料表层那样容易地从本文公开的芯上剥离。

由于其中一种或多种材料的特性，热固性树脂，例如聚氨酯和环氧树脂的混合物，在固化后可以是防水的。通常，热固性塑料(例如聚氨酯微泡沫)可具有透水性，而另一种热固性塑料(例如环氧树脂)可具有防水性。因此，当使用足够量的防水热固性塑料时，热固性层的热固性树脂可以是防水的或隔水的。例如，当聚氨酯/环氧热固性树脂中环氧树脂的量超过约28vol％(例如，30vol％)时，热固性层可表现出基本上防水的特性。

环氧树脂的保质期通常比聚氨酯短。在一些实施例中，环氧树脂可以在使用前仅几个小时混合。相比之下，聚氨酯通常比环氧树脂具有更长的保质期，基于异氰酸酯化学，并且可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多种阻燃组分。例如，热固性树脂可以包括酚醛环氧树脂或其等价物。

在一些实施例中，热固性树脂可包括至少一种固化剂或硬化剂，硬化剂可配置为引起热固性树脂的一种或多种组分固化。例如，当热固性树脂包括环氧树脂和聚氨酯时，热固性树脂可以包括用于环氧树脂或聚氨酯之一或两者的硬化剂。在一些实施例中，少一种硬化剂可以特定地组成以引起热固性树脂的仅一种组分固化。合适的硬化剂可包括用于环氧树脂的基于胺的硬化剂、用于聚氨酯的含多异氰酸酯的硬化剂，或任何其他适合引起本文公开的热固性树脂的一种或多种组分固化的硬化剂。例如，至少一种硬化剂可包括用于环氧树脂的基于胺的硬化剂和用于聚氨酯的含多异氰酸酯的硬化剂。在一个实施例中，至少一种硬化剂可以以与热固性树脂或其组分(例如，环氧树脂或聚氨酯)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的体积比存在。例如，环氧树脂可以占热固性树脂的约10vol％至约35vol％，至少一种硬化剂可以以与热固性树脂或其组分约1:100至约1:3(例如，硬化剂与树脂或硬化剂与环氧树脂的比为1:5)的体积比存在，并且聚氨酯可以构成热固性树脂的余量的至少一部分。至少一种硬化剂的组成量或使用量足以使热固性树脂在所需时间内固化(例如，至少部分硬化)，例如约3小时或更短、约2小时或更短、约1小时或更短、约30分钟或更短、约20分钟或更短、约15分钟或更短、或约10分钟或更短，这取决于所需的施加于热固性树脂的时间。固化剂或硬化剂可以以每份热固性树脂或其组分约1:100至约1:3份固化剂或硬化剂的比例存在于热固性树脂中。在一些实施例中，硬化剂可以被组成为在约50℃或更高温度下开始固化，例如约50℃至约150℃、约70℃至约120℃或约70℃至约90℃，或约70℃或更高。

在一些实施例中，热固性树脂还可包括一种或多种热固性塑料和热塑性塑料的共混物，例如环氧树脂、聚氨酯和热塑性纤维中的一种或多种的混合物。可包含热塑性塑料以为固化的复合材料零件提供韧性或弹性。合适的热塑性塑料可包括聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮(PEEK)或另一种聚芳醚酮、或丙烯酸中的一种或多种。热塑性塑料可占热固性树脂的约1vol％至约20vol％。例如，环氧树脂可以是热固性树脂的约10vol％至约35vol％，热塑性塑料可以是热固性树脂的约1vol％至约20vol％，而聚氨酯可以补足热固性树脂的余量。在一些实施例中，环氧树脂可以占热固性树脂的约25vol％至约35vol％，热塑性塑料可以占热固性树脂的约3vol％至约15vol％，而聚氨酯可以补足热固性树脂的余量。虽然与玻璃纤维相比通常成本较高，但在模制过程中需要拉伸嵌入热固性层中的热塑性材料时，热塑性纤维可能是理想的。值得注意的是，玻璃纤维和碳纤维在模制过程中不会伸缩。在一些实施例中，可能需要这种抗拉伸性。

环氧树脂的体积百分比或比例足以引起环氧树脂和聚氨酯之间不希望的或失控反应(例如，失控发泡)可以随着第VIII族金属材料的加入而变化。第VIII族金属材料可用于稳定或调节热固性树脂中环氧树脂和聚氨酯的反应。第VIII族金属材料可包括钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)、包括钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)中一种或多种的陶瓷(例如，铁氧体)、或包括(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)中任何的合金等。第VIII族金属材料可以等于或小于热固性树脂的20vol％，例如热固性树脂的约0.1vol％至约20vol％、约0.5vol％至约10vol％、约1vol％至约5vol％、约2vol％，约3vol％或约4vol％或更少。在一些实施例中，第VIII族金属材料可以小于热固性树脂的约15vol％、小于热固性树脂的约10vol％、小于约5vol％或小于约1vol％。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需的表面硬度和/或产生基本上水密的表面。例如，随着热固性树脂中环氧树脂的体积百分比增加到约25％以上，固化的复合材料可能开始表现出水密性能。如果最终产品需要水密性能，则热固性树脂可包括约28vol％或更多的环氧树脂，例如约30vol％或更多、约30vol％至约50vol％、约32vol％至约40vol％，或约35vol％的环氧树脂。为了在热固性树脂中环氧树脂的量增加的同时减少或基本上消除所得复合材料中的针孔或微孔，可添加第VIII族金属材料以减少或控制发泡。虽然第VIII族金属材料可以帮助稳定热固性树脂，但第VIII族金属材料可能会增加热固性树脂和复合材料部件的成本或者增加热固性树脂的粘度。

在一些实施例中，可以将一种或多种填料添加到热固性树脂混合物中以减少固化过程中的收缩。例如，如果选择非常快速固化的环氧树脂，则快速固化的环氧树脂可表现出比较慢固化的环氧树脂更高的收缩率，例如约7vol％。在一些实施例中，在热固性树脂中使用一种或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溶性(在热固性树脂中)盐中的一种或多种。过量的填充材料可能导致固化的复合材料表现出不希望的脆性。因此，需要密切控制热固性树脂中填充材料的量。在一些实施例中，填料可以占热固性树脂体积的约30％或更少，例如热固性树脂体积的约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0％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％)。例如，热固性树脂可包括聚氨酯、环氧树脂和至少一种填充材料，其中环氧树脂占聚合物树脂的约10vol％至约35vol％，至少一种填充材料占聚合物树脂的约1vol％至约30vol％，并且聚氨酯构成热固性树脂的余量的至少一部分。在一些实施例中，环氧树脂可以占热固性树脂的约25vol％至约35vol％，至少一种填充材料可以占热固性树脂的约1vol％至约10vol％或约3vol％至约20vol％，并且聚氨酯可以构成热固性树脂的余量的至少一部分。当树脂固化时，填充材料不会像热固性树脂那样收缩。因此，被填充材料置换的热固性树脂的体积在所得复合材料中提供了稳定的体积，从而降低了复合材料的整体收缩。这样的填料可以允许更快的固化时间，同时减少通常在快速固化过程中发生的收缩。例如，本文公开的热固性树脂的固化时间可减少至约6分钟或更短，例如约3分钟或更短、约90秒或更短、约60秒或约40秒，同时保持收缩率小于3vol％。尽管填料可有助于减少或消除收缩，但填料可能会增加热固性树脂和复合材料部件的成本或者增加热固性树脂的粘度。在一些实施例中，环氧树脂、聚氨酯、热塑性塑料、第VIII族金属材料或填充材料中的一种或多种的组合可以配置成提供小于约3vol％的净收缩率和/或仍然表现出足够低的粘度以在相对较低的压力下从喷嘴喷出。

含聚氨酯的热固性塑料可以为热固性树脂提供所需的抗弯曲性、弹性、低粘度、结合各种材料的能力或发泡能力(例如，在复合层压结构的形成过程中形成微泡沫的能力)中的一种或多种。含环氧树脂的热固性塑料可以为热固性树脂提供所需的能量吸收或机械故障概况，例如沿平行于零件表面的力矢量的脆性断裂。含环氧树脂的热固性塑料可以为所得复合层压板提供防水(例如，水密)特性或比高聚氨酯含量或单独的聚氨酯更好的载荷转移能力(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)可具有相对较短的固化时间，同时表现出相对较小的收缩(例如，低于约3％)。其中的环氧树脂可具有在120℃下5分钟的固化时间和约120℃的玻璃化转变温度(“Tg”)，而聚氨酯的固化时间可为约1小时或更长且Tg低于约250℃。如本文所用，术语“固化”或“固化的”包括含义“至少部分或完全固化或固化的”。

与仅具有聚氨酯或仅具有环氧树脂的树脂相比，热固性层的热固性树脂可具有更好的载荷传递能力和改进的机械性能，包括更高的刚度、强度、模量和硬度等。热固性树脂还可以具有在固化过程中从未固化的液态到固化的固态的低体积收缩率，该体积收缩率等于或小于3％，例如约1.5％至约3％、约2％至约3％、约2.5％至约3％或约2.5％。低收缩率允许更好地控制成品复合材料部件的尺寸。

热固性层130可以包括多个纤维，例如本文公开的多个纤维或其形式中的任一个。例如，热固性层130中的多个纤维可以在一个或多个方面与以上公开的用于热塑性层110的多个纤维中的任一个相似或相同。例如，至少一个热固性层130中的多个纤维和热塑性层110中的多个纤维可包括玻璃纤维，例如纤维板。在一些实施例中，热固性层130中的多个纤维可以在一个或多个方面不同于热塑性层110中的多个纤维。例如，至少一个热固性层130中的多个纤维可以包括碳纤维并且热塑性层110中的多个纤维可以包括玻璃纤维。至少一个热固性层130中的多个纤维可具有与热塑性层110中的多个纤维不同的密度，例如分别为220gsm纤维板和80gsm纤维板。

多个纤维可以占热固性层130的至少10wt％，例如热固性层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％。热固性塑料(树脂)可以占热固性层130的至少10wt％，例如热固性层130的10wt％至90wt％、20wt％至80wt％、30wt％至70wt％、40wt％至60wt％、10wt％至30wt％、30wt％至60wt％、60wt％至90wt％、小于90wt％、小于70wt％、小于50wt％或小于30wt％。

热固性层130可具有大于约0.01mm的厚度，例如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。在一些实施例中，热塑性层110和热固性层130的厚度可以相同。在一些实施例中，热固性层130(和/或140)的厚度可以是热塑性层110厚度的至少2倍，例如热固性层130厚度的至少3倍、至少5倍或至少10倍。在一些实施例中，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可以直接或间接地设置在芯120上，反之亦然。芯120可包括“软”芯或“硬”芯材料中的一种或多种。“硬”芯可以有效地将载荷从芯的一端(例如，一侧)转移到芯的另一端。例如，“硬”芯可以由包括一种或多种塑料材料的芯坯形成并且可以包括多个单元，例如具有开口端的单元(例如，紧密堆积的基本上平行的塑料管)。多个单元可至少部分地由对应的一个或多个单元壁(例如，塑料材料可限定蜂窝状结构，其中单元可具有任何数量的合适形状)限定。在一些实施例中，芯坯的可压缩单元可由管或吸管形成或限定。在一些实施例中，单元可以是管，例如吸管(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额外的单元)。单元可由聚碳酸酯、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以非常低的成本由聚碳酸酯制成并且可以以大致平行的排布固定在一起。在芯120中使用聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、PEI或其他塑料可在向芯120施加张力时提供比在纸板或纸板芯材料中发现的更大的抗撕裂性。在一些实施例中，蜂窝状结构可由由非圆柱形管形成的多个非圆柱形单元提供。在一些实施例中，芯120可以包括单一结构，该单一结构包括共用公共壁的多个共挤压的热塑性管。芯120可以包括多个单元中的多于一种类型或形状的单元。复合夹层的芯120(例如，一束PEI塑料管)可适用于制造汽车部件，例如底盘或仪表板；座椅部件，例如座椅靠背；结构部件，例如舱壁或舱顶行李箱；等等。

硬芯可以可替代地或额外地包括泡沫，例如闭孔泡沫。泡沫可以是高密度泡沫或低密度泡沫。泡沫可以是泡沫体，例如块状、片状或其他泡沫体。泡沫可由本文公开的任何热固性塑料或热塑性塑料制成。在一些实施例中，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，例如任何热固性或热塑性树脂。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发泡沫。在一些实施例中，含sp²碳的材料，例如石墨烯(例如，石墨烯片、薄片、弹簧等)、碳纳米管(例如，单壁或多壁碳纳米管)或富勒烯，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碳的材料可以掺入泡沫芯的聚合物材料中。在此类实施例中，泡沫芯中含sp²碳材料的量可以小于泡沫芯的约30wt％，例如泡沫芯的1wt％至30wt％、1wt％至10wt％、5wt％至15wt％、10wt％至20wt％、20wt％至30wt％或小于20wt％。在使用泡沫芯的实施例中，热固性树脂(例如，由其形成的微泡沫)可以将泡沫芯结合到(额外的)热固性层130，例如通过聚氨酯或渗入泡沫的单元中。在一些实施例中，泡沫(例如，泡沫体)可以作为与多个单元相邻的单独层存在。在一些实施例中，泡沫可以至少部分地存在于多个单元的至少一些单元内，例如通过压缩到多个单元中。硬芯可为复合夹层提供高抗弯刚度。“硬”芯可以比“软”芯更能增加复合夹层的抗弯刚度。

“硬”芯，例如由开口塑料单元形成的芯，例如管或吸管，可能难以使用传统的环氧树脂附接在复合层压板(例如，在芯上的一个或多个热固性和/或热塑性层)上。例如，当使用传统的环氧树脂时，复合层压板可能更容易剥离“硬”芯。根据本文公开的实施例的热固性树脂通过提供对其足够的粘附力(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力，微泡沫至少可以部分地通过开口端延伸到单元中)来解决包括“硬”芯的复合夹层的剥离问题。在一些实施例中，单元的开口端可以在制造复合夹层结构过程中至少部分地变形，例如通过压缩、熔化等中的一种或多种。这种变形可以帮助将与芯120相邻的层中的热固性树脂粘附到芯120上。

与“硬”芯相比，“软”芯可能不会在载荷施加到芯的一端时将载荷从芯的一端转移到芯的另一端，例如，“软”芯可以由纸板、硬纸板或低密度泡沫等形成。假设冲击是沿着Z轴(例如，大体上垂直于复合夹层100的表面112)，则“软”芯可以比“硬”芯吸收更多的垂直能量或冲击(例如，在基本上垂直于复合层压板的方向上)。“硬”芯可以水平地吸收更多的能量，例如沿着复合层压板的垂直于Z轴的平面(例如，在X-Y平面中)。复合夹层(未显示)，包括纸板，可用于汽车引擎盖、汽车面板(例如，其中具有最小针孔或孔隙率的A级面板)、航空航天应用、消费品(例如，家具)或建筑材料或需要能量吸收的类似应用。“软”芯复合夹层的制造过程可与“硬”芯复合夹层的不同，因为“软”芯不像“硬”芯那样传递具有基本上垂直于芯的矢量的载荷。

在一些实施例中(未示出)，芯120可以包括软芯材料和硬芯材料，例如在芯120的相邻层中(例如，双芯)。例如，复合夹层可以包括多个单元和相对其平行延伸的纸板。在这样的实施例中，纸板可以提供隔音并且硬芯可以比纸板吸收更多的能量。在一些实施例中，“硬”芯材料和“软”芯材料可以设置在复合夹层的不同层中。

在一些实施例中，芯120可具有约20kg/m³或更大的密度，例如约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。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。在一些实施例中，芯120可具有约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，多个绑定在一起的开口结构)，当在模具中施加张力、热和/或压力时，该多个整体形成的管可以在一个或多个区域中共同弯曲或以其他方式扭曲，而纸板在相同条件下可能会撕裂。在一些实施例中，芯120可以在其中的一个或多个区域中弯曲、压缩或拉伸，这取决于模具的几何形状和包括该模具的零件的期望的成品尺寸。单元或管可以结合在一起，例如通过整体形成(例如，挤压或模制在一起)、结合剂、热结合(例如，熔化)，例如在单独挤压之后结合在一起，或任何其他合适的附接方式。单元或管可被构成为在施加特定量的热时至少部分软化或熔化。例如，单元或管可被构成为软化或熔化并且至少部分地压缩，同时在模具中使得所得复合夹层可以至少部分地符合模具的形状。在压缩之前可以选择每个管的长度以在向其施加热和/或压力时提供期望量的可塑性。例如，压缩或未压缩的管的长度或高度可以为约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。这些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，例如约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。当沿其纵轴观察时，虽然本文描述的单元(例如，管)具有圆形横截面形状，但单元可呈现基本上多边形横截面形状(例如，三角形、矩形、五边形等)、椭圆形横截面形状或无定形形状(例如，没有固定图案或者是圆形和多边形的结合)。单元可由在相邻单元或管之间具有公共壁的单个整体结构限定。虽然本文使用术语“单元”或“管”，但在一些实施例中，单元或管可包括一个或多个封闭端；或表现出管状(例如，圆形)以外的构型，例如多边形(例如，多个封闭或开放的五边形单元)，或在其间没有连接边的构型(例如，挡板)。

在一些实施例中，芯120可被完全压缩以形成固体或可被部分压缩以降低芯高度。压缩的芯高度可以为初始芯高度的约15％或更多，例如为初始芯高度的约15％至约90％、约25％至约75％、约40％至约60％、约15％至约50％或约15％。应当理解，复合夹层的芯120的上方和下方的层数可以变化，例如其中具有不同的层或材料。芯120的尺寸和密度可以变化，例如在其一个或多个区域中具有更多的单元(例如，管)，在其一个或多个区域中具有比相邻区域更大或更小直径的单元，具有包括与相邻区域中的管具有不同(例如，更小或更大)壁厚的管的一个或多个区域，或任何前述的组合。在复合夹层的一个或多个区域中的纤维板或NCF的重量可以变化。

至少一个(第二)热固性层140可以在一个或多个方面与(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，例如本文公开的任何热固性树脂。至少一个热固性层140可以包括与一个或多个热塑性层110和/或至少一个热固性层130(例如，第一热固性层)中的纤维相同或不同的多个纤维。例如，热塑性层110可包括玻璃纤维，至少一个热固性层130可包括玻璃纤维或碳纤维，以及至少一个热固性层140可包括玻璃纤维或碳纤维。在一些实施例中，热塑性层110可包括嵌入玻璃纤维中的PEI，至少一个热固性层130可包括嵌入环氧聚氨酯树脂中的多个玻璃纤维，以及至少一个热固性层140可包括嵌入环氧聚氨酯树脂中的多个碳纤维。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，例如与其结合。热固性层140的一种或多种热固性组合物(例如，热固性树脂)、层中热固性组合物的量、层厚度、纤维类型、纤维重量、横向尺寸等可以与热固性层130的相同方面不同。

在一些实施例中，一个或多个热固性层、一个或多个热塑性层和芯120材料可以设置在层压复合结构中。在这样的实施例中，热塑性层110可以与热固性层130直接结合。与热塑性层110直接结合的热固性层130可以与热塑性层110处于共面或平行取向。在一些实施例中，热塑性层110的横向尺寸可以与热固性层130同宽。在一些实施例中，热固性层130或140的横向尺寸可以大于热塑性层110，即延伸超过热塑性层110的最大范围。在本文公开的任何实施例中，热固性层130和140中的一个或多个可以由一个或多个热塑性层代替。

在一些实施例中，一个或多个(可选的)额外的层可以设置在复合夹层100的任何部件之间。例如，金属层，例如铝箔或网可以设置在热塑性层110和至少一个热固性层130之间。在这样的实施例中，金属层可以至少为约0.01mm厚，例如至少约0.1mm厚(例如，约0.2mm)。虽然可以使用金属层，但在如图1所示使用热固性和热塑性外部双层时，金属层对于实现令人满意的放热特性不是必需的。例如，设置在热固性层上的热塑性层的放热特性可以很好地在汽车、飞行器、船舶、铁路等应用中的放热安全标准(例如，小于65kW*min/m²，小于60kW*min/m²，小于40kW*min/m²，或小于30kW*min/m²)内。

在一些实施例中，软芯材料(例如纸板)可以设置在芯120和至少一个热固性层130和/或140之间。在一些实施例中，复合夹层100可以包括额外的热塑性层，例如设置在至少一个热固性层140下方的热塑性层。额外的热塑性层可以与本文公开的任何热塑性层相似或相同。在一些实施例中，第一热塑性层110可以在一个或多个方面不同于第二热塑性层(未示出)。

在一些实施例中，可希望在热塑性层中使用相对低量的热塑性树脂，例如在热塑性层中小于40wt％(例如，小于33wt％)的热塑性树脂，其中树脂设置在玻璃纤维之中/之上。在此类实施例中，出人意料地发现包含热塑性层的复合夹层的放热低于30kW*min/m²，而预期为至少40kW*min/m²。例如，预计具有PEI嵌入玻璃纤维热塑性层的复合夹层具有至少40kW*min/m²的放热(例如，峰值放热)，因为PEI芯具有高于40kW*min/m²的放热。然而，复合夹层表现出约24kW*min/m²的平均放热和26.7kW*min/m²的平均峰值放热。因此，预计没有铝层的复合夹层可以提供令人满意的放热特性，用于汽车、飞行器、铁路、船舶和其他应用。此外，与在类似的固化过程(例如，热压)中在热塑性层下方具有铝层的复合夹层相比(热塑性层中往往会出现针孔和气泡)，通过去除铝层，在固化时可以获得相对光滑的热塑性层表面。本文所公开的复合夹层结构可具有40kW*min/m²的放热，例如30kW*min/m²或更少、25kW*min/m²至35kW*min/m²，或20kW*min/m²至40kW*min/m²。

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、储物箱、行李箱、舱壁、模制件、装饰件、扶手或车辆、飞行器、船、轨道车等的其他部分的外表面。在这样的实施例中，热塑性层110可以添加选定的美学外观，例如颜色外观和/或无缺陷外观。通过具有其中具有着色剂的热塑性层110，尽管有刮擦，热塑性层110仍可保持选定的颜色/外观，而涂漆表面可能由于类似的刮擦导致掉漆而看起来有划痕。另外，通过包括热固性层130，热塑性层110和热固性层130的组合可以提供比单独的单个热塑性层110更大的结构刚性和强度。因此，直接或甚至间接绑定到与芯绑定的单个热固性层130的热塑性层110可以提供优于传统复合层压板的美学和结构优点。

可以使用复合夹层的其他构造。在一些实施例中，复合夹层200可以包括泡沫芯。图2是根据一个实施例的复合夹层200的侧剖视图。复合夹层200可包括设置在热固性层130上的热塑性层110。热固性层130可设置在泡沫芯220上。泡沫芯220可设置在热固性层140上。泡沫芯220可以在一个或多个方面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实施例显示出比具有聚碳酸酯管等的实施例更低的放热值。

在一些实施例中，复合夹层可具有至少两个热塑性层，例如复合夹层的两个最外层，或最外层和最内层。图3是根据一个实施例的复合夹层300的侧剖视图。复合夹层300包括设置在额外的热塑性层310上的热塑性层110。额外的热塑性层310设置在热固性层130上。热固性层130可设置在芯120上。芯120可设置在热固性层140上。热固性层140可以设置在热塑性层310上。热塑性层310可以在一个或多个方面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。在一些实施例中，热塑性层310可以在其中包括多个纤维，例如玻璃或高温热塑性纤维。例如，热塑性层310可以包括设置在纤维板(例如，80gsm玻璃纤维织物)上的高温热塑性树脂。

在最外表面具有多个热塑性层(例如，高温热塑性树脂层)的实施例中，复合夹层可以提供相对低的放热特性和选定的美学外观而不牺牲机械强度。在复合夹层300中可以包括另外的层，例如在任何描绘的层之上、之间或之下的额外的芯、热固性层、铝层、油漆、乙烯树脂等。

图4是根据一个实施例的复合夹层400的侧剖视图。复合夹层400包括设置在热固性层130上的热塑性层110。热固性层130可设置在芯120上。芯120可设置在热固性层140上。热固性层140可以设置在热塑性层410上。热塑性层410可以在一个或多个方面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。在一些实施例中，热塑性层410可以在其中包括多个纤维，例如玻璃或高温热塑性纤维。

在最外表面和最内表面上均具有热塑性层(例如，高温热塑性树脂层)的实施例中，复合夹层可以从两个表面提供相对低的放热特性，具有选定的美学外观而不牺牲机械强度。这样的实施例可用于作为分隔器的结构中，其中分隔器的一侧或两侧可直接暴露于热源和/或直接可见。在复合夹层400中可以包括另外的层，例如在任何描绘的层之上、之间或之下的额外的芯、热固性层、铝层、油漆、乙烯树脂等。

复合夹层100、200、300或400中的任何层均可从中省略或者可与任何其他复合夹层100、200、300或400组合使用。

设置在热固性层上的(高温)热塑性层的组合可以用作层压复合结构的外表面。例如，设置在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、储物箱、行李箱、舱壁、模制件、装饰件、扶手或车辆、飞行器、船、轨道车等的其他部分的外表面。在此类实施例中，复合夹层的热塑性层可为部件提供选定的放热。此外，通过包括额外的热固性层和芯，本文的复合夹层中的组合可提供比具有热塑性层的单个热固性层更大的结构刚性和强度。通过包括高温热塑性层(例如PEI层)作为最外层，复合夹层结构的放热性能比涂漆的类似尺寸的热固性层得到改善，同时提供在被刮擦时不易显示变色的表面。本文公开的复合夹层和由其形成的结构可具有70kW*min/m²或更小的放热，例如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。

在一些实施例中，复合夹层结构可包括至少两个芯。在这样的实施例中，其中具有碳纤维的热固性层可以具有设置在其两侧上的芯。在这样的实施例中，一个或多个热固性层和/或热塑性层可以设置在芯上。例如，复合夹层可至少包括热塑性层、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额外的热塑性层。在一些实施例中，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额外的热固性层。

理想的是生产具有相对低的放热值(例如，低于60kW*min/m²、低于40kW*min/m²或低于30kW*min/m²)的轻量、坚固和坚硬的复合材料)用于制造结构部件，例如，底盘；通讯设备面板；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、船只等)的框架、车身部件或内部部件；农业应用(如农业设备)、能源相关应用(如风能、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，例如座椅部件或舱顶行李箱)；工程材料(例如建筑材料等)；和消费品(例如，家具、马桶座圈和电子产品等)。在需要高抗弯刚度、轻量和低放热的情况下，生产具有良好能量吸收和放热值的轻量、坚固的复合材料部件是可取的。部件可被设计成提供能量吸收，例如在交通事故期间，同时提供选定的美学外观(例如，纹理、颜色等)。出于安全原因，部件可被设计为具有某些阻尼或能量吸收特性。本文公开的层压复合结构和部件旨在满足安全标准或法规要求，例如航空、船舶、铁路或汽车等各种使用领域中的能量吸收、刚度或放热值，同时提供其外表面上的选定的美学外观。本文公开的部件可包括复合夹层结构，其具有如本文公开的选定的美学外观、高抗弯刚度和低放热。

在一些实施例中，可至少使用本文公开的高温热塑性层来形成整体式部件。在一些实施例中，整体式部件可由至少多个含有热塑性聚合物树脂的纤维的预浸料或通过湿铺法形成。

图5是根据一个实施例的整体式复合材料500的剖视图。整体式复合材料500可以是如图所示的多层整体式复合材料或单层整体式复合材料。整体式复合材料500包括一个或多个层，所述层具有设置在聚合物树脂中的多个纤维，其中整体式复合材料或其最外层表现出低于60kW*min/m²的放热。例如，整体式复合材料500包括第一层510、第二层520和第三层530。如图所示，第一层510可以是最外层，随后是第二层520和第三层530。在某些实施例中，整体式复合材料可包括比图5中描绘的层更多或更少的层。在整体式复合材料包括多个层的实施例中，层之间不存在芯。例如，在整体式复合材料500中可以仅存在其中或其上具有树脂的纤维板。

第一层510、第二层520或第三层530中的一个或多个可以在一个或多个方面与热塑性层110相似或相同。例如，第一层510可以是具有设置在多个纤维上的(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。热塑性树脂可包括本文公开的任何热塑性树脂。多个纤维可包括本文公开的多个纤维中的任一个。在一些实施例中，第一层510是最外层。在一些实施例中，第三层是具有设置在多个纤维上的高温热塑性树脂的热塑性层。在这样的实施例中，整体式复合材料500的两个表面可以具有比相同位置的热固性层更低的放热特性。在一些实施例中，第二层520可以是具有设置在多个纤维上的高温热塑性树脂的热塑性层。在一些实施例中，第一层510、第二层520或第三层530中的一个或多个中的多个纤维和热塑性树脂可与相邻层中的那些相似或相同。

第一层510、第二层520或第三层530中的一个或多个可以在一个或多个方面与热固性层130或热固性层140相似或相同。在这样的实施例中，第一层510可以是如本文所公开的热塑性层并且第二层520或第三层530中的一个或多个可以是热固性层。在此类实施例中，层中的多个纤维可以在一个或多个方面彼此相似或相同(例如，纤维组成、纤维体类型或形式、纤维体厚度、纤维体密度等)。或者，层中的多个纤维可以在一个或多个方面中的任一方面彼此不同。

在一些实施例中，第一层510、第二层520或第三层530中的一个或多个可以在聚合物树脂组成、纤维类型或面密度、厚度或任何其他特性中的一个或多个方面不同于相邻层。例如，第一层510可包括玻璃纤维，第二层520可包括碳纤维，而第三层530可包括碳纤维或玻璃纤维。在这样的实施例中，每层中的聚合物树脂可以在组成或量中的一个或多个方面上与相邻层相同或不同。

在一些实施例中，可以省略第二层520或第三层530中的一个或多个，例如以形成双层或单层整体式复合材料。

在一些实施例中，第一层510包括设置在多个第一多个玻璃、碳或热塑性纤维上的热塑性树脂，第二层520包括设置在第二多个玻璃、碳或热塑性纤维上的热塑性树脂，第三层530包括设置在第三多个玻璃、碳或热塑性纤维上的热塑性树脂。在这样的实施例中，每层中的多个纤维可以相似或相同，例如具有相同的材料类型。在这样的实施例中，层中的聚合物树脂可以独立地是热固性树脂、热塑性树脂或其共混物。通过为第一层510提供如本文所公开的热塑性树脂，下面的第二层520和第三层530可以被高温热塑性聚合物“屏蔽”以免受热。例如，整体式复合材料500或至少第一层510可具有低于60kW*min/m²的放热，诸如本文公开的任何放热值。此外，通过提供由多个纤维加强的一个或多个热固性层(没有芯)，与没有高温热塑层的复合夹层和整体式复合材料相比，整体式复合材料500可以提供机械强度、改进的放热以及更薄的横截面轮廓。

本文公开的复合夹层结构或整体式复合材料可设置在零件中或用于形成零件。此类复合夹层或整体式部件的实施例可包括面板(例如，车身面板，如汽车引擎盖，车辆内部面板，如内部舱壁、仪表板、模制件、电气面板等)、座椅部件、桌子、托盘、储物箱(例如，舱顶存储)或其他存储容器面板，或本文公开的任何其他部件。

图6是根据一个实施例的座椅靠背600的等距视图。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配置为本文公开的任何复合夹层。例如，座椅靠背600中的复合夹层的层可包括热塑性层110、热固性层130和140以及芯120。座椅靠背600可配置为使得复合夹层的热塑性层110可朝外从而形成最外表面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(额外的)热固性层140上。(额外的)热固性层140可以朝内(例如，远离最外表面112)。这样的构造可以提供这样的座椅靠背600：在座椅靠背面向坐在该座椅靠背所在的座椅后面的人的表面上的放热相对较低，同时仍然提供椅背600的相对高的强度、轻量和抗变色表面。

图7是根据一个实施例的面板700的前视图。面板700可由本文公开的任何复合夹层形成。面板700可以配置为火车车厢(例如，地铁或轻轨车厢)的内部面板。面板700可以具有模制件以用于装配在其中的额外的部件，例如窗户或门。

虽然本文的热塑性层被公开为用于复合夹层(例如，层压板)，但是具有热塑性层的部件可以进一步用于形成整体式部件。例如，热塑性树脂可用于形成整体式部件或结构，例如本文公开的任何部件(例如，汽车、船舶、飞行器、铁路等)。在实施例中，热塑性层可用于由树脂的单个整体层形成部件。在一些实施例中，热塑性树脂的整体层可以在其中包括多个纤维。整体式部件可以被模制以形成如本文所公开的关于复合层压板的特定形状。这种整体式部件的例子可以包括面板(例如，车身面板，如汽车引擎盖，车辆内部面板，如内部舱壁、仪表板、模制件、电气面板等)、座椅部件、桌子、托盘、储物箱(例如，舱顶存储)或其他存储容器面板，或本文公开的任何其他部件。

在一些实施例中，可以使用RTM形成整体式部件。在一些实施例中，整体式部件可由其上含有热塑性树脂的多个纤维的预浸料形成。

图8是根据一个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：含有高温热塑性聚合物的至少一个热塑性层，该至少一个热塑性层是叠层的最外层；第一热固性层；第二热固性层；和设置于第一热固性层与第二热固性层之间的芯，其中芯包含多个单元；在模具中压制叠层的动作820；固化叠层以形成放热低于60kW*min/m²的复合夹层的动作830。在一些实施例中，额外的动作可以包括在方法800中。在一些实施例中，动作810-830可以以与呈现的顺序不同的顺序执行，或者可以省略一个或多个动作。

形成叠层的动作810可包括单独地提供叠层的部件或以复合夹层结构的单独层提供叠层的部件。叠层可以是待形成的结构部件的一组尚未固化的层(例如，堆叠)。叠层可以包括本文公开的任何层的任何组合，例如，至少一个热塑性层，包括高温热塑性聚合物；第一热固性层；第二热固性层；和设置在第一热固性层和第二热固性层之间的芯，其中芯包括多个单元。在此类实施例中，至少一个热塑性层是叠层的最外层。

在一些实施例中，形成叠层可包括单独形成叠层的一个或多个部件或形成复合夹层结构的单独层。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)施加到多个纤维(例如，玻璃织物或碳纤维织物)上以形成第一热固性层或第二热固性层中的一个或多个热固性层。热塑性塑料或热固性塑料可通过喷涂或手动涂抹(例如，通过镘刀、滚筒、刷子或抹刀)中的一种或多种施加到多个纤维上。在一些实施例中，可以将更多的热塑性成分添加到多个纤维的一侧以改善表面光洁度。热塑性塑料和/或热固性塑料可以润湿或嵌入多个纤维中。热固性树脂中的聚氨酯可具有相对低的粘度而环氧树脂具有相对高的粘度。但是，可以加热环氧树脂以降低粘度，以便使用压力罐或商用喷头进行喷涂。可将热塑性塑料压入多个纤维中，例如在模具(例如，热模具)中。在一些实施例中，热塑性塑料可以作为固体(例如，粉末)施加到多个纤维并且可以随后被熔化，例如在模具中，以渗透到多个纤维中。在一些实施例中，热塑性塑料或热固性塑料可以作为预浸纤维板或织物存在于多个纤维中。在这样的实施例中，可以将更多的热塑性塑料添加到预浸料中，例如以向热塑性层提供选定的饰面或热塑性塑料含量。在一些实施例中，热塑性塑料可以均匀分布在整个预浸料中。在一些实施例中，热塑性塑料(例如，热塑性塑料粉末)可以更大量地存在于预浸料的多个纤维(例如，纤维织物板)的外表面上，以便提供选定的表面光洁度。

在一些实施例中，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包括本文公开的任何热塑性层(例如，高温热塑性树脂、多个纤维等)。在此类实施例中，第一热固性层可包括在第一多个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包括在第二多个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，例如多个平行结合在一起的管、蜂窝芯或泡沫体。例如，芯可以具有本文公开的任何芯的任何特征，例如压制前小于5mm(例如4mm)的厚度、材料组成等。

在一些实施例中，叠层可以包括至少一个热塑性层、至少一个热固性层、至少一个位于第一和第二热固性层之间的芯，以及可选地，一个或多个额外的层(例如，金属层，例如铝)。在一些实施例中，形成叠层可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多个。例如，形成叠层可包括将本文公开的任何热塑性层放置到模具中。

在一些实施例中，形成叠层可以包括在模具中堆叠或以其他方式设置叠层的层。模具的尺寸和形状可以设计成提供选定形式的零件(例如，座椅靠背、扶手、舱顶行李箱等)。模具可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头上以被压在一起以压缩其间的任何材料(例如，热固性层和热塑性层)。形成叠层可包括将本文公开的任何热固性层放置到模具中，例如放置在热塑性层上。形成叠层可包括将本文公开的任何热固性层放置到模具中，例如放置在热塑性层上。形成叠层可以包括将本文公开的任何芯放置到模具中，例如放置在热固性层上。例如，芯可以设置在热固性层上，反之亦然，其中芯的多个单元的开口端与热固性层交界。形成叠层可包括将额外的热固性层放置到模具中，例如在芯的与第一热固性层相对的一侧上。例如，第二热固性层可位于芯上，其中芯的多个单元的第二组开口端与第二热固性层交界。在一些实施例中，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。

形成叠层可包括提供纤维层(例如，多个纤维)，然后将一种或多种热固性或热塑性塑料添加到纤维层。例如，可以提供玻璃织物并且可以将热塑性树脂或热固性树脂施加到玻璃织物上。本文公开的多个纤维中的任一种可用于形成热固性层或热塑性层。例如，可以使用碳纤维织物或甚至高熔化温度(例如，Tg至少约200℃)的热塑性纤维织物。在压制时，热塑性树脂或热固性树脂可渗入玻璃织物并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液体或固体形式施加。例如，可以将PEI粉末洒在纤维层上以至少部分地形成热塑性层。在一些实施例中，可将热固性树脂或热塑性树脂加热至适合喷涂的粘度，并可将其喷涂到纤维织物(例如，多个纤维)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，例如至少部分地用热固性树脂浸渍第一和第二纤维织物。在一些实施例中，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。在一些实施例中，可以将热固性树脂或热塑性树脂手动喷涂到纤维织物上。在一些实施例中，多个纤维可以作为预浸材料提供，即，多个纤维包含至少一些热固性树脂或热塑性树脂，这取决于层。在一些实施例中，第一热固性层可包括密度为200克每平方米(“gsm”)的多个玻璃纤维，第二热固性层可包括密度为300gsm的多个碳纤维。热固性层中的多个纤维的密度可以在80gsm至约300gsm的范围内，并且在层之间可以不同或者可以相同。

在一些实施例中，可以提供其他叠层构造并将其放置在模具中。例如，在叠层中可以使用比上面实施例中描述的那些更多或更少的部件。在一些实施例中，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。在一些实施例中，叠层的层的位置可以不同于上面提供的实施例。

例如，至少一个热塑性层可以包括第一热塑性层和设置在第一热塑性层上的第二热塑性层，其中第一热塑性层是叠层中的最外层。在这样的实施例中，第一热固性层可以设置在第二热塑性层上。另外，多个单元可包括平行绑定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种或多种。在此类实施例中，第一热塑性层可包括聚醚酰亚胺树脂，第二热塑性层可包括聚醚酰亚胺树脂中的多个纤维，第一热固性层可包括在第一多个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包括在第二多个玻璃纤维或碳纤维上的环氧聚氨酯树脂。在此类实施例中，一个或多个热塑性层中的热塑性树脂可包括本文公开的任何热塑性塑料，并且一个或多个热塑性层中的热塑性树脂可包括本文公开的任何热塑性树脂。

在一些实施例中，至少一个热塑性层可以包括第一热塑性层和设置在第二热固性层上的第二热塑性层。在这样的实施例中，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)。在这样的实施例中，第一热固性层可以设置在第一热塑性层上。芯可以直接或间接设置在第一热固性层上。多个单元可包括平行绑定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)中的一种或多种。第二热固性层可直接或间接设置在芯上。在这样的实施例中，第二热塑性层可以设置在第二热固性层上，例如以形成叠层的最内表面。应当理解，最外表面和最内表面都可以是由复合夹层形成的结构中的外表面。在这样的实施例中，第一热塑性层和第二热塑性层可以包括聚醚酰亚胺树脂。第一热固性层可包括在第一多个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包括在第二多个玻璃纤维或碳纤维上的环氧聚氨酯树脂。在一些实施例中，叠层可以包括设置在第一热塑性层和第一热固性层之间的第三热塑性层和设置在第二热塑性层和第二热固性层之间的第四热塑性层。在此类实施例中，第三热塑性层或第四热塑性层中的一个或多个可在其中包括多个纤维。

形成叠层可以包括提供预模制的热塑性层。例如，形成叠层可包括预模制热塑性层并将第一热固性层、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/或其中承载有热塑性树脂的多个纤维可在模具中被压制、加热至固化温度并冷却以形成预模制的热塑性层。叠层的其余层可放置在预模制的热塑性层中/上以至少提供成品(例如，模制)零件的粗略轮廓。因此，在压制预模制热固性层时，叠层中的剩余材料可以更容易地被压入模具的角落以给出由模具限定的零件的完整最终形式。

预模制热固性层对于玻璃纤维或碳纤维特别有效，因为与聚合物纤维相比，玻璃纤维和碳纤维不会变形或拉伸太多(如果有变形或拉伸的话)。因此，通过预模制热固性层并将叠层的剩余部件放置在预模制的热固性层上，包含玻璃纤维的热固性层可以被模制为至少接近模具的最终形状，并且剩余部件可以在热固性层的预模制部分中进行操作，以更容易地提供模制部零件的最终形状。这减少了不完整的模制，特别是在热固性层中，例如成型零件的角落缺乏完整的界定。形成叠层可包括在旨在与热固性层绑定的表面上打磨预模制的热固性层，例如使用百洁布、钢丝绒、锉刀或任何其他适合打磨表面的工具。

在模具中压制叠层的动作820可以包括关闭模具并且进一步包括向模具施加外部压力，例如以压缩其中的一个或多个部件(例如，层)。方法800还可以可选地包括对模具的腔进行真空处理。例如，当复合夹层结构形成时，可能需要对模具进行真空处理以去除不同层的多个纤维和/或树脂中滞留的空气。模具的形状和尺寸可被设计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、外部车身面板、内部车身面板、框架、仪表板、模制件、座椅部件、桌子、托盘、储物箱等。

压制模具可包括施加压力以至少部分地闭合模具以形成具有模具形状和/或至少部分芯塌陷的复合夹层结构(例如，复合层压板)。施加在叠层上的压力可能足以至少部分地使芯塌陷和/或至少部分地迫使空气从热固性层的一个或多个热塑性层中的多个纤维中排出。2015年6月3日提交的国际专利申请号PCT/US15/34070、2015年6月3日提交的国际专利申请号PCT/US15/34061、以及2015年6月3日提交的国际专利申请号PCT/US15/34072中公开了用于在模具中压缩复合层压结构的合适技术，其中每个的公开内容均通过引用整体并入本文。

在一些实施例中，可同时施加热以至少部分地加热热固性层、热塑性层、芯或叠层中的任何材料中的一个或多个。例如，在模具中压制叠层可包括在加热的模具中压制叠层。在压制过程中施加热时，芯可以变得更柔韧，使得芯至少部分软化或熔化，同时压缩以增加与模具形状的顺应性。聚氨酯在压制过程中施加热时可以更容易地形成微泡沫。模具或压机还可以包括一个或多个加热元件，以在模具中压制叠层的同时向叠层施加热。热固性和/或热塑性树脂可至少在模具中施加热时开始固化。

固化叠层以形成放热低于60kW*min/m²的复合夹层的动作830可以包括在模具中加热叠层。固化叠层可包括至少部分地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多种。例如，固化叠层可包括在模具、窑炉或烘箱中的一个或多个中加热热固性树脂、复合层压板或复合夹层。固化叠层以形成复合夹层可包括在模具中固化叠层，例如在模具中加热叠层，同时向叠层施加压力。

固化热固性树脂和/或热塑性树脂可包括将包含相应树脂(在模具中或模具外)的纤维夹层结构或其前体(例如堆叠)加热至约110℃或更高，例如约120℃至约200℃、约130℃至约180℃、约140℃至约160℃、约120℃、约130℃、约140℃或约160℃。取决于树脂的组成，固化热固性树脂或热塑性树脂可发生约40秒或更长的持续时间，例如约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分钟或更短、约8分钟或更短、或约20分钟或更短。在一些实施例中，固化叠层可以在模具中进行，例如通过将叠层加热到至少叠层中的热固性塑料的固化温度。在一些实施例中，固化(加热)叠层可以在模具中部分进行，然后可以在不同的位置例如烘箱或窑炉中完成。所得的固化的复合夹层结构可呈现由模具限定的形状。所得的固化的复合夹层结构可具有本文公开的任何放热值，例如低于60kW*min/m²、低于50kW*min/m²、低于40kW*min/m²，低于30kW*min/m²或低于25kW*min/m²的放热。

固化叠层可包括在模具中压制叠层之后使叠层冷却至环境温度。在一些实施例中，冷却压制的叠层可以与固化叠层分开进行。例如，方法800还可以包括在固化叠层之后冷却叠层(例如，现在是至少部分固化的复合夹层结构)。例如，可以允许至少部分固化的夹层结构在环境温度、冷藏环境中通过使空气经过夹层结构或通过使叠层通过冷却隧道来进行冷却。

在一些实施例中，复合材料零件可以不包括芯。例如，可将热塑性层施加到整体式零件，例如预浸纤维部件或RTM模制部件。例如，可以将包含热固性固化树脂的预浸纤维板设置在模具中，并且可以在压制和加热各个层之前将PEI热塑性层设置在预浸料上。PEI热塑性层提供选定的表面光洁度或外观。在一些实施例中，热塑性层可以设置在RTM模具中的纤维板的一侧上，其中可以将热固性树脂注入RTM模具中以用热固性树脂至少部分地浸渍纤维板。热固性塑料上的所得热塑性塑料(例如，PEI)层可为最终零件提供选定的表面光洁度或外观。

图9是根据一个实施例的制造整体式复合材料的方法900的流程图。方法900包括：形成其中包括具有高温热塑性树脂和多个纤维的至少一个热塑性层的叠层的动作910；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式复合材料的动作930。在一些实施例中，动作910、920或930可以以与呈现的顺序不同的顺序执行，或者可以省略一个或多个动作。在一些实施例中，额外的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油漆或乙烯基不干胶标签中的至少一种涂刷或包覆至少一个聚合物层的一个或多个最外表面的动作。方法900的一个或多个部分可以在一个或多个方面与方法800的任何部分相似或相同。

形成其中包括具有高温热塑性树脂和多个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任何高温热塑性树脂和任何多个纤维的至少一个热塑性层。叠层可包括一个或多个层，例如一层至十层、一层至三层、一层或三层、三层至五层或仅一层。形成包括具有高温热塑性树脂和多个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任何高温热塑性树脂和任何多个纤维的多个层。在此类实施例中，多个聚合物层可包括本文公开的任何聚合物层，例如第一层510、第二层520和第三层530。形成叠层的动作910可包括形成第一层510、第二层520或第三层530中的一个或多个。

多个层中的任何层中的高温热塑性树脂，例如至少一个热塑性层，可以在一个或多个方面与该叠层的任何相邻层或其余层中的高温热塑性树脂相似或相同。例如，叠层中的每一层可在其中包括PEI树脂。在这样的实施例中，每个层中树脂的量可以不同或相同。

多个层中的任何层中的多个纤维在一个或多个方面可以与叠层的任何相邻层或其余层中的多个纤维相似或相同。例如，叠层中的每个层可包括玻璃纤维、碳纤维、热塑性纤维等。在此类实施例中，多个纤维层的量、密度或厚度在每个层中可以不同或相同。多个层中的任何层中的多个纤维在一个或多个方面可以与叠层的任何相邻层或其余层中的多个纤维不同。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。整体式复合材料500的层中的部件的组合可以包括本文公开的任何部件(例如，聚合物树脂、多个纤维或层的特性)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)和多个纤维(例如，本文的多个纤维中的任一种)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个纤维上。施加聚合物树脂可包括将聚合物树脂喷涂、手动涂抹、倾倒或以其他方式施加到多个纤维上。聚合物树脂可以以液体、半固体或固体形式施加。在一些实施例中，聚合物树脂和多个纤维可以提供在预浸料中，并且形成至少一个聚合物层可以包括提供预浸料。形成至少一个聚合物层可包括预模制至少一个聚合物层中的一个或多个，例如至少一个热塑性层。

叠层中的至少一个热塑性层和任何额外的层可以是待形成的结构部件的一个或多个尚未固化的层(例如，堆叠)。叠层可包括：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，第二多个纤维上的热塑性或热固性树脂)；和至少第三聚合物层(例如，至少第三多个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的整体复合结构包括至少一个其中具有高温热塑性材料的最外表面。与在没有高温热塑性层的情况下形成的整体式复合材料相比，此类实施例提供相对低的放热(小于60kW*min/m²)。

将叠层形成为选定的形状的动作920可包括在模具中压制叠层。例如，将叠层形成为选定的形状可包括将第一层510、第二层520或第三层530中的一个或多个放置在模具中。模具可如上文关于方法800所述。在一个或多个方面中，在模具中压制具有至少一个热塑性层的叠层可以如上文关于方法800所述进行。例如，在模具中将叠层压制成选定的形状可包括热压至少一个热塑性层。将叠层形成为选定的形状，将本文公开的任何层放置到模具中，这样将第一层510放置在模具中，将第二层520放置在第一层510上，以及将第三层530放置在第二层520上。在一些实施例中，在整体式复合材料的叠层中可以省略第二层520或第三层530中的一个或多个。

将叠层形成为选定的形状可包括关闭模具并在其中压制至少一个热塑性层。将叠层形成为选定的形状可包括在模具中压制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。模具或模制的叠层的形状可包括本文公开的任何那些形状或复合材料部件，例如车身面板、座椅部件、车辆内部面板、储存容器面板等。

在压制时或压制后，聚合物树脂可渗入各个层的多个纤维中并在固化时硬化以形成设置在一个或多个固化聚合物层上的固化的热塑性层。

固化叠层以形成放热低于60kW*min/m²的整体式复合材料的动作930在一个或多个方面可以与如上文关于方法800所描述的固化叠层以形成放热低于60kW*min/m²的复合夹层的动作830相似或相同。例如，固化叠层可包括固化至少一个热塑性层以形成具有本文公开的任何放热值的整体式复合材料部件。

固化叠层可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，固化其中的一种或多种热塑性塑料或热固性树脂)可包括通过从模具中移除叠层、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该固化温度。在一些实施例中，方法900可以包括从模具中移除整体式复合材料零件。

方法900还可以包括在固化之后冷却叠层(例如，现在是至少部分固化的整体式复合材料)。例如，可以允许至少部分固化的整体式复合结构在环境温度、冷藏环境、冷却隧道中冷却，或者通过使空气在整体复合材料上方通过而冷却。

方法900可以包括利用树脂传递模塑或预浸料来至少部分地形成复合结构。例如，可以将多个纤维放置在模具中的叠层中，并且可以将热塑性树脂注入模具中，使得树脂浸渍叠层中的多个纤维以形成尚未固化的复合层压结构。在一些实施例中，包括预浸料的叠层可以设置在模具内并在模具中压制以形成零件。

方法900可以包括在固化之后从整体式复合材料零件修整飞边。在一些实施例中，整体式复合材料零件可以在固化之前或之后被涂漆、着色、用贴纸(例如，乙烯树脂)覆盖，或以其他方式呈现选定的颜色、纹理和外观。

在一些实施例中，最外层可以构成为至少部分地屏蔽(例如，阻挡或吸收)电磁辐射。在一些实施例中，复合结构的最外层可以是金属层以屏蔽其后的层免受电磁辐射。

图10是根据一个实施方式的复合结构1000的侧剖视图。复合结构1000是一种层压板，包括外金属层107、至少一个热固性层130或140、芯层120和可选的至少一个热塑性层110。金属层107可以设置在至少一个热固性层130上或(可选的)至少一个热塑性层110上，以形成复合结构1000的最外层。金属层107可以包括铝、铜、铁、铅、镍、银、锡、锌或包括任何前述物质的合金(例如，黄铜)。金属层107可以至少约0.01mm厚，例如约0.01mm至约1mm、约0.01mm至约0.1mm、约0.1mm至约0.3mm、约0.3mm至约0.6mm、约0.6mm至约1mm、1mm至2mm、超过1mm厚、超过2mm厚或少于1mm厚。金属层107可以是连续的、穿孔的、网状的、线状的、金属体的图案等。在一些实施例中，金属层107的至少一个表面的一个或多个部分可以被酸蚀刻(例如，氧化)、物理蚀刻(例如，锉磨、刮擦、磨损)或以其他方式被纹理化以提供结合面积比非蚀刻表面更大的结合表面。金属层107可以横跨(第一)至少一个热固性层130的至少10％、至少25％、至少50％、至少75％或基本上所有的区域。

金属层107与至少一个热固性层130或(可选的)热塑性层110直接结合，例如通过其中的树脂。例如，金属层107可以与至少一个热固性层130通过其中的热固性树脂直接结合(例如，在单个动作中共结合)。在这样的实施例中，至少一个热固性层130可以包括比热固性层140多5％至15％的热固性树脂以提供更多的树脂以将金属层107绑定(例如，微泡沫进入)到其上。至少一个热固性层130可包括本文公开的任何热固性树脂或多个纤维。

金属层107可以与(可选的)至少一个热塑性层通过其中的热塑性树脂110直接结合。在这样的实施例中，至少一个热塑性层110可以包括比没有金属层107的实施例多5％到15％的热塑性树脂以提供更多的材料来将金属层107绑定到其上。

至少一个热固性层130可以如本文公开的那样与芯120结合，例如通过至少一个热固性层130中的热固性树脂。芯120可以包括本文公开的任何芯。例如，芯120可包括多个单元，例如以平行取向结合在一起的聚合物管(例如，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚醚酰亚胺)或聚合物泡沫体。芯120可具有本文公开的任何厚度。

芯120可以在芯120的与(例如，第一)至少一个热固性层130相对的一侧上与额外的(例如，第二)至少一个热固性层140结合。这样将芯120夹在中间形成复合(夹层)结构1000。至少一个热固性层130或140可以独立地包括本文中的多个纤维中的任何一种(例如，类型、密度、形式等)和本文公开的任何热固性树脂。例如，至少一个热固性层130中的第一热固性层可具有第一多个纤维和第一热固性树脂，第二热固性层可具有第二多个纤维和第二热固性树脂。第一和第二多个纤维可以在纤维类型、密度、形式或层厚度中的一个或多个方面相同或不同。第一和第二多个热固性树脂可以在热固性树脂的类型或量的一个或多个方面相同或不同。如上所述，第一热固性层(130)可以在其中包括比第二热固性层(140)更大量的热固性树脂，例如有助于将金属层107结合(例如，在单个动作中共结合)到第一热固性层。

复合结构1000可提供具有低放热(例如，根据14C.F.R.pt.25，附录F,第IV部分(a)-(h)(2011)中规定的对于放热的测试程序，低于60kW*min/m²至少2分钟)的坚固结构，并通过金属层107屏蔽电磁辐射。

具有外部金属层107的复合结构可以不包括芯120。如本文所公开的，这种复合层压板可以提供电磁辐射屏蔽、高结构强度和低放热中的一个或多个。

图11是根据一个实施方式的复合结构1100的侧剖视图。复合结构1100是复合层压板，其包括金属层107、至少一个热固性层130和140，以及可选的至少一个热塑性层。复合结构1100可以通过从中省略芯来提供复合结构1000的更薄的替代物。例如，金属层107可以与(第一)至少一个热固性层130结合并且至少一个热固性层130可以与(第二)至少一个热固性层140结合。各个层的结合可以在一个单个动作中完成(例如，通过在模具中压制来共结合)。

在一个实施例中，复合结构1100可以依次包括：铝片金属层107；具有设置在多个玻璃或碳纤维(例如，NCF织物)上的环氧聚氨酯树脂的(第一)至少一个热固性层130；平行设置的聚碳酸酯管芯120；以及，具有设置在多个玻璃或碳纤维(例如NCF织物)上的环氧聚氨酯树脂的(第二)至少一个热固性层140。热固性层中的环氧聚氨酯树脂可以将单独的部件结合在一起。

可选地，复合结构1100可以包括至少一个热塑性层110，例如在金属层107和至少一个热固性层130之间。至少一个热塑性层110可以包括本文公开的任何的热塑性树脂或多个纤维。

在复合结构1000和1100中，(第二)至少一个热固性层140可以位于(第一)至少一个热固性层130下方。因此，至少一个热固性层130中的第一热固性层可以比下面的至少一个热固性层140薄。

复合结构1000和1100可以通过模制制成，例如在单个模制步骤中。图12是根据一个实施例的具有位于其中的叠层1205的模具1200的侧剖视图。模具1200包括第一模具部分1201和第二模具部分1202。模具1200可以由诸如铝、钢、黄铜等金属形成。叠层1205可以设置在第一模具部分1201和第二模具部分1202中的一个或两个上。叠层1205可以包括本文公开的任何复合结构、层压板或夹层的一组尚未固化的层。例如，叠层1205可以包括金属层107、(第一)至少一个热固性层130、芯120和(第二)至少一个热固性层140。可选地，叠层1205可以包括至少一个热塑性层。

橡胶材料1208可以设置在模具1200的面向叠层1205的金属层107的至少一部分模制表面上。例如，橡胶材料1208可以设置在第二模具部分1202的模制表面上。橡胶材料1208可以涂漆、喷涂、浇注或以其他方式施加到模具表面。橡胶材料1208可以包括硅树脂(例如，室温硫化(“RTV”)硅树脂)、橡胶等。叠层1205的金属层107可以设置在橡胶材料1208上，叠层1205的额外的层可以设置在金属层107上。通过将金属层107设置在橡胶材料1208上，在模具1200中压缩期间，金属层107不会被模具表面撕裂、刮擦或以其他方式损坏。因此，可以在单个压缩步骤中形成具有外金属层的复合结构，而无需在模具1200中压缩热固性层和芯后添加额外的加工步骤来施加金属层。此外，橡胶材料1208可以承受金属层或复合结构制造过程中的任何公差，例如回弹。

模具1200的模制表面可以形成为任何形状。因此，模具1200可用于形成具有选定的形状的复合结构。图13是根据一个实施例的模制复合结构1300的等距视图。模制复合结构1300被成形为容器的部分。如图所示，模制复合结构1300的最外表面包括金属层107并且模制复合结构1300的最内表面包括(第二)至少一个热固性层140。在一些实施例中，各个层可以颠倒。模制复合结构1300中的金属层107可以至少部分地屏蔽模制复合结构1300的内容物免受电磁辐射或屏蔽模制复合结构1300外部的物体免受其中的电磁辐射。

图14是根据一个实施例的制造复合结构的方法1400的流程图。方法1400包括在模具中设置叠层的步骤1410，该叠层包括：具有第一多个纤维的第一热固性层；设置在第一热固性层下方的第二热固性层，该第二热固性层具有第二多个纤维；和设置在第一热固性层上的金属层，其中金属层是叠层的最外层；以约10巴或更小的压力在模具中压制叠层的动作1420；以及至少部分地固化叠层以形成复合结构的动作1430。在一些实施例中，动作1410、1420或1430可以以与呈现的顺序不同的顺序执行，或者可以省略一个或多个动作。在一些实施例中，额外的动作可以包括在方法1400中。例如，方法1400的实施方式还可以包括用油漆或乙烯基不干胶标签中的至少一种涂刷或包覆复合结构的一个或多个最外表面的动作。方法1400的一个或多个部分可以在一个或多个方面与方法800或900的任何部分相似或相同。

在模具中设置叠层的动作1410可以包括形成叠层，该叠层包括：具有第一多个纤维的第一热固性层；设置在第一热固性层下方的第二热固性层，该第二热固性层具有第二多个纤维；和设置在第一热固性层上的金属层，其中金属层是叠层的最外层。可以在模具中或在将叠层设置在模具中之前形成叠层。叠层可以通过将相应的层彼此叠加来形成。

叠层可包括本文公开的任何复合结构的一组尚未固化的层。例如，叠层可包括金属层、具有第一多个纤维和第一热固性聚合物的第一热固性层、芯、具有第二多个纤维和第二热固性聚合物的第二热固性层。将叠层设置在模具中并形成叠层可包括：将金属层设置在模具中、将第一热固性层设置在金属层上、将芯设置在第一热固性层上以及将第二热固性层设置在芯上。因此，金属层可以形成叠层的最外层(例如，与模制表面交界的层)。第一热固性层可以在金属层下方(例如，与模具表面通过金属层隔开)，并且第二热固性层可以在第一热固性层下方。芯可设置在第一热固性层和第二热固性层之间。在一些实施例中，芯可以被省略。

金属层可包括本文公开的任何金属层，例如箔、板、网、线、穿孔片等。金属层可以包括本文公开的任何金属，例如铝、铜、铁、铅、镍、银、锡、锌，或包括任何前述物质的合金(例如，黄铜)。金属层可以具有如本文所公开的被蚀刻的朝内的表面(例如，面向第一热固性层的表面)。朝外的表面可以是光滑的或具有选定的纹理。金属层可具有本文公开的金属层的任何尺寸。

第一多个纤维和第二多个纤维可包括任何本文公开的多个纤维，例如碳纤维、玻璃纤维或本文公开的任何形式的聚合物纤维(例如，NCF、随机取向的板等)。第一热固性树脂和第二热固性树脂中的一个或多个可以以本文公开的任何量包括本文公开的任何热固性树脂，例如环氧聚氨酯树脂。第一热固性层可以与第二热固性层在纤维类型、纤维密度、纤维形式、树脂类型、树脂量、厚度或任何其他特性中的一个或多个方面不同。例如，第一热固性层中的第一多个纤维的密度(例如，80-200gsm)可低于第二热固性层中的第二多个纤维的密度(例如，200-300gsm)。第一热固性层可包括比第二热固性层多5％至15％的树脂。

形成叠层可以包括将树脂施加到相应层中的一个或多个上，例如施加到其多个纤维上。例如，形成叠层可以包括将第一热固性树脂施加到第一多个纤维上以形成第一热固性层以及将第二热固性树脂施加到第二多个纤维上以形成第二热固性层。

芯可以包含在叠层中。例如，叠层可包括设置在第一热固性层和第二热固性层之间的芯。芯可以包括本文公开的任何芯。例如，芯可以包括结合在一起的多个单元，例如以平行取向结合在一起的多个管或聚合物泡沫体。

叠层中可以包括额外的层，例如至少一个热塑性层。例如，至少一个热塑性层可以设置在模具中的叠层的任何层之间，例如金属层和第一热固性层之间。将叠层设置在模具中可包括提供或形成至少一个热塑性层，该至少一个热塑性层具有本文公开的任何高温热塑性树脂和任何多个纤维。叠层可包括一个或多个层，例如一层至十层、一层至三层、一层或三层、三层至五层或仅一层。

模具的尺寸和形状可以被设计成形成任何结构或物品，例如尺寸和形状被设计成形成用于通信或电子设备的面板、外部车身面板、内部车身面板、框架、仪表板、模制件、座椅部件、桌子、托盘、储物箱、储物盖、电池(例如，电动汽车电池)或电池外壳、电磁屏蔽件(例如，用于电子部件)等。

以约10巴或更小的压力在模具中压制叠层的动作1420可包括关闭其中具有叠层的模具。在模具中压制叠层可包括以1巴至3巴、3巴至6巴、6巴至10巴、小于9巴、小于8巴或低于7巴的压力在模具中压制(压缩)叠层。在模具中压制叠层可包括在选定的持续时间内压制模具，例如至少1秒、1秒至1分钟、1分钟至5分钟、5分钟至10分钟、多于10分钟或少于10分钟。以约10巴或更小的压力在模具中压制叠层可包括以本文公开的任何压力或持续时间在加热的模具中压制叠层。

在约10巴或更小的压力下在模具中压制叠层可包括在模具中将叠层压在橡胶材料上。例如，方法1400可以包括用橡胶材料包覆模具的至少一部分，例如通过涂抹、喷涂、涂漆、浇注等中的一种或多种。橡胶材料可以是本文公开的任何橡胶材料。例如，橡胶材料可以是RTV硅树脂。橡胶材料可设置在模具的模制表面的一个或多个部分上，例如至少一个模具部分(例如，半模)的整个模制表面。橡胶材料可具有经选择的厚度以防止在模具中压缩期间损坏叠层中的金属层的表面，例如至少1mm厚。在此类实施例中，将叠层设置在模具中或将金属层设置在模具中可包括将金属层设置在模具中的橡胶材料上。

至少部分地固化叠层以形成复合结构的动作1430可以包括在模具中至少部分地固化叠层。例如，至少部分地固化叠层以形成复合结构包括加热叠层同时在模具中压制叠层或在模具中压制叠层后使叠层冷却至环境温度中的一个或多个。至少部分地固化叠层以形成复合结构可包括至少部分地固化模具外部的叠层。例如，至少部分地固化叠层以形成复合结构可以包括加热叠层同时在模具中压制叠层或在模具中压制叠层后使叠层冷却至环境温度中的一个或多个。至少部分地固化叠层以形成复合结构可包括形成本文公开的任何复合结构，例如复合层压板或复合夹层。至少部分地固化叠层以形成复合结构可以包括形成以下中一种或多种形式：用于通信设备的面板、外部车身面板、内部车身面板、框架、仪表板、模制件、座椅部件、桌子、托盘、储物箱、储物盖、电池(例如，电动汽车电池)或电池零件(例如盖或外壳)、电磁屏蔽件(例如，用于电子部件)等。

方法1400还可以包括在固化之后冷却叠层(例如，现在是至少部分固化的整体式复合材料)。例如，可以允许至少部分固化的复合结构在环境温度、冷藏环境、冷却隧道中冷却，或者通过使空气在整体复合材料上方通过而冷却。

方法1400可以包括利用树脂传递模塑或预浸料来至少部分地形成复合结构。例如，可以将多个纤维放置在模具中的叠层中，并且可以将热固性树脂注入模具中，使得树脂浸渍叠层中的多个纤维以形成尚未固化的复合结构(叠层)。在一些实施例中，包括预浸料的叠层可以设置在模具内并在模具中压制以形成复合结构或零件。

方法1400可以包括在固化之后从复合结构或零件修整飞边。在一些实施例中，复合结构或零件可以在固化之前或之后被涂漆、着色、用贴纸(例如，乙烯基)覆盖，或以其他方式呈现选定的颜色、纹理和外观。

工作实施例

工作实施例A根据以下程序形成。提供平纹玻璃表层。将灰色颜料PEI施加到玻璃表层以形成PEI(热塑性)层。PEI占PEI层的33wt％，玻璃纤维构成该层的其余部分。PEI层在10巴的压力下被压制，并加热至310℃并保持1分钟。将包含环氧树脂/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，从开口端到开口端)的PEI管的芯设置于仍然湿润(未固化)的热固性层上。将施加有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维板(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧以形成工作实施例A的叠层。压制并固化叠层以使热固性塑料凝固以形成工作实施例A。工作实施例A约4.6mm厚并且是平坦的。

工作实施例B根据以下程序形成。提供平纹玻璃表层。将灰色颜料PEI施加到玻璃表层以形成PEI(热塑性)层。PEI占PEI层的33wt％，玻璃纤维构成该层的其余部分。PEI层在10巴的压力下被压制，并加热至310℃并保持1分钟。将包含环氧树脂/聚氨酯热固性树脂的220gsm玻璃表层施加到PEI层。将13mm厚的聚碳酸酯蜂窝芯设置在仍然湿润(未固化)的热固性层上。将施加有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维板(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧以形成工作实施例B的叠层。压制并固化叠层以使热固性材料凝固以形成工作实施例B。工作实施例B约9.0mm厚并且是平坦的。

工作实施例C根据以下程序形成。将灰色颜料PEI施加到玻璃表层以形成PEI(热塑性)层。PEI占PEI层的33wt％，玻璃纤维构成该层的其余部分。PEI层在10巴的压力下被压制，并加热至310℃并保持1分钟。将包含环氧树脂/聚氨酯热固性树脂的220gsm玻璃表层施加到PEI层。将20mm厚的聚氨酯泡沫芯设置在仍然湿润(未固化)的热固性层上。将施加有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维板(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧以形成工作实施例C的叠层。压制并固化叠层以使热固性材料凝固以形成工作实施例C。工作实施例C为约18.5mm厚并且是平坦的。

工作实施例D根据以下程序形成。将灰色颜料PEI施加到玻璃表层以形成PEI(热塑性)层。PEI占PEI层的33wt％，玻璃纤维构成该层的其余部分。PEI层在10巴的压力下被压制，并加热至310℃并保持1分钟。将包含环氧树脂/聚氨酯热固性树脂的220gsm玻璃表层施加到PEI层。13mm厚的聚氨酯自发泡沫用于泡沫芯，将泡沫芯设置在仍然湿润(未固化)的热固性层上。将施加有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维板(300gsm)设置在芯的与第一热固性层相对的一侧以形成工作实施例D的叠层。压制并固化叠层以使热固性材料凝固以形成工作实施例D。工作实施例D约11mm厚并且是平坦的。

形成比较例1。比较例1包括：含有环氧树脂/聚氨酯热固性塑料的80gsm玻璃织物、设置在玻璃织物上的0.1mm厚的铝箔、设置在铝层上的含有环氧树脂/聚氨酯热固性塑料的220gsm玻璃织物、设置在220gsm玻璃织物层上的含有多个4mm厚(例如，高)PEI管的芯，以及设置在芯的与220gsm玻璃织物层相对侧上的施加有环氧树脂/聚氨酯树脂的NCF碳纤维板(300gsm)。80gsm玻璃织物层的表面被涂漆以提供选定的颜色。比较例1是平坦的。

根据14C.F.R.pt.25，附录F，第IV部分(a)-(h)(2011)中规定的测试程序测试工作实施例A-D和比较例1中每个的三个样品的放热。测试表明，在约110秒时，工作实施例A具有24.0kW*min./m²的平均放热和26.7kW*min./m²的平均峰值放热。测试表明，在约167秒时，工作实施例B具有6.0kW*min./m²的平均放热和146.7kW*min./m²的平均峰值放热。测试表明，在约290秒时，工作实施例C具有11.7kW*min./m²的平均放热和45.9kW*min./m²的平均峰值放热。测试表明，在约130秒时，工作实施例D具有91.8kW*min./m²的平均放热和158.2kW*min./m²的平均峰值放热。测试还表明，在约130秒时，比较例1具有86.8kW*min./m²的平均放热和105.9kW*min./m²的平均峰值放热。

工作实施例A的放热值令人惊讶，因为最初认为其放热将与纯PEI芯获得的放热值(高于40kW*min./m²)相似或相同。认为与使用箔限制放热的比较例1相比，PEI热塑性外层减少了工作实施例A的放热。

工作实施例B和D的放热值高于航空、铁路或其他应用的令人满意的放热值。认为工作实施例B和D的较厚的芯(与工作实施例A相比)促成其相对高的放热值。

在峰值放热(167秒)之前的测试持续时间内，工作实施例B的平均放热极低，为6kW*min./m²。目前认为，与工作实施例A和D的非聚碳酸酯芯相比，工作实施例B的聚碳酸酯芯延迟放热。然而，工作实施例B的平均峰值放热非常高，为146.7kW*min./m²。认为工作实施例B的相对较厚的芯(13mm)促成工作实施例B的相对较高的平均峰值放热。还认为，工作实施例B和D的芯的厚度有助于其中相对较高的峰值释放值。因此，使用更薄的芯可能是可取的，例如小于5mm厚。基于与其相关联的相对低的放热值，将聚醚酰亚胺或聚碳酸酯材料用于芯也可能是可取的。

工作实施例C具有出乎意料的低放热值，尽管其芯较厚，由聚氨酯泡沫制成(极易燃)，并且总复合材料厚度大于其他工作实施例。值得注意的是，放热值在测试结束时(约300秒时)尚未达到其峰值。因此，认为热塑性外层与工作实施例C的其他层的组合所延迟的放热足以通过航空、铁路和其他安全标准。

通过用工作实施例A的热塑性层代替比较例1的铝和额外的热固性层，复合夹层结构可具有大大降低的放热，这完全在航空、铁路或其他安全标准内。因此，通过使用本文公开的复合夹层结构，可以安全地省略添加铝层以使热量从复合夹层结构的内部部件转移的昂贵步骤。

本文公开的热塑性层可为具有该热塑性层的复合夹层提供期望的放热特性。通过为热塑性层提供着色剂或颜料，热塑性层在用作外表面时可不需要涂漆。相反，着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。在此类实施例中，包含热塑性层的复合夹层结构可以抵抗由于刮擦造成的颜色损失，从而消除了对未着色(例如，未涂颜料)的热塑性或热固性外层涂漆的需要。

本文公开的复合夹层可具有相对较低的放热、高吸音、高隔热、高抗弯刚度、高能量吸收以及轻量。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、舱壁等)、海洋应用、农业设备、铁路应用(例如，机车或轨道车辆内部、座椅、舱壁等)、自行车、卫星应用、工程材料、消费品(例如，家具、马桶座圈和电子产品等)，等等。

虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是可以预期其他方面和实施例。本文公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而非旨在进行限制。

Claims (31)

1.一种复合结构，包括：

具有第一多个纤维和第一热固性树脂的第一热固性层；

设置在所述第一热固性层下方的第二热固性层，所述第二热固性层具有第二多个纤维和第二热固性树脂；和

与所述第一热固性层结合的金属层。

2.根据权利要求1所述的复合结构，还包括设置在所述第一热固性层和所述第二热固性层之间的芯，其中所述芯包括结合在一起的多个单元。

3.根据权利要求2所述的复合结构，其中，所述多个单元包括聚合物泡沫体或以平行取向结合在一起的多个管。

4.根据权利要求3所述的复合结构，其中，所述多个管包括聚碳酸酯管、聚丙烯管、聚苯乙烯管或聚醚酰亚胺管。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合结构，其中：

所述第一热固性层包括多个玻璃纤维或多个碳纤维；和

所述第二热固性层包括多个玻璃纤维或多个碳纤维。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合结构，其中：

所述第一多个纤维具有约80gsm至约300gsm的密度；以及

所述第二多个纤维具有约80gsm至约300gsm的密度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合结构，还包括设置在所述金属层下方的热塑性层，所述热塑性层包括高温热塑性聚合物，所述高温热塑性聚合物包括聚醚酰亚胺、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/聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的复合结构，其中：

所述热塑性层包括聚醚酰亚胺聚合物；

所述第一热固性树脂包括环氧聚氨酯热固性树脂；以及

所述第二热固性树脂包括环氧聚氨酯热固性树脂。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合结构，其中，所述金属层包括铝箔、铝网或穿孔铝板。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合结构，其中，所述金属层包括面向所述第一热固性层的酸蚀刻表面。

11.一种制造复合结构的方法，所述方法包括：

在模具中设置叠层，所述叠层包括：

具有第一多个纤维的第一热固性层；

设置在所述第一热固性层下方的第二热固性层，所述第二热固性层具有第二多个纤维；和

设置在所述第一热固性层上的金属层，其中所述金属层是所述叠层的最外层；

以约10巴或更小的压力在所述模具中压制所述叠层；以及

至少部分地固化所述叠层以形成所述复合结构。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述金属层包括铝箔、铝网或穿孔铝板。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中，所述叠层包括设置在所述第一热固性层和所述第二热固性层之间的芯，所述芯包括结合在一起的多个单元。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个单元包括聚合物泡沫体或以平行取向结合在一起的多个管。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中：

所述第一热固性层包括第一热固性树脂；

所述第二热固性层包括第二热固性树脂；以及

所述第一热固性树脂或所述第二热固性树脂中的一个或多个包括环氧聚氨酯热固性树脂。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，在模具中设置叠层包括形成所述叠层。

17.根据权利要求16中任一项所述的方法，其中，形成所述叠层包括将所述第一热固性树脂施加到所述第一多个纤维上以形成所述第一热固性层以及将所述第二热固性树脂施加到所述第二多个纤维上以形成所述第二热固性层。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，所述第一多个纤维或所述第二多个纤维中的一者或两者包括碳纤维或玻璃纤维。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，在模具中设置所述叠层包括：

在所述模具中设置所述金属层；

在所述金属层上设置所述第一热固性层；

在所述第一热固性层上设置所述芯；

在所述芯上设置所述第二热固性层。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的方法，还包括用橡胶材料包覆所述模具的一个或多个模制表面的至少一部分。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述橡胶材料包括室温硫化硅树脂。

22.根据权利要求20至21中任一项所述的方法，其中，在模具中设置所述金属层包括在所述模具中的所述橡胶材料上设置所述金属层。

23.根据权利要求11至22中任一项所述的方法，其中，以约10巴或更小的压力在所述模具中压制所述叠层包括以小于9巴的压力在所述模具中压制所述叠层。

24.根据权利要求11至23中任一项所述的方法，其中，以约10巴或更小的压力在所述模具中压制所述叠层包括在选定的持续时间内压制所述叠层。

25.根据权利要求11至24中任一项所述的方法，其中，以约10巴或更小的压力在所述模具中压制所述叠层包括在加热的模具中压制所述叠层。

26.根据权利要求11至25中任一项所述的方法，其中，至少部分地固化所述叠层以形成所述复合结构包括加热所述叠层同时在所述模具中压制所述叠层或在模具中压制叠层后使所述叠层冷却至环境温度中的一个或多个。

27.根据权利要求11至26中任一项所述的方法，其中，所述模具的尺寸和形状被设计成形成用于通信设备的面板、外部车身面板、内部车身面板、框架、仪表板、模制件、座椅部件、桌子、托盘、储物箱、储物盖、电池或电磁屏蔽件。

28.根据权利要求11至27中任一项所述的方法，其中：

所述第一热固性层包括在第一多个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个玻璃纤维或碳纤维上的环氧聚氨酯树脂。

29.一种复合结构，包括：

具有第一多个纤维和第一热固性树脂的第一热固性层；

设置在所述第一热固性层下方的第二热固性层，所述第二热固性层具有第二多个纤维和第二热固性树脂；

设置在所述第一热固性层和所述第二热固性层之间的芯，其中所述芯包括结合在一起的多个单元；和

与所述第一热固性层的外表面结合的金属层。

30.根据权利要求29所述的复合结构，其中所述金属层包括铝箔、穿孔铝板或铝网。

31.根据权利要求29至30中任一项所述的复合结构，其中，设计所述复合结构的尺寸和形状以作为通信设备的面板、外部车身面板、内部车身面板、框架、仪表板、模制件、座椅部件、桌子、托盘、储物箱、储物盖、电池或电磁屏蔽件。