TWI767938B - 混合式複合材料 - Google Patents

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TWI767938B
TWI767938B TW106131862A TW106131862A TWI767938B TW I767938 B TWI767938 B TW I767938B TW 106131862 A TW106131862 A TW 106131862A TW 106131862 A TW106131862 A TW 106131862A TW I767938 B TWI767938 B TW I767938B
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hybrid
hybrid composite
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麥可 Ｇ 卡立恩
尼爾斯 德格瑞福
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比利時商瑞恩肆德公司
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Abstract

一種混合式複合材料包含熱塑性或熱固性基體，脆性纖維及延性纖維(1)存在於該熱塑性或熱固性基體中，其特徵在於，該等纖維經組配，使得該混合式複合材料之該等延性纖維(1)在衝擊或過載下藉由該等延性纖維(1)之塑性變形散逸能量且在衝擊或過載之後展示殘餘性質。

Description

混合式複合材料
本發明係關於混合式複合材料，其中獲得與例如不銹鋼纖維之延性纖維之混成。更特定而言，本發明係關於混合式延性纖維複合材料，例如不銹鋼纖維，該等混合式延性纖維複合材料在衝擊或過載之後保持該等混合式延性纖維複合材料之完整性。
碳纖維就以重量計之強度及剛度兩者而言在特徵方面優於鋼及鋁。在相等重量及相同外徑下，碳複合材料的剛性及強度將理論上為鋼管的四倍。然而，碳複合材料具有許多缺點，此意味未達成此等高值。
單獨碳纖維在負載時僅為韌性的。因此，纖維必須經嵌入樹脂(諸如環氧樹脂)中且另外沿多個方向平放以在所有方向上得到強壯構造。環氧樹脂亦具有質量但無助於強度及剛度。碳纖維在過載時無法塑性地變形但突然地且爆發地斷裂。因為此脆性破裂比塑性變形危險得多，所以較高安全裕量經構建至碳複合材料產品中。
因此，需要以上及其他缺陷的解決方案。
本發明之實施方式之一目的為提供用於組件之生產，例如用於在腳踏車中使用的混合式複合材料，較佳地混合式積層，該等混合式複合材料包含延性纖維及脆性纖維之組合，兩者纖維具有高剛度。
本發明之實施方式之一優點為提供具有與延性纖維，例如不銹鋼 纖維之混成的混合式複合材料。更特定而言，本發明係關於混合式延性纖維複合材料，例如不銹鋼纖維，該等混合式延性纖維複合材料在衝擊或過載之後保持該等混合式延性纖維複合材料之完整性。
以上提到的目的藉由根據本發明之實施方式之混合式複合材料實現。
在一第一態樣中，本發明涉及一種混合式複合材料，該混合式複合材料包含：熱塑性或熱固性基體，脆性纖維及延性纖維存在於該該熱塑性或熱固性基體中，其特徵在於，該等延性纖維單獨地存在或含於紗線中，該紗線具有小於5°之扭轉角度或處於無扭轉中，該等脆性纖維及延性纖維之剛度大於150GPa，且該等延性纖維具有大於5%的斷裂伸長度，該等纖維經組配，使得在衝擊或過載時的該混合式複合材料之該等延性纖維(1)藉由該等延性纖維之塑性變形散逸能量且該混合式複合材料在衝擊或過載之後保持完整性。
該複合材料可包含紗線，較佳地無扭轉紗線，該紗線包含較佳地275個或更少延性纖維，例如較佳地120個或更少延性纖維，諸如例如較佳地小於90個延性纖維。
混合式複合材料可在每毫米厚度至少4J之衝擊或過載之後維持該混合式複合材料之完整性。根據一些實施方式，該混合式複合材料可在3點彎曲測試中於每毫米厚度至少4J之衝擊或過載之後維持該混合式複合材料之完整性，藉此兩側經夾緊且藉此使用該材料之40mm之跨距。
經典衝擊測試(充分地圓形夾緊的正方形測試樣本)中之碳積層可在衝擊以穿透(例如，完整性之丟失)期間散逸積層之每毫米厚度5J至10J。在根據本發明之混合式複合材料之測試中，較小(30mm寬)的樣本已經測試以加速完整性之丟失。衝擊設置因此為3點彎曲測試，其中兩側以40mm跨距夾緊。在此類型的測試中，裂縫朝向側邊增長較快，從而引起完整斷裂(例如，在較低能 量處，碳纖維複合材料將較快速地失去該碳纖維複合材料之完整性)。因此，每毫米厚度16J或4J取決於測試設置，且當與經典穿透測試相比時，實情為在低側上。
混合式複合材料可在衝擊或負載之後維持結構殘餘機械性質，且因此可經得起第二衝擊或過載。
根據本發明之實施方式之新穎混合式積層可由延性纖維及脆性纖維之組合組成，兩者纖維包含高剛度。該等延性纖維之纖維體積分率可小於纖維之總量之50%，較佳地小於20%，例如介於3%與10%之間。
該等脆性纖維及延性纖維之剛度較佳地大於150GPa，且更具體而言較佳地大於200GPa。
根據本發明之實施方式使用(不鏽)鋼纖維作為延性纖維之主要優點在於該等鋼纖維擁有本質上高的剛性(剛度)(±200GPa)。此使在無絕對剛性之丟失的情況下以鋼纖維替換碳纖維為可能的。然而，此將引起增重，該增重為所增添的鋼纖維之量之函數。
延性纖維之斷裂伸長度可大於5%，較佳地大於20%。延性纖維之較高降伏強度將提供在混合式積層中提供較好的結果，較佳地降伏強度大於100MPa，諸如，例如，大於350MPa。
該等纖維較佳地可具有小於100μm且較佳地小於40μm之直徑。
該等脆性纖維及/或延性纖維可具有粗糙及/或不規則表面，使得該等脆性纖維及/或延性纖維較好地黏結至該基體。
在實施方式中，該脆性纖維為硬脆性纖維，例如，剛性碳纖維、玻璃纖維或天然纖維諸如，例如，亞麻纖維。較佳地，碳纖維經用作脆性纖維。
該等纖維可緊密地堆積在一起。
該等延性纖維可具有多邊形橫截面且在延性纖維單向地置放時 彼此靠近地配合且實現局部高纖維體積分率。
該等延性纖維可單向地置放於均質層中。
該等脆性纖維可單向地置放於均質層中。
該等延性纖維可提供於織物中。
具有無扭轉延性纖維之紗線可經用作緯紗紗線且經紗紗線由具有高收縮之無扭轉聚合物紗線組成。
該等脆性纖維可提供於織物中。
該等延性纖維可經提供為該等延性纖維之縱向方向垂直於該複合材料之預期裂縫方向。
該等脆性纖維及延性纖維可經提供於層間組態中，導致具有至少一個延性纖維層之混合式積層。
該至少一個延性纖維層可經置放於該複合材料之至少一個表面上，亦即其中最大扭曲可發生且其中裂縫可展示最大開口。
該至少一個延性纖維層可經置放於混合式複合材料之至少一個最大表面上。
該等脆性纖維可為碳纖維。
該等延性纖維可為不銹鋼纖維。
該複合材料可為積層或夾心板。
該複合材料可為管或輪廓。
該管或輪廓之曲率可有助於該混合式複合材料之該完整性。
本發明亦涉及一種製作如以上所描述之混合式複合材料之方法，該方法包含將該等脆性纖維及延性纖維置放於一定形狀之模具上；以熱塑性或熱固性樹脂浸漬該等纖維以形成混合式複合材料。
本發明亦涉及一種製作如以上所描述之混合式複合材料之方法，該方法包含：提供含有脆性纖維之物件；將至少一個延性纖維層提供至該物件之至少一個表面。
本發明之實施方式之優點在於，擁有傳染性結構機械性質的現有物件，諸如，例如，碳纖維複合材料，可藉由將延性纖維層提供至製品之至少一個(大)區域加強。此可例如藉由將包含至少一個延性纖維層的帶材提供於物件上來達成。在管之狀況下，帶材可經提供於管之外表面上及/或內表面上。
該方法可進一步包含以熱塑性或熱固性樹脂浸漬該等纖維以形成混合式複合材料。
本發明亦涉及使用如以上所描述之混合式管作為腳踏車框架之部分及較佳地作為腳踏車叉。
本發明亦涉及使用包含至少一個延性纖維層的帶材增強包含脆性纖維的物件之完整性。
在本發明之實施方式中，以下描述使用鋼纖維之可能性。鋼纖維由於高剛度而提供良好結果。然而，任何剛性(>70GPa)及延性(斷裂伸長度>5%)纖維可適於此，諸如鈦、銅及特定(高度延性及剛性)UHMWPE變體(諸如Dyneema)及醯胺(諸如kevlar)等。
在本發明之實施方式中，纖維，例如，脆性纖維及/或延性纖維較佳地具有小於100μm，諸如，例如，小於40μm之直徑(但此不應以纖維之延性為代價)。
在本發明之實施方式中，纖維，例如，脆性纖維及/或延性纖維，較佳地具有粗糙及不規則表面(考慮到較好黏結)。
在本發明之實施方式中，纖維，例如脆性纖維及/或延性纖維， 較佳地緊密地堆積在一起。在延性纖維為拉製鋼之束或紗線的實施方式中，延性纖維之多邊形橫截面為一類拼圖片塊，該等拼圖片塊在根據本發明之混合式複合材料中之生產中良好地配合且因此實現局部高的纖維體積分率。
在本發明之實施方式中，延性纖維較佳地垂直於預期裂縫生長定位(使得可橋接裂縫)。例如，在單向拉伸負載之狀況下，此在拉伸負載之縱向方向上。
在本發明之實施方式中，延性纖維較佳地定位於混合式積層的外面或外表面，其中最大變形可發生且其中裂縫可展現最大孔徑。
在本發明之實施方式中，延性纖維經提供為層，延性纖維層，具有盡可能小的收縮，較佳地小於5%，諸如，例如，小於0.5%(收縮表達為紗線之長度比單位晶胞之長度長的百分比)，且具有最小扭轉(用以促進編織的紗線之張力/紡絲)並且纖維盡可能緊密地堆積。在本發明之實施方式中，延性纖維準單向地提供於具有盡可能小的收縮及盡可能小的扭轉的較佳均質層中，導致延性纖維層，但實施方式不限於該延性纖維層。
在較佳實施方式中，延性纖維層僅含有延性纖維且無脆性纖維。延性纖維層可包含一或多個類型的延性纖維。在延性纖維層中亦可存在其他纖維(諸如較小剛性<70GPa的無扭轉聚合物紗線或脆性纖維)。纖維層之厚度可自單個纖維厚度變化至數公分。
在本發明之實施方式中，延性纖維可經提供為結構或織物，例如，具有延性纖維之無收縮織物。
在本發明之實施方式中，在混合式複合材料經提供為積層的情況下，一或多個延性纖維層可存在。較佳地，至少一個延性纖維層提供於其中變形可發生的外表面上。在其他實施方式中，交替地提供脆性纖維層及延性纖維層，因此形成層間組態。在仍然其他實施方式中，不同的，較佳地薄的延性纖 維層展佈在多個脆性纖維層之間。
在本發明之實施方式中，延性纖維經提供為織物或另一結構，其中延性纖維，例如鋼纖維，沿多個方向平放，諸如例如，在具有編織物的腹板中。
延性鋼纖維之纖維體積分率介於纖維之總量之1%與50%之間，較佳地(以重量計)介於1%與20%纖維之間，最可能介於3%與10%之間。
本申請案可使用於具有熱塑性(例如PP、PE、PA、PET、PEEK、PEKK、PEI、PPS等)基體或熱固性(諸如環氧樹脂、聚胺甲酸酯、聚酯、乙烯基酯、氰酸酯、苯酚等)基體之複合材料中。
根據本發明之實施方式之混合式複合材料之一優點在於，該等混合式複合材料具有低比重及高剛度。特定而言，該等混合式複合材料具有高特定剛性。較佳地，延性纖維具有幾乎與脆性纖維一樣高的剛度，尤其在使用(不銹鋼)鋼纖維時，該等延性纖維具有幾乎與碳纖維一樣高的剛度(與235GPa相比的200GPa)。此與諸如Dyneema、Kevlar、Curv的其他延性纖維形成鮮明對比。根據本發明之實施方式之再設計允許諸如例如藉由鋼纖維及碳纖維之組合在延性纖維及脆性纖維之組合中使用較少脆性纖維，例如碳纖維。
根據本發明之實施方式之混合式複合材料之一優點展示逐漸的延性斷破行為。特定而言，該等混合式複合材料在斷破期間部分塑性地變形。當脆性纖維，例如碳纖維斷裂成混合式複合材料時，延性纖維，例如(不銹鋼)，展示塑性變形，散逸能量且將該混合式複合材料全部保持在一起。相反，若100%碳纖維複合材料斷裂，則該100%碳纖維複合材料立即完全斷裂，而無警報。因此，本發明之實施方式提供不展現裂效應且斷破之邊緣不太尖銳的較安全材料。「安全」延性纖維，例如(不銹鋼)纖維之使用將防止斷破且因此降低安全因素。
根據本發明之實施方式之混合式複合材料之一優點在於，在衝擊或過載之後保持複合材料完全性。以此混合式材料製作的組件在衝擊或過載之後保持彼此連接。傳統複合材料上之衝擊或過載在大多數情況下具有完全斷裂及因此單獨尖銳片塊(通常不希望的效應)。
根據本發明之實施方式之混合式複合材料之一優點在於，在衝擊或過載之後保持複合材料之結構殘餘機械性質。在衝擊或過載之後，殘餘性質僅部分地低於在衝擊或過載之前的性質。材料因此在損壞之後仍可在結構上負載。其中增添例如Innegra或Curv纖維的混合式組件亦可達成完整性之保留，但由於延性纖維之較低機械性質，組件之殘餘強度為極低的。材料仍保持為一個片塊，但無法再處置第二衝擊或負載。
本發明之實施方式之一優點在於，對根據本發明之實施方式之混合式複合材料之可能損壞可經可視化且偵測。在衝擊之後，由於延性纖維，例如鋼纖維之塑性變形，組件將展現使損壞可見(例如，齒列)的永久變形，該永久變形容易自外表上檢查。取決於鋼纖維之組態及量，齒列之大小可經研究以估計下層碳纖維複合材料中之內部損壞之量。為有效地量測損壞，必須僅局部地使用昂貴的量測設備。
在傳統複合材料的情況下，衝擊之後的損壞通常為內部的，並且為眼睛不可見的。此內部損壞僅可藉由整體複合材料部分上的複雜及昂貴檢查技術(例如CT掃描、超聲)追蹤。
本發明之一優點在於，不同於其中低碳纖維體積分率(<10%)經選擇且其中使用許多延性纖維的用以混成之經典方法，在此可使用延性纖維(比較不銹鋼纖維)之小纖維體積分率。應力條件及斷裂方式在該狀況下為不同的，此允許例如僅在外側或外表面(其中裂縫為最大)上增添延性纖維。若大量碳纖維隨後斷裂，則由混合式積層製成的管將經嚴重地損壞，但仍保持完整性。換言之， 你可在管中引起局部大變形或汙物，但管仍可彎曲(儘管強度將較低)。本發明之實施方式之一優點在於，在管或夾心板中，由於曲率及標度結構，需要較少鋼纖維。當衝擊管時，應力條件為極局部的，相較於平坦板上之拉伸或撓曲測試更複雜且不太一致。在平坦板的情況下，材料經完全單側地或藉由彎曲拉動，容易地向下拉動且在頂部處壓縮。一旦全長破裂發生，對於有限量的延性纖維，諸如在傳統形式的混成中，不可能維持全長完整性。
根據本發明之實施方式之混合式材料組合兩者材料類中之最好類。混合式材料具有高剛度及低重量如傳統複合材料，且將在衝擊或過載時展現延性行為。組件不會分裂成若干片塊但保持為整體，且另外，與經典複合材料相比維持參考衝擊或過載之前的強度的相對高的強度。另外，衝擊或過載將留下永久塑性變形(=汙物)，此與經典複合材料相比極大地增加損壞之可見性。
本發明之實施方式之混合式複合材料可較佳地用來製作腳踏車，且更具體而言腳踏車之前叉。在前叉中，斷裂之結果為最急劇的，此使安全態樣為最大。鋼纖維在前叉中之增添確保前叉在嚴重事故或重衝擊中不斷裂。此允許騎車人到家(例如，平坦運轉(run-on-flat)的前叉類型)。前叉將仍必須經替代，但避免急劇砍倒，且騎車人仍可乘騎腳踏車。
此外，根據本發明之包括鋼纖維的混合式複合材料亦可使用於汽車領域中，其中碳纖維複合材料當前強烈地使用於諸如BMW i3及新BMW 7系列的消費者汽車中。鋼纖維隨後可增添至碳纖維複合材料之斷破行為當前有問題的特定位置。當前，管道結構藉由Eurocarbon以碳纖維編結，增添鋼纖維將在生產過程中大體上要求無改變。可使用長期鋼纖維的其他潛在市場包括大氣、空間及海洋領域。在此等領域中，已廣泛地使用碳纖維複合材料，但通常極高的安全因素用來避免複合材料之斷裂。在此等領域中，鋼纖維亦中經增添至斷破行為有問題的特定組件。
另一方面，在航空中存在產品，其中臨界負載為「工具降落」：使工具自低高度降落至(通常極薄的)碳纖維積層上。在此狀況下，將極容易偵測損壞(或損壞之可視化)以由於對較少過度簡化之需要而使結構甚至較輕。此為可能的，因為某些金屬纖維之降伏點可近似在與碳肥料複合材料中之裂縫發生的相同伸長處發生。
亦可使用根據本發明之混合式複合材料產生運動項目。例如高爾夫球桿、網球拍、獨木舟、船、划船嵌板、頭盔等。
另一潛在市場為(機器)零件，其中使碳複合材料組件斷裂對於整個機器而言為急劇的，例如其中碳複合材料片塊使機器之其他零件斷裂。
本發明之特定及較佳態樣闡述於伴隨獨立及從屬申請專利範圍中。來自從屬請求項的特徵可與獨立請求項之特徵且在適當時與其他從屬請求項之特徵組合，且並非僅如申請專利範圍中所明確闡述。
對於概括本發明及所達成的優於先前技術之優點之目的，以上已描述本發明之某些目的及優點。當然，應理解，未必所有此類目的或優點可根據本發明之任何特定實施方式達成。因此，例如，熟習此項技術者將認識到，本發明可以達成或最佳化如本文教導的一個優點或優點之集合的方式體現或實行，而不必達成如本文可教導或建議的其他目的或優點。
本發明之以上及其他態樣將根據下文所描述之實施方式顯而易見並且參考該實施方式予以說明。
1:鋼纖維/延性纖維
10:鋼紗線
20:聚酯紗/無扭轉聚酯紗線
100:不銹鋼纖維織物/織物
現將參考伴隨圖式藉由實例進一步描述本發明。
圖1a至圖1d展示用於其中將不銹鋼纖維用作延性纖維的實施方式的組織架構。
圖2展示參考碳積層、本發明之所生產混合式積層(A2、A3、S2及S3)及習知 單金屬的表面重量(左)及幾何拉伸剛度(右)，板厚度適合於達成相同幾何拉伸剛度。
圖3展示參考碳積層、本發明之所生產混合式積層(A2、A3、S2及S3)及習知單金屬的表面重量(左)及幾何彎曲剛度(右)，板厚度經調整以達成相同幾何彎曲剛度。
圖4展示參考碳積層、根據本發明之一實施方式且根據習知單金屬之所生產混合式積層(O1,2；O1,25HM；O1,4和O1,6)的單位長度重量(左)及軸向剛度(右)，藉此壁厚度經調整以達成相同軸向剛度。
圖5展示參考材料(簡縮為B30E00)及根據本發明之混合式積層(A2、S2、A3和S3)上的彎曲測試力位移圖。
圖6展示在參考碳纖維積層及根據本發明之混合式積層(S2、S3、A2及A3)之彎曲測試期間的彎曲強度(黑色)及散逸能量(白色)之比較。
圖7展示參考碳纖維積層上的0J、4J、8J及16J(自頂部至底部)之衝擊之後的效應。
圖8展示在16J之衝擊之後的根據本發明之實施方式之混合式積層(自左至右：A2、S2、A3、S3)。
圖9展示在32J之衝擊之後的根據本發明之實施方式之混合式積層(自左至右：A2、S2、A3、S3)。
圖10展示管上衝擊之結果，更具體而言展示參考碳纖維管(左)及根據本發明之混合式管即O1.25HM(中間)及O1.6(右)上的50J衝擊之結果。
圖11展示呈參考碳纖維積層(REF)及根據本發明之混合式積層(A2、S2、A3及S3)上的衝擊能量之函數的拉伸測試中之殘餘最大力。
圖12展示呈拉伸測試之前的參考碳纖維積層(REF)及根據本發明之混合式積層(A2、S2、A3及S3)上的衝擊能量之函數的拉伸測試期間之殘餘散逸能量。
圖13展示呈參考碳纖維積層(REF)及根據本發明之混合式積層(A2、S2、A3及S3)上的衝擊能量之函數的彎曲測試中之殘餘最大力。
圖14展示呈彎曲測試之前的參考碳纖維積層(REF)及根據本發明之混合式積層(A2、S2、A3及S3)上的衝擊能量之函數的彎曲測試期間之殘餘散逸能量。
圖15展示藉由30J衝擊的管上的殘餘彎曲強度，更具體而言展示參考碳纖維管(REF)及根據本發明之混合式管(O1.2；O1.25HM；O1.4及O1.6)上的殘餘彎曲強度。
圖16展示藉由30J衝擊的管之彎曲測試中的殘餘散逸能量，更具體而言展示參考碳纖維管(REF)及當前管(O1.2；O1.25HM；O1.4及O1.6)上的殘餘散逸能量。
圖17展示用於藉由30J衝擊的管上的不同壓縮試驗之力位移圖表，更具體而言展示參考碳纖維管(REF)及當前管(O1.2；O1.25HM；O1,4；I1,4及O1,6)上的不同壓縮試驗之力位移圖表。
圖18展示參考碳管上的衝擊(左)、衝擊之後的彈性返回及損壞(中央)，接著為壓縮測試中之突發失效(右)的示意圖。
圖19展示具有鋼纖維之根據本發明之混合式管上的衝擊(左)、局部截面之永久塑性變形及減少(中央)，接著為壓縮測試中之逐漸平滑(右)的示意性圖。
圖20展示衝擊積層及由於衝擊而呈現的永久變形的相片。換言之，圖20展示損壞。
圖21a至圖21b例示呈白色的用於由根據本發明實施方式之混合式複合材料製成的腳踏車之前叉及全碳纖維變體之前叉。
圖式僅為示意性的且為非限制性的。在圖式中，元件中之一些之大小可經誇大且未按比例描繪以用於例示性目的。
申請專利範圍中之任何參考符號不應被視為限制範疇。在不同圖式中，相同參考符號指代相同或類似元件。
本發明將關於特定實施方式且參考某些圖式加以描述，但本發明不限於該等特定實施方式但僅受申請專利範圍限制。
本說明書全文中對「一個實施方式」或「一實施方式」之提及意味結合該實施方式所描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一個實施方式中。因此，片語「在一個實施方式中」或「在一實施方式中」在本說明書全文各種地方之出現未必全部指代相同實施方式，但可能指代相同實施方式。此外，特定特徵、結構或特性可在一或多個實施方式中以任何適合方式組合，如此項技術中之一般技術者將自本揭示內容顯而易見的。
類似地應瞭解，在本發明之示範性實施方式之描述中，本發明之各種特徵有時在單個實施方式、圖或其描述中集合在一起以用於使揭示內容合理化且幫助對各種發明性態樣中之一個或多個之理解之目的。然而，此揭示方案將不應解釋為反映所主張的發明要求相較於每一請求項中明確敘述的更多特徵之意圖。實情為，如以下申請專利範圍反映，發明性態樣在於少於單個先前揭示之實施方式之所有特徵。因此，詳細描述之後的申請專利範圍因此明確地併入此詳細描述中，並且每一請求項獨立地作為本發明之單獨實施方式。
此外，雖然本文所描述之一些實施方式包括在其他實施方式中包括的一些特徵但不包括在其他實施方式中包括的其他特徵，但不同實施方式之特徵之組合意味處於本發明之範疇內，且形成不同實施方式，如熟習此項技術者將理解。例如，在以下申請專利範圍中，可以任何組合使用所請求之實施方式中之任何實施方式。
此外，描述中及申請專利範圍中之術語第一、第二等用於區別類似元件且並非必然地用於時間上、空間上、定序上或以任何其他方式描述順序。將理解，如此使用的術語在適當情況下為可互換的，且本文所描述之本發明之 實施方式能夠以相較於本文所描述或例示的其他順序操作。
此外，描述及申請專利範圍中之術語頂部、在下方、前方等用於描述性目的且並非必然地用於描述相對位置。將理解，如此使用的術語在適當情況下為可互換的，且本文所描述之本發明之實施方式能夠以相較於本文所描述或例示的其他定向操作。
應注意，申請專利範圍中使用的術語「包含」不應解釋為限於此後列表的構件；該術語不排除其他元件或步驟。因此，該術語將經解釋為指定如所涉及的所述特徵、整數、步驟或組件之存在，但不排除一或多個其他特徵、整數、步驟或組件或其集合之存在或增添。因此，表達「包含構件A及構件B之裝置」之範疇不應限於僅由組件A及組件B組成之裝置。關於本發明意味，裝置之僅有的相關組件為A及B。
在本文所提供之描述中，闡述許多特定細節。然而，應理解，本發明之實施方式可在無此等特定細節的情況下實踐。在其他情況下，熟知的方法、結構及技術未詳細地展示，以便不模糊對此描述之理解。
在實施方式中提及「積層」的情況下，此係關於由給定材料之不同層組成的複合板片材料，從而獲得以單個材料不能獲得的性質。
在實施方式中提及「收縮」的情況下，此係關於層、結構或織物中之延性纖維之向上及向下變形。
在實施方式中提及「完整性」的情況下，此係關於在衝擊或過載之後保持其完整性的(混合式)複合材料，例如，複合材料可在內側斷裂但仍整個地起作用。此亦可涉及在衝擊或過載之後保持本發明之混合式複合材料之結構殘餘機械性質的情況下的結構完整性此等混合式複合材料之片塊在衝擊或過載之後保持附接，且另外該等片塊亦具有一定(殘餘)機械效能。此與例如可藉由內側上之薄纖維網保持在一起但再也無法處於負載下的斷裂蛋殼相反。在衝擊之 後，結構具有殘餘機械性質(強度、剛度)且甚至可承受第二衝擊。儘管描述僅提供板片及管(具有圓形橫截面)之實例，但本發明之實施方式包括包含本發明之混合式複合材料的具有不同形狀之物件。此物件可由本發明之混合式複合材料組成或可包括混合式複合材料(諸如，例如，作為塗層)。輪廓可具有開放(例如，C形輪廓)或閉合橫截面，且可為中空的或充滿的。在較佳實施方式中，物品具有曲率，藉此改良物件之結構性質。
在本發明之實施方式中提及脆性纖維及延性纖維的情況下，此等纖維經理解為在標準條件(室內溫度及標準大氣壓力)下分別具有脆性性質及延性性質。
在本發明之實施方式中提及斷裂伸長度的情況下，該斷裂伸長度稱為材料在突發或斷裂負載下相對於初始長度(技術伸長)延伸的百分比。
在本發明之實施方式中提及剛性的情況下，係提及具有高於一定極限值的至少一值的楊氏模數。
在本發明之實施方式中提及衝擊同時維持完整性的情況下，係提及具有正衝擊的材料之每毫米厚度超過4J之能量的衝擊，藉此材料保持實體地連接於一個片塊中且損壞部分中之拉伸強度(Mpa)仍保持該拉伸強度之原始值之至少5%。
在本發明之實施方式中提及由纖維做出的扭轉角度的情況下，係提及藉由施加至紗線或纖維束的扭力產生的相對於紗線或纖維束之縱向方向的單獨纖維之角度。
在一第一態樣中，本發明提供混合式複合材料，其中獲得與延性纖維及較佳地延性不銹鋼纖維之混成。更特定而言，本發明涉及包含延性纖維的混合式複合材料，該等混合式複合材料在衝擊或過載之後保持該等混合式複合材料之完整性。
在實例中，將提及不銹鋼纖維作為延性纖維，但實施方式不限於該等不銹鋼纖維。不銹鋼纖維較佳地緊密地堆積且展示小收縮或無收縮，例如在層中或作為織物。不銹鋼纖維織物100藉由使用鋼纖維1作為緯紗及聚酯紗線20作為經紗組成。鋼纖維1在經紗上逐一地插入物織物中，水平地介於經紗之間。此等緯紗纖維(鋼纖維)1逐一地垂直於經紗，水平地介於經紗之間，定位於織物中。緯紗纖維(鋼纖維)1以無扭轉方式經按壓彼此靠近且因此形成鋼紗線10且藉此形成織物。
不銹鋼纖維織物因此較佳地為使用具有多邊形橫截面(例如，30μm直徑)之275個無扭曲不銹鋼纖維(316L)之1個紗線作為緯紗紗線的準單向織物或結構。鏈方向由具有高收縮之非編織聚酯(PET或PES)紗線組成。此將確保鋼纖維定向成盡可能直的且盡可能好的。此對於最終複合材料之剛度及延性行為兩者具有主要影響。鋼纖維沿垂直於預期裂開或斷裂(例如，在平行於負載的拉伸負載中)方向的每一方向定向。
根據本發明之實施方式之不銹鋼纖維織物100示意性地展示於圖1a中，其中包含多個無扭轉鋼纖維1的不銹鋼紗線10藉由無扭轉聚酯紗線20保持為直的。圖1b例示不銹鋼纖維織物100之一些層之橫截面圖的顯微術影像。在本文中，亦清楚，多個不銹鋼纖維提供於鋼纖維紗線中。圖1c例示根據本發明之實施方式之不銹鋼纖維織物100的平面圖，該不銹鋼纖維織物之放大的一片塊例示於圖1d中。以下表1及表2提供關於鋼纖維及鋼纖維結構/織物之更多資訊。
以下表1例示根據本發明之實施方式使用的鋼纖維織物之特性：
Figure 106131862-A0305-02-0018-1
以下表2描述不銹鋼纖維(較佳地具有30μm之直徑)之機械性質：
Figure 106131862-A0305-02-0018-2
使用於本發明之實施方式中的碳纖維織物為Hexce織物：由具有帶有160g/m2之表面重量的AS2CJ碳纖維之3K紗線組成的2/2斜紋織物。基體材料為環氧樹脂，更具體而言Araldite LY-1564-SP，且硬化劑為Aradur 3486-BD。
根據本發明之實施方式之混合式複合材料為包含交替碳纖維層(包含碳纖維織物)及不銹鋼纖維層(包含鋼織物)之各種層的混合式複合板材料。 在混合式積層之構造中，鋼纖維層每次較佳地定位在外側上。此因為最大扭曲在彎曲及衝擊中發生在外側上，且因此此等大變形隨後可藉由鋼捕獲。
在本發明之實施方式之實例中，積層由於重表面重量具備延性纖維之僅一個或兩個層。但是此僅為一特定實施方式且其他組態亦可經提供(例如，藉由平放展佈在脆性纖維層之間的不同薄延性纖維層)。
以下表3展示測試的不同板積層及組態。在根據本發明之實施方式之非對稱(A2、A3)混合式積層之狀況下，鋼纖維之一層置放在下側上。在對稱積層(S2、S3)之狀況下，鋼纖維層經提供在頂部處且鋼纖維層經提供在下側上。參考板不包含用於混成之鋼纖維層且因此考慮單碳複合材料。
Figure 106131862-A0305-02-0019-3
例如，表3中列表的板可藉由真空浸漬生產。因此，乾(碳及不銹鋼)纖維經定位於平坦板上且在真空下以例如環氧樹脂的基體材料浸漬以形成混合式複合材料。
除包含根據本發明之混合式複合材料的板或夾層結構之外，本發明之實施方式亦提供其他形狀或輪廓，諸如，例如，包含曲率的I形、C形或H形輪廓或管。不同類型的管亦為可能的，諸如包含不同橫截面(例如，圓形、正方形、多邊形等)的管。本發明之實施方式之一優點在於幫助曲率以改良混合式複 合材料之結構機械特性(衝擊及殘餘強度)。
Figure 106131862-A0305-02-0020-4
以下表4總結根據本發明之所生產混合式管及參考管之特性。
表4例示根據本發明之實施方式之圓形橫截面之混合式管及參考碳管(該參考碳管不包括不銹鋼纖維)之特性。亦可使用以上提到的真空浸漬生產管。在此狀況下，較佳地在管之外表面上使用鋼纖維之單個層，且關於碳纖維之層之數目調整厚度使得外徑保持恆定(32mm)且壁厚度(及重量)在不同管之間變化。在表4中，縮寫「O」為例如現有碳複合材料管的管之外側上的鋼纖維經積層的管，而「I」意味管之內側上的鋼纖維經積層。在縮寫「O1.25HM」的情況下，高模數碳纖維(Torayca M40J)用來獲得增加的剛度且因此在如參考材料的較低壁厚度的情況下獲得類似剛度。本發明之實施方式提供低比重及高剛度之材料。使用鋼纖維複合材料之經典積層理論及量測特性，可精確地計算根據本發明之實施方式之混合式複合材料之剛度及重量。
根據本發明之實施方式之板結構中的剛度及重量
為正確地比較不同材料之剛度及相對密度，不令考慮絕對材料特性而且亦考慮幾何效應。混合式積層之厚度及層結構經選取使得幾何拉伸剛度為類似的或高於參考碳纖維積層。換言之，由於具有高剛度之鋼纖維之增添，積層之厚度可為較小的(具有對重量之有益效應)而不影響在特定負載下的變形。對於甚至更高的剛度但具有較高增重，在A3及S3之狀況下的積層之厚度為類似的或稍微較高。
藉由比較，相應實踐經應用於單鋁、鈦及不銹鋼：板之厚度經選取使得一定力(以N為單位)將得到類似變形(相等幾何剛度)。以此方式，可直接比較對重量之效應。
圖2例示具有類似幾何拉伸剛度之板之重量增加。以混合式結構(A2、A3及S2)設計的組件將展示相對於參考材料的有限增重(1%-17%)，但將仍具有相較於傳統金屬的較低重量。單混合式積層S3與金屬(26%-31%)相比具有較高增重(32%)，但經極度地定尺寸(幾何剛度比參考及金屬高25%)(參見表5)。
Figure 106131862-A0305-02-0021-5
Figure 106131862-A0305-02-0022-6
表5提供參考碳積層、所生產混合式積層及傳統金屬之增重、材料及幾何剛度之概述。
可針對幾何彎曲剛度進行類似比較(參見圖3)。在此狀況下，積層A3及S3兩者為過大的。由於較高厚度，該等積層具有分別比所有金屬高42%及72%的幾何彎曲剛度，但甚至此等積層具有相較於所有金屬的較低重量。
由於外側上的鋼纖維之高剛度，積層A2具有幾乎相同的幾何彎曲剛度(-9%)，而無相對於參考碳纖維材料的重量增加(+1%)。
Figure 106131862-A0305-02-0022-7
表6提供參考碳積層、根據本發明之實施方式之所生產混合式積層及習知單金屬之增重、材料及幾何剛度之概述。
根據本發明之實施方式之管結構(具有圓形橫截面)中之剛度及重量
與用於板片結構的相同理論計算可應用於管結構。僅管之內徑(及因此壁厚度)經調整以達成相同軸向剛度。圖4例示所生產的所有混合式管道 對於相同軸向剛度具有相較於金屬結構的較低每延伸公尺重量。當前積層結構中之增重限於12%至34%。針對相同軸向剛度設計的金屬管上之增重為60%至72%。
Figure 106131862-A0305-02-0023-8
表7提供參考碳積層、所生產混合式管結構積層及傳統金屬之每公尺重量、壁厚度及軸向剛度之概述。
根據本發明之實施方式之混合式板之逐漸延性破斷行為
所生產的混合式板在彎曲方面經測試。測試在具有30kN測力元件之Instron 5985上執行。測試樣本之寬度為30mm，具有150mm之跨距長度。位移速度為5mm/min。測試樣本之厚度在以上表5中給出。圖5例示用於參考碳纖維積層之脆性斷破行為。在約4mm之偏轉之後，積層斷裂成2個片塊。此不同於在碳纖維中之第一斷破之發生之後仍可甚至在超過10mm之位移之後支承約1kN之力的所有混合式積層。另外，用於混合物之功率位移圖展示自呈永久變形之形式的來約2mm偏轉的非線性梯度，此意味幾乎到達最大強度的某種警告。 在到達最大強度之後，力下降，但比在參考碳纖維積層之狀況更逐漸地下降。
圖6展示混合式積層之絕對強度稍微低於參考碳纖維積層，但在積層之變形/斷裂期間散逸的能量比參考碳纖維積層高35%-125%。此能量散逸經計算為力位移曲線下的區域。重要的是提到值未根據材料之厚度規範化。此係因為板厚度經調整以達成相同幾何剛度，且因此在積層之較高材料剛度的情況下，可使用較低板片厚度(以降低絕對重量)。此確保存在內在較少的材料(在積層A2及S2的情況下)，具有最大強度為較低的邏輯結果。然而，此強度減少藉由較好斷破行為及斷破期間的較高能量散逸補償。在傳統複合材料中，設計通常由於急劇斷破行為而變得過於強烈地定尺寸。由於斷破及能量散逸之強烈改良，混合式積層之強度減少因此將未必要求另一設計。
在衝擊或過載之後維持根據本發明之實施方式之混合式板片結構之完整性
在全碳纖維積層(且非混合物)之狀況下，來自一定能量階的衝擊將使碳纖維積層斷裂成兩個分離片塊。由於鋼纖維之延性行，本發明之實施方式之一優點為，混合式積層甚至將甚至在高能量衝擊的情況下保持該混合式積層之完整性，亦即，積層在內側斷裂，但仍保持為整體。
為表明此效應，將20mm的寬度之積層夾緊至Huntsman衝擊機中。衝擊以20mm直徑的指狀壓痕器實現且夾緊環具有40mm之內徑。衝擊設置因此為彎曲測試，其中兩側以40mm跨距夾緊。圖7例示在超過16J之衝擊下，脆性的全碳纖維板片斷裂成2個片塊。
圖8例示在以參考碳纖維積層如以上所描述且例示於圖7中地斷裂成2個片塊的相同能量(16J)衝擊之後的根據本發明之實施方式之具有鋼纖維之混合式積層(自左至右：A2、S2、A3、S3)之實例。在所有狀況下，積層保持為一個片塊。在碳纖維增強層內部，斷破及脫層發生，但此等碳纖維增強層藉 由鋼纖維層保持在一起。
圖9例示在參考碳纖維積層斷列成兩個片塊的情況下的雙倍能量衝擊(32J)之後的根據本發明之實施方式之具有鋼纖維之混合式積層(自左至右：A2、S2、A3、S3)之實例。甚至在雙倍能量衝擊的情況下，所有鋼纖維積層保持為整體。
在衝擊或過載之後維持根據本發明之實施方式之混合式管結構之完整性
為表明在衝擊根據本發明之實施方式之混合式管中的完整性，以50J之能量衝擊管。出於此目的，將具有32mm之外徑之管平放在分開300mm的兩個支撐點上。衝擊以20mm直徑的指狀壓痕器實現。衝擊設置因此為3點彎曲測試，其中兩側以300mm跨距自由平放。
在50J之衝擊的情況下，全參考碳纖維管(亦即非混合物)完全斷裂成兩個片塊。基於衝擊機之所量測力位移，在此衝擊期間吸收的能量可經量測：37.9±4.6.6J。與參考碳纖維管相比，根據本發明之實施方式之全混合式管保持其完整性，亦即該等全混合式管保持為一個整體。壓痕器留下永久變形且所有激勵能量散逸在管中。另外，在混合式積層中不存在尖銳邊緣或片塊，在該等混合式積層中，與碳纖維管相比，鋼纖維經積層在外側上。此亦例示於圖10中，展示測試管：參考碳纖維管(左)、O1.25HM(中間)及O1.6(右)上的50J衝擊之結果。
以上所示之重要差異在於，參考碳纖維在高衝擊之後於若干片塊中弄碎積層，而根據本發明之混合式積層在一個片塊中黏在一起。此確保在衝擊或過載之後保持本發明之混合式複合材料之結構殘餘機械特性。混合式複合材料之此等片塊在衝擊或過載之後繼續接合在一起，且另外該等片塊亦具有一定機械效能。此與例如可藉由內側上的薄膜保持在一起但根本無法再經攻擊的 斷裂蛋殼相反。在衝擊之後，結構仍具有殘餘機械特性(強度、剛性)且甚至可承受第二衝擊。
在板片結構上的衝擊之後維持結構機械性質
為表明此效應，將具有20mm之寬度的根據本發明之實施方式之混合式積層夾緊至Huntsman衝擊機中。衝擊以具有20mm之直徑的指狀壓痕器實現且夾緊使用具有40mm之內徑的環執行。衝擊設置因此為彎曲測試，其中材料之兩側以40mm跨距夾緊。積層以4J、8J、16J及32J之能量衝擊且此後藉助於拉伸測試及彎曲測試來測試殘餘機械性質。
拉伸測試係在具有150mm之介於夾器之間的跨距及2mm/min之位移速度的Instron 4505系統上執行。所使用之樣本寬度為30mm。撓曲/黏合測試在具有30kN測力元件之Instron 5985上執行。測試樣本之寬度為30mm，跨距長度為150mm。位移速度為5mm/min。測試樣本之厚度在表5中給出。
圖11例示針對拉伸測試的呈樣本上之衝擊能量之函數的殘餘拉伸力之保留。另外，降低的厚度之效應為強烈可見的。積層S2及A2展現無衝擊測試樣本(0J)中之較低最大力。另外在積層S2及A2上之衝擊測試中，低衝擊能量下的殘餘強度低於參考材料。此一方面藉由衝擊較薄積層引起，但另一方面亦因為在拉伸測試中材料之直徑由於降低的厚度而較細。然而，歸因於衝擊的拉伸強度之減少與參考材料相比更逐漸。另外，根據本發明之實施方式之所有混合式積層在32J之衝擊之後仍具有無衝擊樣本中之最大拉伸力之約四分之一。此與在以此能量階衝擊之後可吸收至多僅±25J且斷裂成2個或2個以上片塊的碳纖維積層相反。若混合式材料之厚度相同或較高，則混合式材料之殘餘拉伸強度在所有狀況下高於參考材料。
圖12以拉力試驗試樣上之衝擊能量之函數方式例示在衝擊樣本 上之拉伸測試中仍可散逸多少能量。正如最大拉伸力的情況，降低的厚度之效應為重要的。另外，減少對於混合式積層而言為更逐漸的。對於16J及更高之衝擊，所有混合式積層評分較好且此等積層仍可相對於參考積層散逸能量之1/3。以作為第二測試的3點彎曲測試執行類似測試。重要的是負載以相同方式施加：在3點彎曲中量測衝擊且在3點彎曲中量測殘餘性質。因為此為類似負載，所以在衝擊時發生的裂縫更容易地增大。因此，仍可藉由參考積層(如圖13中所例示)處置的功率與先前測試相比更快地減少。在16J之衝擊的情況下，拉伸方向上之積層具有殘餘強度，在彎曲中，最大力為可忽視地小的。
延性纖維(例如，鋼纖維)之增添之效應因此為更顯著的。鋼纖維在衝擊期間不斷裂，但由於塑性變形而散逸能量。當再次在相同方向上施加負載時，鋼纖維仍可承載高負載。在參考積層上之4J之衝擊的情況下，殘餘彎曲強度已下降至初始抗彎強度之37%。在混合式積層中，需要32J之衝擊來實現撓曲強度之類似減少。
如以上提到的，混合式積層可在彎曲測試期間散逸的能量比用於參考積層的高得多。此在衝擊之後亦保持狀況(如圖14中所例示)。在低能量下，甚至小裂縫及脫層發生在碳纖維層中，該等小裂縫及脫層隨後在彎曲測試中逐漸地增大，使得在一些狀況下，與無衝擊樣本相比，甚至更多能量在撓曲/黏合測試期間散逸。在衝擊之後，仍可在彎曲測試中散逸的能量在鋼纖維混合物中高126%-465%。
在管道上的衝擊之後維持結構機械性質
對根據本發明之實施方式之混合式管執行相同類型的試驗。在此狀況下，將具有32mm之外徑的管施加至間隔開300mm的2個支撐點。以20mm直徑的指狀壓痕器及30J之衝擊能量達成衝擊。之後，在具有30kN功率元件之 Instron 5985上執行具有300mm跨距之彎曲測試。位移速度為5mm/min。
圖15例示在30J之衝擊之後的管之殘餘彎曲強度。在混合式管「1.2」及「1.25HM」之狀況下，管之壁厚度因此低於參考管，使得殘餘強度低於參考。此再次因為存在較少材料來吸收衝擊能量。若壁厚度僅稍微較低(「1.4」)或相同(「1.6」)，則殘餘強度高得多。在管O1.6的情況下，30J至113%之衝擊之後的殘餘彎曲強度為較高的。
若不比較殘餘強度，而比較能量可散逸的程度(如圖16中所例示)，則效應為甚至更大的。具有類似壁厚度之管可在3點彎曲測試中於30J衝擊之後散逸至多140%的更多能量。
圖17展示在30J衝擊之後的經受壓縮測試的管之功率位移圖表(在相同設置的情況下)。
最大力僅用於類似於參考材料的管O1.6。然而，此藉由幾何效應引起。在參考材料上之衝擊之後，管返回至其原始形狀，具有內部損壞。當管隨後經負載至壓縮中時，損壞部分經擠回一起，且僅當力足夠高時裂縫快速地增大且使管曲折(如圖18中所例示)。
在混合式管之狀況下，殘餘變形保持。在已存在衝擊的地方，壓縮測試中之幾何形狀因此不同於參考材料中之該幾何形狀(如圖19中所例示)。管中之永久齒列確保在壓縮測試中管將已捏縮較小移動，使得無高力可累積。此效應明顯地取決於管之壁厚度(且為藉由該壁厚度可調整的)。細管具有將僅極小地建立強度的較大永久變形。然而，與延性纖維結合，配管將為逐漸的。下落圖案因此相對於參考材料為更有利的。可在震爆期間消耗的功率將不會突然消失(如參考碳管)，但是逐漸地減少。
在碳纖維積層或管上之衝擊之狀況下，材料將彈性地回彈。存在的內部損壞為困難的或不可見的。
使用根據本發明之實施方式之混合式積層之一優點在於複合組件中之可能損壞(在完整斷裂發生之前)更容易追蹤。如今，內部損壞僅可藉由複雜檢查技術(例如CT掃描、超聲)追蹤。具有鋼纖維之混合式複合材料上之衝擊負載將不僅引起內部損壞而且亦在複合組件中留下汙物(如圖20中所例示)，此容易檢查。取決於鋼纖維之佈局及量，齒列之大小可經研究以估計下層碳纖維複合材料中之內部損壞之量。為有效地量測損壞，僅必須使用局部昂貴的量測設備。
具有相同斷破傾角(或較高)但具有較高降伏強度之鋼纖維將得到具有更大斷裂能量散逸之混合式複合材料。若在較高降伏水平處的斷裂伸長度亦為較低的，則最佳者將存在於最大能量散逸發生的兩者之間。較高斷破通常在鋼纖維之較高直徑的情況下為可能的，而熱機處理之降伏強度為依賴的。
為獲得混合式複合材料中之最大結果，至少延性纖維，例如鋼纖維較佳地應盡可能好地錨固於基體材料中。此可歸因於成束鋼纖維之粗糙表面，但此亦可經機械地或化學地施加。另一方面，塗層可(例如，與矽烷一起)用來獲得較好的錨固。
較佳參數為局部纖維體積分率。在高墊圈的情況下，鋼纖維可具有較高斷破伸長。因此，較佳的是，在纖維之生產之後，在相同堆積中盡可能多地將纖維插入複合材料中。
當使用結構或織物(例如，碳纖維織物或鋼織物)來產生混合式複合材料時，最低可能的扭轉及收縮為較佳。
根據本發明之實施方式之混合式複合材料可例如以管狀形式用作腳踏車之前叉。此例示於圖21a及圖21b中。白色為根據本發明之混合式變體，黑色為全碳纖維變體。圖片展示測試的前叉中之混合式複合材料之改良效應。前叉單側地支撐於轉向管上且以110J衝擊三次。另外，重要的是，測試設置在 可散逸的能量中起重要作用。因為全前叉可彈性地彈開，所以大部分能量轉變成彈性變形。因此，引起此損壞所需要的能量為那樣大的。
先前描述詳述本發明之某些實施方式。然而，將瞭解，無論前述內容在正文中看起來如何詳細，本發明可以許多方式實踐。應注意，特定術語學在描述本發明之某些特徵或態樣時之使用不應被視為暗示該術語學在本文中經重新界定為限於包括術語學所相關聯的本發明之特徵或態樣之任何特定特性。

Claims (20)

  1. 一種混合式複合材料，該混合式複合材料包含：一熱塑性或熱固性基體，脆性及延性纖維(1)存在於該熱塑性或熱固性基體中，其特徵在於，該等延性纖維(1)單獨地存在或含於一紗線中，該紗線具有小於5°之一扭轉角度或處於無扭轉中，該等脆性及延性纖維(1)之剛度大於150GPa，該等延性纖維(1)具有大於5%的一斷裂伸長度，該等纖維經組配使得在衝擊或過載時的該混合式複合材料之該等延性纖維(1)藉由該等延性纖維(1)之塑性變形散逸能量且該混合式複合材料在衝擊或過載之後保持完整性，其中該等延性纖維為鋼纖維且該等脆性纖維為碳纖維。
  2. 根據請求項1之混合式複合材料，其中該等延性纖維(1)之纖維體積分率小於纖維之總量之50%。
  3. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等脆性纖維及延性纖維(1)之該剛度大於190GPa，且/或其中該延性纖維(1)之該斷裂伸長度大於15%。
  4. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等纖維具有小於100μm之一直徑，且/或其中纖維緊密地堆積在一起。
  5. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等脆性纖維及/或延性纖維(1)具有一粗糙及/或不規則表面，使得該等脆性纖維及/或延性纖維(1)較好地黏結至該基體。
  6. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等延性纖維(1)包含多邊形橫截面，且在該等延性纖維(1)經單向地置放時良好地配合，且實現一局部高纖維體積分率。
  7. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等延性纖維(1)及/或脆性纖維經單向地置放在一均質層中。
  8. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等延性纖維(1)提供於一織物(100)中。
  9. 根據請求項8之混合式複合材料，其中具有無扭轉延性纖維(1)之一紗線經用作緯紗紗線且其中經紗紗線由具有高收縮之一無扭轉聚合物紗線(20)組成。
  10. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等脆性纖維提供於一織物、一編織物、一針織物、一非縐縮織物(NCF)或一隨機纖維墊子中。
  11. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等延性纖維(1)經提供使其縱向軸線垂直於該複合材料之一預期裂縫方向。
  12. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等脆性纖維及延性纖維(1)經提供於一層間組態中，從而形成具有至少一個延性纖維層之一混合式積層。
  13. 根據請求項12之混合式複合材料，其中該至少一個延性纖維層定位於該複合材料之至少一個表面上，其中最大扭曲可發生且其中裂縫可展示最大開口。
  14. 根據請求項13之混合式複合材料，其中該至少一個延性纖維層置放於混合式複合材料之至少一個最大表面上。
  15. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該等延性纖維(1)為不銹鋼纖維。
  16. 根據請求項1或2之混合式複合材料，其中該複合材料為一積層或夾心板，或其中該複合材料為一管或一輪廓。
  17. 根據請求項16之混合式複合材料，其中該複合材料為一管或輪廓，且其中該管或輪廓之曲率有助於該混合式複合材料之完整性。
  18. 一種車輛組件，其包含根據請求項1至17中任一項之混合式複 合材料。
  19. 一種製作根據請求項1至17中任一項之混合式複合材料之方法，該方法包含將該等脆性纖維及該等延性纖維(1)置放於一預定形狀之一模具上；以一熱塑性或熱固性樹脂浸漬該等纖維以形成一混合式複合材料。
  20. 一種製作根據請求項1至17中任一項之混合式複合材料之方法，該方法包含：提供含有脆性纖維之一物件，將至少一個延性纖維層提供於製品之至少一個表面上。
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