[发明专利]准各向同性夹层结构

说明书

背景技术

复合结构常常用在构建要求高强度和对高应力的高抗性的轻质结构的工业中。此类复合结构可用于构造地板、墙壁以及各种类型的大的工业部件。例如，在航空工业中，坚固、重量轻的部件对于构建飞机和其他必须抵御高应力且不会超过特定重量极限的结构而言非常重要。复合材料部件还在造船业中用作各种类型的板。

纤维强化夹层结构通常重量轻并且可用于提供负载抗性。通常，此类夹层结构包括芯材料，例如闭孔泡沫，该芯材料被玻璃纤维材料片材“夹在”任一侧。然后，层附接在一起并用树脂绝缘浸渍以形成复合材料板，该复合材料板沿着结构的一个轴线表现出期望的承载性质。例如，在FR 2,695,864中描述了一种板，其在板内包括桁架式纤维增强材料，以沿着板的一个轴线抵抗负载。

然而，需要一种能够沿着多个轴线抵抗负载的准各向同性夹层结构以及以高效且高性价比方式制备此类结构的设备和方法。

发明内容

本发明整体涉及一种沿着多个轴线抵抗负载的准各向同性夹层结构。在一个实施例中，所述结构包括夹在玻璃纤维增强材料之间的芯材料。玻璃纤维粗纱穿过所述结构插入，使得所述粗纱沿着三个轴线取向，相邻轴线隔开大约120°。本发明还公开了用于形成所述结构的机器和方法。在一种情况下，使用具有三个缝合头的机器经由材料单次通过该机器来形成所述结构。在一些实施例中，所述机器包括相对于纵向成大约0°取向的分度缝合头以及成大约-60°和+60°取向的两个静止缝合头。在其他实施例中，所述机器包括成大约90°、-30°和+30°取向的三个静止缝合头。这样，制备一种包括增强材料的准各向同性夹层结构，所述增强材料沿着至少三个轴线取向，以提供对弯曲负载的增大的抗性。

在一个实施例中，提供一种准各向同性夹层结构，其包括限定第一侧面和第二侧面的芯材料、设置在芯材料的第一侧面上的第一增强层、设置在芯材料的第二侧面上的第二增强层以及粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列。各阵列穿过第一增强层、芯材料和第二增强层延伸，并且粗纱的所述第一阵列、第二阵列和第三阵列沿着至少三个轴线取向。

粗纱的第一阵列可相对于第二阵列和第三阵列中的每一个成大约120°的角度取向，粗纱的第二阵列可相对于第一阵列和第三阵列中的每一个成大约120°的角度取向，并且粗纱的第三阵列可相对于第一阵列和第二阵列中的每一个成大约120°的角度取向。第一和第二增强层可为玻璃纤维增强层，所述粗纱可为玻璃纤维粗纱。而且，在一些情况下，所述芯可为闭孔泡沫。

此外，第一增强层可限定插入面，并且粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的至少一者可相对于所述插入面的平面成介于大约1°和89°之间的角度取向。例如，粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的至少一者可相对于所述插入面的平面成介于大约40°和80°之间的角度取向，例如相对于所述插入面的平面成大约45°的角度取向。粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个可簇绒而成。

在其他实施例中，提供一种制备准各向同性夹层结构的方法。根据该方法，使材料沿纵向穿过机器前进，所述机器被配置为穿过所述材料插入粗纱。以第一角度穿过所述材料插入粗纱的第一阵列，所述第一角度是在材料平面内相对于纵向定义的；以第二角度穿过所述材料插入粗纱的第二阵列，所述第二角度是在材料平面内相对于纵向定义的。此外，以第三角度穿过所述材料插入粗纱的第三阵列，所述第三角度是在材料平面内相对于纵向定义的。粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列沿着至少三个轴线取向。

第二角度可与第一角度全等。另外，粗纱的第三阵列可对分粗纱的第一阵列和第二阵列所形成的角度。可以大约1°和89°之间的倾角穿过所述材料插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个。例如，可以大约40°和80°之间的倾角(例如，大约45°的倾角)穿过所述材料插入粗纱的第一阵列、第二阵列和第三阵列中的每一个。

在一些情况下，第一角度可为大约-60°，第二角度可为大约60°，第三角度可为大约0°。插入粗纱的第三阵列可包括相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线在材料的不同位置处插入连续的针迹(stitch)，使得粗纱的第三阵列沿单个方向被分度。另外，插入粗纱的第三阵列可包括相对于材料平面内垂直于机器轴线的材料轴线在材料的不同位置处插入连续的针迹，使得粗纱的第三阵列沿两个方向被分度并形成交叉缝式图案。插入第一阵列可包括沿与纵向相反的标称插入方向插入所述第一阵列，插入第二阵列可包括沿与纵向一致的标称插入方向插入所述第二阵列。