專利名稱：用于充氣結(jié)構(gòu)的撓性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于撓性材料領(lǐng)域，特別是屬于撓性復(fù)合材料領(lǐng)域。這種材料直接應(yīng)用于諸如輕于空氣的飛行器的氣囊之類的充氣結(jié)構(gòu)。
用于制造大型非剛性的比空氣輕的飛行器的氣囊的材料必須滿足大量設(shè)計(jì)要求，例如高強(qiáng)度，具有抗扯性，隔絕氣體，不易受包括暴露在陽光下而受紫外線照射等環(huán)境因素的影響而降解。因此，這樣一種材料最終還是采取把各種性能的材料結(jié)合起來，形成一種多層的層制品的形式。氣囊壁任何部分的主軸線負(fù)荷作用方向都與氣囊縱軸線成0°角和90°角(圓周方向)。所以，大多數(shù)層制品中都包含用0°和90°角方向長絲材料織成的長絲織物。此外，為了承受剪切負(fù)荷，長絲織物中有時也包含那些與承受軸線負(fù)荷的長絲材料成±45°角的長絲材料。
在初期的設(shè)計(jì)中，應(yīng)力水平不高，往往使用能密封氣體的多層浸漬著橡膠的機(jī)織棉布。后來，則使用杜邦公司制造的嫘縈(RAYONTM)或大可綸(DACRONAM)之類的人造纖維。棉布層在0°和90°(軸向或強(qiáng)力層股)承受拉伸負(fù)荷，在±45°(斜向?qū)庸?承受剪切負(fù)荷。然而這種辦法并不總能達(dá)到最佳強(qiáng)度設(shè)計(jì)，因?yàn)槌惺芗羟胸?fù)荷所需的強(qiáng)度典型地比斜向?qū)庸傻某惺苣芰π〉枚?。使用同一材料既承受軸向拉伸負(fù)荷又承受斜向(剪切)負(fù)荷，往往導(dǎo)致重力損失。
有些現(xiàn)代設(shè)計(jì)把諸如大可綸(DACRONTM)之類的機(jī)織聚酯織物用于承受0°和90°的軸向負(fù)荷的材料。聚酯對苯二酸酯之類的防氦滲透材料薄膜既作阻隔氣體之用，也承受一些剪切負(fù)荷。有一種典型的聚酯對苯二酸酯，杜邦公司以米拉(MYLATTM)的商標(biāo)出售。大可綸之類的機(jī)織聚酯織物的損壞時形變值很大，約為20％。然而大型非剛性飛行器的強(qiáng)度要求很高，必須使用液晶向熱(熔紡)聚酯聚芳酯纖維，例如德國Hoechat Celanece公司制造的VECTRANTM，以承受軸向負(fù)荷。另外，還有一種高強(qiáng)度材料，就是感膠離子(溶紡)芳族聚酰胺纖維，譬如杜邦公司生產(chǎn)的凱夫拉爾KEVLARTM)。然而，VECTRANTM和凱夫拉爾的損壞時形變值都很小，約為4％量級。如果斜向?qū)佑猛环N材料制造，0°和90°的雙軸向負(fù)荷就會大量傳輸?shù)?5°的斜向?qū)?。要求這種斜向?qū)痈?°和90°層股的工作強(qiáng)度一樣，這就引出了一種可能的損壞形式，或者叫做系統(tǒng)強(qiáng)度降低。事實(shí)上，斜向?qū)拥纳扉L度比0°和90°(強(qiáng)力纖維)的高可以防止斜向?qū)庸稍趶?qiáng)力纖維極限負(fù)荷情況下過早損壞。
有些過去的文獻(xiàn)，背離這一原理，例如授與S.Roth等人的德國專利DE 3702936號《纖維復(fù)合材料-具有不同方向的高強(qiáng)度、高模量纖維》教導(dǎo)了在0°和90°方向有高強(qiáng)度、大伸長度的纖維，而在45°又有用于剛性復(fù)合結(jié)構(gòu)的高彈性模量纖維的織物的使用。因此，±45°方向的纖維的損壞時形變值小于0°和90°的纖維。
在授與A.Hayashi的美國專利US4,770,918號《發(fā)聲振動膜》中，談到一種具有至少一層有低伸長率的第1機(jī)織物和至少兩層有高伸長率的第2機(jī)織物的撓性發(fā)聲振動膜。第1和第2織物的配置是它們的經(jīng)紗以10°-80°相交，從而使第1織物的經(jīng)紗方向的膜伸長率大致和與第1織物經(jīng)線成45°的膜的伸長率相等。這樣做考慮到了振動膜易于調(diào)音。此發(fā)明當(dāng)然會產(chǎn)生一種無效加壓結(jié)構(gòu)。
其它普遍引起興趣的把各種性能材料結(jié)合成一種撓性結(jié)構(gòu)的專利還有授與G.A.哈佩爾等人的US5,189,280號，《提高了防滲透性能的三維纖維結(jié)構(gòu)》；E·波特尼等人的US4,871,589號《具有撓性壁的容器》；授與M·Matsumoto等人的US5,215,795號《減震氣囊》。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種適用于壓力容器撓性壁的層制件。
本發(fā)明的另一主要目的是提供一種承受剪切負(fù)荷的斜向?qū)庸蓳p壞時形變值大于承受拉伸負(fù)荷的軸向?qū)庸傻模m用于壓力容器撓性壁的層制件。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種不與紫外線照射而降解的，適用于壓力容器撓性壁的層制件。
本發(fā)明的又一目的是提供一種適于盛放氦的壓力容器撓性壁的成層材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種易于縫合在一起的，適用于壓力容器撓性壁的成層材料。
按照本發(fā)明，提供了一種適于用作比空氣輕的飛行器氣囊之類的壓力容器壁的材料。具體地說，本發(fā)明的材料包含互為0°和90°的單向長絲材料構(gòu)成的第1撓性層。第1層的長絲材料可以是互不相聯(lián)的0°和90°的單方向線層股材料，也可以是機(jī)織布料。本發(fā)明包含的第2撓性層自身互成0°和90°的并與第1層的長絲材料成45°的單方向長絲材料。第2層的長絲材料也既可以是0°和90°的互不相聯(lián)的單向?qū)庸梢部梢允菣C(jī)織布料。此外，兩層的長絲材料都可是單股或單線。兩層或其中的一層還可以分成若干薄層，并以任何一種形式合在一起。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于第2層的長絲材料的損壞時形變值必須大于第1層的0°和90°長絲材料的損壞時形變值。第1層和第2層用樹脂粘合在一起。第1層和第2層之間也可用或不用樹脂以針織法或縫合法聯(lián)在一起，以增加強(qiáng)度。最好在兩個外層上再粘合防氣體滲透薄膜和抗紫外線照射材料。
是本發(fā)明特征的新特點(diǎn)的有關(guān)本發(fā)明材料的組織結(jié)構(gòu)、作業(yè)方法以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)等通過下面結(jié)合附圖的說明，就會了解得更清楚，附圖是以舉例的方法顯示的本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施例。然而，必須清楚地了解到，附圖的目的僅僅是為了顯示和說明本發(fā)明，而不是為了對本發(fā)明的范圍作出界定。


圖1是比空氣輕的飛行器的透視圖。
圖2是用撓性織物的層制件制成的氣囊壁一部分的透視圖，示出了長絲材料排列的主軸線。
圖3是織物層制件一部分的部分透視圖。其中第1層和第2層是編織織物。
圖4是織物層制件的第二實(shí)施例的分部側(cè)視圖，其中組成第1和第2層的長絲材料是縫合在一起的單向?qū)庸伞?br> 圖5是織物層制件的第三實(shí)施例的俯視圖，其中組成第1和第2層的長絲材料是用針織法聯(lián)在一起的單向?qū)庸伞?br> 圖6是圖5中顯示的織物層制件第三實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖7是標(biāo)示作為0°和90°織物與±45°織物損壞時形變比率之函數(shù)的0°和90°纖維強(qiáng)度的表。
圖1所示為一比空氣輕的飛行器的透視圖，該器總體以標(biāo)號10標(biāo)示。飛行器10包含一氣囊12，該氣囊有縱軸線13A，橫軸線13B和豎軸線13C。氣囊下掛吊艙14，吊艙上又安裝多個推進(jìn)系統(tǒng)16。隨飛行器體積增大，氣囊12所承受的應(yīng)力也增大。此外，氣囊12還必須做到能抗氦的滲透；不受(包括紫外線照射在內(nèi)的)環(huán)境因素的影響；能縫合和耐損壞。要滿足所有這些要求，就要有一種用多層各具特殊機(jī)械性能的不同材料制成為多層撓性布。
圖2顯示的是撓性壁20的一部分，該壁具有內(nèi)表面22和外表面24，是用多層長絲材料制成的，制作方法在下面討論。輸入的主軸線負(fù)荷沿著兩方向其一與縱軸線13A成一直線即成0°角，以標(biāo)號26表示；其二與縱軸線成90°，以標(biāo)號28表示。因此承受主負(fù)荷的長絲材料與這些軸線成一直線。剪切負(fù)荷則由與上述軸線成±45°方向的長絲材料承受，這些方向分別以標(biāo)號30和32表示。這種45°角可以根據(jù)具體運(yùn)用中的錯綜復(fù)雜的要求予以調(diào)整。
參看圖3，撓性壁20的組成(從內(nèi)表面22開始)是，第1樹脂層40粘合于各股長絲為0°和90°的第1編織紗層42。樹脂層40和以后的各樹脂層最好是聚氨酯。第1層42用液晶向熱性的(熔紡)聚酯多芳基纖維(VECTRANTM)之類的高強(qiáng)度線制造。感膠離子(溶液紡絲)的芳族聚酰胺纖維(KEVLARTM)也適于作此之用。第2樹脂層將第1層42跟各股長絲成±45°的第2層機(jī)織長絲織物46隔開。第3樹脂層把第2層46跟聚酯對苯二酸酯(MYLARTM)之類能充分地抗氦滲透的材料薄膜隔開。最后是第4層樹脂，它用于粘合抗紫外線照射引起的降解和抗風(fēng)化等的材料制成的外層。這一材料是一種降氟乙烯纖維，由杜邦公司以TEDLARTM的商標(biāo)出售。如圖3所示，本材料是“分層”顯示的。選擇MYLARTM或TEDLARTM是為了增加層制品中的樹脂內(nèi)含物，以便滲入纖維內(nèi)，形成防氣體滲漏層。
選擇氣囊壁20的材料的重要因素，除了化學(xué)性質(zhì)上的可容性外，還有長絲材料第2層的損壞時形變(英寸/英寸)要大于第1層的損壞時形變。這樣就可保證0°和90°軸向負(fù)荷引起層42的形變在傳輸?shù)綄?6時不產(chǎn)生破損。另外，要求第2層46具有高形變率，可以減少局部應(yīng)力集中的概率。
圖4中顯示了要探討的材料的第2實(shí)施例，其總體以標(biāo)號60表示。比種材料的組成(從下至上)是第1樹脂層61，包括0°的單一方向長絲材料層64及90°的單一方向長絲材料層66的第1層62；包括+45°的單一方向長絲材料層72和-45°的單一方向長絲材料層74的第2層70。這4個長絲材料層62，64，72，74縫合在一起，針腳以標(biāo)號78表示。用諸如MYLARTM之類的材料制成的阻隔氦氣層79用樹脂層76粘合，用諸如TEDLARTM制成的抗紫外線照射層即最后一層80以樹脂層82粘合。如同圖3顯示的第1實(shí)施例一樣，各層粘合在一起時，第1和第2層62和70都分別封裝于具有撓性的樹脂填料中。應(yīng)該注意，圖3中顯示的編織的第1和第2層材料42和46也可縫合。
圖5和圖6中顯示的是第3實(shí)施例，總體以標(biāo)號90表示，其中，圖5所示的第1層62和第2層70可編結(jié)在一起，如標(biāo)號92表示。材料90的其余方面和圖4類似。也應(yīng)注意，圖3中，編織法織出的第1層42和第2層46也可以編結(jié)在一起，以提高強(qiáng)度。
正如前面提到的，第2層長絲材料損壞時形變值大于0°和90°的長絲材料即第1層的損壞時形變值對本發(fā)明是極為重要的。圖表7表明了這一特性的重要性。單軸向及雙軸向負(fù)荷條件下的材料強(qiáng)度以雙軸向材料的一系列不同的形變值顯示。雙軸向材料損壞時形變值被0°和90°材料損壞時形變值除，得到形變比。如果形變比小于1，±45°的斜向?qū)邮紫葥p壞；如果形變比大于1，則意味著0°和90°這一層首先損壞。形變比低的嚴(yán)重代價是很明顯的。
雖然已參照實(shí)施例對本發(fā)明作了說明，但必須了解，這些實(shí)施例只不過是用來作說明而已，因?yàn)楸緦I(yè)技術(shù)人員還可以作出許多改型和變化。因此，必須認(rèn)為只有附在后面的權(quán)利要求書的精神和范圍才是對本發(fā)明的界定。
本發(fā)明可應(yīng)用于復(fù)合材料制造業(yè)和航空工業(yè)。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1.一種壓力容器壁用的材料，包括互為0°和90°的單向長絲材料構(gòu)成的至少一個第1撓性層；自身互為0°和90°角的而又跟上述至少1個0°和90°的單向長絲材料構(gòu)成的第1層成45°角的單向長絲材料構(gòu)成的但損壞時形變值大于所述的第1撓性層的至少一個第2撓性層；上述的至少一個第1和第2層連在一起。
3.按照權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述之至少一個第1和第2層是粘合在一起的。
4.按照權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述之至少一個第1層的0°和90°長絲材料是編織在一起的。
5.按照權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于所述之于少1個第2層的0°和90°長絲材料是編織在一起的。
6.按照權(quán)利要求5所述的材料，其特征在于所述的至少一個第1和第2層的單向長絲材料是線狀的。
7.按照權(quán)利要求6所述的材料，其特征在于所述的至少1個第1層由自由液晶向熱性(熔紡)聚酯多芳基纖維和感膠離子(溶液紡絲)芳族聚酰胺纖維組成的一組材料中選出。
8.按照權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于所述的第2層的所述的長絲材料是聚酯纖維。
9.按照權(quán)利要求1或3-8中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的至少一個第1層和第2層是編織在一起的。
10.按照權(quán)利要求1或3-8中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的至少一個第1層和和第2層是縫在一起的。
11.按照權(quán)利要求1或3-8中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于還包括一層粘合到所述的至少一個第1和第2層的能防氣體滲透的撓性材料層。
12.按照權(quán)利要求11所述的材料，其特征在于所述的能防氣體滲透層是聚酯對苯二酸酯。
13.按照權(quán)利要求10所述的材料，其特征在于還包括一層粘合到所述的至少一個第1和第2層的抗紫外線照射材料層。
14.按照權(quán)利要求13所述的材料，其特征在于所述的抗紫外線照射層是聚氟乙烯。
15.一種壓力容器壁用的材料，包括以90°角編織成的長絲材料線構(gòu)成的第1撓性布；由與所述的第1撓性布所說的0°和90°長絲材料成±45°的長絲材料線構(gòu)成而損壞時形變值又大于第1撓性布的第2撓性布；所述的第1和第2撓性布用樹脂填料粘合在一起。
16.按照權(quán)利要求15所述的材料，其特征在于在所述的第1撓性與第2撓性布粘合的相對側(cè)有能防氣體滲透的薄膜。
17.按照權(quán)利要求16所述的材料，其特征在于還有抗紫外線照射材料制成的第4撓性布粘合于上述薄膜上。
18.按照權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的第1和第2撓性布是編織在一起的。
19.按照權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的第1和第2撓性布是縫在一起的。
權(quán)利要求
1.一種壓力容器用的材料，包括互為0°和90°的單向長絲材料構(gòu)成的至少一個第1撓性層；自身互為0°和90°角的而又跟上述至少1個0°和90°的單向長絲材料構(gòu)成的第1層成45°角的單向長絲材料構(gòu)成的但損壞時形變值大于所述的第1撓性層的至少一個第2撓性層；上述的至少一個第1和第2層連在一起。
2.按照權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述之至少一個第1和第2層是連在一起的。
3.按照權(quán)利要求2所述的材料，其特征在于所述之至少一個第1和第2層是粘合在一起的。
4.按照權(quán)利要求2所述的材料，其特征在于所述之至少一個第1層的0°和90°長絲材料是編織在一起的。
5.按照權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于所述之于少1個第2層的0°和90°長絲材料是編織在一起的。
6.按照權(quán)利要求5所述的材料，其特征在于所述的至少一個第1和第2層的單向長絲材料是線狀的。
7.按照權(quán)利要求所述的材料，其特征在于所述的至少1個第1層由自由液晶向熱性(熔紡)聚酯多芳基纖維和感膠離子(溶液紡絲)芳族聚酰胺纖維組成的一組材料中選出。
8.按照權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于所述的第2層的所述的長絲材料是聚酯纖維。
9.按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的至少一個第1層和第2層是編織在一起的。
10.按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的至少一個第1層和和第2層是縫在一起的。
11.按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于還包括一層粘合到所述的至少一個第1和第2層的能防氣體滲透的撓性材料層。
12.按照權(quán)利要求11所述的材料，其特征在于所述的能防氣體滲透層是聚酯對苯二酸酯。
13.按照權(quán)利要求10所述的材料，其特征在于還包括一層粘合到所述的至少一個第1和第2層的抗紫外線照射材料層。
14.按照權(quán)利要求13所述的材料，其特征在于所述的抗紫外線照射層是聚氟乙烯。
15.一種壓力容器用的材料，包括以90°角編織成的長絲材料線構(gòu)成的第1撓性布；由與所述的第1撓性布所說的0°和90°長絲材料成±45°的長絲材料線構(gòu)成而損壞時形變值又大于第1撓性布的第2撓性布；所述的第1和第2撓性布用樹脂填料粘合在一起。
16.按照權(quán)利要求15所述的材料，其特征在于在所述的第1撓性布的相對側(cè)有能防氣體滲透的薄膜。
17.按照權(quán)利要求16所述的材料，其特征在于還有抗紫外線照射材料制成的第4撓性布粘合于上述薄膜上。
18.按照權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的第1和第2撓性布是編織在一起的。
19.按照權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述的第1和第2撓性布是縫在一起的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于如比空氣輕的氣囊之類的壓力容器壁的材料。包括相互成0°及90°的單向長絲材料構(gòu)成的第1撓性層(64)，自身互成0°和90°的又跟第1撓性層(64)成45°角的單向長絲材料構(gòu)成的第2撓性層(70)。第2撓性層(70)的材料損壞時形變值大于第1撓性層(64)的形變值。第1及第2撓性層(64，70)用樹脂粘結(jié)起來。最好，把防氣體滲透的撓性材料層(79)與抗紫外線照射材料層(80)粘到兩個撓性層(64，70)上。
文檔編號D03D1/02GK1168703SQ95194711
公開日1997年12月24日 申請日期1995年5月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月30日
發(fā)明者羅伯特·S·庫西亞斯 申請人:洛克希德·馬丁公司