專利名稱：復(fù)合層壓制品的芯部和其制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作復(fù)合層壓制品的芯部的結(jié)構(gòu)元件和制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法。本發(fā)明還涉及一種包括這種芯部的復(fù)合層壓制品。特別地，本發(fā)明涉及適于制造諸如風(fēng)力渦輪葉片、船體、甲板、艙壁、橋梁和人行道等大型結(jié)構(gòu)的復(fù)合層壓制品和其芯部。
背景技術(shù)：
一些纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料部件包括夾在纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的外層之間的內(nèi)部硬質(zhì)泡沫芯。泡沫芯廣泛用于制造纖維增強(qiáng)的塑料部件，通過利用作為結(jié)構(gòu)芯的低密度芯材料分離作為結(jié)構(gòu)表皮的兩個(gè)纖維增強(qiáng)的層來增大最終制品的剛性。各纖維增強(qiáng)的層通過樹脂材料層與低密度芯材料結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料業(yè)中通常被稱為夾心板。結(jié)構(gòu)芯的主要功能是通過減少負(fù)荷下的總體變形和減少整個(gè)板翹曲的發(fā)生來增大兩個(gè)纖維增強(qiáng)的層的分離，從而增大板剛性，并防止表皮起皺和局部翹曲。如通常在風(fēng)力渦輪機(jī)殼中所見到的，為了防止由于剪切卷邊和表皮起皺所引起的整個(gè)板的翹曲效應(yīng)和局部翹曲效應(yīng)，剪切模量是驅(qū)動(dòng)芯部選擇的主要工程性質(zhì)。在諸如船體、橋梁和人行道等結(jié)構(gòu)的情況下，顯著的面負(fù)荷施加到板上。在這些情況下，剪切強(qiáng)度是驅(qū)動(dòng)芯部選擇的最主要的工程性質(zhì)，其次通常是剪切模量。只有在可能施加垂直于板的點(diǎn)負(fù)荷的情況下，為了防止局部壓裂故障模式，芯部的抗壓強(qiáng)度通常才變得十分重要。需要考慮的典型情況會(huì)涉及吊點(diǎn)、 螺栓配合，或者板形成地面的一部分并承受行人或車輛負(fù)荷。常見的是加入高密度芯部或額外的材料來支撐這些局部負(fù)荷，從而將總重最小化。較高的壓縮模量也可能有助于減少表皮起皺應(yīng)力，但是對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)而言，剪切性質(zhì)決定了結(jié)構(gòu)芯的最小密度。通常，需要最大化給定密度的泡沫的機(jī)械性能，使得重量最輕的芯部能夠被選擇， 以在纖維增強(qiáng)的層之間傳遞結(jié)構(gòu)負(fù)荷。芯部也必須與用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)合材料表皮的材料和制造方法兼容。為了實(shí)現(xiàn)良好的性能及良好的粘合，還要求使用最少量的樹脂。用于制造芯部以形成夾心板的各種材料是已知的。這些材料可以具有不同的剪切模量和剪切強(qiáng)度。具有全厚度孔的蜂窩結(jié)構(gòu)可由鋁或芳族聚酰胺制成。雖然蜂窩結(jié)構(gòu)具有剪切模量和剪切強(qiáng)度的最高特定性能，但是其難以加工。由于開孔的性質(zhì)，也不能將蜂窩結(jié)構(gòu)與諸如 VARTM(真空輔助樹脂傳遞成型)等復(fù)合材料制造方法相結(jié)合，因?yàn)闃渲子诔淙肟?。在需要最高性能的?yīng)用(例如采用纖維增強(qiáng)的預(yù)浸材料的航空和賽艇等應(yīng)用)中，傾向于主要使用蜂窩結(jié)構(gòu)。與蜂窩結(jié)構(gòu)相比，具有不同性能的泡沫材料傾向于具有剪切模量和剪切強(qiáng)度的更低的特定性能。通常優(yōu)選結(jié)構(gòu)泡沫，這是因?yàn)樗鼈兙哂行阅芎图庸ば苑矫娴牧己闷胶?。一些結(jié)構(gòu)泡沫可被熱成形，以改善與所需部件的配合并允許更容易的加工。隨著泡沫將更為均勻的固化轉(zhuǎn)移到模具與泡沫之間的層壓件，兩個(gè)表皮可被同時(shí)固化。目前在復(fù)合材料業(yè)中使用的具有最高機(jī)械性能和熱性能的低密度結(jié)構(gòu)泡沫(密度為50-600g/L)是交聯(lián)的聚氯乙烯(PVC)泡沫、苯乙烯丙烯晴(SAN)泡沫和聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫。這些已知的泡沫是從批處理過程制造的，生產(chǎn)起來既耗時(shí)又昂貴。這些泡沫具有不同的交聯(lián)度，使得它們更難以回收，因?yàn)樗鼈儾荒茉偃廴诩庸?，與真正的100% 的熱塑性材料不同。由于它們傾向于從批處理過程制造，所以就平面形狀和厚度而言，在從修整和加工成標(biāo)準(zhǔn)片體形式的過程中會(huì)產(chǎn)生廢料。當(dāng)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的外層被預(yù)設(shè)為預(yù)浸料時(shí)，取決于泡沫類型，這些泡沫適于在75-160°C的溫度下進(jìn)行高溫預(yù)浸料處理，其中在預(yù)浸料固化過程中，處理泡沫應(yīng)該能夠承受至少Ibar的真空壓力長(zhǎng)時(shí)間。其他這類已知泡沫可以用于在20-75°C的處理溫度下的低溫應(yīng)用，例如使用樹脂導(dǎo)注處理，這在制造諸如船體、甲板和艙壁的領(lǐng)域中是已知的。諸如聚苯乙烯和聚氨酯等較低成本的商品泡沫不具有特定的性能，如耐熱性和耐化學(xué)品性，或者不能與用于制造熱固性復(fù)合材料部件的某些樹脂兼容。這些泡沫未被廣泛采用，因?yàn)樗鼈儾荒芴峁┧璧男阅?。這些已知泡沫中的某些泡沫在高溫處理過程中會(huì)釋放氣體，而氣體可能會(huì)抑制預(yù)浸材料的固化，或者氣體的壓力在處理過程中會(huì)引起表皮的 “表皮脫落”。輕木(balsa wood)可以提供通常低于最佳蜂窩結(jié)構(gòu)(例如金屬的)但高于中低性能泡沫的剪切模量和剪切強(qiáng)度的特定性能。輕木是帶孔的材料并具有在處理過程中吸收大量樹脂的傾向，從而顯著增加了重量和成本，這意味著不能實(shí)現(xiàn)較高的特定性能。在使用中，輕木傾向于腐爛，必須在處理前進(jìn)行預(yù)處理以去除水分。如果將要使用預(yù)浸料，則由于夾帶的水分可能會(huì)在高溫下引起“表皮脫落”，所以進(jìn)行預(yù)處理是十分重要的。對(duì)于降低復(fù)合材料層壓制品的構(gòu)造成本和部件重量存在普遍需求。當(dāng)纖維增強(qiáng)的層將要與芯層結(jié)合時(shí)，必須在纖維增強(qiáng)的層中提供足夠的樹脂，使得能夠與芯層完全結(jié)合。 本領(lǐng)域中要求泡沫芯與纖維增強(qiáng)的層在其間的界面上能夠牢固可靠地結(jié)合，并且對(duì)于這種結(jié)合所需的樹脂量最小，從而使得為實(shí)現(xiàn)提供特定機(jī)械性能的給定結(jié)構(gòu)性能所需的重量和材料成本最小化。需要提供一種在預(yù)浸料處理中有助于去除空氣的閉孔泡沫。需要提供一種可以在VARTM (真空輔助樹脂傳遞成型)和RTM (樹脂傳遞成型)過程中首先有助于去除空氣、然后增大并分配樹脂流以浸漬層壓件但不吸收大量樹脂的閉孔泡沫。此外，為了使操作者能夠?qū)⑴菽畛涞接糜谛纬蓮?fù)合材料部件的模具中，泡沫芯件的大小受到泡沫制造方法和泡沫件的加工性的限制。越來越普遍的是，以加快組裝的預(yù)加工形式提供泡沫芯。這些泡沫成套零件可以制作成具有自組裝特征的泡沫零件拼圖，如狗骨頭或鋸齒狀邊緣，以加快在模具內(nèi)的組裝并使芯部正確定位到復(fù)合模制品中。取決于芯部的復(fù)雜度，加工可能會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)量的泡沫材料被浪費(fèi)。普遍需要在復(fù)合層壓制品的制造中減少被浪費(fèi)的泡沫芯材料的量。普遍需要增強(qiáng)泡沫的機(jī)械性能，但是仍然需要提供保持加工容易性的作為泡沫主體的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的至少部分地在于滿足復(fù)合材料領(lǐng)域中的上述需求中的一個(gè)或多個(gè)要求。 本發(fā)明提供了一種復(fù)合層壓制品的芯部，所述芯部包括具有夾心結(jié)構(gòu)的片體，所述夾心結(jié)構(gòu)包括一對(duì)外部泡沫主體和其間的中央結(jié)構(gòu)插入物，所述結(jié)構(gòu)插入物包括朝向所述片體的平面和所述片體的全厚度方向傾斜的部分。 優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)插入物以基本上之字形的方式延伸穿過所述芯部的全厚度。所述中央結(jié)構(gòu)插入物優(yōu)選具有延伸到各個(gè)外部泡沫主體的主外表面的突出部分。所述結(jié)構(gòu)插入物可以包括帶輪廓片體，所述帶輪廓片體具有帶三維輪廓的相對(duì)主表面。優(yōu)選地，所述片體的每個(gè)主表面具有突起和凹陷的陣列。優(yōu)選地，所述突起和凹陷呈大致棱錐形。所述大致棱錐形的突起和凹陷優(yōu)選均具有彼此正交排列的傾斜側(cè)面。所述的棱錐形形狀被截端以形成平頂面。所述平頂面可以與所述芯部的外表面齊平。所述中央結(jié)構(gòu)插入物可以包括連續(xù)的片體或具有多個(gè)通孔的片體。所述中央結(jié)構(gòu)插入物可以包括熱塑性塑料壓制品?？蛇x擇地，所述中央結(jié)構(gòu)插入物可以包括編織纖維的片體。優(yōu)選地，所述纖維包括多根經(jīng)向纖維和多根緯向纖維，每根纖維呈非線性縱向形狀，并且具有朝向所述纖維的縱向方向傾斜的部分和交替傾斜的分段。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括纖維補(bǔ)強(qiáng)件。所述中央結(jié)構(gòu)插入物可以包括由第一組平行帶子和第二組平行帶子構(gòu)成的網(wǎng)格，第一組和第二組彼此傾斜。 所述纖維補(bǔ)強(qiáng)件可以包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)浸料層，所述預(yù)浸料層包括至少部分地用樹脂浸漬的纖維。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括泡沫。優(yōu)選地，所述中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫的密度大于所述外部泡沫主體的泡沫的密度。優(yōu)選地，所述泡沫芯和所述結(jié)構(gòu)插入物相對(duì)于其中心面對(duì)稱。所述片體可以是平面的或彎曲的。所述泡沫或每個(gè)泡沫優(yōu)選是閉孔泡沫。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合層壓制品的芯部，所述芯部包括具有第一泡沫材料的開放網(wǎng)格的片體，第一泡沫材料具有空腔，所述空腔被密度不同于第一泡沫材料的第二泡沫材料的塊體填充。每個(gè)泡沫優(yōu)選是閉孔泡沫。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述網(wǎng)格是包括一體的第一組和第二組彼此正交網(wǎng)的矩形網(wǎng)格。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述網(wǎng)格包括一體的第一組、第二組和第三組彼此傾斜的網(wǎng)，所述各網(wǎng)沿0°、45°和90°彼此傾斜或者沿0°、60°和120°彼此傾斜。優(yōu)選地，所述網(wǎng)格由比所述塊體更高密度的泡沫構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述芯部還可以包括在所述網(wǎng)格的第一表面上的與所述網(wǎng)格一體的第一泡沫表皮。優(yōu)選地，所述芯部還包括與所述網(wǎng)格的相對(duì)的第二表面以及所述塊體結(jié)合的第二泡沫表皮。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述芯部可以還包括在所述塊體的第一表面上的與所述塊體一體的第一泡沫表皮。優(yōu)選地，所述芯部還包括與所述塊體的相對(duì)的第二表面以及所述網(wǎng)格結(jié)合的第二泡沫表皮。在任一個(gè)實(shí)施方案中，所述芯部還可以包括位于至少一個(gè)外部泡沫主體的外表面中的至少一個(gè)開口、狹縫或通道。所述芯部可以包括平行狹縫的陣列，所述狹縫延伸穿過所述芯部的大部分厚度，從而允許所述芯部圍繞具有平行于所述狹縫的軸的半徑范圍發(fā)生彎曲；開口的陣列，所述開口延伸穿過所述芯部的厚度；狹縫的陣列，所述狹縫延伸穿過所述芯部而將所述芯部切割成多個(gè)相鄰隔開的塊體，并且還包括結(jié)合在所述芯部的一個(gè)表面上而與所述塊體結(jié)合在一起的粗布層。優(yōu)選地，所述芯部包括位于兩個(gè)外部泡沫主體的外表面中的平行狹縫或通道的陣列。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于制造復(fù)合層壓制品的組件，所述組件包括夾在纖維或預(yù)浸料層的相對(duì)層之間的如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，所述預(yù)浸料層包括至少部分地用樹脂浸漬的纖維。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)使具有帶輪廓頂面的第一泡沫主體成型；(b)將材料放置在所述帶輪廓頂面上；以及(c)在所述材料上使第二泡沫主體成型。優(yōu)選地，放置步驟(b)包括在所述帶輪廓頂面上形成中央泡沫主體。優(yōu)選地，第一泡沫主體包括第一表皮和從第一表皮向上延伸以形成所述帶輪廓頂面的一體部分，并且在步驟(b)中，所述中央泡沫主體在由所述一體部分形成的空腔內(nèi)形成，第一泡沫主體和所述中央泡沫主體分別由不同密度的第一和第二泡沫材料形成。優(yōu)選地，在步驟(C)中，在第一泡沫主體和所述中央泡沫主體上形成第二表皮。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述帶輪廓頂面包括具有一體的第一組和第二組彼此正交網(wǎng)的矩形網(wǎng)格。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述帶輪廓頂面包括具有一體的第一組、第二組和第三組彼此傾斜的網(wǎng)的三角形網(wǎng)格，所述各網(wǎng)沿0°、45°和90°彼此傾斜或者沿0°、60°和 120°彼此傾斜。優(yōu)選地，在放置步驟(b)中的材料是熱成形的、壓制的或沖壓的片體。優(yōu)選地，所述片體由泡沫或短纖維或熱塑性材料構(gòu)成。優(yōu)選地，所述帶輪廓片體具有帶三維輪廓的相對(duì)主表面。優(yōu)選地，所述片體的每個(gè)主表面具有突起和凹陷的陣列。所述突起和凹陷呈大致棱錐形。所述大致棱錐形的突起和凹陷均具有彼此正交排列的傾斜側(cè)面。優(yōu)選地，所述的棱錐形形狀被截端以形成平頂面。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)使具有帶輪廓頂面和底面的結(jié)構(gòu)片體材料成型；(b)在所述帶輪廓底面上使第一泡沫主體成型；以及(c)在所述帶輪廓底面上使第二泡沫主體成型。優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)片體材料以基本上之字形的方式延伸穿過所述芯部的全厚度。 優(yōu)選地，所述中央結(jié)構(gòu)插入物具有延伸到各個(gè)外部泡沫主體的主外表面的突出部分。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟
(a)使具有第一帶輪廓表面的第一泡沫主體成型；(b)使具有第二帶輪廓表面的第二泡沫主體成型，第一和第二帶輪廓表面的形狀互補(bǔ)；(c)使第一和第二帶輪廓表面互鎖，從而在相對(duì)面上限定在其間延伸的帶輪廓空腔；以及(d)在所述空腔中形成與第一和第二帶輪廓表面結(jié)合的中央結(jié)構(gòu)插入物。優(yōu)選地，所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括纖維增強(qiáng)樹脂。優(yōu)選地，所述纖維增強(qiáng)樹脂由預(yù)浸材料形成，所述預(yù)浸材料包括至少部分地用樹脂浸漬的纖維。優(yōu)選地，在互鎖步驟(C)之前，所述預(yù)浸材料設(shè)置在至少一個(gè)帶輪廓表面上?？蛇x擇地，所述纖維增強(qiáng)樹脂可以由在互鎖步驟(C)之前設(shè)置在至少一個(gè)帶輪廓表面上的干纖維形成，并且在步驟(d)中，樹脂被引入所述空腔?？蛇x擇地，所述纖維增強(qiáng)樹脂可以由在步驟(C)中設(shè)置在所述空腔內(nèi)的纖維補(bǔ)強(qiáng)件以及在步驟(d)中通過樹脂轉(zhuǎn)移成型引入所述空腔內(nèi)的液體樹脂形成。優(yōu)選地，所述纖維增強(qiáng)樹脂的纖維形成帶輪廓網(wǎng)格。所述中央結(jié)構(gòu)插入物可以包括熱塑性材料。所述熱塑性材料可以粘接或熔接到第
一和第二帶輪廓表面。優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)插入物以基本上之字形的方式延伸穿過所述芯部的全厚度。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)將具有相對(duì)帶輪廓表面的片體形式的結(jié)構(gòu)插入物放置在模具中；以及(b)在所述結(jié)構(gòu)插入物上使泡沫成型，從而形成包括一對(duì)外部泡沫主體和其間的中央結(jié)構(gòu)插入物的夾心結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)插入物包括編織纖維的片體。所述纖維優(yōu)選包括多根經(jīng)向纖維和多根緯向纖維，每根纖維呈非線性縱向形狀，并且具有朝向所述纖維的縱向方向傾斜的部分和交替傾斜的分段。在任一個(gè)方法中，所述方法還可以包括形成位于兩個(gè)外部泡沫主體的外表面中的平行狹縫或通道的陣列。


下面結(jié)合附圖以舉例方式說明本發(fā)明的實(shí)施方案，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的示意性剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)插入物的立體圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)插入物的立體圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)插入物的立體圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)插入物的立體圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖7是圖6所示的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件制造的立體分解圖；圖9是根據(jù)圖8制造的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖11是圖10所示的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖14是圖13所示的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第十一個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖16是圖15所示的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明第十二個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖18是圖17所示的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明第十三個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體分解圖；圖20是圖19所示的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明第十四個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明第十五個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明第十六個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明第十七個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明第十八個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明第十九個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫的結(jié)構(gòu)元件的立體圖；以及圖27示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，使用成型裝置制造增強(qiáng)的泡沫芯的方法中的順序步驟。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案的包括泡沫4的結(jié)構(gòu)元件2的示意性剖視圖。結(jié)構(gòu)元件2包括平面片體，其中中央結(jié)構(gòu)插入物6大致在該片體的平面中延伸并被設(shè)置在包括泡沫(最優(yōu)選是閉孔泡沫)的兩個(gè)相對(duì)的主體8、10之間。根據(jù)本發(fā)明，由主體8、10形成的新型復(fù)合材料泡沫芯被設(shè)計(jì)成由泡沫主體8、10 的低密度成形區(qū)域構(gòu)成，該低密度成形區(qū)域至少部分地圍繞更高模量、更高強(qiáng)度的第二區(qū)域，即結(jié)構(gòu)插入物6，結(jié)構(gòu)插入物6具有將目標(biāo)強(qiáng)度和硬度賦予泡沫的幾何形狀。在泡沫中設(shè)置結(jié)構(gòu)插入物6可改善強(qiáng)度和硬度進(jìn)而改善所得到的泡沫芯的重量比，并降低制造高性能泡沫芯的成本。主體8、10可被中央結(jié)構(gòu)插入物6物理地隔開，或者可選擇地，它們可通過在主體 8、10之間延伸穿過結(jié)構(gòu)插入物6中的開口或通孔的泡沫連接部連接，從而形成具有中央結(jié)構(gòu)插入物6的整體泡沫芯。主體8、10限定了片體的與纖維增強(qiáng)的層連接而形成復(fù)合材料夾心板的相對(duì)外主平面12、14。以這種方式，結(jié)構(gòu)元件2可以包括位于纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的相對(duì)外表皮之間的夾心板的中央芯層。
所示的結(jié)構(gòu)元件2是平面片體，但是可以具有不同的形狀、尺寸和截面。結(jié)構(gòu)插入物6大致在片體的平面中延伸，但是包括既朝向片體的平面傾斜又朝向片體的全厚度方向傾斜的部分。在圖1所示的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)插入物6以基本上之字形的方式延伸穿過片體的全厚度。在所示的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)插入物6不是全部夾在外部泡沫主體8、10之間的片體的中央部分內(nèi)，而是結(jié)構(gòu)插入物6的側(cè)邊緣16、18延伸到結(jié)構(gòu)元件2的外主平面12、14并形成外主平面的一部分。換句話說，結(jié)構(gòu)元件2的每個(gè)外表面12、14由泡沫的區(qū)域20和結(jié)構(gòu)插入物6的區(qū)域22構(gòu)成。這不僅使得結(jié)構(gòu)插入物6延伸完全穿過夾心結(jié)構(gòu)的厚度，而且通過在結(jié)構(gòu)元件2的外表面12、14上設(shè)置結(jié)構(gòu)插入物6的區(qū)域22，使得當(dāng)結(jié)構(gòu)元件2被設(shè)置作為具有纖維增強(qiáng)材料的外表皮的夾心結(jié)構(gòu)的芯部時(shí)，由于在纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)插入物6的露出區(qū)域22之間設(shè)置增強(qiáng)結(jié)合的區(qū)域，因而可以增強(qiáng)外表皮與中央芯部之間的結(jié)合。圖1以示意性方式示出了結(jié)構(gòu)元件2，但是，如結(jié)合下面討論的各個(gè)實(shí)施方案所描述的，根據(jù)本發(fā)明可以許多不同方式來實(shí)現(xiàn)中央結(jié)構(gòu)插入物在相對(duì)的泡沫主體8、10之間的設(shè)置。在圖2所示的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)插入物M包括編織纖維沈的片體。纖維沈沿正交方向(即，經(jīng)向和緯向)延伸。當(dāng)纖維被加到包括泡沫主體的結(jié)構(gòu)元件2內(nèi)時(shí)，纖維可以沿0°和90°方向延伸或者沿+45°和-45°方向延伸。每根纖維沈可以具有圓形截面。 每根纖維沈被預(yù)制成具有非線性縱向形狀，即，具有朝向纖維沈的縱向方向傾斜的部分。 在所示的實(shí)施方案中，每根纖維26具有縱向延伸的截端的之字形構(gòu)造，其中平行于縱向方向的相對(duì)交替的外側(cè)段觀通過交替的傾斜段30相互連接。外側(cè)段觀可以任選地延伸到相對(duì)的泡沫主體8、10的外表面12、14。圖3示出了包括立體成型片體34的可選擇的結(jié)構(gòu)插入物32。片體34已被例如熱成形。片體34包括被壓印在片體34內(nèi)的中空截棱錐36的矩形陣列。每個(gè)棱錐36具有與片體34的平面平行的平頂面38和四個(gè)分面的傾斜側(cè)面40。側(cè)面40的下邊緣通過平行于片體34的平面的矩形外圍42相互連接。外圍42相互連接而形成片體34的第一側(cè)面44， 各個(gè)平頂面38隔開但形成片體34的第二側(cè)面46。可選擇地，在作為對(duì)圖3所示實(shí)施方案改進(jìn)的圖4所示的實(shí)施方案中，棱錐48未形成矩形陣列，而是形成相鄰排50、52、M相對(duì)于彼此橫向錯(cuò)移的陣列，從而形成矩形截棱錐48的交錯(cuò)陣列。圖5示出了具有大致為截棱錐58的交錯(cuò)陣列的結(jié)構(gòu)插入物56的可選實(shí)施方案， 但是與圖3相比，改進(jìn)之處在于每個(gè)棱錐58具有四個(gè)基本上矩形正交取向的面60，并且在每對(duì)相鄰的基本上矩形面60之間具有額外的基本上三角形的面62。此外，通過與結(jié)構(gòu)插入物56的總體取向面平行的基本上矩形的面64，每個(gè)棱錐58的三角形面62與相鄰棱錐58 的相對(duì)的三角形面62連接。這些面64的內(nèi)面連同每個(gè)棱錐58的上平截頂面66 —起限定結(jié)構(gòu)插入物56的相對(duì)側(cè)面67、68。在結(jié)構(gòu)插入物56已經(jīng)夾在相對(duì)的泡沫主體8、10之間以后，這些相對(duì)側(cè)面66、68可以在結(jié)構(gòu)元件2的外表面12、14中露出。結(jié)構(gòu)插入物56相對(duì)于與結(jié)構(gòu)插入物56的全厚度正交的中心面基本上對(duì)稱，因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)插入物56被夾在兩個(gè)相對(duì)的相同泡沫主體之間而形成泡沫芯時(shí)，泡沫芯可以相應(yīng)地相對(duì)于與泡沫芯的全厚度正交的中心面基本上對(duì)稱。圖6示出了上、下泡沫主體70、72和中央結(jié)構(gòu)插入物74的分解圖。結(jié)構(gòu)插入物74 也可以由閉孔泡沫構(gòu)成，特別是比上、下泡沫主體70、72的泡沫具有更高密度的泡沫。此外，象先前的實(shí)施方案那樣，結(jié)構(gòu)插入物74包括截棱錐76的陣列，但是位于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，從而在插入物74的上下面之間連接的各個(gè)棱錐76的四個(gè)角中的每個(gè)角處提供通孔78。每個(gè)棱錐76由上平截頂面80和四個(gè)正交取向的側(cè)面82構(gòu)成，相鄰棱錐76的正交取向的相對(duì)側(cè)面82與平行于結(jié)構(gòu)插入物74的平面方向的下平方形板84 (象棱錐76的截頂面80那樣)連接。當(dāng)結(jié)構(gòu)插入物74設(shè)置在兩個(gè)泡沫主體70、72之間以形成如圖7所示的包括泡沫芯的夾心結(jié)構(gòu)元件86時(shí)，截頂面80和下板84形成結(jié)構(gòu)插入物74的在夾心結(jié)構(gòu)元件86 的相對(duì)外平面94、96上露出的相對(duì)區(qū)域90、92，用于與纖維增強(qiáng)材料的外表皮(未示出)結(jié)合。結(jié)構(gòu)元件86相對(duì)于與泡沫芯的全厚度正交的中心面基本上對(duì)稱。參照?qǐng)D8和圖9，示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)元件。在該實(shí)施方案中，包括截棱錐104陣列的具有分面的棱錐面102的第一泡沫主體100沿兩個(gè)正交方向X 和Y被伸長(zhǎng)的預(yù)浸帶106的帶條所覆蓋。圖8 (a)示出沿X方向放置的帶子106，圖8(b)示出沿Y方向放置的帶子106。帶子106覆蓋每個(gè)截棱錐104的主矩形面108和上平面110。 帶子106也覆蓋相鄰的截棱錐104之間的下平方形開口 112，開口 112與面110具有相同的尺寸。這樣形成了預(yù)浸帶106的連續(xù)開放的矩形格子，并與棱錐104的傾斜面108的輪廓吻合。之后，例如通過成型，在露出的預(yù)浸帶106和第一泡沫主體100的露出的表面區(qū)域上形成第二泡沫主體114，從而形成如圖9所示的復(fù)合材料結(jié)合的結(jié)構(gòu)元件116(即，泡沫芯)。 在結(jié)構(gòu)元件116中，露出的預(yù)浸帶區(qū)域118以陣列方式形成在結(jié)構(gòu)元件116的兩個(gè)相對(duì)外表面120、122上。結(jié)構(gòu)元件116相對(duì)于與泡沫芯的全厚度正交的中心面基本上對(duì)稱?？刹捎酶鞣N制造技術(shù)來制造根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施方案的包括結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯,例如(i)結(jié)構(gòu)插入物作為泡沫芯的補(bǔ)強(qiáng)件可以被放置在模具中，并且泡沫可以在該補(bǔ)強(qiáng)件周圍成型。在這種制造技術(shù)中，具有通孔的結(jié)構(gòu)插入物，例如在圖2或圖6所示的實(shí)施方案中，任選地在圖6所示的泡沫中具有多孔結(jié)構(gòu)或者具有另一種多孔結(jié)構(gòu)插入物(例如短纖維墊)，被放置在模具中，并且使用預(yù)膨脹的聚合物處理在結(jié)構(gòu)插入物周圍形成泡沫。通孔使得多孔結(jié)構(gòu)插入物允許泡沫成型過程所使用的蒸汽通過。結(jié)構(gòu)插入物可由熱塑性材料制成。在成型過程中，結(jié)構(gòu)插入物的熱塑性材料可以熔接到預(yù)膨脹的聚合物。泡沫成型溫度可被選擇成與熱塑性材料的熔化溫度相匹配，以實(shí)現(xiàn)泡沫與結(jié)構(gòu)插入物之間的熔接或粘合，從而最大化增強(qiáng)的泡沫芯的結(jié)構(gòu)性能。選擇材料以提供一定熔接性。例如，由于溫度過低，所以在成型過程中，聚丙烯(PP)傾向于不與膨脹的聚苯乙烯(EPQ泡沫或膨脹的聚苯乙烯/聚苯醚(EPS/PP0)泡沫熔接。然而，通過選擇結(jié)構(gòu)元件的熱塑性材料(例如聚苯乙烯(PS)或耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS))以及EPS/PP0或PS泡沫，結(jié)構(gòu)元件可以與泡沫熱匹配。更高性能的共擠出熱塑性結(jié)構(gòu)元件，例如聚乙烯/聚碳酸酯/聚乙烯(PE/PC/PE)層狀結(jié)構(gòu)，可以提供外PE面，使得在形成EPS/PP0泡沫的溫度下，更低熔點(diǎn)的PE可以形成與 EPS/PP0泡沫的熔接，并通過使用中心聚碳酸酯(PC)層提供更高結(jié)構(gòu)性能的插入物。可選擇地，泡沫可以包括預(yù)膨脹的聚丙烯(EPP)并與聚丙烯(PP)結(jié)構(gòu)元件組合，但是這種組合對(duì)于高剛性芯部而言不是優(yōu)選的，因?yàn)镻P隨后很難被結(jié)合并具有低模量。當(dāng)需要特定的高強(qiáng)度和沖擊性能時(shí)，這種新型泡沫是有用的。為改善泡沫的機(jī)械性能(特別是強(qiáng)度)并防止過量的樹脂吸收到泡沫主體中以保持最終密度很低，產(chǎn)生具有微細(xì)孔尺寸且沒有缺陷的泡沫也是重要的?？蛇x擇地，例如通過浸漬，可以用粘合劑涂布結(jié)構(gòu)元件，粘合劑用于在成型過程中將結(jié)構(gòu)元件與預(yù)膨脹的聚合物泡沫結(jié)合。一個(gè)例子是在加入潛在固化劑的環(huán)氧樹脂中浸漬的芳族聚酰胺紙。如圖2中作為結(jié)構(gòu)元件的例子所公開的，另一種可選方法是將預(yù)制的纖維增強(qiáng)樹脂束放置在模具腔中，然后使用預(yù)膨脹的聚合物在結(jié)構(gòu)元件周圍發(fā)泡。這種纖維增強(qiáng)樹脂束例如可由與泡沫熱相容的熱塑性材料構(gòu)成，或由玻璃或碳纖維增強(qiáng)的熱固性樹脂(例如環(huán)氧樹脂)構(gòu)成。這種樹脂開始可被固化，然后用粘合劑涂布(例如通過在粘合劑中浸漬)， 或者在諸如環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂中涂布(例如通過浸漬)，以在發(fā)泡過程中用樹脂浸漬纖維并允許后續(xù)的樹脂固化，從而使結(jié)構(gòu)元件與泡沫粘合。(ii)泡沫主體和結(jié)構(gòu)插入物可以相繼成型，從而利用預(yù)膨脹的聚合物泡沫處理使增強(qiáng)的泡沫芯逐漸成型。在第二種制造技術(shù)中，可以有多種變形在每種變形中，可以利用預(yù)膨脹的聚合物成型加工，使用具有可變頂部模具的共用底部模具使泡沫的各層逐漸成型，從而形成最終的泡沫主體。參照?qǐng)D27，在另一個(gè)可選實(shí)施方案中，提供了一種用于實(shí)施順序成型的穿梭工具方法。如圖27所示，穿梭裝置400包括固定的下模具402以及在兩個(gè)相對(duì)面A和B之間移動(dòng)并具有中央成型位置C的上模具406。上模具406具有兩個(gè)不同的橫向間隔的模具部分408、410。下模具402和第一上模具部分408具有用于使下上泡沫芯部分416、418的主外表面成型的平成型面412、414。第二上模具部分410具有帶輪廓的成型面422，用于使具有與模具腔428的寬度方向正交或傾斜的表面426的結(jié)構(gòu)插入物4M成型，從而使包括結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯成型。如圖27 (a)所示，最初，用于形成結(jié)構(gòu)插入物的片體430被第二上模具部分410的帶輪廓的成型面422沖壓，從而具有與片體430的平面方向正交或傾斜的所需部分。這樣， 形成結(jié)構(gòu)插入物424。在圖27(b)中，例如EPS并任選地包括PPO的膨脹的泡沫主體434被注入在下模具402與第二上模具部分410之間限定的空腔432內(nèi)并成型。因此，形成上表面與結(jié)構(gòu)插入物424的下表面結(jié)合的下泡沫芯部分416。在圖27(c)中，上模具406橫向移動(dòng)，以具有平成型面412的第一上模具部分408 交換第二上模具部分410。在圖27(d)中，然后，上泡沫芯部分418形成作為例如EPS并任選地包括PPO的膨脹的泡沫主體436，其被注入在第一上模具部分408與結(jié)構(gòu)插入物似4之間限定的空腔435 內(nèi)并成型，膨脹的泡沫主體436的下表面與結(jié)構(gòu)插入物424的上表面結(jié)合。如圖27(e)所示，這樣完成了增強(qiáng)的泡沫芯440的形成，然后如圖27(f)所示，增強(qiáng)的泡沫芯440從模具402、406限定的模具中退出。
該實(shí)施方案提供了方便的工程解決辦法，允許在高生產(chǎn)率下高效生產(chǎn)具有隔開但相繼成型的中央增強(qiáng)結(jié)構(gòu)插入物的泡沫主體。在一種變形中，低密度泡沫主體由預(yù)膨脹的聚合物形成，其密度通常是20_45g/ L。這種泡沫可以包括密度通常是30-40g/L的PS/PP0。作為代替，可以使用低成本的標(biāo)準(zhǔn) PS (發(fā)泡降到20g/L的低密度)，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)插入物在復(fù)合材料層壓處理過程中可以對(duì)高溫下斷裂提供結(jié)構(gòu)抵抗性。結(jié)構(gòu)插入物可由更高密度的泡沫(100-300g/L)構(gòu)成，從而為最終芯部提供所希望的最終密度。優(yōu)選地，PS/PP0用于實(shí)現(xiàn)耐熱性和更高的機(jī)械性能?？蛇x擇地，更高密度的泡沫結(jié)構(gòu)插入物可以從片體熱成形、壓制或沖壓形成。如果結(jié)構(gòu)元件包括泡沫主體用的EPS并任選地包括ΡΡ0，那么優(yōu)選的是，結(jié)構(gòu)插入物具有穿過其中的通孔或開口。這種通孔或開口可以允許在EPS生產(chǎn)中所使用的蒸汽通過整個(gè)泡沫主體和結(jié)構(gòu)插入物，從而改善EPS的膨脹以及改善EPS的預(yù)膨脹的珠子與結(jié)構(gòu)插入物的熔接。為了使用這種結(jié)構(gòu)插入物用的更高密度材料，可以使用形成中央增強(qiáng)區(qū)域的更小厚度的結(jié)構(gòu)插入物。在這些處理中，對(duì)于外部泡沫主體和中央結(jié)構(gòu)插入物可以形成基本上任何所希望的形狀，特別是三維形狀以及復(fù)合材料芯部的這些層之間的界面取向。不同實(shí)施方案可以僅利用兩個(gè)頂部模具而使下上泡沫主體相繼成型，但是當(dāng)需要使額外的層成型時(shí)，也可以利用三個(gè)或更多個(gè)頂部模具?？蛇x擇地，模具部分可以從模具取出并被放置到后續(xù)二次成型用的新模具中。然而，更為方便的是使用具有可變頂部模具機(jī)器的單個(gè)底部模具，因?yàn)榕菽瓡?huì)保持高溫，所以更容易實(shí)現(xiàn)后續(xù)熔接或熔化循環(huán)。在這種順序逐漸成型方法中，可以利用圖3 5所示實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)插入物，并且這些實(shí)施方案也提供具有+/-45°剪切增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)插入物。包括圖3 7所示實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)插入物的復(fù)合材料泡沫芯可通過以下步驟來生產(chǎn)首先，使低密度泡沫層成型，從而在下泡沫層的上表面上提供所希望的三維幾何形狀； 使其上的更高模量、更高強(qiáng)度的第二區(qū)域成型，從而形成結(jié)構(gòu)插入物；然后，用第三低密度泡沫層封裝結(jié)構(gòu)插入物，從而完成泡沫芯。選擇下泡沫層的上表面的幾何形狀(其與上泡沫層的下表面的幾何形狀成鏡像)，以使結(jié)構(gòu)插入物的更高性能材料在+/-45°方向上取向，從而增強(qiáng)泡沫芯的剪切性質(zhì)。利用逐漸成型技術(shù)的這種變形，可以制造圖10 20所示實(shí)施方案的泡沫芯。逐漸成型可以提供含有中央低密度泡沫的芯部，它具有泡沫高密度表皮以及在表皮之間沿全厚度方向延伸的泡沫高密度網(wǎng)和/或指狀物。參照?qǐng)D10和圖11所示的泡沫芯的一個(gè)實(shí)施方案，最初成型的高密度泡沫主體150 包括下表皮152以及從表皮152向上延伸與其一體的間隔矩形塊體154的矩形陣列。塊體154被形成矩形網(wǎng)格的正交通道156所隔開。塊體154包括“指狀物”。低密度泡沫主體158隨后在通道156中成型，從而填充通道156，并提供泡沫主體150、158的共用上表面 160。最后，高密度泡沫上表皮162在上表面160上成型，從而形成泡沫芯164。高密度泡沫的塊體巧4與高密度泡沫表皮152、162相互連接。產(chǎn)生的泡沫芯164具有高剪切強(qiáng)度和剪切模量。圖12所示的實(shí)施方案是對(duì)圖10和圖11所示的泡沫芯實(shí)施方案的改進(jìn)，其中塊體166或“指狀物”在平面上呈三角形而不是矩形。各通道沿三個(gè)方向(例如0°、60°和120° )彼此傾斜?？蛇x擇地，各通道沿0°、45°和90°方向彼此傾斜。參照?qǐng)D13和圖14所示的泡沫芯的另一個(gè)實(shí)施方案，最初成型的高密度泡沫主體 170包括下表皮172以及從表皮172向上延伸與其一體的矩形網(wǎng)格174。網(wǎng)格174包括在其中限定矩形空腔178的正交網(wǎng)176。包括多個(gè)間隔塊體182的低密度泡沫主體180隨后在空腔178中成型，從而填充空腔178，并提供泡沫主體170、180的共用上表面184。最后， 高密度泡沫上表皮186在上表面184上成型，從而形成泡沫芯188。高密度泡沫網(wǎng)176與高密度泡沫表皮172、186相互連接。產(chǎn)生的泡沫芯188具有高剪切強(qiáng)度和剪切模量。圖15和圖16示出了對(duì)圖13和圖14所示實(shí)施方案的改進(jìn)，其中限定矩形網(wǎng)格的網(wǎng)不是正交的，而是網(wǎng)192、194、196沿三個(gè)方向(0°、60°和120° )延伸?？蛇x擇地，各網(wǎng)沿0°、45°和90°方向彼此傾斜。這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了泡沫芯198的剪切強(qiáng)度和剪切模量。對(duì)于圖10 16所示的實(shí)施方案，所述的復(fù)合材料泡沫芯可通過以下步驟生產(chǎn)首先，使具有指狀物或網(wǎng)的一體的高密度薄表皮成型；然后，使第二低密度填充物成型以填充空隙。然后，加入第三高密度頂部表皮以得到平衡的結(jié)構(gòu)。高密度表皮有助于緩解表皮起皺和局部沖擊損壞，但不適于較薄的芯部(通常低于大約20mm)，這是因?yàn)楦呙芏缺砥?huì)降低可用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件的殘余重量。圖17和圖18示出了對(duì)圖13和圖14所示實(shí)施方案的改進(jìn)，其中未形成表皮。最初成型的泡沫主體包括高密度泡沫網(wǎng)202的矩形網(wǎng)格200，并且用低密度泡沫填充其間的空腔204，從而在網(wǎng)202之間形成塊體206。這樣形成不具有泡沫表皮但在全厚度方向上具有相同截面的泡沫芯208。圖19和圖20示出了對(duì)圖17和圖18所示實(shí)施方案的改進(jìn)，其中限定矩形網(wǎng)格的高密度泡沫網(wǎng)不是正交的，而是網(wǎng)210、212、214沿三個(gè)方向(0°、60°和120° )延伸?？蛇x擇地，各網(wǎng)沿0°、45°和90°方向彼此傾斜。這樣進(jìn)一步增強(qiáng)了泡沫芯216的剪切強(qiáng)度和剪切模量。對(duì)于圖17 20所示的實(shí)施方案，所述的復(fù)合材料泡沫芯可通過以下步驟生產(chǎn)首先，使一體的高密度網(wǎng)成型，然后，使第二低密度泡沫填充物成型以填充空隙。優(yōu)選的是，使用高密度材料來形成連續(xù)的網(wǎng)。為改善泡沫的機(jī)械性能(特別是強(qiáng)度)并防止過量的樹脂吸收到泡沫主體中以保持最終密度很低，產(chǎn)生具有微細(xì)孔尺寸且沒有缺陷的泡沫也是重要的。(iii)泡沫主體和任選地結(jié)構(gòu)插入物可以作為單獨(dú)成型品來成型，隨后結(jié)合在一起。第三種制造技術(shù)可以使用與第二種制造技術(shù)(尤其是圖3 7所示的實(shí)施方案) 相同的結(jié)構(gòu)插入物的幾何結(jié)構(gòu)以及與泡沫主體的界面。然而，代替逐漸成型(通過使用共用底部模具和可變頂部模具使結(jié)構(gòu)插入物和上泡沫在下面的先前成型的上表面上二次成型)，兩個(gè)低密度泡沫部分單獨(dú)地分別成型。成型品被設(shè)計(jì)成具有目標(biāo)空腔，以接受不同于高密度泡沫或熱成形片體的一定形式的纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)件。為改善泡沫的機(jī)械性能(特別是強(qiáng)度)并防止過量的樹脂吸收到泡沫主體中以保持最終密度很低，產(chǎn)生具有微細(xì)孔尺寸且沒有缺陷的泡沫也是重要的。該方法的一種變形利用了預(yù)浸層例如作為帶子，如結(jié)合圖8和圖9所示實(shí)施方案公開的。例如，如圖8所示，將預(yù)浸帶和/或纖維增強(qiáng)樹脂的混合物涂布到第一預(yù)形成的成型泡沫主體的上帶輪廓表面。將第二預(yù)形成的成型泡沫主體的互補(bǔ)的下帶輪廓表面放置在頂部或泡沫夾心上；(a)按壓加固，保持預(yù)浸料未固化，從而在使用中提供更多褶皺。在成分固化過程中，泡沫固化。在這種情況下，預(yù)浸料可以含有額外的發(fā)泡劑。這補(bǔ)償了隨著大量彎曲發(fā)生的泡沫褶皺，并且預(yù)浸料部分地發(fā)泡以補(bǔ)償在符合極限彎曲過程中當(dāng)打開泡沫主體時(shí)所產(chǎn)生的空腔。(b)按壓加固和固化，從而得到硬質(zhì)泡沫芯。在每種情況下，泡沫芯具有包括帶輪廓構(gòu)造的中央纖維增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)插入物，其沿著0°、90°或+45° /-45°方向取向，從而提供增強(qiáng)的剪切強(qiáng)度和剪切模量。在圖8和圖9所示實(shí)施方案的改進(jìn)中，在代替預(yù)浸層的另一個(gè)實(shí)施方案中，干纖維層鋪在帶輪廓表面上，并且粘結(jié)劑用于將纖維保持在所需方向，例如沿棱錐形傾斜面正交延伸。隨后，在兩個(gè)外部泡沫主體已經(jīng)通過它們的互補(bǔ)帶輪廓表面互鎖而組裝在一起后，在樹脂傳遞成型(RTM)技術(shù)(優(yōu)選地，VARTM技術(shù))中，樹脂被引入空腔，從而浸濕纖維。在該方法中，纖維被應(yīng)用在先前已經(jīng)獨(dú)立成型的用于形成外部泡沫主體的兩個(gè)泡沫成型體之間。纖維可以包括對(duì)于所需應(yīng)用而言任何適合的纖維，例如玻璃、碳或芳族聚酰胺纖維，或已知用在纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料中的任何天然或合成材料。相對(duì)的外部泡沫主體和中央纖維層的組件被放置在模具中，然后在壓力下將樹脂(例如，熱固性樹脂(如環(huán)氧樹脂))注入以浸漬纖維層并將樹脂浸漬的纖維層結(jié)合到相對(duì)的泡沫主體。樹脂通常被配制成(a)經(jīng)固化而獲得硬質(zhì)交聯(lián)的纖維增強(qiáng)的熱固性塑料。(b)在第一階段，含有低溫和高溫催化固化劑的混合物，并使樹脂從低粘度液體變?yōu)榘牍腆w質(zhì)地(預(yù)浸樹脂)。這樣會(huì)使芯部具有一些增強(qiáng)的柔韌性，以符合所需的幾何形狀。然后，其會(huì)在復(fù)合材料的后續(xù)高溫固化中固化。(c)含有低溫和高溫催化固化劑及額外發(fā)泡劑的混合物。這補(bǔ)償了隨著大量彎曲發(fā)生的泡沫褶皺，并且預(yù)浸料部分地發(fā)泡以補(bǔ)償在符合極限彎曲過程中當(dāng)打開泡沫主體時(shí)所產(chǎn)生的空腔。(d)選擇樹脂和硬化劑或單體和催化劑，僅用于鏈增長(zhǎng)樹脂，以形成熱塑樹脂，從而允許后面的熱成形并增大伸長(zhǎng)率?？蛇x擇地，在用于形成外部泡沫主體的兩個(gè)泡沫成型體之間未放置纖維，相反在其間設(shè)置空腔。注入的樹脂可以含有注入兩個(gè)成型體之間的空腔內(nèi)的短纖維和/或其他填料。這樣也形成與兩個(gè)相對(duì)的泡沫主體結(jié)合在一起的纖維增強(qiáng)的樹脂層。代替例如在圖8和圖9所示實(shí)施方案中的預(yù)浸帶(利用樹脂(尤其是熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂)浸漬(全部或部分地)的增強(qiáng)纖維)，可以使用熱塑帶。其可以含有導(dǎo)電元件(例如金屬線或碳纖維)，從而經(jīng)由使電流通過導(dǎo)電元件而加熱兩個(gè)相對(duì)泡沫表面來促進(jìn)泡沫與形成結(jié)構(gòu)插入物的中央層的電阻熔接，由此將這些面熔接到中央層?？蛇x擇地，在將帶子應(yīng)用到泡沫表面的過程中，可以使用超聲波熔接過程。這種局部的超聲波熔接可以防止對(duì)泡沫的持續(xù)加熱和因而造成的損壞。超聲波熔接使用高能量深度集中的短時(shí)間間隔的高溫熔接。因此，可以將高結(jié)構(gòu)性能的或多層的熱塑性結(jié)構(gòu)插入物與相對(duì)的泡沫主體熔接。圖8所示的實(shí)施方案是特別優(yōu)選的實(shí)施方案，因?yàn)榕菽黧w之間的空腔含有增加結(jié)構(gòu)元件體積的最大目標(biāo)的剪切性質(zhì)并且有助于低成本帶子鋪展。在第一種制造方法中，可以利用單向預(yù)浸帶來形成增強(qiáng)中央層的剪切性質(zhì)。第一低密度泡沫主體被裝入模具。象圖8那樣，單向預(yù)浸帶沿著主方向施加到上帶輪廓表面。然后，粘合層放置在整個(gè)上帶輪廓表面上，或僅僅殘留露出的泡沫。第二低密度泡沫主體放置在上帶輪廓表面的頂部。如果需要的話，可以改變第二低密度泡沫主體的下帶輪廓表面，從而允許在纖維交叉的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生額外厚度。上下泡沫主體與其間的中央預(yù)浸層的組件被按壓加固或固化。在一個(gè)改進(jìn)的方法中，可以在RTM(樹脂傳遞成型)過程中使用單向帶。第一低密度泡沫主體被裝入模具。象先前實(shí)施方案那樣，沿著主方向(例如，相應(yīng)于帶輪廓表面的側(cè)面的對(duì)稱線的正交方向)施加單向帶。第二低密度泡沫主體放置在頂部。這樣被改變成允許在纖維交叉的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生額外厚度。關(guān)閉模具，注入低粘度樹脂以浸漬纖維。在另一個(gè)改進(jìn)的方法中，長(zhǎng)纖維補(bǔ)強(qiáng)件可以與RTM(樹脂傳遞成型)一起使用。第一低密度泡沫主體被裝入模具。利用預(yù)制的纖維預(yù)制體、或織物、或纖維鋪放設(shè)備將長(zhǎng)纖維補(bǔ)強(qiáng)件放置在泡沫的帶輪廓上表面上。第二低密度泡沫主體區(qū)域放置在頂部。這樣被改變成允許在纖維交叉的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生額外厚度。關(guān)閉模具，注入低粘度樹脂以浸漬纖維。在另一個(gè)改進(jìn)的方法中，短纖維強(qiáng)化可以與RTM(樹脂傳遞成型)一起使用。代替纖維預(yù)制體，將短纖維和/或填料的混合物填入樹脂，并且樹脂被注入空腔中。可選擇地，熱塑帶或纖維增強(qiáng)帶可以超聲波或電阻熔接到下泡沫主體的上帶輪廓表面。先前的方法已經(jīng)利用了形成結(jié)構(gòu)插入物的不連續(xù)表面的條帶或帶子，這是因?yàn)閹ё酉嗷ラg隔以提供增強(qiáng)纖維帶的定向開放的網(wǎng)格。相比之下，以下方法的特征在于結(jié)構(gòu)插入物的連續(xù)表面。一個(gè)方法是纖維增強(qiáng)的RTM處理。第一低密度泡沫主體區(qū)域被裝入模具。優(yōu)選地，為了便于制造，隨機(jī)的纖維墊被放置在頂部而為波紋狀面提供褶皺，從而實(shí)現(xiàn)額外方向的纖維鋪放。第二低密度泡沫主體放置在頂部。如前所述，關(guān)閉模具，注入低粘度樹脂以浸漬纖維。另一個(gè)方法是預(yù)浸料處理。第一低密度泡沫主體被裝入模具。優(yōu)選地，為了便于制造，隨機(jī)的纖維墊被放置在頂部而為波紋狀面提供褶皺，從而實(shí)現(xiàn)額外方向的纖維鋪放。 第二低密度泡沫主體放置在頂部。如前所述，關(guān)閉模具，并加固或固化。通過設(shè)置纖維增強(qiáng)的泡沫網(wǎng)格，可以改進(jìn)圖10 20所示的實(shí)施方案。上面被總結(jié)為(i)、(ii)和(iii)的本發(fā)明制造技術(shù)的各實(shí)施方案的泡沫芯可以被改進(jìn)，以有助于隨后用于將纖維增強(qiáng)樹脂層結(jié)合在泡沫芯的相對(duì)外表面上的任何VARTM 處理。參照?qǐng)D21 沈，任何先前實(shí)施方案的泡沫芯可以額外地設(shè)置有孔和/或通道，以提供路徑，從而在制造后或在制造過程的成型中，促進(jìn)VARTM(真空輔助樹脂傳遞成型)的樹脂流動(dòng)。
圖21示出延伸完全穿過泡沫芯202厚度的鉆孔200。鉆孔200是圓形的并形成從泡沫芯202的一個(gè)或每個(gè)主表面204正交延伸的規(guī)則陣列。圖22示出位于泡沫芯218的上下表面214、216中的刀縫210、212。上表面214中的刀縫210彼此平行并沿縱向方向延伸，但與下表面216中的也彼此平行的橫向刀縫212 正交。圖23是對(duì)圖22的改進(jìn)，其中刀縫220、222位于泡沫芯228的上下表面224、226 中。刀縫220、222正交延伸并存在于上下表面224、226中。上表面224中的刀縫220、222 相對(duì)于下表面226中的刀縫220、222橫向錯(cuò)移。每個(gè)刀縫可以延伸穿過芯部2 厚度的所希望比例，例如穿過芯部厚度的50 95%，從而使芯部圍繞具有平行于刀縫的軸的半徑范圍具有柔韌性。圖M示出延伸完全穿過泡沫芯232而形成相鄰矩形塊體234的陣列的正交切口 230，粗布材料236與塊體234的上表面238結(jié)合以保持完整的泡沫芯232。圖25示出設(shè)置在泡沫芯M8的上下表面M4、246上的正交凹槽M0J42。圖沈示出位于與圖7所示泡沫芯相對(duì)應(yīng)的泡沫芯258的上下表面254、256中的刀縫250、252。上表面254中的刀縫250彼此平行并沿縱向方向延伸，但與下表面256中的也彼此平行的刀縫252正交。刀縫250、252均延伸基本上穿過泡沫芯258的整個(gè)厚度并分別在外表皮259 J60中終止，刀縫250、252從相對(duì)的外表皮沈0、259向內(nèi)延伸進(jìn)泡沫芯 258。圖沈所示的實(shí)施方案對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)和具有低彎曲特征的其他設(shè)備是優(yōu)選的設(shè)計(jì)。切口有助于芯部圍繞具有平行于泡沫芯平面的軸的半徑范圍發(fā)生卷曲或彎曲。因此， 這有助于芯部的褶皺以及樹脂注入。由刀口形成的窄槽在頂面上可以沿0°方向，在底面上可以沿90°方向。因此，每個(gè)刀縫可以延伸穿過芯部258厚度的所希望比例，例如穿過芯部厚度的50 95%，從而使芯部圍繞具有平行于刀縫的軸的半徑范圍具有柔韌性。通常，對(duì)于25mm厚的增強(qiáng)芯部，刀縫為23mm深(留有2mm的泡沫厚度)并相互間隔50mm。這種設(shè)計(jì)相對(duì)于雙切口(在頂面和底面上沿0° /90°方向的錯(cuò)列刀口)和各種其他凹槽圖案是有利的，因?yàn)闉樽銐虻牧鲃?dòng)通道提供了足夠的褶皺，但是與這些其他設(shè)計(jì)相比，表面積和凹槽容積減小。這導(dǎo)致了更低的樹脂吸收，但是后續(xù)層壓件質(zhì)量良好。本發(fā)明的泡沫芯可以用在需要結(jié)構(gòu)泡沫芯的任何應(yīng)用中，特別是在復(fù)合材料中， 如海事結(jié)構(gòu)、土木工程結(jié)構(gòu)、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片等。本發(fā)明的泡沫芯可以提供低成本和輕重量的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種泡沫芯，其中為提供在剪切應(yīng)力和剪切模量方面特別增強(qiáng)的改善，提供了一種雙密度泡沫芯，高密度泡沫被構(gòu)造成特別是沿+45/-45方向取向以改善剪切性質(zhì)。不具有這種取向的高密度泡沫的一些實(shí)施方案(特別是上面描述的雙密度網(wǎng)和指狀物的設(shè)計(jì))可能在特定剪切強(qiáng)度方面未顯示出任何顯著的改善，但是由于與泡沫相比纖維的較高硬度和強(qiáng)度以及重量比，因此在每個(gè)設(shè)計(jì)中包括結(jié)構(gòu)插入物形式的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料會(huì)改善特定結(jié)構(gòu)性能。參照以下非限制性實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1
該實(shí)施例制造根據(jù)圖17和圖18所示的實(shí)施方案具有矩形空腔(0/90)網(wǎng)的泡沫84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 從120g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子，發(fā)泡形成連續(xù)的0/90網(wǎng)，壁厚12. 5mm，高 25mm，沿χ和y方向的均勻間距為37. 5mm，使得在網(wǎng)格內(nèi)形成25 X 25 X 25mm深的矩形空隙區(qū)域。 用30g/L PS/PP0泡沫在網(wǎng)格內(nèi)發(fā)泡形成25 X 25 X 25mm深的矩形空隙區(qū)域。這樣形成總體密度為84g/L且厚度為25mm的具有高密度增強(qiáng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的PS/PP0 泡沫。實(shí)施例2該實(shí)施例制造根據(jù)圖13和圖14所示的實(shí)施方案具有帶高密度表皮的矩形空腔 (0/90)網(wǎng)的泡沫芯。84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 從110g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子，發(fā)泡形成具有一體0/90網(wǎng)的連續(xù)2mm厚的底板，壁厚12. 5mm，使得在網(wǎng)格內(nèi)形成25 X 25 X 21mm深的矩形空隙區(qū)域。 用40g/L PS/PP0泡沫在網(wǎng)格內(nèi)發(fā)泡形成25X25X21mm深的矩形空隙區(qū)域。 從110g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子，在第一和第二材料的頂部上發(fā)泡形成連續(xù) 2mm厚的頂板。這樣形成總體密度為84g/L且總厚度為25mm的PS/PP0泡沫。泡沫芯包括高密度內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以及高密度頂面和底面。實(shí)施例3該實(shí)施例制造根據(jù)圖13和圖14所示的實(shí)施方案具有帶高密度表皮的矩形空腔 (0/90)網(wǎng)的泡沫芯。84g/L IOmm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 從100g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子，發(fā)泡形成具有一體0/90網(wǎng)的連續(xù)2mm厚的底板，壁厚12. 5mm，使得在網(wǎng)格內(nèi)形成25 X 25 X 6mm深的矩形空隙區(qū)域。 用40g/L PS/PP0泡沫在網(wǎng)格內(nèi)發(fā)泡形成25X25X6mm深的矩形空隙區(qū)域。 從100g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子，在第一和第二材料的頂部上發(fā)泡形成連續(xù) 2mm厚的頂板。這樣形成總體密度為84g/L且總厚度為IOmm的PS/PP0泡沫。泡沫包括高密度內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以及高密度頂面和底面。與實(shí)施例2相比，在更薄泡沫段的高密度部分的密度被減小，從而保持泡沫主體的平均密度。實(shí)施例4該實(shí)施例制造根據(jù)圖19和圖20所示的實(shí)施方案具有三角形空腔(0/45/90)網(wǎng)的泡沫芯。84g/L 25mm厚的泡沫片體首先通過以下步驟來制造 從117g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子，發(fā)泡形成連續(xù)的0/90/45網(wǎng)，壁厚12. 5mm，沿 χ和y方向的均勻間距為87. 5mm。 用40g/L PS/PP0泡沫在網(wǎng)格內(nèi)發(fā)泡形成75mmX37. 5mmX 25mm深的三角形空隙區(qū)域。這樣形成總體密度為84g/L且厚度為25mm的具有高密度增強(qiáng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的PS/PP0 泡沫。實(shí)施例5該實(shí)施例制造根據(jù)圖6和圖7所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯。84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 利用第一模具頂板和底板，用40g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第
一成型體。 在第一泡沫層的頂部上，發(fā)泡形成由在χ和y平面觀察方向上寬25mm、5mm厚泡沫的條帶構(gòu)成的選擇性的第二層。條帶之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。該第二泡沫層由PS/PP0預(yù)膨脹的珠子形成。第一和第二成型體被設(shè)計(jì)成使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且該增強(qiáng)泡沫層相對(duì)于最終泡沫主體的中線對(duì)稱。 在第一和第二層的頂部上，從40g/L PS/PP0泡沫發(fā)泡形成第三層，以完成片體， 具有25mm的恒定組合厚度。這樣形成被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括對(duì)稱高密度增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為84g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。實(shí)施例6該實(shí)施例制造根據(jù)圖6和圖7所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯。60g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 利用第一模具頂板，用40g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的底板。 在第一泡沫層的頂部上，發(fā)泡形成由在χ和y平面觀察方向上寬25mm、5mm厚泡沫的條帶構(gòu)成的選擇性的第二層。條帶之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。該泡沫由 140g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子形成。第一和第二成型體被設(shè)計(jì)成使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且該增強(qiáng)泡沫層相對(duì)于最終泡沫主體的中線對(duì)稱。 在第一和第二層的頂部上，從40g/L PS/PP0泡沫發(fā)泡形成第三層，以完成片體， 具有25mm的恒定組合厚度。這樣形成被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括高密度增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為60g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。實(shí)施例7該實(shí)施例制造根據(jù)圖6和圖7所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯。60g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 利用第一模具頂板，用25g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的底板。 在第一泡沫層的頂部上，發(fā)泡形成由在χ和y平面觀察方向上寬25mm、5mm厚泡沫的條帶構(gòu)成的選擇性的第二層。條帶之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。該泡沫由 200g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子形成。第一和第二成型體被設(shè)計(jì)成使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且該增強(qiáng)泡沫層相對(duì)于最終泡沫主體的中線對(duì)稱。 在第一和第二層的頂部上，從25g/L PS/PP0泡沫發(fā)泡形成第三層，以完成片體， 具有25mm的恒定組合厚度。這樣形成被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括高密度增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為60g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。實(shí)施例8該實(shí)施例制造根據(jù)圖6和圖7所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯。84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 利用第一模具頂板，用40g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第一成型體。 在第一泡沫層的頂部上，發(fā)泡形成由在χ和y平面觀察方向上寬25mm、8mm厚泡沫的條帶構(gòu)成的選擇性的第二層。條帶之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。該第二泡沫層由175g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子形成。第一和第二成型體被設(shè)計(jì)成使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且該增強(qiáng)泡沫層相對(duì)于最終泡沫主體的中線對(duì)稱。 在第一和第二層的頂部上，從40g/L PS/PP0泡沫發(fā)泡形成第三層，以完成片體， 具有25mm的恒定組合厚度。這樣形成被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括對(duì)稱高密度增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為84g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。實(shí)施例9該實(shí)施例制造根據(jù)圖8和圖9所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯。84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第一成型體。 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第二成型體，其被設(shè)計(jì)為當(dāng)?shù)谝缓偷诙尚腕w裝配在一起時(shí)在其間留有選定的空腔(在網(wǎng)上25mm寬X0. 5mm深，在節(jié)點(diǎn)上 25mm 寬 X LOmm 深)。 將來自樹脂(例如Gurit WE92/EGL600/32% )的在χ和y平面觀察方向上25mm 寬、600gsm的單向玻璃纖維的32%樹脂重量的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的帶條涂布到第一成型體。 帶子之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。第一成型體的形狀使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且增強(qiáng)帶子相對(duì)于泡沫中心對(duì)稱，包括對(duì)于增大厚度在帶子節(jié)截點(diǎn)處的容許量。 將額外250gsm的TO92環(huán)氧樹脂涂布到未被預(yù)浸材料覆蓋的泡沫表面，從而與泡沫的后續(xù)層結(jié)合。 將該第二泡沫成型體涂布到泡沫和預(yù)浸料組件，并加固各層以得到恒定厚度的泡沫主體。這樣形成被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括纖維增強(qiáng)的+/-45增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為84g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。泡沫主體隨后被固化以得到硬質(zhì)的高強(qiáng)度泡沫結(jié)構(gòu)。該固化步驟可以在制造復(fù)合材料部件之前或者期間進(jìn)行。實(shí)施例10該實(shí)施例制造根據(jù)圖8和圖9所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯。76g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第一成型體。 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第二成型體，其被設(shè)計(jì)為當(dāng)?shù)?br> 22一和第二成型體裝配在一起時(shí)在其間留有選定的空腔(在網(wǎng)上25mm寬X0. 5mm深，在節(jié)點(diǎn)上 25mm 寬 X LOmm 深)。 將來自樹脂(例如Gurit SE84LV/HEC500/37% )的在χ和y平面觀察方向上 25mm寬、500gsm的碳玻璃纖維的37%樹脂重量的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的帶條涂布。帶子之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。第一成型體的形狀使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的 +/-45圖案，并且增強(qiáng)帶子相對(duì)于泡沫中心對(duì)稱，包括對(duì)于增大厚度在帶子節(jié)截點(diǎn)處的容許量。 將額外250gsm的SE84LV環(huán)氧樹脂涂布到未被預(yù)浸材料覆蓋的泡沫表面。 將該第二泡沫成型體涂布到泡沫和預(yù)浸料組件，并加固各層以得到恒定厚度的泡沫主體。這樣形成被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括纖維增強(qiáng)的+/-45增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為76g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。實(shí)施例11該實(shí)施例制造根據(jù)圖8和圖9所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯，使用RTM處理來生產(chǎn)玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)插入物的固化的環(huán)氧樹脂。84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第一成型體。 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第二成型體，其被設(shè)計(jì)為當(dāng)?shù)谝缓偷诙尚腕w裝配在一起時(shí)在其間留有選定的空腔(在網(wǎng)上25mm寬X0. 5mm深，在節(jié)點(diǎn)上 25mm 寬 X LOmm 深)。 將在χ和y平面觀察方向上25mm寬、600gsm的干單向玻璃纖維的帶條涂布到第一成型體。帶子之間的間距沿片體χ和y方向均為90mm。第一成型體的形狀使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且增強(qiáng)帶子相對(duì)于泡沫中心對(duì)稱，包括對(duì)于增大厚度在帶子節(jié)截點(diǎn)處的容許量。 將組件放入匹配的模具中并將模具閉合至25mm。 施加真空，然后在壓力下注入環(huán)氧樹脂(例如Gurit Prime 20LV)以浸漬纖維并將泡沫的兩個(gè)層結(jié)合。允許樹脂固化，從而得到被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括纖維增強(qiáng)的 +/-45增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為84g/L且厚度為25mm的PS/PP0泡沫。實(shí)施例12該實(shí)施例制造根據(jù)圖8和圖9所示的實(shí)施方案具有中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫芯，使用RTM處理分段地生產(chǎn)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)插入物的固化的環(huán)氧樹脂。84g/L 25mm厚的泡沫片體通過以下步驟來制造 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第一成型體。 用32g/L PS/PP0預(yù)膨脹的珠子發(fā)泡形成波紋狀的第二成型體，其被設(shè)計(jì)為當(dāng)?shù)谝缓偷诙尚腕w裝配在一起時(shí)在其間留有選定的空腔(在網(wǎng)上25mm寬X0. 5mm深，在節(jié)點(diǎn)上 25mm 寬 X LOmm 深)。 將在χ和y平面觀察方向上25mm寬、600gsm的干單向玻璃纖維的帶條涂布到第一成型體。帶子之間的間距沿片體X和y方向均為90mm。第一成型體的形狀使得在泡沫截面中產(chǎn)生波紋狀的+/-45圖案，并且增強(qiáng)帶子相對(duì)于泡沫中心對(duì)稱，包括對(duì)于增大厚度在帶子節(jié)截點(diǎn)處的容許量。 將組件放入匹配的模具中并將模具閉合至25mm。 施加真空，然后將含有室溫和高溫催化固化劑的環(huán)氧樹脂注入到含有未反應(yīng)環(huán)氧基的高粘度樹脂，從而進(jìn)行后續(xù)的高溫固化，其中室溫和高溫催化固化劑被選擇成經(jīng)由分段處理增大環(huán)氧樹脂的粘度。允許樹脂在低于催化固化劑活化的溫度下分段處理，從而得到被設(shè)計(jì)為增大泡沫的剪切強(qiáng)度和模量的包括纖維增強(qiáng)的+/-45增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體密度為84g/L且厚度為25mm 的PS/PP0泡沫，并且改善了泡沫主體的褶皺。泡沫主體隨后可以被固化以得到硬質(zhì)的高強(qiáng)度泡沫結(jié)構(gòu)。該固化步驟可以在制造復(fù)合材料部件之前或者期間進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合層壓制品的芯部，所述芯部包括具有夾心結(jié)構(gòu)的片體，所述夾心結(jié)構(gòu)包括一對(duì)外部泡沫主體和其間的中央結(jié)構(gòu)插入物，所述結(jié)構(gòu)插入物包括朝向所述片體的平面和所述片體的全厚度方向傾斜的部分。
2.如權(quán)利要求1所述的芯部，其中所述結(jié)構(gòu)插入物以基本上之字形的方式延伸穿過所述芯部的全厚度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物具有延伸到各個(gè)外部泡沫主體的主外表面的突出部分。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述結(jié)構(gòu)插入物包括帶輪廓片體，所述帶輪廓片體具有帶三維輪廓的相對(duì)主表面。
5.如權(quán)利要求4所述的芯部，其中所述片體的每個(gè)主表面具有突起和凹陷的陣列。
6.如權(quán)利要求5所述的芯部，其中所述突起和凹陷呈大致棱錐形。
7.如權(quán)利要求6所述的芯部，其中所述大致棱錐形的突起和凹陷均具有彼此正交排列的傾斜側(cè)面。
8.如權(quán)利要求6或7所述的芯部，其中所述的棱錐形形狀被截端以形成平頂面。
9.如權(quán)利要求8所述的芯部，其中所述平頂面與所述芯部的外表面齊平。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括連續(xù)的片體。
11.如權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括具有多個(gè)通孔的片體。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括熱塑性塑料壓制品。
13.如權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括編織纖維的片體。
14.如權(quán)利要求13所述的芯部，其中所述纖維包括多根經(jīng)向纖維和多根緯向纖維，每根纖維呈非線性縱向形狀，并且具有朝向所述纖維的縱向方向傾斜的部分和交替傾斜的分段。
15.如權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括纖維補(bǔ)強(qiáng)件。
16.如權(quán)利要求15所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括由第一組平行帶子和第二組平行帶子構(gòu)成的網(wǎng)格，第一組和第二組彼此傾斜。
17.如權(quán)利要求15或16所述的芯部，其中所述纖維補(bǔ)強(qiáng)件包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)浸料層， 所述預(yù)浸料層包括至少部分地用樹脂浸漬的纖維。
18.如權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括泡沫。
19.如權(quán)利要求18所述的芯部，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物的泡沫的密度大于所述外部泡沫主體的泡沫的密度。
20.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述泡沫芯和所述結(jié)構(gòu)插入物相對(duì)于其中心面對(duì)稱。
21.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述片體是平面的或彎曲的。
22.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述泡沫或每個(gè)泡沫是閉孔泡沫。
23.一種復(fù)合層壓制品的芯部，所述芯部包括具有第一泡沫材料的開放網(wǎng)格的片體，第一泡沫材料具有空腔，所述空腔被密度不同于第一泡沫材料的第二泡沫材料的塊體填充。
24.如權(quán)利要求23所述的芯部，其中每個(gè)泡沫是閉孔泡沫。
25.如權(quán)利要求23或M所述的芯部，其中所述網(wǎng)格是包括一體的第一組和第二組彼此正交網(wǎng)的矩形網(wǎng)格。
26.如權(quán)利要求23或M所述的芯部，其中所述網(wǎng)格包括一體的第一組、第二組和第三組彼此傾斜的網(wǎng)，所述各網(wǎng)沿0°、45°和90°彼此傾斜或者沿0°、60°和120°彼此傾斜。
27.如權(quán)利要求23 沈中任一項(xiàng)所述的芯部，其中所述網(wǎng)格由比所述塊體更高密度的泡沫構(gòu)成。
28.如權(quán)利要求27所述的芯部，還包括在所述網(wǎng)格的第一表面上的與所述網(wǎng)格一體的第一泡沫表皮。
29.如權(quán)利要求觀所述的芯部，還包括與所述網(wǎng)格的相對(duì)的第二表面以及所述塊體結(jié)合的第二泡沫表皮。
30.如權(quán)利要求23 沈中任一項(xiàng)所述的芯部，還包括在所述塊體的第一表面上的與所述塊體一體的第一泡沫表皮。
31.如權(quán)利要求30所述的芯部，還包括與所述塊體的相對(duì)的第二表面以及所述網(wǎng)格結(jié)合的第二泡沫表皮。
32.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，還包括位于至少一個(gè)外部泡沫主體的外表面中的至少一個(gè)開口、狹縫或通道。
33.如權(quán)利要求32所述的芯部，包括平行狹縫的陣列，所述狹縫延伸穿過所述芯部的大部分厚度，從而允許所述芯部圍繞具有平行于所述狹縫的軸的半徑范圍發(fā)生彎曲。
34.如權(quán)利要求32所述的芯部，包括開口的陣列，所述開口延伸穿過所述芯部的厚度。
35.如權(quán)利要求32所述的芯部，包括狹縫的陣列，所述狹縫延伸穿過所述芯部而將所述芯部切割成多個(gè)相鄰隔開的塊體，并且還包括結(jié)合在所述芯部的一個(gè)表面上而與所述塊體結(jié)合在一起的粗布層。
36.如權(quán)利要求32 35中任一項(xiàng)所述的芯部，包括位于兩個(gè)外部泡沫主體的外表面中的平行狹縫或通道的陣列。
37.一種用于制造復(fù)合層壓制品的組件，所述組件包括夾在纖維或預(yù)浸料層的相對(duì)層之間的如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的芯部，所述預(yù)浸料層包括至少部分地用樹脂浸漬的纖維。
38.一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)使具有帶輪廓頂面的第一泡沫主體成型；(b)將材料放置在所述帶輪廓頂面上；以及(c)在所述材料上使第二泡沫主體成型。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中放置步驟(b)包括在所述帶輪廓頂面上形成中央泡沫主體。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中第一泡沫主體包括第一表皮和從第一表皮向上延伸以形成所述帶輪廓頂面的一體部分，并且在步驟(b)中，所述中央泡沫主體在由所述一體部分形成的空腔內(nèi)形成，第一泡沫主體和所述中央泡沫主體分別由不同密度的第一和第二泡沫材料形成。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中在步驟(c)中，在第一泡沫主體和所述中央泡沫主體上形成第二表皮。
42.如權(quán)利要求39 41中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述帶輪廓頂面包括具有一體的第一組和第二組彼此正交網(wǎng)的矩形網(wǎng)格。
43.如權(quán)利要求39 41中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述帶輪廓頂面包括具有一體的第一組、第二組和第三組彼此傾斜的網(wǎng)的三角形網(wǎng)格，所述各網(wǎng)沿0°、45°和90°彼此傾斜或者沿0°、60°和120°彼此傾斜。
44.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在放置步驟(b)中的材料是熱成形的、壓制的或沖壓的片體。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中所述片體由泡沫或短纖維或熱塑性材料構(gòu)成。
46.如權(quán)利要求44或45所述的方法，其中所述帶輪廓片體具有帶三維輪廓的相對(duì)主表
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中所述片體的每個(gè)主表面具有突起和凹陷的陣列。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述突起和凹陷呈大致棱錐形。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中所述大致棱錐形的突起和凹陷均具有彼此正交排列的傾斜側(cè)面。
50.如權(quán)利要求48或49所述的方法，其中所述的棱錐形形狀被截端以形成平頂面。
51.如權(quán)利要求46 50中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述帶輪廓片體由泡沫構(gòu)成，任選地由熱成形的泡沫構(gòu)成。
52.一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)使具有帶輪廓頂面和底面的結(jié)構(gòu)片體材料成型；(b)在所述帶輪廓底面上使第一泡沫主體成型；以及(c)在所述帶輪廓底面上使第二泡沫主體成型。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)片體材料以基本上之字形的方式延伸穿過所述芯部的全厚度。
54.如權(quán)利要求52或53所述的方法，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物具有延伸到各個(gè)外部泡沫主體的主外表面的突出部分。
55.一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)使具有第一帶輪廓表面的第一泡沫主體成型；(b)使具有第二帶輪廓表面的第二泡沫主體成型，第一和第二帶輪廓表面的形狀互補(bǔ)；(c)使第一和第二帶輪廓表面互鎖，從而在相對(duì)面上限定在其間延伸的帶輪廓空腔；以及(d)在所述空腔中形成與第一和第二帶輪廓表面結(jié)合的中央結(jié)構(gòu)插入物。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括纖維增強(qiáng)樹脂。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中所述纖維增強(qiáng)樹脂由預(yù)浸材料形成，所述預(yù)浸材料包括至少部分地用樹脂浸漬的纖維。
58.如權(quán)利要求56所述的方法，其中在互鎖步驟(c)之前，所述預(yù)浸材料設(shè)置在至少一個(gè)帶輪廓表面上。
59.如權(quán)利要求56所述的方法，其中所述纖維增強(qiáng)樹脂由在互鎖步驟(c)之前設(shè)置在至少一個(gè)帶輪廓表面上的干纖維形成，并且在步驟(d)中，樹脂被引入所述空腔。
60.如權(quán)利要求56所述的方法，其中所述纖維增強(qiáng)樹脂由在步驟(c)中設(shè)置在所述空腔內(nèi)的纖維補(bǔ)強(qiáng)件以及在步驟(d)中通過樹脂轉(zhuǎn)移成型引入所述空腔內(nèi)的液體樹脂形成。
61.如權(quán)利要求56 60中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述纖維增強(qiáng)樹脂的纖維形成帶輪廓網(wǎng)格。
62.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述中央結(jié)構(gòu)插入物包括熱塑性材料。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，其中所述熱塑性材料粘接或熔接到第一和第二帶輪廓表面。
64.如權(quán)利要求55 63中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)插入物以基本上之字形的方式延伸穿過所述芯部的全厚度。
65.一種制造復(fù)合層壓制品的芯部的方法，所述方法包括以下步驟(a)將具有相對(duì)帶輪廓表面的片體形式的結(jié)構(gòu)插入物放置在模具中；以及(b)在所述結(jié)構(gòu)插入物上使泡沫成型，從而形成包括一對(duì)外部泡沫主體和其間的中央結(jié)構(gòu)插入物的夾心結(jié)構(gòu)。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)插入物包括編織纖維的片體。
67.如權(quán)利要求66所述的方法，其中所述纖維包括多根經(jīng)向纖維和多根緯向纖維，每根纖維呈非線性縱向形狀，并且具有朝向所述纖維的縱向方向傾斜的部分和交替傾斜的分段。
68.如權(quán)利要求64所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)插入物是熱成形的、壓制的或沖壓的片體。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其中所述片體由泡沫或短纖維或熱塑性材料構(gòu)成。
70.如權(quán)利要求68或69所述的方法，其中所述帶輪廓片體具有帶三維輪廓的相對(duì)主表
71.如權(quán)利要求70所述的方法，其中所述片體的每個(gè)主表面具有突起和凹陷的陣列。
72.如權(quán)利要求71所述的方法，其中所述突起和凹陷呈大致棱錐形。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其中所述大致棱錐形的突起和凹陷均具有彼此正交排列的傾斜側(cè)面。
74.如權(quán)利要求72或73所述的方法，其中所述的棱錐形形狀被截端以形成平頂面。
75.如權(quán)利要求68 74中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述帶輪廓片體由泡沫構(gòu)成，任選地由熱成形的泡沫構(gòu)成。
76.如權(quán)利要求38 75中任一項(xiàng)所述的方法，還包括形成位于兩個(gè)外部泡沫主體的外表面中的平行狹縫或通道的陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合層壓制品的芯部，所述芯部包括具有夾心結(jié)構(gòu)的片體，所述夾心結(jié)構(gòu)包括一對(duì)外部泡沫主體和其間的中央結(jié)構(gòu)插入物，所述結(jié)構(gòu)插入物包括朝向所述片體的平面和所述片體的全厚度方向傾斜的部分。
文檔編號(hào)B29C44/12GK102271888SQ200980154079
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者丹尼爾·托馬斯·瓊斯 申請(qǐng)人:古瑞特(英國(guó))有限公司