具有加強(qiáng)芯部的復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是2008年7月29日提交的名稱為"具有加強(qiáng)芯部的復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制造方 法"的中國(guó)專利申請(qǐng)200810144130. 7的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，更特別涉及具有加強(qiáng)芯部的復(fù)合夾層件，以及該復(fù)合 夾層件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)可以通過將結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件放入結(jié)合在兩塊面板之間的芯部而進(jìn)行加 強(qiáng)。芯部加強(qiáng)件可以包括限定載荷路徑的結(jié)構(gòu)元件，這些載荷路徑用來在面板之間傳遞壓 縮、拉伸和剪切載荷。復(fù)合夾層件的性能部分地取決于芯部加強(qiáng)件的類型以及芯部和面板 之間的結(jié)合質(zhì)量。常用芯部材料可以包括剛性塑料泡沫和蜂巢件。雖然蜂巢芯部展現(xiàn)出良 好的結(jié)構(gòu)效率，但是它們?cè)谀承﹫?chǎng)合下可能承受較高的芯部-面板載荷，諸如在長(zhǎng)期空間 飛行中，此時(shí)在芯部和周圍環(huán)境之間會(huì)產(chǎn)生壓力差。
[0004] 如果遭遇水分或空間中的較高溫度或者極低溫度，未加強(qiáng)的閉合單元?jiǎng)傂耘菽瓡?huì) 展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)效率降低。
[0005] 與上述夾層結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的問題通過引入所謂X-COR結(jié)構(gòu)芯部而部分地得到解決，該 芯部包括輕體閉合單元聚甲基丙烯酰胺（PMI)泡沫，利用布置在四方構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)中的小直徑 共擠壓（poltrude)碳纖維/環(huán)氧銷釘進(jìn)行加強(qiáng)。X-COR銷釘延伸超過泡沫芯部并且嵌入面 板中。X-COR的變形方案在2001年9月18日授權(quán)的US6, 291，049中進(jìn)行了公開，其中銷釘 端部彎折，從而鋪平貼靠芯部所結(jié)合的面板。
[0006] 上述采用了碳纖維/環(huán)氧銷釘?shù)臉?gòu)架網(wǎng)絡(luò)在某些航空應(yīng)用中可能無法提供足夠 的性能。因此，需要一種具有加強(qiáng)芯部的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其適合航空應(yīng)用的需求，此時(shí)要求面板 和芯部之間的存在優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明的實(shí)施例用來滿足這種需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)，其中實(shí)現(xiàn)了面板-芯部結(jié)合強(qiáng)度的改 善，同時(shí)保證維持芯部的結(jié)構(gòu)整體性。所述夾層結(jié)構(gòu)所用的結(jié)構(gòu)和選材使其適合航空應(yīng)用， 包括執(zhí)行長(zhǎng)期的空間任務(wù)，此時(shí)在芯部和周圍環(huán)境之間可能會(huì)產(chǎn)生壓力差。由所公開的實(shí) 施例提供的結(jié)合強(qiáng)度改善效果可以在寬泛的溫度和濕度條件范圍內(nèi)得到維持。
[0008] 根據(jù)一種實(shí)施例，復(fù)合夾層件包括：第一和第二纖維加強(qiáng)的聚合物面板；和位于 所述第一和第二面板之間的加強(qiáng)芯部。該芯部包括多個(gè)布置成組件以形成構(gòu)架的銷釘；和 包圍這些銷釘?shù)妮d體。每個(gè)銷釘包括在面板之間延伸的中間部分；和基本上平行于面板延 伸并分別結(jié)合到面板的遠(yuǎn)端部分。每個(gè)組件中的銷釘在其中一塊面板附近的節(jié)點(diǎn)處交叉。 所述銷釘和所述面板可以包括碳纖維加強(qiáng)的樹脂，諸如環(huán)氧，以使芯部構(gòu)架的熱膨脹系數(shù) 基本上等于面板。每個(gè)組件中的銷釘遠(yuǎn)端部分從節(jié)點(diǎn)向外輻射，并且節(jié)點(diǎn)彼此基本上等距 隔開。銷釘組件包括至少3個(gè)銷釘，它們相對(duì)于面板平面傾斜。載體可以包括剛性低密度 閉合單元泡沫，諸如聚甲基丙烯酰胺，其熱膨脹系數(shù)基本上與面板相符。包括載體泡沫和石 墨/環(huán)氧共擠壓桿柵格結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)芯部，其密度介于約6. 9和12磅每立方英尺之間，且所 述芯部的厚度介于二分之一英寸和一英寸之間，而所述節(jié)點(diǎn)彼此隔開的距離介于0. 168英 寸和0. 191英寸之間。
[0009] 根據(jù)另一種實(shí)施例，加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)包括：一對(duì)纖維加強(qiáng)的聚合物面板； 和面板之間的加強(qiáng)芯部。加強(qiáng)芯部可以包括布置成組件的多個(gè)結(jié)構(gòu)銷釘，每個(gè)組件中的銷 釘彼此交叉接觸并且圍繞基本上正交所述面板的中軸線隔開。每個(gè)組件中的銷釘對(duì)稱布置 在中軸線周圍，并且包括基本上平行于面板延伸并結(jié)合到面板的遠(yuǎn)端部分。
[0010] 根據(jù)一種方法實(shí)施例，加強(qiáng)的復(fù)合夾層件可以通過以下步驟制造，包括：形成泡沫 層，并在該泡沫層中形成交叉的結(jié)構(gòu)銷釘組件，從而制造芯部；彎折所述銷釘?shù)亩瞬浚缓蛯?銷釘彎折的端部結(jié)合到一對(duì)纖維加強(qiáng)的面板?？梢酝ㄟ^將銷釘沿著接近相交的軌跡插入泡 沫層來形成銷釘組件。該方法進(jìn)一步包括步驟：共擠壓一定長(zhǎng)度的石墨環(huán)氧復(fù)合材料；局 部固結(jié)所述一定長(zhǎng)度的環(huán)氧石墨材料；和切割所述一定長(zhǎng)度的石墨環(huán)氧材料來形成所述銷 釘。
[0011] 一種復(fù)合夾層件，包括：
[0012] 第一和第二纖維加強(qiáng)的聚合物面板；和
[0013] 位于所述第一和第二面板之間的加強(qiáng)芯部，所述加強(qiáng)芯部包括：
[0014] (i)多個(gè)布置成組件而形成構(gòu)架的銷釘，每個(gè)銷釘包括在所述第一和第二面板之 間延伸的中間部分和基本上平行于所述第一和第二面板分別延伸并結(jié)合到所述第一和第 二面板的遠(yuǎn)端部分，每個(gè)組件中的銷釘在所述第一和第二面板其中之一附近的節(jié)點(diǎn)處交 叉；和
[0015] (ii)包圍所述銷釘?shù)妮d體。
[0016] 所述復(fù)合夾層件，其中每個(gè)組件中的銷釘相對(duì)于所述面板的平面傾斜大約30度。
[0017] 所述復(fù)合夾層件，其中所述剛性泡沫包括聚甲基丙烯酰胺。
[0018] 所述復(fù)合夾層件，其中所述載體是閉合單元泡沫，并且芯部的密度介于大約6. 9 至12磅每立方英尺之間。
[0019] 所述復(fù)合夾層件，其中所述芯部厚度介于大約二分之一英寸到一英寸之間。
[0020] 所述復(fù)合夾層件，其中所述節(jié)點(diǎn)彼此隔開大約0. 168英寸到0. 191英寸之間。
[0021] 一種包含所述復(fù)合夾層件的飛行器結(jié)構(gòu)。
[0022] -種加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括：
[0023] -對(duì)纖維加強(qiáng)的聚合物面板；和
[0024] 位于所述面板之間的加強(qiáng)芯部，所述加強(qiáng)芯部包括多個(gè)布置成組件的結(jié)構(gòu)銷釘， 每個(gè)組件中的銷釘基本上彼此相交，并且在基本上正交所述面板延伸的中軸線周圍隔開。
[0025] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)組件中的銷釘對(duì)稱布置在所述中軸線周 圍。
[0026] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)銷釘包括基本上平行于所述面板延伸并結(jié) 合到所述面板的遠(yuǎn)端部分。
[0027] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中銷釘?shù)拿總€(gè)組件包括至少3個(gè)銷釘。
[0028] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述銷釘和所述面板以保持在環(huán)氧結(jié)合劑中的 石墨纖維形成。
[0029] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述芯部的熱膨脹系數(shù)基本上與每塊面板的熱膨脹 系數(shù)相符。
[0030] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)銷釘相對(duì)于所述面板的平面傾斜的角度大 約為30度。
[0031] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中：
[0032] 所述第一和第二面板各自包括碳纖維加強(qiáng)的樹脂疊壓層；和
[0033] 所述銷釘包括基本上平行于所述面板延伸并結(jié)合在所述層之間的遠(yuǎn)端部分。
[0034] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中：
[0035] 每個(gè)銷釘包括基本上橫穿所述面板延伸的中間部分；和基本上平行于所述面板延 伸的遠(yuǎn)端部分，和
[0036] 其中每個(gè)組件中的銷釘在基本上位于所述銷釘?shù)闹虚g部分和遠(yuǎn)端部分之間的結(jié) 合點(diǎn)處彼此相交。
[0037] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)組件中的銷釘包括對(duì)稱布置在中軸線周圍 并從其輻射的遠(yuǎn)端部分。
[0038] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述芯部的密度基本上介于6. 9和12磅每立方英尺 之間。
[0039] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述芯部的厚度基本上介于二分之一英寸和一 英寸之間。
[0040] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)銷釘包括石墨纖維加強(qiáng)的環(huán)氧，其銷釘直 徑介于大約0. 020和0. 028英寸之間。
[0041] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，相鄰銷釘組件的中軸線彼此隔開的距離大約介于 0. 169和0. 191英寸之間。
[0042] 所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述芯部包括包圍所述銷釘?shù)木奂谆０?泡沫。
[0043] 一種包括所述加強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)的飛行器子組件。
【附圖說明】
[0044] 在參考附圖和權(quán)利要求書審視時(shí)，本發(fā)明實(shí)施方式的其他特征、益處和優(yōu)勢(shì)將從 以下實(shí)施方式的說明中體現(xiàn)出來。
[0045] 圖1是根據(jù)實(shí)施方式具有加強(qiáng)芯部的復(fù)合夾層件截面圖；
[0046] 圖2是圖1所示芯部的加強(qiáng)構(gòu)架成形部件的立體圖；
[0047] 圖3是沿圖2所示3-3方向觀察的構(gòu)架平面圖；
[0048] 圖4是放大截面圖，示出了圖1所示的復(fù)合夾層件；
[0049] 圖5是圖2所述芯部中所用銷釘組件其中之一的立體圖；
[0050] 圖6是沿著圖5所述6-6方向觀察的視圖；
[0051] 圖7是沿著圖6所示7-7方向觀察的視圖；
[0052] 圖8是沿著圖6所示8-8方向觀察的視圖；
[0053] 圖9是類似于圖6的視圖，但是示出了采用3個(gè)銷釘?shù)匿N釘組件的替代形式；
[0054] 圖10是圖1所示夾層結(jié)構(gòu)中結(jié)合到面板的銷釘遠(yuǎn)端部分的截面圖；
[0055] 圖11是類似于圖10的視圖，但是示出了結(jié)合在面板的相鄰層之間的銷釘遠(yuǎn)端部 分；
[0056] 圖12是示出采用了加強(qiáng)芯