選擇性削弱的拉伸膜的制作方法
【專利摘要】本發明的名稱為選擇性削弱的拉伸膜。用于復合材料制品的膜可包括非削弱部分和削弱部分。削弱部分可具有至少一種性質可低于非削弱部分的性質。
【專利說明】選擇性削弱的拉伸膜
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及標題為Bicomponent Fibers Containing Nano-filaments for Usein Optically Transparent Composites并且于2012年6月14日提交的共同提交申請序列號 13/523，108。
【技術領域】
[0003]本公開內容一般而言涉及復合材料，并且更具體而言，涉及由提供改進的彈道性能和光學性能的膜組成的復合材料制品。
【背景技術】
[0004]常規的復合材料結構通常由嵌入基體中的增強纖維組成。纖維增強的復合材料結構通常設計為沿著纖維的長度傳輸載荷。載荷可在同一層中從一條纖維轉移至另一條纖維或者通過基體材料而轉移到相鄰層中的纖維。然而，基體通常弱于纖維，使得當足夠高的載荷穿過基體從一條纖維傳輸到另一條纖維時，基體將破壞。基體的破壞允許纖維在復合材料結構內移動。
[0005]在彈道事件期間——其中復合材料板被拋射體沖擊，纖維在基體內移動的能力可影響復合材料板的彈道性能。例如，基體中纖維移動的能力可影響復合材料板抵抗拋射體的擊穿。對于透明的復合材料板，纖維相對于基體的移動還可影響復合材料板的光學性能。例如，纖維在彈道事件期間相對于基體的移動可影響復合材料板由于拋射體的沖擊而造成的光學劣化的區域的大小。
[0006]如可見的，本領域中對于復合材料結構存在需求，在所述結構中，可以以可提高復合材料結構的彈道性能的方式控制基體內纖維的移動。
【發明內容】
[0007]通過本公開具體地解決和緩解上述與復合材料制品相關的需求，本公開在實施方式中提供了用于復合材料制品的膜，其中所述膜可包括削弱部分和非削弱部分。削弱部分可具有至少一種性質可低于非削弱部分的性質。
[0008]還公開了具有多個膜的復合材料制品。所述膜可排列為堆疊的構型。至少一個膜可具有非削弱部分和削弱部分。削弱部分可具有至少一種性質可低于非削弱部分的性質。
[0009]另外，公開了形成膜的方法。所述方法可包括形成具有削弱部分和非削弱部分的拉伸膜。所述方法還可包括配置拉伸膜使得削弱部分可具有至少一種性質低于非削弱部分的性質。
[0010]在進一步的實施方式中，公開了形成復合材料制品的方法，包括提供多個拉伸膜，其中每個拉伸膜可具有非削弱部分和削弱部分。至少一個拉伸膜的削弱部分可以形成為線形、矩形和/或彎曲路徑的形狀。削弱部分還可具有至少一種性質可低于非削弱部分的性質。形成復合材料制品的方法可包括將多個拉伸膜布置為堆疊構型。[0011]還公開了使用復合材料制品的方法。所述方法可包括提供具有多個膜的復合材料制品。每個膜可具有非削弱部分和削弱部分。削弱部分可具有至少一種性質可低于非削弱部分的性質。使用的方法可包括在無載荷的條件下放置復合材料制品。所述方法可進一步包括在負載條件下放置復合材料制品。
[0012]已經討論的特征、功能和優勢可以單獨地在本公開內容的各實施方式中實現，或可以在另外其它實施方式中組合，其進一步的細節參考下面的描述和附圖可見。
[0013]附圖簡述
[0014]通過參考附圖本公開內容的這些和其它特征將更加顯而易見，附圖中同樣的數字在全部附圖中是指同樣的部件，并且其中:
[0015]圖1是實施方式中復合材料制品的透視圖，其包括具有在膜中形成的削弱部分的多個膜；
[0016]圖2是圖1的復合材料制品的展開透視圖；
[0017]圖3是圖1的復合材料制品的側視圖，并且其圖解以堆疊構型排列的膜；
[0018]圖4是圖3的一個膜的俯視圖，其圖解削弱部分和非削弱部分在膜中的布置；
[0019]圖5是部分膜的截面圖，其圖解通過化學改性以便降低削弱部分的強度而形成的削弱部分的實施方式；
[0020]圖6是部分膜的截面圖，其圖解通過幾何改變以便降低削弱部分的強度而形成的削弱部分的實施方式；
[0021]圖7是部分膜的俯視圖，其圖解形成為連續縱向削弱片段的削弱部分；
[0022]圖8是部分膜的俯視圖，其圖解形成為一系列壓痕的削弱部分；
[0023]圖9是具有削弱部分的膜的實施方式的俯視圖，所述削弱部分排列為通過橫向削弱片段互聯的多個縱向削弱片段；
[0024]圖10是具有削弱部分的膜的實施方式的俯視圖，所述削弱部分由多個以階梯形狀排列的縱向削弱片段和橫向削弱片段組成；
[0025]圖11是具有削弱部分的實施方式的俯視圖，其中階梯形狀以相對的方向面對；
[0026]圖12是具有削弱部分的膜的實施方式的俯視圖，所述削弱部分以正弦形狀排列，并且削弱部分之間的間隔基本上均勻；
[0027]圖13是具有削弱部分的膜的實施方式的俯視圖，所述削弱部分以正弦形狀排列，并且削弱部分之間的寬度間隔不同；
[0028]圖14是具有橫向削弱片段的膜的實施方式的俯視圖，所述橫向削弱片段與正弦形削弱部分互聯；
[0029]圖15是具有橫向削弱片段的膜的實施方式的俯視圖，所述橫向削弱片段與相鄰的成對的正弦形狀的削弱部分互聯；
[0030]圖16是具有一系列縱向削弱片段的膜的實施方式的俯視圖，所述片段在膜的非削弱部分之間形成多個對齊的非削弱連接；
[0031]圖17是具有一系列縱向削弱片段的膜的實施方式的俯視圖，所述片段在膜的非削弱部分之間形成多個交錯的非削弱連接；
[0032]圖18是波形復合材料制品的透視圖；
[0033]圖19是圖18的波形復合材料制品的展開透視圖，并且其圖解多個具有選擇性削弱的部分的多個波形膜；
[0034]圖20是圖18的復合材料制品的側視圖，其圖解在一對面板之間以堆疊構型排列的波形膜；
[0035]圖21是圖20的波形膜的俯視圖，其圖解波形膜的削弱部分和拉伸方向的布置；
[0036]圖22是圖解一個或多個操作的流程圖，所述操作可包括在制造具有削弱部分的膜的方法中；
[0037]圖23是圖解一個或多個操作的流程圖，所述操作可包括在制造復合材料制品的方法中；
[0038]圖24是圖解一個或多個操作的流程圖，所述操作可包括在使用復合材料制品的方法中；并且
[0039]圖25是可在一個或多個實施方式中并入復合材料制品的航空器的透視圖示。【具體實施方式】
[0040]現參考附圖，其中顯示是出于圖示說明本公開內容的優選和各種實施方式的目的，圖1顯示的是復合材料制品100。復合材料制品100可配置為復合材料板104，其在復合材料板104的上側106和下側108上具有制品表面102。復合材料制品100可由多個膜120制造并且以堆疊構型130排列。膜120可以是層壓的或者用一個或多個粘合層112或用粘合基體材料110粘接在一起。在實施方式中，粘合層112可與膜120光學匹配。例如，粘合層112和膜120可具有折射率，所述折射率彼此互補或者對于預定波長帶比如可見光譜和/或紅外光譜內基本上是相等的。
[0041]參考圖2，顯示的是圖1的復合材料制品100的展開透視圖，其顯示堆疊構型130中的多個聚合的膜120。復合材料制品100中的一個或多個膜120可有利地沿著至少一個拉伸方向134拉伸。膜120沿拉伸方向134的強度可高于膜120沿非拉伸方向或橫向136的強度(圖6)。橫向136可大致垂直于拉伸方向134取向。可用相對薄的粘合層112將一個或多個相鄰成對的膜120粘接在一起。每個粘合層112可在膜120的搭接面之間形成薄的膠層(bondline)。粘合層112可由基體材料、樹脂、或其它可安裝在相鄰膜120之間用于將膜120粘著性地結合在一起的材料形成。
[0042]在圖2中，每一個膜120可包括多個削弱部分160，其可形成為在膜120中以預定模式排列的相對窄的帶材或路徑。例如，削弱部分160可以形成為在膜120中沿縱向路徑162 (圖4)的線176 (圖4)的形狀。如上所表明的，一個或多個膜120可包括拉伸膜132。拉伸膜132中的削弱部分160可與拉伸膜132的拉伸方向134大致對齊或平行。然而，拉伸膜132的一個或多個削弱部分160可沿著一個或多個大致不平行于拉伸膜132的拉伸方向134的方向取向。
[0043]在每個膜120中，削弱部分160可限定所述膜的多個相對更大的非削弱部分140。每個膜120的非削弱部分140可包括每個膜120的大量部分。圖2圖解多個非削弱部分140，每個都具有被削弱部分160的縱向路徑162限定的大致帶狀的構型152。膜120的削弱部分160可具有至少一種性質可低于膜120的非削弱部分140的性質。例如，膜120的削弱部分160可被改性以便相對于膜120非削弱部分的強度具有降低的強度。在實施方式中，膜120的一個或多個削弱部分160可相對于膜120的非削弱部分140被化學改性，并且其中化學改性可使得削弱部分160的抗拉強度、拉伸模量、極限應變和/或其它性質低于膜120非削弱部分140的抗拉強度、拉伸模量、極限應變和/或其它性質。在進一步的實施方式中，膜120的一個或多個削弱部分160可被幾何改變，造成膜120的抗拉強度和橫(例如，平面外)切力強度低于非削弱部分140中膜120的抗拉強度和橫切力強度。
[0044]有利地，通過對每個膜120提供以期望的模式排列的一個或多個削弱部分160，膜120當經受外部載荷時可以期望的方式破壞。例如，在彈道事件期間一其中復合材料板104可被拋射體(未顯示)沖擊，復合材料板104中的一個或多個膜120可通過伸長或拉伸來吸收拋射體的動能。復合材料板104中的一個或多個膜120可沿著一個或多個削弱部分160初始地破壞(例如，局部斷裂)。有利地，膜120的非削弱部分140在削弱部分160破壞之后可保持完整。隨著拋射體繼續沿路徑進入或經過復合材料板104，完整的非削弱部分140可通過偏轉、伸長或拉伸繼續吸收拋射體的動能。非削弱部分140的偏轉、伸長或拉伸可使拋射體減速直至非削弱部分140在達到膜材料的極限應變后破壞。
[0045]有利地，通過迫使膜120在削弱部分160初始地破壞，非削弱部分140在非削弱部分140的破壞之前可繼續經受相對大量的偏轉和伸長(例如拉伸)。另外，對于拉伸膜132，通過將拉伸膜132的非削弱部分140大致平行于拉伸膜132的拉伸方向134取向，相對于沿著拉伸膜132橫向136的較低的能量吸收能力，拉伸膜132在拉伸方向134上的更高強度對于吸收沖擊能量可提供提高的能力。而且，通過迫使拉伸膜132在削弱部分160初始地破壞，增加量的膜材料可涉及到彈道事件中。
[0046]例如，參考圖2，通過迫使膜120在削弱部分160初始地破壞，非削弱部分140可繼續偏轉和伸長，在復合材料板104的堆疊構型130中產生附加膜120的嚙合。增加的偏轉和伸長可增加涉及彈道事件的非削弱部分140的量。非削弱部分140在彈道事件中參與的增加可增加膜120可吸收拋射體的動能的時間的量，其可降低或防止復合材料板被拋射體穿透。就這點而言，通過對膜120提供選擇性削弱的部分160，復合材料制品100的彈道性能相對于常規復合材料制品(未顯示)的彈道性能可顯著提高。
[0047]通過本公開內容提供的進一步優勢是，相對于用纖維(未顯示)制造的常規透明復合材料制品(未顯示)的光學性能，用拉伸膜132制造的透明復合材料制品100的光學性能的提高。例如，在常規復合材料制品中，纖維可具有大致圓柱形的構型，使得每條纖維作為小透鏡以使光經過常規復合材料制品。常規復合材料制品可包括多個在不同方向上取向的纖維層。多條纖維的累積效應是，隨著光經過常規復合材料制品的光散射，使得通過常規復合材料制品觀察到的物體可能顯示模糊。
[0048]有利地，在本公開內容中，盡管削弱部分160相對于非削弱部分140的性質具有降低的性質(例如，降低的強度)，但是膜120的削弱部分160可具有與膜120的非削弱部分140基本上相同的光學性質。通過對膜120提供遍及膜120的基本上均勻的光學性質，本公開內容中選擇性削弱的膜120避免了與常規纖維增強復合材料相關聯的不期望的光學效
果O
[0049]在圖2中，每一個膜120可包括拉伸膜132-其具有拉伸方向134和大致垂直于
拉伸方向134取向的橫向136。拉伸膜132在橫向136上可基本上不拉伸。圖2中所示的拉伸膜132可單向拉伸，其中非削弱部分140在拉伸方向134上可具有抗拉強度和/或拉伸模量，其可高于非削弱部分140在橫向136上的抗拉強度和/或拉伸模量。然而，復合材料制品100可由雙向拉伸的拉伸膜132構成(未顯示)。例如，復合材料制品100中的一個或多個拉伸膜132可沿縱向并且沿橫向136拉伸。可選地，考慮復合材料制品100可由一個或多個不拉伸的膜120構成(未顯示)。
[0050]在圖2中，布置拉伸膜132使得拉伸膜132的拉伸方向134大致垂直于相鄰拉伸膜132的拉伸方向134取向。然而,拉伸膜132可以以任意方式排列并且不限于拉伸方向134的交替垂直取向。例如，可構造復合材料制品100，其中拉伸膜132的拉伸方向134以基本上相同的方向取向。可選地，可構造復合材料制品100，其中拉伸膜132的拉伸方向134以相對于彼此以非垂直的角度取向。例如，可配置復合材料制品100使得一個或多個拉伸膜132的拉伸方向134可以相對于彼此以預定的角度(例如，15° ,22.5°、45°、60°、75°等)取向。
[0051]同樣就這點而言，復合材料制品100可配置有交叉模式的削弱部分220，如圖21中所示，其中每一個拉伸膜132的削弱部分160以相對于相鄰拉伸膜132的削弱部分160大致垂直的角度取向。然而，復合材料制品100可配置有具有大致以相同方向取向的削弱部分160的拉伸膜132 (未顯示)。可選地，復合材料制品100可配置有拉伸膜132，其具有相對于相鄰拉伸膜132的削弱部分160以非垂直的角度(例如，15°、22.5°、45°、60°、75°等)取向的削弱部分160。另外，可配置復合材料制品100，其中削弱部分160相對于一個拉伸膜132的拉伸方向134的取向不同于削弱部分160相對于復合材料制品100中一個或多個其它拉伸膜132的拉伸方向134的取向。
[0052]參考圖3，顯示的是圖1的復合材料制品100，其圖解堆疊構型130中的拉伸膜132。一個或多個拉伸膜132可包括一個或多個非削弱部分140。非削弱部分140可受削弱部分160約束。每一個拉伸膜132可包括上和下膜表面128。粘合層112可安裝在相鄰拉伸膜132的上和下膜表面128之間用于粘著性地結合拉伸膜132。如上所表明的，粘合層112可包括粘合劑的膜120，所述粘合劑可與膜120光學匹配，比如通過將粘合層112和膜120的折射率在波長帶(例如，可見光譜和/或紅外光譜)內基本上匹配和/或通過將粘合層112和膜120的折射率的溫度系數在溫度范圍(例如，-65F至+200F)內基本上匹配。多個粘合層112可與拉伸膜132—起堆疊。可選地，粘合層112可包括可施加在拉伸膜132之間的粘合基體材料或粘合樹脂。
[0053]圖4是具有膜長度122和膜寬度124的拉伸膜132之一的俯視圖。在所示的實施方式中，在拉伸膜132中形成削弱部分160。每一個削弱部分160以線176的形狀配置。削弱部分160沿著可大致平行于拉伸膜132的拉伸方向134取向的縱向路徑162延伸。每一個削弱部分具有沿膜長度122延伸的削弱部分長度168。削弱部分160顯示為在膜寬度124上大致均勻間隔開并且限定多個具有基本上一致的非削弱部分寬度144的非削弱部分140。然而，非削弱部分寬度144在膜120中可以是不一致的。
[0054]圖5是膜120的截面圖，其具有可在膜120中形成的削弱部分160。在實施方式中，膜厚度126可在大約5微米至大約5，000微米(0.0002至0.20英寸)的范圍內。然而，膜120可以任意膜厚度126提供，沒有限制。削弱部分160可具有削弱部分寬度170。削弱部分160可彼此間隔開并且可限定非削弱部分寬度144。非削弱部分140可以形成為大致細長的截面形狀154或者帶狀構型152，其可具有相對高的縱橫比。在實施方式中，雖然非削弱部分140可具有任意值的任意縱橫比，非削弱部分140可具有大約3至大約500的非削弱部分140厚度與膜厚度126的縱橫比。
[0055]通過用于相對于非削弱部分140中的性質實現膜120在削弱部分160中的性質降低的各種不同手段中任意一種，可在膜120比如拉伸膜132中形成削弱部分160。例如，通過膜120的化學改性190和/或通過膜120的幾何改變192 (圖6)，可在膜120中形成削弱部分160。
[0056]在圖5中，用于形成削弱部分160的膜120化學改性190可包括使膜120局部暴露于紫外線輻射或其它形式的輻射比如電子束輻射。可在削弱部分160的期望位置中將輻射施加到膜120以便改變、改性和/或減弱膜120的分子鍵。對于輻射的暴露可誘發斷裂，其可造成分子鍵強度的降低。輻射暴露的副產物可包括膜120顏色的局部變化。然而，通過熱處理或光學退火可將顏色變化減小或最小化。化學改性190還可包括使膜120暴露于激光，其可引起膜120的局部加熱并且其可造成聚合膜材料具有不同的性質。
[0057]在圖5中，化學改性190可額外地包括膜120的選擇性摻雜，以便將軟化劑或硬化劑添加到膜120期望形成削弱部分160的局部區域。化學改性190還可包括施加各種材料，其已知為局部地劣化聚合膜120材料的性能。化學改性190可進一步包括制造膜120，其相對于在非削弱部分140中的材料組成，在削弱部分160中具有略微不同的材料組成。例如，可形成膜120，其相對于非削弱部分140中聚合物鏈的分子量，在削弱部分160中具有減小的聚合物鏈的分子量，這在削弱部分160中材料強度降低的情況下可在削弱部分160和非削弱部分140中有利地提供基本上相同的光學性質。在實施方式中，化學改性190可設置有可沿削弱部分160的長度變化(未顯示)的削弱部分寬度170。同樣地，可在不同的削弱部分深度172處提供化學改性190。可從膜120比如拉伸膜132的膜表面128測量削弱部分深度172。
[0058]圖6是拉伸膜132的截面圖，其圖解幾何改變192以形成削弱部分160的實施方式。幾何改變192可包括膜厚度126的局部減小194。膜厚度126的這種局部減小194可造成膜120的強度(例如，降低的拉伸強度)相對于膜120的非削弱部分140中膜120的強度降低。通過在任意削弱部分深度172處沿著拉伸膜132的長度形成槽、凹口或刮痕，可以提供膜厚度126的局部減小194。幾何改變192可局部地減小膜厚度126，使得削弱部分厚度174少于膜厚度126的大約90%。例如，可幾何改變拉伸膜132，使得削弱部分厚度174大約是膜厚度126的10%至90%，盡管其它相對厚度被考慮在10%至90%范圍之外。
[0059]雖然顯示了 V形槽，但幾何改變192可以任何尺寸、形狀和構型形成，沒有限制。例如，可通過刻線至恒定厚度膜120中以從膜120去除材料來提供膜120的幾何改變192。還可通過在膜120的制造期間將幾何改變192形成或塑造到膜120中來提供膜120的幾何改變192。雖然膜120中的槽、凹口或刮痕可造成不期望的光學效果，但通過用光學匹配的材料比如基體樹脂或粘合層112材料填充槽、凹口、刮痕或其它幾何改變192可減輕這種光學效果。這種材料可在復合材料制品100的堆疊期間施加。通過將幾何改變192形成為無限薄的切口(未顯示)或無限薄的切片(未顯示)——其沿著拉伸膜132在膜120的一側或兩側上的任意削弱部分深度172處的長度延伸一也可避免或減輕不期望的光學效果。有利地，這種無限薄的切口或切片可局部地削弱拉伸膜132而不從拉伸膜132去除材料。雖然削弱部分160顯示為與拉伸方向134大致平行，削弱部分160還可以與橫向136大致對齊或以任何其它方向形成，如上面所表明的。[0060]圖7是部分膜120的俯視圖，其圖解膜120的幾何改變192以形成削弱部分160的實施方式。削弱部分160顯示為以線176形連續劃刻196膜120。削弱部分可沿著膜120以縱向路徑162延伸。雖然削弱部分160顯示為與拉伸方向134大致平行，削弱部分160可相對于拉伸方向134以任意方向取向并且不限于大致平行于拉伸方向134取向。
[0061]圖8顯示膜120的實施方式，其中削弱部分160可形成為一系列離散或局部的幾何改變192,其在膜120中以預定的模式排列。例如，削弱部分160可由一系列可在一個或兩個相對的膜表面128中形成的壓痕198或凹陷組成。這種壓痕198可引起膜120的截面積的局部減小194。雖然圖8顯示一系列大致形成為直線的壓痕198，但壓痕198可以任何模式、取向或構型布置，沒有限制。通過將光學匹配的材料施加到壓痕198可減輕局部壓痕198的不期望的光學效果，如上面所表明的。
[0062]圖9是具有削弱部分160的膜120的實施方式的俯視圖，所述削弱部分160以與圖4中所示和上面所述的模式類似的模式形成。然而，圖9的實施方式中的非削弱部分140包括相對于削弱部分160大致垂直取向的橫向削弱片段166。每一個橫向削弱片段166可在至少兩個削弱部分160之間延伸以便限定多個分別具有矩形178形狀的非削弱部分140。橫向削弱片段166限定非削弱部分長度142。縱向削弱片段164限定非削弱部分寬度144。縱向削弱部分160的互聯可引起膜120進一步的削弱并且提供額外的手段用于控制膜120的破壞。
[0063]圖10是膜120的實施方式的俯視圖，其具有多個分別形成彎曲路徑180的削弱部分160。每一個彎曲路徑180可包括縱向削弱片段164，其彼此偏移并且其通過橫向削弱片段166互聯以形成階梯形狀182。縱向削弱片段164可以大致平行于膜120的拉伸方向134取向。圖10中所示的階梯形狀182產生具有帶狀構型152的非削弱部分140，其沿著膜長度122的方向具有基本上恒定的截面積。圖10中所示的階梯形狀182布置產生相對尖銳的邊角，其可增加膜120從比如來自拋射體的沖擊中吸收能量的能力。
[0064]圖11是削弱部分160的階梯形狀182布置的進一步實施方式的俯視圖。階梯形狀182布置可產生具有帶狀構型152的非削弱部分140，其具有沿著膜長度122的方向變化的截面積。就這點而言，變化的截面積可包括非削弱部分140的非削弱部分寬度144的變化。圖11中排列的梯級可引起沖擊事件期間非削弱部分140的面內移動(例如，形狀變化)。
[0065]圖12-13是彎曲路徑180實施方式的俯視圖，其中削弱部分160以正弦形狀184排列。正弦形狀184可減少否則可能在圖10和11所示的階梯形狀182實施方式中發生的應力集中。圖12的彎曲路徑180實施方式在削弱部分160之間具有基本上均勻的間隔。非削弱部分160的帶狀構型152產生基本上均勻的非削弱部分寬度144。圖13圖解在削弱部分之間具有不同間隔的彎曲路徑180實施方式，其相對于圖12的實施方式可改變膜120的能量吸收能力。在任何彎曲路徑180實施方式中，可改變正弦形狀184的周期性和振幅以便實現膜120期望的故障形式和/或期望的能量吸收能力。
[0066]圖14-15分別是與圖12-13類似的彎曲路徑180實施方式的俯視圖，并且進一步包括將正弦形狀184的削弱部分160互聯的橫向削弱片段166。橫向削弱片段166可放置在用于實現膜120期望的削弱程度的不同位置處。在圖15中，一對橫向削弱片段166之間的間隔可限定非削弱部分160的非削弱部分長度142。如可理解的，使用橫向削弱片段166的削弱部分的布置、模式、取向和互聯可布置為實現膜120期望的削弱程度。
[0067]圖16-17是膜120的實施方式的俯視圖，其具有以端對端系列的縱向削弱片段164排列的削弱部分160。相鄰縱向削弱片段164的末端之間的每個間隙包括非削弱連接146。圖16圖解了在膜120中彼此對齊布置148的非削弱連接146。圖17圖解了交錯布置150的非削弱連接146。非削弱連接146可機械地連接膜120的相鄰對的非削弱部分140。就這點而言，非削弱連接146可限制互聯的非削弱部分140相對移動的程度，其可提供額外用于控制膜120的故障形式和/或能量吸收能力的手段。非削弱連接146可以以期望的間隔或任何模式的間隔隔開，以便實現膜120期望的破壞響應和/或復合材料制品100期望的破壞響應。
[0068]圖18是波形復合材料制品200的透視圖示。波形復合材料制品200包括多個以堆疊構型130排列的波形膜204。每個波形膜204可具有使波形膜204可形成正弦截面形狀206的波形構型。然而，波形膜204可以提供為截面形狀比如方波截面形狀、鋸齒截面形狀或除了正弦截面形狀206之外的截面形狀。
[0069]圖19是波形復合材料制品200的展開透視圖示。波形膜204以堆疊構型130排列。一個或多個波形膜204可包括插入波形膜204之間用于將波形膜204粘著性地結合在一起的粘合層112。每一個波形膜204可包括一系列大致平行的脊210和槽214。每一個脊210可具有脊取向212。復合材料制品100可包括安裝在波形膜204的堆疊構型130相對兩側上的一對面板202。面板202可由復合材料比如聚合膜材料形成并且可具有大致平坦的形狀。然而，面板202可以提供為非平坦形狀比如可匹配波形膜204的截面形狀的形狀。
[0070]在圖19中，每一個波形膜204可包括具有拉伸方向134的拉伸膜132。另外，每一個波形膜204可包括多個可以沿波形膜204以縱向路徑162取向的削弱部分160。在所示的實施方式中，可配置部分波形膜204，使得拉伸膜132中的削弱部分160以大致垂直于拉伸膜132的脊取向212并且大致垂直于波形膜204的拉伸方向134取向。另外，可配置部分波形膜204，使得拉伸膜132中的削弱部分160以大致平行于拉伸膜132的脊取向212并且大致平行于波形膜204的拉伸方向134取向。如上面提及的，在復合材料制品100中，削弱部分160和拉伸方向134可以相對于彼此以任何方向取向。
[0071]在圖20中，顯示的是圖18-19的波形復合材料制品200的側視圖。波形膜204可通過粘合層112粘接。如上面所表明的，波形膜204可包括脊210。最外面的波形膜204的脊210可限定波形膜204和相鄰面板202之間的間隙216。間隙216可基本上用填料基體218 (例如，粘著性填料)填充以便將每個面板202粘接到緊鄰的波形膜204。
[0072]有利地，波形復合材料制品200可提供增加的來自比如來自拋射體(未顯示)的沖擊吸收能量的能力。就這點而言，波形膜204的波形截面形狀可充當彈簧，其中波形膜204可吸收來自沖擊的動能。例如，在沖擊事件期間，波形膜204的削弱部分160可初步地破壞。波形膜204的非削弱部分140 (圖12)可繼續偏轉和伸長同時吸收來自沖擊事件的能量。波形膜204的伸長可促使波紋朝向更扁平或平坦的形狀。促使波形膜204朝向更扁平形狀可引起沖擊事件期間動能的吸收量增加。如可理解的，通過控制波形膜204的振幅和周期性，可控制波形復合材料制品的故障形式和能量吸收能力。
[0073]在圖21中，顯示的是波形復合材料制品200的波形膜204的頂部剖視圖。排列波形膜204使得形成削弱部分220的交叉模式。削弱部分220的交叉模式可提供復合材料制品100(圖20)期望的能量吸收能力。就這點而言，通過控制削弱部分160相對于拉伸方向134并且相對于波形膜204的脊取向212的尺寸、形狀、構型和取向，可控制波形復合材料制品200(圖20)的能量吸收能力。可提供實施方式，其中波形膜204可以是單向拉伸的、雙向拉伸的、或者其組合，如上所述。
[0074]在本文公開的任何實施方式中，從膜120至膜120，復合材料制品100的膜120或拉伸膜132的削弱部分160的布置可基本上類似。然而，在復合材料制品100內從膜120至膜120，削弱部分160的布置可以變化。甚至進一步地，膜120在膜120的不同位置處可具有削弱部分160的不同布置。另外，考慮復合材料制品100可被制造為具有一些包括削弱部分160的膜120和其它不包括削弱部分160的膜120。
[0075]在本文公開的任何實施方式中，可基于各種因素提供削弱部分160的數量、位置、模式、尺寸(深度、寬度、長度)和類型(例如，化學改性190、幾何改變192)。這些因素可包括由每個膜120提供的期望的削弱量、每個膜120或一疊膜120的破壞機制、以及其它因素比如彈道事件因素和環境因素。彈道事件因素可包括拋射體速度、拋射體質量、拋射體硬度、拋射體的幾何尺寸和截面積、以及與拋射體有關的其它因素。環境因素可包括溫度、濕度和其它因素。
[0076]在本文公開的任何實施方式中，膜120可由任何合適的熱塑性材料、熱固性材料和/或玻璃材料形成，沒有限制。粘合層112和/或基體材料110可由熱塑性材料和/或熱固性材料形成。在實施方式中，膜120可由包括以下材料中至少一種的熱塑性材料形成:丙烯酸類塑料、尼龍、碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、拉伸的聚合物以及任何其它合適的熱塑性材料。可選地，膜120、粘合層112和/或基體材料110可由熱固性材料形成，其可包括以下的任何一種:聚氨酯、酚醛塑料、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、聚酯、環氧樹脂(印oxy)、硅倍半氧烷(silsesquioxane)以及任何其它合適的熱固性材料。對于膜120包括拉伸膜132的情況，拉伸膜132可由熱塑性材料形成，包括但不限于上述熱塑性材料中的一種。在實施方式中，膜120、粘合層112和/或基體材料110可由金屬材料形成。
[0077]在實施方式中，膜120、粘合層112和/或基體材料110可由基本上光學透明的材料形成，其至少部分地透射指向復合材料制品100和/或入射在復合材料制品100 (圖20)上的入射光線(未顯示)。例如，至少部分膜120、粘合層112和/或基體材料110在可見光譜、近可見光譜和/或近紅外光譜中可基本上是光學透明的。然而，膜120、粘合層112和/或基體材料110可由基本上不透明的或不透光的材料形成。
[0078]雖然在復合材料板104 (圖1和20)的背景下顯示和描述了復合材料制品100 (圖1)比如波形復合材料制品200(圖20)，但復合材料制品100可以配置為各種不同形狀、尺寸和構型中的任意一種。就這點而言，復合材料制品100可配置用于任何交通工具的或非交通工具的應用。例如，復合材料制品100可配置為交通工具比如航空器的透明物體。復合材料制品100還可包括航空器的風擋或座艙罩。復合材料制品100可額外地配置用作任何交通工具的或非交通工具的應用中的窗戶。甚至進一步地，復合材料制品100可作為薄膜、銷裝板、結構板(structural panel)、建筑板(architectural panel)、非結構板或制品，或者在復合材料制品100的任何其它執行方式中執行，沒有限制。[0079]在實施方式中，可用包括第一拉伸膜300和第二拉伸膜320的多個偶聯體(couplet) 298制造復合材料制品100,其中拉伸方向306、326可相對于彼此以任意角度取向。例如，在圖2中所示的實施方式中，布置復合材料制品100使得每個偶聯體298中的第一拉伸膜300和第二拉伸膜320的拉伸方向306、326大致彼此垂直取向。然而，可用多個具有以與彼此非垂直關系——包括與彼此平行關系——取向的拉伸方向的拉伸膜制造復合材料制品100。
[0080]圖22是制造具有削弱部分160 (圖2)的膜120的方法400的流程圖。膜120 (圖
2)可包括如上所示的拉伸膜132 (圖2)。方法400的步驟402可包括形成具有至少一個削弱部分160和非削弱部分140 (圖2)的拉伸膜132。通過如上所述的拉伸膜132的化學改性190 (圖5)和/或幾何改變192 (圖5)，可在存在的拉伸膜132中形成一個或多個削弱部分160。可選地，在拉伸膜132的制造期間可在拉伸膜132中形成削弱部分160。可以如上所述的眾多不同模式、形狀和取向中任意一種形成削弱部分160。
[0081]圖22的方法400的步驟404可包括配置拉伸膜132 (圖6)使得拉伸膜132的削弱部分160具有至少一種性質低于非削弱部分140的性質。例如，拉伸膜132的削弱部分160可相對于拉伸膜132的非削弱部分140被化學改性，使得化學改性造成削弱部分160具有的抗拉強度、拉伸模量、極限應變和/或其它性質低于拉伸膜132非削弱部分140的抗拉強度、拉伸模量、極限應變和/或其它性質。可選地，膜120的削弱部分160可被幾何改變，造成膜120相對于非削弱部分140中膜120的抗拉強度和/或橫切力強度具有降低的強度比如降低的抗拉強度和/或降低的橫切力強度。
[0082]圖22的方法400的步驟406可包括在膜120 (圖9)中以預定模式或形狀形成削弱部分160 (圖9)。例如，所述方法可包括在膜120中形成削弱部分160，其中削弱部分160形成線176(圖7)和/或矩形178(圖9)的形狀。削弱部分160還可以形成為彎曲路徑180比如圖10-11中所示的階梯形狀182或圖12-15中所示的正弦形狀184。然而，削弱部分160可以形成為彎曲路徑180的各種可選的構型。
[0083]圖22的方法400的步驟408可包括形成拉伸膜132，使得削弱部分160大致平行于拉伸膜132的拉伸方向134。例如，圖2圖解了復合材料制品100的實施方式，其中削弱部分160形成平行于膜120的拉伸方向134的縱向路徑162。可選地，圖19圖解了波形復合材料制品200，其中部分波形膜204包括與波形膜204的拉伸方向134平行取向的削弱部分160并且部分波形膜204包括與波形膜204的拉伸方向134垂直取向的削弱部分160。如上面所表明的，波形膜204沒有限于具有與拉伸方向134平行或垂直取向的削弱部分160，并且可包括相對于波形膜204的拉伸方向134以任意角度取向的削弱部分160。
[0084]圖23是制造復合材料制品100 (圖1)的方法500的流程圖。方法500的步驟502可包括提供多個拉伸膜132 (圖2)，分別具有至少一個非削弱部分140 (圖2)和至少一個削弱部分160 (圖2)。拉伸膜132的削弱部分160可具有線176 (圖7)、矩形178 (圖9)的形狀，和/或削弱部分160可沿彎曲路徑180取向(圖10)。如上面所表明的，削弱部分160可具有至少一種性質低于非削弱部分140的性質。
[0085]圖23的方法500的步驟504可包括以堆疊構型130 (圖18)布置多個拉伸膜132(圖18)。可以基本上相同的尺寸和/形狀形成拉伸膜132，盡管可以不同的尺寸和形狀提供拉伸膜132。拉伸膜132可在堆疊構型130中與彼此大致配準(registration)對齊。[0086]圖23的方法500的步驟506可包括將拉伸膜132定向，使得一個拉伸膜132的拉伸方向134相對于另一個拉伸膜132的拉伸方向134以期望的取向而定向。例如，在圖2所不的實施方式中，第一拉伸膜的拉伸方向134可相對于第二拉伸膜320的拉伸方向134大致垂直地取向。通過將拉伸方向134相對于彼此以非平行的取向而定向，由于削弱部分160 (圖19)中膜的初始破壞，復合材料制品100 (圖19)可提供提高的吸收拋射體動能的能力。如上所述，在膜120 (圖18)削弱部分160的初始破壞之后，膜120非削弱部分140 (圖19)增加偏轉和伸長。膜120非削弱部分140的偏轉和伸長可使得牽涉相對大部分的膜120，其可增加復合材料制品100的整體能量吸收能力。
[0087]圖23的方法500的步驟508可包括用可位于拉伸膜132之間的粘合層112將拉伸膜132彼此粘合。如圖2和19中所示，一個或多個相鄰對的膜120可包括粘合層112，其用于沿拉伸膜132的搭接面將膜120粘合在一起。
[0088]圖24的方法500的步驟510可包括將粘合層112固化和/或凝固(圖19)。例如，可將熱量和/或壓力施加到復合材料制品100(圖19)。熱可造成粘合層112的粘性降低，其可促進拉伸膜132的粘合(圖19)。可施加壓力以便將復合材料制品100固結。
[0089]圖24是使用復合材料制品100的方法600的流程圖。方法600的步驟602可包括提供具有多個膜120的復合材料制品100 (圖1)，其中每一個膜120可具有如上所述的削弱部分160 (圖2)和非削弱部分140 (圖2)。削弱部分160可具有至少一種性質可低于非削弱部分140的性質。
[0090]圖24的方法600的步驟604可包括將復合材料制品100 (圖1)放置或保持在無載荷條件下。無載荷條件可包括復合材料制品100的靜態條件。例如,復合材料制品100可包括一部分靜態或基本上不移動的交通工具701 (圖25)。在實施方式中，交通工具701可包括航空器700 (圖25)。
[0091]參考圖25，顯示的是航空器700的透視圖示，其可包括如本文公開的復合材料制品100(圖1)的一個或多個實施方式。航空器700可包括具有一對機翼704和尾翼部分708的機體702，所述尾翼部分708可包括垂直安定面712和水平安定面710。航空器700可進一步包括控制表面706和推進單元714。航空器700可大致代表各種可并入如本文所述的一個或多個復合材料制品100的交通工具中的一種。
[0092]在實施方式中，復合材料制品100 (圖1)可包括復合材料板104 (圖1)。在無載荷的條件中，復合材料板104上的載荷可限制在由重力引起的作用于復合材料板104質量上的靜載荷或者作用于航空器700 (圖25)的其它靜載荷。無載荷條件的實例可包括非受壓的航空器700機體702，比如當航空器700停泊在機場停機坪上時。
[0093]圖24方法600的步驟606可包括在負載條件下放置復合材料制品100 (圖1)，其中交通工具可在運動中和/或復合材料板104(圖1)可經受動態載荷。例如，所述交通工具可包括起飛期間在跑道上運動的航空器700 (圖25)。負載條件還可包括被增壓的航空器700機體702 (圖25)。在負載條件下，復合材料制品100上的載荷可包括壓縮載荷、拉伸載荷、剪切載荷、扭轉載荷或其任意組合中的任何一項。
[0094]根據本公開內容的方面，提供了使用復合材料制品的方法，包括以下步驟:提供具有多個膜的復合材料制品，每一個膜具有非削弱部分和削弱部分，所述削弱部分具有至少一種性質低于非削弱部分的性質；在無載荷的條件下放置復合材料制品；并且在載荷的條件下放置復合材料制品。有利地，無載荷的條件與基本上不移動的交通工具相關；并且負載條件與運動中的交通工具相關。
[0095]根據本公開內容的方面，提供了形成復合材料制品的方法，包括以下步驟:提供多個分別具有非削弱部分和削弱部分的拉伸膜，所述削弱部分具有至少一種性質低于非削弱部分的性質；并且將多個拉伸膜以堆疊構型排列。有利地，存在進一步的步驟:將至少一對拉伸膜粘著性地結合。有利地，存在進一步的步驟:以線形、矩形和彎曲路徑中至少一種形狀形成削弱部分。
[0096]根據本公開內容的方面提供了復合材料制品，包括:多個以堆疊構型排列的膜，至少一個膜具有非削弱部分和削弱部分，并且削弱部分具有至少一種性質低于非削弱部分的性質。有利地，存在位于至少一對膜之間的粘合層。有利地，所述性質包括的性質包括抗拉強度、拉伸模量和極限應變中至少一項。有利地，削弱部分具有以下形狀中至少一種:線形、矩形和彎曲路徑。有利地，至少一個膜包括具有大致平行于削弱部分的縱向的拉伸方向的拉伸膜。有利地，拉伸膜是單向拉伸和雙向拉伸中的一種。有利地，所述膜包括以堆疊構型排列的波形膜。有利地，一對面板被安裝到波形膜的堆疊構型的相對兩側上。
[0097]根據本公開內容的方面，提供了用于復合材料制品的膜，其包括非削弱部分和削弱部分，所述削弱部分具有至少一種性質低于非削弱部分的性質。有利地，所述膜由熱塑性材料、熱固性材料和金屬材料的至少一種形成。有利地，所述膜包括由熱塑性材料形成的拉伸膜。有利地，所述膜進一步包括位于至少一對膜之間的粘合層。
[0098]本公開內容額外的變型和改進對于本領域的那些普通技術人員而言可以是顯而易見的。因此，本文描述和圖解的部件的具體組合意欲僅表示本公開內容的某些實施方式，并且沒有意欲作為本公開內容精神和范圍內的備選實施方式或裝置的限制。
【權利要求】
1.用于復合材料制品的膜，包括: 非削弱部分(140);以及 削弱部分(160)，其具有至少一種性質低于所述非削弱部分(140)的性質。
2.權利要求1所述的膜，其中: 所述性質包括抗拉強度、拉伸模量和極限應變中的至少一種。
3.權利要求1和2所述的膜，其中: 所述削弱部分(160)形成線和彎曲路徑中至少一種的形狀。
4.權利要求1-3中任意一項所述的膜，其中: 所述膜包括拉伸膜(132)，其具有與所述削弱部分(160)的縱向大致平行取向的拉伸方向。
5.權利要求1-4中任意一項所述的膜，其中: 所述膜包括具有波形截面形狀的波形膜(204)。
6.權利要求1-5中任意一項所述的膜，其中所述削弱部分(160)通過以下中至少一項形成: 所述削弱部分(160)中所述膜的幾何改變(192);以及 所述削弱部分(160)中所述膜的化學改性(190)。
7.權利要求6所述的膜，其中: 所述膜具有膜厚度；并且 所述幾何改變(192)包括所述膜厚度的局部減小(192)。
8.權利要求7所述的膜，其中: 所述膜厚度的所述局部減小(192)包括槽、凹口和切片中至少一種。
9.權利要求1-8中任意一項所述的膜，其中: 所述膜具有在大約3微米至5000微米范圍內的膜厚度。
10.權利要求1-9中任意一項所述的膜，其中: 所述非削弱部分(140)具有細長的截面形狀，其非削弱部分(140)寬度與膜厚度的縱橫比為大約3至大約500。
11.權利要求1-10中任意一項所述的膜，其中: 所述膜是拉伸膜(132)，并且所述拉伸膜是單向拉伸和雙向拉伸中的一種。
12.形成膜的方法，包括以下步驟: 形成具有削弱部分(160)和非削弱部分(140)的拉伸膜(132);并且配置所述拉伸膜(132)，使得所述削弱部分(160)具有至少一種性質低于所述非削弱部分(140)的性質。
13.權利要求12所述的方法，其中: 所述性質包括拉伸強度、拉伸模量和極限應變中的至少一種。
14.權利要求12和13所述的方法，進一步包括以下步驟: 以線、矩形和彎曲路徑中至少一種的形狀形成所述削弱部分(160)。
15.權利要求12-14中任意一項所述的方法，進一步包括以下步驟: 提供所述膜作為拉伸膜(132)。
【文檔編號】B32B5/14GK103507308SQ201310236333
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】M·S·維綸斯基, M·P·庫扎 申請人:波音公司