МУЛЬТИПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ СТРУКТУРЫ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
MULTIPOLIMERIC COMPOSITE STRUCTURES AND THEIR PRODUCTION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к композитным структурам, и более конкретно, к композитным структурам, имеющим текстильную конструкцию и два (или более) полимера.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одной из целей разработки транспортных средств, особенно аэроструктур самолетов и другой летной техники, является снижение нежелательного аэродинамического лобового сопротивления. Самолет, или его части, могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь аэродинамическую форму, но аэродинамическое лобовое сопротивление также может корректироваться снижением внешних поверхностных неоднородностей конструкций, таких как швы между соединенными секциями, стыков (таких как петли и т.д.) между неподвижными и подвижными контрольными поверхностями, и так далее. Такие неоднородности конструкции не только являются потенциальными источниками аэродинамического лобового сопротивления, вызванного завихрениями, но также могут создать или повысить акустическую сигнатуру самолета и/или другие сигнатуры, включая оптическую, радиочастотную (РЧ), электрическую и так далее.
Некоторые предложенные меры фокусируются на закрывании промежутков между неподвижными и подвижными контрольными поверхностями подвижными структурами, такими как подвижные пластины, но это добавляет механической сложности. Альтернативно, такие неоднородности могут быть герметично закрыты, например, покрытием и/или образованием обшивки самолета из гибкого материала, но многие гибкие материалы не имеют подходящей прочности при сдвиге, достаточной для того, чтобы выдерживать силы, которые обычно воздействуют на обшивку самолета. Композитные материалы могут иметь подходящие механические свойства, а также обычно высокое отношение предела прочности к массе по сравнению с другими конструкционными материалами, такими как металл. Однако после формования многие композиты являются слишком жесткими и/или хрупкими для того, чтобы покрывать или закрывать зазор между неподвижной и подвижной поверхностями.
Поэтому существует необходимость в материале, достаточно гибком для покрытия или получения обшивки самолета, имеющем механическую стабильность, подходящую для сил, обычно воздействующих на него.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В предлагаемом изобретении писаны несколько примеров мультиполимерных композитных структур и примеры способов получения композитных структур.
В примерных композитных структурах, в соответствии с данным изобретением, текстильную конструкцию из по меньшей мере одного текстильного слоя создают из текстильных волокон, имеющих распределение пор. Распределение пор может включать ряд внутриволоконных пор в отдельных текстильных волокнах и ряд межволоконных пор между текстильными волокнами. В таких примерных композитных структурах первый полимер заполняет внутриволоконные поры, а также те межволоконные поры, которые имеют диаметр равный или меньше порога диаметра пор, и второй полимер связывается с первым полимером и, по существу, заполняет те межволоконные поры, которые имеют диаметр пор больше, чем порог диаметра пор.
В некоторых таких примерных вариантах первый полимер более жесткий, чем второй полимер. Например, в таких вариантах, первый полимер может иметь модуль упругости более приблизительно 1 ГПа, и второй полимер может иметь модуль упругости менее приблизительно 1 ГПа. Например, первый полимер может включать эпоксид, а второй полимер может включать силикон.
В некоторых вариантах по меньшей мере один текстильный слой включает одну или более насыщенных волокнами областей, в которых все межволоконные поры имеют диметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, а также включает одну или более ненасыщенных волокнами областей, в которых некоторые из межволоконных пор имеют диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор некоторые имеют диаметр пор больше порога диаметра пор. В таких вариантах насыщенные волокнами области расположены вперемежку с не насыщенными волокнами областями, в соответствии с шаблоном. В некоторых таких вариантах, текстильная конструкция включает два или более уложенных в пачку текстильных слоев, где насыщенная волокнами область по меньшей мере одного текстильного слоя совмещена с одной или более не насыщенными волокнами областями по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям. Уложенные текстильные слои могут быть по меньшей мере частично связаны друг с другом первым и/или вторым полимерами.
Примеры способов получения композитных структур в соответствии с данным изобретением могут включать селективное заполнение, в текстильном слое, имеющем множество пор, только тех пор, которые имеют диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор, первым полимером, и, по существу, полное заполнение оставшихся пор в текстиле вторым полимером.
В некоторых вариантах способа селективное заполнение первым полимером включает не селективное применение полимера, например, в жидкой форме, например, погружением. В таких способах первый полимер может иметь порог смачивания в отношении текстильных волокон, который может ограничивать заполнение первым полимером только тех пор, которые имеют диаметры пор, равные или меньше порога диаметра пор. Некоторые варианты способа могут включать получение первого полимера для связывания со вторым полимером, например, с применением агента, улучшающего совместимость.
Некоторые варианты способа могут включать укладывание двух или более текстильных слоев до применения первого полимера. Укладывание может включать расположение укладываемых текстильных слоев относительно друг друга желаемым образом, таким как накладывание насыщенной волокнами области в одном слое, частично или полностью, на одну или более не насыщенных волокнами областей по меньшей мере в одном другом слое.
Некоторые варианты способа могут включать получение текстильного слоя, например, плетением текстильных волокон так, чтобы перемежать не насыщенные волокнами области насыщенными волокнами областями в желаемом порядке. В таких способах расположение может быть беспорядочным или по шаблону. Способы, которые включают укладывание текстильных слоев, могут включать расположение соседних слоев так, чтобы обеспечить относительное распределение насыщенных и не насыщенных волокнами областей в желаемом порядке, так чтобы расположить не насыщенную волокнами область с одной или более насыщенными волокнами областями в направлении, перпендикулярном уложенным слоям.
Признаки, функции, стадии и способы, описанные выше, могут достигаться независимо в различных вариантах и/или способах, или могут быть объединены в другие варианты и/или способы, дополнительные детали которых объясняются в представленном ниже описании и рисунках.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлена частично схематическая косая проекция примера композитной структуры в соответствии с данным изобретением с текстильной конструкцией, полученной из текстильных волокон, первого полимера, заполняющего некоторые поры межу текстильными волокнами, и второго полимера, заполняющего оставшиеся поры между текстильными волокнами.
На фиг.2 показан частично схематический вид сверху текстильного слоя текстильной конструкции примера композитной структуры, показанной на фиг.1.
На фиг.3 показан пример поперечного сечения текстильного волокна текстильной конструкции примера композитной структуры, показанной на фиг.1.
На Фиг.4 показан частично схематический вид сверху, показывающий пример текстильного слоя, подходящего для применения с композитных структурах, полученных в соответствии с данным изобретением, где пример текстильного слоя имеет конфигурацию, отличную от текстильного слоя с Фиг.2.
На Фиг.5 показан частично схематический вид сверху, показывающий другой пример текстильного слоя, подходящего для применения с композитных структурах, полученных в соответствии с данным изобретением, где пример текстильного слоя имеет конфигурацию, отличную от текстильных слоев с Фиг.2 и Фиг.4.
На Фиг.6 показана диаграмма, изображающая иллюстрируемые, не исключающие примеры способов получения композитных структур в соответствии с данным изобретением.
На Фиг.7 представлен схематический вид в перспективе, показывающий первичные структурные элементы летательного аппарата, содержащего композитную структуру в соответствии с данным изобретением.
На Фиг.8 представлен схематический вид в перспективе, показывающий пример крыла самолета и контрольные поверхности, содержащие композитную структуру в соответствии с данным изобретением.
ОПИСАНИЕ
В общем, пример композитных структур в соответствии с данным изобретением включает текстильную конструкцию, имеющую распределение пор (или пространств, или пустот), где первый полимер заполняет меньшие поры, и второй полимер заполняет большие поры. Первый и второй полимеры могут иметь различные механические свойства - например, первый полимер может быть жестким, а второй может быть эластичным (или менее жестким, чем первый полимер) - придавая эти свойства тем частям текстильной конструкции, которые пропитаны соответствующими полимерами. Некоторые текстильные конструкции могут иметь такое распределение размеров пор, что композитные структуры включают области, в основном заполненные первым полимером (такие, в которых текстильные волокна расположены плотно), перемежающиеся с областями, в основном заполненными вторым полимером (такими, в которых текстильные волокна более разделены). Как таковые, в зависимости от геометрии текстильной конструкции, композитные структуры могут быть не пористыми и селективно деформируемыми, одновременно обладая такими механическими свойствами, как прочность на сдвиг.
В конкретных вариантах, композитные структуры могут включать текстильный слой, состоящий из текстильных волокон, первый полимер и второй полимер, где первый полимер связывает части текстильных волокон, которые отделены друг от друга расстоянием, равным или меньше чем определенное расстояние, и второй полимер связывает части текстильных волокон, которые отделены друг от друга расстоянием, превышающим определенное расстояние. В таких вариантах второй полимер также может связывать части первого полимера, которые разделены расстоянием, большим, чем определенное расстояние. В таких вариантах, текстильные волокна могут включать расстояния внутри текстильных волокон, которые также заполнены первым полимером.
Различные расстояния между, среди и внутри текстильных волокон, образующих текстильный слой, могут считаться определяющими распределение пор, или пустот, или расстояний внутри текстильного слоя. Поры между текстильными волокнами могут быть описаны как "межволоконные" поры, и могут быть охарактеризованы, как имеющие диаметр, который может соответствовать расстоянию между волокнами, образующими поры. Поры внутри текстильных волокон могут быть описаны как "внутриволоконные" поры, и также могут быть охарактеризованы как имеющие диаметр пор, соответствующий расстоянию внутри волокон. Как таковой, диаметр пор может варьироваться среди самих пор, например, если поры имеют неправильную форму (в зависимости от расположения и/или композиции текстильного волокна).
Исходя из вышесказанного, конкретные примеры композитных структур в соответствии с данным изобретением могут включать текстильный слой, состоящий из текстильных волокон и имеющий распределение пор в себе, например, между, среди и внутри текстильных волокон. В таких вариантах, первый полимер заполняет поры, имеющие диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор, и второй полимер, по существу, заполняет поры, имеющие диаметр пор больше порога диаметра пор. В некоторых вариантах, первый полимер может быть относительно жестким, а второй может быть относительно гибким. В некоторых вариантах, второй полимер не заполняет любые поры, имеющие диаметр пор ниже порога. В некоторых вариантах, второй полимер связан с первым полимером.
В некоторых из вариантов, описанных выше, текстильный слой может включать множество насыщенных волокнами и не насыщенных волокнами областей, которые могут быть описаны как области, в которых текстильные волокна расположены отдельно друг от друга на расстоянии, равном или меньше определенного расстояния, или альтернативных областей, в которых все поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор. Насыщенные волокнами области могут перемежаться с не насыщенными волокнами областями, которые могут считаться "областями, которые не насыщены волокнами" или областями, в которых некоторые волокна или их части разделены расстоянием, равным или меньше определенного расстояния, и некоторые разделены расстоянием, больше определенного расстояния. Альтернативно, не насыщенные волокнами области могут быть описаны как области, в которых некоторые поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и некоторые имеют диаметр пор более порога диаметра пор.
В таких вариантах не насыщенные волокнами и насыщенные волокнами области могут нерегулярно перемежаться или регулярно перемежаться, согласно шаблону. Примером шаблона может быть шаблон в виде сетки, где одна или более регулярно разделенные не насыщенные волокнами области могут быть окружены насыщенными волокнами областями, которые могут быть непрерывными по всему текстильному слою. Другим типовым шаблоном может быть шаблон в виде плитки, где один или более регулярно разделенные насыщенные волокнами области окружены не насыщенными волокнами областями, которые могут быть непрерывными по всему текстильному слою.
Необязательно, текстильная конструкция может включать два или более сложенных текстильных слоя связанными одним или более полимерами, в зависимости от расстояний между текстильными волокнами соседних текстильных слоев (или, альтернативно, диаметра пор, расположенных между текстильными слоями). Текстильные слои могут иметь разные или одинаковые конфигурации. В некоторых вариантах, текстильные слои могут быть сложены так, что не насыщенные волокнами области в одном текстильном слое могут быть наложены (и в некоторых случаях, полностью наложены) на одну или более насыщенных волокнами областей одного или более других текстильных слоев, в направлении, перпендикулярном сложенным слоям.
В некоторых вариантах, первый полимер состоит, или включает, жесткий термореактивный материал, такой как эпоксидная или фенольная смола. В некоторых примерных вариантах, второй полимер состоит, или включает, эластомер, такой как силикон. В некоторых примерных вариантах, текстильные волокна включают, или состоят, из одного или более сложного полиэфира, полиуретана и полиэтилена. В других вариантах, текстильные волокна состоят, или включают, стекло, углеродное волокно, металлические сплавы и/или технический термопласт.
Одна или более композитных структур, описанных здесь, могут быть включены в конструктивные, внешние или внутренние элементы транспортного средства, или его часть или область. Как таковые, некоторые варианты включают такие, как элемент, полученный из любого вариантов композитных структур, описанных здесь. В некоторых таких вариантах, транспортным средством является аэроструктура, такая как самолет или другой летательный аппарат, космический аппарат, ракетное средство и так далее. В некоторых таких вариантах, элементом является внешний элемент, такой как обшивка летательного аппарата или его части.
Варианты мультиполимерных композитных структур, описываемые и иллюстрируемые здесь, могут найти применение в различных аспектах дизайна транспортных средств, включая (но, не ограничиваясь ими) непрерывные аэродинамические обшивки для самолетов, например, для нанесения на, или другого включения, в полу-структурные области между фиксированными структурами, или поверхностями, и контрольными структурами, или поверхностями. Как более подробно объясняется ниже, композитные структуры в соответствии с данным изобретением могут включать два типа матричных полимеров, имеющих различные материальные свойства, пропитывающих два типа областей в текстильной конструкции. В иллюстрируемом, не ограничивающем примере, сравнительно жесткий полимер заполняет только небольшие поры в насыщенных волокнами областях каждого текстильного слоя, тем самым образуя жесткие области в текстильной конструкции. В этом примере, сравнительно гибкий полимер заполняет не насыщенные волокнами области между и среди жестких насыщенных волокнами областей, образуя твердые (т.е., практически или полностью не пористые) композитные структуры, которые имеют эластичные (т.е., растягиваемые, гибкие и/или другим образом деформируемые) свойства, предлагая механические свойства, такие как прочность на сдвиг.
Геометрия текстильных слоев текстильной конструкции, такая как конфигурация насыщенных волокнами областей, по отношению к не насыщенным волокнами областям, а также способ, которым текстильные слои расположены относительно друг друга в текстильной конструкции, которая включает множество сложенных текстильных слоев, может улучшать или ограничивать одно или более из указанных выше свойств, например, создавать композитные структуры, особенно подходящие для применения в аэроструктурах или не аэроструктурах.
В данном описании также представлены типовые способы получения композитных структур. Согласно Фиг.1-5, представлены не исключительные примеры композитных структур и их компонентов. Если применимо, цифровые обозначения на схематических иллюстрациях с Фиг.1-5 применяются для обозначения соответствующих частей композитных структур и/или их компонентов; однако, примеры с Фиг.1-5 являются не исключительными и не ограничивают возможные конфигурации иллюстрируемых вариантов. То есть, композитные структуры и различные компоненты, конфигурации и другие характеристики не не ограничены конкретными вариантами и могут включать любое количество различных аспектов, конфигураций, характеристик, свойств и т.д. композитных структур, которые проиллюстрированы и описаны со ссылками на схематические изображения и/или варианты с Фиг.1-5, а также их вариантов, без необходимости включения всех таких аспектов, конфигураций, характеристик, свойств и т.д. Для краткости, каждый ранее описанный компонент, часть, доля, аспект, область и т.д. или их варианты могут не быть описаны, проиллюстрированы и/или отмечены снова в описанных ниже вариантах; однако, они включены в объем данного изобретения так, что любые из описанных характеристик, вариантов и т.д. могут применяться в любых или всех описанных здесь композитных структурах.
На Фиг.1, например, показана часть примера композитной структуры (конструкции), в общем обозначенная цифрой 10. Композитная структура 10 показана схематически в том смысле, что относительные размеры и положения компонентов могут быть выделены для ясности. Более того, поверхности и края части композитной структуры 10, показанной на Фиг.1, могут или не могут быть типовыми для существующих композитных структур 10; то есть, композитная структура 10, показанная на Фиг.1, может выходить за пределы показанной части в одном или более направлениях.
В общем, показано, что композитная структура 10 включает текстильную конструкцию 12, первый полимер 14 и второй полимер 16. Как более подробно описано ниже, первый полимер 14 связывает части текстильной конструкции 12, которые расположены близко, а второй полимер 16 связывает части текстильной конструкции 12 и/или части первого полимера 14, которые расположены дальше друг от друга.
Показано, что текстильная конструкция 12 получается из множества отдельных текстильных волокон 20, тканых или другим образом сформованных в два текстильных слоя 22, со "сложенной" конфигурацией текстильных слоев 22, образуя текстильную конструкцию 12. Два сложенных текстильных слоя 22 показаны в иллюстрируемой части, но другие варианты могут включать любое количество сложенных текстильных слоев 22, или только один текстильный слой 22, образуя текстильную конструкцию 12.
Текстильные слои 22 могут иметь любую желаемую конфигурацию, которая может представлять собой нерегулярное или шаблонное расположение, или из сочетания. На Фиг.2 показа пример конфигурации одного из текстильных слоев 22 композитной структуры 10, в котором показаны текстильные волокна 20, тканые в показанной двунаправленной шаблонной конфигурации, где группы волокон основы 24 переплетены с группами волокон утка 26. Поэтому Фиг.1 может представлять поперечное сечение, сделанное по длине двух волокон утка 26.
Волокна основы и волокна утка 24, 26 могут быть текстильными волокнами 20 одинакового типа, размера, композиции и так далее, или могут отличаться одним или более такими аспектами для соответствия желаемой конфигурации текстильного слоя 22. В общем известно, что синтетические текстильные волокна 20, такие как сложный полиэфир, полиэтилен, полиуретан, арамид, стекло, керамика, металлические сплавы и технические термопластики, такие как поликарбонат ("ПК"), полиэфиримид ("ПЭИ"), сульфид полифенилена ("СПФ"), полиэфирэфиркетон ("ПЭЭК") и так далее, обеспечивают благоприятные механические характеристики и большую устойчивость к факторам окружающей среды, таким как изменение температур, УФ облучение и влага, по сравнению с натуральными волокнами, и могут быть подходящими кандидатами для композитных структур 10 в соответствии с данным изобретением. В тестируемых примерах, Honeywell Spectra fiber 1000 (полиэтиленовое волокно), Kevlar fiber (пара-амидное волокно) и спандекс (сополимер полиуретана-полимочевины), применяют с приемлемыми результатами. Однако, любой тип текстильного волокна 20, подходящий для применения с полимерами в соответствии с данным изобретением, считается включенным в объем данного описания.
Как показано, вероятно, более четко на Фиг.2, текстильный слой 22 включает множество пор 30, образованных расстояниями между и среди текстильных волокон 20. Поры 30, также обозначенные здесь как пустоты 30, или расстояния 30, могут характеризоваться расстоянием, на которое соседние текстильные волокна 20 между которыми расположены поры 30, отделены друг от друга; это расстояние также называют "диаметр пор". Применение слова "диаметр" здесь не означает, что любая из пор 30, или ее часть, имеет круглую, сферическую или другу стандартную геометрическую форму (хотя некоторые поры 30, или их части, могут), или даже имеют согласованную форму или размеры. Более того, диаметр пор относится к расстоянию межу текстильными волокнами 20, образующими поры 30, и как таковой может варьироваться для конкретных пор 30 и/или их частей, в зависимости от конфигурации текстильного слоя 22, композиции текстильных волокон 20 и так далее.
Поры 30, или их части, могут отличаться друг от друга диаметром пор. Например, термин "меньшие поры" (или "маленькие поры") используют для обозначения пор 30, или их частей, имеющих диаметр пор меньше или равный порогу диаметра пор, а термин "большие поры" (или "большие поры") применяют для обозначения пор 30, или их частей, имеющих диаметр пор больше порога диаметра пор. "Порог диаметра пор" соответствует определенному расстоянию, на которое текстильные волокна 20 (или их части), образующие поры 30, отделены друг от друга.
Необязательно, порог диаметра пор может соответствовать порогу смачивания текстильных волокон 20 первым полимером 14, что более подробно описано ниже, но это не требуется для всех вариантов. Порог диаметра пор в некоторых вариантах может быть порядка приблизительно 1 мм. В других вариантах, порог диаметра пор может быть в интервале от приблизительно 0,01 мм до 5,0 мм, например, порог диаметра пор может быть приблизительно 0,01 мм, 0,02 мм, 0,05 мм, 0,1 мм, 0,2 мм, 0,5 мм, 1,0 мм, 2,0 мм и 5,0 мм. Однако другие значения и интервалы включены в объем данного изобретения.
Более того, показано, что относительные размеры маленьких и больших пор 30 в текстильном слое 22 с Фиг.2 значительно отличаются, то есть текстильное волокно 20 расположено в текстильном слое 22 так, что отношение диаметра пор маленьких пор (обозначены цифрой 32) к диаметру больших пор (обозначены цифрой 34) более-менее постоянное для всего текстильного слоя 22. Как объясняется ниже, в некоторых способах получения композитных структур 10, в соответствии с данным изобретением, значительно отличающееся соотношение диаметра пор (которое может относится к интервалу, например, диаметра пор максимальных маленьких пор 32 к диаметру минимальных маленьких пор 34) может способствовать заполнению только маленьких пор 32 в текстильной конструкции 12 первым полимером 14. В некоторых примерных вариантах, отношение диаметра пор между маленькими порами 32 и большими порами 34 составляет величины приблизительно одного порядка. Однако это не требуется для всех вариантов, которые демонстрируют хорошо определенное отношение диаметра пор; другие примеры отношений диаметра пор включают отношение диаметра пор в интервале приблизительно от 1:2 до приблизительно 1:100, включая отношение диаметра пор приблизительно 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50 или 1:100, хотя и другие интервалы и значения включены в объем данного изобретения. Кроме того, отношение диаметра пор может варьироваться для одного текстильного слоя 22, и/или может быть функцией метода получения текстиля, применяемого для получения текстильного слоя 22. Не все текстильные слои 22, которые подходят для применения в соответствии с данным изобретением, должны иметь отношение диаметра пор.
Согласно Фиг.2, принимая во внимание подходящий порог диаметра пор, поры 30 в текстильном слое 22, показанном на Фиг.2, включая маленькие поры 32, например, между соседними текстильными волокнами 20 в группах волокон основы и утка 24, 26, и большие поры 34, например, между группами текстильных волокон 20.
Так как они расположены между и среди текстильных волокон 20, поры 30 на Фиг.2 могут считаться "межволоконными" порами 30. Текстильный слой 22, или более конкретно, текстильные волокна 20, также могут включать поры 30, образованные внутри отдельных волокон, которые здесь обозначены как "внутриволоконные" поры 30. На Фиг.3 представлено поперечное сечение текстильного волокна 20, которое включает внутриволоконные поры 30. Не все текстильные волокна 20 имеют внутриволоконные поры 30, но в тех, которые имеют, внутриволоконные поры 30 обычно меньше, чем межволоконные поры 30. Однако этого не требуется для всех вариантов.
Согласно Фиг.2, текстильный слой 22 также может быть описан в терминах переменной плотности текстильного волокна 20 в слое 22. Например, показано, что текстильный слой 22 включает несколько областей волокон относительно высокой плотности, окружающих открытое пространство, которое считается не насыщенной волокнами или обедненной волокнами областью. В данном описании термин "насыщенная волокнами" область, которая обычно обозначена цифрой 36 на Фиг.2, относится к области в текстильном слое 22 или текстильной конструкции 12, в которой все поры 30 являются маленькими порами 32, или, альтернативно, порами 30, которые имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор. Следовательно, термин "не насыщенная волокнами" область относится к области, которая является не насыщенной волокнами областью 36; то есть областью текстильного слоя 22 или текстильной конструкции 12, где некоторые поры 30 являются маленькими порами 32, и некоторые являются большими порами 34, или, альтернативно, является областью, в которой некоторые поры 30 имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и некоторые имеют диаметр пор больше порога диаметра пор. Не насыщенные волокнами области обозначены цифрой 38 на Фиг.2.
В текстильном слое 22, показанном на Фиг.2, насыщенные волокнами области 36 регулярно перемежаются с не насыщенными волокнами областями 38 с повторяющимся шаблоном. Принимая во внимание, что часть текстильного слоя 22, показанная на Фиг.2, повторяется по всему текстильному слою 22, показанный шаблон такой, что каждая не насыщенная волокнами область 38 окружена насыщенной волокнами областью 36. Более того, насыщенные волокнами области 36 связаны друг с другом так, чтобы быть непрерывными по всему текстильному слою 22. Другим иллюстрируемым примером такой конфигурации является шаблон в виде сита, такой как показан схематически на Фиг.4. Текстильный слой 22 с Фиг.4, так же как и на Фиг.2, включает шаблонное распределение разделенных не насыщенных волокнами областей 38, каждая из которых окружена насыщенными волокнами областями 36, которые являются непрерывными по всему текстильному слою 22.
На Фиг.5 показан другой пример текстильной конструкции 12, включающей два текстильных слоя 22, в другой конфигурации, которая включает шаблонное распределение разделенных насыщенных волокнами областей 36, каждая из которых окружена не насыщенными волокнами областями 38, которые являются непрерывными и собраны по одному и тому же шаблону для каждого текстильного слоя 22.
Не обязательно для всех вариантов, чтобы текстильные слои 22 текстильной конструкции 12 имели шаблонное или даже регулярное распределение насыщенных волокнами областей 36 и не насыщенных волокнами областей 38, или чтобы любые области 36, 38 были непрерывными по всему текстильному слою 22 или даже его части, так как плетение и другие методы получения текстильных образований могут давать текстильные слои 22, имеющие любое желаемое расположение или распределение таких областей, или сочетания различных расположений в текстильном слое 22.
Далее, хотя показано, что текстильный слой 22 формируется из одного слоя текстильных волокон 20, этого не требуется для всех вариантов. Текстильные слои 22 могут иметь несколько слоев текстильных волокон 20, или сочетания однослойных и многослойных частей в текстильном слое 22.
Согласно Фиг.1, как отмечено выше, текстильную конструкцию 12 формируют из двух текстильных слоев 22, и более конкретно, не насыщенные волокнами области 38 и насыщенные волокнами области 36 соседних слоев расположены в шахматном порядке. Другими словами, каждая не насыщенная волокнами область 38 нижнего текстильного слоя 22 по меньшей мере частично перекрывается насыщенной волокнами областью 36 верхнего текстильного слоя 22 в направлении, практически перпендикулярном уложенным слоям. Это же частично схематически показано на Фиг.5, на которой два иллюстрируемых текстильных слоя 22 могут считаться "передним" текстильным слоем 22, показанным сплошной линией, и "задним" текстильным слоем 22, показанным пунктирной линией. Как показано, текстильные слои 22 расположены в порядке, в качестве примера показанном на Фиг.5, где не насыщенные волокнами области 38 каждого текстильного слоя 22 по меньшей мере частично перекрываются насыщенными волокнами областями 36 другого текстильного слоя. Конечно, текстильная конструкция 12 с Фиг.5 может включать дополнительные слои 22, которые уложены так, чтобы полностью перекрывать каждую не насыщенную волокнами область 38 одной или более насыщенными волокнами областями 36, и так далее. Как более подробно объясняется ниже, перекрывание не насыщенных волокнами областей 38, частично или полностью, насыщенными волокнами областями 36 других текстильных слоев 22 в текстильной конструкции 12, может придавать прочность на сдвиг композитной структуре 10. Так же, насыщенные волокнами области 36 могут частично или полностью перекрывать и/или накладываться на соответствующие текстильные слои 22. Однако накладывание не требуется для всех вариантов.
На Фиг.1 и Фиг.3, первый полимер 14 соединяет близко расположенные части текстильных волокон 20; то есть, части, которые отделены друг от друга расстоянием, равным или меньше определенного расстояния. Таким образом, первый полимер 14 пропитывает и заполняет меньшие поры 32, включая поры внутри волокон 30, показанные на Фиг.3, и межволоконные поры 30, имеющие диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор. В зависимости от вязкости и/или других характеристик первого полимера 14, и/или методу формования композита, первый полимер 14 может частично или даже полностью покрыть внешнюю поверхность текстильных волокон 20, так как показано схематически на Фиг.1, но этого не требуется для всех вариантов. Второй полимер 16 связывает части текстильных волокон 20 и/или областей первого полимера 14, которые разделены расстоянием более определенного расстояния. Таким образом, второй полимер 16 пропитывает и, по существу, заполняет большие поры 34. "По существу" в данном контексте применяется для того, чтобы показать, что второй полимер 16 заполняет части больших пор 34, которые не заполнены первым полимером 14; например, как показано на Фиг.1, первый полимер 14 может пропитывать или покрывать текстильное волокно 20, образуя тонкий слой первого полимера 14 на внешней поверхности такого текстильного волокна 20, что может считаться частичным "заполнением" больших пор 34. Однако в некоторых примерах первый полимер 14 может покрывать текстильное волокно 20 или создавать слой на части поверхности или всего текстильного волокна 20 другим образом. Как таковой, термин "по существу заполняет" применяется для того, чтобы показать, что второй полимер 16 заполняет оставшиеся поры 30 или их части, которые не заполняются первым полимером 14.
Хотя этого не требуется для всех вариантов, в иллюстрируемом варианте, показанном на Фиг.1, первый полимер 14 является более жестким, чем второй полимер 16 (альтернативно, второй полимер 16 является более гибким, чем первый полимер 14). Например, первый полимер 14 может иметь модуль упругости больше по меньшей мере приблизительно 1 ГПа, 2 ГПа, 5 ГПа, 10 ГПа, 50 ГПа или 100 ГПа, где второй полимер 16 может иметь модуль упругости меньше приблизительно 1 ГПа, 0,5 ГПа, 0,2 ГПа, 0,1 ГПа, 0,05 ГПа или 0,01 ГПа. Подходящие примеры жестких первых полимеров 14 могут включать любые из нескольких соединений, обычно применяемых в качестве структурных матричных полимеров, такие как термореактивные полимеры, включая, но не ограничиваясь ими, эпоксидные смолы (например, Momentive Epikote™ 828), фенольные смолы и так далее. Подходящие примеры гибких вторых полимеров 16 могут включать любые из нескольких соединений, которые обычно обладают мягкостью и растягиваемостью, такие как эластомеры с низкой твердостью (например, эластомеры, имеющие твердость по Шору D менее по меньшей мере одного из приблизительно 10, 20, 30, 40 или 50), пены с селективной пористостью, и так далее. Два примера кремниевых эластомеров, подходящих для применения в качестве второго полимера 16, включают Dow Corning 3145 и Dow Corning Xiameter RBL-2004-20.
Как таковые, в иллюстрируемых композитных структурах 10, показанных на Фиг.1, насыщенные волокнами области 36 текстильной конструкции 12 отверждаются первым полимером 14 и связаны сравнительно гибким вторым полимером 16. В результате композитная структура 10 является твердым (т.е. практически или полностью не пористым) композитным материалом, в котором связанные жесткие области обеспечивают механические свойства, такие как прочность на сдвиг, одновременно сохраняя определенную деформируемость благодаря природе гибкого полимера, который связывает жесткие области. Структуры, имеющие указанную выше композицию, могут включать не только описанные выше в качестве примеров конфигурации и компоненты, но дополнительно или альтернативно их варианты, например, для получения желаемой степени, типа или области прочности на сдвиг, гибкости или одного или более других механических свойств, которые подходили бы для конкретного применения. Например, хотя показано, что композитная структура 10 с Фиг.1 включает один первый полимер 14 и один второй полимер 16, этого не требуется для всех вариантов. Например, некоторые представленные в качестве примеров варианты могут включать два или более различных "первых" полимера, таких как различные структурные матричные полимеры, например, для получения армированных областей с различными механическими свойствами, и/или два или более различных "вторых" полимера, таких как различные эластомеры, например, для придания различных гибких свойств полученной композитной структуре, и так далее. Такие варианты включены в объем данного изобретения.
На Фиг.6 показана диаграмма, представляющая иллюстрируемые, не исключающие примеры способов 100 получения композитных структур (таких как описанные выше композитные структуры 10), в соответствии с данным изобретением. На Фиг.6, некоторые стадии показаны в рамках из пунктирных линий, что указывает на необязательность этих стадий, или что они соответствуют необязательному варианту способа 100 в соответствии с данным изобретением. То есть, не все способы 100 в соответствии с данным изобретением должны включать стадии, показанные в сплошных рамках. Способы 100 и стадии, показанные на Фиг.6 не являются ограничивающими, и другие способы и стадии включены в объем данного изобретения, включая способы, включающие большее или меньшее количество стадий и/или осуществляющиеся в другом порядке, отличном от представленного на Фиг.6, как можно понять из представленного здесь описания.
Вкратце, способы 100 необязательно могут включать получение текстильного слоя или слоев из текстильных волокон, на стадии 110, складывание двух или более текстильных слоев друг с другом, на стадии 120. Способы 100 могут необязательно включать выбор первого полимера для применения с текстильными слоями, на стадии 130, и селективное заполнение в одном или более текстильных слоях, имеющих множество пор, только пор, имеющих диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор, первым полимером, на стадии 140. Необязательно, способы могут продолжаться отверждением первого полимера, на стадии 150, выбором второго полимера для применения с текстильными слоями, на стадии 160, и получением первого полимера для связывания со вторым полимером, на стадии 170. На стадии 180, способы могут включать по сущечству полное заполнение оставшихся пор в текстильных слоях вторым полимером. Необязательно, способы 100 могут включать отверждение второго полимера, на стадии 190.
Получение текстильного слоя или слоев, на стадии 110, может включать плетение текстильных волокон, или применение других методов получения текстиля, для получения текстильного слоя, имеющего желаемое распределение насыщенных волокнами областей, перемежающихся с не насыщенными волокнами областями, такие, как показанные шаблонные конфигурации, например, на фигурах 2, 4 и 5, или произвольное распределение, или различные их сочетания, как более подробно описано выше. Необязательно, текстильные слои могут быть получены так, чтобы иметь четко определенное различие размеров межволоконных пор и/или желаемое отношение диаметра пор с любыми значениями или в пределах указанны интервалов, между размерами маленьких пор и размерами больших пор. Дополнительно или альтернативно, способы 100 могут включать применение предварительно сформованных текстильных слоев желаемой конфигурации и/или характеристик.
Как отмечено выше, насыщенные волокнами области (содержащие только маленькие поры) могут быть структурно армированы пропиткой подходящим жестким первым полимером; как таковое, перекрывание не насыщенных волокнами (например, сравнительно не жестких и не армированных) областей насыщенными волокнами (например, жестко армированными) областями, и/или перекрывание жестких/армированных насыщенных волокнами областей, в композитных структурах может увеличивать прочность на сдвиг материала. Таким образом, складывание двух или более текстильных слоев, на стадии 120, может включать расположение текстильных слоев относительно друг друга желаемым образом. Например, текстильные слои могут быть расположены как показано на Фиг.1 или Фиг.5, то есть, где насыщенные волокнами области частично или полностью накладываются на не насыщенные волокнами области, и необязательно, насыщенные волокнами области по меньшей мере частично накладываются или перекрывают друг друга, в направлении, перпендикулярном сложенным текстильным слоям.
В некоторых примерах, таких в которых применяют текстильные слои различной толщины, складывание текстильных слоев может включать по меньшей мере частичное вложение части одного текстильного слоя (такой как выпуклый участок, который может соответствовать насыщенной волокнами области) в часть соседнего текстильного слоя (такую как вогнутый участок, который может соответствовать не насыщенной волокнами области). На Фиг.5, например, насыщенные волокнами области 36 каждого текстильного слоя 22 может иметь толщину, которая значительно больше волокон, соединяющих такие области; как таковые, слои могут быть расположены так, чтобы по меньшей мере частично вкладывать насыщенные волокнами области 36 одного слоя 22 в не насыщенные волокнами области 38 соседнего уложенного слоя 22, и так далее. Применение методики вкладывания с подходящей геометрией текстиля может повлиять на прочность на сдвиг полученной композитной структуры, например, через создание механического сцепления между текстильными слоями.
Другие примеры складывания могут осуществляться для достижения желаемой прочности на сдвиг и/или других свойств композитных структур, полученных способами 100.
Складывание или другое получение текстильных слоев для обработки первым полимером может проводиться согласно стандартным методам формования композита, например, с применением лотка или другой формы, в которую могут быть уложены и храниться один или более текстильных слоев, с применением вакуума иди другого способа поддерживания желаемого давления, и так далее.
На стадии 130, первый полимер может необязательно быть выбран. Подходящие полимеры для придания жесткости текстильному слою могут включать любые из описанных выше структурные матричные полимеры или их сочетания. В некоторых способах 100, первый полимер может быть выбран на основе его порога смачивания по отношению к текстильным волокнам текстильного слоя, пропитываемого полимером, так, чтобы получить селективное заполнение только маленьких пор в текстильном слое первым полимером. Порог смачивания конкретного полимера может варьироваться на основе таких факторов, как применяемый метод формования композита, условия, в которых происходит смачивание, природа текстильных волокон, вязкость полимера, диаметр пор, и так далее. В некоторых областях применения, порог смачивания может быть оценен по ряду известных условий с применением уравнения Лукаса-Вошбурна. Например, в методе формования полимерного композита с помощью вакуума одним асимптотическим решением уравнения Лукаса-Вошбурна (соответствующим кратковременному лимиту) является:
где
D = диаметр пор,
η = вязкость полимера,
L = длина капилляров,
γ = поверхностное натяжение,
θ = угол смачивания,
t = время, и
Р = давление.
Таким образом, первый полимер может быть выбран, на стадии 130, так, чтобы иметь заранее определенный порог смачивания по отношению к текстильному волокну, то есть так, чтобы ограничивать заполнение первым полимером только тех пор, которые имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор. Конечно, другие предиктивные методы могут необязательно применяться на стадии 130.
Выбор подходящего первого полимера на стадии 130 может осуществляться на основе, по меньшей мере частично, способа, которым первый полимер наносят на текстильный слой. Например, описанные выше предиктивные методы могут подходить для способов 100, которые включают не селективное применение первого полимера, такое как погружение текстильного слоя в первый полимер в жидкой форме. Способы 100, которые включают селективное применение первого полимера на стадии 140, такие как нанесение первого полимера только на те области, которые желательно пропитать первым полимером, необязательно могут включать другие методы отбора на стадии 130, например, идентификацию подходящего первого полимера через эксперименты с текстильными слоями, образованными из различных текстильных волокон и/или различных конфигураций, и так далее.
В других примерах способов 100 может применяться одна или более предварительных пропиток (предварительно пропитанных композитных текстилей, в которых уже присутствует материал, такой как эпоксид).
На стадии 140 селективное заполнение маленьких пор текстильных слоев может включать селективное нанесение первого полимера, как указано выше, например, селективное нанесение первого полимера на одну или более насыщенные волокнами области в текстильном слое, не нанося первый полимер на не насыщенные волокнами области. В некоторых способах селективное нанесение первого полимера может включать маскирующие области текстильного слоя. Например по меньшей мере часть не насыщенных волокнами областей может быть замаскирована для того, чтобы предотвратить заполнение или другое проникновение первого полимера в поры, согласно методам маскирования, которые могут включать применением одного или более маскирующих агентов, адаптированных под химические барьеры, и так далее.
В способах 100, в которых два или более текстильных слоя и/или пред-пропиток складывают с получением текстильной конструкции, селективное заполнение маленьких пор на стадии 140 может необязательно включать по меньшей мере частичное связывание двух или более сложенных текстильных слоев друг с другом, например, заполнением пустот или зазоров между текстильными волокнами соседних сложенных текстильных слоев, которые расположены отдельно друг от друга на расстоянии, равном или меньше определенного расстояния (например, порога диаметра пор).
Процесс заполнения может проводиться стандартными методами, такими как помещение лотка, в котором находится текстильная конструкция в вакуумный мешок, использование компонентов, таких как внешние слои, влажные и/или сухие сапуны/дренажные клапаны, разделительные смазки и так далее, с полимером и/или текстильной конструкцией.
На стадии 150 первый полимер может необязательно быть отвержден, например, с применением стандартных методов отверждения, подходящих для полимера, таких как обработка в автоклаве, УФ облучение и т.д.
Способы 100 могут необязательно включать на стадии 160, выбор второго полимера. Также как и на стадии 130 выбора первого полимера, выбор второго полимера на стадии 160 может проводиться так, чтобы отвечать желаемым характеристикам полученного композитного материала, или по меньшей мере его частям, содержащим второй полимер. Одним из примеров характеристик может быть степень гибкости полученного композитного материала. Необязательно, второй полимер может быть выбран на стадии 160 на основе других характеристик, таких как вязкость, простота обработки (например, в предотвержденной и/или отвержденной форме), растягиваемость, мягкость, способность к реакции с первым полимером и/или текстильными волокнами, требования к отверждению, и так далее, одна или более из которых могут зависеть от области применения, в которой будет использован полученный композитный материал. Подходящие вторые полимеры могут включать любой из описанных выше эластомерных материалов или их сочетаний.
В некоторых способах 100, выбор второго полимера на стадии 160 возможно менее ограничен, чем выбор первого полимера на стадии 130, например, благодаря последовательности, в которой наносят полимеры. Другими словами, в способах формования композита, первый полимер выбирают для селективного заполнения только маленьких пор в распределении пор текстильного слоя. Второй полимер, однако, проникает и заполняет все оставшиеся пустоты, которые не заполнены первым полимером, или другими словами, практически заполняет оставшиеся поры (т.е. их части, которые не заполнены первым полимером). Как таковой, второй полимер в таких способах не требует, но может, демонстрировать селективность в части размера пор.
Способы 100 могут также включать на стадии 170 получение первого полимера для связывания со вторым полимером. В вариантах способа 100, в которых первый полимер наносят на текстильный слой и затем отверждают, получение первого полимера на стадии 170 может включать обработку пропитанного текстильного слоя, или по меньшей мере части его, на которую нанесен первый полимер, агентом, улучшающим совместимость, так, чтобы химия двух полимеров дала подходящее связывание межу их поверхностями, с последующим применением второго полимера. Подходящий агент, улучшающий совместимость, могут быть в виде химических праймеров, адгезивов, герметиков и так далее, и могут быть выбраны на основе композиций первого и/или второго полимеров. В примерах, в которых первый полимер состоит, или включает, эпоксидную смолу, и в которых второй полимер состоит или включает кремниевый эластомер, примеры агента, улучшающего совместимость, включают Dow Corning 1200 OS праймер, Chemlok 607 адгезив (производства LORD Corporation), SP-270 праймер (производства NuSil Technology Products, Inc.) и так далее.
Необязательно в некоторых примерах способа 100, в которых применяются агенты, улучшающие совместимость, агент может быть смешан с любым (или обоими) полимерами до нанесения на текстильную конструкцию, если применимо.
Другие способы получения первого полимера для связывания со вторым полимером на стадии 170 могут включать стадии, дополнительные или альтернативные, обработки первого полимера агентом, улучшающим совместимость, соответствующим химии двух полимеров. Примеры могут включать механическую обработку поверхностей первого полимера, облучение, нагревание и так далее.
На стадии 180 примеры способа 100 могут включать заполнение оставшихся пор в текстильном слое вторым полимером. Эта стадия может включать нанесение второго полимера на текстильные волокна текстильного слоя и/или на первый полимер (например, после отверждения и/или обработки первого полимера агентом, улучшающим совместимость). Как отмечено выше, "по существу" относится к заполнению частей оставшихся пор, которые не заполнены первым полимером, например, в способах, в которых первый полимер заполняет или другим образом покрывает текстильные волокна, на которые его наносят.
В некоторых примерах способов 100, заполнение по существу оставшихся пор на стадии 180 может необязательно включать связывание второго полимера с первым полимером и/или связывание второго полимера с текстильными волокнами по меньшей мере одного текстильного слоя.
В примерах способа 100, один или оба полимера могут наноситься в жидкой форме или другим образом, который подходит для применяемого полимера и/или способа формования композита. Для жидкой формы могут применяться стандартные методы нанесения, такие как распыление, погружение, литье и так далее. Некоторые полимеры могут наноситься в твердой форме, такой как порошок, гранулы, и так далее, которые затем могут быть эффективно расплавлены для пропитки соответствующих частей текстильной конструкции. Некоторые полимеры также могут быть перемешаны или примешаны в виде волокон в одном или более текстильных слоях. Таким образом, такие волокна могут быть расплавлены для укрепления текстильных волокон в соответствующих частях.
На стадии 190, варианты способа могут необязательно включать отверждение второго полимера.
Возможно несколько вариантов способа 100, описанных выше, которые включены в объем данного изобретения. Например, стадии, относящиеся к первому полимеру (например, выбор, селективное заполнение пор, отверждение, обработка) могут включать два или более различных "первых" полимера, например, последовательное или одновременное применение различных структурных матричных полимеров для получения жестких областей с различной жесткостью или механическими свойствами, химической совместимости с различными текстильными волокнами, эффективности обработки, затрат, аспектов, касающихся окружающей среды, и так далее. В одном не ограничивающем примере, могут применяться два "первых" полимера, один для армирования насыщенных волокнами областей текстильного слоя, и другой для по меньшей мере частичного связывания сложенных армированных текстильных слоев вместе. Соответственно, стадии, относящиеся ко второму полимеру, могут включать два или более различных "вторых" полимера для последовательного или одновременного применения различных эластомеров для тех же целей (механические свойства и т.д.). В другом не ограничивающем примере, могут применяться два "вторых" полимера; один для заполнения оставшихся пустот в связанной армированной текстильной конструкции, и другой для связывания множества композитных структур вместе, и так далее.
В некоторых вариантах способа 100 и примерах применения "первого" и "второго" применительно к соответствующим полимерам, используемым для получения композитных структур в соответствии с данным изобретением, может (но не обязательно) относиться к последовательности применения соответствующих полимеров. Например, в некоторых способах 100, жесткий структурный полимер селективно наносят первым для заполнения пор в текстильной конструкции, затем наносят гибкий полимер, который заполняет оставшиеся (например, большие) поры. В таких способах, в которых эластомер, такой как силикон, применяют в качестве "второго" полимера, нанесение "второго" полимера может вызвать проникновение гибкого полимера в маленькие поры, что помешает армированию насыщенных волокнами областей при последующем применении жесткого полимера. Дополнительно, химия некоторых эластомерных полимеров может не позволять (и, поэтому, "портить") отверждение на стадии 150 первого полимера, нарушая прочное связывание и/или взаимосвязь множества текстильных слоев. Однако другие полимерные пары могут не демонстрировать указанную выше несовместимость и/или нарушение, и могут допускать последовательное или даже одновременное нанесение полимеров в некоторых способах. Таким образом, в некоторых вариантах способа 100 и примерах применение "первого" и "второго" указанным выше образом может (но не обязательно) указывать на типы полимеров (например, "первый" может обозначать жесткий полимер или полимеры, а "второй" может означать гибкий полимер или полимеры). Необязательно, термины "первый" и "второй" при применении указанным выше образом, могут просто обозначать два разных полимера.
Примеры областей применения композитных структур в соответствии с данным изобретением (таких как композитные структуры 10) особенно не ограничены. В вариантах, в которых композитные структуры обеспечивает прочность на сдвиг, одновременно обеспечивая деформируемость, такие композитные структуры могут быть включены в состав транспортного средства. Одним из примеров является применение композитных структур для получения или покрытия структурных элементов, полу-структурных областей, таких как области между неподвижной структурой и контрольной поверхностью, и так далее. В частности, в аэроструктуре летательного аппарата композитная структура может формировать или включается в состав обшивки самолета или ее части.
На Фиг.7 представлен схематический вид в перспективе, показывающий первичные конструктивные элементы летательного аппарата 200 в форме самолета 210. На Фиг.7, самолет 210 включает различные конструктивные элементы, такие как основные крылья 212, фюзеляж 214, вертикальное хвостовое оперение 216 и горизонтальные стабилизаторы 218. Фюзеляж 214 включает множество стыков 220, которые могут указывать на места, в которых части фюзеляжа 214 соединяют вместе во время сборки самолета 210. Такие стыки 220 представляют потенциальные источники возникновения вихревой тяги во время полета. В некоторых вариантах, композитные структуры 10 в соответствии с данным изобретением могут быть включены в обшивки соответствующих секций фюзеляжа 214, нанесением или образованием слоя композитной структуры 10 после соединения секций. Например, Фиг.7 включает секции с композитной обшивкой, схематически обозначенные 222 пунктирными линиями, показывающими то, что секция 222 может выходить за показанную область, которые покрывают стыки 220. Секции с композитной обшивкой 222 могут включать или могут быть получены из одной или более композитных структур в соответствии с данным изобретением (таких как композитная структура 10).
На Фиг.8 показан схематический вид в перспективе, показывающий неподвижные и контрольные поверхности крыла самолета 300. На Фиг.8, крыло 300 включает обшивку крыла 302 и несколько контрольных поверхностей 304, расположенных вдоль задней кромки крыла 306, включая элероны на и под крылом 308, 310 и закрылки на и под крылом 312, 314 подвижно присоединенные к обшивке крыла 302. Области 316 между неподвижной поверхностью крыла 302 и различными контрольными поверхностями 304 также представляют потенциальные источники вихревой тяги во время полета. В некоторых вариантах, композитные структуры в соответствии с данным изобретением (такие как композитные структуры 10) могут быть включены в непрерывные обшивки крыла 302, расположенные от основной, неподвижной части крыла 300 до контрольной поверхности 304, так, чтобы закрывать навесные структуры или каналы, в которых расположены петли или подобные элементы. Например, Фиг.8 включает секцию композитной обшивки, обозначенную цифрой 318 пунктирными линиями, показывающими, что секция 318 может выходить за показанную область, которая расположена от передней кромки крыла 320 через область 316 до внешнего закрылка 312. Секция композитной обшивки 318 может включать или может быть сделана из одной или более композитных структур (таких как композитная структура 10) в соответствии с данным изобретением.
Иллюстрирующие, не исключительные и не исчерпывающие примеры объекта данного изобретения описаны в следующих пронумерованных параграфах:
А. Композитная структура, содержащая: текстильную конструкцию из по меньшей мере одного текстильного слоя, состоящего из текстильных волокон и имеющего распределение пор, где распределение пор включает множество пор внутри волокон в отдельных текстильных волокнах и множество межволоконных пор между текстильными волокнами; первый полимер, заполняющий поры внутри волокон и межволоконными порами, имеющие диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор; и второй полимер, связанный с первым полимером и практически заполняющий межволоконные поры, имеющие диаметр пор больше порога диаметра пор.
А.1 Композитная структура из параграфа А, где первый полимер более жесткий, чем второй полимер.
А.2 Композитная структура из параграфа А или A.1, где первый полимер включает более оного полимера.
А.3 Композитная структура по любому из параграфов А - А.2, где первый полимер имеет модуль упругости больше по меньшей мере приблизительно 1 ГПа, 2 ГПа, 5 ГПа, 10 ГПа, 50 ГПа или 100 ГПа.
А.4 Композитная структура по любому из параграфов А - А.3, где второй полимер является более гибким, чем первый полимер.
А.4 Композитная структура по любому из параграфов А - А.4, где второй полимер имеет модуль упругости меньше по меньшей мере приблизительно 1 ГПа, 0,5 ГПа, 0,2 ГПа, 0,1 ГПа, 0,05 ГПа или 0,01 ГПа.
А.5 Композитная структура по любому из параграфов А - А.4, где второй полимер включает более одного полимера.
А.6 Композитная структура по любому из параграфов А - А.5, где по меньшей мере один текстильный слой включает одну или более насыщенных волокнами областей, в которых все межволоконные поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и одну или более не насыщенных волокнами областей, в которых некоторые межволоконные поры имеют диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор и некоторые имеют диаметр пор больше порога диаметра пор; и где одна или более насыщенные волокнами области перемежаются с одной или более не насыщенными волокнами областями.
А.6.1 Композитная структура из параграфа А.6, где одна или более насыщенных волокнами областей и одна или более не насыщенных волокнами областей расположены произвольно.
А.6.2. Композитная структура из параграфа А.6 или А.6.1, где по меньшей мере одна насыщенная волокнами область окружена одной или более не насыщенными волокнами областями.
А.6.3. Композитная структура из параграфа А.6 или А.6.1, где по меньшей мере одна не насыщенная волокнами область окружена одной или более насыщенными волокнами областями.
А.6.4. Композитная структура из параграфа А.6, где одна или более насыщенных волокнами областей и одна или более не насыщенных волокнами областей перемежаются согласно шаблону.
А.6.4.1 Композитная структура из параграфа А.6.4, где по меньшей мере одна насыщенная волокнами область окружена одной или более не насыщенными волокнами областями.
А.6.4.1.1 Композитная структура из параграфа А.6.4.1, где по меньшей мере одна не насыщенная волокнами область проходит непрерывно через по меньшей мере один текстильный слой; и где насыщенная волокнами область проходит через по меньшей мере один текстильный слой, одинаково разделенные.
А.6.4.2 Композитная структура из параграфа А.6.4, где по меньшей мере одна не насыщенная волокнами область окружена одной или более насыщенными волокнами областями.
А.6.4.2.1 Композитная структура из параграфа А.6.4.2, где по меньшей мере одна насыщенная волокнами область проходит непрерывно через текстильный слой; и где шаблоном является шаблон в виде сита.
А.7 Композитная структура по любому из параграфов А - А.6.4.2.1, где отношение диаметров пор для межволоконных пор, имеющих диаметр, равный или меньше порога диаметра пор к диаметру пор для межволоконных пор, имеющих диаметр больше порога диаметра пор составляет приблизительно от 1:2 до 1:100.
А.7.1. Композитная структура из параграфа А.7, где отношение составляет приблизительно 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50 или 1:100.
А.8 Композитная структура по любому из параграфов А - А.7.1, где порог диаметра пор составляет приблизительно от 0,01 мм до 5,0 мм.
А.9 Композитная структура по любому из параграфов А - А.8, где порог диаметра пор составляет приблизительно 0,01 мм, 0.02 мм, 0,05 мм, 0,1 мм, 0,2 мм, 0,5 мм, 1,0 мм, 2,0 мм и 5,0 мм.
А.10 Композитная структура по любому из параграфов А - А.9, где порог диаметра пор соответствует порогу смачивания текстильных волокон по меньшей мере одного текстильного слоя с первым полимером.
А.11 Композитная структура по любому из параграфов А - А.10, где второй полимер не заполняет внутриволоконные поры или межволоконные поры, имеющие диаметр пор равный или меньше порога диаметра пор.
А.12 Композитная структура по любому из параграфов А - А.11, где текстильные волокна являются синтетическими.
А.13 Композитная структура по любому из параграфов А - А.12, где текстильные волокна включают один или более из сложного полиэфира, полиуретана и полиэтилена.
А.14 Композитная структура по любому из параграфов А - А.13, где первый полимер связан с текстильными волокнами.
А.15 Композитная структура по любому из параграфов А - А.14, где первый полимер включает термореактивный материал и/или второй полимер включает эластомер.
А.15.1 Композитная структура из параграфа А.15, где первый полимер включает термореактивный материал, имеющий модуль упругости более по меньшей мере одного из приблизительно 1 ГПа, 2 ГПа, 5 ГПа, 10 ГПа, 50 ГПа или 100 ГПа, и/или где второй полимер включает эластомер, имеющий твердость по Шору D менее по меньшей мере одного из приблизительно 10, 20, 30, 40 или 50.
А.15.2 Композитная структура из параграфа А. 15 или А.15.1, где первый полимер включает эпоксид, и/или где второй полимер включает силикон.
А.16 Композитная структура по любому из параграфов А - А.15.2, где композитная структура является твердой.
А.17 Композитная структура по любому из параграфов А - А.16, где текстильная конструкция включает два или более сложенных текстильных слоев.
А.17.1 Композитная структура из параграфа А.17, где сложенные текстильные слои связаны друг с другом первым и вторым полимерами.
А.17.2 Композитная структура из параграфа А.17, где по меньшей мере некоторые межволоконные поры между текстильными волокнами соседних сложенных текстильных слоев имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор.
А.17.3 Композитная структура по любому из параграфов А.17 - А.17.2, где по меньшей мере два сложенных текстильных слоя имеют похожую конфигурацию.
А.17.4 Композитная структура по любому из параграфов А.17 - А.17.3, где по меньшей мере два сложенных текстильных слоя имеют разную конфигурацию.
А.17.5 Композитная структура по любому из параграфов А.17 - А.17.4, где каждый текстильный слой включает одну или более насыщенных волокнами областей, перемежающихся с одной или более не насыщенными волокнами областями; и где по меньшей мере на одну насыщенную волокнами область по меньшей мере одного текстильного слоя, накладывается одна или более не насыщенных волокнами областей по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям.
А.17.5.1 Композитная структура из параграфа А.17.5, где на каждую не насыщенную волокнами область по меньшей мере одного текстильного слоя по меньшей мере частично (и необязательно полностью) накладывается одна или более насыщенных волокнами областей по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям.
А.17.5.2 Композитная структура из параграфа А.17.5 или А.17.5.1, где на одну или более насыщенных волокнами областей по меньшей мере одного текстильного слоя, по меньшей мере частично, накладываются одна или более насыщенных волокнами областей по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям.
А.18 Композитная структура по любому из параграфов А - А.17.5.2, где композитная структура является гибкой.
В Композитная структура, содержащая текстильную конструкцию, полученную из текстильных волокон, первого полимера и второго полимера;
где первый полимер связывает части текстильных волокон, которые отделены друг от друга на расстояние, равное или меньше определенного расстояния; и где второй полимер связывает части текстильных волокон, которые отделены друг от друга на расстояние больше определенного расстояния.
B.1 Композитная структура из параграфа В, где второй полимер связывает части первого полимера, которые отделены друг от друга на расстояние больше определенного расстояния.
B.1.1 Композитная структура по любому из параграфов В или B.1, где композитная структура является твердой.
B.2 Композитная структура по любому из параграфов В - B.1.1, где по меньшей мере некоторые волокна включают внутриволоконные пространства в указанных текстильных волокнах; и где внутриволоконные пространства заполнены первым полимером.
B.3 Композитная структура по любому из параграфов В - В.2, где текстильные волокна по меньшей мере частично покрыты первым полимером.
B.4 Композитная структура по любому из параграфов В - В.3, где текстильные конструкции включают по меньшей мере один текстильный слой, имеющий одну или более насыщенных волокнами областей, внутри которых все текстильные волокна отделены друг от друга на расстояние, равное или меньше определенного расстояния, перемежающихся с одной или более не насыщенными волокнами областями, внутри которых текстильные волокна включают одну или более частей, которые отделены друг от друга на расстояние, равное или меньше определенного расстояния, и одну или более частей, которые отделены друг от друга на расстояние, больше определенного расстояния.
В.4.1 Композитная структура из параграфа В.4, где насыщенные волокнами области содержат только текстильные волокна, соединенные первым полимером.
B.4.2 Композитная структура по любому из параграфов В.4 или В.4.1, где насыщенные волокнами области имеют большую жесткость, чем не насыщенные волокнами области.
B.4.3 Композитная структура по любому из параграфов В.4 - В.4.2, где текстильная конструкция включает два или более сложенных текстильных слоев, каждый из которых включает одну или более насыщенных волокнами областей, перемежающихся с одной или более не насыщенными волокнами областями.
В.4.3.1 Композитная структура из параграфа В.4.3, где по меньшей мере на одну не насыщенную волокнами область по меньшей мере одного текстильного слоя накладывают (и необязательно полностью накладывают) одну или более насыщенных волокнами областей по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям.
B.5 Композитная структура по любому из параграфов В - В.4.3.1, где первый полимер имеет большую жесткость по сравнению со вторым полимером.
B.6 Композитная структура по любому из параграфов В - В.5, где композитная структура является гибкой.
B.7 Структурный внешний или внутренний элемент транспортного средства, или его часть или элемент, получена из композитной структуры по любому из параграфов А - А.12 и В - В.6.
B.7.1 Структурный внешний или внутренний элемент из параграфа В.7, где транспортным средством является аэроструктура.
B.7.2 Структурный внешний или внутренний элемент из параграфа В.7 или В.7.1, где транспортным средством является самолет, космический корабль, управляемый снаряд и вертолет.
В.7.3 Транспортное средство, включающее по меньшей мере один структурный внешний или внутренний элемент, или его часть или элемент, по любому из параграфов В.7 - В.7.2.
В.7.3.1 Транспортное средство из параграфа В.7.3, где транспортным средством является аэроструктура.
В.7.4 Способ создания транспортного средства и/или по крайней мере, одного структурного внешнего или внутреннего элемента, или его части или элемента, из любого из параграфов В.7 - В.7.3.1.
B.8 Применение композитной структуры по любому из параграфов А - А.12 и В - В.6 в структурном внешнем или внутреннем элементе транспортного средства или его части или элементе.
B.9 Способ получения композитной структуры по любому из параграфов А - А.12 и В - В.6.
В.9.1 Способ из параграфа В.9, включающий любую из стадий, указанных в любых параграфах С - С.6.
С Способ получения композитной структуры; где способ включает: селективное заполнение в текстильном слое, имеющем множество пор, только тех пор, которые имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, первым полимером; и по существу заполнение оставшихся пор в текстильном слое вторым полимером.
C.1 Способ по параграфу С, где текстильный слой получают из текстильных волокон; где по меньшей мере некоторые из множества пор в текстиле являются межволоконными порами между текстильных волокон; и где селективное заполнение включает заполнение межволоконных пор, имеющих диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор.
С.2 Способ из параграфа С или C.1, также содержащий: получение текстильного слоя из текстильных волокон.
С.2.1 Способ из параграфа С.2, где получение текстильного слоя проводят до селективного заполнения.
С.2.2 Способ из параграфа С.2 или С.2.1, где получение текстильного слоя включает плетение текстильных волокон.
С.2.3 Способ по любому из параграфов С.2 - С.2.2, где получение текстильного слоя включает образование пор в текстильном слое так, чтобы отношение диаметра межволоконных пор, имеющими диаметр равный или меньше порога диаметра пор, к диаметру межволоконных пор, имеющих диаметр больше порога диаметра пор, составляло от приблизительно 1:2 до приблизительно 1:100.
С.2.4. Способ по любому из параграфов С.2 - С.2.3, где получение текстильного слоя включает образование пор в текстильном слое так, чтобы отношение диаметра межволоконных пор, имеющих диаметр, равный или меньше порога диаметра пор, к диаметру межволоконных пор, имеющих диаметр больше порога диаметра пор, составляло приблизительно 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50 или 1:100.
С.2.5 Способ по любому из параграфов С.2 - С.2.4, где получение текстильного слоя включает перемежение одной или более насыщенных волокнами областей, в которых все поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, одной или более не насыщенными волокнами областями, в которых некоторые поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и некоторые имеют диаметр пор больше порога диаметра пор.
С.2.5.1 Способ из параграфа С.2.5, где перемежение также включает произвольное перемежение.
С.2.5.2 Способ из параграфа С.2.5, где перемежение также включает перемежение согласно шаблону.
С.2.5.2.1 Способ из параграфа С.2.5.1 или С.2.5.2, где перемежение также включает вариант, в котором по меньшей мере одна насыщенная волокнами область окружена одной или более не насыщенными волокнами областями.
С.2.5.2.1.1 Способ из параграфа С.2.5.2.1, где по меньшей мере одна не насыщенная волокнами область проходит непрерывно через текстильный слой; и где насыщенные волокнами области перемежаются в по меньшей мере одной непрерывной не насыщенной волокнами области согласно шаблону с одинаковыми расстояниями между ними.
С.2.5.2.2 Способ из параграфа С.2.5.1 или С.2.5.2, где перемежение также включает вариант, в котором по меньшей мере одна не насыщенная волокнами область окружена одной или более насыщенными волокнами областями.
С.2.5.2.2.1 Способ из параграфа С.2.5.2.2, где по меньшей мере одна насыщенная волокнами область проходит непрерывно через текстильный слой; и где не насыщенные волокнами области перемежаются в по меньшей мере одной непрерывной не насыщенной волокнами области по шаблону в виде сита.
С.3 Способ по любому из параграфов С - С.2.5.2.2.1, также включающий:
складывание двух или более текстильных слоев.
С.3.1 Способ из параграфа С.З, где складывание проводят до селективного заполнения.
С.3.1.1 Способ из параграфа С.3.1, где селективное заполнение проводят для двух или более уложенных текстильных слоев.
С.3.1.2 Способ из параграфа С.3.1 или С.3.1.1, где селективное заполнение включает по меньшей мере частичное связывание двух или более уложенных текстильных слоев друг с другом.
С.3.1.3 Способ по любому из параграфов С.3.1 - С.3.1.2, где складывание проводят в лотке.
С.3.2 Способ по любому из параграфов С.3.1 - С.3.1.3, где по меньшей мере один текстильный слой включает одну или более насыщенных волокнами областей, в которых все поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и одну или более не насыщенных волокнами областей, в которых некоторые поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и некоторые имеют диаметр пор больше порога диаметра пор; и где укладывание включает помещение текстильных слоев относительно друг друга так, чтобы по меньшей мере на одну не насыщенную волокнами область по меньшей мере одного текстильного слоя накладывались (и, необязательно, полностью накладывалась) одна или более насыщенные волокнами области по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям.
С.3.2.1 Способ по любому из параграфов С.3.1 - С.3.2, где складывание включают расположение текстильных слоев относительно друг друга так, чтобы по меньшей мере одна насыщенная волокнами область по меньшей мере одного текстильного слоя по меньшей мере частично перекрывала одну или более насыщенных волокнами областей по меньшей мере одного другого текстильного слоя, в направлении, практически перпендикулярном слоям.
С.3.3 Способ по любому из параграфов С.3.1 - С.3.2.1, где по меньшей мере одна поверхность первого текстильного слоя включает выпуклую область и по меньшей мере одна поверхность второго текстильного слоя включает вогнутую область, и где складывание включает по меньшей мере частичное вкладывание выпуклой области первого текстильного слоя в вогнутую область второго текстильного слоя.
С.3.3.1 Способ из параграфа С.3.3, где выпуклая область включает по меньшей мере часть не насыщенной волокнами области, и где вогнутая область включает по меньшей мере часть насыщенной волокнами области.
С.3.4 Способ по любому из параграфов С.3 - С.3.3.1, где практическое заполнение включает по меньшей мере частичное связывание по меньшей мере двух уложенных текстильных слоев друг с другом.
С.4 Способ по любому из параграфов С - С.3.4, где одно или более из селективного заполнения и заполнения по существу включает нанесение соответствующего полимера на текстильный слой в жидкой форме.
С.4.1 Способ из параграфа С.4, где селективное заполнение включает не селективное нанесение первого полимера на текстильный слой.
С.4.1.1 Способ из параграфа С.4.1, где не селективное нанесение включает погружение.
С.4.2 Способ по любому из параграфов С.4 - С.4.1.1, где первый полимер имеет определенный порог смачивания по отношению к текстильным волокнам текстильного слоя, которое позволяет ограничить первый полимер заполнением только тех пор, которые имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор.
С.4.2.1 Способ из параграфа С.4.2, также включающий: выбор первого полимера на основе определенного порога смачивания по отношению к текстильным волокнам текстильного слоя.
С.4.3 Способ из параграфа С.4, где селективное заполнение включает селективное нанесение первого полимера на текстильный слой.
С.4.3.1 Способ из параграфа С.4.3, где текстильный слой включает одну или более насыщенных волокнами областей, в которых все поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, перемежающиеся с одной или более не насыщенными волокнами областями, в которых некоторые поры имеют диаметр пор, равный или меньше порога диаметра пор, и некоторые имеют диаметр пор больше порога диаметра пор, и где селективное нанесение включает применение первого полимера для насыщенных волокнами областей, при этом не нанося первый полимер на по меньшей мере часть не насыщенных волокнами областей.
С.4.3.1.1 Способ из параграфа С.4.3, где селективное нанесение включает маскирование по меньшей мере части не насыщенных волокнами областей текстильного слоя.
С.5 Способ по любому из параграфов С - С.4.3.1.1, также включающий: отверждение первого полимера.
С.5.1 Способ из параграфа С.5, где отверждение проводят до заполнения по существу.
С.6 Способ по любому из параграфов С - С.5.1, также включающий: получение первого полимера для связывания со вторым полимером.
С.6.1 Способ из параграфа С.6, где получение проводят до наполнения по существу.
С.6.2 Способ из параграфа С.6 или С.6.1, где получение включает обработку первого полимера агентом, улучшающим совместимость.
С.6.2.1 Способ из параграфа С.6.2, где обработка включает смешивание агента, улучшающего совместимость с первым полимером до селективного заполнения пор первым полимером.
С.6.2.2 Способ из параграфа С.6.2, где обработка включает нанесение агента, улучшающего совместимость, на первый полимер.
С.6.2.2.1 Способ из параграфа С.6.2.2, также включающий: отверждение первого полимера; и где обработку проводят после отверждения, и включает нанесение агента, улучшающего совместимость, на отвержденный первый полимер.
С.6.2.2.1.1 Способ из параграфа С.6.2.2.1, где заполнение по существу включает нанесение второго полимера на текстильный слой и отвержденный первый полимер, и где обработка включает смешивание агента, улучшающего совместимость, со вторым полимером до нанесения второго полимера.
С.7 Способ по любому из параграфов С - С.6.2.2.1.1, где заполнение по существу включает связывание второго полимера с первым полимером.
В данном описании термины "селективный" и "селективно" при применении относительно действия, движения, конфигурации или другой активности одного или более компонентов или характеристик аппарата, означают, что конкретное действие, движение, конфигурация или другая активность является прямым или косвенным результатом или одного или более компонентов аппарата.
В данном описании термины "адаптированный" и "сконфигурированный" означают, что элемент, компонент или другой объект разработан и/или предназначен для осуществления данной функции. Таким образом, применение терминов "адаптированный" и "сконфигурированный" не должно рассматриваться как означающее, что данный элемент, компонент или другой объект просто "способен к" осуществлению данной функции, но элемент, компонент и/или другой объект конкретно выбран, создан, выполнен, применен, запрограммирован и/или разработан в целях осуществления функции. Также в объем данного изобретения включено то, что элементы, компоненты и/или другие перечисленные объекты адаптированы для осуществления определенной функции и могут дополнительно или альтернативно быть описаны как сконфигурированные для осуществления функции, и наоборот.
Различные описанные элементы аппаратов и стадий способов, не обязательны для всех устройств и способов в соответствии с данным изобретением, и данное изобретение включает все новые и не очевидные сочетания и подсочетания различных элементов и стадий, описанных здесь. Более того, один или более различных элементов и стадий, описанных здесь, могут определять независимый изобретательский объект, который стоит отдельно от всего описанного устройства или способа. Следовательно, такие изобретательские объекты не ассоциированы с определенными аппаратами и способами, которые описаны здесь, и такие изобретательские объекты могут найти применение в аппаратах и/или способах, которые не описаны здесь.