[發明專利]改進的纖維金屬層壓板

有效

• 申請號: 201280052826.1
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103930266A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: G·威爾遜;R·阿爾德里斯坦;J·W·岡尼克
• 申請（專利權）人: GTM先進產品有限公司
• 主分類號: B32B15/08
• 分類號: B32B15/08;B64C1/12;B64C3/26
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及一種包括相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板。更具體來說，本發明涉及一種具有最佳配置的包括相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板。

背景技術

工程結構在負載下的行為通過許多設計參數來確定，并且定義用于特定應用的最佳材料通常是冗長的任務并且另外必須處理相沖突的要求。最常使用的工程材料是如鋼合金、鈦合金、鎂合金、鋁合金的金屬、如玻璃纖維復合物、碳纖維復合物和芳族聚酰胺復合物的纖維增強復合物以及以下進一步定義的混合材料。

纖維增強復合物提供超過諸如金屬的其他優選材料相當大的重量優點。通常，以犧牲諸如延展性、韌性、承載強度、傳導性和冷成型能力的其他重要的材料性質為代價獲得重量減輕。為了克服這些不足，開發出了稱作纖維金屬層壓板的新型混合材料來組合金屬與復合物的最佳屬性。

諸如像US4,500,589中所描述的那些纖維金屬層壓板(也稱為FML)是通過交替堆疊金屬(最優選地是鋁)片與纖維增強半固化片并且將該堆疊物在熱和壓力下固化來獲得。這些材料越來越多地用在諸如運輸業等行業中，例如在艦船、汽車、火車、飛機和航天器中。它們可以用作片和/或增強元件和/或用作用于這些運輸工具的(主體)結構的支肋，向對于飛機來說用作機翼、機身和尾板和/或飛機的其他蒙皮壁板和結構元件。

WO2009/095381A1公開了一種纖維金屬層壓板，其中金屬體積分數范圍在0與47％之間。

WO2007/145512A1公開了一種包括具有1mm以上厚度的厚金屬片的纖維金屬層壓板。厚金屬片通過具有的纖維體積分數V_f低于45％的纖維增強復合層來粘合到層壓板的其他層。

EP0312150A1和EP0312151A1描述其他可用的纖維金屬層壓板。

盡管纖維金屬層壓板可以提供優于金屬合金、尤其是鋁合金的改進的耐疲勞(尤其是裂紋擴展)性，但是其在結構方面、尤其是經受動態加載的結構方面的行為仍然有待改進，并且還需要高靜態強度尤其是用于機械接合的高強度。就此而言，重要的特征是抗裂紋生長性以及良好的結構接合強度。如果考慮到相應纖維金屬層壓板在具有足夠的接合強度性能的情況下實現最低裂紋生長速率，可以確定恰當的金屬片和纖維增強復合物的性質，則將是非常合意的。

根據本發明的那些類型的纖維金屬層壓板優選地連接到結構的其他部件，并且因此可以具備缺口來實現該連接。這樣的缺口提供可能不利地影響疲勞壽命的應力集中。本發明的另一個目的在于提供一種在動態加載方面具有最佳缺口性能的包括相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板。

本發明的一個目的在于提供一種在動態加載方面具有最佳結構響應、具體來說具有最低裂紋生長速率同時提供足夠的接合強度的包括相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種包括相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板，其具有一系列產生最佳結構響應的纖維和金屬性質。

根據本發明的另一個方面，提供相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板，該層壓板包括纖維增強復合層與相鄰金屬片的組合，對于該組合來說滿足以下關系：

E_層壓板*E_復合物/(E_金屬*t_金屬²)具有a*(Vf-c)^(b/(Vf-c))(其中b＝0.36且c＝0.3)(la)并且當V_f≤0.3時為零(lb)所提供的下限值與a*(Vf-c)^(b/(Vf-c))(其中b＝0.88且c＝0)(lc)所提供的上限值之間的值

0.10≤Vf<0.54(2)

E_層壓板*E_復合物/(E_金屬*t_金屬²)<400*Vf?kN/mm⁴(3)

其中a＝1200kN/mm⁴，并且

E_復合物＝組合中的纖維增強復合層在該復合層的最高剛度方向上獲得的彈性楊氏模量(以kN/mm²為單位)

E_層壓板＝在與E_復合物相同的方向上獲得的總纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量(以kN/mm²為單位)