[發明專利]具有加強芯部的復合結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201510077201.6
• 申請日: 2008-07-29
• 公開（公告）號: CN104669728B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 巴德哈德夫·查克拉巴蒂
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B32B27/04
• 分類號: B32B27/04;B32B7/08;B32B27/34;B32B37/15;B32B37/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

本申請是2008年7月29日提交的名稱為“具有加強芯部的復合結構及其制造方法”的中國專利申請200810144130.7的分案申請。

技術領域

本發明一般涉及復合結構，更特別涉及具有加強芯部的復合夾層件，以及該復合夾層件的制造方法。

背景技術

復合夾層結構可以通過將結構加強件放入結合在兩塊面板之間的芯部而進行加強。芯部加強件可以包括限定載荷路徑的結構元件，這些載荷路徑用來在面板之間傳遞壓縮、拉伸和剪切載荷。復合夾層件的性能部分地取決于芯部加強件的類型以及芯部和面板之間的結合質量。常用芯部材料可以包括剛性塑料泡沫和蜂巢件。雖然蜂巢芯部展現出良好的結構效率，但是它們在某些場合下可能承受較高的芯部-面板載荷，諸如在長期空間飛行中，此時在芯部和周圍環境之間會產生壓力差。

如果遭遇水分或空間中的較高溫度或者極低溫度，未加強的閉合單元剛性泡沫會展現出結構效率降低。

與上述夾層結構關聯的問題通過引入所謂X-COR結構芯部而部分地得到解決，該芯部包括輕體閉合單元聚甲基丙烯酰胺(PMI)泡沫，利用布置在四方構架網絡中的小直徑共擠壓(poltrude)碳纖維/環氧銷釘進行加強。X-COR銷釘延伸超過泡沫芯部并且嵌入面板中。X-COR的變形方案在2001年9月18日授權的US6,291,049中進行了公開，其中銷釘端部彎折，從而鋪平貼靠芯部所結合的面板。

上述采用了碳纖維/環氧銷釘的構架網絡在某些航空應用中可能無法提供足夠的性能。因此，需要一種具有加強芯部的復合結構，其適合航空應用的需求，此時要求面板和芯部之間的存在優良的結合強度。本發明的實施例用來滿足這種需要。

發明內容

本發明的實施例提供一種復合夾層結構，其中實現了面板-芯部結合強度的改善，同時保證維持芯部的結構整體性。所述夾層結構所用的結構和選材使其適合航空應用，包括執行長期的空間任務，此時在芯部和周圍環境之間可能會產生壓力差。由所公開的實施例提供的結合強度改善效果可以在寬泛的溫度和濕度條件范圍內得到維持。

根據一種實施例，復合夾層件包括：第一和第二纖維加強的聚合物面板；和位于所述第一和第二面板之間的加強芯部。該芯部包括多個布置成組件以形成構架的銷釘；和包圍這些銷釘的載體。每個銷釘包括在面板之間延伸的中間部分；和基本上平行于面板延伸并分別結合到面板的遠端部分。每個組件中的銷釘在其中一塊面板附近的節點處交叉。所述銷釘和所述面板可以包括碳纖維加強的樹脂，諸如環氧，以使芯部構架的熱膨脹系數基本上等于面板。每個組件中的銷釘遠端部分從節點向外輻射，并且節點彼此基本上等距隔開。銷釘組件包括至少3個銷釘，它們相對于面板平面傾斜。載體可以包括剛性低密度閉合單元泡沫，諸如聚甲基丙烯酰胺，其熱膨脹系數基本上與面板相符。包括載體泡沫和石墨/環氧共擠壓桿柵格結構的加強芯部，其密度介于約6.9和12磅每立方英尺之間，且所述芯部的厚度介于二分之一英寸和一英寸之間，而所述節點彼此隔開的距離介于0.168英寸和0.191英寸之間。

根據另一種實施例，加強的聚合物復合結構包括：一對纖維加強的聚合物面板；和面板之間的加強芯部。加強芯部可以包括布置成組件的多個結構銷釘，每個組件中的銷釘彼此交叉接觸并且圍繞基本上正交所述面板的中軸線隔開。每個組件中的銷釘對稱布置在中軸線周圍，并且包括基本上平行于面板延伸并結合到面板的遠端部分。

根據一種方法實施例，加強的復合夾層件可以通過以下步驟制造，包括：形成泡沫層，并在該泡沫層中形成交叉的結構銷釘組件，從而制造芯部；彎折所述銷釘的端部；和將銷釘彎折的端部結合到一對纖維加強的面板。可以通過將銷釘沿著接近相交的軌跡插入泡沫層來形成銷釘組件。該方法進一步包括步驟：共擠壓一定長度的石墨環氧復合材料；局部固結所述一定長度的環氧石墨材料；和切割所述一定長度的石墨環氧材料來形成所述銷釘。

一種復合夾層件，包括：

第一和第二纖維加強的聚合物面板；和

位于所述第一和第二面板之間的加強芯部，所述加強芯部包括：

(i)多個布置成組件而形成構架的銷釘，每個銷釘包括在所述第一和第二面板之間延伸的中間部分和基本上平行于所述第一和第二面板分別延伸并結合到所述第一和第二面板的遠端部分，每個組件中的銷釘在所述第一和第二面板其中之一附近的節點處交叉；和

(ii)包圍所述銷釘的載體。

所述復合夾層件，其中每個組件中的銷釘相對于所述面板的平面傾斜大約30度。

所述復合夾層件，其中所述剛性泡沫包括聚甲基丙烯酰胺。