改進的纖維金屬層壓板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板，所述層壓板包括纖維增強復合層與相鄰金屬片的組合，所述組合中的性質滿足以下關系：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Vf≤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；以及E復合物＝所述組合中的所述纖維增強復合層在所述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所述總纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量(以kN/mm2為單位)，E金屬＝所述組合中的所述金屬片的彈性楊氏模量(以kN/mm2為單位)，t金屬＝所述組合中的所述金屬片的厚度(以mm為單位)，Vf＝所述組合中的所述纖維增強復合層的纖維體積分數。本發(fā)明進一步涉及一種用于獲得此層壓板的方法。根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板展現出高抗裂紋生長性和剛度以及良好的接合性能。本發(fā)明進一步涉及所述纖維金屬層壓板與另一個元件的組裝件，所述另一個元件由包括粘合劑和/或纖維增強復合物的粘合層粘合到所述纖維金屬層壓板或者通過機械緊固裝置來連接。
【專利說明】改進的纖維金屬層壓板
【技術領域】
[0001]本發(fā)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(fā)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】
[0002]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。
[0003]纖維增強復合物提供超過諸如金屬的其他優(yōu)選材料相當大的重量優(yōu)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(fā)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。
[0004]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(yōu)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(yè)等行業(yè)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。
[0005]W02009/095381A1公開了一種纖維金屬層壓板，其中金屬體積分數范圍在O與47%之間。
[0006]W02007/145512A1公開了一種包括具有Imm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Vf低于45%的纖維增強復合層來粘合到層壓板的其他層。
[0007]EP0312150A1和EP0312151A1描述其他可用的纖維金屬層壓板。
[0008]盡管纖維金屬層壓板可以提供優(yōu)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(tài)加載的結構方面的行為仍然有待改進，并且還需要高靜態(tài)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。
[0009]根據本發(fā)明的那些類型的纖維金屬層壓板優(yōu)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(fā)明的另一個目的在于提供一種在動態(tài)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。
[0010]本發(fā)明的一個目的在于提供一種在動態(tài)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(fā)明內容】

[0011]根據本發(fā)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。
[0012]根據本發(fā)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:
[0013]E層壓板*E復合物/(E金屬*t 金屬2)具有 a* (Vf-c) (b/(Vf_d)(其中 b = 0.36 且 c = 0.3) (Ia)并且當Vf≤0.3時為零(Ib)所提供的下限值與a*(Vf-C) (b/(Vf-c))(其中b = 0.88且C =O) (Ic)所提供的上限值之間的值
[0014]0.10 ≤ Vf〈0.54(2)
[0〇15] E層壓板*E復合物/(B金屬*t金屬2)〈400*Vf kN/mm4⑶
[0016]其中a = 1200kN/mm4,并且
[0017]E =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)
[0018]Ejgffift =在與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)
[0019]E^ =組合中的金屬片的彈性楊氏模量(以kN/mm2為單位)
[0020]t#M =組合中的金屬片的厚度(以mm為單位)
[0021 ] Vf =組合中的纖維增強復合層的纖維體積分數
[0022]在下限值與上限值之間的ΕβΜ^ΕΜ_/(Ε_*^Μ2)的值必須被理解為包括極端下限值和上限值。
[0023]關系式(I)至(3)定義就纖維金屬層壓板的耐疲勞性而言纖維增強復合層的最佳性質(這些性質取決于該層的纖維體積分數)和與所述纖維增強復合層相鄰的金屬片的性質。滿足關系式(I)至(3)的Vf和〖^^組合在疲勞試驗、尤其是在有缺口的疲勞試驗中產生最大量的疲勞壽命周期，并且同時提供改進的接合性能。
[0024]根據本發(fā)明的一個方面的纖維金屬層壓板中的金屬片被選擇成使得/(E^M*t^M2)<400*Vf kN/mm4?？磥磉@些金屬片在很大程度上有助于層壓板的接合強度。熟知的是，對于高負載的結構，如像飛機的下機翼，具有通常具有0.4mm及以下的厚度的鋁合金層的已知標準纖維金屬層壓板(諸如GLARE層壓板)表現出有限的接合強度性能。因此，這些具有值EJlω?*ESa?/(E金JS*t金JS2)≥400*Vf kN/mm4的已知纖維金屬層壓板在本發(fā)明的范圍之外。
[0025]當在纖維金屬層壓板中僅一個纖維復合層和與其相鄰的一個金屬片滿足關系式(I)至(3)時是足夠的。因此，無需所有金屬片都具有滿足關系式(I)和(3)的厚度而且無需所有纖維增強復合層都滿足關系式(I)至(3)。然而，在根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板的一個實施例中，纖維增強復合層和相鄰的金屬片的任意組合的性質都滿足關系式(I)至⑶。[0026]根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板的另一個實施例的特征在于纖維增強復合層和不同厚度的兩個相鄰的金屬片的組合中的性質，兩個相鄰金屬片中的較厚者滿足關系式(I)至⑶。
[0027]應理解，當論及金屬和纖維復合層的“厚度”時，暗示這些金屬和纖維復合層具有恒定厚度。然而，層也可以具有可變厚度，諸如具有漸細的金屬片。在這些情況下，厚度應理解為平均厚度。
[0028]在根據本發(fā)明的金屬纖維層壓板的一個特別優(yōu)選實施例中，層壓板包括金屬
片，其中E層壓板*E復合物/ Φ金屬*t金屬2) <300*Vf kN/mm4、更優(yōu)選地E層壓板*E復合物/ Φ金屬*t金屬2)〈250*Vf kN/mm4并且最優(yōu)選地Ejgffift襯金_2)〈200衿丨kN/mm4。這些層壓板表現出逐漸改進的接合強度性能并且同時提供良好的缺口疲勞性能。
[0029]纖維層壓板的另一個優(yōu)選實施例在纖維增強復合層中具有纖維，其中E纟≥0GPa、更優(yōu)選地E纖維> 85GPa并且最優(yōu)選地E纖維> 90GPa。
[0030]本發(fā)明的層壓板中的纖維增強復合層被定義為從一個金屬片延伸到另一個金屬片(或者延伸到層壓板的端表面)的層。此層可以包括一個或多個復合層壓板，其中在后一種情況下，層壓板被堆疊形成層。纖維增強復合層或層壓板優(yōu)選地包括基本上在一個方向上的纖維(所謂的單向或UD復合物)，然而層或層壓板也可以是具有的增強纖維在相互垂直的方向上延伸的交叉鋪層、具有的纖維沿與主加載方向不同的方向延伸的角度鋪層以及其任意組合。在纖維增強層中使用織物并不優(yōu)選，因此在優(yōu)選實施例中排除。
[0031]本發(fā)明的層壓板中的纖維增強復合層可能將優(yōu)選地具有各向異性性質，即，剛度和強度性能根據它們被確定的方向而變化。根據本發(fā)明，關系式(I)至(3)中的層壓板中的纖維增強復合層的彈性楊氏模量是沿最高剛度方向獲得，該方向對應于大部分纖維對齊的方向。當本發(fā)明的層壓板中的纖維增強復合層展現出各向異性性質時，層壓板也可以如此。因此，關系式(I)至(3)中的總纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量也被定義為沿與纖維增強復合層的模量相同的方向獲得。
[0032]本發(fā)明進一步涉及一種用于獲得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中的金屬片厚度和纖維增強復合層的纖維體積分數以獲得該纖維金屬層壓板的最佳疲勞性質的方法，該方法包括:選擇纖維增強復合層和相鄰金屬片的組合、選擇金屬片厚度或纖維體積分數中的一個以及計算滿足上述關系式(I)至(3)的相應纖維體積分數或金屬片厚度。根據本發(fā)明的層壓板使用滿足關系式(I)至(3)的纖維復合物與金屬組合，并且這些配置可以通過首先選擇金屬和纖維增強復合物并且在室溫下確定兩者的彈性楊氏模量、考慮到關系式(2)為纖維增強復合物的纖維體積分數Vf假定開始值來獲得。隨后針對方程式(I)和(3)選擇用于金屬片的厚度1|_的開始值或用于纖維體積分數Vf的開始值并且進行檢查。請注意，需要金屬片的厚度^和復合層的纖維體積分數Vf兩者來計算纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量E對于〖^^和Vf的開始值的選擇通過異性概念來輔助，即，隨著金屬片厚度增加^通常應減小且反之亦然，以便同時滿足方程式(I)至(3)。
[0033]所附權利要求中給出該方法的優(yōu)選實施例。
[0034]滿足關系式(I)至(3)的纖維金屬層壓板展現出最佳性質，這意味著其比不滿足關系式(I)至(3)的纖維增強層壓板具有更加良好的接合性能以及較低裂紋生長速度。此教示在之前并未公開并且現在可以確定提供最低裂紋生長速度的金屬片厚度與復合物纖維體積分數的組合。
[0035]為了獲得根據本發(fā)明的特別穩(wěn)健的纖維金屬層壓板，根據所附權利要求2的纖維金屬層壓板是優(yōu)選的。根據此實施例的纖維金屬層壓板不僅展現出高的抗裂紋生長性與良好的接合性能，而且還能實現較高剛度，這例如對于壓縮方面的性能和對于氣動彈性性能是重要的。
[0036]與工程復合物相比，根據本發(fā)明的層壓板在沖擊降級之后對壓縮幾乎不敏感(通常比其金屬成分甚至更好)，且因此可以被設計成比纖維復合物結構對失效具有高得多的應變。此外，組合具有滿足方程式(I)至(3)的性質的纖維復合層與金屬片通常產生與具有在其比例極限以上的相應金屬片相比具有較高剛度的纖維金屬層壓板，并且因此將具有增加的屈服強度。
[0037]在本發(fā)明的另一個實施例中，提供一種纖維金屬層壓板，其中纖維增強復合層的纖維體積分數滿足Vf〈0.50。這與纖維復合物性質隨著纖維體積分數的增加而改進且因此Vf應盡可能高的一般教示截然不同。
[0038]根據本發(fā)明的其中纖維增強復合層的纖維體積分數滿足0.10〈Vf〈0.54并且特別是0.15〈Vf〈0.50的纖維金屬層壓板的實施例是優(yōu)選的。甚至更優(yōu)選的是其中纖維增強復合層的纖維體積分數滿足0.20 ^ Vf ^ 0.45的纖維金屬層壓板，并且最優(yōu)選的是纖維增強復合層的纖維體積分數對于具有良好接合性能以及高剛度同時滿足滿足疲勞要求的最佳層壓板而言滿足0.20 ≤ Vf ≤ 0.40。
[0039]根據本發(fā)明的另一個方面，提供一種纖維金屬層壓板，其包括η個相互粘合且交替的纖維增強復合層和金屬片。優(yōu)選的層壓板包括一個或兩個金屬外層，或者一個或兩個纖維增強復合物外層。尤其優(yōu)選的是包括兩個金屬片和一個纖維增強復合層或替代地包括一個金屬片和兩個纖維增強復合層的三層纖維金屬層壓板。
[0040]盡管本發(fā)明的纖維金屬層壓板中的金屬片的厚度可以都相同，但是根據本發(fā)明的一個實施例，提供包括不同厚度的金屬片的纖維金屬層壓板，由此金屬片中的一個或多個滿足關系式(I)至(3)。本發(fā)明的另一個實施提供包括不同金屬合金的金屬片的纖維金屬層壓板。然而，根據另一個實施例，可以提供包括相同金屬合金的金屬片的纖維金屬層壓板。
[0041]在本發(fā)明的另一個方面中，提供包括不同厚度的纖維增強復合層的纖維金屬層壓板，由此纖維增強復合層中的一個或多個滿足關系式(I)至(3)。優(yōu)選實施例是其中與最厚金屬層相鄰的纖維增強復合層中的至少一個與所述最厚金屬層一起滿足關系式(I)至(3)的要求的實施例。在金屬層之間包括不同厚度的纖維增強復合層的纖維金屬層壓板提供另一個有用實施例。
[0042]只要滿足關系式(I)至(3)，就可以在大范圍內選擇一個或多個金屬片的厚度。根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板的優(yōu)選實施例包括具有厚度0.4mm的金屬片，因為本發(fā)明的效果在此范圍內最明顯。甚至更優(yōu)選的是其中金屬片的厚度在0.2mm的范圍內的纖維金屬層壓板的實施例。
[0043]在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種纖維金屬層壓板，其中纖維增強復合層中的纖維在至少一個方向上延伸(稱為UD)并且金屬片的厚度低于1.5mm。
[0044]在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種纖維金屬層壓板，其中金屬片的厚度在0.5_與4mm之間的范圍內，更優(yōu)選地在0.5mm與2mm之間并且最優(yōu)選地在0.6mm與1.5mm之間。
[0045]根據本發(fā)明的另一個實施例提供一種纖維金屬層壓板，其中纖維增強復合層的纖維體積分數滿足0.20 ( Vf<0.50，并且金屬片的厚度等于或低于2mm。
[0046]甚至更優(yōu)選的是其中纖維增強復合層的纖維體積分數滿足0.30 ( Vf〈0.50并且金屬片的厚度等于或低于1.2mm的纖維金屬層壓板。
[0047]盡管可用任意選擇纖維金屬層壓板中的金屬片的金屬，但是在本發(fā)明的另一個實施例中，提供一種纖維金屬層壓板，其中金屬片的金屬選自鋼合金、鋁合金、鎂合金以及鈦合金，由此招合金、鎂合金以及鈦合金尤其有用。
[0048]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，提供一種纖維金屬層壓板，其中纖維增強復合層包括玻璃、芳族聚酰胺、ΡΒ0、共聚物或碳纖維或者其組合。纖維增強復合層可以包括主要在一個方向上延伸的基本上連續(xù)的纖維，且/或可以包括主要在兩個垂直方向上延伸的基本上連續(xù)的纖維，諸如以0° /90°的交叉鋪層和/或在相對于0°的角度(例如，+45° /-45°形式)下，或者在與0°方向偏離的方向上的氣動彈性修整。最優(yōu)選的是其中復合層中的纖維定向在一個方向上(即，單向)的層壓板。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中排除織物。
[0049]根據本發(fā)明的尤其優(yōu)選的纖維金屬層壓板包括平坦或曲線的加倍裝置和用于機身、機翼或橫尾翼的鋁鋰蒙皮。
[0050]在本發(fā)明的又一個方面，提供根據以上權利要求中任一項的纖維金屬層壓板與另一個元件的組裝件，該另一個元件由包括黏性和/或纖維增強復合物的粘合層連接到纖維金屬層壓板或者通過機械緊固裝置來連接。該另一個元件優(yōu)選地包括選自諸如角形截面的剛性構件、Z形桁條、帽形桁條、C形桁條、Y形桁條、翼梁(截面)、肋(截面)、剪力固著楔和/或飛機結構的框架(截面)的結構元件和/或結構元件的組合。
[0051]在本發(fā)明的另一個方面中，另一個元件包括由諸如鋁合金、鎂合金、鈦合金和/或鋼合金的金屬和/或金屬片與復合層的組合制成的平板或錐形板。
[0052]在本發(fā)明的又一個方面中，提供纖維金屬層壓板與連接到其的另一個元件的組裝件，其中該另一個元件包括選自諸如角形截面的剛性構件、Z形桁條、帽形桁條、C形桁條、Y形桁條、翼梁(截面)、肋(截面)、剪力固著楔和/或飛機結構的框架(截面)的至少一個結構元件。
[0053]本發(fā)明的又一個方面提供這種組裝件在提供耐疲勞結構中的使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1是根據本發(fā)明的一個實施例的纖維金屬層壓板的透視圖；
[0055]圖2是根據本發(fā)明的另一個實施例的纖維金屬層壓板的透視圖；
[0056]圖3至7示出根據本發(fā)明的纖維增強壓板的幾個實施例中的纖維增強復合層的疲勞壽命與纖維體積分數之間的關系；
[0057]圖8示出權利要求1的參數與用于根據本發(fā)明的纖維增強層壓板的幾個實施例的纖維增強復合層的纖維體積分數之間的關系；
[0058]圖9示出權利要求2的參數與用于根據本發(fā)明的纖維增強層壓板的幾個其他實施例的纖維增強復合層的纖維體積分數之間的關系；以及[0059]圖10示出如在用于不同裂紋長度的循環(huán)加載下通過裂紋生長測量出的具有不同纖維體積分數的纖維增強層壓板的疲勞行為。
【具體實施方式】
[0060]在以下描述中，參照形成其一部分并且通過圖示來展示其中可以實現本發(fā)明的具體實施例的附圖。然而，本發(fā)明可以在沒有具體細節(jié)的情況下或通過本文描述的那些方法的某些替代等效方法來實現。
[0061 ] 本發(fā)明的基礎是纖維增強復合層和至少一個金屬片的唯一布置。根據本發(fā)明，提供包括纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板，其中纖維性質以如方程式(I)至(3)所提供的特定方式與金屬片性質有關。纖維增強復合層優(yōu)選地包括預先浸有復合基質系統(tǒng)、優(yōu)選地金屬黏合劑(半固化片)的纖維。復合層和金屬片的系統(tǒng)優(yōu)選地在熱和壓力下進行處理，以固化黏合劑并且形成固體板或部件。
[0062]發(fā)明人已經發(fā)現，具有根據方程式(I)至(3)的纖維性質的纖維金屬層壓板與相關性質不根據關系式(I)至(3)的纖維金屬層壓板相比，在接合強度以及在疲勞方面具有更好的結構性質，尤其是具有更高的抗裂紋生長性。方程式(I)至(3)中所用的參數是本領域技術人員熟知的，并且此人員將不難確定所提及的性質。本發(fā)明是基于金屬片厚度和纖維增強復合層的纖維體積分數在獲得高的抗裂紋生長性方面相關的觀點。
[0063]圖8中用圖表展示根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板的纖維體積分數與金屬片的剛度和厚度之間的關系(方程式(I))。根據本發(fā)明的幾個實施例的纖維金屬層壓板使用具有的纖維體積分數低于0.54(8卩，低于線19并且在線51與50之間)的纖維增強層。線50表示由 a = 1200kN/mm4、b = 0.88 且 c = O 提供的上限。線 51 表示由 a = 1200kN/mm4、b =
0.36且c = 0.3提供的下限。線20表示對于Vf〈0.3的下限且線54表示如由400*Vf kN/mm4提供的用于接合性能的上限。
[0064]圖9用圖表展示根據另一個實施例的纖維金屬層壓板的纖維體積分數與金屬片的剛度和厚度之間的關系(方程式(I))，其中線52表示由a = 1200kN/mm\b = 0.85且c=0.02提供的上限，而線53表示由a = 1200kN/mm4、b = 0.41且c = 0.26提供的下限。根據本發(fā)明的幾個實施例的纖維金屬層壓板使用具有的纖維體積分數低于0.54(即，低于線19并且在線53與52之間)的纖維增強層。線20表示對于Vf〈0.26的下限且線54表示如由400*Vf kN/mm4提供的用于接合性能的上限。
[0065]根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板中的纖維增強復合層輕且牢固，并且包括嵌入到聚合物中的增強纖維。聚合物可以用作各個層之間的粘合裝置。適用于纖維增強復合層中的增強纖維取決于金屬片中的金屬的選擇(參見方程式(I)至(3))但是可以包括玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、PBO纖維、碳纖維共聚物纖維和金屬纖維和/或以上纖維的組合。優(yōu)選的纖維包括具有相對高拉伸強度和/或剛度的增強纖維，該類中諸如碳纖維的高模量纖維是特別優(yōu)選的。優(yōu)選的增強纖維包括共聚物纖維，諸如稱為CopoN纖維并且可從Teijin購得的那些纖維。其他優(yōu)選的纖維將具有至少E_ft= 80GPa、或者更優(yōu)選地至少E纟Bft= 85GPa并且最優(yōu)選地至少E纖維= 90GPa的纖維剛度。
[0066]用于增強纖維的適合的基質材料的實例包括但不限于熱塑性聚合物，諸如聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚砜、聚醚醚酮、聚氨酯、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺酰亞胺、聚碳酸酯、聚苯醚摻合物(PPO)以及以上聚合物中的一個或多個的混合物和共聚物。適合的基質材料還包括熱固性聚合物，諸如環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、三聚氰胺/甲醛樹脂、苯酚/甲醛樹脂、聚亞安酯，在這些熱固性聚合物中，環(huán)氧樹脂是最優(yōu)選的。根據本發(fā)明，纖維復合物包括少于54體積百分比的纖維。
[0067]在根據本發(fā)明的層壓板中，纖維增強復合層優(yōu)選地包括在多個方向上(如0°、90°和相對于0°成角度)并且可能在兩個幾乎垂直的方向上(例如，交叉鋪層)延伸的基本上連續(xù)的纖維。然而，甚至更優(yōu)選的是纖維增強復合層包括主要在一個方向上延伸的基本上連續(xù)的纖維(所謂的UD材料)。有利的是，使用預浸半成品形式的纖維增強復合層。此“預浸料坯”通常在其固化之后展現出良好的機械性能，原因特別在于因為纖維已經通過基質聚合物提前濕化。
[0068]纖維金屬層壓板可以通過借助于在壓力下加熱和隨后冷卻將若干金屬片和纖維增強復合層彼此連接來獲得。本發(fā)明的纖維金屬層壓板具有良好的特定機械性質(每單位密度的性質)。特別適于使用的金屬包括鋼(合金)和輕金屬，諸如鋁合金、鎂合金并且特別是鈦合金。適合的鋁合金是基于諸如銅、鋅、鎂、硅、錳以及鋰的合金元素。也可以添加少量的鉻、鈦、鈧、鋯、鉛、鉍和鎳、以及鐵。適合的鋁合金包括鋁銅合金(2XXX系列)、鋁鎂合金(5xxx系列)、招娃鎂合金(6xxx系列)、招鋅鎂合金(7xxx系列)、招鋰合金(8xxx系列)以及鋁鎂鈧合金。適合的鈦合金包括但不限于包括T1-15V-3Cr-3Al-3Sn、T1-15Mo-3Al-3Nb、T 1-3A1-8 V-6Cr-4Zr-4Mo, T 1-13 V-11 Cr-3A I, Ti_6Al_4Y 以及 T1-6Al-4V_2Sn 的合金。在其他方面中，本發(fā)明并不限于使用這些金屬的層壓板，因此如果需要其他金屬，則可以使用例如銅和另一個適合的結構金屬。本發(fā)明的層壓板還可以包括不同合金的金屬片。
[0069]根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板通常將由若干金屬片和若干纖維增強復合層形成，條件是纖維增強復合層的性質和金屬片的性質滿足方程式(I)至(3)。
[0070]纖維金屬層壓板的外層可以包括金屬片和/或纖維增強復合層。金屬層的數量可以在大范圍內變化并且至少為一個。在一個特別優(yōu)選的纖維金屬層壓板中，金屬層的數量可以為兩個、三個或四個，在每一個金屬層之間優(yōu)選地涂布纖維增強復合層。取決于預期使用和要求設置，本領域技術人員可以容易地確定金屬片的最佳數量。金屬片的總數量通常將不超過40，然而本發(fā)明并不限于具有諸如此類的最大數量的金屬層的層壓板。根據本發(fā)明，金屬片的數量優(yōu)選地在I與30之間，并且更優(yōu)選地在I與10之間，其中金屬片優(yōu)選地具有至少0.25GPa的拉伸極限強度。
[0071]為了防止層壓板由于內部拉力而扭曲，根據本發(fā)明的層壓板可以相對于穿過層壓板的厚度中心的平面對稱地構造。
[0072]根據本發(fā)明的纖維金屬層壓板通過布置(交替)纖維增強復合層，優(yōu)選地為半固化片形式的纖維增強復合層和至少一個金屬片的層來容易地獲得。纖維金屬層壓板可以用許多不同的布置來設計。
[0073]參照圖1，展示根據一個實施例的纖維金屬層壓板，其中層的總數量是3，并且其中層I和層3包括金屬層和層2 (纖維復合層)?；蛘?，層I和層3包括纖維復合層和層2(金屬層)。層I和層3可以包括相同的金屬或者可以是不同種類的金屬。纖維復合層可以含有在多個方向上的纖維以及不同種類的纖維，對于這些纖維來說，至少一個纖維復合層中的至少一種纖維類型滿足方程式(I)至(3)中設置的要求。[0074]參照圖2，展示根據另一個實施例的纖維金屬層壓板，其中層的總數量是n，并且其中層I是金屬層并且層2是纖維復合層，這將是交替的直至層n-Ι和層η。
[0075]或者，層I是纖維復合層并且層2是金屬層，這將是交替的直至層n-Ι和層η。交替的金屬層可以是相同的金屬或者是不同種類的金屬，并且可以具有不同的厚度。另外，交替的纖維復合層中的至少一個可以含有在多個方向上的纖維以及不同種類的纖維，對于這些纖維來說，至少一個纖維復合層中的至少一種纖維類型相對于相鄰金屬層(優(yōu)選地具有最大金屬厚度)滿足方程式(I)至(3)中設置的要求。根據本發(fā)明，纖維增強復合層(例如，層2)和相鄰金屬片(例如，層I或3)的至少一個組合需要滿足關系式(I)至(3)，其中Ejgffift對應于包括所有層1、2……、η-1、η的總纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量(以kN/mm2為單位)。在金屬層(I)和(3)厚度不同的情況下，在該組合中優(yōu)選地選擇最厚的金屬層。在層壓板的外層是纖維復合層的情況下，此層優(yōu)選地需要相對于其相鄰金屬層滿足方程式(I)至(3)中設置的要求，除非另一個金屬層與其相鄰纖維復合層已經滿足要求。如果外層是金屬，則其優(yōu)選地需要相對于其相鄰纖維復合層滿足方程式(I)至(3)中設置的要求，除非另一個金屬層與其相鄰纖維復合層已經滿足要求。[0076]層壓板通過例如在平坦或單個、兩個或多個彎曲模具上以圖1和2中例示的順序準備纖維復合物和金屬片的堆疊來制造。在層壓之后，在適于基質樹脂(優(yōu)選地環(huán)氧樹脂)的溫度下，例如，在高壓處理器中，并且優(yōu)選地在真空下來固化整個結構以便將滯留空氣從層壓板排出來固化總結構。對于大多數應用來說，具有高玻璃轉換溫度的環(huán)氧樹脂將是最適宜的。然而，可以使用任何環(huán)氧樹脂。通常在室溫下或稍高于室溫、在約125°C的溫度下或者在約175°C的溫度下固化環(huán)氧樹脂。在壓力下固化之后獲得加固的層壓板。如上所述，也有可能使用熱塑性樹脂。
[0077]根據本發(fā)明的層壓板的另一個優(yōu)選制造方法包括多于一個固化周期。參照圖2，層壓板可以例如通過以下步驟來產生:首先在專用固化周期中制造含有層3至n-2的層壓板，并且隨后在第二調整的固化周期中借助于每側上具有符合方程式(I)至(3)的要求的適當纖維體積含量的纖維增強復合層(2和n-Ι)將兩個金屬層I和層η連接到此層壓板。
[0078]實例和比較實例
[0079]將通過幾個實例來說明本發(fā)明。將這些實例與一些已知層壓板進行比較，即，在由根據本發(fā)明的層壓板的線19、50、51、54和20所限定的區(qū)域之外的層壓板和用于根據優(yōu)選實施例的層壓板的線19、52、53、54和20所界定的區(qū)域之外的層壓板，參見圖8和圖9。
[0080]實例
[0081]所調查的層壓板稱為:
[0082]FML-G-A-UD-4/3:S2玻璃纖維增強FML，其具有在纖維增強復合層中定向在負載方向上的單向纖維和在金屬片中作為金屬的鋁2024-T3合金；
[0083]FML-C-A-UD-4/3:高強度碳纖維增強FML，其具有在纖維增強復合層中定向在負載方向上的單向纖維和在金屬片中作為金屬的鋁2024-T3合金；
[0084]FML-C-T-UD-4/3:高強度(HS)碳纖維增強FML，其具有在纖維增強復合層中定向在負載方向上的單向纖維和在金屬片中作為金屬的鈦T1-6A1-4V合金；
[0085]FML-1-T-UD-4/3:中間模量(IM)纖維(具有的剛度在高性能玻璃纖維與高模量碳纖維之間)增強FML，其具有在纖維增強復合層中定向在負載方向上的單向纖維和在金屬片中作為金屬的鈦T1-6A1-4V合金；以及
[0086]FML-G-A-CP-4/3:S2玻璃纖維增強FML，其具有在纖維增強復合層中主要定向在金屬卷繞方向上的交叉鋪層和在金屬片中作為金屬的鋁2024-T3合金。
[0087]所有分析的層壓板包括4個金屬片和與金屬片穿插的3個纖維增強復合層。為了能夠正確地比較，具有相同金屬厚度的每級層壓板(即，具有相同的金屬和纖維)具有大約相同的重量和與在Vf = 0.57獲得的IOOMPa應力相對應的運轉負載。
[0088]基于對具有5mm的啟動器缺口的樣本進行的多個疲勞試驗開發(fā)出分析方法，由此疲勞壽命被定義為獲得20mm的金屬裂紋長度所需的周期數量。
[0089]圖3至7中提供關于在不同的金屬片厚度和纖維增強層中的纖維體積分數下的所有層壓板的結果。
[0090]圖3示出就動態(tài)加載周期的數量而言的缺口疲勞壽命10對用于具有不同金屬片厚度的FML-G-A-UD-4/3FML的纖維體積分數20。曲線11、12、13、14、15、16和17是分別用于金屬片厚度0.5臟、0.6臟、0.8臟、1.Ctam、1.2臟、1.5臟和3.0臟。線19對應于Vf = 0.54。
[0091]圖4示出就動態(tài)加載周期的數量而言的缺口疲勞壽命10對用于具有不同金屬片厚度的FML-C-A-UD-4/3FML的纖維體積分數20。曲線21、22、23、24、25和26是分別用于金屬片厚度 0.7mm、0. 8mm、1.0mm> 1.5mm、2.0mm 和 4.0mm。線 19 對應于 Vf = 0.54。
[0092]圖5示出就動態(tài)加載周期的數量而言的缺口疲勞壽命10對用于具有不同金屬片厚度的FML-C-T-UD-4/3FML的纖維體積分數20。曲線31、32、33、34和35是分別用于金屬片厚度 0.9mm> 1.0mm> 1.5mm、2.0mm、和 3.0mm。線 19 對應于 Vf = 0.54。
[0093]圖6示出就動態(tài)加載周期的數量而言的缺口疲勞壽命10對用于具有不同金屬片厚度的FML-1-T-UD-4/3FML的纖維體積分數20。曲線41、42、43、44和45是分別用于金屬片厚度 0.7mm、0.8mm、1.0mm> 1.5mm 和 2.0mm。線 19 對應于 Vf = 0.54。
[0094]圖7最終示出就動態(tài)加載周期的數量而言的缺口疲勞壽命10對用于具有不同金屬片厚度的FML-G-A-CP-4/3FML的纖維體積分數20。曲線51、52、53、54、55和56是分別用于金屬片厚度0.4謹、0.5謹、0.6謹、0.8謹、1.0mm和1.5謹。線19對應于Vf = 0.54。
[0095]所有結果展示出用于每一個金屬片厚度的最佳Vf，由此展示最佳偏移以降低用于具有較厚金屬片的FML的Vf。最佳值對應于疲勞壽命(周期)10的數量的最大值。另外，展示了太低Vf產生比較不佳的疲勞性能。因此，Vf的最小值是本發(fā)明的一部分。
[0096]圖8和9中選擇和組合展示疲勞壽命的最大值(圖3至7中的最大值)的FML。最大值遵循線59，如圖8和9中所示。最佳線與b = 0.58且c = 0.15并且其中對于Vf〈0.15來說為0(零)相對應。這些圖展示針對纖維體積分數20的參數60 = ESJa&*ESl^/(E|^襯.2)(以kN/mm2為單位)。這些圖還用圖表表示關系式⑴至(3)，由此圖8中的虛線50和51分別表示對應于層壓板的最大疲勞性能的90%的關系式(I)的上限和下限。虛線50和51以及線54表示權利要求1所限定的邊界。對應于本發(fā)明的層壓板位于由線50、
19、51、54和20(對于Vf≤0.3)所界定的區(qū)域內。圖9表示對應于層壓板的最大疲勞性能的95%的關系式(I)的上限和下限(即，分別是虛線52和53)。虛線52、53和線54表示權利要求2所限定的邊界。根據此優(yōu)選實施例的層壓板位于由線54、52、19、53和20 (對于Vf ^ 0.26)所界定的區(qū)域內。
[0097]最佳纖維金屬層壓板(即，在動態(tài)加載下具有最高抗裂紋性的FML)都位于由表示關系式(2)的虛線50、51和線19以及表示關系式(3)的線54所限定的邊界內。如權利要求2中所限定的優(yōu)選實施例都位于由虛線52、53、線54以及線19所界定的邊界內。在本發(fā)明范圍之外的非最佳纖維金屬層壓板不在由虛線50、51 (或52、53)、線54以及線19所界定的區(qū)域內。
[0098]比較實例
[0099]比較實例I
[0100]在EP0322947B1中，充分詳細地描述兩個層壓板以允許根據本發(fā)明計算方程式
(I)至⑶的結果。
[0101]層壓板1(由ARALLl定義)包括各自具有t^M= 0.3mm的14個鋁合金7075-T6片。在各金屬層之間涂覆有厚度0.2mm并且Vf = 50%的芳族聚酰胺半固化片。[0102]層壓板2由夾在含有厚度t= 0.3mm的3個鋁合金7075-T6片的兩個ARALLl片之間的厚度t= 4mm的鋁合金2024-T3片構成。在每個ARALLl金屬片之間并且在ARALLl與較薄2024-T3合金片之間涂覆有厚度0.2mm并且Vf = 50%的芳族聚酰胺半固化片。
[0103]盡管所涂覆的鋁合金的楊氏模量在EP0322947B1中并未公開，但是此楊氏模量已經從 MMPDS(D0T/FAA/AR-MMPDS-01)獲得，其為 2024-T3 鋁合金提供 E4ijs = 72.4GPa，為7075-T6鋁合金提供E4ijs= 71.0GPa0芳族聚酰胺纖維的彈性模量或楊氏模量在EP0322947B1中也并未明確公開。因此，將假定，所涂覆的芳族聚酰胺纖維具有模量E纟=125GPa。為了計算復合層的剛度Es^jg，需要知道在EP0322947中未明確公開的所涂覆的基質系統(tǒng)的剛度。將假定基質系統(tǒng)的剛度是4GPa。
[0104]盡管在EP0322947B1中公開了芳族聚酰胺半固化片的厚度(0.2mm)，但是并不清楚這是在高壓處理器固化過程之前還是之后的厚度。因此，假定所提及的厚度對應于固化后的半固化片厚度。
[0105]在方程式(I)中應用EP0322947B1的所有明確公開和合理假定的性質數據得到層壓板I的695N/mm4的值和層壓板2的4N/mm4的值.因此，層壓板I在所請求的最佳區(qū)域之上，而層壓板2在權利要求的區(qū)域之下。在圖8和圖9中將后一個值將顯示為數據點CE1。
[0106]比較實例2
[0107]在W02007/145512A1中第16頁，描述夾在厚鋁層之間的GLARE內層壓板的三個組合層壓板。
[0108]層壓板I由GLARE1-5/4-0.4內層壓板構成，厚度4mm的鋁2024-T3片通過黏性膜(非纖維)粘合到其兩側上。
[0109]層壓板2類似于層壓板1，但是區(qū)別僅在于涂覆于GLARE和4mm鋁外片之間的膠黏劑。替代黏性膜，涂覆標準硅玻璃半固化片。
[0110]層壓板3類似于以上層壓板，區(qū)別僅在于替代GLARE與外4mm厚金屬之間的標準半固化片，標準半固化片連同黏性膜一起涂覆。標準S2玻璃半固化片的纖維體積含量是Vf= 60% (第16頁)，這在本發(fā)明所請求的區(qū)域之外。因此，層壓板I和層壓板2將落在本發(fā)明權利要求的區(qū)域之外。
[0111]除此以外要提及，未公開所涂覆的S2玻璃半固化片的厚度或其剛度，也未公開所涂覆的黏性膜的厚度和其剛度、GLARE層壓板與4mm厚外鋁層之間的復合層的厚度、纖維體積含量Vf或剛度。[0112]因此，不能建立W02007/145512A1的層壓板3是否滿足根據本發(fā)明的方程式(I)至⑶。
[0113]比較實例3
[0114]W02009/095381A1在第11頁公開具有放0.2mm厚度的兩個鋁2024-T3片的層壓板，其之間設置8個纖維增強層。纖維增強層包括具有Vf = 60%的UD S2玻璃纖維并且每個層具有0.25mm的厚度。
[0115]為了能夠計算根據方程式(I)至(3)的值，需要在W02009/095381A1中未明確公開的性質數據。具體來說，缺乏纖維增強層的剛度和金屬的剛度。對于玻璃纖維使用E纟.=88.5GPa，并且與以上提及的值相同的值用于纖維增強復合基質材料和鋁剛度，即，
=4GPa并且E4ijs= 72.3GPa，以及關于復合層厚度做出與先前實例相同的假定，計算方程式(I)的值得到345N/W。圖8和圖9中將此值展示為數據點CE3。W02009/095381A1的層壓板未展示最佳疲勞性質并且清楚的是該層壓板在權利要求的區(qū)域之外。
[0116]圖10示出如在用于不同裂紋長度的循環(huán)加載下通過裂紋生長測量出的具有不同纖維體積分數的纖維增強層壓板的疲勞行為。已知的纖維增強層壓板是所謂的GLARE3-4/3-0.5，其具有厚度為0.5mm的鋁層。因此，應將這些層壓板的結果與圖7的線52(相同金屬厚度)進行比較。圖10清楚地示出使用標準半固化片(G3S)的已知GLARE3-4/3-0.5層壓板在20mm的裂紋長度下具有185，000周期數的疲勞壽命。標準半固化片具有約58%的標稱纖維體積分數。對于使用標準半固化片(G3S)的已知GLARE3-4/3-0.5層壓板來說，參數6O的值=E層壓板*E復合物/ (E金屬*t金屬)，等于l62kN/mm。
[0117]根據本發(fā)明的層壓板(G3S0)具有與G3S相同的配置，但是區(qū)別在于將額外的黏性層添加到半固化片層。圖10中也示出此層壓板(具有約42.5%的體積分數)的疲勞結果，并且展示約330，000周期數的疲勞壽命，這幾乎比已知層壓板高過兩倍。在圖7中，層壓板G3S0的數據點將位于靠近線52的頂部。對于使用G3S0半固化片的層壓板來說，參數60的值=E層壓板*E復合物/ (E金屬金屬2)，等于I lOkN/mm4。根據本發(fā)明，存在疲勞行為中的最佳值，因為通過進一步減少纖維體積分數，疲勞性能將再次減少。的確，層壓板G3SL具有與先前層壓板G3S和G3S0相同的鋪疊，但是纖維體積分數進一步減少了約20%。對于使用G3SL+固化片的層壓板而曰，參數6O的值=E層壓板*E復合物/ (E金屬*t金屬)等于40kN/mm。G3SL層壓板展示減少的約230，000周期數的疲勞壽命(圖10)。圖8中也示出對于這些層壓板獲得的結果。此圖清楚地示出線50、51和54之間的所要求保護的區(qū)域顯示出最佳疲勞性能，因為使用G3S0半固化片的層壓板以及圖3至圖7中示出的缺口疲勞壽命的最大值都屬于此區(qū)域之內。使用諸如G3SL和G3S半固化片的半固化片的已知層壓板在本發(fā)明的區(qū)域之外，即，在用于使用G3S半固化片的層壓板的下限(線51)之下和在用于使用G3SL半固化片的層壓板的上限(線50)之上。
【權利要求】
1.一種相互粘合的纖維增強復合層和金屬片的纖維金屬層壓板，所述層壓板包括纖維增強復合層與相鄰金屬片的組合，所述組合的性質滿足以下關系: 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) (Ia)并且當Vf≤0.3時為零(Ib)所提供的下限值與a*(Vf-c) (b/(Vf-c))(其中b = 0.88且c = O)(Ic)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 ;以及
=所述組合中的所述纖維增強復合層在所述復合層的最高剛度方向上獲得的彈性楊氏模量，以kN/_2為單位 Esffi* =在與相同的方向上獲得的所述總纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量，以kN/mm2為單位 E.=所述組合中的所述金屬片的彈性楊氏模量，以kN/mm2為單位 tUa =所述組.合中的所述金屬片的厚度，以_為單位 Vf =所述組合中的所述纖維增強復合層的纖維體積分數。
2.根據權利要求1所述的纖維金屬層壓板，其中a= 1200kN/mm4 ;所述下限參數b =.0.41且c = 0.26,并且當Vf ( 0.26時所述下限為零；并且所述上限參數b = 0.85且c =.0.02。
3.根據權利要求1或2所述的纖維金屬層壓板，其中纖維增強復合層與相鄰金屬片的任意組合的性質滿足所述關系式(I)至(3)。
4.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中纖維增強復合層與兩個相鄰金屬片中的較厚者的組合的性質滿足所述關系式(I)至(3)。
5.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中E層壓板噸復合物/伍金屬襯金屬2) <300*Vf kN/mm4，并且更優(yōu)選地 <200*Vf kN/mm4。
6.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層的所述纖維體積分數滿足0.15 ( Vf<0.50、更優(yōu)選地0.20 ^ Vf ^ 0.45，并且最優(yōu)選地.0.20 ≤ Vf ≤ 0.40。
7.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其包括不同厚度的金屬片。
8.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其包括不同金屬合金的金屬片。
9.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其包括相同金屬合金的金屬片。
10.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其包括不同厚度的纖維增強復合層，和/或包括具有至少兩種不同纖維的纖維增強復合層，和/或包括纖維不同的纖維增強復合層。
11.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述金屬片的所述厚度是 0.4mm η
12.根據權利要求11所述的纖維金屬層壓板，其中所述金屬片的所述厚度是.0.5mm≤ t金屬< 2mm，并且優(yōu)選地在0.6mm< t金屬< 1.5mm之間。
13.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層中的所述纖維在多個不同的方向上延伸。
14.根據權利要求13所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層中的所述纖維在至少兩個相互不同的方向上延伸。
15.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層包括主要在一個方向上延伸的基本上連續(xù)的纖維。
16.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層的所述纖維體積分數滿足0.20 ( Vf〈0.50并且所述金屬片的所述厚度是0.2mm。
17.根據權利要求16所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層的所述纖維體積分數滿足0.30 ( Vf〈0.50并且所述金屬片的所述厚度滿足0.1.2mm。
18.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述金屬選自鋼合金、鋁合金、鎂合金以及鈦合金。
19.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層包括玻璃、芳族聚酰胺、PBO、共聚物或碳纖維或者其組合。
20.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述纖維增強復合層包括纖維，其中纖維剛度≥80GPa、更優(yōu)選地E≥85GPa并且最優(yōu)選地E≥90GPa。
21.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，所述層壓板包括平坦或彎曲的加倍裝置。
22.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板，其中所述層壓板包括用于機身、機翼或橫尾翼的鋁鋰蒙皮。
23.根據以上權利要求中任一項所述的纖維金屬層壓板與另一個元件的組裝件，所述另一個元件由包括粘合劑和/或纖維增強復合物的粘合層連接到所述纖維金屬層壓板或者通過機械緊固裝置來連接。
24.根據權利要求22所述的組裝件，其中所述另一個元件包括選自諸如角形截面的剛性構件、Z形桁條、帽形桁條、C形桁條、Y形桁條、翼梁(截面)、肋(截面)、剪力固著楔和/或飛機結構的框架(截面)的至少一個結構元件或其組合。
25.根據權利要求22所述的組裝件，其中所述另一個元件包括由諸如鋁合金、鎂合金、鈦合金和/或鋼合金的金屬和/或金屬片與纖維復合層的組合制成的平板或錐形板。
26.根據權利要求24所述的組裝件，其中所述平金屬板或錐形金屬板連接到另一個元件，所述另一個元件包括選自諸如角形截面的剛性構件、Z形桁條、帽形桁條、C形桁條、Y形桁條、翼梁(截面)、肋(截面)、剪力固著楔和/或飛機結構的框架(截面)的至少一個結構元件或其組合。
27.根據權利要求20至25中任一項所述的組裝件在提供耐疲勞結構中的使用。
28.用于獲得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中的金屬片厚度和所述纖維增強復合層的纖維體積分數以獲得所述纖維金屬層壓板的最佳疲勞性質的方法，所述方法包括:選擇纖維增強復合層和相鄰金屬片的組合、選擇所述金屬片厚度或纖維體積分數中的一個以及計算滿足以下關系的相應纖維體積分數或金屬片厚度:
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) (Ia)并且當Vf≥0.3時為零(Ib)所提供的下限值與a*(Vf-c) (b/(Vf-c))(其中b = 0.88且c = O)(1c)所提供的上限值之間的值 0.10 ≤Vf<0.54(2) E層壓板復合物
/(E^M*t^M2)<400*Vf kN/mm4 ⑶ 其中 a = 1200kN/mm4 ;以及
=所述組合中的所述纖維增強復合層在所述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 Esffi* =在與相同的方向上獲得的所述總纖維金屬層壓板的彈性楊氏模量，以kN/mm2為單位 E.=所述組合中的所述金屬片的彈性楊氏模量，以kN/mm2為單位 tUa =所述組.合中的所述金屬片的厚度，以_為單位 Vf =所述組合中的所述纖維增強復合層的纖維體積分數。
29.根據權利要求27所述的方法，其中a= 1200kN/mm4 ;所述下限參數b = 0.41且c=0.26，并且當Vf ( 0.26時所述下限為零；并且所述上限參數b = 0.85且c = 0.02。
30.根據權利要求27或28所述的方法，其中EJlω?*Es合物/(E金a*t金a2)〈300*VfkN/mm4并且更優(yōu)選地<200*Vf kN/mm4。
31.根據權利要求27至29中任一項所述的方法，其中所述纖維增強復合層的所述纖維體積分數滿足0.15 < Vf〈0.50。
32.根據權利要求27至30中任一項所述的方法，其包括不同厚度的金屬片。
33.根據權利要求27至31中任一項所述的方法，其包括不同金屬合金的金屬片。
34.根據權利要求27至31中任一項所述的方法，其包括相同金屬合金的金屬片。
35.根據權利要求27至33中任一項所述的方法，其在金屬層之間包括不同厚度的纖維增強復合層。
36.根據權利要求27至34中任一項所述的方法，其中所述金屬片的所述厚度低于4mm η
37.根據權利要求35所述的方法，其中所述金屬片的所述厚度低于2mm。
38.根據權利要求35所述的方法，其中所述纖維增強復合層中的所述纖維在至少兩個相互不同的方向上延伸，并且所述金屬片的所述厚度低于1.5mm且優(yōu)選地在0.6與1.5mm之間。
39.根據權利要求27至37中任一項所述的方法，其中所述纖維增強復合層中的所述纖維在多個不同的方向上延伸。
40.根據權利要求38所述的方法，其中所述纖維增強復合層中的所述纖維在至少兩個相互不同的方向上延伸。
41.根據權利要求27至37中任一項所述的方法，其中所述纖維增強復合層包括主要在一個方向上延伸的基本上連續(xù)的纖維。
42.根據權利要求27至40中任一項所述的方法，其中所述纖維增強復合層的所述纖維體積分數滿足0.20 ≤ Vf〈0.50并且所述金屬片的所述厚度是0.4mmt＜金屬≤0.2mm。
43.根據權利要求41所述的方法，其中所述纖維增強復合層的所述纖維體積分數滿足0.30 ( Vf〈0.50并且所述金屬片的所述厚度是0.5mm＜t金屬≤1.2mm。
44.根據權利要求27至42中任一項所述的方法，其中所述金屬選自鋼合金、鋁合金以及鈦合金。
45.根據權利要求27至43中任一項所述的方法，其中所述纖維增強復合層包括玻璃、芳族聚酰胺、PBO、共聚物或碳纖維或者其組合。
【文檔編號】B32B15/08GK103930266SQ201280052826
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年10月31日 優(yōu)先權日:2011年10月31日
【發(fā)明者】G·威爾遜, R·阿爾德里斯坦, J·W·岡尼克 申請人:Gtm先進產品有限公司