Мультиполимерные композитные структуры и способы их получения

Мультиполимерные композитные структуры и способы их получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 опи