Композитные изделия, содержащие волокна с изменяющейся в продольном направлении конфигурацией

Композитные изделия, содержащие волокна с изменяющейся в продольном направлении конфигурацией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к композитам и более конкретно к армированным волокном композитным изделиям, имеющим улучшенные баллистические и оптические характеристики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Композитные конструкции обычно содержат матрицу, армированную волокнами, причем волокна встроены в матрицу. Композитные конструкции обычно предназначены для передачи нагрузок вдоль волокон. Нагрузки могут быть переданы от одного волокна к другому волокну в том же слое или к волокнам в соседнем слое путем передачи посредством матричного материала. Однако матрица обычно имеет уменьшенную прочность по сравнению с волокнами, так что при передаче сквозь матрицу достаточно высокой нагрузки от одного волокна к другому волокну указанная матрица может быть разрушена. При разрушении матрицы волокна могут перемещаться внутри композитной структуры.

Во время баллистического события, в котором на композитную панель воздействует снаряд, способность волокон перемещаться внутри матрицы может влиять на баллистические характеристики композитной панели. Например, способность волокон в матрице к перемещению может влиять на сопротивление композитной панели проникновению в нее снаряда. Для прозрачных композитных панелей перемещение волокон относительно матрицы также может влиять на оптические характеристики композитной панели. В этом отношении, перемещение волокон относительно матрицы во время баллистического события может влиять на размер области, ухудшающей оптические характеристики в результате воздействия снарядом.

Таким образом, в уровне техники имеется потребность в композитной конструкции, в которой перемещением волокон в матрице можно управлять для улучшения ее баллистических и оптических характеристик.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеуказанные потребностям, связанные с композитными изделиями, в частности могут быть удовлетворены настоящим изобретением согласно одному варианту его реализации, в котором предложено композитное изделие, содержащее матрицу и волокна, встроенные в матрицу. Каждое из волокон имеет длину и конфигурацию. Конфигурация по меньшей мере части волокон может изменяться вдоль длины волокна.

Согласно другому варианту реализации предложен способ изготовления композитного изделия. Способ содержит этап, на котором берут волокна, каждое из которых имеет длину и конфигурацию. Способ дополнительно содержит этап, на котором изменяют конфигурацию волокна вдоль его длины по меньшей мере для части волокон. Способ дополнительно содержит этап, на котором встраивают волокна в матрицу.

Также описан способ нагружения композитного изделия, такого как композитная панель транспортного средства. Способ содержит этап, на котором берут композитное изделие в форме волокон, встроенных в матрицу, причем каждое из волокон имеет длину и конфигурацию, при этом конфигурация волокна может изменяться вдоль его длины. Способ содержит этап, на котором располагают композитное изделие в первом положении, содержащем условие статической нагрузки. Способ также содержит этап, на котором располагают композитное изделие во втором положении, содержащем условие динамической нагрузки.

Предпочтительно изменение конфигурации волокна может улучшить механическое соединение между волокнами и матрицей. Изменение в конфигурации волокна также может улучшить механическое соединение между соседними волокнами. Механическое соединение вследствие изменения конфигурации волокна может являться средством для управления перемещением волокна относительно матрицы. Механическое соединение также может являться средством для управления скольжением или перемещением непосредственно соседних волокон.

Управление скольжением волокон может являться средством для управления частями длин волокон, которые вовлечены в ударное событие. Путем управления длиной волокон, вовлеченных в ударное событие, может быть улучшена энергопоглощающая способность волокон, в результате чего могут быть улучшены баллистические и/или оптические характеристики композитного изделия в ответ на воздействие снарядом.

Особенности, функции и преимущества, описанные в настоящей заявке, могут быть независимо достигнуты в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть комбинированы в других вариантах реализации, с подробностями которых можно ознакомиться из следующего ниже подробного описания и сопроводительных чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие особенности настоящего изобретения станут более очевидными по ознакомлении с чертежами, на которых подобными позиционными номерами обозначены подобные элементы по всему описанию, и на которых:

На фиг. 1 показан перспективный вид композитного изделия согласно одному варианту реализации, содержащего матрицу и волокна, встроенные в матрицу;

На фиг. 2 показан поэлементный перспективный вид композитного изделия, показанного на фиг. 1, содержащего несколько слоев волокон;

На фиг. 3 показан увеличенный перспективный вид части композитного изделия, показанного на фиг. 1, и показано расположение слоев волокон в матрице и дополнительно показано изменение конфигурации волокна вдоль каждого из волокон;

На фиг. 4 показан вид сверху одного из слоев, показанных на фиг. 3, показывающий изменения конфигурации волокна вдоль его длины;

На фиг. 5А показан вид сверху одного из волокон, показанных на фиг. 4, показывающий изменения конфигураций волокон, которые могут содержать последовательность первых и вторых частей;

На фиг. 5В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 5А, показывающий по существу плоскую форму поперечного сечения волокна;

На фиг. 5С показан разрез волокна, показанного на фиг. 5А, показывающий первую форму поперечного сечения одной из первых частей;

На фиг. 5D показан разрез волокна, показанного на фиг. 5А, показывающий вторую форму поперечного сечения одной из вторых частей;

На фиг. 6А показан вид сверху альтернативного варианта реализации волокна с отверстием, выполненным в волокне;

На фиг. 6В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 6А, показывающий по существу плоскую форму поперечного сечения волокна;

На фиг. 6С показан разрез волокна, показанного на фиг. 6А, показывающий первую форму поперечного сечения волокна, имеющую площадь поперечного сечения;

На фиг. 6D показан разрез волокна, показанного на фиг. 6А, показывающий вторую форму поперечного сечения волокна, имеющую по существу ту же самую полную площадь поперечного сечения, что и поперечное сечение, показанное на фиг. 6С;

На фиг. 7А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, содержащего последовательность первых и вторых частей;

На фиг. 7В показан разрез волокна, показанного на фиг. 7А, показывающий первую форму поперечного сечения одной из первых частей;

На фиг. 7С показан разрез волокна, показанного на фиг. 7А, показывающий вторую форму поперечного сечения одной из вторых частей;

На фиг. 8А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, имеющего змеевидную форму;

На фиг. 8В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 8А, показывающий по существу плоскую форму поперечного сечения волокна;

На фиг. 8С показан разрез волокна, показанного на фиг. 8В, показывающий форму поперечного сечения, имеющую центр тяжести площади волокна, смещенный в одну сторону от продольной оси волокна;

На фиг. 8D показан разрез волокна, показанного на фиг. 8В, показывающий центр тяжести площади, смещенный от продольной оси в сторону, противоположную стороне смещения центра тяжести площади, показанного на фиг. 8С;

На фиг. 9А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, содержащего последовательность выпуклостей, проходящую вдоль длины волокна;

На фиг. 9В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 9А, показывающий выпуклости, проходящие от верхней и нижней поверхностей волокна;

На фиг. 9С показан разрез волокна, показанного на фиг. 9В, показывающий первую форму поперечного сечения в местоположении одной из выпуклостей;

На фиг. 9D показан разрез волокна, показанного на фиг. 8В, показывающий вторую форму поперечного сечения волокна в области между выпуклостями;

На фиг. 10А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, содержащего последовательность относительно больших выпуклостей и относительно небольших выпуклостей, проходящих вдоль длины волокна;

На фиг. 10В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 10А, показывающий относительно большие выпуклости и относительно небольшие выпуклости, проходящие от верхней и нижней поверхностей волокна;

На фиг. 10С показан разрез волокна, показанного на фиг. 10В, показывающий формы поперечного сечения в местоположении одной из относительно небольших выпуклостей;

На фиг. 10D показан разрез волокна, показанного на фиг. 10В, показывающий формы поперечного сечения в местоположении одной из относительно больших выпуклостей;

На фиг. 11А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, имеющего спиральную форму;

На фиг. 11В показан разрез волокна, показанного на фиг. 11А, имеющего спиральную форму;

На фиг. 11С показан вид сверху другого дополнительного варианта реализации волокна, имеющего скрученную туда и обратно форму;

На фиг. 11D показан разрез волокна, показанного на фиг. 11С, имеющего скрученную туда и обратно форму;

На фиг. 12А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, содержащего последовательность первых и вторых частей, имеющих прямоугольную форму поперечного сечения;

На фиг. 12В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 12А, показывающий первые и вторые части;

На фиг. 12С показан разрез волокна, показанного на фиг. 12В, показывающий первую форму поперечного сечения в местоположении одной из первых частей;

На фиг. 12D показан разрез волокна, показанного на фиг. 12В, показывающий вторую форму поперечного сечения в местоположении одной из вторых частей;

На фиг. 13А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, имеющего сердечник, выполненный из первого материала и последовательность вторых частей, имеющих форму куба, выполненных из второго материала;

На фиг. 13В показан вид сбоку волокна, показанного на фиг. 13А, показывающий волоконный сердечник, проходящий сквозь последовательность видов вторых частей, имеющих форму куба;

На фиг. 13С показан разрез волокна, показанного на фиг. 13В, показывающий волоконный сердечник, выполненный из первого материала;

На фиг. 13D показан разрез волокна, показанного на фиг. 1В, показывающий одну из вторых частей, имеющих форму куба, выполненных из второго материала;

На фиг. 14А показан вид сверху дополнительного варианта реализации волокна, содержащего сердечник, выполненный из первого материала, и последовательность вторых частей, выполненных из второго материала;

На фиг. 14В показан разрез волокна, показанного на фиг. 14А, показывающий волоконный сердечник, выполненный из первого материала;

На фиг. 14С показан разрез волокна, показанного на фиг. 14А, показывающий одну из вторых частей, выполненных из второго материала;

На фиг. 15 показан вид сбоку волокна, имеющего конфигурацию, которая изменяется по полупериодическому закону;

На фиг. 16 показан перспективный вид части композитного изделия, состоящего из слоев, содержащих волокна, расположенные перпендикулярно относительно волокон в соседних слоях;

На фиг. 16А показан вид с торца композитного изделия, показанного на фиг. 16, показывающий вторые части волокон в чередующихся слоях, в целом выровненные с первыми частями волокон в соседних слоях;

На фиг. 16В показан вид с торца композитного изделия, показанного на фиг. 18А, показывающий действующую в перпендикулярном направлении силу, приложенную к волокнам, вызывающую взаимодействие волокон, ориентированных в одном направлении в слое, с волокнами, ориентированными в другом направлении (например, перпендикулярном), в соседнем слое;

На фиг. 17 показан вид сбоку испытуемого изделия, показывающий снаряд, воздействующего на переднюю сторону испытуемого изделия;

На фиг. 18 показан вид задней стороны испытуемого изделия, показанного на фиг. 17, показывающий относительно увеличенную область локального и глобального вовлечения волокон при относительно слабом соединении волокон с матрицей и/или межволоконном соединении в ответ на удар снаряда в переднюю сторону испытуемого изделия;

На фиг. 19 показан вид задней стороны испытуемого изделия, показывающий относительно небольшую область локального и глобального вовлечения волокон при усиленном соединении волокон с матрицей и/или межволоконном соединении по сравнению с вариантом реализации, показанным на фиг. 18;

На фиг. 20 показан перспективный вид слоистой системы, содержащей первый слой, второй слой и композитное изделие;

На фиг. 21 показан поэлементный перспективный вид слоистой системы, показанной на фиг. 20;

На фиг. 22 показана блок-схема по меньшей мере одного из этапов, которые могут быть включены в способ изготовления композитного изделия;

На фиг. 23 показан перспективный вид самолета, в который может быть встроено композитное изделие согласно по меньшей мере одному варианту реализации; и

На фиг. 24 показана блок-схема способа использования композитного изделия.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На чертежах с целью иллюстрации показаны предпочтительные и различные варианты реализации настоящего изобретения и, в частности, на фиг. 1 показано композитное изделие 10. Композитное изделие 10 может быть изготовлено в форме армированной волокном композитной панели 14, содержащей матрицу 18 и волокна 22, встроенные в матрицу 18. Предпочтительно волокна 22 имеют конфигурацию 32, которая изменяется вдоль волокон 22. Изменение конфигурации 32 волокна вдоль его длины 34 может облегчить механическое соединение между волокнами 22 и матрицей 18 (например, волоконно-матричное соединение). Изменение конфигурации 32 волокна вдоль длины 34 волокна 22 также может облегчить механическое соединение между расположенными рядом волокнами 22 (например, межволоконное соединение) в том же слое 20 и/или между волокнами 22, расположенными в различных слоях 20.

Волоконно-матричное механическое соединение может являться средством для управления перемещением или скольжением волокон 22 относительно матрицы 18. Межволоконное механическое соединение может являться средством для управления межволоконным перемещением или скольжением. Путем изменения конфигурации 32 волокна вдоль волокон 22 можно управлять частью длины 34 волокна, охваченной ударным событием. Предпочтительно изменение конфигурации 32 волокна вдоль его длины 34 может улучшить замедляющую способность композитного изделия 10 при ударе в него или входе в него снаряда.

Степень скольжения между волокнами 22 и матрицей 18 также может являться средством для управления разрушением волокон 22 в зависимости от расстояния или проникновения снаряда сквозь композитное изделие 10. В этом отношении, технический результат настоящего изобретения предпочтительно состоит в управлении или выборочном увеличении части каждого волокна 22, которая охвачена баллистическим событием, так что деформация растяжения в каждом волокне 22 может быть распределена вдоль относительно большей части длины волокна 22. Путем управления (например, увеличения) частью длины волокон 22, которая охвачены баллистическим событием, можно управлять (например, увеличивать) общим количеством энергии, поглощенной волокнами 22 во время ударного события. В этом отношении, растягивающими нагрузками, действующими на волокна 22, можно управлять как средством для предотвращения преждевременного разрушения волокна 22 при достижении предельного значения напряжения, действующего на волокна 22.

Кроме того, путем выборочного изменения конфигурации 32 волокна вдоль длины 34 волокна относительным перемещением волокон 22 можно управлять в качестве средства для управления количеством времени, в течение которого волокна участвуют в баллистическом ударном событии, который может быть коррелирован с увеличением количества времени, в течение которого волокна 22 замедляют снаряд, и увеличением энергии снаряда, которая может быть поглощена волокнами 22. Управление скольжением волокон 22 относительно матрицы 18 и относительно друг друга также может определяться или может быть улучшено путем выполнения волокон 22 из материалов, имеющих соответствующее предельное значение напряжения и/или соответствующую реакцию на степень напряжения, как описано более подробно ниже. В этом отношении, волокна 22 могут быть выполнены из материалов, имеющих предельное напряжение, которое препятствует разрушению волокон 22 и в тоже время увеличивают сопротивление или препятствуют проникновению снаряда в композитное изделие 10.

На фиг. 1 показано композитное изделие 10, имеющее поверхности 12. Композитное изделие 10 выполнено в форме композитной панели 14, имеющей поверхности 16 и содержащей волокна 22, встроенные в матрицу 18. Волокна 22 могут функционировать в качестве конструктивного усиления для матрицы 18 и могут улучшать механические и баллистические характеристики композитного изделия 10. В этом отношении, волокна 22 могут обеспечивать конструктивное усиление для регулирования удельной жесткости композитного изделия 10 в результате улучшения предела прочности и целевого модуля упругости (например, жесткости) волокон 22. Согласно настоящему изобретению, свойства, такие как прочность, напряжение и жесткость, описаны в терминах динамических характеристик или высокоскоростных деформационных характеристик.

На фиг. 2 показан поэлементный вид композитного изделия 10 или композитной панели 14, показанных на фиг. 1 и имеющих несколько слоев 20. В каждом из слоев 20 волокна 22 расположены рядом друг с другом, как обозначено позиционным номером 70. Каждое волокно 22 имеет длину 34 и продольную ось 36. Конфигурация 32 волокон 22 в каждом слое 20 может изменяться вдоль длины 34 волокна. Конфигурация 32 волокна может характеризоваться площадью 38 поперечного сечения и формой 40 поперечного сечения, причем площадь 38 поперечного сечения и/или форма 40 поперечного сечения могут изменяться вдоль длины 34 волокна. Волокна 22 в каждом слое 20 в целом могут быть выровнены друг с другом, причем продольные оси 36 волокон 22 в данном слое 20 в целом параллельны. Однако, согласно любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, волокна 22 могут быть сплетены в тонкий слой (не показано), расположенный в матрице, без ограничения расположением рядом друг с другом в слое или по существу параллельно друг другу в слое. Кроме того, любое волокно 22 согласно вариантам реализации, описанным в настоящей заявке, может быть соткано в ткань (не показана) без матрицы, причем указанное межволоконное соединение может обеспечивать преимущества, относящиеся к сопротивлению проникновению снаряда в ткань, способом, подобным описанному в настоящей заявке.

Согласно одному варианту реализации, продольные оси 36 волокон 22 в одном слое 20 могут быть ориентированы под углом относительно продольных осей 36 волокон 22 в расположенном непосредственно рядом слое 20. Например, на фиг. 2 показаны продольные оси 36 волокон 22 в одном слое 20, ориентированные перпендикулярно продольным осям 36 волокон 22 в слоях 20, расположенных непосредственно рядом с ним. Однако продольные оси 36 волокон 22 расположенных рядом слоев 20 могут быть ориентированы под любым углом относительно друг друга в зависимости от желательного наложения слоев в композитном изделии 10.

На фиг. 3 показано увеличенное изображение части композитного изделия 10, показанного на фиг. 2 и иллюстрирующего нескольких слоев 20. Каждый из слоев 20 содержит волокна 22, имеющие конфигурацию 32, которая изменяется вдоль длины 34 волокна. Как указано выше, слои 20 могут содержать волокна 22, ориентированные в любом направлении относительно волокон 22, расположенных в соседнем слое 20. Например, на фиг. 3 показана конструкция поперечного слоя, в котором волокна 22 одного слоя 20 ориентированы перпендикулярно волокнам 22 соседнего слоя 20. Следует отметить, что на фиг. 3 показан неограничивающий вариант реализации композитного изделия 10, который не должен толковаться как ограничение альтернативных расположений волокон 22 внутри матрицы 18. Например, волокна 22 в слоях 20 могут быть ориентированы перпендикулярно относительно волокон 22 других слоев 20, как показано на фиг. 3, или волокна 22 могут быть ориентированы не перпендикулярно (например, под углом 15°, 22,5°, 45°, 60°, 75°, и т.п.).

На фиг. 4 показан вид сверху слоя 20 волокон 22, на котором показаны изменения в конфигурации 32 волокна вдоль длины 34 волокон 22. Конфигурация 32 волокна 22 может быть характеризована площадью 38 поперечного сечения (как показано на фиг. 3) волокна 22 в данном месте вдоль длины 34 волокна и/или формой поперечного сечения волокна 22 в данном месте вдоль длины 34 волокна. Однако конфигурация 32 волокна может характеризоваться дополнительными параметрами, включая помимо прочего форму перехода между первой частью 52 волокна 22 и второй частью 54 волокна 22. Например, конфигурация 32 волокна может характеризоваться скругленным или плавным круговым переходом между первыми частями 52 и вторыми частями 54, как показано на фиг. 4. Согласно другому варианту реализации конфигурация волокна может характеризоваться относительно более острыми или резкими переходами между первыми частями 52 и вторыми частями 54, как, например, в варианте реализации, показанном на фиг. 12A-12D и описанном ниже.

Как показано на фиг. 4, конфигурация 32 волокна может изменяться периодическим способом 58 вдоль длины 34 волокна. В этом отношении, волокно 22 может содержать последовательность вторых частей 54, которые по существу могут быть распределены равномерно по существу с однородным расстоянием между вторыми частями 54. Каждая пара вторых частей 54 может быть разделена первой частью 52. Периодический способ 58 расположения конфигурации 32 волокна может содержать по существу подобную и повторяющуюся конфигурацию 32 волокна вдоль длины 34 волокна. Хотя в настоящей заявке описана конфигурация 32 волокна, которая изменяется периодическим способом 58 вдоль длины 34 волокна, волокна 22 могут иметь конфигурацию 32, которая изменяется полупериодическим способом 64 (как показано на фиг. 15). Например, конфигурация 32 волокна может изменяться с прогрессивным увеличением или уменьшением расстояний между соседними парами вторых частей 54, с таким как прогрессивное или постепенное увеличение или уменьшение расстояния между вторыми частями 54 волокна 22. Кроме того, конфигурация 32 волокна может изменяться в соответствии с повторными шаблонами (например, как показано на фиг. 15) вдоль любой части длины 34 волокна 22. Конфигурация 32 волокна также может быть расположена непериодическим или случайным способом (не показано) вдоль длины 34 волокна.

Как показано на фиг. 4, каждое волокно 22 по существу сформировано одинаково. Каждое из волокон 22 имеет боковые поверхности 30 и расположено таким образом, что между расположенными рядом волокнами 22 имеется зазор 72. Каждый из зазоров 72 по существу может быть заполнен матрицей 18 материала, если волокна 22 встроены в матрицу 18. Изменение в конфигурации 32 волокна вдоль длины волокон 22 может улучшить механическое соединение волокон 22 с матрицей 18. Кроме того, как показано на фиг. 4, волокна 22 могут быть расположены таким образом, что вторые части 54 волокон 22 по меньшей мере частично сопряжены 74 с первыми частями 52 соседних волокон 22. Предпочтительно по меньшей мере частичное сопряжение волокон 22 может улучшить их механическое соединение (например межволоконное соединение). Как указано выше, механическое соединение волокон 22 может уменьшить межволоконное скольжение или перемещение, что может являться средством для управления частью длины 34 волокна, охваченной баллистическим событием. В этом отношении, уменьшенное межволоконное скольжение может способствовать вовлечению большего количества волокон 22 в баллистическое событие. Увеличение количества волокон 22, вовлеченных в баллистическое событие, может увеличить общее энергопоглощение волокон 22, в результате чего могут быть улучшены баллистические характеристики композитного изделия 10 и/или послеударные оптические характеристики композитного изделия 10, как описано выше.

На фиг. 5А показан вид сверху одного из волокон 22, показанных на фиг. 4. В показанном на чертеже варианте реализации изменение в конфигурации 32 волокна представляет собой чередование первых частей 52 и вторых частей 54 периодическим 58 способом вдоль длины 34 волокна. Не смотря на то, что на чертеже показана в целом симметричная конфигурация относительно продольной оси 36, следует отметить, что конфигурация 32 волокна может характеризоваться асимметричной структурой (не показана), при которой конфигурация волокна 22 на одной стороне продольной оси 36 отличается от конфигурации волокна 22 на противоположной стороне продольной оси 36. Волокно 22 имеет ширину 44, которая может быть задана как наибольшая ширина волокна 22 в любом месте вдоль длины 34 волокна. Конфигурация волокна согласно любому из вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, для ясности может быть проиллюстрирована с увеличением или нет.

На фиг. 5В показан вид сбоку волокна 22, показанного на фиг. 5А. Волокно 22 в целом может иметь плоскую конфигурацию, при которой волокно 22 имеет верхнюю поверхность 26 и нижнюю поверхность 28, которые в целом параллельны друг другу и которые определяют толщину 42 волокна, которая в целом может быть постоянной вдоль длины 34 волокна. Толщина 42 волокна 22 может быть определена путем измерения в перпендикулярном направлении относительно ширины волокна 44. Согласно одному варианту выполнения верхняя поверхность 26 и нижняя поверхность 28 волокна 22 не являются параллельными друг другу.

На фиг. 5С показан разрез первой части 52 волокна 22, показанного на фиг. 5А. Волокно с конфигурацией 32 (как показано на фиг. 5А) имеет площадь 38 поперечного сечения и форму 40 поперечного сечения (как показано на фиг. 3). На фиг. 5С видно, что первая часть 52 волокна 22 имеет первую площадь 38а поперечного сечения и первую форму 40а поперечного сечения, которая является прямоугольной. Указанная прямоугольная форма поперечного сечения имеет короткую поперечную ось 86 и длинную поперечную ось 88. На фиг. 5D показана вторая часть 54 (также показанная на фиг. 5А), имеющая вторую площадь 38b поперечного сечения и вторую форму 40b поперечного сечения, которая может быть подобной прямоугольной первой форме 40а. В этом отношении, на фиг. 5А-5D показан вариант выполнения волокна 22 (в частности, показанный на фиг. 5В), в котором площадь 38 поперечного сечения изменяется вдоль длины 34 волокна, и форма 40 поперечного сечения по существу постоянна (например, прямоугольная) вдоль длины 34 волокна (как показано на фиг. 5А). Изменение площади 38 поперечного сечения вдоль длины 34 волокна 22, как показано на фиг. 5А, является результатом увеличения относительного удлинения прямоугольной формы 40 поперечного сечения вдоль длинной поперечной оси 88. Вариант реализации волокна 22, показанный на фиг. 5A-5D, может облегчить межволоконное механическое соединение в направлении плоскости (например, в слое).

На фиг. 6А показан вид сверху одного из волокон 22 согласно другому варианту реализации, в котором волокно 22 содержит чередование первой и второй частей 52, 54. Вторые части 54 могут содержать отверстие 66, такое как щель или паз, проходящий по меньшей мере частично или полностью сквозь волокно 22. Предпочтительно вторые части 54 волокна 22 могут быть выполнены таким образом, что форма поперечного сечения волокна 22 в первой части 52 может изменяться вдоль длины 34 волокна по сравнению с формой поперечного сечения волокна 22 во второй части 54. Кроме того, в варианте реализации, показанном на фиг. 6А, площадь поперечного сечения волокна 22 во второй части 54 по существу может быть равна площади поперечного сечения волокна 22 в первой части 52. Максимальная допустимая нагрузка (например, растягивающая нагрузка) волокна 22 может быть ограничена максимальной допустимой нагрузкой для наименьшей площади поперечного сечения в любой точке вдоль волокна 22. На фиг. 6А показано, что наименьшая площадь поперечного сечения волокна 22 может быть расположена в первой части 52. Путем ограничения площади поперечного сечения второй части 54 площадью поперечного сечения первой части 52 может быть минимизирован любой избыточный вес, связанный с увеличенными площадями поперечного сечения волокна 22.

На фиг. 6В показан вид сбоку волокна 22, показанного на фиг. 6А. Волокно 22 может в целом может иметь плоскую конфигурацию, как описано выше для волокна 22 в варианте реализации, показанном на фиг. 5A-5D. В этом отношении, волокно 22, показанное на фиг. 6A-6D, может иметь толщину 42, которая в целом может быть постоянной вдоль длины 34 волокна. Однако волокно 22 может иметь непостоянную толщину.

На фиг. 6С показан разрез первой части 52 волокна 22, показанного на фиг. 6А. Конфигурация 32 волокна в его первой части 52 характеризуется первой формой 40а поперечного сечения, обозначенной на чертеже заштрихованным прямоугольником, который ограничивает первую площадь 38а поперечного сечения. На фиг. 6D показана вторая часть 54, имеющая вторую площадь 38b поперечного сечения и вторую форму 40b поперечного сечения. Вторая форма 40b поперечного сечения волокна 22 является в целом формой прямоугольника, разделенного отверстием 66, показанным на чертеже между двумя заштрихованными областями. Вторая форма 40b поперечного сечения второй части 54 характеризуется общей площадью, равной сумме площадей двух заштрихованных участков. Общая площадь двух заштрихованных участков, показанных на фиг. 6D, по существу может быть равна площади заштрихованного участка, показанного на фиг. 6С. Таким образом, на фиг. 6A-6D показан один из множественных вариантов реализации волокна, причем площадь 38 поперечного сечения волокна 22 по существу постоянна вдоль длины 34 волокна (как показано на фиг. 6А), а форма 40 поперечного сечения изменяется вдоль длины 34 волокна.

На фиг. 7А показан вариант выполнения волокна 22, имеющий конфигурацию 32 волокна, которая изменяется вдоль длины 34 волокна. Конфигурация 32 волокна характеризуется последовательностью первых частей 52 и вторых частей 54, которые чередуются друг с другом. Первые части 52 и вторые части 54 на чертеже показаны расположенными периодическим 58 способом вдоль длины 34 волокна. Однако, как указано выше, конфигурация 32 волокна может быть расположена полупериодическим 64 способом, как показано на фиг. 15 и описано ниже. Конфигурация 32 волокна также может изменяться непериодическим способом.

Как показано на фиг. 7В, волокно 22 имеет первую площадь 38а поперечного сечения и первую форму 40а поперечного сечения, являющуюся круглой и представляющую первую часть 52 волокна 22 (показанную на фиг. 7А). На фиг. 6С показана вторая часть 54 (также показанная на фиг. 7А) волокна 22, имеющая вторую площадь 38b поперечного сечения и вторую форму 40b поперечного сечения, также имеющую круглую форму. На фиг. 7А-7С показан вариант выполнения волокна 22, имеющий изменяющуюся площадь 38 поперечного сечения (как показано на фиг. 7С) вдоль длины 34 волокна (как показано на фиг. 7А) и по существу постоянную форму 40 поперечного сечения вдоль длины 34 волокна. Изменение площади 38 поперечного сечения, показанное на фиг. 7В-7С, может быть результатом радиально-однородного увеличения или расширения в размере круглой формы 40 поперечного сечения.

Согласно одному варианту реализации, вторые части 54 (показанные на фиг. 7А) волокна 22 могут иметь вторую площадь 38b поперечного сечения (как показано на фиг. 7С), которая не больше чем примерно на 50% превышает первую площадь 38а поперечного сечения (как показано на фиг. 7В) первых частей 52 (показанных на фиг. 7А). Однако, согласно другому варианту выполнения волокна 22 вторые части 54 имеют вторую площадь 38b поперечного сечения, которая больше чем примерно на 50% превышает первую площадь 38а поперечного сечения первых частей 52. Согласно настоящему изобретению вторая площадь 38b поперечного сечения каждой второй части 54 охватывает, ограничивает или иным способом включает первую площадь 38а поперечного сечения первой части 52 или сердечник 50 волокна (как показано на фиг. 7А). Как указано выше, максимальная допустимая нагрузка (например, растягивающая нагрузка) волокна 22 ограничена максимальной допустимой нагрузкой участка с наименьшим поперечным сечением волокна 22, который может быть расположен в первой части 52. Путем ограничения размера вторых частей 54 избыточный вес и/или экономические потери, связанные с не несущей нагрузку частью волокна 22, могут быть минимизированы.

Предпочтительно волокно 22 согласно варианту реализации, показанному на фиг. 7А-7С, может улучшить межволоконное механическое соединение в плоскостном направлении (например, в слое) и также межволоконное механическое соединение в направлении вне плоскости (например, между слоями). Внеплоскостное механическое соединение волокон 22 (не показано на чертеже) может быть улучшено путем взаимодействия посредством сопряжения вторых частей 54 волокон 22 одного слоя 20 с первыми частями 52 волокон 22 слоях 20, расположенных непосредственно рядом с ним.

На фиг. 8А показан вид сверху варианта выполнения волокна 22, имеющего змеевидную форму 78. Волокно 22 может иметь площадь 38 поперечного сечения, которая может быть смещена относительно продольной оси 36 в различных местах 39 вдоль длины 34 волокна. Согласно одному варианту реализации, волокно 22 может иметь ширину 44, которая в целом постоянна вдоль длины 34 волокна, несмотря на то, что волокно 22 может иметь ширину 44, которая в целом изменяется вдоль длины 34 волокна. Как показано на фиг. 8В, волокно 22 имеет верхнюю и нижнюю поверхности 26, 28, которые в целом параллельны друг другу и задают толщину 42 волокна, которая в целом может быть постоянной. Однако, как указано выше, согласно одному варианту выполнения волокна 22 по меньшей мере одна из поверхностей 24 волокна ориентирована непараллельно по отношению к другой поверхности. Согласно одному из вариантов реализации, волокна 22, показанные на фиг. 8А, могут быть расположены рядом друг с другом (не показано) с образованием слоя, в котором смещения 76 волокон 22 могут быть по меньшей мере частично сопряжены друг с другом для создания межволоконного соединения.

На фиг. 8С показан разрез волокна 22 (показанного на фиг. 8В), имеющего прямоугольную площадь 38 поперечного сечения. Площадь 38 поперечного сечения задает центр 48 тяжести площади, который может быть смещен 76 в одну сторону или в обе стороны относительно продольной оси 36 (как показано на фиг. 8С) волокна 22. На фиг. 8D показан другой разрез волокна 22, имеющего прямоугольную площадь 38 поперечного сечения с центром 48 тяжести площади, который смещен 76 в другую сторону относительно продольной оси 36 в отличие от смещения 76 центра 48 тяжести площади, показанного на фиг. 8С. Волокно 22, показанное на фиг. 8A-8D, по существу имеет постоянную площадь 38 поперечного сечения и по существу постоянную форму 40 поперечного сечения (как показано на фиг. 7С) вдоль длины 34 волокна. Не смотря на то, что смещение 76 периодически 58 (как показано на фиг. 8А) изменяется вдоль длины 34 волокна с чередованием сторон продольной оси 36, смещение 76 с противоположных сторон продольной оси 36 может быть полупериодическим или непериодическим, как описано выше. Кроме того, смещение 76 не ограничивается одиночным направлением, таким как направление вдоль длинной поперечной оси 88, как показано на фиг. 8С-8D, но может быть смещением 76 по меньшей мере в одном из множественных различных направлений, включая направление вдоль короткой поперечной оси 86 или любое из множественных различных направлений.

На фиг. 9А показан вид сверху варианта выполнения волокна 22, содержащего последовательности имеющих по существу одинаковый размер и форму выпуклостей 81, выполненных вдоль длины 34 волокна. Центры выпуклостей 81 в целом расположены вдоль продольной оси 36. Однако, выпуклости 81 могут быть расположены в любом месте относительно продольной оси 36. Несмотря на то, что волокно 22 показано как имеющее боковые поверхности 30, которые в целом являются пря