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1、(10)申请公布号 CN 103373011 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103373011 A *CN103373011A* (21)申请号 201310104995.1 (22)申请日 2013.03.28 13/450,823 2012.04.19 US B32B 5/26(2006.01) (71)申请人 波音公司 地址 美国， 伊利诺伊州 (72)发明人 MP科扎 MS威伦斯基 (74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 代理人 赵蓉民 张全信 (54) 发明名称 具有纵向变化几何形状的纤维的复合制品 (57) 摘要 本发明的名称是具有纵。
2、向变化几何形状的纤 维的复合制品。复合制品可包括基体和嵌入基体 的多条纤维。每条纤维具有纤维长度和纤维几何 形状。至少部分纤维的纤维几何形状可沿着纤维 长度改变。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 16 页 附图 17 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书16页 附图17页 (10)申请公布号 CN 103373011 A CN 103373011 A *CN103373011A* 1/2 页 2 1. 复合制品， 包括 ： 基体 (18) ； 嵌入所述基体 (18) 的多条纤维 (22) ； 每条纤维 (。
3、22) 具有纤维长度 (34) 和纤维几何形状 (32) ； 并且 所述纤维几何形状 (32) 沿着所述纤维长度 (34) 改变。 2. 权利要求 1 所述的复合制品， 其中 ： 所述纤维几何形状 (32) 具有横截面面积 ； 并且 所述横截面面积沿着所述纤维长度 (34) 可改变。 3. 权利要求 1 和 2 所述的复合制品， 其中 ： 所述纤维几何形状 (32) 具有横截面形状 ； 并且 所述横截面形状沿着所述纤维长度 (34) 可改变。 4. 权利要求 1-3 任一项所述的复合制品， 其中 ： 所述纤维 (22) 具有沿着所述纤维长度 (34) 延伸的纵轴 ； 所述纤维几何形状 (32)。
4、 具有横截面面积 ； 并且 所述横截面面积相对于所述纵轴在沿着所述纤维长度 (34) 的不同位置偏移。 5. 权利要求 1-4 任一项所述的复合制品， 其中 ： 所述纤维几何形状 (32) 具有横截面形状， 其具有贯轴 ； 并且 所述贯轴具有沿着纤维长度 (34) 改变的取向。 6. 权利要求 1-5 任一项所述的复合制品， 其中 ： 所述纤维 (22) 以并行布置放置以形成层 (20) ； 所述层 (20) 中的至少部分的纤维 (22) 由一系列的第一部分和第二部分组成 ； 并且 所述纤维 (22) 被布置为使得一条纤维 (22) 的所述第二部分至少部分与所述层 (20) 中邻近的一条纤维 。
5、(22) 的所述第一部分嵌套。 7. 权利与 1-6 任一项所述的复合制品， 其中 ： 所述纤维 (22) 是不透明的和基本上光学透明的至少一种 ； 和 所述基体 (18) 是不透明的和基本上光学透明的至少一种。 8. 制造复合制品的方法， 包括下述步骤 ： 提供多条纤维(22)， 每条具有纤维长度(34)和纤维几何形状(32)， 至少一条纤维(22) 具有沿着所述纤维长度 (34) 改变的纤维几何形状 (32) ； 和 将所述纤维 (22) 嵌入基体 (18)。 9. 权利要求 8 所述的方法， 进一步包括下述步骤 ： 沿着所述纤维长度 (34) 改变所述纤维 (22) 的横截面形状。 10。
6、. 权利要求 8 和 9 所述的方法， 进一步包括下述步骤 ： 沿着所述纤维长度 (34) 改变所述纤维 (22) 的横截面面积。 11. 权利要求 8-10 任一项所述的方法， 进一步包括下述步骤 ： 使所述纤维 (22) 的横截面形状相对于其纵轴偏移。 12. 权利要求 8-11 任一项所述的方法， 进一步包括下述步骤 ： 以并行布置放置所述纤维 (22) 以形成层 (20)， 所述纤维 (22) 的每条具有一系列的由 第一部分隔开的第二部分 ； 和 权 利 要 求 书 CN 103373011 A 2 2/2 页 3 放置所述纤维 (22) 以使所述层 (20) 中的一条纤维 (22) 。
7、的所述第二部分至少部分与 所述层 (20) 中紧邻的一条纤维 (22) 的所述第一部分嵌套。 13. 使交通工具的复合制品负荷的方法， 包括下述步骤 ： 提供复合制品(10)作为嵌入基体(18)的多条纤维(22)， 每条所述纤维(22)具有纤维 长度 (34) 和纤维几何形状 (32)， 所述纤维几何形状 (32) 沿着所述纤维长度 (34) 改变 ； 使所述复合制品 (10) 处于包含静态负荷条件的第一状态 ； 和 使所述复合制品 (10) 处于在包含动态负荷条件的第二状态。 14. 权利要求 13 所述的方法， 进一步包含下述步骤 ： 响应沿着所述纤维长度 (34) 改变的所述纤维几何形状。
8、 (32)， 使所述基体 (18) 中的裂 纹沿着弯曲路径传播。 15. 权利要求 13 和 14 所述的方法， 其中 ： 所述静态负荷条件与基本上不移动的交通工具相关 ； 和 所述动态负荷条件与运动中的所述交通工具相关。 权 利 要 求 书 CN 103373011 A 3 1/16 页 4 具有纵向变化几何形状的纤维的复合制品 技术领域 0001 本公开一般涉及复合材料， 并且更具体地涉及纤维强化的复合制品， 其具有改进 的弹道学性能和光学性能。 背景技术 0002 复合结构通常包括用纤维强化的基体， 其中纤维嵌入基体中。通常设计复合结构 以沿着纤维的长度传输负荷。 来自一条纤维的负荷可通。
9、过穿过基体材料转移至在相同层的 另一纤维或至在邻近层的纤维。 但是， 基体通常比纤维更弱， 这样当足够高的负荷横跨基体 从一条纤维转移至另一纤维时， 基体将破坏。基体的破坏使得纤维在复合结构内移动。 0003 在其中复合面板受射弹冲击的弹道学事件期间， 纤维在基体内移动的能力可影响 复合面板的弹道学性能。例如， 基体中纤维移动的能力可影响复合面板对射弹穿透的抵抗 性。对于透明的复合面板， 纤维相对于基体的移动也可影响复合面板的光学性能。就此而 言， 在弹道学事件期间， 纤维相对于基体的移动可影响由于射弹的冲击而具有降低的光学 性能的区域大小。 0004 可见， 对其中可控制纤维在基体中的移动从。
10、而可改进复合结构的弹道学性能和光 学性能的复合结构， 本领域存在需要。 发明内容 0005 通过本公开具体解决和缓解了上述与复合制品相关的需要， 在一个实施方式中本 公开提供具有基体和嵌入基体中的多条纤维的复合制品。 每条纤维具有纤维长度和纤维几 何形状。至少部分纤维的纤维几何形状可沿着纤维长度改变。 0006 在进一步的实施方式中， 公开了制造复合制品的方法。方法可包括提供每条具有 纤维长度和纤维几何形状的多条纤维的步骤。 方法可进一步包括沿着至少部分纤维的纤维 长度改变纤维几何形状的步骤。方法可另外包括将纤维嵌入基体的步骤。 0007 也公开了使复合制品如交通工具的复合面板负荷的方法。 方。
11、法可包括提供复合制 品作为嵌入基体的多条纤维， 其中每条纤维具有纤维长度和纤维几何形状并且其中纤维几 何形状可沿着纤维长度改变。方法可包括使复合制品处于包含静态负荷条件的第一状态。 方法也可包括使复合制品处于包含动态负荷条件的第二状态。 0008 有利地， 纤维几何形状变化可增强纤维和基体之间的机械结合。纤维几何形状变 化也可增强相邻纤维之间的机械结合。 由纤维几何形状变化提供的机械结合可提供控制纤 维相对于基体移动的手段。机械结合也可提供控制紧密相邻纤维的纤维滑动或移动的手 段。 0009 控制纤维的滑动可提供控制参与冲击事件的纤维的部分纤维长度的手段。 通过控 制参与冲击事件的纤维长度， 。
12、可改进纤维的能量吸收能力， 其可改进复合制品响应射弹冲 击的弹道学性能和 / 或光学性能。 0010 已经讨论的特征、 功能和优势可在本公开的各种实施方式中独立地实现或可在其 说 明 书 CN 103373011 A 4 2/16 页 5 他实施方式中结合， 其进一步的细节可参考下述说明和下面的附图领会。 附图说明 0011 当参考附图时， 本公开的这些和其他特征将变得显而易见， 附图中相同的数值指 通篇相同的部件并且其中 ： 0012 图 1 是包含基体和嵌入基体的多条纤维的实施方式中复合制品的透视图 ； 0013 图 2 是图 1 的复合制品的分解透视图并且图解了纤维的多个层 ； 0014。
13、 图3是图1一部分复合制品的放大透视图并且图解了基体内纤维层的布置并且进 一步图解了沿着每条纤维长度纤维几何形状变化 ； 0015 图 4 是图 3 层之一的俯视图， 其图解了纤维几何形状沿着纤维长度的变化 ； 0016 图5A是图4纤维之一的俯视图， 其图解了包括一系列的第一部分和第二部分的纤 维几何形状变化 ； 0017 图 5B 是取自图 5A 的纤维的侧视图并且图解了基本上平的纤维横截面形状 ； 0018 图 5C 是取自图 5A 的纤维的截面图并且图解了第一部分之一的第一横截面形状 ； 0019 图 5D 是取自图 5A 的纤维的截面图并且图解了第二部分之一的第二横截面形状 ； 00。
14、20 图 6A 是在纤维中形成开孔的纤维的可选实施方式的俯视图 ； 0021 图 6B 是取自图 6A 的纤维的侧视图并且图解了基本上平的纤维横截面形状 ； 0022 图6C是取自图6A的纤维的截面图并且图解了具有横截面面积的纤维的第一横截 面形状 ； 0023 图 6D 是取自图 6A 的纤维的截面图并且图解了与图 6C 中横截面面积具有基本上 相同的总横截面面积的纤维的第二横截面形状 ； 0024 图 7A 是包含一系列的第一和第二部分的纤维可选实施方式的俯视图 ； 0025 图 7B 是取自图 7A 的纤维的截面图并且图解了第一部分之一的第一横截面形状 ； 0026 图 7C 是取自图 。
15、7A 的纤维的截面图并且图解了第二部分之一的第二横截面形状 ； 0027 图 8A 是具有蛇形的纤维的可选实施方式的俯视图 ； 0028 图 8B 是取自图 8A 纤维的侧视图并且图解了基本上平的纤维横截面形状 ； 0029 图 8C 是取自图 8B 纤维的截面图并且图解了纤维面心 (area centroid) 偏离纤维 纵轴一侧的横截面形状 ； 0030 图 8D 是取自图 8B 的纤维的截面图并且图解了面心在与图 8C 中显示的面心相对 侧偏离纵轴 ； 0031 图 9A 是具有一系列沿着纤维长度延伸的突出部的纤维可选实施方式的俯视图 ； 0032 图9B是取自图9A的纤维的侧视图并且图。
16、解了从纤维的上表面和下表面延伸的突 出部 ； 0033 图9C是取自图9B的纤维的截面图并且图解了在突出部之一的位置处的第一横截 面形状 ； 0034 图9D是取自图9B的纤维的截面图并且图解了在突出部之间的区域中纤维的第二 横截面形状 ； 0035 图 10A 是具有一系列沿着纤维长度延伸的相对大的突出部和相对小的突出部的 纤维可选实施方式的俯视图 ； 说 明 书 CN 103373011 A 5 3/16 页 6 0036 图10B是取自图10A的纤维的侧视图并且图解了从纤维的上表面和下表面延伸的 相对大的突出部和相对小的突出部 ； 0037 图10C是取自图10B的纤维的截面图并且图解了。
17、在相对小的突出部之一的位置处 的横截面形状 ； 0038 图10D是取自图10B的纤维的截面图并且图解了在相对大的突出部之一的位置处 的横截面形状 ； 0039 图 11A 是形成螺旋形的纤维的可选实施方式的俯视图 ； 0040 图 11B 是取自图 11A 的纤维的截面图并且图解了螺旋形 ； 0041 图 11C 是形成来回扭曲形状的纤维的进一步可选实施方式的俯视图 ； 0042 图 11D 是取自图 11C 的纤维的截面图并且图解了来回扭曲形状 ； 0043 图 12A 是具有矩形横截面形状的一系列第一和第二部分的纤维可选实施方式的 俯视图 ； 0044 图 12B 是取自图 12A 的纤。
18、维的侧视图并且图解了第一和第二部分 ； 0045 图12C是取自图12B的纤维的截面图并且图解了在第一部分之一的位置处的第一 横截面形状 ； 0046 图12D是取自图12B的纤维的截面图并且图解了在第二部分之一的位置处的第二 横截面形状 ； 0047 图 13A 是纤维可选实施方式的俯视图， 其具有由第一材料形成的纤维核心和由第 二材料形成的一系列的立方形第二部分 ； 0048 图13B是取自图13A的纤维的侧视图并且图解了延伸通过系列立方形第二部分视 图的纤维核心 ； 0049 图 13C 是取自图 13B 的纤维的截面图并且图解了由第一材料形成的纤维核心 ； 0050 图13D是取自图1。
19、3B的纤维的截面图并且图解了由第二材料形成的立方形第二部 分之一 ； 0051 图 14A 是具有由第一材料形成的纤维核心和一系列由第二材料形成的球形第二 部分的纤维可选实施方式的俯视图 ； 0052 图 14B 是取自图 14A 的纤维的截面图并且图解了由第一材料形成的纤维核心 ； 0053 图14C是取自图14A的纤维的截面图并且图解了由第二材料形成的球形第二部分 之一 ； 0054 图 15 是具有以半周期方式变化的纤维几何形状的纤维的侧视图 ； 0055 图 16 是由纤维相对于邻近层的纤维正交布置的层组成的复合制品的一部分的透 视图 ； 0056 图 16A 是图 16 复合制品的端。
20、视图并且图解了交替层中纤维的第二部分通常与邻 近层中纤维的第一部分对齐 ； 0057 图16B是图16A复合制品的端视图， 其图解了施加至纤维的法向力， 其造成在层中 以一个方向取向的纤维与以邻近层的不同方向 ( 例如， 垂直 ) 取向的纤维啮合 ； 0058 图 17 是测试制品的侧视图并且图解了射弹冲击测试制品的前侧 ； 0059 图 18 是图 17 测试制品后侧视图并且图解了响应射弹对测试制品前侧的冲击， 纤 维相对大面积的局部和整体参与， 这是由于相对少量的纤维与基体结合和 / 或纤维与纤维 说 明 书 CN 103373011 A 6 4/16 页 7 结合 ； 0060 图 19。
21、 是测试制品后侧视图并且图解了纤维相对小面积的局部和整体参与， 这是 由于相对于图 18 显示的实施方式增加量的纤维与基体结合和 / 或纤维与纤维结合 ； 0061 图 20 是包含第一层、 第二层和复合制品的分层系统的透视图 ； 0062 图 21 是图 20 分层系统的分解透视图 ； 0063 图 22 是图解可包括在制造复合制品的方法中的一个或多个操作的流程图 ； 0064 图 23 是可在一种或多种实施方式中结合复合制品的飞行器的透视图 ； 和 0065 图 24 是图解使用复合制品的方法的实施方式的流程图。 具体实施方式 0066 现参考附图， 其中图示是为了图解本公开的优选实施方式。
22、和各种实施方式的目 的， 图 1 显示复合制品 10。复合制品 10 可制造为包含基体 18 和嵌入基体 18 中的多条纤维 22 的纤维强化的复合面板 14。有利地， 纤维 22 具有沿着纤维 22 的长度变化的纤维几何形 状 32。纤维几何形状 32 沿着纤维 22 的纤维长度 34 的变化可利于纤维 22 和基体 18 之间 的机械结合 ( 例如， 纤维 - 基体结合 )。纤维几何形状 32 沿着纤维 22 的纤维长度 34 的变 化也可利于相同层20中邻近纤维之间和/或不同层20中的纤维22之间的机械结合22(例 如， 纤维与纤维结合 )。 0067 纤维 - 基体机械结合可提供控制纤。
23、维 22 相对于基体 18 的移动或滑动的手段。纤 维与纤维机械结合可提供控制纤维与纤维移动或滑动的手段。通过沿着纤维 22 长度改变 纤维几何形状32， 可控制参与冲击事件的纤维长度34的部分。 有利地， 沿着纤维长度34改 变纤维几何形状 32 可改进减速射弹冲击或进入复合制品 10 的能力。 0068 纤维 22 和基体 18 之间滑动的量也可提供控制作为射弹通过复合制品 10 的距离 或穿透性的函数的纤维 22 减弱的手段。就此而言， 本公开有利地提供了技术效果 ： 控制或 选择性增加参与弹道学事件的每条纤维 22 的长度部分， 从而每条纤维 22 中的抗拉应变可 被分配遍及纤维 22。
24、 的相对更长长度。通过控制 ( 例如， 增加 ) 参与弹道学事件的纤维 22 的部分长度， 可控制 ( 例如， 增加 ) 在冲击事件期间由纤维 22 吸收的总的能量。就此而言， 可控制纤维 22 中的拉伸负荷， 作为当纤维 22 达到极限应变值时防止纤维 22 过早断裂的手 段。 0069 此外， 通过沿着纤维长度 34 选择性改变纤维几何形状 32， 可控制纤维 22 的相对 移动， 作为控制纤维参与弹道学冲击事件的时间量的手段， 该时间量可与纤维 22 对于减速 射弹和增加可被纤维 22 吸收的射弹能量的量具有的时间量的增加相关。纤维 22 相对于基 体 18 和相对于彼此的滑动的控制也可。
25、通过由具有适当的极限应变值和 / 或适当的应变速 率响应的材料形成纤维 22 而受到影响或得以改进， 如下面更详细描述。就此而言， 纤维 22 可由具有防止纤维22减弱同时也抵抗或防止复合制品10被射弹穿透的极限应变的材料形 成。 0070 图 1 中， 显示具有制品表面 12 的复合制品 10。复合制品 10 形成为具有面板表面 16 并且包括嵌入基体 18 中的多条纤维 22 的复合面板 14。纤维 22 可起到基体 18 的结构 加固的作用并且可改进复合制品 10 的机械和弹道学性能。就此而言， 由于纤维 22 的增强 的抗拉强度和目标弹性模数(例如， 刚度)， 纤维22可提供结构强化，。
26、 以调制复合制品10的 说 明 书 CN 103373011 A 7 5/16 页 8 比刚度(比劲度)。 在本公开中， 从动态或高应变速率性质的角度描述性质， 比如强度、 应变 和刚度。 0071 在图 2 中， 显示图 1 的复合制品 10 或复合面板 14 的分解视图并且图解了多个层 20。 在每个层20中， 纤维22以并行70布置放置。 每条纤维22具有纤维长度34和纵轴36。 每个层 20 中纤维 22 的纤维几何形状 32 可沿着纤维长度 34 改变。纤维几何形状 32 可包 括横截面面积 38 和横截面形状 40， 其每一个或其二者可沿着纤维长度 34 改变。每个层 20 中的纤。
27、维 22 可大致彼此对齐， 其中纤维 22 的纵轴 36 在给定层 20 中是大致平行的。但是， 在本文公开的任何实施方式中， 纤维 22 可并入基体中的编织层 ( 未显示 ) 中并且不限于在 层中彼此以并行关系对齐或在层中彼此以基本平行关系对齐。此外， 本文公开的任何纤维 22 的实施方式可以以织物 ( 未显示 ) 实施而没有基体， 并且其中关于织物的射弹穿透抵抗 性， 纤维与纤维结合可以以与本文所述相似的方式提供优势。 0072 在一个实施方式中， 一个层 20 中纤维 22 的纵轴 36 可以相对于紧邻的一个层 20 中纤维 22 的纵轴 36 以一角度取向。例如， 图 2 图解一个层 。
28、20 中纤维 22 的纵轴 36 相对于 紧邻其的层 20 中的纤维 22 的纵轴 36 垂直取向。但是， 邻近的一个层 20 中纤维 22 的纵轴 36 可取决于期望的复合制品 10 的铺层堆叠相对于彼此以任何角度取向。 0073 图 3 是图 2 复合制品 10 一部分的放大视图并且图解了数个层 20。每个层 20 包 括具有沿着纤维长度 34 变化的纤维几何形状 32 的纤维 22。如上述， 层 20 可包括纤维 22， 其相对于紧邻层 20 的纤维 22 以任何方向取向。例如， 图 3 图解交叉铺层构造， 其中一个层 20 的纤维 22 相对于紧邻层 20 的纤维 22 垂直取向。应当。
29、注意， 图 3 是复合制品 10 的非限 制性实施方式的图解并且不应解释为限制基体 18 中纤维 22 的可选布置。例如， 层 20 中的 纤维 22 可以相对于其他层 20 中纤维 22 以垂直方位取向， 如图 3 中所图解， 或纤维 22 可以 以非垂直方位 ( 例如， 15、 22.5、 45、 60、 75等 ) 取向。 0074 图 4 是纤维 22 的层 20 的俯视图， 其显示纤维几何形状 32 沿着纤维 22 的纤维长 度34变化。 纤维22的纤维几何形状32可由纤维22在沿着纤维长度34的给定位置处的横 截面面积 38( 图 3) 和 / 或由纤维 22 在沿着纤维长度 34。
30、 的给定位置处的横截面形状表征。 但是， 纤维几何形状 32 可由另外的参数表征， 包括， 但不限于， 纤维 22 的第一部分 52 和纤 维 22 的第二部分 54 之间过渡的形状。例如， 纤维几何形状 32 可表征为第一部分 52 和第 二部分 54 之间圆形的或平滑圆角的过渡， 如图 4 中所显示。可选地， 几何形状可表征为第 一部分 52 和第二部分 54 之间相对尖锐的或更陡峭的过渡， 如在图 12A-12D 的实施方式中 显示和下面所描述的。 0075 在图 4 中， 纤维几何形状 32 可以以周期性 58 方式沿着纤维长度 34 变化。就此而 言， 纤维 22 可包括一系列的第二。
31、部分 54， 其可以基本上均匀的方式分布， 在第二部分 54 之 间具有基本均匀的间隔。每对第二部分 54 可由第一部分 52 分开。纤维几何形状 32 的周 期性58布置可包括沿着纤维长度34基本上类似的和重复的纤维几何形状32。 尽管本公开 描述以周期性58方式沿着纤维长度34变化的纤维几何形状32， 但可提供纤维22具有以半 周期性 64( 图 15) 方式变化的纤维几何形状 32。例如， 纤维几何形状 32 可以相邻一对第二 部分 54 之间逐渐变大或变小的距离变化， 比如纤维 22 的第二部分 54 之间的间隔逐渐或渐 渐增加或减少。另外， 纤维几何形状 32 可以以重复的模式 ( 。
32、例如， 图 15) 沿着纤维 22 的纤 维长度 34 的任何部分变化。纤维几何形状 32 也可以以非周期性或随机的 ( 未显示 ) 方式 说 明 书 CN 103373011 A 8 6/16 页 9 沿着纤维长度 34 变化。 0076 在图 4 中， 每条纤维 22 显示为基本上类似地配置。纤维 22 每条具有侧表面 30 并 且被布置以在邻近纤维 22 之间形成间隙 72。当纤维 22 嵌入在基体 18 中时， 每个间隙 72 可基本上充满基体 18 材料。纤维几何形状 32 沿着纤维 22 的纤维长度 34 的变化可改进纤 维 22 与基体 18 的机械结合。另外， 如图 4 中所显。
33、示， 纤维 22 可被布置以便纤维 22 的第二 部分 54 至少部分嵌套 74 邻近纤维 22 的第一部分 52。有利地， 纤维 22 的至少部分嵌套关 系可改进纤维 22 的机械结合 ( 例如， 纤维与纤维结合 )。如上述， 纤维 22 的机械结合可减 少纤维与纤维滑动或移动， 其可提供控制参与弹道学事件的部分纤维长度 34 的手段。就此 而言， 减少的纤维与纤维滑动可导致更大量的纤维 22 参与弹道学事件。增加参与弹道学事 件的纤维 22 的量可增加纤维 22 总的能量吸收能力， 其可改进复合制品 10 的弹道学性能和 / 或复合制品 10 的冲击后光学性能， 如上所述。 0077 参看。
34、图 5A， 显示图 4 的一条纤维 22 的俯视图。在显示的实施方式中， 纤维几何形 状 32 的变化包含第一部分 52 和第二部分 54 以周期性 58 方式沿着纤维长度 34 交替。尽 管显示为相对于纵轴 36 具有大致对称的构造， 但是考虑可提供纤维几何形状 32 具有不对 称的构造 ( 未显示 )， 其中纤维 22 在纵轴 36 一侧的构造不同于纤维 22 在纵轴 36 相对侧的 构造。纤维 22 具有纤维宽度 44， 其可定义为纤维 22 在沿着纤维长度 34 任何位置的最大宽 度。 在本文公开的任何纤维实施方式中， 为了清楚， 图解的纤维几何形状可被放大或可不放 大。 0078 图。
35、 5B 是图 5A 纤维 22 的侧视图。纤维 22 可提供为大致平的构造， 其中纤维 22 具 有上表面 26 和下表面 28， 它们大致彼此平行并且其可限定沿着纤维长度 34 可大致恒定的 纤维厚度 42。纤维 22 的纤维厚度 42 可定义为相对于纤维宽度 44 垂直地测量。可以以其 中纤维 22 上表面 26 和下表面 28 以彼此非平行关系取向的实施方式提供纤维 22。 0079 图 5C 是图 5A 纤维 22 的第一部分 52 的横截面。纤维几何形状 32( 图 5A) 具有横 截面面积 38 和横截面形状 40( 图 3)。在图 5C 中， 纤维 22 的第一部分 52 具有构。
36、成矩形的 第一横截面面积38a和第一横截面形状40a。 矩形横截面形状具有短的贯轴86和长的贯轴 88。图 5D 图解第二部分 54( 图 5A)， 其具有第二横截面面积 38b 和可与矩形第一横截面形 状 40a 类似的第二横截面形状 40b。就此而言， 图 5A-5D 表示其中横截面面积 38 沿着纤维 长度 34 可改变并且横截面形状 40 沿着纤维长度 34 基本上恒定 ( 例如， 矩形 )( 图 5A) 的 纤维 22 的实施方式 ( 图 5B)。横截面面积 38 沿着图 5A 纤维 22 的纤维长度 34 的改变是矩 形横截面形状 40 沿着长的贯轴 88 纵横比增加的结果。图 5。
37、A-5D 中图解的纤维 22 的实施 方式可利于在平面内方向内 ( 例如， 层内 ) 纤维与纤维机械结合。 0080 参看图6A， 显示的是可选实施方式中一条纤维22的俯视图， 其中纤维22包括交替 的第一和第二部分 52、 54。第二部分 54 可包括开孔 66， 比如至少部分或完全延伸通过纤维 22 的洞或缝。有利地， 可配置纤维 22 的第二部分 54， 以便第一部分 52 中纤维 22 的横截面 形状可相对于第二部分 54 中纤维 22 的横截面形状沿着纤维长度 34 改变。另外， 在图 6A 显示的实施方式中， 第二部分 54 中纤维 22 的横截面面积可基本上等于第一部分 52 中。
38、纤维 22 的横截面面积。纤维 22 的负荷支撑能力 ( 例如， 拉伸负荷 ) 可限于在沿着纤维 22 长度 的任何点的最小横截面面积的负荷支撑能力。在图 6A 中， 纤维 22 的最小横截面面积可位 于第一部分 52。通过限制第二部分 54 的横截面面积基本上等于第一部分 52 的横截面面 说 明 书 CN 103373011 A 9 7/16 页 10 积， 与纤维 22 放大的横截面面积相关的任何重量障碍 (penalty) 可被最小化。 0081 图 6B 是图 6A 纤维 22 的侧视图。纤维 22 可提供为大致平的构造， 如上面关于图 5A-5D 纤维 22 的实施方式所述。就此而。
39、言， 图 6A-6D 中显示的纤维 22 可具有可沿着纤维长 度 34 大致恒定的纤维厚度 42。但是， 纤维 22 可以以其中纤维 22 具有非恒定厚度的实施方 式提供。 0082 图6C是图6A纤维22的第一部分52的横截面。 在第一部分52的纤维几何形状32 包括第一横截面形状 40a， 其由交叉平行线阴影矩形表示并且其围绕第一横截面面积 38a。 图 6D 显示具有第二横截面面积 38b 和第二横截面形状 40b 的第二部分 54。第二横截面形 状 40b 包含由两个交叉平行线阴影区域之间的开孔 66 分开的大致矩形纤维 22。第二部分 54 的第二横截面形状 40b 包含交叉平行线阴。
40、影区域对的总体面积。图 6D 中交叉平行线阴 影区域的总体面积可基本上等于图 6C 中显示的交叉平行线阴影区域。就此而言， 图 6A-6D 图解了可配置的其中纤维 22 的横截面面积 38 沿着纤维长度 34 基本上恒定 ( 图 6A) 并且 横截面形状 40 沿着纤维长度 34 改变的许多纤维实施方式之一。 0083 参看图7A， 显示具有沿着纤维长度34改变的纤维几何形状32的纤维22的实施方 式。纤维几何形状 32 由彼此交替的一系列第一部分 52 和第二部分 54 组成。第一部分 52 和第二部分 54 显示为以周期性 58 方式沿着纤维长度 34 布置。但是， 如上述， 纤维几何形 。
41、状 32 可以以半周期 64 方式布置， 如图 15 中显示以及下面描述的。纤维几何形状 32 也可 布置为以非周期性方式变化。 0084 如图 7B 中所显示， 纤维 22 具有构成圆形并且表示纤维 22 的第一部分 52( 图 7A) 的第一横截面面积 38a 和第一横截面形状 40a。图 6C 图解纤维 22 的第二部分 54( 图 7A)， 其具有也构成圆形的第二横截面面积 38b 和第二横截面形状 40b。图 7A-7C 图解纤维 22 实 施方式， 其具有沿着纤维长度 34( 图 7A) 改变的横截面面积 38( 图 7C) 以及沿着纤维长度 34 基本上恒定的横截面形状 40。图。
42、 7B-7C 中横截面面积 38 的变化可以是圆形横截面形状 40 的尺寸放射状均匀增加或放大的结果。 0085 在一个实施方式中， 纤维 22 的第二部分 54( 图 7A) 可具有的第二横截面面积 38b( 图 7C) 不大于第一部分 52( 图 7A) 的第一横截面面积 38a( 图 7B) 的约 50%。但是， 可 以以其中第二部分 54 的第二横截面面积 38b 大于第一部分 52 的第一横截面面积 38a 的约 50% 的实施方式提供纤维 22。在本公开中， 每个第二部分 54 的第二横截面面积 38b 包括、 环绕或以其他方式包括第一部分 52 或纤维核心 50 的第一横截面面积。
43、 38a( 图 7A)。如上 述， 纤维 22 的负荷支撑能力 ( 例如， 拉伸负荷 ) 由可位于第一部分 52 的纤维 22 的最小横 截面的负荷支撑能力限定。通过限制第二部分 54 的尺寸， 与纤维 22 的非负荷支撑部分相 关的重量障碍和 / 或经济障碍可被最小化。 0086 有利地， 图 7A-7C 中图解的纤维 22 实施方式可利于平面内方向内 ( 例如， 层内 ) 的纤维与纤维机械结合并且也利于平面外方向内(例如， 层之间)的纤维与纤维机械结合。 尽管未显示， 一个层 20 中纤维 22 的第二部分 54 与紧邻其的层 20 中纤维 22 的第一部分 52 的嵌套啮合可利于纤维 2。
44、2 的平面外机械结合。 0087 参看图 8A， 显示具有蛇形 78 的纤维 22 实施方式的俯视图。纤维 22 可具有在沿着 纤维长度 34 的不同位置 39 可相对于纵轴 36 偏移的横截面面积 38。在一个实施方式中， 纤 维22可具有沿着纤维长度34大致恒定的纤维宽度44， 尽管纤维22可配置具有沿着纤维长 说 明 书 CN 103373011 A 10 8/16 页 11 度 34 可大致变化的纤维宽度 44。如图 8B 中所显示， 纤维 22 具有上表面和下表面 26、 28， 其彼此大致平行并且限定可以大致恒定的纤维厚度 42。但是， 如上述， 纤维 22 可以以其中 一个或多个。
45、纤维表面24以彼此非平行关系取向的实施方式提供。 在一个实施方式中， 图8A 中显示的多条纤维 22 可以并行排列 ( 未显示 ) 布置， 以形成其中纤维 22 的偏移 76 可至少 部分彼此嵌套的层以提供纤维与纤维结合。 0088 图 8C 是纤维 22( 图 8B) 的截面图， 图解了纤维 22 的矩形横截面面积 38。横截面 面积 38 限定可在纤维 22 的纵轴 36 的一侧或两侧 ( 图 8C) 偏移 76 的面心 48。图 8D 是纤 维 22 的进一步截面图， 其图解纤维 22 的矩形横截面面积 38， 其具有相对于图 8C 中显示的 面心 48 的偏移 76 在纵轴 36 一侧。
46、上偏移 76 的面心 48。图 8A-8D 中的纤维 22 沿着纤维长 度 34 具有基本上恒定的横截面面积 38 和基本上恒定的横截面形状 40( 图 7C)。尽管偏移 76 沿着纤维长度 34 在纵轴 36 的交替侧是周期性的 58( 图 8A)， 但是在纵轴 36 相对侧上的 偏移 76 可为半周期或非周期性的， 如上所述。此外， 偏移 76 不限于为在单个方向上比如沿 着长的贯轴 88 的偏移 76， 如图 8C-8D 中所显示， 而是可以为在一个或多个各种不同方向的 偏移 76， 包括在短的贯轴 86 方向， 或在各种不同方向的任何一个上。 0089 参看图 9A， 显示具有一系列基。
47、本上相等尺寸的并且配置沿着纤维长度 34 形成的 突出部 81 的纤维 22 实施方式的俯视图。突出部 81 显示为沿着纵轴 36 大致居中。但是， 突出部 81 可提供在相对于纵轴 36 的任何位置。尽管纤维 22 显示为具有大致直的侧表面 30， 但纤维 22 可提供为任何形状， 比如图 8A 中所示的蛇形 78 或任何其他形状， 没有限制。 0090 图9B是图9A纤维22的侧视图， 其显示沿着纤维长度34大致恒定的纤维厚度42。 突出部 81 显示为以交替方式从纤维 22 的上表面 26 和下表面 28 延伸。但是， 突出部 81 可 在上表面和下表面 26、 28 的单个上形成。可选。
48、地， 突出部 81 可在上表面和下表面 26、 28 上 以非交替模式形成 ( 未显示 )。在显示的实施方式中， 突出部 81 每个显示为任选地包括中 空部分84， 其可开口朝向纤维22的外部， 从而突出部81可具有孔， 以减少包括纤维22的复 合制品 10( 图 4) 的总重量。 0091 图 9C 是沿着突出部 81 对之间的一部分纤维 22 截取的纤维 22 的截面图。如交叉 平行线阴影区域所指示， 纤维几何形状32具有由形成为矩形的第一横截面形状40a限定的 第一横截面面积 38a。图 9D 是穿过突出部 81 之一的纤维 22 的截面图。纤维几何形状 32 在所述位置具有第二横截面面。
49、积 38b 和形成拱形的第二横截面形状 40b。第二横截面面积 38b 可大于第一横截面面积 38a( 图 9C)。突出部 81 可利于与基体 18( 图 4) 的机械结合。 另外， 尽管未显示， 在纤维 22 的一个层 20 中的突出部 81 的大小和结构可为嵌套入紧邻层 20( 图 4) 中纤维 22 的突出部 81 的中空部分 84( 图 9B) 内。突出部 81 的这种嵌套可利于 在平面外方向 ( 例如， 层 20 之间 ) 的纤维与纤维机械结合， 其可利于参与弹道学事件的纤 维 22 的数量增加。 0092 图 10A 是纤维 22 的一个实施方式的俯视图， 其具有沿着纤维长度 34 形成的一系 列相对大的突出部 82 和相对小的突出部 83。图 10B 是纤维 22 的侧视图， 其显示在上表面 26 上形成的相对大的突出部 82 和在下表面 28 上形成的相对小的突出部 83。图 10C 是。