TW201033012A - Structural composite material with improved acoustic and vibrational damping properties - Google Patents

Description

201033012 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明揭示具有聲響及振動阻尼性質之複合材料。具體 而言’含有黏彈性夾頁之複合材料可用於（例如）見於飛機 中之結構（例如機身蒙皮、縱樑及框架）中。本發明亦涵蓋 製備該複合材料及含有該複合材料之結構及飛機之方法。 【先前技術】

纖維強化聚合物基質複合物（PMC)係常用於需要對抗侈 蝕性環境、高強度及/低重量之應用中的高性能結構性材 料。此等應用之實例包括飛機組件（例如，機尾、機翼、 機身、螺旋槳）、船殼及自行車架。PMC可包含與基質材 料（例如聚合物樹脂）結合在一起之纖維層。纖維可強化基 貝，該等纖維負擔由複合物支撑之大部分荷載，而基質負 擔由物支揮之少數部分荷載且亦將荷載自破碎纖維轉 好纖維。以此方式，pmc可支律比基質或纖維單獨 化鏃維P·何載°此外’藉由以特定幾何形狀或取向對強 小化。π複合物可經有效設計以使重量及體積最 人們已研發ψ < 濕法疊塗、預、It 製造PMC之方法。各實例可包: 料潤濕強化及液體灌注。在濕法疊塗中，用基質; 該方法可以自動，將其置於模穴中，並使其硬化或固化 幹纖維卷形物，方式實施，例如使用喷搶或機器，其接: 雉置於模具中’㈣等卷形物通過樹脂浸浴並將經潤濕！ 、、。或者’可使用刷子手工施加樹脂。 145648.doc 201033012 在預浸潰中，使用預浸潰織造織物或預浸材製作複合物 組份。以受控方式用基質樹脂浸潰強化纖維並將其冷凍以 抑制樹脂聚合。隨後將經冷凍預浸材運輸並儲存於冷凍條 件下直至需要。當自預浸材製造複合物各部分時，將預浸 材解凍至室溫，按尺寸實施切割，並置於模穴中。在處於 適當位置後’將預浸材真空裝袋並在壓力下固化以達成所 需具有最小空隙的纖維體積分數。 在最近數十年裏，由於高級複合材料具有高強度-重量 比及勁度-重量比，因此其應用已獲得廣泛接受。與金屬 及金屬-基質複合物相比，高級複合材料表現較高勁度， 但阻尼性能較差。因此，業内需要具有經增強阻尼能力且 勁度及強度降低較小的複合結構性系統之高級複合材料。 【發明内容】 在一些實施例中，固化或未固化結構性複合材料包含結 構性組份、樹脂組份及黏彈性夾頁，其中該結構性組份係 呈複數個包含結構性纖維之織品層之形式；其中該黏彈性 夾頁包含至少一個位於一對毗鄰織品層間之非織造材料薄 層，其中黏彈性夾頁及結構性組份係部分或完全經該樹脂 組份浸潰；且其中在固化後’該夾層係整合於該結構性複 口材料中。在一些態樣中，樹脂組份可為熱固性組合物。 在一些態樣中，結構性纖維包含碳纖維。 在一些態樣中’非織造夾頁係在固化製程前包埋入樹脂 -物中I些態樣中，非織造材料包含至少—種熱塑 欧彈险體或其摻合物、及/或至少—種熱塑性聚合物或共 145648.doc 201033012 聚物及/或其摻合物。在其补能梯^ u ^ 你丹他態樣中，非織造材料包含至 少-種選自由以下組成之群之共聚物：苯乙烯熱塑性彈性 體、、彈性體聚烯烴及其摻合物。此外，在其他態樣中非 織造材料包含一選自由以下組 戍之群之熱塑性聚合物：聚 酯、聚醯胺、聚烯烴及其摻合物。

在-些實施例中’黏彈性夾頁可藉由電漿處理以在兩側 上達成至少35達因/em之表面張力。在一些其他態樣中， 使黏彈性夾頁與複數個織品層共固化。在—些㈣中非 織造材料與樹脂間具有一受控介面，從而產生在未經改質 複合物之剥離強度值的70%内之剝離強度值。在其他態樣 中，夾頁係位於該複合物之最大剪切區域中。在一些態樣 中，黏彈性央頁係位於錢品層之間。黏彈性夾頁=於 結構性複合材料之中間平面中及/或位於毗鄰最大剪切程 度之區域中。 黏彈性夾頁可包含有機或無機改質劑、填充劑或内含物 及/或有機及/或其他無機化合物，例如流動控制添加劑、 紫外線吸收劑、填充劑、金屬粒子、丨肖光劑、顏料、抗氧 化劑、阻燃劑、稀釋劑、穩定劑、單體、預聚物、撓性改 進劑、加工助劑及潤滑劑、基於含氟聚合物之加工助劑、 礦物油及蠟、成核劑、纖維線、聚合物、玻璃、陶瓷及聚 合物泡、金屬粒子、微填充劑及奈米填充劑、核-殼粒 子、彈性體微粒及奈米粒子、磁性及介電奈米晶體、碳卉 米管、碳奈米纖維、奈米石墨、奈米黏土、奈米二氧化 石夕、奈米氧化鋁、氧化鍅及二氧化鈦奈米粒子、貴金屬及 145648.doc 201033012 導電奈米粒子、奈米纖維及奈米線或其組合。 在一些態樣中，黏彈性夾頁所造成該複合物玻璃轉化溫 度之降低不超過10%及/或所造成複合物之衝擊後壓縮強度 之降低不超過1 〇%。在其他態樣中，黏彈性夾頁可使複合 物損傷面積降低至少1 〇〇/0。 在其他態樣中，1小時之MEK浸泡所造成經非織造物改 質複合物層間剪切強度之降低不超過10%。 在其他態樣中’黏彈性夾頁所造成複合物開孔壓縮強度 之降低不超過1 〇%。 在另一實施例中揭示包含黏彈性織物及樹脂組份之固化 或未固化阻尼複合結構性材料，其中該黏彈性織物可包含 至少一個非織造物薄層；其中該非織造材料包含至少一種 選自由以下組成之群之共聚物：苯乙烯熱塑性彈性體'彈 性體、彈性體聚烯烴及其摻合物；其中該黏彈性織物部分 或完全經該樹脂組份浸漬，其中該樹脂組份可為熱固性樹 脂。 在些態樣中，非織造材料包含或進一步包含選自由以 下組成之群之熱塑性聚合物：聚酯、聚醯胺、聚烯烴、共 聚物及其摻合物。 ^ 在一些態樣中，黏彈性非織造物包含有機或無機改質 劑、填充劑或内含物。 在些態樣中，額外有機及無機化合物選自由以下組成 之群：流動控制添加劑、紫外線吸收劑、填充劑、金屬粒 子、消光劑、顏料、抗氧化劑、阻燃劑、稀釋劑、穩定 145648.doc 201033012 劑、單體、預聚物、撓性改進劑、加工助劑及潤滑劑、基 於含氟聚合物之加工助劑、礦物油及蠟、成核劑、纖維 線、聚合物、玻璃、陶瓷及聚合物泡、金屬粒子、微填充 劑及奈米填充劑、核·殼粒子、磁性及介電奈米晶體、碳 奈米管、碳奈米纖維、奈米石墨、奈米黏土、奈米二氧化 矽、奈米氧化鋁、氧化鍅及二氧化鈦奈米粒子、貴金屬奈 米粒子、導電微粒及奈米粒子、奈米纖維及奈米線或其組 合。 在一些態樣中’黏彈性織物至少在一側上經結構性黏合 劑調配物塗佈。 在一些態樣中，藉由電漿處理黏彈性夾頁以在兩侧上達 成至少35達因/cm之表面張力。 在另一實施例中，固化或未固化複合夾心結構包含至少 第一及第二蒙皮、至少結構性核心、樹脂組份及黏彈性炎 頁；其中該等蒙皮係由複數個包含結構性纖維之織品層及 樹脂組份構成；其中該樹脂組份可為熱固性樹脂系統；其 中該黏彈性夾層可包含至少一個位於該等蒙皮中之一對批 鄰織品層間之非織造材料薄層；其中該黏彈性失頁可包含 至少一個介於該等蒙皮與蜂巢核心之間之非織造層；其中 該等黏彈性夾層及結構性組份部分或完全經該樹脂組份浸 潰；其中在固化後，該夾層整合於該結構性複合結構中； 其中該夾頁位於該等外部複合蒙皮之最大剪切區域中；其 中該等結構性纖維包含碳纖維；其中該黏彈性夾頁在固化 製程前包埋入該樹脂組合物中；其中該非織造材料包含至 145648.doc 201033012 少-種熱塑性彈性體或詩合物；其中該非織造材料包含 至少-種熱塑性聚合物或共聚物及/或其掺合物·，其中該 非織造材料包含至少-種選自由笨乙㈣塑性彈性體、彈 性體聚烯烴及其摻合物組成之群之共聚物；其中該非織造 材料包含或進一步包含選自由聚醋、聚醯胺、聚烯烴、共 聚物及其摻合物組成之群之熱塑性聚合物；其中藉由電聚 處理該黏彈性炎頁以在兩側上達成至少35達因/⑽之表面 張力。 在另一實施例中揭示用於具有振動及/或聲響阻尼性能 之結構性應用的夾頁載黏合劑材料。其包含樹脂組份及黏 彈性夾頁；其中該非織造材料包含至少一種選自由苯乙烯 熱塑性彈性體、彈性體聚烯烴及其摻合物組成之群之共聚 物；其中該非織造材料包含或進一步包含選自由聚酯、聚 醯胺、聚烯烴、其共聚物中之一種及其摻合物組成之群之 熱塑性聚合物；其中該黏彈性夾頁部分或完全經該樹脂組 份浸潰；其中該樹脂組份係熱固性樹脂；其中該黏彈性夾 頁至少在一側上經結構性黏合劑調配物塗佈；其中藉由電 聚處理該黏彈性夾頁以在兩侧上達成至少35達因/cm之表 面張力。 在另一實施例中，製備預浸材或結構性複合材料之方法 包含以疊層形式使黏彈性夾頁與包含樹脂組份及結構性組 份之預浸材部分或全部共固化以形成該預浸材或結構性複 合材料’其中該疊層包含與該黏彈性夾頁整合在一起的預 浸材層片之堆疊層。該方法亦可進一步包含使該黏彈性夾 145648.doc 201033012 頁與該預浸材之堆疊層片整合以形錢層，其中該黏彈性 夾頁整合於該疊層之所選區域中。在一些態樣中，該方法 可包含藉由例如浸潰、注射或灌注樹脂組份來用樹脂組份 、.且口黏彈性夾頁與結構性組份。注射可包含使用袋、芯棒 及/或模具且視情況使用通道以幫助流動。該方法亦可包 3 ,盈適σ使該樹脂組份膠凝及/或固化之時間使該疊層或 組合固化。 【實施方式】 最近，高級材料在航空工業中應用的增加已再次引發了 人們對商用及軍用飛機及太空船初級及次級結構之聲響及 振動阻尼之興趣。複合材料本質上比金屬更輕且勁度更 大從而在在更敏感並易於出現不期望程度之振動及噪聲。 已研發出主動及被動阻尼技術及器件以在複合結構之動 態荷載降低、振動及嗓聲降低領域改良性能。標準方案包 括含有由黏彈性材料（VEM)形成之被動阻尼層之受約束結 構，該等黏彈性材料黏附至發射表面並藉由外部複合物/ 金屬層來勁化。該等受約束結構藉由在基底結構介面處所 施加材料内之整體張力/壓縮與局部剪切變形之組合來轉 換來自基底結構之何載相’從而阻尼振動及噪聲。 使用VEM之一個缺點在於向基底結構增加相當大重量， 從而導致飛機及太空船系統之重量效率較差並產生額外裝 配及人力成本。 汽車工業已廣泛使用不同於整合聲響阻尼器件之多層式 附加設備來降低嗓聲，從而改良車輛之行故舒適性。具有 145648.doc 201033012 不同組成且含有若干添加物之黏彈性連續膜發泡體及非 織造織物已用於該等應用中。已提出降低噪聲之材料，其 包含由多個層構成的降低嗓聲之壓層，其中該降低噪聲之 壓層包括聲響材料，其由有機纖維非織造織物層構成且疊 置在其至少一個主表面（蒙皮材料）上，且其中空氣層佈置 於降低該噪聲之壓層與平面車體零件之間 2007/026411A1"在該情形中，藉由一系列因非均質結構 所致之反射-透射機制來衰減聲音縱波，同時幾乎不耗散 剪切波。已提出可將不使用第二層且具有足夠結構完整性 之有機微纖維及熱激發定長纖維用於大型家用電器、住宅 牆壁、飛機（在雙壁機艙内或在引擎與機艙之間）及船（Ep 0833973B1及WO 97/00989)中。已提出可將對機械振動具 有不同阻尼反應且包埋入樹脂基質中之長絲組合用於機界 外殼及運動用品（EP 0310203)中。 用於聲響及機械阻尼之複合材料含有複數個包埋入結構 性基質材料中之纖維材料層且在該等纖維材料層之間中含 有黏彈性穿孔材料膜，該等複合材料論述於美國專利申請 案第2007/0071957號中。在該情形中，結構性基質藉助包 埋入結構性基質中之毗鄰纖維材料層間之穿孔而連續。因 此’該膜之至少部分連續性質之作用阻礙樹脂流動，此不 適於實施灌注製程。相比之下，本文所述實施例含有由不 阻礙樹脂流動之不連續非織造材料製成之夾層。在一個態 樣中’非織造材料係由使樹脂可流過夾層之隨機排列纖維 製成。因此所得複合材料所展現出的強度大於具有由連續 145648.doc -10· 201033012 或部分連續膜製成的夾層之材料。 美國專利申請案第2008/0277057 A1號（The Boeing公司） 提及包括夾層之阻尼複合壓層，該夾層可包括具有強化介 質之黏彈性材料’其中該強化介質可為包埋入該黏彈性材 料中之纖維’該等纖維本身可由第二黏彈性材料形成。包 埋入纖維之黏彈性材料具有低於黏彈性纖維之玻璃轉化溫 度（Tg)，此使得該等纖維能夠用作強化介質。相比之下， 在本文所述實施例中，樹脂之\高於夾頁之黏彈性材料。 因此’在本文所揭示實施例中無需強化介質或其並非必 需。此外，與本文所揭示實施例之態樣不同，包埋入強化 纖維之黏彈性材料與上文結合美國專利申請案第 2007/0071957號所論述黏彈性膜類似。 專利申請案WO 2008/147754 A1 (The Boeing公司）論述阻 尼複合結構’其係自基質材料及複數個固持於該材料基質 中以阻尼該結構之形狀記憶合金線纖維形成。該基質材料 可包括樹脂層，其含有包埋入線纖維組之黏彈性材料夹 層。不利之處在於，線纖維會增加該材料之重量。另外， 該材料難以製造。相比之下，本文中之實施例無需線纖維 來達成阻尼。 專利中請案US 2008/0152854(3M Innovative Properties 公司）敍述阻尼帶’其包含：1)背襯，其包含具有前後主表 面之熱塑性膜及具有固定部分及拱形部分之彈性纖維片， 該等固定部分於沿該背襯之該前表面間隔之結合位置處结 合至該媒’ ^等棋形部分在δ玄等結合位置之間自該背襯之 145648.doc 201033012 前表面凸出，·及2)黏合劑層，其覆蓋該背概之該後表面之 主要部分。該阻尼帶不與該結構之其餘部分整合在一起， 此與本文所述實施例不同。 已研發出用於右干飛機組件（例如引擎艘、地板及機翼 機身整流罩)的具有聲響/振動阻尼性質之夾心結構。 夹心聲響板包含形成該板之波接收器前表面之電阻層、 至少藉由兩個由多孔層及背面反射器分離之蜂巢核心形成 的區隔化結構，其淪述於專利申請案us 2Μ (广France)中。在該情形中，該多孔層在其每一面上 皆安裝有-系列到達區隔化核心之部分單元的管形導軌。 在專利US 7434659 B2(HeXcel公司）中揭示了包括蜂巢核 心之聲響結構，該蜂巢核心具有其中定位有隔膜帽之單 元。該帽具有跨越該單元橫向延伸之共振器部分及藉由黏 合劑固定至蜂巢單元之固定部分。 專利申請案US 20〇7/01〇2239(The B〇eing公司）敍述了包 含蜂巢核心元件之整體阻尼複合飛機地板’該蜂巢核心元 件由上部經環氧樹脂浸潰之上面片及下部經高阻尼環氧樹 脂灌注之下阻尼面片密封。 專利申請案US 2009/ 0184200(The Boeing公司）提及包含 蜂巢核心之結構，其含有夾持於複合壓層間之阻尼發泡體 及粒子。 傳統材料方案不能滿足所有現行複合材料之需要。此等 需要之實例可包括複合物製造（包括灌注及自動纖維鋪放 製程）之重量、材料撓性、可模製性、懸垂性、易操作 145648.doc -12· 201033012 )·生可處理性及適宜性。該等方案因所用材料（主要為硫 化橡膝）之固有性質而在可採用之重量減輕及形狀方面受 限該等材料必須經手工施加i該結構，從而需要額外工 . #人力B寺間及維護成本。此外，-些材料可造成—或多 種機械性質之顯著降低（超過20%)。 在本發明之一個實施例中，材料方案可容易地製造任何 所需形狀及特徵（例如，纖維直徑、面積-重量比、厚度、 φ 透氣性及拉伸性質）且易於整合至擬阻尼結構中。此等方 案適於現行複合物製程，包括灌注及自動纖維鋪放。阻尼 材料可在整體式或夾心式機身蒙皮及機身框架製造期間施 加而無需額外製造步驟，且若需要可僅施加至最終組件之 關鍵部分上，以降低重量及成本。 具有改良聲響阻尼性質之整合結構性材料可包括在最大 剪切區域中具有黏彈性材料之複合壓層。表面處理、位置 及剪切機制可最大限度地使聲波/振動耗散成熱。黏彈性 ❹ 材料之組成以及其定位二者皆可影響該複合物之聲響及機 械性質。在一個實施例中，介於黏彈性夾頁與樹脂間之受 控介面可產生優良性能。 ' 本文所用受控介面具有其如彼等熟習此項技術者已知之 . 普通定義且係指具有以下特徵之整合結構：1}在未經改質 複合物之剝離強度值的70%内之剝離強度值；及2)非織造 性’傻管與樹脂基質發生某些相互作用，但仍可維持聲響 阻尼性質一定程度之完整性。非織造物維持一定互連性且 不產生隔離斑片。 145648.doc -13- 201033012 本文所用術語「大約」、「約」及「實質上」表示接近所 述量且仍能實施期望功能或達成期望結果之量。舉例而 言’術語「大約」、「約」及「實質上」可係指在偏離所述 量10%以内、5%以内、以内、〇 1%以内及〇 〇1%以内之 量。 本文所用術語「部分」或「至少一部分」表示佔總體之 量，其包含總體中可包括該總體在内之量。舉例而言，術 浯 部分」可係指佔總體〇·〇 1 %以上、佔總體〇. 1 %以 上、佔總體1%以上、佔總體1〇%以上、佔總體2〇%以上、 佔總體30%以上、佔總體4〇%以上、佔總體5〇%以上、佔 總體60%以上、佔總體7〇%以上、佔總體8〇%以上、佔總 體90 /〇以上、佔總體95%以上、佔總體99()/。以上及佔總體 100%之量。 本文所用術語「整合」具有其如彼等熟習此項技術者已 知之普通含義且係指阻尼結構，該結構在'结構中含有元 件組合’該組合協作作用且其中任何元件皆係、主結構之緊 密部分且不易分離’且在-個態樣中不能以任何方式分 離H實施射，整合阻尼結構包括與非織造阻尼材 料共固化之複合物。在其他實施例中，樹脂組份部分或實 質上完全滲透非織造材料1此，結構性樹脂組合物在整 個複合結構中係連續或部分連續的。在加熱後可使央頁 在樹脂基質内達成部分擴散及混合，從而進一步改良最線 複合物之強度並形成整合結構。 ^ '' 本文所用街語「共固化」 具有其如彼等熟習此項技術者 I45648.doc 14 201033012 已知之普通含義且包括以單一步驟固化之材料。舉例而 言，具有經樹脂部分或完全浸潰之夾頁之預浸材可以單2 步驟共固化或固化。在一些實施例中，使複合材料中具有 非織造材料之夾層與其他組份共固化產生整合結構。、 非織造材料可用於不同的製程。非織造材料亦可用來 造預浸材。 ❿ 在-個實施例中，可同時或在同—灌注製程期間向非織 造黏彈性材料及纖維或預成型物灌注樹脂，以生成整合結 構。在該實施例中，黏彈性層並非用作包埋人結構 動障壁之連續膜或部分連續膜包埋。 本文所用術語「結構性组份」具有其如彼等熟習此項技 術者已知之普通含義且包括包含結構性纖維且呈複數個織 品層形式（例如織造碳纖維織物）之材料。 、 本文所用術語「結構性纖維」包括可增加最終複Μ (例如玻璃或碳纖維)之強度且因此具有大於5〇㈣之彈性 模量之纖維。 本文所用術語「樹脂組份」具有其如彼等熟習此項技術 者已知之普通含義且包括適於製造機身蒙皮、縱樑及框架 之結構性樹脂組合物。 本文所用術語「基質」、「樹脂」及「基質樹脂」具有豆 如彼等熟習此項技術者已知之普通含義且可包括包含执固 性及/或熱塑性材料在内之一或多種化合物。各實例；包 括（但不限於）環氧樹脂、環氛固化劑、㈣類、㈣、氰 酸醋類、酿亞胺類(例如，聚酿亞胺類、雙馬來醯亞胺 145648.doc •15· 201033012 (BMI)、聚醚醯亞胺類）、聚酯類、苯并噁嗪類、聚苯并咪 唑類、聚苯并噻唑類、聚醯胺類、聚醯胺醯亞胺類、聚砜 類、聚醚礙類、聚碳酸酿類、聚對苯二甲酸乙二酯類、及 聚醚酮類（例如，聚醚酮（PEK)、聚醚醚酮（PEEK)、聚醚酮 酮（PEKK)及諸如此類）、其組合、及其前體。 有益地使用整合阻尼結構可使阻尼元件重量顯著減 輕，並降低維護成本、零件計數及人力成本。另外，降低 %聲藉由使飛機機身中所用二級阻尼處理（例如特大型玻 璃棉fe、裝飾物及其他安裝器件）最小化可進一步使重量 減輕並節省成本。 本文所用術§吾「阻尼」（r damped」或「damping」）具 有其如彼等熟習此項技術者已知之普通含義且包括振動結 構中機械能之耗散。能量耗散可包括機械能轉化為熱能， 其隨後損失於結構環境中。在一個實施例中，阻尼係基於 被動之材料阻尼或黏彈性阻尼。在一個實施例中，複合物 壓層在寬範圍之頻率及溫度内展示高阻尼性質，例如高損 耗因子。適宜頻率包括約200至5000 Hz。適宜溫度包括

約-50C 至+20C，例如-40°C 至+ l〇°C、-30°C 至+20°C、-20°C 至+10。〇、-i〇°c 至+2〇。(：或 〇°c 至+ l〇°c。 本文所用術語「預浸材」具有其如彼等熟習此項技術者 已知之普通含義，例如上文所述者。預浸材包括已在其體 積之至少一部分内用基質材料浸潰之纖維片或薄片。該基 質了以部分固化狀態存在。在一個實施例中，預浸材之纖 維體積分數基於預浸材總體積介於約0.50體積％至0.60體 145648.doc •16· 201033012 個實施例中，表觀剪切強度係以測試樣品之一半厚度在首 次失效時所計算之最大剪切應力且可藉助撓曲（例如3點彎 曲）來量測。3點彎曲之剪切強度可藉由以下得出： τ=3·Ρκ 4-b-h 其中Pr係首次失效時之最大力，b係樣品寬度，且h係樣品 厚度。 本文所用術語「纖維」具有其如彼等熟習此項技術者已 知之普通含義且可包括一或多種適於強化複合物之纖維材 料。纖維可採取粒子、薄片、晶鬚（whisker)、短纖維、連 續纖維1、層片及其組合中任-者之形式。連續纖維可 進一步採用單向、多維（例如，二維或三維）、非織造、織 造、針織、縫合、捲繞及編織結構、以及回蕩墊、氈墊及 短切墊結構之任一者。織造纖維結構可包含複數個織造纖 維束，其具有小於約1000條長絲、小於約3〇〇〇條長絲、小 • 於約6000條長絲、小於約丨2〇〇〇條長絲、小於約24000條長 絲、小於約48000條長絲、小於約56〇〇〇條長絲、小於約 125000條長絲及大於約125〇〇〇條長絲。在其他實施例中， . 纖維束可藉由跨纖維束縫線、緯線插入針織縫線、或少量 樹脂（例如膠料）固持在適當位置。 纖維組成可視需要而改變。纖維組成之實施例可包括 (但不限於)玻璃、碳、芳族聚醯胺、石英、聚乙烯、聚 醋、聚-對-伸苯基.苯并雙鳴峻（PB〇)、蝴、碳化秒、聚酿 胺及石墨及其組合。在一個實施例中，纖維係碳、纖維玻 145648.doc -18- 201033012 積％之間。 本文所用術語「固化」（「cure」及「curing」）具有其如 彼等熟習此項技術者已知之普通含義且可包括聚合及/或 交聯過程。固化可藉由包括（但不限於）加熱、曝露於紫外 光及曝露於輻射在内之製程來實施。在某些實施例中，固 化可在基質内發生。在固化之前，基質可進一步包含一或 多種在約室溫下為液體、半固體、結晶固體及其組合之化 合物。在其他實施例中，預浸材内之基質可經部分固化以 展現所選黏稠度或黏性。 本文所用術語「複合物」各具有其如彼等熟習此項技術 者已知之普通含義，例如上文所述者。複合物可包括複數 個預浸材。預浸材可藉由施加熱、真空及外部壓力中至少 一者固結為複合物。所得複合物可用於（但不限於）航空應 用中。 本文所述複合物之實施例之表觀層間剪切強度實質上不 受溶劑曱基乙基酮（MEK)調理之影響。在一些實施例中， 在MEK調理後保持90%之剪切強度，例如90%、91%、 92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99% 或 1 00%。舉例而言，在一個實施例中，在MEK調理前複合 物之層間剪切強度（例如90%、91%、92%、93%、94%、 95%、96%、97%、98%、99% 或 100%)係約 84.59 且在曱基 乙基酮處理後係約83.34。 本文所用片語「剪切強度」具有其如彼等熟習此項技術 者已知之普通含義。樣品可以多種方式以剪切測試。在一 145648.doc -17- 201033012 璃、芳族聚醯胺或其他熱塑 |機纏维^ _ 強化纖維可為有機或 無機纖維。此外，纖維可包括織品結構，包括彼等呈連續 或不連續形式者。 本文所用術語「非織造物 . 奶」具有其如彼等熟習此項技術 纟已知之普通含義且可包括非織造纖維性自身結合網片。 在個實施例中，「非織造物」係指任何不使用織品編織 製程所形成之材料，該製程產生以可識別方式交織之個別 _結構。非織造織物可自短或長纖維製成。非織造材料 可適於樹脂灌注製程，此乃因非織造材料由於非織造物之

受控渗透性而允許樹脂流動。相比之下，連續或穿孔VEM 膜形成樹脂流動之物理障壁。非織造材料包括濕法成網結 構、乾法成網（梳理成網、氣流成網）結構、紡熔（紡絲成 網、炼喷成網）結構、閃紡成網結構、靜電紡絲結構、喷 水刺結構、針刺結構。非織造物之代表性聚合物包括聚稀 ^例如低、中及高密度聚丙烯、低、中及高密度聚乙 • 烯、無規、間規或等規聚丙烯及其摻合物、聚乙烯乙烯醇 及其掺合物、聚丁烯（例如聚（1_丁烯）及聚（2 丁烯））、聚（3_ 甲基_1_ 丁烯）、聚（1-丁烯）及聚（2-丁烯）、聚（4-曱基戊 . 烯）、聚（丨_己烯）、聚（1-庚烯）、聚（1-辛烯）、聚（1-壬烯）、 • 聚（1_癸稀）、聚烯系共聚物及聚烯系熱塑性彈性體及其摻 合物，聚醋’例如聚對苯二曱酸乙二酯（PET)及聚對苯二 甲酸丁二醋（pBT)、聚醚酯共聚物；聚醯胺，例如耐命 (nylon) 6或耐侖66、聚醯胺聚醚共聚物；基於聚胺基甲酸 醋及聚喊及酯之聚胺基甲酸酯熱塑性彈性體；含有聚丁二 145648.doc -19- 201033012 稀、聚異戊二稀、氫化聚丁二稀、氫化聚異戊二烯或其組 合之聚苯乙烯嵌段共聚物；乙烯基聚合物及共聚物，例如 聚氣乙烯、聚偏二氣乙烯、聚乙烯醇及聚乙烯乙酸乙烯 醋、丙烯酸系聚合物及共聚物、聚碳酸酯、聚四氟乙埽及 現在已知或稍後研發的其他聚合物及其摻合物。 非織造微纖維可由雙或多組份纖維構成。微纖維可具有 諸如勒/核心、併排、餅狀分區（pie segment)、海島等較複 雜結構且其可由不同聚合物或其摻合物製成。聚合物微纖 維可含有有機或無機填充劑或改質劑。 非織造物表面可經受預處理（例如化學處理、電聚處 理、電暈放電處理、火焰處理、噴砂處理或其組合）以達 成改良或增強黏合強度及機械聯鎖機構之目的。在一些態 樣中，藉由電漿處理黏彈性夾頁以在兩側上達成至少35達 因/公分之表面張力。 本文所用術語「夹頁」具有其如彼等熟習此項技術者已 知之普通含義且包括置於其他層之間之層。在一個實施例 中，夾頁可位於複合物平面中間。在另一實施例中，中隔 層包含最大剪切區域。在簡單情形中，可藉由對結構實施 應力分析來確定剪切及撓曲。舉例而言，在荷載撓曲之樑 之情形中，最大剪切區域位於中性軸處。在較複雜結構中 需要額外計算來確定應力並識別最大剪切區域。 在另一實施例中，夾頁厚度為2〇至2〇〇〇 μιη、較佳介於 50至700 μιη之間且最佳介於1〇〇至3〇〇叫之間。 本文所用術語「中間平面」具有其如彼等熟習此項技術 145648.doc •20· 201033012 者已知之普通含義且包括複合物層片中間之部分，該部分 之位置與複合物之一或多個表面之距離為複合物厚度之大 約40至60%。 本文所用術語「最大剪切」具有其如彼等熟習此項技術 者已知之普通含義且包括内力，該力與所施加力之作用剖 面相切且造成或往往造成兩個鄰接層以平行於其接觸平面 之方向相對於彼此而滑動。來自彎曲之剪切應力在中性軸 φ 處之樑之中間平面上最大。在一些實施例中，夾頁位於整 合阻尼複合材料之中間平面中的各織品層之間，且在一些 態樣中此定位可在根據剪切程度所選之區域中形成重量效 率及阻尼效率更高之結構。 在一些實施例中，夾頁可置於構成複合結構之任何層 中，且在其他實施例中，夾頁可位於複合物之特定區域 中，且在一些態樣中，夾頁可位於根據剪切程度所選區域 中以形成重量效率及阻尼效率更高之結構。 • 在一個實施例中，夾頁可為不連續黏彈性層，其位於複 合物中以達成「受控介面」。 本文所用術語「包埋入」具有其如彼等熟習此項技術者 . 已知之普通含義且包括完全包括在複合結構内之夾頁。在 ， 些L樣中’爽頁係複合結構必不可少的一部分。 本文所用術語「黏彈性」具有其如彼等熟習此項技術者 已知之普通含義且可包括當經歷變形時具有黏性特性及彈 性特性二者之材料。黏彈性材料具有該兩類聚合物之要素 並因此展現出時間依賴性應變。彈性一般係在有序固體中 145648.doc -21- 201033012 之鍵結沿晶面伸展所致，而黏彈性係非晶形材料内之原子 或分子擴散所致。 彈性體一般係熱固性材料，其中在固化（硫化製程）期間 長聚合物鏈發生交聯。彈性源自長鏈自身重構以分配所施 加應力之能力。共價交聯確保當去除應力時彈性體可恢復 其原始結構。由於具有該極高撓性，故彈性體可以可逆方 式延伸5至800%，端視特定材料而定。在無交聯或具有不 易重構之短鍵時，所施加應力可產生永久變形。 熱塑性彈性體（TPE)係展示熱塑性性質及彈性體性質二 者的一類共聚物或聚合物之物理混合物。儘管多數彈性體 係熱固性材料，但相比之下熱塑性材料相對較易用於藉由 (例如）注射成型及嫁喷來製造。熱塑性彈性體展示橡膠材 料及塑料材料二者之典型優點。熱固性彈性體與熱塑性彈 性體之間的主要差異係交聯類型。熱固性聚合物中之交聯 係在硫化製程期間所形成共價鍵結。另一方面，熱塑性彈 性體聚合物中之交聯係較弱偶極或氫鍵或僅發生在材料之 各相中之一者中。 本文所述實施例之典型非織造物係由展現點彈性性質之 材料製成。具體而§，損耗正切（tan§)係用於確定聲音及 振動阻尼效率之一因子。因此，由於高阻尼非織造組合物 的該因子具有較高數值，故動能係以電能或熱能形式吸收 並耗散，且夾頁展現^優良的機械特性，例如聲響吸收性質 或振動阻尼性質。需要習用高阻尼夾頁材料組合物具有高 於1.0及較佳介於1.5與2.0之間之損耗正切。 145648.doc •22· 201033012 另外，對夾頁組合物加以選擇以確保對非織造製程之適 宜性、低水分吸收性及對溶劑及侵蝕性流體之耐受性。 在一個實施例中，熱塑性彈性體可用來在可處理性與相 • 谷性/機械性質/耐溶劑性質之間提供平衡。在—個實施例 中，黏彈性材料係苯乙烯熱塑性彈性體。黏彈性材料可為 聚苯乙烯與撓性彈性體嵌段之二嵌段或三嵌段。其他黏彈 性材料包括苯乙烯嵌段型共聚物，例如具有聚苯乙烯嵌段 Φ 且富含乙烯基鍵結之聚異戊二烯者。一個此實例可包括三 嵌段共聚物Hybrar 73 11。 在個實施例中，黏彈性材料包含苯乙稀熱塑性彈性體 (TPE-S)。S型熱塑性彈性體係一類含有兩種不相容嵌段之 嵌段共聚物，即，具有較低心之彈性體段及具有較高心之 苯乙稀段，其可在室溫下形成微相分離結構。該材料可視 為藉由聚苯乙烯（PS)末端嵌段之聚集來以物理方式硬化之 彈性體基質，該等嵌段亦可用作強化填充劑。8型熱塑性 • 彈性體提供在寬範圍之溫度及頻率内改良阻尼之機會，此 乃因微分離性質對阻尼具有積極影響。 TPE-S在寬範圍之溫度及頻率内具有優良阻尼性質。具 -有撓性嵌段之苯乙烯嵌段共聚物可包括氫化聚（苯乙烯_b_ 異戊二烯-b-苯乙烯）（SEPS)、聚苯乙烯與乙烯_丁烯之共聚 物（SEBS)、聚苯乙烯與乙烯-乙烯丙烯之共聚物 (SEEPS)、聚笨乙烯與異戊二烯之共聚物（SIS)、聚苯乙烯 與丁二烯之共聚物（SBS)及聚苯乙烯與異戊二烯-丁二烯之 共聚物（SIBS)或其捧合物。 145648.doc •23- 201033012 可將本文所述夾頁之實施例製成各種形狀，其具有不同 特徵’例如纖維直徑、面積/重量、厚度、透氣性及拉伸 性質。舉例而言’複合物中纖維之纖維直徑可為約丨0至20 μιη，且其他實施例中為3至7 μπι、2〇至4〇 μηι或4〇至6〇 μιη。另外，夾頁每單位面積之質量可為約5〇至15〇 g/m2， 且其他實施例中為10至50 g/m2、150至300 g/m2或300至 500 g/m2。而且，夾頁厚度可為約1〇〇至4〇〇 ^^且在其他 實施例中為 50至 1 〇〇 μπι、400至 600 μιη或 600至 1〇〇〇 。 央·頁之透風1度可為約40至1 〇〇 cc/cm2/sec及5至40 ❹ CC/cm2/sec且在另一實施例中為1〇〇至4〇〇 cc/cm2/sec。舉例 而言’夾頁之拉伸強度（MD)可為約2至10 N/1.5 cm，且在 其他實施例中為10至20 N/1.5 cm、20至60 N/1.5 cm或60至 100 N/1.5 cm 〇 在一個實施例中，在複合物壓層中插入黏彈性夾頁不顯 著影響複合壓層之熱學性質（Tg)、熱機械性質或環境性質 (水分、溶劑及侵蝕性流體耐受性）。在另一實施例中，在 複合物壓層中插入黏彈性夾頁僅會輕微影響或不影響開孔 © 壓縮及衝擊後壓縮強度性質。 本文所用術語「疊層」具有其如彼等熟習此項技術者已 知之普通含義且可包括彼此毗鄰放置之一或多個預浸材。 在某些實施例中，疊層内之預浸材可相對於彼此以所選之 . 取向來疋位。在又一實施例中，可視情況用穿絲材料將預 浸材縫合在一起以抑制其偏離所選取向之相對運動。在其 他實施例中，「疊層」可包含本文所述完全浸潰預浸材、 145648.doc -24- 201033012 p刀；又廣預浸材及穿孔預浸材之任一組合。疊層可藉由各 種技術來製造，該等技術可包括（但不限於）手動鋪疊、自 動帶式舖疊（ATL)、高級纖維舖放（AFp)及長絲捲繞。 。本文所用術語「機身蒙皮」、「機身縱樑」及「機身框 架」v、有其如彼等熟習此項技術者已知之普通含義且分別 才曰飛機主體板、形成其骨架之圓周框架及縱向勁化強化構 件。可使用框架與縱樑之組合來賦予機身艙體所需之勁度 及足夠量之材料以承受來自靜態荷載及疲勞荷載之所有飛 機荷載。具體而言’就縱樑元件而言，主要目的在於以優 〜-彳刀蒙皮板表面以避免該表面變形。縱樑亦有助於 防止裂紋在蒙皮板中擴展。機身框架之實例包括飢框 八、有剪切捽之浮式C框架及具有剪切桿之浮式Z框架。 曾劍所用術「有機改質劑」、「有機填充劑」、「無機改 …ί無機填充劑」其如彼等熟習此項技術者已知之 二：及ί可包括通常添加至非織造材料中以改良其性質 劑 母 劑 劑 劑 ’、’、機化合物，例如流動控制添加劑、紫外線吸收 、、滑石如二氧化石夕、石墨及氣化爛）、黏土（例如雲 、阻燃^虫至石）、金屬粒子、消光劑、顏料、抗氧化 力：：、稀釋劑、穩定劑、單趙、預聚物、撓性改進 、、礦：：劑及潤滑劑(包括基於含氣聚合物之加工助 ' 蠟）'成核劑、纖維線、聚合物、玻璃、陶 瓷及聚合物泡、金眉初工 坂場陶 核-殼粒子m介電微填錢及奈米填充劑（例如 雉、奈米石墨、二1奈1晶體、碳奈米管、碳奈米纖 、 不米一氧化梦、奈米氧化鋁、 145648.doc -25- 201033012 氧化鍅及二氧化鈦奈米粒子、貴金屬奈米粒子、導電微粒 及奈米粒子、奈米纖維及奈米線）或其組合。 可使用製備複合材料之標準製程。舉例而言，在一個實 施例中，使用典型機身蒙皮/框架製程來製備複合物。 實例 實例1 評價若干市售熱塑性彈性體以評估其阻尼效率範圍。所 評價材料及其相應性質之簡表報告於表1中。 表1 商品名 等級 聚合物類型 Tg.(°C) Tan δ Amitel EL630 TPC-E 20.56 0.05 Amitel EL550 TPC-E -80 0.05 Amitel EL630 TPE-E -60.5 0.05 Estane 58245 TPE-U -22.7 0.40 Hybrar 7311 TPE-S -13.6 2.10 Hybrar 7125 TPE-S 10.9 1.20 Hytrel G3078 TPC-ET -40.4 0.40 Hytrel 4056 TPC-ET -20.32 0.20 Hytrel 4556 TPC-ET -40.43 0.16 Hytrel 5526 TPC-ET -8.06 0.14 Kraton FG1924X TPE-S -41.1 1.50 Kraton MD-6455P TPE-S -60.1 2.00 Kraton G-1730M TPE-S -38.8 0.90 Kraton G1642M TPE-S -31.2 1.50 Kraton D1113BT TPE-S -48.9 2.30 Mobilon MF100T TPE-E -54.8 0.45 145648.doc -26· 201033012 商品名 等級 聚合物類型 Tg.(°C) Tan δ Mobilon MF100T-TB ΤΡΕ-Ε -17.6 0.32 Onflex U3565A TPE-U -19.0 0.30 Onflex V3085 TPE-V -28.3 0.20 Onlfex U5355A TPE-U -11.2 0.40 Onflex V1045A TPE-V -41.8 0.40 Pebax MX 1205 ΤΡΕ-Ε -55.5 0.17 Pebax 3533 ΤΡΕ-Ε -60.6 0.17 Pebax 2533 ΤΡΕ-Ε -62.5 0.15 Pebax 4033 ΤΡΕ-Ε -63.5 0.10 Septon 2002 TPE-S -35.1 0.60 Septon 2063 TPE-S -38.15 1.60 Septon 8076 TPE-S -31.84 0.30 根據聚合物之tanS值及玻璃轉化溫度之範圍來選擇聚合 物。選擇tan值高於1.0、較佳介於1.0與1.6之間且最佳大於 2之聚合物。 實例2 使用苯乙烯熱塑性彈性體且具體而言含有乙烯-丙烯撓 性單元之氫化苯乙稀共聚物彈性體（例如Kuraray Septon 2063)作為該實例中所揭示非織造物製品之主要組份。將 不同百分比之聚丙烯（PP)、聚醯胺6(耐侖6)或聚對苯二曱 酸丁二酯（PBT)與所選熱塑性彈性體（Septon 2063)複合。 選擇熔喷製程用於非織造物製造。該製程之示意性圖示報 告於圖1中。非織造物及其相應組成及性質之列表報告於 表2中。 145648.doc -27- 201033012 表2 非織造 物編號 組成 重量 (g/m2) 厚度 (μη») 拉伸強度 (N/5 cm) MD 透氣度 cc/cm2/sec) 1 50:50 w/w Septon 2063/聚丙稀 77.9 394 24.1 18.3 2 50:50 w/w Septon 2063/聚丙烯 134.3 614 8.0 45.7 3 50:50 Septon 2063/聚丙稀 79.2 403 12.2 42.7 4 50:50 w/w Septon 2063/聚丙稀 85.1 350 17.1 60 5 50:50 w/w Septon 2063/聚丙稀 80.9 301 10.7 52.8 6 50:50 w/w Septon 2063/聚丙烯 48.9 175 9.1 57.1 7 50:50 w/w Septon 2063/聚丙烯 48.5 206 8.0 85.8 8 50:50 w/w Septon 2063/聚丙稀 78.6 330 10.0 82.5 9 70:30 w/w Septon 2063/聚對苯 二甲酸丁二酯 162.7 774 3.1 165 10 70:30 w/w Septon 2063/对舍 6 196.8 1510 2.1 586 實例3 在該實例中證明整合聲響阻尼材料適合於灌注製程。在 該實例中藉由整體樹脂灌注使用CYCOM 977-2 1000 gsm HM膜及經三轴碳纖維編織之預成型物來獲得試件。 所揭示實例選擇三種不同非織造物等級（表2中之3、6及 7)，其特徵為面積/重量比介於48.5與79.2 gsm之間且透氣 145648.doc -28 - 201033012 度；I 於 40.3與85.8〇〇/〇1112/36〇之間。 使用逐層铺疊法製造4個試件（表4)。將夾頁置於試件之 中間平面中。試件尺寸報告於表3令。製造無任何黏彈性 夾頁之試件1且將其編號為未經改質基線。 表3 樣品尺寸 長度 約250 mm 厚度 約3 mm 寬度 約 160 mm 對於母-試件而言’皆對樹脂裝填容量進行計算以滿足 35±5重量％的完成部分樹脂含量。

、實驗顯不所選非織造物適於灌注製程。達成完全樹脂滲 透在樣°π中未觀察到任何乾燥區域。所有製造試件皆達 成正確樹脂含量，如表4中所展示。 表4 試件 非織造物 灌注樣品中之 樹脂含量(°/〇) 1 = 33.78 2 3 35.41 3 ' 6 34.85 4 ---^ 7 35.66 實例4 5平價較佳非織造整合材料方案對以下複合物性質之影 響： a)聲響阻尼 145648.doc •29- 201033012 b) 表觀層間剪切強度 c) 衝擊後壓縮強度 d) 開孔壓縮強度 e) 玻璃轉化溫度 根據溫度變化藉由共振方法來實施吸收量測。量測系統 · 之示意性圖示展示於圖2中。 · 在恒至中使樣品以自由結構振動。使用微型加速計來 量測振盪器處之驅動點加速度及測試樣品之反應。藉由雙 通道快速傅立葉（Fourier)變換光譜分析儀來分析加速計之 © 輸出彳§號。分析儀測定該兩個加速計之加速度比及相位差 且亦提供隨機嗓聲源以在3〇 Hz至1〇 KHz之頻率範圍内驅 動該振盪器。持續對所量測數據進行抽樣並計算均方根平 均。所顯示之振幅比對頻率產生多個共振峰，可自其計算 吸收值（損耗因子）。在一耽至+抓之溫度範圍内以抓 作為間隔來進行量測。 根據EN2565來製備測試板。樣品尺寸報告於表5中。 根據EN2743在測試前將固化樣品儲存於⑺士^㈡及© (50±5)°/。濕度下。 表5 樣品尺寸 長度 电 ώ——— 600±1 mm 寬度 200±1 mm 厚度 真旺----- 約 1.65 mm 疊層 ----—___ 准各向同性 145648.doc -30- 201033012 自CYCOM® 977-2-34-24IMS單向帶製造聲響測試試件。 選擇非織造物3(表2)作為該實例之夾頁並用CYCOM 977-2 ΗΜ 94 gsm膜對其實施預浸潰。隨後將預浸潰夾頁鋪疊於 樣品之中間平面上。出於比較目的，製造不含有任何夾頁 之樣品並將其編號為「未經改質基線」。 所揭示非織造整合材料樣品可在-50°C與20°C間之溫度 範圍内及在30與5000 Hz間之頻率範圍内產生優良聲響阻 尼性能，如表6中所展示。若與未經改質基線相比，則整 合材料方案顯示聲響阻尼性質之顯著改良，如圖3中所展 示0 表6 頻率 (Hz) η(損耗因子） -50°C -40°C -30°C -20°C -10°C 0°C 10°C 20°C 30 0.029659 0.024884 0.021369 0.017299 0.017796 0.016919 0.018449 0.022231 50 0.024247 0.02382 0.020797 0.015422 0.017421 0.017834 0.019663 0.021713 75 0.017989 0.022756 0.020225 0.015968 0.022802 0.019977 0.021552 0.020834 100 0.013062 0.022484 0.024257 0.020209 0.025529 0.022525 0.022367 0.016263 150 0.01065 0.022091 0.029561 0.026828 0.024995 0.021594 0.022389 0.012501 200 0.011543 0.021701 0.037767 0.033381 0.02447 0.019462 0.022411 0.012673 250 0.012059 0.021756 0.039757 0.033992 0.024211 0.016108 0.020219 0.012845 300 0.012525 0.021789 0.040965 0.032213 0.02323 0.020308 0.021309 0.021263 350 0.011419 0.021097 0.036746 0.031074 0.023759 0.02933 0.024431 0.031797 400 0.011055 0.021613 0.035966 0.036358 0.02941 0.041794 0.028337 0.03069 500 0.010702 0.022691 0.035915 0.045019 0.03781 0.048705 0.029584 0.02682 600 0.01127 0.023633 0.036783 0.057785 0.046602 0.060244 0.032412 0.032344 650 0.011616 0.02385 0.037996 0.068467 0.045692 0.055543 0.035751 0.034929 700 0.011869 0.024018 0.040352 0.074705 0.044889 0.04805 0.036608 0.036295 800 0.011776 0.024154 0.042106 0.07027 0.040032 0.047659 0.031946 0.030918 900 0.011776 0.024041 0.04672 0.064629 0.03821 0.058363 0.027516 0.03181 1000 0.011942 0.024068 0.047204 0.06475 0.035522 0.066499 0.025302 0.032759

-31- 145648.doc 201033012 頻率 (Hz) η(損耗因子） -50°C -40°C -30°C -20°C -10°C o°c 10°C 20°C 1250 0,012236 0.025721 0.050315 0.067795 0.037927 0.062027 0.026946 0.032925 1500 0.012329 0.027786 0.044625 0.068021 0.044035 0.056166 0.02896 0.029003 2000 0.012686 0.030923 0.034065 0.061731 0.048751 0.04987 0.031932 0.027605 2500 0.01367 0.032956 0.028768 0.056415 0.050988 0.046309 0.033678 0.0327 3000 0.015765 0.033758 0.031322 0.052829 0.048099 0.038688 0.035252 0.0388 4000 0.018263 0.031645 0.036402 0.050927 0.046541 0.030753 0.035376 0.042116 5000 0.020243 0.02699 0.038776 0.048757 0.044155 0.023979 0.035966 0.041454 b) 根據EN2563以簡支樑形式集成測試樣品之表觀剪切強 度。藉助位於兩個支撐件之間之中間位置處的荷載鼻架所 施加之力將一杆置於該兩個支撐件上，且根據以下公式來 進行量測： _3·Ρ! 4Μ 其中： τ係表觀剪切應力（MPa) h係首次失效時之最大力（N) 办係樣品寬度（mm) Λ係樣品厚度（mm) 量測非織造物改質壓層在mek浸泡前後的表觀層間剪切 強度。在初始條件中根據EN 2743對樣品進行調理。 對於MEK浸泡後測試而言，根據EN 2489來實施調理。 自CYCOM 977-2-34-24IMS單向帶製造測試板。在根據 EN2565所製備板中取測試樣品。樣品尺寸報告於表7中。 在浸泡前測試5個試件且在浸泡後測試另外5個試件。樣品 之長度方向與纖維取向平行。選擇非織造物3(表2)作為該 145648.doc -32- 201033012 實例之夾頁並用CYCOM 977-2 HM 94 gsm膜對其實施預浸 潰。隨後將預浸潰夾頁鋪疊於樣品之中間平面上。 表7 樣品尺寸 長度 20±0.25 mm 寬度 10±0.2 mm 厚度 2±0.2 mm

甲基乙基酮調理不影響所計算經夾頁改質試件之表觀層 間強度。具體而言，在一個實施例中，層間剪切強度係 84.59 MPa，且在溶劑中浸泡1小時後為83.34 MPa，如圖3 中所展示。 c) 衝擊後壓縮測試旨在測定纖維強化塑料之耐低速衝擊特 性。該方法量測材料對特定組衝擊參數之反應，從而允許 比較各材料。 以所定義衝擊能對經夾頁改質樣品實施衝擊並根據EN 6038來量測壓縮強度。量測凹陷深度及所測定面積。 自CYCOM 977-2-34-24IMS單向帶製造測試板。根據EN 2565中用於碳強化壓層之方法B製備經夾頁改質之測試 板。選擇非織造物3(表2)作為該實例之夾頁並用CYCOM 977-2 HM 94 gsm膜對其實施預浸潰。隨後將預浸潰夾頁 鋪疊於樣品之中間平面上。該測試使用准各向同性疊層及 大約4 mm之樣品。尺寸及容差定義於表8中。 用30 J能量衝擊經夾頁改質樣品並量測凹陷深度。實施 145648.doc -33- 201033012 超音波掃描以確定損傷長度、寬度及面積。 在衝擊後實施調理。在23±2 mm 50±5%相對濕度下實施 測試。 選擇0.5 mm/min之十字頭。連續記錄隨時間及斷裂失效 荷載（Pr)變化之荷載。以特定衝擊能級E衝擊後之壓縮強 度藉由以下公式來定義： ar =-^-(ΜΡά) wt 其中厂係斷裂失效荷載（N) w係樣品寬度（mm) ί係樣品厚度（mm) 樣品尺寸報告於表8中。 表8 樣品尺寸 長度 150±0.2 mm 寬度 100±0.2 mm 厚度 約4 mm 疊層 單向 將非織造物3(表2)鋪疊於各試件之中間平面中。 在整合複合結構中使用較佳非織造物所產生衝擊後壓縮 強度之下降最小，如圖5中所展示。另外，若與未經改質 試件相比，則該改質可降低損傷面積，如圖6中所展示。 開孔壓縮測試係測定具有單向強化之複合物之開孔拉伸 強度之方法。以張力測試經夾頁改質開孔樣品以測定壓層 之張力機械性質。 145648.doc -34- 201033012 選擇2±0.2 mm/min之十字頭速度。連續記錄隨十字頭位 移而變化之荷載。標準化拉伸開孔壓縮強度係使用所報告 公式藉由樣品所經歷最大荷載除以標距内剖面面積來計 算： (MPa) tm ·Ψ 其+尸《係最大荷載（Ν) w係樣品寬度（mm) G係標稱厚度（相關材料說明書中所指定固化層片厚度乘以 測試壓層中之層片數）(mm) 自CYCOM 977-2-34IMS單向帶製造測試板。根據ΕΝ 2565中用於碳纖維強化壓層之方法Β製備測試板。 該測試使用准各向同性疊層及大約4m之樣品。任何壓 層之厚度量測值之變化皆在平均量測厚度之士2%内。選擇 非織造物3(表2)作為該實例之夾頁並用CYCOM 977-2 HM 94 gsm膜對其實施預浸潰。隨後將預浸潰夾頁鋪疊於樣品 之中間平面上。出於比較目的，製造不包括任何非織造夾 頁之試件並將其編號為未經改質基線。 對板實施非破壞性測試（NDT)(例如C-掃描）以確定無可 檢測缺陷。 孔洞機械加工遵照AIPS 01-02-005之要求。測試了 6個測 試樣品。 在（23 土 2)。下測試樣品並根據EN2823對其實施調理。 樣品尺寸報告於表9中。 145648.doc -35- 201033012 表9 樣品尺寸 長度 180±0.1 mm 半長度 90±0.05 mm 厚度 約4 mm 寬度 32士0.2 mm 半寬度 16士 0.1 mm 孔徑 最小值 6.339 最大值 6.384 若與未經改質基線相比，則在整合複合結構之中間平面 中插入非織造物所產生開孔壓縮強度之下降較小，如圖7 中所展示。 . e) 藉由動態機械分析（DMA)使用多頻率應變控制測試來評 價非織造夾頁對壓層熱學性質之影響。正弦力以恆定振幅 經單頻率使樣品變形同時以恆定速率對材料實施加熱。使 用所施加應力量值及所得應變來計算勁度且由此計算材料 在應力下之模量。藉由相對於所施加力量測位移時滯來測 定材料之阻尼性質。時滯報告為相滯（角度）。阻尼稱為tan d，其表示相滯之正切。在約50°C與260°C之間之溫度範圍 内實施DMA，其中加熱速率為5±0.2°C /min且頻率為約1 Hz。 自CYCOM 977-2-34IMS單向帶製造測試板。根據 145648.doc -36- 201033012 EN2565來製備測試板。樣品尺寸報告於表10中。 表10 樣品尺寸 長度 40土0.4 mm 半長度 10士0.4 mm 厚度 2±0·2 mm

選擇非織造物3(表2)作為該實例之夾頁並用CYCOM 977-2 HM 94 gsm膜對其實施預浸潰。隨後將預浸潰夾頁 鋪疊於樣品之中間平面上。 根據EN2743在測試前將固化樣品儲存於（23±2°C )及 (50±5)%濕度下。 玻璃轉化溫度定義為試樣在進行往復位移時所展現機械 及阻尼性質隨溫度升高而急劇變化時之溫度。起始Tg定義 為在玻璃轉化事件起始前後自儲存模量曲線上之相應點所 拉出之延伸切線的溫度交叉點之溫度。使用單懸臂彎曲模 式來實施測試。測試3個樣品且Tg結果在其平均值之±2°C 内。 使用較佳非織造物方案實質上不影響整合結構之玻璃轉 化溫度，如圖8中所展示。在經非織造物改質樣品與未經 改質樣品之間觀察到小於1 °C之差異。 實例4 所揭示非織造整合材料與經Smactane®(構自Smac Toulon France)連續膜改質複合物之剝離強度之比較實例。 剝離測試量測拉開結合表面所需強度。在量測試樣厚度 145648.doc -37- 201033012 後，將其置於通用測試儀中之夾具中。以指定速度牵拉樣 品直至部分或結合失效。失效類型記錄為内聚失效、黏合 劑失效或基材失效。 藉由剝離力連續加載預製裂紋樣品直至達成大約1 00 mm之總擴展裂紋長度。在裂紋擴展期間，連續記錄測試 機之載荷及十字頭位移。自如圖1 0中所展示載荷-十字頭 位移圖所確定擴展裂紋長度及所施加能量來計算剝離強 度。 圖9之剝離測試樣品尺寸報告於表11中。 表11 樣品尺寸 長度(L) 205.0士5 mm 初始裂紋長度(1) 25.0±1 mm 寬度(W) 25.0±0.2 mm 厚度(t) 3.0±0.2 mm 帶之纖維方向與樣品長度呈0°。 自CYCOM 977-2-34-24IMS單向帶製造測試板。根據 EN2565來製備測試板。選擇非織造物3(表2)作為該實例之 夾頁並用CYCOM 977-2 HM 94 gsm膜對其實施預浸潰。隨 後將預浸潰夾頁鋪疊於樣品之中間平面上。 使用具有裂紋長度尺寸之雙層聚四氟乙烯（PTFE)離型膜 引入初始裂紋，將其置於壓層中間平面處黏彈性夾頁與緊 鄰其之帶狀層片之間。 用於比較實例之非織造夾頁及連續膜及其相應特徵報告 145648.doc •38- 201033012 於表12中： 表12 夾頁 厚度(μπι) 重量(g/m2) Smactane® 200 220 非織造物3 403 ] 80 根據EN 2743測試調理後於室溫下測試呈固化後狀態之 乾燥樣品。 將樣品排列於測試夾具中。加載所納入離型膜直至達成 約1〇至15 mm之初始裂紋長度。以10 mm/min之十字頭速 度不斷加載樣品直至達成約1〇〇 mm之總裂紋長度。記錄荷 載及十予頭位移。 使用以下公式來計算剝離強度： Ρ,ί = —Χίο6 aw P51係剝離強度 /係達成總擴展裂紋長度之能量（圖1〇) a係擴展裂紋長度 w係樣品寬度 . 如在經Smactane®改質試件之情形中，使用連續膜夾頁 時可因夾頁之各向同性性質而使剝離強度顯著下降。該膜 用作複合結構中之連續障壁。相反，當將非織造夾頁置於 試件之中間平面中時記錄到優良剝離強度值。在樹脂與非 織造物之間形成適宜介面可在維持優良聲響阻尼性質的同 時顯著改良強度值。 145648.doc •39- 201033012 實例5 在該比較實例中使用不同的電漿處理對非織造物表面進 行改質。根據實例5製備試件。如實例5中所述來計算剝離 強度。 自CYCOM 977-2-34-24IMS單向帶製造測試板。根據 EN2565來製備測試板。選擇非織造物3(表2)作為該比較實 例之夾頁並用CYCOM 977-2 HM 94 gsm膜對其實施預浸 潰。隨後將預浸潰夾頁鋪疊於樣品之中間平面上。 處理條件報告於表13中。 表13 處理條件 線速度 約3-10 m/min 喷嘴/試樣間隙 約 10-15 mm 功率 約 1-3KW 達因 約 40-70 分析試件及電漿處理之完全列表報告於表14中。 藉由測試墨水量測電漿處理後之表面張力。該量測係基 於以下原理：若在墨水施加後液體潤濕表面，則所測試材 料之表面張力高於相應測試值。用下一較高測試值重複該 測試直至不再發生潤濕。因此，材料表面張力對應於經至 少2秒最後一次潤濕其之測試墨水值。 145648.doc •40- 201033012 表13 試樣編號 夾頁 電漿處理 氣體 表面張力 (達因/cm) 剝離強度 (J/m2) 未經改質 基線 - - - 500 1 3 大氣 空氣1 52 600 2 3 大氣 空氣2 >70 924 3 3 大氣 氮氣/ 氫氣 90:10 54 632

若與未經改質基線試件相比，則在處理後可觀察到經電 漿改質非織造間插結構之剝離強度之介於20%與96%之間 的改良，如圖12中所展示。 實例6 在非織造複合材料與連續膜間插複合材料之間的灌注製 程之比較實例。 如實例3中所述實施灌注製程。使用基於相同材料組成 及厚度之非織造物3(表2)及連續膜作為該實例中所揭示實 施例之夾頁。 連續膜用作流動障壁並阻止試件完全浸潰。在經連續膜 改質試件之表面上清晰可見大片乾燥區域，如圖13b中所 展示。相反，使用較佳非織造整合材料方案可產生含有所 計算樹脂含量之完全浸潰結構，如圖13 a中所展示。 【圖式簡單說明】 圖1係與熔喷製程有關的非織造織物之製程之一個實施 145648.doc •41 · 201033012 例之圖解說明。 圖2係用於量測未經改質及經非織造物改質板之損耗因 子的測試裝置之圖解說明。藉由自雙通道FFT分析儀之振 幅比對頻率之譜所獲得之共振峰來計算損耗因子（^)，該 分析儀分析加速計之輸出信號（加速度比及相位差）。使用 微型加速計來量測振盪器處之驅動點加速度及測試樣品之 反應。 圖3繪示在-2〇t下經非織造物改質複合物之阻尼性能對 頻率，如實例4中所述。損耗因子愈高，則耗散能愈大。❿ 因此，模態分析在約100 Hz與約5〇〇〇 Hz間之頻率範圍内 及在寬溫度範圍（例如，_5〇〇c至+2〇乞（包括所展示_2〇<t的 性質））内顯示改良阻尼性質。 圖4使用短樑剪切測試繪示經非織造物改質壓層之耐溶 劑性，其展不經夾頁改質複合物在根據實例4b進行甲基乙 基酮（MEK)調理前後的表觀層間強度。在室溫及丨小時之 調理條件下，表觀層間剪切強度實質上不受甲基乙基嗣 (MEK)處理之影響。 ❹ 圖5繪示，本發明一個實施例中經非織造物改質複合物 之衝擊後壓縮強度與未經改質複合物相比幾乎未改變，如 實例4c中所述。 . 圖6繪示，本發明一個實施例中經非織造物改質複合物 - 與未經改質複合物相比在3G 了衝擊後之損壞面積有所減 小，如實例4c中所述。 圖7繪示本發明一個實施例之經非織造物改質複合物之 I45648.doc -42- 201033012 總開孔壓縮強度與未經改質複合物相比幾乎未改變，如實 例4d中所述。 圖8使用未經改質壓層及經非織造夾頁改質壓層之一實 施例之動態機械分析（DMA)繪示經非織造物改質壓層對壓 層之熱學性質（即’玻璃轉化溫度之作用’如實例4中 所述。DMA分析證實，插入所揭示非織造材料實質上不影 響經改質壓層之熱學性質（例如Tg)，如實例4e中所述。 圖9繪示用於產生實例5之剝離強度數據的測試樣品結構 之實例。 圖10繪示％載-十字頭位移圖’如實例5中所論述。 圖11繪示藉由實例5中所述剝離測試所產生本發明阻尼 複合物之一實施例與比較試樣之剝離強度數據：A)基線； B)經連續膜改質複合物及c)本發明一個實施例之阻尼複合 材料。該圖表示藉由引進分層裂紋所需之初始破裂平面來 標準化之能量量。夾頁結構可產生較高剝離強值。 ❿ 圖12繪示藉由實例6中所述剝離測試所產生的經不同電 漿處理之本發明阻尼複合物的實施例與比較試樣之剝離強 度數據。若與未經改質壓層相比，則經電漿處理之非織造 -物改質複合物可達成介於20%與1〇〇%間之增量。 .圖13繪示用於樹脂灌注製程之整合非織造結構（A)相對 於經連續膜改質結構（B)之效率。在所揭示非織造實施例 之情形中達成完全樹脂浸透，而在連續膜板中可清楚地看 到較寬乾燥區域。 圖14繪示本發明所揭示一失心結構之剖面透視圖。 145648.doc -43-

Claims (1)

1. 201033012 七、申請專利範圍： 1 · 一種固化或未固化結構性複合材料，其包含 結構性組份； 樹脂組份；及 黏彈性夾頁； - 其中該結構性組份係呈複數個包含結構性纖維之織品 層之形式； 其中該黏彈性夾頁包含至少一個位於一對毗鄰織品層 ® m織造材料薄層； 其中該黏彈性夾頁及結構性組份係部分或完全經該樹 脂組份浸潰；且 其中在固化後，該夾層係整合於該結構性複合材 中。 2.如請求们之結構性複合材料’其中該樹脂組份係熱固 性組合物。 籲3.如”月求項！之結構性複合材料其中該結構性纖維包含 碳纖維。 如明求項1之結構性複合材料，其中該黏彈性夾頁係在 該固化製程前包埋入該樹脂組份中。 .5·如^们之結構性複合材料，其中該非織造材料包含 至少一種熱塑性彈性體或其摻合物。 6.如之結構性複合材料，其中該非織造㈣包含 至一種選自由苯乙烯熱塑性彈性體、彈性體聚烯烴及 其摻合物組成之群之共聚物。 145648.doc 201033012 7.如請求項1至7中任一項之結構性複合材料，其中該非織 造材料包含一選自由聚酯、聚醯胺、聚烯烴、其共聚物 中之一種及其摻合物組成之群之熱塑性聚合物。 8·如請求項1至7中任一項之結構性複合材料，其中藉由電 漿處理該黏彈性夾頁以在兩側上達成至少35達因/cm之 表面張力。 9. 如請求項1至8之結構性複合材料，其中該非織造材料與 該樹脂間具有一受控介面，從而產生一在未經改質複合 物之剝離強度值的70%範圍内的剝離強度值。 10. 如請求項1至9中任一項之結構性複合材料，其中該黏彈 性夾頁進一步包含有機及無機化合物。 11. 如請求項丨至1〇中任一項之結構性複合材料其中該黏 彈性夾頁所造成該複合物玻璃轉化溫度之降低不超過 10%。 1 2.如請求項丨至丨丨中任一項之結構性複合材料其中該黏 彈性夹頁所造成該複合物之衝擊後壓縮強度之降低不超 過 10%。 13 · —種固化或未固化複合夾心結構性材料，其包含 第一蒙皮及第二蒙皮； 介於該第一蒙皮與该第二蒙皮之間之結構性核 心；及 黏彈性夾頁。 Μ·如請求項13之複合夾心結構性材料，其中該核心係蜂巢 結構。 I45648.doc 201033012 15. 如請求項13之複合夾心結構性材料，其中該第一蒙皮及 该第二蒙皮包含複數個包含結構性纖維之織品層及樹脂 組份。 16. 如請求項13之複合夹心結構性材料，其中該黏彈性夾頁 包含至少一個位於該等蒙皮中之一對赴鄰織品層間之非 織造材料薄層。 17. 如請求項13之複合夹心結構性材料，其中該黏彈性夾頁 ^ 包含至少—個介於蒙皮與該核心之間之非織造材料層。 1 8. —種固化或未固化結構性複合材料，其包含 樹脂組份；及 黏彈性夾頁。 19. 如請求項18之結構性複合材料，其中該樹脂組份係結構 性黏合劑調配物。 20. 如請求項18之結構性複合材料，其中該黏彈性爽頁至少 一側上係經結構性黏合劑調配物塗佈。 145648.doc