由层压件制成的面板及其制造方法与流程

从WO-02/078.950-A1已知这种纤维金属层压件的面板。与诸如铝合金的金属合金相比，纤维金属层压件(fibre metal laminate，FML)具有提高的抗疲劳性，具体地是抗裂缝传播性。抗损坏在航空航天工程中是关键目标。然而，还可以进一步提高诸如飞行器结构的结构中的FML的行为，其中，诸如飞行器结构的结构中的FML例如为诸如来自(在铝层之间的玻璃纤维化合物)的机身面板的、带有根据如从WO-02/078.950-A1已知的现有技术的拼接件的FML面板。

在制造具有拼接件的FML层压件面板之后，需要多个附加动作来处理外边缘，以使得实现满足空气动力和装饰要求的光滑外部。这些动作主要地涉及到后处理最外填充物，该最外填充物主要形成为在制造面板时从拼接件挤出的粘合剂。该粘合剂挤出物为棱柱形，并且自由地位于飞行器的外侧上。不利的是，该粘合剂棱柱形挤出物在高压灭菌器之后经常表现出诸如小气泡的装饰缺陷，然后，作为生产过程的一部分，这些装饰缺陷必须通过划开、研磨、清洁、用粘合剂填充、硬化24小时、再研磨和涂刷来进行后处理。这就在生产动作和时间方面造成用于生产这样的具有一个或者多个拼接件的FML层压件面板的过程的不利延长。

在最外拼接件重叠部的位置处，最外金属层的端部区域的外表面是自由的，并且最外金属层的薄边缘在邻接边缘上被粘附至飞行器机身面板的相邻最外棱柱形粘合剂挤出物。该邻接粘合剂结合是不利的。在设计方面，FML层压件中的粘合剂结合善于承受剪切力，而承受拉伸力的能力则欠佳。然而，金属边缘在棱柱形粘合剂挤出物上的邻接粘合剂结合承受拉伸力，这是不希望的。由于飞行器的反复飞行，循环负荷以温度影响(在-55℃与100℃之间)、机身的循环负荷和变形(机舱压强和弯曲力矩)的形式出现。由于这些循环负荷，在铝边缘的位置处的最外粘合剂挤出物对出现毛细裂缝(微裂缝)敏感。如果这些毛细裂缝出现在涂刷的FML层压件面板中，则这些毛细裂缝会在飞行器的外侧上、作为涂刷层中的微裂缝的形式的装饰缺陷可见。

另外，在已知拼接件中，最外金属-金属重叠部设置有支承的粘合剂材料(设置有尼龙载体)，并且最外粘合剂挤出棱柱包括未支承的粘合剂材料(无载体)，以便避免能够在处理棱柱形粘合剂挤出物时从层压件抽取尼龙载体。因此，假定在两个金属层之间的重叠部中施加支承的粘合剂，则需要额外的生产动作来沉积用于相邻最外粘合剂挤出棱柱的未支承的粘合剂。

还在如下文献中发现了在前序中描述的类型的面板："Fibre Metal Laminates,an Introduction",edited by Ad Vlot et al,Kluwer 2001,pages 267-280,Chapter 17:"Detailed design concepts"by O.C.van der Jagt et al。

FMS层压件制成为单向玻璃纤维预浸件、粘合剂材料和薄金属板的夹层部件，其中，单向玻璃纤维预浸件、粘合剂材料和薄金属板通过在模具上堆叠来组装至彼此，薄金属板例如为铝板。玻璃预浸件是嵌入基体材料中的玻璃纤维垫。在堆叠过程之后，将带有产品的模具置于高压灭菌器中。然后，产品在高压和高温之下在高压灭菌器中被粘附在一起并且硬化。因此，显现有光滑模具侧的层压件产品，该光滑模具侧也形成飞行器的外侧。

本发明的目的是创建一种没有前述缺点的面板。该目的通过还包括包覆层的面板来实现，该包覆层包括至少一个纤维材料层，该至少一个纤维材料层在填充物和外金属层的位于填充物的相反侧上的相邻外表面区域之上延伸，并且粘附至外表面区域，并且包覆层的外侧由粘合剂层或者由嵌入粘合剂材料中的纤维层形成。

这具有以下优点：最外铝层的拼接件的最外棱柱形粘合剂挤出物通过局部包覆层有效地覆盖，该局部包覆层例如可包括粘合剂层以及嵌入粘合剂层的桥接玻璃纤维。该覆盖防止在高压灭菌器处理期间形成诸如小气泡的装饰缺陷，这些装饰缺陷在视线中，因此必须进行后处理。因此，省去诸如划开、研磨、清洁、用粘合剂填充、硬化24小时、再研磨和涂刷的后处理步骤。

另外，桥接最外纤维材料层用作从来自最外金属层的边缘区域的拉伸力从最外拼接件重叠部向填充物或者棱柱形粘合剂挤出部、以及向最外拼接件重叠部的最内金属层的相邻区域的桥接部，通过桥接最外纤维材料层，适当地在拼接件重叠区域之前和之后的拉伸力逐渐地增大和减小。

因而，层压件产品处于用于在诸如用作飞行器的壁面板时的较长时期吸收循环负荷的位置，在在诸如用作飞行器的壁面板时的较长时期中，由于反复飞行，出现循环温度影响(从在-55℃与100℃之间开始)以及机身的变形和循环机械负荷(机舱压强和弯曲力矩)。根据本发明的层压件产品可以更长的持续时间内更经常地耐受这些循环负荷而不出现微裂缝。因而，在最外拼接件之上有桥接玻璃纤维的面板能够经受比根据现有技术的面板更大数目的飞行循环。

另一优点在于支承的粘合剂材料现在可用于最外粘合剂挤出棱柱，假定包覆层在处理粘合剂挤出棱柱时有效地保护该粘合剂挤出棱柱免于尼龙载体外出。因此，为了形成粘附的最外金属-金属重叠部和最外粘合剂挤出棱柱，仅需一个覆盖重叠部和棱柱二者的单条支承的粘合剂材料。这就节省了生产动作，因为无需未支承的粘合剂。

用玻璃预浸件和粘合剂材料包住的拼接件区域还确保来自飞行器以外的潮气和化学物质不能沿着最外粘合剂挤出部透入，并且不能透入最外拼接件重叠部的粘合剂接缝中。

US2008/0006741中公开了另一面板。所述现有技术面板与用于飞行器机身的皮肤面板有关，该面板包括多个重叠的金属层，这些金属层通过纤维加固粘合剂层彼此粘附，从而形成在圆周方向上定向的阶梯式连接区域。金属条在面板的外侧覆盖所述阶梯式连接区域。在该外金属条与阶梯式区域的相邻外侧表面区域之间的过渡处不光滑，反而具有骤变特性。这不符合提供满足如前文论述的空气动力和装饰要求的飞行器结构。

根据本发明，包覆层限于如由填充物和外金属层的相邻外表面区域限定的区域，从而留出所述外金属层的其余区域。所述其余区域比由包覆层覆盖的区域更大，例如大至少一个数量级。

包覆层的至少一个纤维材料层可包括嵌入粘合剂材料中的纤维。包覆层可限定包覆层的外表面，并且包覆层的所述外表面可以限定面板表面。

具体地，由包覆层限定的外表面可以与面板表面重合。包覆层还可以同样粘附至填充物。优选地，第一层压件和第二层压件在包覆层的位置处向内啮合错折。因而，维持面板的外侧在空力学方面无间断的光滑轮廓。

纤维材料层可包括嵌入粘合剂材料中的、诸如玻璃纤维层的纤维层。该嵌入的纤维层可以形成外侧。这意味着嵌入的纤维层的粘合剂材料可以形成包覆层的外侧。另外，在该实施方式中，纤维层的光纤可存在于外侧表面，可由外侧表面界定和/或可与外侧表面相切，因而，与嵌入的纤维层的粘合剂材料一起形成和限定包覆层的外侧表面。另外，根据变体，可替代地，包覆层的外侧可由粘合剂层形成。另外，包覆层可包括彼此粘附的若干纤维材料层。在该情况下，优选地设置的是，沿着外表面查看位置更向外的纤维材料层相对于位置更向内的纤维材料层延伸。在该情况下，为了维持面板的光滑外轮廓，层压件可以在第一距离之上在位置更向外的位置处啮合错折，从而延伸纤维材料层，并且在第二距离之上在位置更向内的纤维材料层的位置处啮合错折。

优选地，一个或多个纤维材料层的纤维方向相对于第一外金属层的边缘节段的边缘进行横向定向。另外，纤维加固粘合剂层可包括相对于第一外金属层的边缘节段的边缘横向定向的纤维。另外，可设置另一纤维加固粘合剂层，该另一纤维加固粘合剂层包括在与第一外金属层的边缘节段的边缘相同的方向上定向的纤维。如上所述，一个或多个纤维加固粘合剂层的纤维和/或一个或多个纤维材料层的纤维可包括玻璃纤维。具体地，一个或多个纤维材料层可包括嵌入基质材料中的单向纤维预浸件。该一个或多个纤维加固粘合剂层可从第一层压件连续地延伸到第二层压件。

在相互重叠的金属层的边缘节段之间的粘合剂可包括诸如嵌入胶中的毡片的、支承的粘合剂。以该方式，在两个外金属层之间的填充物可包括胶。在该情况下，如上所述，填充物可以是棱柱形，诸如有三角形横截面的棱柱，三角形横截面由啮合错折的第二外金属层的啮合错折的边缘区域的斜边、第一外金属层的邻接边缘和由包覆层覆盖的填充物的表面界定。填充物可形成为在外金属层的相互重叠的边缘节段之间的粘合剂挤出物。

本发明还涉及一种用于制造面板的方法，该方法包括以下步骤：

-生成模具，模具的模具表面呈现待制造的面板的外表面的形状，

-将呈现边缘节段的第一金属层置于模具表面上，

-将呈现边缘节段的第二金属层置于模具表面上，以使得第二金属层的边缘节段与第一金属层的边缘节段重叠，其中，在重叠的边缘节段之间设置粘合剂，

-在金属层上放置在粘合剂或者嵌入预浸件中的至少一个纤维层，

-嵌入粘合剂中的至少一个纤维层上放置另一金属层，

-任何重复在先前放置的金属层和纤维层上放置嵌入粘合剂中的纤维层并且将另一金属层放置到纤维层上的步骤，

-用气密膜覆盖在粘合剂中嵌入的金属层和纤维层的这样形成的封装，

-相对于模具在膜的封装周围密封，

-从在膜与模具之间形成的空间抽取气体，从而在封装上生成压强，

-通过将封装置于增加的压强和加热之下来巩固封装，

-在压强和热的影响下，在每对相互重叠的金属层的金属层中形成啮合错折部，以及

-在压强和热的影响之下，根据模具表面的形状，形成朝向封装的模具表面定向的表面。

这样的方法是众所周知的。为了实现根据本发明的面板，该方法包括以下附加步骤：

-在模具表面上放置第一对相互重叠的金属层之前，在模具表面上放置包括至少一个纤维材料层的包覆层，

-然后，以这样的方式放置第一对相互重叠的金属层，以使得位于在那些金属层之间的过渡部的相对侧上的第一对相互重叠的金属层的相邻外表面区域与包覆层接触，

-在巩固步骤期间，在压强和热的影响之下将包覆层粘合结合至第一对相互重叠的金属层的那些相邻外表面区域。

另外，该方法可包括在压强和热的影响之下，在包覆层的位置啮合错折金属层和嵌入粘合剂中的纤维层的封装，从而确保面板的光滑外轮廓。

该方法还可包括以下步骤：

-在压强和热的影响下，在重叠的边缘区域之间向外按压粘合剂的至少一部分，

-从至由啮合错折的第二外金属层的啮合错折的边缘区域的斜边、第一外金属层的邻接边缘和包覆层界定的空间中的、粘合剂的粘合剂挤出物形成粘合剂层。

可以从直接地放置到模具表面上的在粘合剂或者嵌入预浸件中的至少一个纤维层形成包覆层。作为另一可能性，该方法可包括从直接地放置到模具表面上的至少一个粘合剂层和放置在粘合剂层上的、在粘合剂或者嵌入预浸件中的至少一个纤维层形成包覆层。

在下文中，将使用各附图来更具体地说明本发明。

图1示出诸如用于飞行器机身的有拼接件的弯曲面板的内部的剖视图和立体图。

图2示出根据图1的面板的外侧。

图3示出根据图1和图2的面板的拼接件的另一视图。

图4更具体地示出根据图3的IV的拼接件。

图5以更大比例在剖视图中示出根据图1至图4的拼接件的细节。

图6示出在制造根据图1至图5的面板期间在模具上堆叠层。

图7a至图7e在剖视图中示出拼接件的更多变体。

图1至图4中所示面板包括第一层压件1、第二层压件2，第一层压件1、第二层压件2通过作为整体由3指示的拼接件互连。在所示实例中，第一层压件1包括三个金属层5、5'、5”和纤维加固粘合剂层19，第三层压件2包括三个金属层4、4'、4”和纤维加固粘合剂层19，粘合剂层19位于金属层5、5'、5”之间，粘合剂层19位于金属层4、4'、4”之间。在所示示例中，两个纤维加固粘合剂层19每个均包括在粘合剂或者嵌入预浸件19中的两个纤维材料层。这些预浸件19中的纤维的定向不同，并且一个预浸件优选地定向为与在金属层4、4'、4”和金属层5、5'、5”的端部上的边缘20平行，而另一预浸件中的纤维的定向可定向为与这些边缘20垂直。金属层4、4'、4”和金属层5、5'、5”在拼接件的位置不连续，并且如以下说明的那样相互重叠，而纤维加固粘合剂层19经过拼接件从一个层压件1朝向另一层压件2连续地延伸并进入另一层压件2。在使用面板时，在外侧上，通过该对金属层4、5的外表面7限定连续和均匀地成形的面板表面6。由于这些金属层4、5位于面板的外侧上，所以还将这些金属层指示为外金属层4、5。

在图5的放大剖视图中，可以看见外金属层4中的一个具有啮合错折的边缘节段8，边缘节段8与另一外金属层5的相邻边缘节段9重叠，并且通过粘合剂层10粘附至该另一边缘节段9的粘合表面25。位置更向内的成对金属层4'、4”和5'、5”也在啮合错折的边缘节段8'、8”和直线边缘节段9'、9”的位置的重叠位置处彼此粘附，并且在该位置通过粘合剂层10'、10”进行互连。在所有这些连接中，称为粘合剂棱柱或者填充物11、11a、11'、11”的部分在制造面板时形成。由于粘合剂层10、10'、10”在热和压强的影响之下在相互重叠的边缘节段8、9、8'、9'、8”、9”之间被挤出，并因而已经填充在相互重叠的金属层之间的过渡处的三角圆柱形区域(在图5中的横截面中为三角形)，所以出现这些粘合剂棱柱11、11a、11'、11”。

在实践中，表现出位于外金属层4、5之间的最外粘合剂棱柱11会引起装饰缺陷，诸如空气内含物、裂缝等。具体地，这些装饰缺陷可在第一层压件1的金属层5的直线边缘节段9的邻接边缘20上出现。为了抵消这些缺陷，在两个层压件1、2的外金属层5、4的表面区域12、13之上施加包层14。这些外表面区域12、13位于相对侧上，并且与最外粘合剂棱柱11直接相邻。在图5中示出的实例中，包层4包括在外侧之上延伸的预浸件15和嵌入粘合剂层16或粘合剂(纤维加固粘合剂层)中的纤维材料层。该预浸件15中的纤维的定向优选地定向成与边缘20垂直。该粘合剂层16的外表面在成品面板中与面板表面6的轮廓重合。假定预浸件15和粘合剂层16表现小的而又明确的厚度，则在制造面板期间，啮合件17或者啮合件18分别出现在层压件1、2中。因而，在包层14的极端上也形成微小的粘合剂棱柱23。

如前所述，以上描述的面板中的各种啮合件通过在模具上在热和压强下使其成形来实现。如图5和图6中所示，在制造面板时，使用有期望的模具表面22的模具21。在该模具表免22上，沉积和堆叠以上描述的面板的各个层。在该上下文中，作为第一阶段，以固体形式将粘合剂层16的前体16'沉积至表面22上。然后，在前体16'上放置纤维加固粘合剂层(预浸件)15的前体15'；在面板已经制造好之后，这些前体15'、16'会最终形成包层14的固体粘合剂层16和纤维加固粘合剂层15。此后，第一层压件1的外金属层5被铺设在前体15'、16'的左节段之上。在外金属层5上面铺设粘合剂层10的前体10a。该前体10a可例如包括嵌入胶中的毡片。

在粘合剂层10的前体10a之上铺设第二层压件2的外金属层4，然后接连放置更多金属层和纤维加固粘合剂层。所有这些层初始地仍然平坦。然后，在相对于模具21密封的气密膜之下容纳该封装，并且整个同时受到通过真空抽取的压强和加热(高压灭菌器)。以该方式，如图5中所示，封装中的各层牢固地彼此粘结接合，并且获得各种啮合件。用于获得啮合件的该过程也被称为自形成技术。用增加的压强和加热的处理还使在两端处的预浸件15在某个长度之上被粘附至金属层4、5，从而实现剪切连接。然后，面板完成。

图5的变体仅形成根据本发明的面板的许多可能的实施方式中的一个。在图7a至图7e中并非穷举地示出了更多可能的实施方式。在图7a的变体中，包层14仅包括预浸件15，而未在图5的变体的粘合剂层16下面(在面板表面上)。预浸件15的粘合剂在制造过程期间融化，从而获得粘合，并且在端部上出现粘合剂棱柱23。即使在这种情况下，仍然通过预浸件15在某个长度上与材料层4、5粘附来实现剪切连接。

图7b的变体示出包层14，包层14由首先最外粘合剂层16、然后是相对长的预浸件15以及位于预浸件15上的、相对短的预浸件24制成。因此，在面板中逐渐地朝向拼接件3的中间部实现增加的啮合件。还通过与金属层4、5相抵铺设预浸件15、24来实现两个剪切连接。

图7c的变体还示出相对长的预浸件15和相对短的预浸件24，预浸件15和预浸件24直接地铺设在彼此上面，而在预浸件15和预浸件24之间未放置粘合剂层，然而，未如图7b中那样在下面(在面板表面上)有最外粘合剂层。依然在该实例中，逐渐地朝向拼接件3的中间部，在面板中实现增加的啮合件以及两个剪切连接。

图7d的变体示出包层14，包层14包括相对长的预浸件15、然后是粘合剂层16以及粘合剂层16上的、相对短的预浸件24。这也导致成品面板中的朝着拼接件3的中间部尺寸逐渐增加的啮合件以及两个剪切连接。

根据图7e的最后变体(相对于图7d的变体)，可如图7e中所示，在相对长的预浸件16之下添加另一额外最外粘合剂层26。

本发明还可以以相同技术优点在如下层压件面板中应用：在这些层压件面板中，最外金属层4、5在拼接件3的位置处不连续，并且在最外粘合剂棱柱11的形成之下相互重叠粘附，并且在这些层压件面板中，其它金属层4'、5'和/或金属层4"、5"中的一个或者多个在拼接件3的位置处连续，而粘合重叠未传入彼此中，并且形成单个连续金属层。

附图标记的说明

1 第一层压件

2 第二层压件

3 拼接件

4、4'、4" 金属层

5、5'、5" 金属层

6 面板表面

7 外表面

8、8'、8" 啮合错折的边缘节段

9、9'、9" 边缘节段

10、10'、10" 粘合剂、粘合剂层

10a 粘合剂前体、粘合剂层前体

11 填充物(或者最外)粘合剂棱柱

11a、11'、11" 填充物或者粘合剂棱柱

12、13 外表面区域

14 包层、包覆层

15 纤维加固粘合剂层(预浸件)

15' 纤维加固粘合剂层(预浸件)的前体

16 粘合剂层

16' 粘合剂层的前体

17、18 啮合件

19 预浸件、纤维加固粘合剂层

20 金属层的边缘

21 模具

22 模具表面

23 粘合剂棱柱

24 预浸件

25 粘合表面

26 粘合表面