用于充气结构的挠性材料本发明属于挠性材料领域，特别是属于挠性复合材料领域。这种材
料直接应用于诸如轻于空气的飞行器的气囊之类的充气结构。
用于制造大型非刚性的比空气轻的飞行器的气囊的材料必须满足大
量设计要求，例如：高强度，具有抗扯性，隔绝气体，不易受包括暴露
在阳光下而受紫外线照射等环境因素的影响而降解。因此，这样一种材
料最终还是采取把各种性能的材料结合起来，形成一种多层的层制品的
形式。气囊壁任何部分的主轴线负荷作用方向都与气囊纵轴线成0°角
和90°角(圆周方向)。所以，大多数层制品中都包含用0°和90°角方
向长丝材料织成的长丝织物。此外，为了承受剪切负荷，长丝织物中有
时也包含那些与承受轴线负荷的长丝材料成±45°角的长丝材料。
在初期的设计中，应力水平不高，往往使用能密封气体的多层浸渍
着橡胶的机织棉布。后来，则使用杜邦公司制造的嫘萦(RAYONTM)或大
可纶(DACRONAM)之类的人造纤维。棉布层在0°和90°(轴向或强力
层股)承受拉伸负荷，在±45°(斜向层股)承受剪切负荷。然而这种办法并
不总能达到最佳强度设计，因为承受剪切负荷所需的强度典型地比斜向
层股的承受能力小得多。使用同一材料既承受轴向拉伸负荷又承受斜向
(剪切)负荷，往往导致重力损失。
有些现代设计把诸如大可纶(DACRONTM)之类的机织聚酯织物用
于承受0°和90°的轴向负荷的材料。聚酯对苯二酸酯之类的防氦渗透
材料薄膜既作阻隔气体之用，也承受一些剪切负荷。有一种典型的聚酯
对苯二酸酯，杜邦公司以米拉(MYLATTM)的商标出售。大可纶之类的机
织聚酯织物的损坏时形变值很大，约为20％。然而大型非刚性飞行器的
强度要求很高，必须使用液晶向热(熔纺)聚酯聚芳酯纤维，例如德国
Hoechat Celanece公司制造的VECTRANTM，以承受轴向负荷。另外，
还有一种高强度材料，就是感胶离子(溶纺)芳族聚酰胺纤维，譬如杜邦公
司生产的凯夫拉尔KEVLARTM)。然而，VECTRANTM和凯夫拉尔的损
坏时形变值都很小，约为4％量级。如果斜向层用同一种材料制造，0
°和90°的双轴向负荷就会大量传输到45°的斜向层。要求这种斜向
层跟0°和90°层股的工作强度一样，这就引出了一种可能的损坏形
式，或者叫做系统强度降低。事实上，斜向层的伸长度比0°和90°(强
力纤维)的高可以防止斜向层股在强力纤维极限负荷情况下过早损坏。
有些过去的文献，背离这一原理，例如授与S.Roth等人的德国专
利DE 3702936号《纤维复合材料-具有不同方向的高强度、高模量纤
维》教导了在0°和90°方向有高强度、大伸长度的纤维，而在45°
又有用于刚性复合结构的高弹性模量纤维的织物的使用。因此，±45°方
向的纤维的损坏时形变值小于0°和90°的纤维。
在授与A.Hayashi的美国专利US4,770,918号《发声振动膜》中，
谈到一种具有至少一层有低伸长率的第1机织物和至少两层有高伸长率
的第2机织物的挠性发声振动膜。第1和第2织物的配置是它们的经纱
以10°-80°相交，从而使第1织物的经纱方向的膜伸长率大致和与
第1织物经线成45°的膜的伸长率相等。这样做考虑到了振动膜易于调
音。此发明当然会产生一种无效加压结构。
其它普遍引起兴趣的把各种性能材料结合成一种挠性结构的专利还
有：授与G.A.哈佩尔等人的US5,189,280号，《提高了防渗透性能的
三维纤维结构》；E·波特尼等人的US4,871,589号《具有挠性壁的容
器》；授与M·Matsumoto等人的US5,215,795号《减震气囊》。
因此，本发明的主要目的是提供一种适用于压力容器挠性壁的层制
件。
本发明的另一主要目的是提供一种承受剪切负荷的斜向层股损坏时
形变值大于承受拉伸负荷的轴向层股的，适用于压力容器挠性壁的层制
件。
本发明还有一个目的是提供一种不与紫外线照射而降解的，适用于
压力容器挠性壁的层制件。
本发明的又一目的是提供一种适于盛放氦的压力容器挠性壁的成层
材料。
本发明的另一目的是提供一种易于缝合在一起的，适用于压力容器
挠性壁的成层材料。
按照本发明，提供了一种适于用作比空气轻的飞行器气囊之类的压
力容器壁的材料。具体地说，本发明的材料包含互为0°和90°的单向
长丝材料构成的第1挠性层。第1层的长丝材料可以是互不相联的0°
和90°的单方向线层股材料，也可以是机织布料。本发明包含的第2挠
性层自身互成0°和90°的并与第1层的长丝材料成45°的单方向长
丝材料。第2层的长丝材料也既可以是0°和90°的互不相联的单向层
股也可以是机织布料。此外，两层的长丝材料都可是单股或单线。两层
或其中的一层还可以分成若干薄层，并以任何一种形式合在一起。
本发明的关键在于第2层的长丝材料的损坏时形变值必须大于第1
层的0°和90°长丝材料的损坏时形变值。第1层和第2层用树脂粘合
在一起。第1层和第2层之间也可用或不用树脂以针织法或缝合法联在
一起，以增加强度。最好在两个外层上再粘合防气体渗透薄膜和抗紫外
线照射材料。
是本发明特征的新特点的有关本发明材料的组织结构、作业方法以
及其它目的和优点等通过下面结合附图的说明，就会了解得更清楚，附
图是以举例的方法显示的本发明目前的优选实施例。然而，必须清楚地
了解到，附图的目的仅仅是为了显示和说明本发明，而不是为了对本发
明的范围作出界定。
图1是比空气轻的飞行器的透视图。
图2是用挠性织物的层制件制成的气囊壁一部分的透视图，示出了
长丝材料排列的主轴线。
图3是织物层制件一部分的部分透视图。其中第1层和第2层是编
织织物。
图4是织物层制件的第二实施例的分部侧视图，其中组成第1和第
2层的长丝材料是缝合在一起的单向层股。
图5是织物层制件的第三实施例的俯视图，其中组成第1和第2层
的长丝材料是用针织法联在一起的单向层股。
图6是图5中显示的织物层制件第三实施例的侧视图。
图7是标示作为0°和90°织物与±45°织物损坏时形变比率之函
数的0°和90°纤维强度的表。
图1所示为一比空气轻的飞行器的透视图，该器总体以标号10标
示。飞行器10包含一气囊12，该气囊有纵轴线13A，横轴线13B和竖
轴线13C。气囊下挂吊舱14，吊舱上又安装多个推进系统16。随飞行
器体积增大，气囊12所承受的应力也增大。此外，气囊12还必须做到：
能抗氦的渗透；不受(包括紫外线照射在内的)环境因素的影响；能缝合和
耐损坏。要满足所有这些要求，就要有一种用多层各具特殊机械性能的
不同材料制成为多层挠性布。
图2显示的是挠性壁20的一部分，该壁具有内表面22和外表面
24，是用多层长丝材料制成的，制作方法在下面讨论。输入的主轴线负
荷沿着两方向：其一与纵轴线13A成一直线即成0°角，以标号26表示；
其二与纵轴线成90°，以标号28表示。因此承受主负荷的长丝材料与
这些轴线成一直线。剪切负荷则由与上述轴线成±45°方向的长丝材料承
受，这些方向分别以标号30和32表示。这种45°角可以根据具体运用
中的错综复杂的要求予以调整。
参看图3，挠性壁20的组成(从内表面22开始)是，第1树脂层40
粘合于各股长丝为0°和90°的第1编织纱层42。树脂层40和以后的
各树脂层最好是聚氨酯。第1层42用液晶向热性的(熔纺)聚酯多芳基纤
维(VECTRANTM)之类的高强度线制造。感胶离子(溶液纺丝)的芳族聚酰
胺纤维(KEVLARTM)也适于作此之用。第2树脂层将第1层42跟各股长
丝成±45°的第2层机织长丝织物46隔开。第3树脂层把第2层46跟聚
酯对苯二酸酯(MYLARTM)之类能充分地抗氦渗透的材料薄膜隔开。最后
是第4层树脂，它用于粘合抗紫外线照射引起的降解和抗风化等的材料
制成的外层。这一材料是一种降氟乙烯纤维，由杜邦公司以TEDLARTM
的商标出售。如图3所示，本材料是“分层”显示的。选择MYLARTM
或TEDLARTM是为了增加层制品中的树脂内含物，以便渗入纤维内，形
成防气体渗漏层。
选择气囊壁20的材料的重要因素，除了化学性质上的可容性外，还
有长丝材料第2层的损坏时形变(英寸/英寸)要大于第1层的损坏时形
变。这样就可保证0°和90°轴向负荷引起层42的形变在传输到层46
时不产生破损。另外，要求第2层46具有高形变率，可以减少局部应力
集中的概率。
图4中显示了要探讨的材料的第2实施例，其总体以标号60表示。
比种材料的组成(从下至上)是：第1树脂层61，包括0°的单一方向长
丝材料层64及90°的单一方向长丝材料层66的第1层62；包括+45
°的单一方向长丝材料层72和-45°的单一方向长丝材料层74的第2
层70。这4个长丝材料层62，64，72，74缝合在一起，针脚以标号78表示。
用诸如MYLARTM之类的材料制成的阻隔氦气层79用树脂层76粘合，
用诸如TEDLARTM制成的抗紫外线照射层即最后一层80以树脂层82粘
合。如同图3显示的第1实施例一样，各层粘合在一起时，第1和第2
层62和70都分别封装于具有挠性的树脂填料中。应该注意，图3中显
示的编织的第1和第2层材料42和46也可缝合。
图5和图6中显示的是第3实施例，总体以标号90表示，其中，图
5所示的第1层62和第2层70可编结在一起，如标号92表示。材料90
的其余方面和图4类似。也应注意，图3中，编织法织出的第1层42和
第2层46也可以编结在一起，以提高强度。
正如前面提到的，第2层长丝材料损坏时形变值大于0°和90°的
长丝材料即第1层的损坏时形变值对本发明是极为重要的。图表7表明
了这一特性的重要性。单轴向及双轴向负荷条件下的材料强度以双轴向
材料的一系列不同的形变值显示。双轴向材料损坏时形变值被0°和90
°材料损坏时形变值除，得到形变比。如果形变比小于1，±45°的斜向
层首先损坏；如果形变比大于1，则意味着0°和90°这一层首先损坏。
形变比低的严重代价是很明显的。
虽然已参照实施例对本发明作了说明，但必须了解，这些实施例只
不过是用来作说明而已，因为本专业技术人员还可以作出许多改型和变
化。因此，必须认为只有附在后面的权利要求书的精神和范围才是对本
发明的界定。
本发明可应用于复合材料制造业和航空工业。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种压力容器壁用的材料，包括：
互为0°和90°的单向长丝材料构成的至少一个第1挠性层；
自身互为0°和90°角的而又跟上述至少1个0°和90°的单向
长丝材料构成的第1层成45°角的单向长丝材料构成的但损坏时形变值
大于所述的第1挠性层的至少一个第2挠性层；
上述的至少一个第1和第2层连在一起。
3.按照权利要求1所述的材料，其特征在于所述之至少一个第1和
第2层是粘合在一起的。
4.按照权利要求1所述的材料，其特征在于所述之至少一个第1层
的0°和90°长丝材料是编织在一起的。
5.按照权利要求4所述的材料，其特征在于所述之于少1个第2层
的0°和90°长丝材料是编织在一起的。
6.按照权利要求5所述的材料，其特征在于所述的至少一个第1和
第2层的单向长丝材料是线状的。
7.按照权利要求6所述的材料，其特征在于所述的至少1个第1层
由自由液晶向热性(熔纺)聚酯多芳基纤维和感胶离子(溶液纺丝)芳族聚酰
胺纤维组成的一组材料中选出。
8.按照权利要求4所述的材料，其特征在于所述的第2层的所述的
长丝材料是聚酯纤维。
9.按照权利要求1或3-8中任一项所述的材料，其特征在于所述
的至少一个第1层和第2层是编织在一起的。
10.按照权利要求1或3-8中任一项所述的材料，其特征在于所述
的至少一个第1层和和第2层是缝在一起的。
11.按照权利要求1或3-8中任一项所述的材料，其特征在于还包
括一层粘合到所述的至少一个第1和第2层的能防气体渗透的挠性材料
层。
12.按照权利要求11所述的材料，其特征在于所述的能防气体渗透
层是聚酯对苯二酸酯。
13.按照权利要求10所述的材料，其特征在于还包括一层粘合到所
述的至少一个第1和第2层的抗紫外线照射材料层。
14.按照权利要求13所述的材料，其特征在于所述的抗紫外线照射
层是聚氟乙烯。
15.一种压力容器壁用的材料，包括：
以90°角编织成的长丝材料线构成的第1挠性布；
由与所述的第1挠性布所说的0°和90°长丝材料成±45°的长丝
材料线构成而损坏时形变值又大于第1挠性布的第2挠性布；
所述的第1和第2挠性布用树脂填料粘合在一起。
16.按照权利要求15所述的材料，其特征在于在所述的第1挠性与
第2挠性布粘合的相对侧有能防气体渗透的薄膜。
17.按照权利要求16所述的材料，其特征在于还有抗紫外线照射材
料制成的第4挠性布粘合于上述薄膜上。
18.按照权利要求15-17中任一项所述的材料，其特征在于所述的
第1和第2挠性布是编织在一起的。
19.按照权利要求15-17中任一项所述的材料，其特征在于所述的
第1和第2挠性布是缝在一起的。