本公開一般地涉及復(fù)合材料,并且更具體地涉及具有改善的光學(xué)性能的纖維增強(qiáng)的復(fù)合制品。
背景技術(shù):由于其卓越的光學(xué)性質(zhì),玻璃廣泛地用作各種應(yīng)用中的透明物。例如,玻璃通常用作建筑物的上光材料或用作結(jié)構(gòu)材料。玻璃也通常用作交通工具應(yīng)用中的透明物。不幸地,玻璃是相對(duì)致密的材料并且也相對(duì)易碎,從而需要相對(duì)大的厚度以提供足夠的強(qiáng)度,用于當(dāng)玻璃被物體比如射彈沖擊時(shí)抗粉碎。試圖避免與玻璃相關(guān)的重量不利性(penalty),透明物可由聚合材料制造。例如,透明物可由光學(xué)透明的整體聚合物比如丙烯酸類樹脂(acrylic)形成,其沒(méi)有玻璃致密并且其具有合適的光學(xué)性質(zhì)。不幸地,丙烯酸類樹脂是相對(duì)低強(qiáng)度的材料,使得其通常不適合許多需要高耐沖擊性的應(yīng)用??紤]與玻璃相關(guān)的重量不利性和整體聚合物的強(qiáng)度限制,制造商也由玻璃纖維增強(qiáng)的聚合材料制造透明物。玻璃纖維可嵌入有機(jī)和/或聚合基體中,以提供改善的強(qiáng)度和耐沖擊性。不幸地,添加玻璃纖維至聚合基體可能非期望地影響透明物的光學(xué)質(zhì)量。例如,玻璃纖維可具有圓柱形構(gòu)造,使得每個(gè)玻璃纖維作為小透鏡起作用。隨著光穿過(guò)透明物,多個(gè)玻璃纖維的累積作用是光的散射,從而穿過(guò)透明物觀察的物體可能看上去是模糊的。為了試圖避免由于圓柱形玻璃纖維造成的光散射,制造商可制造絲帶形狀的纖維,其具有細(xì)長(zhǎng)的橫截面,橫截面具有大體上平坦的上表面和下表面。在給定層中,這些纖維通常彼此間隔開,導(dǎo)致一些入射光在纖維之間穿過(guò),而不經(jīng)過(guò)纖維。當(dāng)材料的折射率失配時(shí),對(duì)于透明物的光學(xué)有不利作用,原因是當(dāng)波前穿過(guò)具有更高折射率的材料時(shí)入射光光波更快速的相位超前。光的入射平面波的結(jié)果是波前將畸變并且導(dǎo)致光散射和當(dāng)形成圖像時(shí)模糊。多層復(fù)合板中的積累作用是隨著波前穿過(guò)增加數(shù)量的層的透明物,入射波前將變得逐漸更加畸變。透明物中層的數(shù)量越多,波前中光學(xué)畸變的量越大,導(dǎo)致更大的光散射和模糊。與平坦的或絲帶形纖維相關(guān)的進(jìn)一步缺點(diǎn)是纖維的側(cè)表面可能變圓。不幸地,當(dāng)纖維的折射率不同于基體的折射率時(shí),圓形側(cè)表面導(dǎo)致光有害的折射波轉(zhuǎn)向,其造成明顯的光學(xué)畸變。制造商也可制造具有定向?yàn)榇篌w上垂直于平坦的上表面和下表面的方形(squared-off)側(cè)表面的纖維。不幸地,當(dāng)以一定角度觀察側(cè)表面時(shí),由于折射和衍射作用,纖維和基體的折射率的不同將導(dǎo)致光學(xué)畸變。盡管纖維和基體可選擇為在給定的溫度下具有大體上匹配的折射率,但是如果纖維和基體具有不同的折射率溫度系數(shù),復(fù)合制品溫度的變化可導(dǎo)致折射率的不同。而且,由于制造期間可在纖維或基體中誘導(dǎo)的剩余應(yīng)力,纖維和基體的折射率可能不同??梢姡绢I(lǐng)域需要具有下述纖維構(gòu)造的透明的復(fù)合制品,所述纖維構(gòu)造在寬溫度范圍內(nèi)提供改善的光學(xué)性能,即使纖維和基體的折射率不同。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本公開具體解決和緩解了與透明的復(fù)合制品相關(guān)的需要,在一種實(shí)施方式中,本公開提供復(fù)合制品,其具有制品表面并且其包括至少部分嵌入基體的多個(gè)纖維。每個(gè)纖維可具有至少一個(gè)底表面和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面。纖維可以彼此為并排關(guān)系放置。也公開了制造復(fù)合制品的方法,其包括步驟:提供多個(gè)纖維和形成具有至少一個(gè)底表面和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面的纖維。方法可進(jìn)一步包括放置纖維,使得當(dāng)沿著正交于層的平面的方向觀察時(shí),側(cè)表面彼此重疊。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中,公開了可包括至少一個(gè)底表面和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面的纖維。該纖維可被嵌入基體。已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)勢(shì)可獨(dú)立地在本公開的各種實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)或可在其它實(shí)施方式中被結(jié)合,其進(jìn)一步細(xì)節(jié)可參照以下描述和以下附圖理解。附圖說(shuō)明在參照附圖后,本公開的這些和其它特征將變得更加明顯,貫穿附圖中相同的數(shù)字指相同的部分,其中:圖1是在一個(gè)實(shí)施方式中包括基本上光學(xué)透明的基體和多個(gè)基本上光學(xué)透明的纖維的復(fù)合制品的透視圖;圖2是圖1的復(fù)合制品的展開透視圖,并且圖解了多個(gè)纖維層;圖3是圖1復(fù)合制品的一部分的放大透視圖,并且圖解了基體內(nèi)的纖維層的布置,以及進(jìn)一步圖解定向?yàn)榕c纖維的上表面和下表面為非垂直關(guān)系的每一個(gè)纖維的側(cè)表面;圖4是復(fù)合制品實(shí)施方式的放大截面圖,并且圖解具有與上表面和下表面為非垂直關(guān)系的側(cè)表面的纖維,并且其中每個(gè)層的側(cè)表面緊密靠近緊鄰層的側(cè)表面布置,以使側(cè)表面之間的間隙最小化;圖5是沿著圖4的線5截取的放大局部截面圖,并且圖解穿過(guò)由基體和纖維構(gòu)成的復(fù)合制品的多條光線,以及圖解穿過(guò)纖維主要部分的光相對(duì)于穿過(guò)纖維的側(cè)表面的光的光程長(zhǎng)度的最小差別;圖6是復(fù)合制品的放大圖,其纖維具有相對(duì)于制品表面垂直定向的側(cè)表面并且在側(cè)表面之間具有相對(duì)寬的間隙,并且圖解由于對(duì)穿過(guò)側(cè)表面的光線的折射作用而具有不同光程長(zhǎng)度的光線;圖7是類似于圖6圖解的復(fù)合制品的放大圖,并且圖解由于光線穿過(guò)纖維之間而不通過(guò)纖維的相柵作用,其導(dǎo)致穿過(guò)纖維的光的相差;圖8是復(fù)合制品實(shí)施方式的截面圖,其層排列為一個(gè)層中纖維的側(cè)表面之間的間隙偏離鄰近層纖維的側(cè)表面之間的間隙;圖8A是復(fù)合制品的局部截面圖,其具有非平坦側(cè)表面形成為彼此互補(bǔ)的纖維;圖9是復(fù)合制品進(jìn)一步實(shí)施方式的截面圖,其包括具有三角橫截面并且以交替正立和倒立定向的纖維,并且進(jìn)一步圖解當(dāng)沿著垂直于層平面的方向觀察時(shí),鄰近纖維的側(cè)表面彼此重疊;圖10A是具有平行四邊形橫截面形狀的纖維的橫截面圖;圖10B是具有梯形橫截面形狀的纖維的橫截面圖;圖10C是具有三角橫截面形狀的纖維的橫截面圖;圖10D是具有菱形橫截面形狀的纖維的橫截面圖;和圖11是制造復(fù)合制品的方法中可包括的一個(gè)或多個(gè)操作的流程圖的圖解。具體實(shí)施方式現(xiàn)參考附圖,其中顯示是為了圖解本公開優(yōu)選的和各種實(shí)施方式的目的,圖1和2顯示復(fù)合制品10的實(shí)施方式。復(fù)合制品10可制造為纖維增強(qiáng)的復(fù)合板14,其包括基體18和嵌入基體18的多個(gè)纖維20(圖2)。復(fù)合制品10可制造為光學(xué)透明的復(fù)合板14,從而基體18可包括基本上透明的聚合基體18并且纖維20可包括基本上透明的纖維20。盡管圖1中圖解的為具有平坦板表面16的板14構(gòu)造,但是復(fù)合制品10可形成為各種尺寸、形狀和構(gòu)造的任何一種,而不受限,并且可包括平坦的表面和/或復(fù)合曲線表面。有利地,如本文所公開的復(fù)合制品10包括具有優(yōu)化的形狀的纖維20,以提高復(fù)合制品10的光學(xué)性能。更具體地,復(fù)合制品10的纖維20包括側(cè)表面28(圖3),其定向?yàn)榕c纖維20的一個(gè)或多個(gè)底表面22(圖3)為非垂直關(guān)系。在本公開的背景下,纖維20的底表面22包括纖維20的上表面和/或下表面24、26。例如,簡(jiǎn)單參考圖10A-10B,纖維20圖解為具有平行四邊形42橫截面(圖10A)或梯形44橫截面(圖10B),其由兩個(gè)底表面22和兩個(gè)側(cè)表面28形成。圖10A-10B中的底表面22包括上表面24和下表面26。圖10C圖解三角形46橫截面的纖維20,具有底表面22和一對(duì)側(cè)表面28。圖10D圖解在進(jìn)一步的實(shí)施方式中的纖維20,其具有菱形48橫截面形狀,僅僅具有側(cè)表面28而沒(méi)有底表面22。應(yīng)當(dāng)注意,盡管圖10A-10D中顯示的纖維20圖解為具有相對(duì)尖銳的角,但本公開考慮任何構(gòu)造的纖維20,其角可以是圓的、斜切的、斜面的或以其他方式提供為非尖銳的角。參考圖2,顯示的是復(fù)合制品10的分解圖,其圖解形成為帶并且排列在基體18的層50中的多個(gè)纖維20。在一種實(shí)施方式中,纖維20可包括一個(gè)或多個(gè)底表面22,比如圖4中圖解的纖維20的上表面和下表面24、26。如圖2中所顯示,纖維20在基體18中可定向?yàn)榈妆砻?2(例如,上表面和下表面24、26)基本上平行于復(fù)合制品10的制品表面12,這可改善復(fù)合制品10的光學(xué)性能。盡管復(fù)合制品10圖解為具有3個(gè)層50,但是可提供任何數(shù)量。而且,盡管圖2圖解層50的交叉層構(gòu)造60,其中每個(gè)層50中的纖維20相對(duì)于鄰近的層50的纖維20垂直定向,但層50可布置為單向構(gòu)造58,如圖8中所顯示,其中一個(gè)層50的纖維20可定向平行于鄰近層50的纖維20。而且,給定層50中的纖維20可定向?yàn)橄鄬?duì)于鄰近層50的纖維20為任何角(例如,15°、22.5°、45°、60°、75°等)。參考圖3,顯示的是部分復(fù)合制品10的放大透視圖,其圖解基體18中纖維20的布置。在圖3中可見,每一個(gè)纖維20包括上表面和下表面24、26和相對(duì)的側(cè)表面28,形成平行四邊形42(圖10A)橫截面。但是,纖維20可形成為可選的形狀和構(gòu)造,其包括圖9和10C中圖解的三角形46構(gòu)造,其具有底表面22和定向?yàn)楸舜朔瞧叫嘘P(guān)系的一對(duì)側(cè)表面28。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中,纖維20橫截面可包括如圖10B圖解的梯形44,或如圖10D中圖解的菱形48橫截面形狀,并且在下面更詳細(xì)描述??烧J(rèn)識(shí)到,纖維20可提供為寬泛種類的橫截面形狀并且不限于圖中圖解的那些。優(yōu)選地,纖維20具有側(cè)表面28,其相對(duì)于底表面22非垂直定向,和/或非垂直于復(fù)合制品10的制品表面12定向。參考圖4,顯示復(fù)合制品10的橫截面圖,其包括纖維20,每個(gè)具有定向?yàn)榕c纖維20的上表面和下表面24、26(即,底表面22)為非垂直關(guān)系的側(cè)表面28。如所顯示,復(fù)合制品10的纖維20可以并排布置和彼此相對(duì)緊密靠近放置,以最小化鄰近纖維20的側(cè)表面28之間的間隙36。通過(guò)使側(cè)表面28之間的間隙36最小化,來(lái)自穿過(guò)纖維20的光相對(duì)于穿過(guò)纖維20之間的光的相差86(圖7)的畸變被最小化。通過(guò)與纖維20的底表面22以非垂直關(guān)系定向側(cè)表面28并且通過(guò)彼此緊密靠近放置鄰近的纖維20,由于衍射和折射作用引起的光學(xué)畸變和相差86(圖7)被最小化。有利地,甚至當(dāng)纖維20和基體18的折射率在給定溫度范圍內(nèi)變化時(shí)光學(xué)畸變被最小化。而且,由于側(cè)表面28的定向和彼此緊密靠近放置鄰近的纖維20的能力,復(fù)合制品10的纖維20含量可相對(duì)于常規(guī)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的纖維20含量增加。纖維20相對(duì)緊密靠近并排間隔的作用可包括復(fù)合制品10的機(jī)械性能的增加而不明顯減少光學(xué)性能。如圖4中可見,具有側(cè)表面28的纖維20可定向?yàn)榕c纖維20的上表面和下表面24、26非垂直關(guān)系。以彼此并排布置放置每個(gè)層50中的纖維20。在一種實(shí)施方式中,纖維20可放置為使鄰近的側(cè)表面28之間的間隙36最小化。例如,層50中的纖維20可放置為并排布置,從而當(dāng)沿著基本上正交于層52的平面方向觀察時(shí)側(cè)表面28重疊38。在一種實(shí)施方式中,鄰近布置的纖維20可放置為彼此足夠緊密靠近,從而側(cè)表面28之間的間隙36小于纖維厚度30。纖維20的緊密間隔使得可穿過(guò)纖維20之間的入射輻射68的量最小化,如下面更詳細(xì)描述。再次參考圖4,顯示復(fù)合制品10的放大截面圖,其圖解纖維20的三個(gè)層50,其中每個(gè)層50的纖維20放置為彼此并排關(guān)系并且放置為這樣的方式——每個(gè)纖維20的側(cè)表面28定向?yàn)榛旧掀叫杏诰o鄰纖維20的側(cè)表面28。如上所示,纖維20優(yōu)選地放置為并排關(guān)系,從而在鄰近的纖維20的側(cè)表面28之間形成相對(duì)小的空隙36。纖維20可放置為使得當(dāng)沿著正交于由纖維20的層50限定的平面52的方向觀察時(shí),側(cè)表面28重疊38。盡管考慮側(cè)表面28的非平行定向,但每一個(gè)纖維20的側(cè)表面28可定向?yàn)榛旧媳舜似叫?,以促使鄰近的纖維20彼此緊密靠近放置。在一種實(shí)施方式中,纖維20的側(cè)表面28可定向?yàn)橄鄬?duì)于纖維20的上表面和/或下表面24、26為約10°至170°之間的角θ(圖10A)。但是,考慮側(cè)表面28可定向?yàn)橄鄬?duì)于上表面和下表面24、26小于10°或大于170°的角θ。另外,側(cè)表面28的角θ和/或鄰近布置的纖維20的側(cè)表面28的角θ可在層50中的纖維20之間和/或不同層50的纖維20之間或復(fù)合制品10的不同部分中不同,作為最小化光學(xué)性能減小的方式,所述光學(xué)性能減小否則可能在光沿著大體平行于側(cè)表面28的角θ方向定向的條件下出現(xiàn)并且其否則可能導(dǎo)致相柵作用,如下述。纖維20(圖4)的緊密靠近可最小化穿過(guò)鄰近的纖維20之間間隙36(圖4)的輻射(例如,光)的量。另外,通過(guò)使層50的纖維20之間的間隙36最小化,穿過(guò)給定層50(圖4)的光72(圖5)的光程長(zhǎng)度的不同可被最小化。通過(guò)使鄰近的纖維20之間的間隙36最小化,穿過(guò)每個(gè)纖維20的主要部分(即,側(cè)表面28之間)的光的光程長(zhǎng)度72可基本上類似于穿過(guò)層50中的纖維20的一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面28的光的光程長(zhǎng)度72,這相對(duì)于常規(guī)復(fù)合材料的纖維20布置產(chǎn)生了最小的光學(xué)畸變。仍參考圖4,顯示纖維20的三個(gè)層50,其中最上層50由形成為平行四邊形42橫截面的纖維20構(gòu)成。每一個(gè)平行四邊形42橫截面纖維20具有上表面和下表面24、26和基本上彼此平行定向的相對(duì)的側(cè)表面28。圖4也圖解最下層50,其由具有梯形44橫截面的纖維20構(gòu)成。每個(gè)梯形44橫截面包括上表面和下表面24、26和定向?yàn)楸舜朔瞧叫嘘P(guān)系的側(cè)表面28。圖4最下層50中的梯形44橫截面纖維20可布置為交替正立和倒立定向,從而鄰近的纖維20的側(cè)表面28基本上彼此平行。仍參考圖4,盡管中間層50中的纖維20可具有不同的橫截面形狀,但最上層50和最下層50之間的中間層50可由具有類似于最上或最下層50中纖維20的橫截面形狀的纖維20構(gòu)成。最上和最下層50之間的中間層50也可相對(duì)于最上層50和最下層50中的纖維20的定向垂直定向,如顯示的,其中纖維軸34沿著紙張的平面52延伸。但是,中間層50可相對(duì)于最上和最下層50中纖維20的定向垂直定向。另外,任何層50中的纖維20可基本上平行于復(fù)合制品10的制品表面12定向。例如,圖4中纖維20的上表面和下表面24、26圖解為基本上平行于制品表面12定向。另外,盡管纖維20的底表面22(例如,上表面和下表面24、26)優(yōu)選地基本上為平坦的,如圖4中所圖解,但是一個(gè)或多個(gè)纖維20的上表面和/或下表面24、26可以是非平坦的,包括稍微彎曲形狀的上表面和/或下表面24、26。但是,為了最小化光學(xué)畸變,認(rèn)為基本上平坦的形狀是優(yōu)選的。參考圖5,顯示的是復(fù)合制品10和一對(duì)纖維20的放大截面圖,所述一對(duì)纖維20彼此相對(duì)緊密靠近,并且進(jìn)一步圖解穿過(guò)復(fù)合制品10的多條光線70??梢?,取決于光線70是否穿過(guò)纖維20的主要部分(即,側(cè)表面28之間)或光線70是否穿過(guò)纖維20的一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面28,光線70的光程長(zhǎng)度72不同。例如,圖5圖解第一光線70A,其從基體18進(jìn)入纖維20并且接著離開纖維20和進(jìn)入基體18,由于基體18的折射率相對(duì)于纖維20的折射率不同,導(dǎo)致第一光線70A的方向改變。同樣地,第五光線70E從基體18進(jìn)入纖維20并且接著離開纖維20,從而第五光程長(zhǎng)度72E的長(zhǎng)度基本上等于第一光線70A的第一光程長(zhǎng)度72A。圖5也圖解第三光線70C,其穿過(guò)基體18進(jìn)入一個(gè)纖維20的側(cè)表面28并且接著跨過(guò)間隙36并且進(jìn)入鄰近的纖維20的側(cè)表面28,然后離開纖維20并且沿著第三光程長(zhǎng)度72C進(jìn)入基體18。有利地,通過(guò)最小化側(cè)表面28之間的間隙36,第三光程長(zhǎng)度72C相對(duì)于第一和第五光程長(zhǎng)度72A、72E的差異相對(duì)較小。第二和第四光線70B、70D入射在一個(gè)纖維20的一個(gè)側(cè)表面28上,導(dǎo)致相對(duì)于第一、第三和第五光程長(zhǎng)度72A、72C、72E更長(zhǎng)的光程。盡管光程長(zhǎng)度72的差異通常導(dǎo)致光學(xué)畸變,但是,在圖5的布置中,通過(guò)使間隙36的寬度和每個(gè)層50中間隙36的總量最小化,穿過(guò)末端部分的光的量可保持相對(duì)較小,從而使光學(xué)畸變最小化。參考圖6,顯示的是復(fù)合制品10’的布置,其中一對(duì)纖維120的側(cè)表面128定向?yàn)橄鄬?duì)于纖維120的上表面和下表面124、126大體上垂直。當(dāng)以斜角(off-angle)或沿著非平行于側(cè)表面128的方向觀看時(shí),側(cè)表面128的垂直定向?qū)е旅總€(gè)纖維120的側(cè)表面128作為棱鏡起作用。就此而言,圖6圖解穿過(guò)復(fù)合制品10’的多條光線76。在圖6中可見,取決于光線76是否穿過(guò)纖維120的主要部分(即,側(cè)表面128之間)或光線76是否穿過(guò)纖維120的一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面128,光線76的光程長(zhǎng)度78顯著不同。例如,圖6圖解第一和第四光線76A、76D從基體118進(jìn)入在上表面124的纖維120并且接著離開纖維120和在下表面126返回進(jìn)入基體118,由于基體18的折射率相對(duì)于纖維120的折射率不同,導(dǎo)致第一和第四光線76A、76D方向改變。圖6也圖解第二光線76B進(jìn)入在側(cè)表面128的一個(gè)纖維120并且接著在纖維120的下表面126離開相同的纖維120,導(dǎo)致相對(duì)小的方向改變和相應(yīng)的第二光程長(zhǎng)度78B相對(duì)于第一和第四光程長(zhǎng)度78A、78D的小差別。但是,圖6圖解第三光線76C在上表面124進(jìn)入纖維120并且接著在側(cè)表面128離開相同的纖維120,導(dǎo)致方向明顯改變和第三光線76C的第三光程長(zhǎng)度78C相對(duì)于第一、第二和第四光程長(zhǎng)度78A、78B、78D明顯不同。由于纖維120的側(cè)表面128引起的折射和衍射作用,圖6中相對(duì)于第一、第二和第四光程長(zhǎng)度78A、78B、78D顯著大的第三光程長(zhǎng)度78C的凈效應(yīng)是顯著減小了光學(xué)性能。參考圖7,顯示與圖6中圖解的類似的復(fù)合制品10’的布置,其中圖7中的側(cè)表面128垂直定向且彼此隔開,導(dǎo)致側(cè)表面128之間相對(duì)大的間隔或間隙136。側(cè)表面128之間的間隙136的作用是由于相柵作用引起的光學(xué)性能的降低。由于部分光線80沿著方向81穿過(guò)間隙136和剩余部分的光線80穿過(guò)每個(gè)可具有不同折射率的基體118和纖維120二者,相柵作用降低了復(fù)合制品10’的光學(xué)性能。就此而言,間隙136使得第二光線80B穿過(guò)側(cè)表面128之間而不穿過(guò)相對(duì)于基體118的折射率具有不同折射率的纖維120。如本領(lǐng)域已知,n(λ,T)表示的折射率是在溫度T下對(duì)材料的輻射入射68的波長(zhǎng)λ的函數(shù)。給定材料在給定溫度T下的折射率可定義為在真空中給定波長(zhǎng)λ下的光速與在溫度T下給定材料中相同波長(zhǎng)λ的光速的比。盡管纖維120和基體118可選擇為在給定匹配點(diǎn)溫度(matchpointtemperature)對(duì)于給定波長(zhǎng)具有相同的折射率的材料,但是隨著溫度從匹配點(diǎn)溫度改變(即,增加或降低),各材料的折射率可改變或彼此不同。結(jié)果,圖7中,穿過(guò)纖維120的光的波長(zhǎng)82將不同于穿過(guò)基體118的光的波長(zhǎng)84。在圖7中可見,隨著第一和第三光線80A、80C從基體118進(jìn)入纖維120,第一和第三光線80A、80C的相位改變,并且接著隨著第一和第三光線80A、80C從纖維120返回進(jìn)入基體118再次改變。但是,第二光線80B的相位穿過(guò)纖維120之間并且不穿過(guò)纖維120,所以維持相同的相位。結(jié)果,第二光線80B的相位不同于第一和第三光線80A、80C的相位,這導(dǎo)致復(fù)合制品10中顯著的光學(xué)畸變。相反,圖5圖解如本文所公開的纖維20的優(yōu)勢(shì)實(shí)施方式,其中纖維20具有成角度的側(cè)表面28,其彼此重疊38(圖4),從而穿過(guò)纖維20的光線70的相差86(圖7)(即,相柵作用)被最小化。而且,與緊鄰側(cè)表面28連接的非垂直定向的側(cè)表面28導(dǎo)致每個(gè)第一光線70A行進(jìn)穿過(guò)纖維20材料的距離相對(duì)于每個(gè)光線70行進(jìn)穿過(guò)基體18的距離的差別最小。圖5中光線70的光程長(zhǎng)度72的最小差別導(dǎo)致由于折射或衍射作用的光學(xué)畸變最小。有利地,盡管纖維20和基體18之間的折射率不同,如本文所公開的纖維20的構(gòu)造也使光學(xué)畸變最小化,其中隨著復(fù)合制品10溫度的變化可增加纖維20和基體18折射率的差別幅度。在一種實(shí)施方式中,如本文所公開的復(fù)合制品10可包括纖維20,在感興趣的波段內(nèi)其折射率基本上等于基體18折射率。更具體地,基體18和纖維20優(yōu)選地在寬溫度范圍內(nèi)對(duì)于感興趣的波段具有互補(bǔ)的或基本上相等的折射率。感興趣的波段可包括可見光譜和/或可選地包括紅外光譜或任何其他波段。在一種實(shí)施方式中,在感興趣的波段內(nèi)對(duì)于給定溫度范圍,基體18和纖維20的折射率優(yōu)選地基本上相等或密切匹配,以便最小化或減少光在基體18和纖維20界面處的彎曲。仍參考圖5,基體18和纖維20也可選擇為具有基本上相等的折射率的溫度系數(shù)dn(λ,T)/dT,其中dn(λ,T)/dT是折射率n(λ,T)對(duì)于溫度T的偏導(dǎo)數(shù)。材料的折射率的溫度系數(shù)dn(λ,T)/dT可定義為隨著材料溫度的改變,對(duì)于給定波長(zhǎng),材料折射率的改變。在本公開中,基體18和纖維20優(yōu)選地在寬的溫度范圍內(nèi)對(duì)于感興趣的波段具有基本上相等的折射率,從而各自折射率的溫度系數(shù)也基本上相等。在一種實(shí)施方式中,基體18和纖維20的折射率和折射率的溫度系數(shù)優(yōu)選地為基體18和纖維20的折射率對(duì)于溫度范圍內(nèi)至少一個(gè)溫度在感興趣的波段內(nèi)的給定波長(zhǎng)下是相等的?,F(xiàn)參考圖8,顯示的是復(fù)合制品10的截面圖,其包括具有平行四邊形42橫截面的纖維20,其中側(cè)表面28基本上彼此平行。復(fù)合制品10包括一對(duì)層50,其包括第一層54和第二層56,每層具有排列為彼此為并排關(guān)系的纖維20。如圖8中可見,纖維20放置為每個(gè)纖維20的側(cè)表面28定向?yàn)榛旧掀叫杏诰o鄰纖維20的側(cè)表面28。第一層54相對(duì)于第二層56放置,以使當(dāng)沿著基本上正交于第一和第二層54、56的至少一個(gè)的平面52的方向觀察時(shí)第一層54的纖維20的側(cè)表面28中的間隙36偏離40第二層56的纖維20的側(cè)表面28中的間隙36。通過(guò)使一個(gè)層50相對(duì)于其他層50的間隙36交錯(cuò)或偏離40,光學(xué)畸變遍布整個(gè)復(fù)合制品10,從而使在復(fù)合制品10中任何單個(gè)點(diǎn)處的光學(xué)畸變最小化。參考圖8A,顯示的是一對(duì)鄰近布置的纖維20的局部截面圖,其具有以非平坦的構(gòu)造形成的側(cè)表面28。在一種實(shí)施方式中,側(cè)表面28可形成為一對(duì)匹配曲面,如圖8A中所圖解。如所顯示,側(cè)表面28可稍微彎曲并且可形成為彼此互補(bǔ),比如以匹配構(gòu)造29。在圖8A的非限制性例子中,側(cè)表面28形成為匹配構(gòu)造29,其中一個(gè)側(cè)表面28具有凹陷的形狀和鄰近的一個(gè)側(cè)表面28具有凸起的形狀,其大小和構(gòu)造與凹陷的形狀互補(bǔ)。盡管圖8A圖解纖維20具有形成具有單個(gè)彎曲的非平坦側(cè)表面28,但是側(cè)表面28可提供為復(fù)雜彎曲并且不限于顯示的匹配構(gòu)造29。在一種實(shí)施方式中,具有非平坦的側(cè)表面28的纖維20可放置為彼此相對(duì)緊密靠近,從而防止非平坦的側(cè)表面28之間的視線。以該方式,對(duì)于圖8A中圖解的纖維20構(gòu)造,如圖7圖解的相柵作用可顯著降低或消除,原因是可在纖維20的上或下表面24、26進(jìn)入間隙36(圖8)之間的光線(未顯示)一定穿過(guò)至少部分纖維20側(cè)表面28,與圖7圖解的實(shí)施方式相反——其中光線80(圖7)可穿過(guò)纖維120(圖7)之間而不穿過(guò)纖維120,導(dǎo)致穿過(guò)纖維120的光的相差,如上述。參考圖9,顯示復(fù)合制品10的實(shí)施方式,其中纖維20具有三角形46橫截面形狀。給定層50中的三角46纖維20可布置為交替正立和倒立定向,從而鄰近的纖維20的側(cè)表面28基本上彼此平行。圖9中每一個(gè)三角46橫截面纖維20的側(cè)表面28具有相等的長(zhǎng)度并且其以相對(duì)于彼此相等的角定向,形成等腰三角形。但是,圖9中圖解的三角46橫截面纖維20可提供為各種不同布置并且不限于具有基本上相等角的側(cè)表面28。如圖9中所顯示,纖維20定向?yàn)橛捎趥?cè)表面28的重疊38使得側(cè)表面28之間的間隙36最小化。圖9圖解層50的布置,其中第一和第二層54、56表示交叉層構(gòu)造60,其中一個(gè)層50的纖維20定向?yàn)榇怪庇卩徑鼘?0的纖維軸34或纖維20。但是,層50可布置為相對(duì)于彼此的任何定向,包括單向構(gòu)造58——其中給定層50的纖維20基本上平行于鄰近層50的纖維20。參考圖10A-10D,顯示的是纖維20的不同橫截面構(gòu)造的非限制性實(shí)施方式。圖10A圖解纖維20的平行四邊形42橫截面,其具有上表面和下表面24、26和基本上平行的側(cè)表面28。如圖10A中可見,纖維20具有大體細(xì)長(zhǎng)的橫截面形狀,其優(yōu)選地形成為相對(duì)高的縱橫比,以使層50(圖4)中間隙36(圖4)的量最小化。纖維20的縱橫比可定義為纖維寬度32與纖維厚度30的比。在一種實(shí)施方式中,盡管纖維20橫截面可具有任何值的任何縱橫比,但是縱橫比可從約3至約500變化。纖維厚度30的范圍可從約5微米至約5,000微米(0.0002至0.20英寸)。但是,纖維20可提供為任何纖維厚度30,而不受限。如圖10A中所顯示,側(cè)表面28形成為角θ,其相對(duì)于纖維20的上表面和/或下表面24、26范圍可為從約10°至約170°,盡管考慮更大或更小的角。盡管圖10A圖解上表面和下表面24、26基本上是平坦的,上表面和下表面24、26可以是稍微彎曲的,包括稍微凹陷的、稍微凸起的或隆起,并且不限于嚴(yán)格基本上平坦的或平的輪廓。參考圖10B,顯示纖維20進(jìn)一步的實(shí)施方式,其圖解為梯形44橫截面并且具有基本上平坦的基本上彼此平行的上表面和下表面24、26。側(cè)表面28圖解為定向?yàn)楸舜朔瞧叫嘘P(guān)系。側(cè)表面28可定向?yàn)橄鄬?duì)于上表面和下表面24、26基本上相等的角度,但是可在不同方向上延伸。圖10B中梯形44橫截面的纖維20可提供具有類似于上述圖10A平行四邊形42橫截面纖維20的相對(duì)高的縱橫比并且其可導(dǎo)致復(fù)合制品10改善的光學(xué)性能。參考圖10C,顯示三角46橫截面的纖維20的實(shí)施方式,其具有底表面22和定向?yàn)楸舜朔瞧叫嘘P(guān)系的一對(duì)側(cè)表面28,如上述。三角46橫截面纖維20的層50可排列為并排布置,如圖9中所顯示,其以使鄰近的纖維20的側(cè)表面28之間的間隙36最小化的方式。三角46橫截面纖維20的縱橫比優(yōu)選地較大,以使畸變最小化。有利地,三角46橫截面的纖維20當(dāng)鋪設(shè)復(fù)合制品10時(shí)可促使纖維20相對(duì)于彼此對(duì)齊或排列。例如,一排三角46橫截面纖維20可布置為正立定向并且彼此為并排布置,與圖9中所圖解的類似。鋪設(shè)一排正立三角46橫截面纖維20之后,然后一排倒立三角46橫截面纖維20可嵌套在三角46橫截面纖維20之間,形成纖維20的層50,與圖9中圖解的類似。參考圖10D,顯示在進(jìn)一步的實(shí)施方式中構(gòu)成菱形48橫截面形狀的纖維20。圖10D中可見,與圖10A-10C中圖解的纖維20的單對(duì)側(cè)表面28對(duì)照,菱形48橫截面形狀纖維20可包括兩對(duì)側(cè)表面28。圖10D中圖解的菱形48橫截面形狀纖維20可通過(guò)定向每一個(gè)纖維20使得側(cè)表面28定向?yàn)榉瞧叫杏趶?fù)合制品10的制品表面12,布置在層50(圖9)中。有利地,在纖維20實(shí)施方式的每一個(gè)中,側(cè)表面28相對(duì)于上表面和下表面24、26或底表面22的非垂直定向促使復(fù)合制品10的纖維20體積相對(duì)于具有圓形側(cè)表面28的纖維20的纖維20體積增加。在一種實(shí)施方式中,復(fù)合制品10可構(gòu)造為纖維20的總體積相對(duì)于復(fù)合制品10的總體積的范圍可從約10%上至約90%或更多。但是,纖維20的體積可包括復(fù)合制品10任何部分的總體積??苫诟鞣N參數(shù)選擇期望的纖維20體積,包括但不限于光學(xué)性能、強(qiáng)度、彈道性能、剛度、重量和各種其他因素?;w18和纖維20(圖1-5和8-9)可由任何合適的材料形成,包括但不限于熱塑性材料、熱固性材料、陶瓷和玻璃。纖維20和基體18二者優(yōu)選地由基本上光學(xué)透明的材料形成,盡管材料可包括不透明的材料。就此而言,纖維20和基體18可由具有從基本上透明的到基本上不透明的任何水平透明性的材料形成??尚纬苫w18和纖維20的熱塑性材料可包括下列至少一種:丙烯酸樹脂、碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮和聚醚酰亞胺。基體18和纖維20也可由可包括下述至少一種的熱固性材料形成:聚氨酯、酚醛樹脂、聚酰亞胺、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹脂、和倍半硅氧烷。另外,基體18和/或纖維20可由無(wú)機(jī)材料形成,包括但不限于碳、碳化硅和硼。基體18和纖維纖維20也可由玻璃成分形成,其可包括但不限于E-玻璃(鋁-硼硅酸鹽玻璃)、S-玻璃(鋁硅酸鹽玻璃)、純二氧化硅、硼硅酸鹽玻璃、光學(xué)玻璃、陶瓷、和玻璃-陶瓷比如ROBAXTM玻璃-陶瓷材料。復(fù)合制品10(圖1-5和8-9)可構(gòu)造為各種構(gòu)造的任何一種,包括圖1中圖解的板14構(gòu)造或其他構(gòu)造,包括但不限于交通工具的透明物,比如飛行器的風(fēng)擋、座艙罩或窗。另外,復(fù)合制品10可構(gòu)造用于可選的交通工具應(yīng)用以及非交通工具應(yīng)用。例如,復(fù)合制品10可構(gòu)造為建筑物的結(jié)構(gòu)板或建筑板。復(fù)合制品10可構(gòu)造用于結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)應(yīng)用。就此而言,復(fù)合制品10可構(gòu)造用于任何的應(yīng)用、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、裝置和/或設(shè)備,而不受限。參考圖11,顯示的是流程圖,其圖解制造復(fù)合制品10(圖1-5和8-9)的方法中可包括的一個(gè)或多個(gè)操作。方法的步驟302可包括提供多個(gè)纖維20(圖2)。如上所示,纖維20可以以各種基本上光學(xué)透明的材料的任何一種提供。纖維20材料可選擇為具有與基體18(圖1-5和8-9)基本上相等的折射率的溫度系數(shù),以便在復(fù)合制品10的溫度改變時(shí)使光學(xué)畸變最小化。圖11方法的步驟304可包括形成具有至少一個(gè)底表面22(圖4)和相對(duì)于底表面22非垂直定向的一對(duì)側(cè)表面28(圖4)的纖維20。纖維20可定向?yàn)楦鞣N可選的橫截面形狀的任何一種,包括但不限于圖10A-10D中圖解的那些。橫截面形狀可包括底表面22比如上表面和下表面24、26。每一個(gè)纖維20構(gòu)造也包括定向?yàn)榕c底表面22非垂直關(guān)系的至少一對(duì)側(cè)表面28,如圖10A-10C中所圖解。側(cè)表面28可相對(duì)于底表面22和/或相對(duì)于上表面和下表面24、26定向?yàn)榧s10°和170°之間的角θ(圖10A),盡管考慮更大或更小的角。圖11方法的步驟306可包括將纖維20嵌入基體18中?;w18可優(yōu)選地包括基本上光學(xué)透明的材料,與上述的類似。而且,基體18材料優(yōu)選地具有與纖維20基本上相等的折射率的溫度系數(shù),如上指出。圖11的步驟308可包括定向纖維20,以使底表面22和/或上表面和下表面24、26基本上平行于復(fù)合制品10的制品表面12。例如,圖4圖解與制品表面12基本上平行定向的纖維20的布置。同樣地,圖9圖解多個(gè)三角46橫截面形狀的纖維20,其具有底表面22,其每個(gè)可定向基本上平行于基本上平坦的制品表面12。圖11方法的步驟310可包括布置纖維20,使得側(cè)表面28定向?yàn)橄鄬?duì)于制品表面12非垂直。例如,圖4、8和9圖解相對(duì)彼此并排布置的纖維20,從而側(cè)表面28之間的間隙36定向?yàn)榕c制品表面12非垂直關(guān)系。通過(guò)相對(duì)于制品表面12以一定角度(即,非垂直)定向側(cè)表面28,使穿過(guò)側(cè)表面28之間的光的量最小化。圖11方法的步驟312可包括相對(duì)于彼此并排放置纖維20,以形成纖維20的層50。纖維20優(yōu)選地布置為每個(gè)纖維20的側(cè)表面28基本上平行于緊鄰纖維20的側(cè)表面28,如圖4、8和9中所圖解。這種布置將減少光學(xué)畸變并且從而改善復(fù)合制品10的光學(xué)性能。圖11的步驟314可包括彼此緊密靠近放置纖維20,以使側(cè)表面28之間的間隙36最小化。當(dāng)沿著基本上正交于層52(圖4)的平面的方向觀察時(shí),側(cè)表面28優(yōu)選地彼此重疊38(圖4)。如圖5中所顯示,纖維20彼此緊密靠近放置,以使側(cè)表面28之間的間隙36的寬度最小化并且提供這樣的布置——其中穿過(guò)纖維20的主要部分的光的光程的長(zhǎng)度基本上等于纖維20的穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面28的光程的長(zhǎng)度。以該方式,使得相差86(圖7)最小化并且從而使得光學(xué)畸變最小化。圖11方法的步驟316可包括固化或固結(jié)基體18材料和/或纖維20材料,以便降低復(fù)合制品10(圖1-5和8-9)。熱和/或壓力可施加至復(fù)合制品10用于固化基體18和/或纖維20。另外,在固化或固結(jié)基體18和/或纖維20材料之前,可進(jìn)行包括去皺(debulk)和除氣的各種中間步驟的任何一個(gè)。具有制品表面的復(fù)合制品的一種實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),并且纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),并且纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中纖維(20)形成限定平面(24)的層,每個(gè)鄰近對(duì)的纖維限定側(cè)表面(28)之間的間隙(36),并且間隙(36)為當(dāng)沿著正交于層的平面的方向觀察時(shí)側(cè)表面(28)重疊。實(shí)施方式可進(jìn)一步包括,鄰近對(duì)的纖維(20)的側(cè)表面(28)具有匹配曲面。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),并且纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中纖維(20)形成限定平面(24)的層,每個(gè)鄰近對(duì)的纖維限定側(cè)表面(28)之間的間隙(36),并且間隙(36)為當(dāng)沿著正交于層的平面的方向觀察時(shí)側(cè)表面(28)重疊,多個(gè)纖維(20)布置在第一和第二層中;和第一層相對(duì)于第二層放置,使得第一層的纖維(20)的側(cè)表面(28)之間的間隙(36)偏離第二層纖維(20)的側(cè)表面(28)之間的間隙(36)。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中側(cè)表面(28)定向?yàn)橄鄬?duì)于底表面約10度和170度之間的角度。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中底表面(22)包括相對(duì)的上表面(24)和下表面(26)對(duì);和每個(gè)纖維的側(cè)表面(28)定向?yàn)楸舜朔瞧叫嘘P(guān)系。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中纖維(20)具有細(xì)長(zhǎng)的橫截面,其具有纖維寬度與纖維厚度的縱橫比,并且縱橫比的范圍為從約3至約500。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中纖維包括基本上光學(xué)透明的纖維,和基體包括基本上光學(xué)透明的聚合基體。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中基體和纖維的至少一個(gè)由包括下列至少一種形成:熱塑性材料,包括下列的至少一種:丙烯酸樹脂、碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺;熱固性材料,包括下列的至少一種:聚氨酯、酚醛樹脂、聚酰亞胺、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹脂、倍半硅氧烷;無(wú)機(jī)材料,包括下列的至少一種:碳、碳化硅、硼;和玻璃,包括E-玻璃(鋁-硼硅酸鹽玻璃)、S-玻璃(鋁硅酸鹽玻璃)、純二氧化硅、硼硅酸鹽玻璃、光學(xué)玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中在感興趣的波段中纖維的折射率基本上等于基體的折射率。具有制品表面的復(fù)合制品的另一實(shí)施方式可包括至少部分嵌入基體(18)的多個(gè)纖維(20),其中每個(gè)纖維具有至少一個(gè)底表面(22)和定向?yàn)榕c底表面非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面(28),和纖維(20)以彼此并排關(guān)系放置,其中基體和纖維具有基本上相等的折射率的溫度系數(shù)。制造復(fù)合制品的一種方法的實(shí)施方式包括下述步驟:提供多個(gè)纖維(302),形成具有至少一個(gè)底表面和定向?yàn)榕c底表面(304)非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面的纖維;和在層中布置纖維以使當(dāng)沿著正交于層(314)的平面的方向觀察時(shí)側(cè)表面彼此重疊。制造復(fù)合制品的另一方法的實(shí)施方式包括下述步驟:提供多個(gè)纖維(302),形成具有至少一個(gè)底表面和定向?yàn)榕c底表面(304)非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面的纖維,在層中布置纖維,以使當(dāng)沿著正交于層(314)的平面的方向觀察時(shí)側(cè)表面彼此重疊,以及以彼此并排關(guān)系放置形成層的纖維,以使纖維的側(cè)表面基本上平行于緊鄰近纖維(312)的側(cè)表面。制造復(fù)合制品的方法的另一實(shí)施方式包括下述步驟:提供多個(gè)纖維(302),形成具有至少一個(gè)底表面和定向?yàn)榕c底表面(304)非垂直關(guān)系的一對(duì)側(cè)表面的纖維,在層中布置纖維,以使當(dāng)沿著正交于層(314)的平面的方向觀察時(shí)側(cè)表面彼此重疊,以及以相對(duì)于底表面(308)約10度和170度之間的角度定向側(cè)表面。本公開的其它更改和改進(jìn)可對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是明顯的。因而,本文所描述和圖解的部分的具體結(jié)合意欲僅表示本公開的某些實(shí)施方式,并且不意欲用作本公開的精神和范圍內(nèi)的可選實(shí)施方式或裝置的限制。