CN108136694B - 能够提供雷击保护和抗烧穿性的预浸料材料 - Google Patents

能够提供雷击保护和抗烧穿性的预浸料材料 Download PDF

Info

Publication number
CN108136694B
CN108136694B CN201680059271.1A CN201680059271A CN108136694B CN 108136694 B CN108136694 B CN 108136694B CN 201680059271 A CN201680059271 A CN 201680059271A CN 108136694 B CN108136694 B CN 108136694B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fibers
thermally expandable
curable
electrically conductive
conductive material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680059271.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108136694A (zh
Inventor
F.伦兹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cytec Industries Inc
Original Assignee
Cytec Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cytec Industries Inc filed Critical Cytec Industries Inc
Publication of CN108136694A publication Critical patent/CN108136694A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108136694B publication Critical patent/CN108136694B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/06—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by a fibrous or filamentary layer mechanically connected, e.g. by needling to another layer, e.g. of fibres, of paper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material
    • B29C70/025—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material with particular filler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/15—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with at least one layer being manufactured and immediately laminated before reaching its stable state, e.g. in which a layer is extruded and laminated while in semi-molten state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/08—Impregnating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/024—Woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/08—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer the fibres or filaments of a layer being of different substances, e.g. conjugate fibres, mixture of different fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/248—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using pre-treated fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/249—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs characterised by the additives used in the prepolymer mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/04—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped cellular or porous
    • B29K2105/048—Expandable particles, beads or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0854—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns in the form of a non-woven mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0005—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/08—Animal fibres, e.g. hair, wool, silk
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/105—Ceramic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/12—Conjugate fibres, e.g. core/sheath or side-by-side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/14—Mixture of at least two fibres made of different materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/02—Cellular or porous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/07—Parts immersed or impregnated in a matrix
    • B32B2305/076—Prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/10—Fibres of continuous length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
    • B32B2305/10—Fibres of continuous length
    • B32B2305/20—Fibres of continuous length in the form of a non-woven mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/202—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/206—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306—Resistant to heat
    • B32B2307/3065—Flame resistant or retardant, fire resistant or retardant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2571/00—Protective equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2607/00—Walls, panels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

一种能够提供雷击保护和抗烧穿性的可热膨胀且导电的材料，含有导电纤维；可热膨胀颗粒；以及包含一种或多种热固性树脂的可固化基质树脂，其中这些导电纤维和这些可热膨胀颗粒被嵌入在该可固化基质树脂中。

Description

能够提供雷击保护和抗烧穿性的预浸料材料
本申请要求于2015年8月10日提交的在先的美国临时申请号62/203021的权益，将所述美国临时申请通过援引方式并入本申请。
背景技术
火灾是商用航空器的主要安全危害。飞行中的火灾已经被排名为由涉及商用喷气式航空器的事故引起的灾祸的最高已知促成原因之一。
在商用航空器的压力容器内部使用的所有非金属材料要遵守许多国家的可燃性法规。通过燃烧复合物释放的热量、烟和气体以及结构完整性的降级可以迅速地危及航空器的安全。
与现有技术的复合材料相比，高度令人希望的是在航空器结构中并且主要在机身结构中使用的复合材料可以提供改进的烧穿保护。还高度令人希望的是具有多功能保护性顶部表面处理层或靠近于复合结构的顶部的层，该层可以同时满足复合机身结构的烧穿要求和雷击保护。
附图说明
图1是根据本披露的实施例的在暴露于火灾之前(左视图)和在暴露于火灾之后(右视图)的示例性固化的复合面板的示意图。
图2示意性地说明了用于烧穿测试的设置。
图3示意性地说明了用于压缩载荷下的火灾(fire-under-compression load)测试的设置。
图4是可热膨胀且导电的纤维层的显微照片。
图5示出了在对照面板上在面板“冷面”和“热面”处的温度对比时间的烧穿测试的结果。
图6是根据本披露的实施例的固化的复合面板的顶层的显微照片。
图7示出了在面板“冷面”处的温度对比时间的对比烧穿测试结果。
图8A和8B示出了在区域2A中在雷击测试之后的对照面板的照片。
图9A和9B示出了在区域1A中在雷击测试之后的对照面板的照片。
图10A和10B示出了根据实例的在区域2A中在雷击测试之后的固化的复合面板的照片。
图11A和11B示出了根据实例的在区域1A中在雷击之后的固化的复合面板的照片。
图12示出了根据本披露的一个实施例的通过树脂灌注制造的固化的复合面板的显微照片。
具体实施方式
历史上，航空器机身结构由铝制成，如果暴露于航空器外部产生的火焰，则铝提供不大于60秒的抗烧穿性。这样，在这段时间段之后，火焰可能进入蒙皮并在机舱内部传播。在一些国家，对于具有20或更大的乘客容量的飞机，对于乘客机身的下半部要求特定的防火绝缘材料。目的是提供机身结构，该结构具有在碰撞后5分钟的将外部燃料火灾穿透到航空器机舱中的烧穿保护时间。
与以上现有技术的抗烧穿绝缘材料相比，采用具有增强的烧穿保护的碳复合物机身可以提供显著的益处，包括重量节省和减少的对于机身制造商的成本。
一些材料如热绝缘体，如果作为航空器复合结构的外层施加，能够潜在地针对外部燃料火灾提供保护。热绝缘层可以延迟温升并减少通过机身的热传递。此类绝缘层典型地含有热固性树脂和热绝缘纤维(例如，玻璃/矿棉)。然而，如果在机身壁内部使用，则此类绝缘层没有提供航空器机舱免受外部火灾的完全保护，由此将机舱结构暴露于在机身自重下的潜在倒塌。此外，这不是实现预期的安全的最有成本效益的方法。另外，此类绝缘层与重量的显著增加相关联。此外，应用于机身蒙皮的外表面的热绝缘层减少了机身表面的电导率以及然后其雷击保护。
本披露的一个方面涉及一种复合面板，该复合面板能够提供在碰撞后至少5分钟的将外部燃料火灾穿透到航空器机舱中的烧穿保护时间，使得在航空器机身中不要求附加的抗烧穿绝缘材料，并且同时还满足机身的雷击保护，没有任何附加的保护或材料。
本披露的另一个方面涉及用作复合结构或部件的保护性材料的预浸料材料以同时提供抗烧穿性和雷击保护(LSP)。这种预浸料材料，以下被称为“保护性预浸料材料”，包括：
(A)导电纤维；
(B)可热膨胀颗粒；以及
(C)可固化基质树脂，
其中这些导电纤维和这些可热膨胀颗粒被嵌入在该可固化基质树脂中。
根据本披露的优选实施例，在此披露的预浸料材料可以用作机身结构的保护性材料以同时提供其抗烧穿性和雷击保护(LSP)。
与现有技术的解决方案相比，所得机身构造的主要优点是：
-没有间断性的完全且连续的机身蒙皮覆盖。
-不要求复杂的内部防火屏障。
-由于在机身壁内部不强制抗烧穿绝缘材料，所以重量节省。
-集成的雷击保护和电磁屏蔽能力。
优选地，这些导电纤维呈非织造垫(以下被称为“垫”)的形式，并且将这些可热膨胀颗粒结合到该垫中或分散在整个该垫中，由此形成可热膨胀且导电的纤维层(以下被称为“可膨胀的导电纤维层”)。该纤维层还含有足够量的少量聚合物粘合剂以将这些纤维保持在一起并维持该垫的完整性。用可固化的热固性树脂组合物浸渍或灌注该可膨胀的导电纤维层以形成该保护性预浸料材料。
该保护性预浸料材料可以通过常规的膜浸渍工艺制作，该工艺包括使用热量和压力将可固化树脂膜压制到该可热膨胀且导电的纤维层(或非织造垫)的一侧上以引起树脂浸渍。施加的热量的量足以熔化该树脂，但没有足够高到固化该树脂。
本披露的保护性预浸料材料适合于结合到航空器的一级和二级结构，包括但不限于机身、机翼和机舱中。此外，使用此种保护性预浸料材料作为在复合结构的顶部或靠近顶部处的表面处理层可以提供改进的抗烧穿性、LSP和电磁屏蔽能力。
可热膨胀且导电的纤维层
在该可膨胀的导电纤维层中的导电纤维是由具有至少1×104S/m的电导率的任何合适的导电材料构成的导电纤维。这些导电纤维可以是涂覆或未涂覆的纤维。
在优选的实施例中，该可膨胀的导电纤维层中的导电纤维是金属涂覆的纤维，并且更优选地，金属涂覆的碳纤维。该金属涂层可以由任何合适的金属构成，该任何合适的金属包括但不限于银、金、铂、钯、镍、铜、铅、锡、铝、钛、其合金和混合物。
在优选的实施例中，这些导电纤维呈由掺杂的、随机安排的纤维构成的非织造垫的形式。并且将这些可热膨胀颗粒结合到该垫中或分散在整个该垫中。
该可膨胀的导电纤维层可以具有在50gsm至350gsm(克/平方米)的范围内的面积重量。优选地，该可膨胀的导电纤维层具有至少50gsm的面积重量用于航空器2A区域的LSP以及至少125gsm的面积重量用于航空器1A区域的LSP。该可膨胀的导电纤维层构成该保护性预浸料材料的按重量计从40％至75％、优选地按重量计从约50％至70％。
令人希望的是该可膨胀的导电纤维层具有足够量的聚合物粘合剂以将金属涂覆的纤维保持在一起，但是该粘合剂量是足够小的以使所得纤维层对于该可固化树脂是多孔的或可渗透的。为此，该粘合剂的量是基于该可膨胀的导电纤维层(即，纤维加可膨胀的颗粒和粘合剂)的总重量小于25wt％、并且优选地基于该可膨胀的导电纤维层的总重量从10wt％至20wt％。典型的粘合剂包括聚乙烯醇(PVA)、聚酯、聚酯、苯乙烯丙烯酸、乙烯基丙烯酸、环氧树脂、氧树脂(phenoxy)、聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸酯、其组合、混合物及共聚物。
这些可热膨胀颗粒呈在暴露于高温时膨胀的膨胀材料的微粒形式。在优选的实施例中，这些可热膨胀颗粒在超过该保护性预浸料材料中的可固化热固性树脂的固化温度的温度下开始膨胀。因此，这些可膨胀颗粒在围绕这些颗粒的热固性树脂的固化周期期间不膨胀。在优选的实施例中，这些可膨胀颗粒的特征为在超过该固化温度20℃至100℃的开始温度(即，这些颗粒开始膨胀所处的膨胀温度)。作为实例，当该热固性树脂的固化温度是180℃时，这些可热膨胀颗粒在超过180℃、优选地在200℃-250℃的范围内的温度下开始膨胀。
如在此使用的术语“颗粒”包含各种形状的微粒材料，包括但不限于球形和非球形颗粒以及薄片。这些可热膨胀颗粒可以由任何合适的膨胀材料形成，该膨胀材料包括但不限于水合碱金属硅酸盐、三水合铝、三聚氰胺、聚磷酸铵、其组合以及仅在单一方向上可膨胀的已知材料(如可膨胀石墨)。
在优选实施例中，这些可膨胀颗粒是可膨胀石墨薄片。可膨胀石墨薄片可以与普通石墨相区别，因为这是呈已经插入有各种形式的试剂的片状石墨的形式。可膨胀石墨具有在加热时溶胀或膨胀到其初始体积的许多倍的独特的剥离特性。膨胀度可最高达其预膨胀密度的400倍(作为本体密度测量)。
在优选的实施例中，这些可膨胀颗粒可以具有如由美国筛目尺寸35至1250确定的在10-500微米的范围内的尺寸。
对于球形颗粒(纵横比约为1:1)，粒径是指其直径。对于非球形颗粒，粒径是指颗粒的最大横截面尺寸。
可以使用的示例性石墨颗粒包括来自美国马萨诸塞州阿什兰的Nyacol Nano技术公司(Nyacol Nano Technologies,Inc,Ashland,MA,USA)的
Figure BDA0001623636450000051
等级、来自伊利诺斯州芝加哥的超级石墨公司(Superior Graphite Co.of Chicago Ill)的Signature石墨7800B，以及从俄亥俄州莱克伍德GrafTech国际公司(GrafTech InternationalLakewood Ohio)可商购的
Figure BDA0001623636450000052
等级。
在优选的实施例中，这些可膨胀石墨薄片具有在200℃与250℃的范围内的开始温度。开始温度定义了材料开始膨胀所处的温度。GRAFGUARD 220-50等级是具有约220℃的开始温度和约350微米(美国50目标称上65％)的粒径的可膨胀石墨薄片的示例性等级。
基于该可膨胀的导电纤维层(即，纤维加可膨胀颗粒和粘合剂)的总重量，这些可膨胀颗粒可以以按重量计从20％至60％、优选地按重量计从30％至50％的量存在。
作为实例，以上讨论的具有可热膨胀颗粒的导电非织造纤维层可以通过常规的湿铺工艺产生。优选地，这些导电纤维在被用于该湿铺工艺中之前是短切的。作为实例，这些导电纤维可以被短切为在5mm-50mm、更优选地10mm-20mm的范围内的尺寸(纵向)。
在常规湿铺工艺中，将短切纤维分散在含有粘合剂和可膨胀颗粒的水浆料中。搅拌该浆料使得这些纤维变成分散的。然后将含有这些纤维的浆料沉积到上，在该移动筛上除去相当大一部分的水以形成网状物。将所得纤维层干燥以除去剩余的水。所形成的纤维层是以随机取向安排的分散的、单独的纤维长丝和颗粒的集合。当希望纤维和/或重量的均匀分布时，典型地使用湿铺工艺。
在一个实施例中，该可膨胀的导电纤维层由短切导电纤维、可热膨胀颗粒和高度导电的颗粒组成以进一步改进该纤维层的电导率。
在某些实施例中，附加的导电颗粒的形态可以单独或组合地包括薄片、粉末、纤维、线材、微球中的一种或多种。由于非可膨胀的石墨、金属和金属合金的相对高的电导率，它们可以被用作有效的导电颗粒。
优选地，附加的导电颗粒是金属薄片或金属涂覆的薄片。用于与本披露的实施例一起使用的金属和合金的实例可以包括但不限于银、金、镍、铜、铝及其合金和混合物。在某些实施例中，由于其稳定性(例如抗氧化性)和有效性，可以使用贵金属如金和银。
在具体实施例中，金属可以是在该可膨胀的导电纤维层组合物的总重量的基础上以最高达50％的浓度存在的银薄片。
可固化热固性树脂
该保护性预浸料材料中的可固化热固性树脂组合物含有一种或多种热固性树脂。该可固化树脂组合物的热固性树脂组分构成该组合物的按重量计从约30％至约50％。
在优选的实施例中，该可固化树脂组合物在从120℃至200℃的范围内是可固化的。根据优选实施例，该可固化树脂组合物在170℃-190℃的范围内是可固化的。
该保护性预浸料材料的可固化树脂组合物优选地是含有一种或多种未固化的热固性树脂的可硬化或可热固树脂，其包括但不限于环氧树脂、酰亚胺(诸如聚酰亚胺或双马来酰亚胺)、乙烯基酯树脂、氰酸酯树脂、异氰酸酯改性的环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、苯并噁嗪、甲醛缩合树脂(如与脲、三聚氰胺或苯酚)、聚酯、丙烯酸树脂、其混合物、共混物及组合。在一个实施例中，该可固化热固性树脂组合物含有一种或多种多官能环氧树脂。
合适的环氧树脂包括芳香族二胺、芳香族单伯胺、氨基苯酚、多元酚、多元醇、多元羧酸的多缩水甘油基衍生物。合适的环氧树脂的实例包括双酚诸如双酚A、双酚F、双酚C、双酚S和双酚K的多缩水甘油醚；和基于甲酚和苯酚的酚醛清漆的多缩水甘油醚。
具体实例是4,4’-二氨基二苯基甲烷(TGDDM)的四缩水甘油基衍生物、间苯二酚二缩水甘油醚、三缩水甘油基-对-氨基苯酚、三缩水甘油基-间-氨基苯酚、溴双酚F二缩水甘油醚、二氨基二苯基甲烷的四缩水甘油基衍生物、三羟基苯基甲烷三缩水甘油醚、苯酚-甲醛酚醛清漆的多缩水甘油醚、邻甲酚酚醛清漆的多缩水甘油醚或四苯基乙烷的四缩水甘油醚。
可商购的环氧树脂包括N,N,N’,N’-四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷(例如来自亨斯迈公司(Huntsman)的MY 9663、MY 720和MY 721)；N,N,N’,N’-四缩水甘油基-双(4-氨基苯基)-1,4-二异丙基苯(例如来自迈图公司(Momentive)的EPON 1071)；N,N,N’,N’-四缩水甘油基-双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1,4-二异丙基苯(例如来自迈图公司的EPON 1072)；对氨基苯酚的三缩水甘油醚(例如来自亨斯迈公司的MY 0510)；间氨基苯酚的三缩水甘油醚(例如来自亨斯迈公司的MY 0610)；基于双酚A的材料，诸如2,2-双(4,4’-二羟基苯基)丙烷的二缩水甘油醚(例如来自陶氏公司(Dow)的DER 661或来自迈图公司的EPON 828，以及优选在25℃下粘度为8-20Pa·s的酚醛清漆树脂；苯酚酚醛清漆树脂的缩水甘油醚(例如来自陶氏公司的DEN 431或DEN 438)；二环戊二烯基酚醛清漆(例如来自亨斯迈公司的Tactix556)；1,2-邻苯二甲酸二缩水甘油酯(例如GLY CEL A-100)；二羟基二苯基甲烷(双酚F)的二缩水甘油基衍生物(例如来自亨斯迈公司的PY 306)。其他合适的环氧树脂包括环脂族化合物，诸如3’,4’-环氧环己基-3,4-环氧环己烷羧酸酯(例如来自亨斯迈公司的CY 179)。
通常，该可固化热固性树脂组合物含有其他添加剂，如固化剂、固化催化剂、共聚单体、流变控制剂、增粘剂、无机或有机填充剂、作为增韧剂的热塑性和/或弹性体聚合物、UV稳定剂/添加剂、粘度改性剂/流动控制剂、稳定剂、抑制剂、颜料、染料、阻燃剂、反应性稀释剂、以及本领域技术人员熟知的用于改性固化之前或之后的基质树脂的特性的其他添加剂。
用于可固化树脂组合物的合适的增韧剂包括但不限于单独或与以下各项组合的均聚物或共聚物：聚酰胺、共聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、聚酮、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚醚砜(PEES)、聚酯、聚氨酯、聚砜、多硫化物、聚苯醚(PPO)和改性的PPO、聚(环氧乙烷)(PEO)和聚环氧丙烷、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸化物、聚苯砜、高性能烃聚合物、液晶聚合物、弹性体和链段弹性体。
该可固化树脂组合物还可以包括聚合物微米尺寸的增韧颗粒，包括选自以下的微粒热塑性聚合物：聚芳砜(例如聚醚砜(PES)、聚醚醚砜(PEES))、聚醚酰亚胺(PEI)和聚酰亚胺(PI)。
该可固化树脂组合物还可以包括具有核-壳结构的增韧颗粒。此类颗粒通常具有被由非弹性体聚合物材料(即，具有大于环境温度(例如大于约50℃)的玻璃化转变温度的热塑性或热固性/交联聚合物)构成的壳围绕的由具有弹性体或似橡胶的特性(即，玻璃化转变温度小于约0℃，例如小于约-30℃)的聚合物材料构成的核。例如，该核可以由以下各项构成：例如二烯均聚物或共聚物(例如，丁二烯或异戊二烯的均聚物，丁二烯或异戊二烯与一种或多种烯键式不饱和单体(如乙烯基芳香族单体、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酸酯或类似物)的共聚物)，而该壳可以由以下各项构成：聚合物或者一种或多种单体(如(甲基)丙烯酸酯(例如，甲基丙烯酸甲酯)、乙烯基芳香族单体(例如，苯乙烯)、乙烯基氰化物(例如，丙烯腈)、不饱和酸和酸酐(例如，丙烯酸)、(甲基)丙烯酰胺以及具有合适高的玻璃化转变温度的类似物)的共聚物。该壳中使用的聚合物或共聚物可具有通过金属羧酸盐形成(例如，通过形成二价金属阳离子的盐)而离子交联的酸基。该壳聚合物或共聚物还能够通过使用每分子具有两个或更多个双键的单体而共价交联。其他弹性体聚合物还可适用于该核，包括聚丙烯酸丁酯或聚硅氧烷弹性体(例如，聚二甲基硅氧烷，特别是交联的聚二甲基硅氧烷)。该颗粒可以由多于两个层构成(例如，一种弹性体材料的中心核可以被不同弹性体材料的第二核围绕，或者该核可以被两个不同组成的壳围绕，或者该颗粒可以具有结构软核、硬壳、软壳、硬壳)。在一些实施例中，具有核-壳结构的增韧颗粒在尺寸上是相对小的。例如，粒径可以是从约30nm至约300nm，如通过激光散射技术使用激光散射粒径分布分析仪确定的。
优选地，该可固化树脂组合物还包括固化剂。固化剂适当地选自已知的固化剂，例如芳香族或脂肪族胺或胍衍生物。具体的实例是3,3’-和4,4’-二氨基二苯基砜(DDS)；亚甲基二苯胺；双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1,4-二异丙基苯；双(4-氨基苯基)-1,4-二异丙基苯；4,4’亚甲基双-(2,6-二乙基)-苯胺(来自龙沙公司(Lonza)的MDEA)；4,4’亚甲基双-(3-氯,2,6-二乙基)-苯胺(来自龙沙公司的MCDEA)；4,4’亚甲基双-(2,6-二异丙基)-苯胺(来自龙沙公司的M-DIPA)；3,5-二乙基甲苯-2,4/2,6-二胺(来自龙沙公司的D-ETDA 80)；4,4’亚甲基双-(2-异丙基-6-甲基)-苯胺(来自龙沙公司的M-MIPA)；4-氯苯基-N,N-二甲基-脲(例如Monuron)；3,4-二氯苯基-N,N-二甲基-脲(例如DIURON TM)和二氰基二酰胺(例如来自太平洋锚化学公司(Pacific Anchor Chemical)的AMICURE TM CG 1200)。
合适的固化剂还包括酸酐，特别是多元羧酸酐，诸如纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐、邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、内亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、和偏苯三酸酐。
通过举例，该可固化热固性树脂还可以包括陶瓷微球和各种阻燃剂和烟雾抑制剂以赋予特定的阻燃特性。此类抑制剂的实例是金属氧化物、三水合氧化铝(ATH)、硼酸锌如
Figure BDA0001623636450000091
ZB(从美国加利福尼亚州博伦的美国硼砂公司(U.S.Borax Inc.,Boron,California USA)可商购)、聚磷酸铵、聚磷腈、磷改性的环氧化物。如果存在的话，以上提及的添加剂的量可以是基于该树脂组合物的总重量按重量计最高达30％。
该可固化热固性树脂还可以包括导电添加剂以进一步改进该可固化保护性预浸料材料的电导率。附加的导电添加剂的形态可以单独或组合地包括薄片、粉末、纤维、线材、微球、纳米颗粒中的一种或多种。如果存在的话，这些导电添加剂的量可以是基于该树脂组合物的总重量按重量计最高达30％。
如在此使用的术语“纳米颗粒”是指具有至少一个小于约0.1微米(<100纳米)的尺寸的材料。出于在此的预期目的的合适的纳米颗粒包括但不限于金属纳米线、金属涂覆的和非金属涂覆的碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米纤丝、碳纳米片材、碳纳米棒、碳纳米锥、和碳纳米欧姆(nano-ohm)、炭黑、石墨纳米片或纳米点、石墨烯和其他类型的富勒烯材料。
该可固化热固性树脂还可以包括UV稳定剂和颜料如TiO2以赋予特定的表面处理膜特征。如果存在的话，以上提及的稳定剂和颜料的量可以是基于该树脂组合物的总重量按重量计最高达5％。
可固化复合结构
本披露的另一个方面涉及在最外部分中具有该可膨胀的导电纤维层的可固化复合结构。
在一个实施例中，使如以上描述的保护性预浸料材料与纤维增强树脂的可固化复合材料(以下被称为“结构复合材料”)接触。术语“结构复合材料”包含含有灌注或浸渍有可固化基质树脂的增强纤维的复合材料。在一些实施例中，该可固化结构复合材料是预浸料板层或多个以堆叠顺序安排的预浸料板层的叠层。可以将该保护性预浸料材料与一个或多个预浸料板层铺放在一起以形成复合面板。
用于在此的目的的结构复合材料的增强纤维包括具有高拉伸强度，优选地大于500ksi(或3447MPa)的纤维。在优选的实施例中，增强纤维是碳或石墨纤维。增强纤维可以呈连续束(每个束由多根长丝构成)、单向或多向纤维、单向纤维的带、或非织造或织造织物的形式。此外，增强纤维可以是上浆的或未上浆的。
对于在高性能复合零件(如在航天工业中的那些)的应用，该结构复合材料(例如预浸料板层)中的增强纤维的含量可以在按重量计40％至80％、更优选地按重量计55％至75％的范围内。
该结构复合材料的可固化基质树脂组合物可以与该保护性预浸料材料的可固化基质树脂组合物相同或不同。以上描述的用于该保护性预浸料材料的可固化树脂组合物的热固性树脂和固化剂还适用于该结构复合材料的可固化树脂组合物。
在一个实施例中，该可固化复合结构是具有由将该层压到结构预浸料板层或多个结构预浸料板层的叠层上的保护性预浸料材料固化而产生的顶层的复合面板。这些结构预浸料板层由以上描述的结构复合材料制成。
在此披露的复合材料或预浸料叠层的固化通常在最高达200℃、优选地在170℃-190℃的范围内的升高的温度下并且使用抑制逸出气体的变形效果或抑制空隙形成的升高的压力、适合地在最高达10巴(1MPa)、优选地在3巴(0.3MPa)至7巴(0.7MPa)的范围内的压力下进行。优选地，固化温度通过以最高达5℃/min、例如2℃/min至3℃/min加热达到，并且维持最长达9小时、优选地最长达6h、例如在2h与4h之间的所需时间。在基质树脂中使用催化剂可以允许甚至更低的固化温度。压力全部释放，并且通过以最高达5℃/min、例如最高达3℃/min的冷却降低温度。
图1是在暴露于火灾之前(左视图)和在暴露于火灾之后(右视图)的含有在结构预浸料20上铺设的顶部可膨胀的导电预浸料层10的示例性固化的复合面板的示意图。顶层10含有导电纤维和可热膨胀颗粒11。如果暴露于火灾，顶层10经受膨胀。
在一些实施例中，该复合面板可以含有夹层，该夹层含有在顶层10与结构预浸料20之间的层间增韧颗粒。层间增韧颗粒可以包括热塑性颗粒，例如由聚酰胺、聚酰亚胺和聚芳醚酮(PAEK)制成的颗粒；以及弹性体颗粒，例如由聚丁二烯、聚丙烯酸物、聚丙烯腈、聚苯乙烯及其共聚物制成的颗粒。
用于在此披露的复合面板的制造方法包括将该保护性预浸料材料与该结构复合材料共固化以产生最终的复合结构。已经发现，与不具有保护层的结构复合材料相比，在该结构复合材料上添加该可热膨胀的导电预浸料材料作为顶部/最外保护层导致改进的抗烧穿性。
抗烧穿性的改进可以通过测量在182KW/m2下进行的烧穿测试期间复合面板的火灾穿透的时间和背侧温度来评估。用于抗烧穿性的测试是，该复合面板当暴露于在1100℃-1200℃的火焰持续至少5分钟时防止火灾穿透。附加地，在距离该复合面板的冷侧12英寸远的点处测量的热流量不应超过22.7KW/m2。
此外，对于结构部件(例如，飞机的蒙皮、纵梁、框架)，该复合面板的测量的背侧温度应该低于在压缩载荷(模拟运行中的载荷)下引起塌陷的临界温度。抗烧穿性还可以借助于压缩载荷下的火灾测试来测量以提供关于该复合面板防止结构部件塌陷以及飞机内部的电系统和电线落到乘客上的能力的信息。在烧穿事故的情况下，飞机的零件的这种塌陷和坠落可能阻碍乘客疏散。
发现，在复合结构上添加该可膨胀的导电保护层作为顶层提供了比具有非导电/绝缘纤维的可热膨胀的顶部保护层更大的抗烧穿性，并且还产生了更好的热绝缘效果。这种绝缘效果是出人意料的，因为没有预期添加导电层以提供比由具有拥有绝缘纤维的顶层产生的温度更低的温度。
据信导电纤维和这些可热膨胀颗粒的组合在火灾下起到协同作用，如果暴露于火焰，提供顶层的快速膨胀。
在一些实施例中，与没有所述顶层的类似面板相比，复合面板上的顶部可膨胀的导电保护层提供了至少150℃的面板的“冷面”(或背侧)峰值温度的减少(在182KW/m2下进行的烧穿测试持续5分钟期间)。
在一些实施例中，与没有所述顶层的类似面板相比，复合面板上的顶部可膨胀的导电保护层提供了至少50℃的在离面板4英寸的距离处的背侧处温度的减少(在182KW/m2下进行的烧穿测试持续5分钟期间)。
在一些实施例中，具有该顶部可膨胀的导电保护层的复合面板在182KW/m2下进行的烧穿测试持续5分钟期间没有展现出火灾穿透，并且在离该板12英寸的距离处的背侧处的热通量低于7KW/m2。
已经发现，与没有此种顶层的复合面板相比，在模拟火灾和压缩载荷的组合效果的条件下，添加该顶部/最外可膨胀的导电层提供了失效时间的改进。这样，如在此披露的复合面板特别适用于易受燃料火灾风险影响的航空器的一级结构(例如机身)。
在一些实施例中，与没有所述顶层的类似面板相比，该顶层提供了约2分钟的复合物失效时间的改进(在等于182KW/m2的热通量和等于10MPa的压缩应力的条件下)。
附加地，已经发现，添加该顶部/最外可膨胀的导电层为该结构复合材料提供了雷击保护(LSP)和电磁干扰(EMI)屏蔽。
由于附加的部件如织造丝网、实心或膨胀的金属箔、交织的丝织物是不必要的，在航天结构中使用该可膨胀的导电层将是有成本效益的并且将不会引起重量的增加。
在一个实施例中，将纤维增强的热绝缘材料插入在如以上描述的保护性预浸料材料与由浸渍有可固化基质树脂的碳纤维构成的可固化结构复合材料之间。该热绝缘材料含有浸渍有可固化树脂的非导电增强纤维。这些非导电增强纤维由绝缘材料制成并且可以选自多晶纤维如高氧化铝多晶纤维、耐火陶瓷纤维如铝硅酸盐纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维、矿棉纤维、高岭土纤维、碱土硅酸盐纤维如氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维和氧化镁-二氧化硅纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。以上描述的用于该保护性预浸料材料和该结构复合材料的可固化树脂组合物的热固性树脂和固化剂还适用于该热绝缘材料的可固化树脂组合物。
优选地，该热绝缘材料是单个预浸料板层。该热绝缘预浸料板层的可固化树脂组合物可以与该保护性预浸料材料的可固化树脂组合物或该结构复合材料的可固化树脂组合物相同或不同。
在一个实施例中，该可固化复合结构是具有由固化该保护性预浸料材料、交织的热绝缘材料和结构预浸料板层或多个结构预浸料板层的叠层而产生的顶层的复合面板。这些结构预浸料板层由以上描述的结构复合材料制成。
该热绝缘材料的非导电增强纤维可以呈连续束(每个束由多根长丝构成)、单向或多向纤维、单向纤维的带、非织造或织造织物的形式。此外，非导电增强纤维可以是上浆的或未上浆的。
因为该热绝缘材料提供了在该顶部保护性预浸料与该结构复合材料之间的绝缘层，所以它赋予所得最终复合结构附加的抗烧穿性。该热绝缘材料可以进一步包括以上描述的用于该顶部保护层的相同的可热膨胀颗粒以赋予进一步抗烧穿性。在此种情况下，可以将这些可热膨胀颗粒结合到该热绝缘材料的可固化树脂组合物中。
第二可固化复合材料在该顶部导电保护层与碳纤维增强的结构复合材料之间起电绝缘层的作用，因此减少了在雷击事件的情况下在该结构复合材料内部行进的电荷的量。
根据另一个实施例，该可固化复合结构是来源于将可固化液体树脂灌注或注射到两个或更多个纤维层中的产物，其中至少一个纤维层是以上讨论的可膨胀的导电纤维层，并且该一个或多个其他结构纤维层是干增强纤维的层。可以将该可膨胀的导电纤维层与该干增强纤维的一个或多个结构纤维层组合在一起以形成适合于灌注或注射该可固化液体树脂的干燥预成型件。
该预成型件中的干增强纤维的一个或多个结构纤维层可以是现有技术中已知的用于制造复合材料的任何类型的纺织品。合适的织物类型或构型的实例包括但不限于：所有织造织物，实例是平纹编织、斜纹编织、缎纹编织、螺旋编织和单编织；所有多轴向织物，其实例包括经编织物和非卷曲织物(NCF)；针织织物；编织织物；所有非织造织物，其实例包括但不限于由短切和/或连续纤维长丝构成的垫织物、毡以及上述织物类型的组合。预成型件中的增强纤维由以上参考结构复合材料所披露的材料制成。在一些实施例中，预成型件中的干增强纤维的至少一些结构纤维层由碳或石墨纤维构成。
以上讨论的导电纤维层和该干增强纤维的一个或多个其他结构纤维层可以被切割以适合用于自动铺带(ATL)或自动纤维布置(AFP)工艺中。
ATL和AFP是使用计算机引导的机器人技术将连续的预浸料带或干纤维带的层铺设到模具表面(例如心轴)上以产生可固化复合结构的工艺。示例性应用包括航空器机翼蒙皮和机身。ATL/AFP工艺涉及将一个或多个带并排分配到心轴表面上以产生所希望的宽度和长度的层，并且然后将附加层构建到先前的层上以提供具有所希望的厚度的叠层。ATL/AFP系统可配备有机器人铺放头(placement head)用于将预浸料带或干纤维带直接分配并且压实到心轴表面上。
在一个实施例中，将该导电纤维层与一个或多个结构单向增强纤维层组合以形成适用于ATL和AFP工艺的干纤维带。在这种情况下，经由ATL或AFP铺设在一个地点处具有所述导电纤维层的干纤维带，以形成被配置为用于液体树脂灌注工艺的预成型件。所得的包含所述导电纤维层的预成型件经由液体树脂灌注工艺是可固化树脂组合物高度可渗透的。适合于此目的的液体树脂灌注工艺包括但不限于树脂传递模制(RTM)、真空辅助树脂灌注(VARI)和真空辅助树脂传递模制(VARTM)。
该可固化液体树脂组合物可含有以上讨论的热固性树脂和固化剂。用于树脂灌注的合适的树脂组合物的实例是在转让给氰特技术公司(Cytec Technology Corp.)的具有公开号US 2011/0151232的美国专利申请中描述的组合物。适合于树脂灌注的可商购的热固性树脂的实例是从氰特苏威集团(Cytec Solvay Group)可获得的
Figure BDA0001623636450000151
977-20、
Figure BDA0001623636450000152
823、
Figure BDA0001623636450000153
EP2400。
应用
在此所述的组合物可用于制造铸造或模制的结构材料，并且特别适用于制造纤维增强的承受负载的或抗冲击的复合结构。
在此披露的预浸料材料适用于运输应用(包括航天、航空、航海、汽车和铁路)的部件的制造。例如，复合预浸料可以用于制造一级和二级航空器结构、空间和弹道结构。此类结构部件包括复合机身和机翼结构。在此披露的复合预浸料还在建筑和建造应用以及其他商业应用中找到用途。值得注意地，这些复合预浸料特别适合于制作具有抗烧穿性和雷击保护的承受负荷的或抗冲击的结构。
实例
在以下实例中，使用了以下用于烧穿测试、压缩载荷下的火灾测试和雷击测试的程序。
1.烧穿测试程序
使用丙烷燃烧器作为使用火焰温度校准的热源进行测试。为模拟碰撞后火灾，测试面板的表面处的热通量被固定为182kW/m2，具有约1160℃的火焰温度。
将护套热电偶(N型)接近于在“热面”(暴露于火焰的表面)处的测试面板定位以监控在测试期间的火焰温度。使用三个K型热电偶来监控与面板直接接触的“冷面”(未暴露于火焰的背侧)的温度特征曲线。还将附加的热电偶和热通量(HF)检测器分别定位在离面板4英寸的距离处和12英寸的距离处，以在测试期间监控面板上方的热气体的温度和热通量。使用两台摄像机来检测通过面板的火灾穿透并在测试期间评估面板响应。
烧穿测试进行5分钟，同时监控在“热面”、“冷面”和离面板4英寸的距离处的温度。图2中示出了图式化的测试设置。
还目测检查了测试的面板并且根据以下损坏水平标准评估结果：
5＝面板严重损坏：具有>50％的可见干纤维的面板的冷面
4＝面板非常损坏：具有40％-50％的可见干纤维的冷面
3＝面板损坏：具有20％-40％的可见干纤维的冷面侧
2＝面板轻微损坏：具有10％-20％的可见干纤维的冷面
1＝面板很少损坏：不具有或具有小于10％的可见干纤维的冷面。
2.压缩载荷下的火灾测试程序
压缩载荷下的火灾测试要求在测试试样的表面上冲击的火焰，特征为恒定的热通量，在该测试试样的表面上施加恒定的压缩载荷。使用能够产生恒定压力的液压致动器施加载荷，并且因此将恒定载荷施加在试样上。使用CAI夹具进行测试(ASTM D7137，2012)以防止试样的屈曲。
将测试试样插入在CAI夹具中，并将抗屈曲导向件放到适当的位置并根据ASTMD7137，2012紧固。根据ASTM D7137，2012，试样尺寸为4英寸×6英寸。另外，试样与金属CAI夹具热绝缘。
在测试期间，在试样上施加恒定力和等于182KW/m2的恒定的热通量。选择力来施加10MPa的恒定应力。在测试期间，监控施加的力以检测失效时间。测量每个试样的失效时间，并且然后对测量值进行平均并计算标准偏差。
使用两台摄像机来检测通过试样的火灾穿透，在测试期间评估试样响应。图3中示出了图式化的测试设置。
3.雷击测试程序
为了模仿航空器复合结构上的雷击(LS)损坏，使用区域1A(雷达天线罩的LS测试)或区域2A(大多数机身段的LS测试)标准使涂了漆的复合面板经受闪电直接效应测试。将每个正方形测试面板(22英寸×22英寸)放置在电极下面，使得区域1A或区域2A模仿的撞击将在面板的中心处。
面板通过使用铝画框在所有四个边缘周围接地，这确保电流尽可能对称地引出。通过使用喷气式转向电极和100mm长的薄铜熔丝将电流注入到测试面板的中心中。贯穿测试使用了两个闪电波形；在ED-84中将区域1A和区域2A定义为分别具有成分A+B+C*和D+B+C*。单独的成分被定义如下：
区域1A成分A+B+C*
●成分A 峰值电流＝200kA±10％，
作用量积分＝2.0MJ/Ω±20％
●成分B 平均电流＝2.0kA±20％，
电荷转移＝10库仑±10％，
持续时间＝5ms
●成分C* 电荷转移＝18库仑±20％，
持续时间＝45ms
区域2A成分D+B+C*
●成分D 峰值电流＝100kA±10％，
作用量积分＝0.25MJ/Ω±20％
●成分B 平均电流＝2.0kA±20％，
电荷转移＝10库仑±10％，
持续时间＝5ms
●成分C* 电荷转移＝18库仑±20％
成分A、B和D由电容器组产生，这些电容器组通过串联阻抗放电到测试面板中。成分C由直流(DC)电池组的局部放电产生，具有通过断流熔线控制的放电持续时间。
根据以下损坏水平标准评估结果：
5＝面板严重损坏，通过样品的孔
4＝面板非常损坏，所有板层分层，分裂到背面
3＝面板损坏，大多数板层分层，背面没有损坏或轻微翘曲
2＝面板轻微损坏，顶部板层分层，背面没有损坏
1＝面板很少损坏，顶层汽化，仅顶部板层分层
还通过超声扫描评估损坏面积。
实例1
可热膨胀的纤维层
通过湿铺工艺制造两个可热膨胀且导电的纤维层，每个纤维层含有铜和镍涂覆的碳纤维(45重量％)、可热膨胀石墨薄片(45重量％)和丙烯酸胶乳粘合剂(10重量％)。
在湿铺工艺之前，将铜和镍涂覆的碳纤维短切成在10-20mm的范围内的尺寸。通过以下方式制造可膨胀的导电纤维层：形成铜和镍涂覆的短切碳纤维、可膨胀石墨薄片和丙烯酸胶乳粘合剂的水性浆料，将该浆料沉积到水可透过的支持体上，从该浆料中取出水以形成片材，并且然后将该片材干燥至按重量计小于5％的水分含量。所使用的可膨胀石墨薄片具有220℃的开始温度并且具有350微米(美国50目标称上65％)的粒径。
为了比较目的，通过类似的湿铺工艺制造一种具有非电纤维的可热膨胀的纤维层，该纤维层含有玄武岩纤维(45重量％)、可热膨胀石墨薄片(45重量％)和丙烯酸胶乳粘合剂(10重量％)。
表1中示出了所得可热膨胀的纤维层的组成和面积重量。图4是纤维层1.2的显微照片(顶视图)。
表1.可热膨胀的纤维层说明。
Figure BDA0001623636450000191
实例2
保护性预浸料材料
根据表2中示出的配制品制备树脂组合物。
表2.用于保护性预浸料材料制造的树脂组合物
Figure BDA0001623636450000192
使用树脂组合物形成具有125gsm和63gsm的膜重量的两个树脂膜。使用KROENERT膜涂覆器形成树脂膜。然后将每个树脂膜用于浸渍实例1中披露的每个可膨胀的导电纤维层1.1和1.2。具有等于125gsm的面积重量的树脂膜还用于浸渍实例1中披露的对比纤维层1.0。表3中描述了所得可热膨胀的预浸料材料的特性。
表3.可热膨胀的预浸料说明。
Figure BDA0001623636450000193
Figure BDA0001623636450000201
实例3
具有对比雷击保护性顶层的面板
根据表4中示出的配制品制备树脂组合物。
表4.用于结构预浸料板层制造的树脂组合物。
Figure BDA0001623636450000202
Vestamid Terra是从赢创公司可商购的微粒聚酰胺10,10，其在树脂组合物中固化时是不可溶的。
然后使用热熔浸渍工艺将该树脂组合物用于生产单向(UD)预浸料。通过将树脂组合物涂覆到离型纸上来产生树脂膜。接下来，在热量和压力的帮助下，将两个这样的树脂膜层压到单向碳纤维(来自美国东邦耐克丝公司(Toho Tenax)的UTS50E13 12K 800tex)的连续层的两侧上，以形成具有等于134gsm的纤维面积重量(FAW)和等于按重量计35％的树脂含量的结构预浸料。
通过根据堆叠顺序[+,-,0,90]1s铺放8个结构预浸料板层，制造具有尺寸为13.5英寸×13.5英寸的对照固化的复合面板(对照面板3.0)用于烧穿测试。在80psi的压力下在180℃下在高压釜中发生固化持续2小时。
图5示出了对于对照面板3.0，在面板“热面”(火灾暴露的表面)和面板“冷面”(面板背侧)处随时间变化的在烧穿测试期间所测量的温度。在测试期间，面板的“热面”上的温度是约1160℃。结果指示了，面板温度随时间变化迅速地上升，在“冷面”处在约2min内达到480℃。如果这在机身的内部零件中发生，则这样的高温将是灾难性的，引起结构部件(如框架)在低载荷下失效并且没有用于内部系统和乘客的保护。
将所述8个结构预浸料板层与用从氰特苏威集团可商购的SM 905M.045ECS 015制成的顶部保护性表面处理层共固化制造对比面板(对比面板3.1)。SM 905M.045ECS 015是具有膨胀的铜筛网(ECS)的表面处理膜，并通过了由闪电技术公司(LightningTechnologies Inc.)进行的雷击测试(包括航空器区域1A和1B的那些)并且已经由若干个机身制造商证明合格。
表5示出了在烧穿测试期间在“冷面”处随时间变化的对比面板温度。结果指示了，添加所述保护性顶层不能为复合面板提供烧穿保护。
表5.对于具有对比LS保护性顶层的实例的烧穿结果。
Figure BDA0001623636450000211
实例3示出了，与不具有保护层的面板相比，对比雷击保护性顶层不适合用于改进抗烧穿性。
实例4
具有对比可膨胀的非导电顶部纤维层的面板
将表3中披露的对比预浸料2.0作为顶层与8个预浸料板层共固化，根据堆叠顺序[+,-,0,90]1s铺放这些预浸料板层。以与以上对于对照面板3.0描述的相同的方式制造这8个预浸料板层。在80psi的压力下在180℃下在高压釜中发生共固化持续2小时。使所得固化的复合面板(对比面板4.0)经受以上对于对照面板3.0提及的相同的烧穿测试。
烧穿测试结果报道于表6中。添加含有可热膨胀石墨薄片和非导电(或电绝缘)玄武岩纤维的顶部保护层提供了复合烧穿保护的有限改进并且没有雷击保护。
实例5
具有可膨胀的导电顶部纤维层的面板
烧穿对比测试结果
将表3中披露的预浸料2.1作为顶层与8个预浸料板层的板层共固化，根据堆叠顺序[+,-,0,90]2s铺放这些预浸料板层用于制造用于烧穿测试的面板5.a1。以与以上对于对照面板3.0描述的相同的方式制造这8个预浸料板层。在80psi的压力下在180℃下在高压釜中发生共固化持续2小时。
以与对于面板5.a1描述的相同的方式制造面板5.a2，除了使用表3中披露的预浸料2.2作为顶层之外。图6是示出了固化的面板5.a2的顶层的横截面视图的显微照片。顶层含有铜/镍涂覆的碳纤维和可热膨胀石墨薄片的组合。
使面板5.a1和面板5.a2两者都经受以上对于对照面板3.0和对比面板4.0提及的烧穿测试。所有面板的烧穿测试结果报道于表6中。
表6.面板说明和烧穿测试结果。
Figure BDA0001623636450000221
图7示出了在“冷面”处作为温度对比时间的烧穿结果。
发现添加由铜和镍涂覆的碳纤维和可膨胀石墨薄片构成的顶部保护层提供了抗烧穿性的显著改进。
发现以下结果：对比面板5.a2和对比面板4.0具有类似的顶层、相等的重量、相同的可膨胀石墨薄片，但由不同纤维构成：
●与对比面板4.0相比，对于面板5.a2，在“冷面”处的温度低约50℃-70℃。
●与对比面板4.0相比，对于面板5.a2，在离面板的“冷面”4英寸的距离处的峰值空气温度低约40℃。
这样，具有导电纤维的可膨胀层的存在提供了比具有非导电(或绝缘)纤维的可膨胀层更大的热绝缘效果。这种绝缘效果是出人意料的，因为没有预期添加导电层以提供比由具有绝缘纤维的类似顶层产生的温度更低的温度。
比较在具有导电金属涂覆的碳纤维的可膨胀层与具有绝缘和耐高温纤维如玄武岩纤维的类似层之间的数据，这种绝缘效果是非常出人意料的。
压缩载荷下的火灾对比测试结果
将表3中披露的预浸料2.1作为顶层与32个预浸料板层共固化，根据堆叠顺序[+,0,-,90]4s铺放这些预浸料板层。以与以上对于对照面板3.0描述的相同的方式制造这32个预浸料板层。在80psi的压力下在180℃下在高压釜中发生共固化持续2小时。从所得固化的复合面板(面板5.b1)中抽出6个具有4英寸×6英寸的尺寸的试样用于压缩载荷下的火灾测试。
以与对于面板5.b1描述的相同的方式制造面板5.b2，除了使用表3中披露的预浸料2.2作为顶层之外。以与对于面板5.b1和5.b2描述的相同的方式制造对照面板5.b0，除了不使用顶部保护层之外。
压缩载荷下的火灾测试结果报道于表7中。没有顶部保护层的面板在182KW/m2的热通量和压缩载荷的组合下具有有限的失效时间。添加顶部保护层提供了最高达约2分钟的失效时间的改进。
表7.面板说明和火灾下压缩测试结果。
顶层 失效时间[秒]
对照5.b0 无 82±5
面板5.b1 可热膨胀且导电(75gsm) 146±16
面板5.b2 可热膨胀且导电(150gsm) 190±20
雷击对比测试结果
将表3中披露的预浸料2.1作为顶层与16个预浸料板层共固化来制造具有22英寸×22英寸的尺寸的正方形测试面板(面板5.c1_2A)，根据堆叠顺序[+,-,0,90]2s铺放这些预浸料板层。以与以上对于对照面板3.0描述的相同的方式制造这16个预浸料板层。在80psi的压力下在180℃下在高压釜中发生共固化持续2小时。
以与对于面板5.c1描述的相同的方式制造正方形测试面板(面板5.c2_1A)，除了使用表3中披露的预浸料2.2作为顶层之外。以与对于面板5.c1_2A和5.c2_1A描述的相同的方式制造两个对照面板5.c0_2A和5.c0_1A，除了不使用顶部保护层之外。
在雷击测试之前，首先施加具有1密耳(25.4μm)的均匀干膜厚度的环氧底漆以及然后具有3密耳(76.2μm)的均匀干燥的均匀膜厚度的白色光泽度的尿烷顶涂层搪瓷来涂覆所有面板。
图8A和8B分别示出了在区域2A中在LS之后的对照5.c0_2A面板的正面和背面图像。图9A和9B分别示出了在区域1A中在LS之后的对照5.c0_1A面板的正面和背面图像。
如从表8和图8A、8B、9A和9B中可以看出，不具有顶部保护层的面板受到区域1A和区域2A模拟的撞击的显著损坏。如果这在实际撞击期间发生，则损坏贯穿面板，这将是灾难性的。
图10A和10B分别示出了在区域2A中在LS之后的5.c1_2A面板的正面和背面图像。图11A和11B分别示出了在区域1A中在LS之后的5.c2_1A面板的正面和背面图像。
如从表8和图10A、10B、11A和11B中可以看出，添加包含该可膨胀的导电纤维层的顶部保护层已经显著地减少了来自区域2A和区域1A模拟的撞击的损坏。没有发生击穿，并且没有检测到后面处的可见损坏。
表8.面板说明和LS测试结果。
Figure BDA0001623636450000251
实例6
通过树脂灌注制造具有顶部保护层的面板的方法
根据堆叠顺序[+,0,-,90]1s，将实例1中披露的纤维层1.2作为顶部纤维层铺放在从德国萨埃尔贝克的萨泰克斯有限两合公司(SAERTEX GmbH&Co.KG,Saerbeck,Germany)可获得的IMS60碳纤维214gsm的单向非卷曲织物(NCF)的8个板层上。然后将所得干燥的预成型件在90℃下并且在真空下用从氰特苏威集团可获得的树脂
Figure BDA0001623636450000261
EP2400灌注。在180℃下的烘箱中发生固化持续2小时。在所得面板(面板6.1)上进行烧穿测试。
以与对于面板6.1描述的相同的方式制造对照面板(对照面板6.0)，除了没有将顶部纤维层添加到堆叠顺序中之外。表9中的结果示出了，添加顶部保护层提供了抗烧穿性的显著改进。
表9.面板说明和烧穿测试结果。
Figure BDA0001623636450000262
实例7
通过AFP并且通过树脂灌注制造具有顶部保护层的面板的方法
根据实例1中描述的工艺通过湿铺工艺制造可热膨胀且导电的纤维层。该可热膨胀且导电的纤维层含有铜和镍涂覆的碳纤维(40重量％)、可热膨胀石墨薄片(40重量％)和丙烯酸胶乳粘合剂(20重量％)，并且具有135gsm的总面积重量(具有5％的公差)。
然后将导电纤维层作为顶部纤维层铺放在通过AFP制造的干燥纤维预成型件上。通过自动铺设IMS65碳纤维的单向纤维带(由氰特苏威集团供应的
Figure BDA0001623636450000263
TX1100)来制造纤维预成型件，以便形成由具有堆叠顺序[+,0,-,90]1s的8个板层组成的预成型件。接下来，将在顶部具有该可热膨胀的导电的纤维层的所得干燥预成型件在90℃下并且在真空下用从氰特苏威集团可获得的树脂
Figure BDA0001623636450000264
EP2400灌注。然后在180℃下的烘箱中进行固化持续2小时。
所得面板(面板7.1)具有按重量计约33.9％的树脂含量和1.61mm的固化的面板厚度。图12中示出了面板的横截面的显微照片。

Claims (21)

1.一种能够提供雷击保护和抗烧穿性的可热膨胀且导电的材料，包含：
(A)导电纤维；
(B)可热膨胀颗粒；以及
(C)包含一种或多种热固性树脂和固化剂的可固化基质树脂，
其中这些导电纤维和这些可热膨胀颗粒被嵌入在该可固化基质树脂中，
其中可固化树脂组合物的热固性树脂组分构成所述组合物的按重量计30％-50％。
2.如权利要求1所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些导电纤维呈随机安排的纤维的非织造垫的形式，并且将这些可热膨胀颗粒结合到所述非织造垫中或分散在整个所述非织造垫中，由此形成纤维层。
3.如权利要求2所述的可热膨胀且导电的材料，其中该纤维层具有在50gsm与350gsm的范围内的面积重量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些导电纤维是短切纤维。
5.根据权利要求4所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些短切纤维是碳纤维。
6.根据权利要求4所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些短切纤维是金属涂覆的碳纤维。
7.根据前述权利要求1-3和5-6中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些可热膨胀颗粒当被加热至超过该可固化基质树脂的固化温度的开始膨胀温度时将开始在尺寸上膨胀。
8.根据权利要求7所述的可热膨胀且导电的材料，其中所述开始膨胀温度超过该可固化基质树脂的固化温度20℃至100℃。
9.根据前述权利要求1-3，5-6和8中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些可热膨胀颗粒是可膨胀石墨薄片。
10.根据权利要求9所述的可热膨胀且导电的材料，其中这些可膨胀石墨薄片当被加热至在200℃至250℃的范围内的开始膨胀温度时将开始在尺寸上膨胀。
11.根据前述权利要求1-3，5-6，8和10中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，其中该可固化树脂组合物包含一种或多种环氧树脂。
12.根据前述权利要求1-3，5-6，8和10中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，其中该可固化树脂组合物进一步包含导电颗粒。
13.根据前述权利要求1-3，5-6，8和10中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，其中该可固化树脂组合物在170℃-190℃的范围内是可固化的。
14.一种用于制造可热膨胀且导电的预浸料材料的方法，所述方法包括：
通过湿铺工艺由包含导电纤维、可热膨胀颗粒和粘合剂的浆料形成非织造垫；
由包含一种或多种热固性树脂和固化剂的可固化树脂组合物形成树脂膜；
将该树脂膜抵靠该非织造垫的一个表面压制，同时施加热量以软化该树脂膜并用树脂灌注或浸渍该非织造垫。
15.一种可固化复合结构，包含：
与至少一个可固化预浸料板层接触的根据权利要求1至13中任一项所述的可热膨胀且导电的材料，所述预浸料板层包含已经灌注或浸渍有可固化树脂的连续增强纤维。
16.如权利要求15所述的可固化复合结构，其中该至少一个可固化预浸料板层是多个以堆叠顺序安排的预浸料板层的叠层，并且该可热膨胀且导电的材料连同该预浸料板层的叠层形成复合面板，其中该可热膨胀且导电的材料是该可固化复合结构的顶部或最外层或靠近顶部。
17.如权利要求15或16所述的可固化复合结构，其中该可固化预浸料板层的增强纤维是呈连续的、单向对齐的纤维的形式的碳纤维。
18.根据权利要求15或16所述的可固化复合结构，进一步包含在该可热膨胀且导电的材料与该至少一个可固化预浸料板层之间的绝缘复合层，
其中所述绝缘复合层包含浸渍有可固化树脂的非导电增强纤维，并且
其中该可固化预浸料板层的增强纤维是连续碳纤维。
19.如权利要求18所述的可固化复合结构，其中这些非导电增强纤维由绝缘材料制成并且可以选自：多晶纤维、耐火陶瓷纤维、矿棉纤维、高岭土纤维、碱土硅酸盐纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。
20.如权利要求15或16所述的可固化复合结构，其中这些增强纤维呈连续的、单向对齐的纤维或织造织物的形式。
21.根据权利要求18所述的可固化复合结构，其中该绝缘复合层进一步包含分散在该基质树脂中的可热膨胀颗粒。
CN201680059271.1A 2015-08-10 2016-08-10 能够提供雷击保护和抗烧穿性的预浸料材料 Active CN108136694B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562203021P 2015-08-10 2015-08-10
US62/203,021 2015-08-10
PCT/US2016/046311 WO2017027569A1 (en) 2015-08-10 2016-08-10 Prepreg material capable of providing lightning strike protection and burn-through resistance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108136694A CN108136694A (zh) 2018-06-08
CN108136694B true CN108136694B (zh) 2021-05-14

Family

ID=56843014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680059271.1A Active CN108136694B (zh) 2015-08-10 2016-08-10 能够提供雷击保护和抗烧穿性的预浸料材料

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20170043552A1 (zh)
EP (1) EP3334591B1 (zh)
JP (1) JP7007259B2 (zh)
KR (1) KR20180040597A (zh)
CN (1) CN108136694B (zh)
AU (1) AU2016304854A1 (zh)
CA (1) CA2995200A1 (zh)
ES (1) ES2904813T3 (zh)
RU (1) RU2724263C2 (zh)
WO (1) WO2017027569A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113140915A (zh) * 2016-03-25 2021-07-20 康普技术有限责任公司 具有由轻质介电材料形成的透镜和相关介电材料的天线
US11431100B2 (en) * 2016-03-25 2022-08-30 Commscope Technologies Llc Antennas having lenses formed of lightweight dielectric materials and related dielectric materials
US11279836B2 (en) * 2017-01-09 2022-03-22 Nanocomp Technologies, Inc. Intumescent nanostructured materials and methods of manufacturing same
JP7104716B2 (ja) * 2017-03-07 2022-07-21 サイテック インダストリーズ インコーポレイテッド 構造能力及び難燃性能を有する複合材料
EP3401419B1 (en) * 2017-05-11 2019-07-31 AIRBUS HELICOPTERS DEUTSCHLAND GmbH A method of manufacturing a structural arrangement with a fiber reinforced polymer component and a cold gas sprayed electrically conductive layer
US10535892B2 (en) * 2017-05-30 2020-01-14 Global Graphene Group, Inc. Shape-conformable alkali metal battery having a conductive and deformable quasi-solid polymer electrode
US11394058B2 (en) 2017-06-02 2022-07-19 Global Graphene Group, Inc. Method of producing shape-conformable alkali metal-sulfur battery
US11335946B2 (en) 2017-06-02 2022-05-17 Global Graphene Group, Inc. Shape-conformable alkali metal-sulfur battery
US10454141B2 (en) 2017-06-30 2019-10-22 Global Graphene Group, Inc. Method of producing shape-conformable alkali metal-sulfur battery having a deformable and conductive quasi-solid electrode
WO2019055134A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Commscope Technologies Llc METHODS FOR PREPARING COMPOSITE DIELECTRIC MATERIAL
US10873083B2 (en) 2017-11-30 2020-12-22 Global Graphene Group, Inc. Anode particulates or cathode particulates and alkali metal batteries
FR3082667B1 (fr) * 2018-06-14 2021-06-11 Dassault Aviat Radome comprenant une structure stratifie comprenant des couches composites dont le renfort fibreux est constitue de fibres de polyolefine
KR20210049824A (ko) * 2018-08-03 2021-05-06 일렉트로닌크스 인코포레이티드 전도성 재료 및 금속 복합 전도성 잉크 조성물을 이용하는 금속화에 의한 그의 제조 방법
RU2699120C1 (ru) * 2018-08-17 2019-09-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения гибридных композитных материалов с электропроводящим покрытием
US11702224B2 (en) * 2019-07-30 2023-07-18 The Boeing Company Lightning strike protection
BE1028055B1 (nl) * 2020-02-13 2021-09-13 Basaltex Nv Werkwijze voor het produceren van een brand- en warmtewerend voorgeïmpregneerd vezelmateriaal

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003005378A1 (de) * 2001-07-04 2003-01-16 Ticona Gmbh Elekrisch leitfähige zusammensetzungen und verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
CN101588919A (zh) * 2006-11-06 2009-11-25 赫克塞尔合成有限公司 改进的复合材料
CN103102671A (zh) * 2013-02-20 2013-05-15 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种导热导电pc复合材料及其制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5364914A (en) * 1988-10-05 1994-11-15 Imperial Chemical Industries Plc Moulding composition comprising a thermoset component and thermoplast component
JP3673482B2 (ja) * 2000-04-24 2005-07-20 積水化学工業株式会社 耐火シート並びにそれを用いた耐火鉄骨構造体及び壁用耐火構造体
RU2314202C2 (ru) * 2002-07-04 2008-01-10 Анатолий Федорович Крутин Способ изготовления композиционных отсеков изделий
US20060292375A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 Martin Cary J Resin compositions with high thermoplatic loading
DK2115069T3 (da) * 2007-02-08 2021-03-29 Huntsman Adv Mat Licensing Switzerland Gmbh Varmehærdende sammensætning
GB0805640D0 (en) * 2008-03-28 2008-04-30 Hexcel Composites Ltd Improved composite materials
US8729155B2 (en) * 2009-11-16 2014-05-20 Unifrax I Llc Intumescent material for fire protection
GB0922599D0 (en) 2009-12-23 2010-02-10 Cytec Tech Corp Modified resin systems for liquid resin infusion applications, prepreg autoclave applications and hybrids thereof
WO2012091897A1 (en) * 2010-12-31 2012-07-05 Cytec Technology Corp. Method of fabricating a composite structure with a conductive surface
RU2468918C1 (ru) * 2011-05-23 2012-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Композиционный армированный материал и способ его получения
JP5887802B2 (ja) * 2011-09-29 2016-03-16 セイコーエプソン株式会社 電気光学モジュールおよび電子機器
GB2510835A (en) * 2013-02-13 2014-08-20 Hexcel Composites Ltd Fire retardant epoxy resin formulations and their use
KR102617584B1 (ko) * 2014-11-13 2023-12-26 한화 아즈델 인코포레이티드 팽창성 흑연 재료를 포함한 프리프레그, 코어 및 복합품

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003005378A1 (de) * 2001-07-04 2003-01-16 Ticona Gmbh Elekrisch leitfähige zusammensetzungen und verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
CN101588919A (zh) * 2006-11-06 2009-11-25 赫克塞尔合成有限公司 改进的复合材料
CN103102671A (zh) * 2013-02-20 2013-05-15 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种导热导电pc复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018525493A (ja) 2018-09-06
EP3334591B1 (en) 2021-11-03
RU2018108120A (ru) 2019-09-12
RU2018108120A3 (zh) 2019-11-08
CA2995200A1 (en) 2017-02-16
RU2724263C2 (ru) 2020-06-22
WO2017027569A1 (en) 2017-02-16
KR20180040597A (ko) 2018-04-20
EP3334591A1 (en) 2018-06-20
CN108136694A (zh) 2018-06-08
JP7007259B2 (ja) 2022-02-10
ES2904813T3 (es) 2022-04-06
US20170043552A1 (en) 2017-02-16
AU2016304854A1 (en) 2018-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108136694B (zh) 能够提供雷击保护和抗烧穿性的预浸料材料
US10549499B2 (en) Composite materials with high Z-direction electrical conductivity
RU2496645C2 (ru) Усовершенствованные композитные материалы
RU2678043C1 (ru) Композитные материалы с электропроводностью и устойчивостью к расслоению
AU2016380284A1 (en) Multifunctional surfacing material with burn-through resistance
TW201343735A (zh) 複合材料
WO2010035021A1 (en) Improvements in composite materials
US20200369011A1 (en) Fire retardant veil for use in composite materials
EP3081604B1 (en) Graphene-based sheets, method for preparing said sheets, composite material and uses of said graphene-based sheets
CN110612205B (zh) 具有结构和阻燃能力的复合材料
US10723853B2 (en) Use of inorganic particles to produce a barrier layer on aircraft components
Zhao et al. Light weight non-metallic lightning strike protection film for CFRP
JP5716190B2 (ja) 飛行物体用または風車用成形体
JP5716192B2 (ja) 飛行物体または風車以外の物品のための成形体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant