CN110615981B - 传导性聚合物和金属涂覆纤维的传导性组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传导性聚合物和金属涂覆纤维的传导性组合物。本公开提供了包括传导性聚合物；和包含一种或多种设置在其上的金属的纤维材料的组合物。本公开进一步提供了包括设置在其上的本公开的组合物的组件，如运载工具组件。本公开进一步提供了制造组件的方法，包括：使金属涂覆纤维材料与氧化剂和单体接触以形成包含金属涂覆纤维材料和传导性聚合物的第一组合物；和使第一组合物与聚合物基质或树脂接触以形成第二组合物。

Description

传导性聚合物和金属涂覆纤维的传导性组合物
技术领域
本公开的方面提供了包括涂覆纤维的组合物、其上设置有组合物的金属基底、具有金属基底的运载工具组件、以及制备其上设置有导电聚合物的金属涂覆纤维材料的方法。
背景技术
运载工具如航天运载工具被以比以前更大百分比的复合材料进行设计和制造。例如，复合材料可用于构造航天应用中的各种主要和次要结构，如形成飞行器的机架(机体，airframe)和/或外部蒙皮(exterior skin)(例如，机身，机翼等)的复合材料板(compositepanels)。复合材料的使用可增加航天运载工具的各种组件的强度并提供更长的服务寿命。
对于具有诸如蒙皮板的复合材料组件的航天运载工具，可能期望应用另外的材料用于雷击保护和/或进一步减少与运载工具的航空电子设备(avionics)和电子设备相关的外部电磁干扰(如果有的话)。尽管如此，这些另外的材料可能不期望地增加运载工具的重量并增加生产的时间和成本。此外，形成具有高传导性的复合材料组件涉及大量的传导性材料作为复合材料组件的部分。
需要具有减少量的传导性材料的复合材料，以进一步提高整体复合材料组件强度和延展性，同时保持或提高复合材料电学性能。还需要制备导电复合材料和其上设置有导电复合材料的组件的方法。
发明内容
本公开提供了包括传导性聚合物和其上设置有一种或多种金属的纤维材料的组合物。
在其它方面，组件包括设置在其上的本公开的组合物。组件可包括金属。
在其它方面，制造组件的方法包括：使金属涂覆纤维材料与氧化剂和单体接触以形成包含金属涂覆纤维材料和传导性聚合物的第一组合物；和使第一组合物与聚合物基质或树脂接触以形成第二组合物。
附图说明
为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考方面(附图示例了其中一些)获得以上简要概述的本公开的更具体的描述。然而，应注意，附图仅示例了本公开的典型方面，因此不应被视为限制其范围，因为本公开可允许其它同等有效的方面。
图1是包括根据一个方面的运载工具组件的飞行器。
图2是根据一个方面制造其上设置有本公开组合物的组件的方法的流程图。
图3是根据一个方面通过模板聚合用传导性聚合物来涂覆金属涂覆纤维的方法的流程图。
图4是根据一个方面制造其上设置有本公开组合物的组件的方法的流程图。
图5是根据一个方面的PEDOT-NiCF和NiCF的重叠傅里叶变换红外光谱学(FTIR)光谱。
图6A是根据一个方面所接收的NiCF的能量分散X射线光谱学(EDS)光谱。
图6B是根据一个方面的NiCF-Fe-PTSA的EDS光谱。
图6C是根据一个方面的PEDOT-NiCF的EDS光谱。
图7是根据一个方面的本公开实施例的统计分析读出(readout)。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考数字来表示附图中共有的相同元件。预期一个方面的元件和特征可有利地并入其它方面而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开的方面提供了包括涂覆纤维的组合物、其上设置有组合物的金属基底、具有金属基底的运载工具组件、制备其上设置有导电聚合物的金属涂覆纤维材料的方法。组合物包括传导性聚合物和金属涂覆纤维。例如，组合物可包括传导性聚合物和金属涂覆纤维的接触产物。在至少一个方面，传导性聚合物被设置在金属涂覆纤维上。组合物可进一步包括聚合物基质或树脂。如本文所用，“组合物”包括组分、反应产物(一种或多种)和/或组分的接触产物(一种或多种)的混合物。本公开进一步提供了其上设置有本公开的组合物的金属基底。如本文所用，金属基底包括纯的金属基底和含金属的基底。制造本公开的组合物的方法包括使金属涂覆纤维接触(例如，涂覆)以传导性聚合物或被配置以形成传导性聚合物的一种或多种单体。方法可进一步包括在使金属涂覆纤维与传导性聚合物或单体接触之前，用氧化剂氧化金属涂覆纤维的表面。本公开的组合物和方法提供了具有提高电学性质的传导性材料，如传导性复合材料。例如，包括传导性聚合物、金属涂覆纤维和聚合物基质或树脂的本公开的组合物可用作运载工具上的传导性复合材料片材(sheet)。与常规复合材料片材相比，传导性复合材料片材的量可大大减少，从而对运载工具提供减轻的重量。与常规复合材料片材相比，重量减轻可提供降低的刚性(rigidity)和脆性(brittleness)。
组合物
本公开的组合物包括传导性聚合物和金属涂覆纤维。组合物可进一步包括聚合物基质或树脂。
在至少一个方面，传导性聚合物选自聚苯胺(PANI)、聚(亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚吡咯、聚芴、聚亚苯基(polyphenylene)、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔(PAC)、聚(对苯基亚乙烯基)(PPV)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮杂、聚噻吩或其混合物。本公开的传导性聚合物可提供针对表面的静电消散(static dissipation)和/或雷击保护的电传导。例如，本公开的传导性聚合物可提供其上设置有本公开组合物的表面的电磁干扰(EMI)屏蔽、辐射屏蔽、电离辐射屏蔽、雷电保护(lightning protection)、环境保护、环境隔离、抗刮伤性(scratch resistance)等。在至少一个方面，组合物包含基于组合物总重量的约1wt％至约30wt％的％负载的传导性聚合物和金属涂覆纤维，如约1wt％至约20wt％、如约5wt％至约15wt％。与没有金属涂覆纤维的组合物相比，本公开的传导性聚合物和金属涂覆纤维的％负载提供提高的整体复合材料组件强度和延展性，同时保持或提高了复合材料的电学性质。另外，与没有金属涂覆纤维但具有相同的(或类似的)电学性质的组合物相比，本公开的传导性聚合物和金属涂覆纤维的％负载提供降低的复合材料总重量。传导性聚合物与金属涂覆纤维的比例可以是约0.002:1至约4:1，如约0.004:1至约4:1、如约0.002:1至约2:1。另外，金属涂覆纤维可具有约10至约100，如约50至约100，的纵横比(长度除以直径)。较高的纵横比提供较低的％负载值，同时保持或提高电学性质。
本公开的金属涂覆纤维包括中性的金属涂覆纤维和氧化的金属涂覆纤维。金属涂覆纤维的金属包括用于接触传导性聚合物的任意适合的金属。金属可以是元素金属，如中性的或氧化的元素金属和/或其合金。在至少一个方面，金属选自镍、钛、钯、铁、钴、铜、铝和铬。除了本公开的传导性聚合物，本公开的金属可提供针对表面的静电消散和/或雷击保护的电传导。例如，本公开的金属可提供其上设置有本公开组合物的表面的电磁干扰(EMI)屏蔽、辐射屏蔽、电离辐射屏蔽、雷电保护、环境保护、环境隔离、抗刮伤性等。在至少一个方面，金属涂覆纤维包含基于金属涂覆纤维总重量的约15wt％至约70wt％，如约15wt％至约30wt％，的金属涂层。
纤维可提供增加的复合材料强度并可包括碳(例如，碳纤维，如来自Corporation的通用目的/>碳纤维或来自Toray Industries,Inc.的TORAYCATM碳纤维)、金属化聚合物(例如，金属化聚合物纤维)、尼龙(例如，尼龙纤维)、聚酯(例如，聚酯纤维)、聚醚醚酮(PPEK)(例如，PEEK纤维)、聚醚酮酮(PEKK)(例如，PEKK纤维)、纤维玻璃(例如，纤维玻璃纤维)、金属网或金属箔(例如，扩张的铜箔)、聚丙烯腈(PAN)(例如，PAN纤维)、电纺(electrospun)PAN纳米纤维、紧密堆积的湿纺碳纳米管线、玻璃纤维(例如，E玻璃、S玻璃)、芳族聚酰胺纤维(例如，Kevlar)、含氟聚合物纤维(例如，超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯等)、碳化硅(例如，碳化硅纤维)、氧化铝(例如，氧化铝纤维)、硼(例如，硼纤维，如来自Specialty MaterialsTM的硼纤维)、大麻(例如，大麻纤维)、石英(例如，石英纤维)、陶瓷(例如，陶瓷纤维)、玄武岩(例如，玄武岩纤维)和其组合或杂化物(例如，来自Corporation的Hexcel/>杂化增强纤维)。
如上所述，本公开的组合物可进一步包括聚合物基质或树脂。聚合物基质/树脂为本公开的组合物提供另外的强度。基质材料例如可提供用于将纤维增强片材和纳米材料复合材料片材粘合和保持在一起成为连续固体形式的介质。在至少一个方面，聚合物基质/树脂选自聚氨酯、环氧树脂(如来自Woodland Park,N.J.的Cytec Industries,Inc.的977-3环氧树脂)、热固性聚合物、热塑性聚合物或橡胶。本公开的聚合物基质树脂可包括热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一种。在至少一个方面，聚合物基质/树脂是聚氨酯、环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰亚胺或聚芳醚酮中的至少一种。环氧树脂是可以在组件如运载工具组件(如飞行器组件)上提供持久涂层的热固性材料。双马来酰亚胺树脂具有与环氧树脂类似的期望的可成形性(formability)和机械性能，并且可以在比环氧树脂更高的温度下操作。聚芳醚酮是可为组件提供本公开的组合物粘合力的热塑性材料，并且如果组件是运载工具组件则还可以承受运载工具所经历的化学、热和物理条件。聚酰亚胺具有比热固性聚合物更高的失效应变(strains to failure)，因为热塑性聚合物可以经历塑性变形。在至少一个方面，组合物包含基于组合物总重量的约1wt％至约99wt％的聚合物基质或树脂，如约50wt％至约95wt％、如约80wt％至约95wt％。
本公开的组合物可进一步包括介电载体材料。介电载体材料可以是UHMWPE、含氟聚合物、聚酰亚胺或其组合。介电载体材料在防止表面雷击以及避免允许电流进入下面的复合材料结构的方面提供了一些另外的优点。
在至少一个方面，基底包括组件(如运载工具组件)和设置于组件上的本公开的一种或多种组合物。应用设置在组件上的组合物(例如，作为层)，厚度为0.01μm至约100μm，如约1μm至约50μm，如约2μm至约20μm，例如约10μm。增加的组合物厚度增加了电阻(resistance)，但也增加了组合物的重量。本公开的组合物可以在电学性质和总重量之间提供优良的平衡。在至少一个方面，组合物的电阻为约0.1欧姆/方块(Ω/□)至约25兆欧姆/方块(MΩ/□)，如约0.5欧姆/方块至约15兆欧姆/方块、如约1欧姆/方块至约10兆欧姆/方块、如约2欧姆/方块至约5兆欧姆/方块、例如约3欧姆/方块。传导性提供静电消散。
电阻.可以使用任意适合的电极和测量设备(如Keithley 4200 SCS)套件(set)进行电阻测量。可以使用范德堡(van der Pauw)法进行电阻测量。四点法分别使用样品表面上的电流和电压的并联源(parallel source)和传感测量(sense measurement)。在每个接点(结junction)上切换电流和电压极性以测试双极性。样品几何应保持不变并允许直接比较样品。为了解释电荷方向性的差异，电流和电压测量在每个布置上循环，如表1所示。
表1.用于电组测量的电极布置
R 源I 传感(sense)V
RA 1-2 3-4
RB 2-3 4-1
RC 3-4 1-2
RD 4-1 3-2
通过在两个相邻电极上施加电流并在电极的并联布置中传感样品上的压降来进行范德堡电阻测量。
可以从来自测量的组合物的V与I的比来计算片材电阻。在样品显示真正的各向同性电阻的情况下，RA＝RB＝RC＝RD。在各向同性电阻的情况下，例如，在RA＝RB的情况下，片材电阻由两个测量电阻的平均值确定，如下面的等式1所示。对于具有各向同性电阻的样品(x方向和y方向表现出不同的电阻)，计算片材电阻变得更加复杂，这将在下面的段落中解决。对于其中RA≠RC且RB≠RD的所有样本，测量无效(void)。等式2显示了如果组合物厚度d已知(通常电阻率以Ω·cm报告，因此包括使用以cm表示的d)，如何确定体积电阻率ρ，其源自原始范德堡定理。然后可以使用体积电阻率ρ来计算传导率σ(S·cm-1)，其是反比的(等式2)。
对于RA≠RB的情况，从范德堡等式中提取传导率值变得更加困难。在其中传导率不是各向同性的情况下，传导率变成具有x、y和z维度的张量值。在非常薄的组合物的情况下，通过对垂直传导率测量值的乘积取平方根可以获得准确的传导率值，如下面的等式3所示。仅当被测量的方向与传导率的张量轴线对齐时此计算才正确。假设通过该技术测量的两个电阻中的较大者恰好沿着最低传导率张量，以及电阻测量中的较小者恰好沿着最高传导率张量。如果传导率张量与电极/样品定向未对齐，则将测量不准确的传导率值。
对于范德堡测量芯片，数字对应于测量轴线，而sigmaX符号(σA、σB、和σC)表示传导率张量方向。样品轴线与张量轴线的错配导致不准确测量的传导率。利用Keithley4200SCS的范德堡印刷电极为样品测量提供适合的装置试验台(device test bed)。
为了控制测量湿度效应，可以使用小的样品探针站(probe station)，以独占地(exclusively)连接到Keithley 4200 SCS，用于在Dropsens预制电极上进行准确的范德堡测量。
复合材料
在至少一个实例中，本公开的组合物包括聚合物基质/树脂并且是复合材料，如下文更详细地描述。复合材料是固体材料，其具有至少两种具有不同固有性质的相分离成分。例如，复合材料可以是混合(comingled)在一起的(例如，机织的)本公开的三维结构纤维，可以是单向带，或者可以是单层材料。复合材料可具有选自垫(mat)、丝束(tow)、层压材料(laminate)(层状结构或层)、辫带(braid)或长丝(单丝，filament)的复合材料结构。复合材料提供传导率的多方向改进、拉伸性能和冲击强度均匀性、以及更高的电学均匀性(与单向纤维相比)。
金属基底
在至少一个方面，金属基底包括设置在其上的本公开的组合物。金属基底包括钢、铝、钛、镁、钽、铜及其合金。组合物可被(直接地或间接地)设置在金属基底上。(设置在金属基底上的)组合物的厚度可以是约1微米至约1毫米，如约1微米至约100微米，如约1微米至约10微米。设置在基底上的本公开的组合物的厚度可以足够薄以不给涂覆的基底增加显著的重量，但仍然提供足够量的组合物以提供其它益处，如基底的腐蚀保护。金属基底可以是运载工具组件，或形成运载工具组件的组件。运载工具组件是运载工具的组件，如飞行器的结构组件，如起落架(一个或多个)、板或接头。运载工具组件的实例包括旋翼桨叶、辅助动力单元、飞行器的机头、油箱、尾锥、板、两个或更多个板之间的涂覆搭接接头(lap joint)、机翼至机身组合件、结构化飞行器复合材料、机身主体接头、翼肋至蒙皮接头和/或其它内部组件。
图1是包括根据本公开的至少一个方面的运载工具组件的飞行器。如图1所示，飞行器100包括飞行器结构102，飞行器结构102包括运载工具组件，如细长的主体104、从主体104横向延伸的机翼106、和从主体104纵向延伸的机尾108。本公开的组合物可被设置在这些飞行器组件的一个或多个表面上，以形成其上设置有组合物的一个或多个飞行器组件。
可选地，本公开的组合物可被设置在例如风力涡轮机(wind turbine)、卫星或其它运载工具(如汽车、船及等)的一个或多个组件上。
纤维形成
在至少一个方面，本公开的(金属涂覆纤维的)纤维可包括碳纤维，如石墨烯、石墨和碳纳米管。碳纤维提供重量轻但坚固的纤维材料。图2是用于制造其上设置有本公开组合物的组件(如运载工具组件)的方法200的流程图。例如，石墨可以由聚丙烯腈纤维生产。如框202所示，方法200包括通过PAN聚合物的湿纺或干纺来生产聚丙烯腈(PAN)(丙烯酸类纺织纤维)。干纺产生圆形光滑纤维，而湿纺(挤出成凝固浴)产生各种“非圆形”横截面，包括狗骨形(dog-bone)、椭圆形和肾形横截面。这些非圆形横截面提供较大的相对表面积，以提高有效粘结。纤维可在纺织加工期间被拉伸。拉伸越大，纤维直径越小，分子链沿纤维轴线的优选定向越高，导致在加工时产生更硬的碳纤维。PAN纤维丝束可含有约103根纤维至约105根纤维，例如约104根纤维。为形成碳纤维(例如石墨)，首先通过氧化以约250℃在空气中使PAN稳定化。此时，PAN具有足以抵抗在较高温度下熔化的玻璃转变温度(Tg)。纤维在稳定期间保持在张力下以防止其在氧化过程中收缩，并通过所得到的变形进一步与纤维轴线对齐成梯形结构。然后在惰性气氛如惰性气体(如氮气)中，在约1200℃至1600℃的温度下将材料碳化。随着这种热处理的进行，苯芳香环连接从而形成多核芳香片段(例如，更加石墨样结构)。逐渐地，芳香网状物主要转变为碳原子，并随着N2通过纤维中的开孔的进展通过交联而变得更加密集。如果在1500-1600℃下进行热处理，则纤维的应变能力在1.5％以上，其中杨氏模量(Young’s modulus)的中间值为约240GPa。
如果期望较高的模量——其将降低纤维的强度和应变能力，则纤维可经历热处理的最终石墨化阶段。如框204所示，方法200包括将纤维引入炉(例如石墨化炉)中并将炉加热至约2,000℃至约2,700℃的温度，例如约2500℃。石墨化热处理可以在惰性气氛如惰性气体(如氩气)中发生，其减少或防止纤维中的缺陷(imperfections)形成。在此过程中，芳香碳基层平面通过相邻层的进一步聚结而生长，导致纤维向具有石墨形态的纤维的平面定向的增加，并因此导致更大的弹性模量(例如，从约300Gpa至约400Gpa，如约380Gpa)——与未经历这种石墨化热处理的纤维材料相比。本文产生的纤维(如碳纤维)可具有长丝直径——为约1μm至约20μm，如约8μm，并且可以形成具有约2x 104根长丝至约3x 104根长丝，如2.5x 104根长丝的丝束(长丝束)。本公开的纤维(如碳纤维)的厚度可以为1μm至约1mm，如约1μm至约10μm，密度可以为约0.5g/cm3至约1g/cm3，如约0.7g/cm3。
如上所述，本公开的纤维是金属涂覆纤维。如框206所示，方法200包括用金属涂覆纤维。可通过任意适合的金属沉积方法将金属设置在本公开的纤维上。在至少一个方面，通过浸渍、化学气相沉积或镀敷(例如，无电镀(electroless plating))将金属设置在纤维上。金属涂层的厚度可以为0.5微米至约20毫米，如0.5微米至100微米、如1微米至5微米。
在至少一个实例中，通过自动催化(无电(electroless))镀敷——其是涉及在没有施加任何电流的情况下沉积的镀敷过程——将金属沉积到纤维上。该过程是化学反应并且是自动催化的。沉积速率通常为12.5μm–25μm。虽然厚度已经达到上至650μm，但由于缓慢的沉积速率，实践中涂层通常小于50μm。由于没有电场的存在，与电镀相比，镀敷厚度趋于均匀。例如，镍和铜可用于无电镀。在镍的情况下，沉积物是致密、相对硬的(43-55HRC，在343℃下2小时后增加至～65 HRC，并且是脆性的)。
涂覆金属涂覆纤维
如框208所示，方法200包括用传导性聚合物来涂覆金属涂覆纤维。涂覆纤维可包括模板聚合涂覆过程或聚合物涂覆过程。
模板聚合涂覆：
将传导性聚合物与金属涂覆纤维混合常规地导致难以将涂覆的纤维与过量的传导性聚合物(例如，未接近于金属涂覆纤维设置的传导性聚合物)分离。然而，在模板聚合涂覆过程中，单体在金属涂覆纤维存在下聚合以形成被设置在金属涂覆纤维上的原位聚合物。
图3是示例通过模板聚合用传导性聚合物涂覆金属涂覆纤维的方法300的流程图。如图3中所示，方法300包括使金属涂覆纤维材料与氧化剂和单体接触以形成包含金属涂覆纤维材料和传导性聚合物的第一组合物(302)。方法300包括使第一组合物与聚合物基质或树脂接触以形成第二组合物(304)。
在至少一个方面，在单体的聚合期间或之前用氧化剂氧化金属涂覆纤维的表面。单体的聚合形成设置在金属涂覆纤维的表面(如氧化表面)上的聚合物。氧化剂可以是能够氧化中性金属或合金表面的任意适合的氧化剂。氧化剂可包括含铁氧化剂、含铈氧化剂或含钠氧化剂。可以基于氧化强度选择使用的氧化剂。例如，含铁氧化剂通常是比含钠氧化剂更强的金属表面氧化剂。较强的氧化剂可比较弱的氧化剂提供更快的金属表面氧化(例如浸渍和漂洗)，但也考虑到通过长期暴露于强氧化剂不会过度氧化金属。在至少一个方面，含铁氧化剂选自对甲苯磺酸铁(Fe(III)-(PTSA)3)、高锰酸铁(Fe(III)-(MnO4 -)3)、硝酸铁、硫酸铁Fe(III)2(SO4)3、重铬酸铁(Fe(III)2(CrO4)3)、或其混合物。在至少一个方面，含铈氧化剂选自硫酸铈(IV)、硝酸铈(IV)铵、或其混合物。在至少一个方面，含钠氧化剂选自重铬酸钠(Na2Cr2O7)、NaOCl(漂白剂)、氯酸钠、亚氯酸钠、二氯碘酸钠、亚硝酸钠、过硼酸钠、过碳酸钠、高碘酸钠、过氧二硫酸钠、或其混合物。
在至少一个方面。氧化剂是含钾氧化剂。含钾氧化剂可以选自铁氰化钾、高锰酸盐、过氧二硫酸钾、过氧一硫酸钾、或其混合物。
氧化剂可以是过硫酸铵((NH4)2S2O8)。其它氧化剂的实例包括过氧化苯甲酰、叔丁基氢过氧化物、叔丁基次氯酸盐、叔丁基亚硝酸盐、四溴化碳、氯胺-T、氯醌、氯甲基-4-氟-1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷双(四氟硼酸盐)、3-氯过氧苯甲酸、三氧化铬、过氧化氢、过氧化氢尿素加合物、碘(I2)、氧化锰(IV)、四氧化锇、过硫酸氢钾制剂(oxone)、臭氧、过乙酸、高碘酸、过氧酸、叔丁基氢过氧化物、五氧化二钒、叔丁基次氯酸盐、或其混合物。
可使氧化剂与金属涂覆纤维接触以形成氧化的金属涂覆纤维。在使氧化剂与金属涂覆纤维接触之前，可以将氧化剂或金属涂覆纤维引入诸如异丙醇或乙腈的溶剂中。在至少一个方面，溶剂中氧化剂的浓度为约1％w/w至约50％w/w，如约5％w/w至约25％w/w，如约7％w/w至约12％w/w，例如约8％w/w。金属涂覆纤维可包含在溶液中以形成氧化的金属涂覆纤维。金属涂覆纤维在溶剂/溶液中的浓度可以为约1％w/w至约50％w/w，如约5％w/w至约25％w/w，如约10％w/w至约20％w/w，例如约15％w/w。将氧化剂和金属涂覆纤维的溶液混合并任选地加热。加热可在约20℃至约150℃的温度下进行，如约40℃至约80℃，例如约60℃。混合可进行约1小时至约72小时，如约12小时至约48小时，如约20小时至约30小时，例如约24小时。氧化的金属涂覆纤维可从溶液中沉淀，可被过滤和干燥。
可选地，氧化的金属涂覆纤维可通过使氧化剂与金属涂覆纤维接触以形成接触产物(例如，混合物)并对接触产物进行辊磨(roller milling)来形成。辊磨可进行约1小时至约72小时，如约10小时至约36小时，例如约24小时。在使氧化剂与金属涂覆纤维接触之前，可以将氧化剂或金属涂覆纤维引入诸如异丙醇或乙腈的溶剂中。在至少一个方面，氧化剂在溶剂中的浓度为约1％w/w至约50％w/w，如约5％w/w至约25％w/w，如约7％w/w至约12％w/w，例如约8％w/w。金属涂覆纤维可包含在溶液中以形成氧化的金属涂覆纤维。金属涂覆纤维在溶剂/溶液中的浓度可以为约1％w/w至约50％w/w，如约5％w/w至约25％w/w，如约10％w/w至约20％w/w，例如约15％w/w。
使氧化的金属涂覆纤维与单体接触以形成包含其上设置有聚合物的金属涂覆纤维的组合物。在至少一个方面，单体是3,4-亚乙基二氧噻吩(EDOT)(其在聚合后形成聚(3,4-亚乙基二氧噻吩))、苯胺(其在聚合后形成聚苯胺)、吡咯(其在聚合后形成聚吡咯)、及其衍生物或混合物。在使氧化的金属涂覆纤维与单体接触之前，可以将单体引入诸如乙酸丁酯的溶剂中。可以将氧化的金属涂覆纤维引入单体溶液中。可以将溶液混合并任选地加热。混合可进行约1分钟至约24小时，如10分钟至约6小时，如约1小时至约3小时，例如约2小时。加热可在约20℃至约150℃的温度下进行，如约40℃至约80℃，例如约60℃。其上设置有聚合物的金属涂覆纤维可从溶液中沉淀，可被过滤和干燥(例如，在真空下加热，例如约60℃)。可选地，可以将溶液辊磨并任选地加热。辊磨可进行约1分钟至约72小时，如6小时至约36小时，如约10小时至约24小时，例如约19小时。加热可在约20℃至约150℃的温度下进行，如约40℃至约80℃，例如约60℃。其上设置有聚合物的金属涂覆纤维可被干燥(例如，在真空下加热，如约60℃)。
聚合物涂覆过程：
在聚合物涂覆过程中，在不使用单体的情况下使聚合物与金属涂覆纤维(其可以是中性的或氧化的)接触，以形成设置在金属涂覆纤维上的聚合物。虽然将传导性聚合物与金属涂覆纤维混合常规地导致难以将涂覆的纤维与过量的传导性聚合物(例如，未接近于金属涂覆纤维设置的传导性聚合物)分离，但已经发现，使用本公开的聚合物涂覆过程可以将一些传导性聚合物如聚苯胺和PEDOT-PSS(PSS＝聚苯乙烯磺酸盐)设置在金属涂覆纤维上。
聚合物涂覆包括使传导性聚合物与金属涂覆纤维接触以形成其上设置有聚合物的金属涂覆纤维。聚合物涂覆可包括将传导性聚合物或金属涂覆纤维引入溶剂(如水、异丙醇、乙腈或乙酸丁酯)中以形成溶液。然后将传导性聚合物或金属涂覆纤维引入溶液中并混合。在至少一个方面，混合包括超声处理含有传导性聚合物和金属涂覆纤维的溶液。混合可进行约30秒至约72小时，如约1分钟至约1小时，如约1分钟至约30分钟，如约1分钟至约10分钟，例如约5分钟。然后蒸发溶剂，并在任选的加热(例如，在约70℃的温度)下干燥其上设置有聚合物的金属涂覆纤维。
纤维复合材料形成
在框210处，方法200包括将(聚合物+金属)涂覆的纤维布置到包含纤维的复合材料中。(可选地，在进行传导性聚合物涂覆过程之前，将金属涂覆纤维布置到复合材料中。)复合材料具有复合材料结构，所述复合材料结构是垫、丝束、层压材料(层状结构或层)、辫带或长丝。复合材料可以在制造运载工具组件过程中被布置，其中纤维在一个或多个方向上定向，以足够的浓度在固化后在所得产物形式中提供期望的强度和刚度。纤维丝束可被机织以产生织物，如平纹(plain weave)组织或缎纹(satin weave)组织。对于平面内负载，使用层压或层压板(plywood)类型的构造，包括单向或双向定向纤维的层(layers)或层(股，plies)。可选地，通过一种或多种纺织技术，如机织(weaving)、编织(braiding)或长丝卷绕来布置纤维。
因此，为获得期望的纤维的机械性能，层压材料中的纤维层(layers)或层(股，plies)相对于0°主要负载方向以约0°至约90°的角度布置。在至少一个方面，纤维垫具有0°、+/-45°和90°定向的组合，其减少或防止了固化后和在工作负载下组件的变形。层压材料在0°纤维的最高浓度的方向上是最坚硬和最坚固的(面内)，并且层压材料被认为是正交各向异性的。
当层构造由相同数量的层以0°+/-60°或0°、+/-45°和90°制成时，面内机械性能不随负载方向而大变化，而复合材料随后被认为是准各向同性的。因为准各向同性构造的应力集中系数(stress concentration factor)与各向同性材料类似，所以其也用于局部应力高的位置，如机械接头中。
在至少一个方面，用一种或多种另外的纤维/复合材料共同机织(cowoven)纤维复合材料。另外的纤维包括玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。在至少一个方面，在0°或经向方向(卷绕(roll)方向)或90°(纬向)方向上机织一个或多个另外的纤维。
在至少一个方面，形成纤维复合材料包括在机织期间使用针织用纱将碳纤维保持在固定位置以避免纤维皱缩(卷曲)。这些非皱缩织物可包含以任意期望比例以0°、90°和+/-45°定向的纤维。由于纤维卷曲的减少或消除，基于非皱缩织物的复合材料与基于机织材料的那些复合材料相比显示出压缩强度的显著提高。与基于机织材料的复合材料相比，拉伸和压缩的刚度也增加了约10％。
组合物和组件形成
在框212处，方法200包括将第一组合物(例如，纤维复合材料)与聚合物基质/树脂组合以形成第二组合物。第一组合物包括金属涂覆纤维，该金属涂覆纤维包含设置在其上的聚合物。组合包括用液体——聚合物基质/树脂——渗透本公开的纤维复合材料，所述聚合物基质/树脂随后被(例如，通过加热或冷却)固化/固体化以形成连续固体基质。例如，通过加热固化热固性聚合物或通过冷却结晶热塑性材料。可选地，用固体聚合物基质/树脂或聚合物基质/树脂前体涂覆或混合单一纤维或纤维的复合材料(例如，纤维丝束或对齐的纤维片材)，并通过在热和压力下将涂层流动在一起(并且如果需要则固化)来形成第二组合物。
在至少一个方面，聚合物是热固性聚合物或热塑性聚合物。热固性聚合物是通过交联固化形成三维网络的长链分子，所述三维网络不易熔化或重新形成(reform)。这些聚合物可在相对低的温度和压力下提供组合物的制造，因为其在聚合和交联(如果有的话)之前经历低粘度阶段。在至少一个方面，聚合物基质树脂是环氧树脂、双马来酰亚胺或聚芳醚酮(如聚醚醚酮或聚醚酮)中的至少一种。
环氧树脂具有足够的机械性能，例如，用作飞行器涂层和其它应用，其中性能可以很重要，具有低收缩率并与纤维形成足够结合。环氧树脂在固化期间经历低粘度阶段，这提供了液体树脂形成技术如树脂-传递模塑的应用。在120℃和180℃下固化的包含环氧树脂的组合物可具有约100℃至约150℃的上限工作温度(upper service temperatures)。
双马来酰亚胺树脂具有与环氧树脂类似的期望的可成形性和机械性能，并且可以在比环氧树脂更高的温度下操作。在约200℃下固化的包含双马来酰亚胺的组合物可以具有180℃以上的上限工作温度。
本公开的聚合物基质/树脂可以是热塑性聚合物。热塑性聚合物是可熔化和重新形成的线性(非交联的)聚合物。用作飞行器涂层的高性能热塑性材料包括聚合物，如可以在上至约120℃下固化的聚醚醚酮、可以在上至约145℃下固化的聚醚酮、和可以在上至约270℃下固化的聚酰亚胺。热塑性聚合物是有利的，因为其具有比热固性聚合物更高的失效应变——因为热塑性聚合物可经历塑性变形。
由于热塑性聚合物已经是聚合化的，因此其在熔化时可形成非常高粘度的液体。制造技术可基于树脂-膜(或树脂-纤维)输注(infusion)和预浸料(pre-preg)技术。用聚合物(来自溶剂溶液)涂覆纤维，然后将所得部分在高温和高压下固结(consolidated)。可选地，热塑性膜片材可被层叠在干燥纤维片材之间，或者可通过碳纤维机织热塑性材料纤维，并通过热压固结复合材料。此外，由于热塑性材料吸收非常少的水分，因此其具有比热固性复合材料更好的热/湿性能保留，但不涉及更高的温度过程。
本公开的聚合物基质/树脂形成组合物的形状并且可以将载荷传递进纤维和从纤维中传递出，可以分离纤维从而如果一个失效则保护相邻的纤维，和/或可以保护纤维免受周围环境的影响。纤维可以与聚合物基质/树脂相互作用(例如，结合)以为整体组合物提供韧性。纤维与聚合物相互作用的位置(一个或多个)可称为界面或际面(interphase)。
将纤维或纤维复合材料与聚合物树脂/基质组合以形成本公开的组合物可包括用液体聚合物浸透或涂覆(例如，浸渍或喷涂)纤维(或纤维复合材料)以形成混合物，所述混合物随后被固化。这可称为树脂-传递模塑，并且例如，如果聚合物具有低粘度(例如，小于1,000厘泊(cps))则可被使用。
可选地，将纤维(或纤维复合材料)与聚合物基质/树脂组合以形成本公开的组合物可包括在压力下将熔化的聚合物膜输注入纤维(或纤维垫)中以及随后固化。这可称为树脂-膜输注。
可选地，将本公开的纤维(或纤维复合材料)与聚合物树脂/基质组合以形成组合物可以包括用液体树脂(预浸料)预浸透纤维片材束或丝束用于后续布置(堆叠)，然后在一定温度和压力下固结和固化。对于在室温下起始的热固复合材料，温度可升高上至约350°F的温度，环境压力增加(例如，上至约200psi)，并且高温、高压条件基于材料被保持上至数小时，然后被允许冷却至室温/环境压力。
在至少一个方面，多种固化的组合物(例如，其上设置有聚合物并用液体聚合物基质/树脂浸透或涂覆的金属涂覆纤维)在约250°F至约600°F的温度下堆叠和固结以形成固结的组合物。
如框214处所示，方法200包括将本公开的组合物沉积到金属基底上。金属基底包括钢、铝、钛、镁、钽、铜及其合金。沉积可包括本领域已知的任意适合的“铺叠(lay up)”过程或“配帖(collation)”过程。例如，本公开的组合物可以被切割以匹配金属基底的形状并被沉积在金属上。通过将沉积的组合物置于真空袋中并拉至980mbar或更高的压力持续约1分钟至约30分钟的时间段来使沉积的组合物“压实(debulked)”。组合物可被沉积为片状材料(tiles)或连续片。通气材料可被使用并可以连接到真空袋的真空口。
在框216处，组合物被固化以制造部件，如运载工具(如飞行器、汽车、火车、船或风力涡轮机)的涂覆的运载工具组件。在至少一个方面，本公开的组合物在20℃至约300℃的温度下固化，如约100℃至约200℃。运载工具组件是运载工具的任意适合的组件，如飞行器的结构组件、如起落架(一个或多个)、板或接头等。运载工具组件的实例包括旋翼桨叶、辅助动力单元、飞行器的机头、油箱、尾锥、板、两个或更多个板之间的涂覆搭接接头、机翼至机身组合件、结构化飞行器复合材料、机身主体接头、翼肋至蒙皮接头和/或其它内部组件。在至少一个方面，运载工具是飞行器、汽车、火车或船。在至少一个方面，部件是风力涡轮机的部分。
图4是制造其上设置有本公开组合物的组件的方法400的流程图。如图4所示，方法400包括将纤维引入炉中(框402)、将惰性气体引入炉中(框404)、和将炉加热至约2,000℃至约2,700℃的温度(框406)。方法400包括使金属涂覆纤维材料与传导性聚合物接触以形成包含在其上设置有传导性聚合物的金属涂覆纤维的第一组合物(框408)。方法400包括将第一组合物与聚合物基质树脂混合以形成第二组合物(框410)。方法400包括将第二组合物沉积到金属基底上(框412)。方法400包括在约20℃至约300℃的温度下固化第二组合物(框414)。
方面
条款1.组合物，包含：
传导性聚合物；和
纤维材料，其包含设置在其上的一种或多种金属。
条款2.条款1的组合物，进一步包含聚合物基质或树脂。
条款3.条款1或2的组合物，其中组合物包含基于组合物总重量的约50wt％至约99wt％的聚合物基质或树脂。
条款4.条款1-3中任一项的组合物，其中传导性聚合物选自聚苯胺、聚(亚乙基二氧噻吩)、聚吡咯或其混合物。
条款5.条款1-4中任一项的组合物，其中组合物包含传导性聚合物和金属涂覆纤维，所述传导性聚合物和金属涂覆纤维处于基于组合物总重量的约1wt％至约30wt％的％负载。
条款6.条款1-5中任一项的组合物，其中金属选自镍、钛、钯、铁、钴、铜、铝、铬或其混合物。
条款7.条款1-6中任一项的组合物，其中传导性聚合物与金属涂覆纤维的比例为约0.002:1至约4:1。
条款8.条款1-7中任一项的组合物，其中纤维选自碳、尼龙、纤维玻璃、聚丙烯腈或其组合。
条款9.条款1-8中任一项的组合物，其中聚合物基质或树脂选自聚氨酯、环氧树脂、热固性聚合物、热塑性聚合物、橡胶、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、聚芳醚酮或其组合。
条款10.条款1-9中任一项的组合物，其中聚合物基质或树脂是环氧树脂。
条款11.条款1-10中任一项的组合物，其中组合物是复合材料。
条款12.条款1-11中任一项的组合物，其中复合材料被设置在组件上并且复合材料在厚度上具有0.01μm至约100μm的厚度。
条款13.条款1-12中任一项的组合物，其中复合材料的电阻为约0.01欧姆/方块(Ω/□)至约25 MΩ/□。
条款14.条款1-13中任一项的组合物，其中组件是运载工具组件。
条款15.条款1-14中任一项的运载工具组件，其中运载工具组件是旋翼桨叶、起落架、辅助动力单元、飞行器的机头、油箱、尾锥、板、两个或更多个板之间的涂覆搭接接头、机翼至机身组合件、结构化飞行器复合材料、机身主体接头、或翼肋至蒙皮接头。
条款16.制造组件的方法，包括：
使金属涂覆纤维材料与氧化剂和单体接触以形成包含金属涂覆纤维材料和传导性聚合物的第一组合物；和
使第一组合物与聚合物基质或树脂接触以形成第二组合物。
条款17.条款16的方法，其中氧化剂是含铁氧化剂、含铈氧化剂或含钠氧化剂。
条款18.条款16或17的方法，其中氧化剂选自对甲苯磺酸铁、高锰酸铁、硫酸铁、重铬酸铁、硫酸铈(IV)、重铬酸钠、过硫酸铵或其混合物。
条款19.条款16-18中任一项的方法，进一步包括将第一组合物加热至约40℃至约80℃的温度。
条款20.条款16-19中任一项的方法，进一步包括将第二组合物加热至约40℃至约80℃的温度。
条款21.条款16-20中任一项的方法，其中传导性聚合物选自聚苯胺、聚(亚乙基二氧噻吩)、聚吡咯或其混合物。
条款22.条款16-21中任一项的方法，其中金属选自镍、钛、钯、铁、钴、铜、铝、铬或其混合物。
条款23.条款16-22中任一项的方法，其中纤维选自碳、尼龙、纤维玻璃、聚丙烯腈或其组合。
实施例
基质树脂中普通的金属涂覆纤维的导电率取决于由纤维的％负载和纵横比控制的渗透。发现传导性聚合物涂层可桥接纤维并向组合物(如复合材料)中提供较高的导电率和较低的纤维负载，这为飞行器结构组件提供重量减轻(例如，数百磅)。
材料：3,4-亚乙基二氧噻吩(97％；Alfa Aesar)(EDOT)；对甲苯磺酸铁(III)(Fe(III)(PTSA)3)(Sigma)；乙酸丁酯(BuAc)(Sigma)；异丙醇(IPA)；PEDOT-PSSA(Clevios)；PR1664聚氨酯(PPG)、部分A和B。
程序
聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)对甲苯磺酸盐(PEDOT-PTSA)涂覆的NiCF
程序1
通过将7.3克FePTSA溶解于81.1克IPA来制备8.3％w/w FePTSA IPA溶液。通过将22.1克EDOT溶解于89.8克BuAc来制备BuAc中的19.8％w/w EDOT溶液。
使用涡旋混合器将1.87克NiCF分散到11.45克FePTSA溶液中。然后将其在搅拌下于60℃下在热平板上加热24小时。通过真空过滤回收2.29克NiCF-Fe-PTSA粉末并风干。图6A是接收的NiCF的能量分散X射线光谱学(EDS)光谱。图6B是NiCF-Fe-PTSA的能量分散X射线光谱学(EDS)光谱。
然后将36.72克EDOT溶液加入到2.29克NiCF-Fe-PTSA并在搅拌下于60℃加热2小时。通过真空过滤回收2.02克PEDOT涂覆的NiCF，并在60℃下在真空下干燥。图6C是PEDOT-NiCF的能量分散X射线光谱学(EDS)光谱。图6C中所示的实线是所有数据的平均值。
获得PEDOT-NiCF和NiCF的傅里叶变换红外光谱学(FTIR)光谱，并(作为重叠光谱)显示在图5中。NiCF(粗曲线)和PEDOT-NiCF(细曲线)。FTIR光谱表明NiCF上形成PEDOT-PTSA涂层。
程序2
将7.0克FePTSA溶解于73克乙腈中。将18.1克NiCF加入溶液以形成第二溶液，所述第二溶液被辊磨24小时。通过真空过滤回收产物，用乙腈洗涤三次并风干。回收21.52克产物(FeNiCF)。
将24.3克EDOT溶解于101.6克乙酸丁酯中。然后将上述制备的5.24克FeNiCF混合到105.4克EDOT溶液中以形成第二溶液，所述第二溶液被辊磨19小时。在70℃下干燥24小时后，通过真空过滤回收5.08克产物(PEDOT-NiCF)。获得FTIR光谱(未显示)并且也表明在NiCF上的PEDOT-PTSA涂层。
聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSSA)涂覆的NiCF
将10克PEDOT-PSSA(获自H.C.Starck GmbH的Clevios PHC V4)溶解于400ml DI水。将1克NiCF加入到7.5克PEDOT-PSSA溶液中以形成第二溶液。将混合物超声处理5分钟，置于表面皿中，并在71℃下风干。PEDOT似乎大量积聚(“一团”或“凝胶”)到NiCF上。
获得上面回收的PEDOT-PSSA NiCF的FTIR光谱(未显示)，其未显示任何特征PEDOT峰，可能是因为聚合物大量积聚至NiCF上，强调了本公开模板聚合过程的优点。
电阻测量
小心地铺开粉末以覆盖蜿蜒的电路并且以欧姆测量的电阻(R)显示于表1中。
表1
样品 NBP R
1 PEDOT-PTSA-NiCF 87 9.26
2 PEDOT-PTSA-NiCF 91 7.25
3 PEDOT-PTSA-NiCF 91 3.22
4 PEDOT-PTSA-NiCF 91 8.9
5 PEDOT-PTSA-NiCF 91 3.52
6 PEDOT-PTSA-NiCF 91 9.49
7 PEDOT-PTSA 95 19.7
8 PEDOT-PSS-NiCF 99 18.3
9 NiCF 99 16
10 NiCF 99 28.9
11 NiCF 99 22.8
12 NiCF 99 35.8
将膜浇铸到显微镜载玻片上并使用欧姆计测量电阻(欧姆/方块)：
两种膜的厚度大致相同。因此，数据显示膜的传导率增加到约3倍。
JMP 13分析
JMP分析是一种确定响应差异是否具有统计学显著性的方法。JMP是SAS(CampusDrive，Cary，NC 27513)的业务单元，并使用该软件的第13版。
JMP分析是一种检查连续Y变量和分类X变量之间关系的方法。使用Oneway平台或Fit Y by X平台，人们可以探索连续Y变量的分布在由单一分类X变量限定的组上如何不同。例如，人们可能想要找出相同类型的药物(X)的不同类别如何在编号尺度(Y)上影响患者疼痛水平。Oneway平台是由Fit Y by X平台的标称或序数人格(ordinal personality)的连续。分析结果显示在图中，并且人们可以交互地加入其它分析，如以下内容：单向方差分析以拟合均值并测试其是否相等；非参数检验；对方差齐性的检验；利用均值比较循环(means comparison circles)对均值进行多重比较检验；每组叠加的离群箱图；一元配置的幂细节(power details for the one-way layout)。
单向JMP分析概述
对于组均值之间的差异的单向方差分析检验。响应的总变异性分为两部分：组内变异性和组间变异性。如果组间变异性相对于组内变异性大，则组均值之间的差异被认为是显著的。
PEDOT-PTS-NiCF的JMP分析
图7是本公开实施例的JMP分析读出。对本公开实施例的数据的JMP分析表明与NiCF相比，使用程序1和2合成的PEDOT-PTS-NiCF材料具有统计学显著较低的电阻(使用Tukey Kramer分析)(几乎是1/3)。
将NiCF配置成聚氨酯基质
将1.5克PR1664部分B溶解于1.8克碳酸二甲酯(DMC)。然后将1.5克NiCF粉末加入DMC溶液中并在Thinky混合器上混合。将0.3克PR1664部分A加入到NiCF分散体并再次在Thinky混合器上混合。该涂覆方法为改性和未改性的NiCF向聚氨酯基质提供了有效的混合和涂覆方法。
表2示例了在变化的NiCF负载量和任选设置在聚氨酯中的传导性聚合物(总共5wt％至20wt％)下的实施例的电阻测量。使用聚苯胺涂覆NiCF是通过将溶解于甲苯中的PANI与NiCF混合(然后除去甲苯)来完成的。
表2
利用氧化表面聚合过程(模板聚合过程)证明了用PEDOT-PTSA对NiCF的涂覆。得到的涂层显示出使NiCF粉末的传导率增强到三倍。这种新结构将允许每克NiCF更高导电率的配方，并因此允许更轻重量涂层以及增强的电学性质。
进一步，本公开包括根据以下条款的实例：
条款1.组合物，其包括：传导性聚合物；和包含设置在其上的一种或多种金属的纤维材料。
条款2.条款1的组合物，进一步包含聚合物基质或树脂。
条款3.条款2的组合物，其中组合物包含基于组合物总重量的约50wt％至约99wt％的聚合物基质或树脂。
条款4.条款1-3中任一项的组合物，其中传导性聚合物选自聚苯胺、聚(亚乙基二氧噻吩)、聚吡咯或其混合物。
条款5.条款2的组合物，其中组合物包含传导性聚合物和金属涂覆纤维，所述传导性聚合物和金属涂覆纤维处于基于组合物总重量的约1wt％至约20wt％的％负载。
条款6.条款5的组合物，其中金属选自镍、钛、钯、铁、钴、铜、铝、铬或其混合物。
条款7.条款6的组合物，其中传导性聚合物与金属涂覆纤维的比例为约0.002:1至约4:1。
条款8.条款1-7中任一项的组合物，其中纤维选自碳、尼龙、纤维玻璃、聚丙烯腈或其组合。
条款9.条款2的组合物，其中聚合物基质或树脂选自聚氨酯、环氧树脂、热固性聚合物、热塑性聚合物、橡胶、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、聚芳醚酮或其组合。
条款10.条款9的组合物，其中聚合物基质或树脂是环氧树脂。
条款11.条款2的组合物，其中组合物是复合材料。
条款12.条款11的组合物，其中复合材料被设置在组件上并且复合材料在厚度上具有0.01μm至约100μm的厚度。
条款13.条款11的组合物，其中复合材料的电阻为约0.1欧姆/方块至约25兆欧姆/方块。
条款14.条款12的组合物，其中组件是运载工具组件。
条款15.条款14的运载工具组件，其中运载工具组件是旋翼桨叶、起落架、辅助动力单元、飞行器的机头、油箱、尾锥、板、两个或更多个板之间的涂覆搭接接头、机翼至机身组合件、结构化飞行器复合材料、机身主体接头、或翼肋至蒙皮接头。
条款16.制造组件的方法，包括：使金属涂覆纤维材料与氧化剂和单体接触以形成包含金属涂覆纤维材料和传导性聚合物的第一组合物；和使第一组合物与聚合物基质或树脂接触以形成第二组合物。
条款17.条款16的方法，其中氧化剂是含铁氧化剂、含铈氧化剂或含钠氧化剂。
条款18.条款16的方法，其中氧化剂选自对甲苯磺酸铁、高锰酸铁、硫酸铁、重铬酸铁、硫酸铈(IV)、重铬酸钠、过硫酸铵或其混合物。
条款19.条款16-18中任一项的方法，进一步包括将第一组合物加热至约40℃至约80℃的温度。
条款20.条款19的方法，进一步包括将第二组合物加热至约40℃至约80℃的温度。
总之，本公开的组合物和方法提供包含金属涂覆纤维和传导性聚合物的组合物，其可以增强纤维的导电率——当其并入到聚合物基质或树脂中时，其可提供大量重量减轻——当例如本公开的组合物是设置在金属表面(如运载工具组件)上的复合材料时。与例如常规复合材料相比，本公开的组合物(和复合材料)还可提供提高的整体复合材料组件强度和延展性，同时保持或提高复合材料电学性质。
已经出于示例的目的呈现了对本公开的各个方面的描述，但并不旨在穷举或限制于所公开的方面。在不脱离所述方面的范围和精神的情况下，多种修改和改变对于本领域普通技术人员来说将是明显的。选择本文使用的术语以最好地解释方面的原理、实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使本领域普通技术人员能够理解本文公开的方面。虽然前述内容针对本公开的方面，但是可在不脱离本公开基本范围的情况下设计本公开的其它和进一步的方面。

Claims (18)

1.运载工具组件，所述运载工具组件包括设置在其上的组合物，所述组合物包含：
导电聚合物；
金属涂覆纤维，所述金属涂覆纤维包含纤维材料，其中所述纤维材料包含设置在其上的一种或多种金属，其中所述导电聚合物被设置在所述金属涂覆纤维上，以及其中所述金属涂覆纤维包含基于所述金属涂覆纤维总重量的15wt％至70wt％的金属涂层；和
聚合物基质或树脂，其中所述导电聚合物设置在其上的所述金属涂覆纤维与所述聚合物基质或树脂混合，以及其中所述组合物包含基于所述组合物总重量的50wt％至99wt％的所述聚合物基质或树脂，
其中所述导电聚合物选自聚苯胺、聚(亚乙基二氧噻吩)、聚吡咯或其混合物，以及
其中所述组合物包含基于所述组合物总重量的5wt％至10wt％的负载百分比的所述导电聚合物和金属涂覆纤维。
2.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述金属选自镍、钛、钯、铁、钴、铜、铝、铬或其混合物。
3.权利要求2所述的运载工具组件，其中导电聚合物与金属涂覆纤维的比例在0.002:1和4:1之间。
4.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述纤维选自碳、尼龙、纤维玻璃、聚丙烯腈或其组合。
5.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述聚合物基质或树脂选自聚氨酯、环氧树脂、橡胶、聚酰亚胺、聚芳醚酮或其组合。
6.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述聚合物基质或树脂是热固性聚合物。
7.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述聚合物基质或树脂是热塑性聚合物。
8.权利要求5-7中任一项所述的运载工具组件，其中所述聚合物基质或树脂是环氧树脂。
9.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述组合物是复合材料。
10.权利要求9所述的运载工具组件，其中所述复合材料被设置在运载工具组件上并且所述复合材料在厚度上具有0.01μm至100μm的厚度。
11.权利要求9所述的运载工具组件，其中所述复合材料的电阻为0.1欧姆/方块至25兆欧姆/方块。
12.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述运载工具组件为起落架、辅助动力单元、飞行器的机头、油箱、尾锥、机翼至机身组合件、机身主体接头、或翼肋至蒙皮接头。
13.权利要求1所述的运载工具组件，其中所述运载工具组件为旋翼桨叶、板、两个或更多个板之间的涂覆搭接接头。
14.制造根据权利要求1-13中任一项所述的运载工具组件的方法，包括：
使金属涂覆纤维材料与氧化剂和单体接触以形成包含金属涂覆纤维材料和导电聚合物的第一组合物；和
使所述第一组合物与聚合物基质或树脂接触以形成第二组合物。
15.权利要求14所述的方法，其中所述氧化剂是含铁氧化剂、含铈氧化剂或含钠氧化剂。
16.权利要求14所述的方法，其中所述氧化剂选自对甲苯磺酸铁、高锰酸盐铁、硫酸铁、重铬酸铁、硫酸铈(IV)、重铬酸钠、过硫酸铵或其混合物。
17.权利要求14所述的方法，进一步包括将所述第一组合物加热至40oC至80oC的温度。
18.权利要求17所述的方法，进一步包括将所述第二组合物加热至40oC至80oC的温度。
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