CN116568499A - 热释放受控的结构 - Google Patents

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foam
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Abstract

本发明的实施方式涉及在其至少一个外表面上而非中间部分中具有石墨烯片的复合结构和泡沫，制备该泡沫的方法、具有该泡沫的复合层压板结构、制备具有该泡沫的复合层压板结构的方法、在其至少一个外表面上具有石墨烯片的层压板结构；以及制备在其至少一个外表面上具有石墨烯片的层压板结构的方法。与在其外表面上没有石墨烯片的复合结构和泡沫相比，在其外表面上具有石墨烯片的复合结构和泡沫提供了相对较低的热释放性能。

Description

热释放受控的结构
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月16日提交的美国临时专利申请第63/092,899号的优先权，其公开内容通过本引用全部并入本文。
背景技术
聚合物泡沫被用于各种应用中，例如结构泡沫、隔热泡沫、家具泡沫等。这些泡沫可能容易起火，释放有毒化学物质和烟雾，或者释放热量。因此，如今几乎所有在家庭中使用的泡沫都必须是阻燃的。在严格监管的环境中(例如航空航天、汽车、海洋、铁路或其他工业应用)，许多泡沫(例如结构泡沫)可能不允许使用。例如，严格的防火、烟雾和毒性标准可能会阻止特定泡沫在用于火车座椅、商业航空座椅、汽车面板等的复合层合结构中使用。同样，泡沫的热释放也会阻止许多泡沫在构件的热释放严格受控的应用中使用。
通常，阻燃材料被用于泡沫中以防止热释放、起火或排放烟雾和毒素。例如，泡沫可以用分散在其聚合物中的阻燃组分制备。或者可以使用阻燃聚合物。然而，阻燃聚合物的机械性能可能不如不符合防火、烟雾和毒性(“FST”)标准或热释放标准的聚合物泡沫理想。例如，通过向泡沫中添加阻燃剂或其他添加剂，泡沫的机械性能可能会降低。
发明内容
本发明的实施方式涉及在其至少一个外表面上具有石墨烯片的泡沫、制备该泡沫的方法、具有该泡沫的复合层压板结构、制备具有该泡沫的复合层压板结构的方法、在其至少一个外表面上具有石墨烯片的层压板结构；以及制备在其至少一个外表面上具有石墨烯片的层压板结构的方法。
在一实施方式中，公开了一种热释放泡沫。该热释放泡沫包括聚合物泡沫体，该聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面。该热释放泡沫包括位于一个或多个外表面中的至少一者上的包含石墨烯片的层，其中中间部分基本上不含石墨烯片。
在一实施方式中，公开了一种制备热释放泡沫的方法。该方法包括将多个石墨烯片施加在模具的至少一个成型表面上。该方法包括在模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫。该方法包括固化模具中的聚氨酯泡沫。
在一实施方式中，公开了一种复合结构。该复合结构包括第一纤维层，该第一纤维层具有第一多个纤维和第一聚合物树脂。该复合结构包括设置在第一纤维层上的芯体，该芯体包括聚合物泡沫体和包含石墨烯片的层，该聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面，其中包含石墨烯片的层位于一个或多个外表面中的至少一者上，其中中间部分基本上不含石墨烯片。
在一实施方式中，公开了一种制备热释放受控的复合结构的方法。该方法包括：形成铺层，该铺层包括设置在芯体上的第一纤维层，第一纤维层具有第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂，并且芯体包括聚合物泡沫体和包含石墨烯片的层，聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面，其中包含石墨烯片的层位于一个或多个外表面中的至少一者上，其中中间部分基本上不含石墨烯片。该方法包括在模具中对铺层施压。该方法包括至少部分地固化聚合物树脂以形成复合部件。
在一实施方式中，公开了一种复合层压板结构。该复合层压板结构包括第一纤维层，第一纤维层包括第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂。该复合层压板结构包括第二纤维层，第二纤维层包括第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂。该复合层压板结构包括设置在第一纤维层上的外部聚合物层，外部聚合物层包括其中设置有多个石墨烯片的外部聚合物。
在一实施方式中，公开了一种制备热释放受控的复合结构的方法。该方法包括形成铺层，该铺层包括第一纤维层、设置在第一纤维层下方的第二纤维层和设置在第一纤维层上的外部聚合物层，第一纤维层具有第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂，第二纤维层具有第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂，外部聚合物层具有其中包含多个石墨烯片的外部聚合物树脂。该方法包括在模具中对铺层施压。该方法包括至少部分地固化铺层以形成复合部件。
在一实施方式中，公开了一种热释放受控的结构。该热释放受控的结构在其外表面上包括至少一种具有石墨烯片的材料，并且在其内部至外表面的部分基本不含石墨烯片。
来自任何所公开的实施方式的特征可以相互组合使用，而没有限制。此外，通过考虑以下具体实施方式和附图，本公开的其他特征和优点将变得对本领域的普通技术人员而言显而易见。
附图说明
附图示出了本发明的若干实施方式，其中相同的附图标记指代附图所示的不同视图或者实施方式中的相同或类似的元素或特征。
图1是根据一实施方式的热释放泡沫的等距视图。
图2描绘了根据一实施方式的将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上的阶段。
图3描绘了根据一实施方式的在图2的模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫的阶段。
图4描绘了根据一实施方式的固化图2的模具中的聚氨酯泡沫的阶段。
图5是根据一实施方式的复合层压板结构的等距视图。
图6是根据一实施方式的用于制备热释放受控的复合结构的方法的流程图。
图7是根据一实施方式的将铺层放置到模具中的等距视图。
图8示出根据一实施方式的由图7的模具中的铺层形成的椅背。
图9是根据一实施方式的复合层压板的横截面图。
图10是根据一实施方式的用于制备热释放受控的复合结构的方法的流程图。
图11是工件实施例A的热释放泡沫部件的照片。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及在其至少一个外表面上具有石墨烯片的复合结构和泡沫、制备复合泡沫的方法、具有该泡沫的复合层压板结构、制备具有该泡沫的复合层压板结构的方法、在其至少一个外表面上具有石墨烯片的层压板结构；以及制备在其至少一个外表面上具有石墨烯片的层压板结构的方法。泡沫(如聚氨酯泡沫)可用作汽车、飞机、船舶、铁路和其他应用的部件的结构构件。例如，复合层压部件可以使用外部层包含石墨烯片的泡沫作为芯体或其他层，以实现相对较低的热释放值。
通过在泡沫的外层使用石墨烯片，当泡沫暴露于火焰时，热释放被降低和延迟。本文公开的石墨烯片在每个石墨烯片的sp2碳结构中进行平面内传热，从而保留所吸收的热量。通过将石墨烯片仅置于泡沫的一个或多个表面上，可以实现泡沫或具有该泡沫的复合层压板的选定热释放值，同时避免在整个泡沫中都有石墨烯的高成本。此外，石墨烯很难均匀地分散在聚合物泡沫中。因此，可以避免将石墨烯分散到泡沫中的昂贵和费时的努力，而不会牺牲具有包含石墨烯片的外部的所得泡沫的热释放值。
图1是根据一实施方式的热释放泡沫100的等距视图。热释放泡沫100包括聚合物泡沫体110，该聚合物泡沫体110限定围绕中间部分116设置的一个或多个外表面118和119。例如，聚合物泡沫体110可以是基本上平面的，第一外表面118基本上与第二外表面119相对，而中间部分116设置在中间。热释放泡沫100包括位于一个或多个外表面118和119中的至少一者上的至少一个含有石墨烯片的层。例如，至少一个含有石墨烯片的层可以设置在位于第一外表面118上的含有石墨烯片的第一层112中。可选地，热释放泡沫100可以包括设置在位于第二外表面119上的含有石墨烯片的第二层114。中间部分116基本上不含石墨烯片。
聚合物泡沫体110可以包括一种或多种聚合物的泡沫，例如聚氨酯、聚异氰脲酸酯(“PIR”)、聚苯乙烯(例如，膨胀聚苯乙烯泡沫)、聚碳酸酯、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)(“PBT”)、聚苯醚(PPE)、聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯酯等的一种或多种。泡沫体的聚合物泡沫可以是可膨胀的泡沫。聚合物泡沫体110可以是开孔泡沫或闭孔泡沫。聚合物泡沫体的密度可以不同。合适的密度可以为约0.25kg/m3到约200kg/m3。例如，聚合物泡沫体110的密度可以是约0.25kg/m3至约20kg/m3，约15kg/m3至约30kg/m3，约30kg/m3至约60kg/m3，约60kg/m3至约100kg/m3，约100kg/m3至约150kg/m3，约150kg/m3至约200kg/m3，小于约200kg/m3，小于约100kg/m3，小于约75mg/m3，小于约50mg/m3，或大于约0.25mg/m3。
聚合物泡沫体110可以被制成或提供为基本上平面的板材。在一些实施例中，聚合物泡沫体110可以被提供成任何所需的形状。在这样的实施例中，聚合物泡沫体110可以在模具中形成，其中泡沫被嵌入模具中以填充模具(例如，通过填充模具或膨胀)。
聚合物泡沫体110包括设置在一个或多个外表面118或119上的至少一者包含石墨烯片的层(112、114)。包含石墨烯片的第一层112可以设置在第一外表面118上，并且包含石墨烯片的第二层114可以设置在第二外表面119上。包含石墨烯片的层可以在外表面处位于聚合物泡沫上或者与聚合物泡沫结合。虽然被描述为位于泡沫体的一个或多个外表面上的“层”，但是至少一个包含石墨烯片的层(112、114)中的石墨烯片120距相应的外表面118或119相对很小的距离渗透到聚合物泡沫中。因此，至少一个包含石墨烯片的层(112、114)是聚合物泡沫体110的一部分，但是由于石墨烯片120的存在，其组成与聚合物泡沫体110的其他部分不同。至少一个包含石墨烯片的层(112、114)的厚度(石墨烯片渗透到聚合物泡沫体110的深度)可以小于约1cm，小于约5mm，小于约3mm，小于约2mm，小于约1mm，约1μm到约500μm，约1nm到约1mm，约1μm到约2mm，或大于约10μm。出于本公开的目的，这种石墨烯片120被称作在聚合物泡沫体110的外表面上或者外表面上的层上。因此，除非另有明确说明，本文公开的石墨烯片的层或包含石墨烯片的层可以包括已渗透到聚合物泡沫体很小距离的石墨烯片120、未渗透到聚合物泡沫体中(例如，在外表面处与聚合物体结合)的石墨烯片120或两者。包含石墨烯片的层的厚度可以是层的平均厚度，因为在包含石墨烯片的各层的一个或多个部分中，石墨烯片的厚度和浓度有所变化。
通过限制石墨烯片120对中间部分116的渗透，石墨烯片120的热释放性质集中在聚合物泡沫体110的外表面。中间部分116基本上不含石墨烯片120，例如具有最多不到在至少一个包含石墨烯片的层(112或114)中的石墨烯片的量(例如，浓度)的5％，例如不到至少一个包含石墨烯片的层中的石墨烯片的量的3％，不到1％，或只有微量的石墨烯片。
当石墨烯片120位于至少一个包含石墨烯片的层(112、114)中时，石墨烯片可以不均匀地分布在其中。例如，根据聚氨酯(或其他聚合物)树脂流入其上具有石墨烯片120的模具的情况，石墨烯片120可能在泡沫体110的某些区域比其他区域更集中，其他区域例如在泡沫体的角落或远离用于形成热释放泡沫100的模具的注射点的区域。至少一个包含石墨烯片的层(112、114)的厚度在这些区域可能比在泡沫体110的其他区域更大。例如，由于在聚合物树脂的注射过程中，在模具中在较薄区域产生了湍流，至少一个包含石墨烯片的层(112、114)的厚度在泡沫体110的较薄部分可能大于在其他体积更大的区域。因此，热释放泡沫100的至少一部分可以至少包括这样的一个或多个部分，其中至少一个包含石墨烯片的层(112、114)设置在基本不含石墨烯片120的泡沫体110的一部分上。热释放泡沫100还可以包括这样的一个或多个部分，其中至少一个包含石墨烯片的层(112、114)没有设置在基本不含石墨烯片的泡沫体110的一部分上。目前认为，石墨烯片在至少一个包含石墨烯片的层(112、114)中的不均匀分布不会实质上影响热释放泡沫100的热释放性能(例如，在美国联邦航空条例(“FAR”)25.853测试条件下，具有该泡沫的复合层压板仍然产生至少两分钟热释放值小于约50、40或30kw Min/m2)。例如，部件(如椅背)的一个构件可以是一体式的，该部件的另一个构件可以是复合层压板(例如，三明治结构)，该复合层压板中具有热释放泡沫。在这样的实施例中，该部件整体可以表现出至少两分钟热释放低于50、40或30kwMin/m2，如本文所公开的。
本文石墨烯片(graphene flake)120不同于石墨烯薄片(graphene sheet)、石墨烯粉、碳纳米管、富勒烯等。石墨烯片120是多层石墨烯结构，其具有基本上平面的构造，其表面由若干褶皱、不连续、层数差异或脊线限定，具有不规则的侧向表面几何形状，导致石墨烯片类似于较小比例的早餐谷物片。因此，石墨烯片120具有多个石墨烯层(石墨烯薄片)，就像经常在石墨烯粉末、碳纳米管或富勒烯中发现的石墨烯层。石墨烯片是通过在表面上(例如在粘合剂表面上)沉积(例如生长)多个石墨烯层，然后将多个层从表面上剥落以产生一个或多个石墨烯片而形成的。然后可以对石墨烯片进行筛分，以产生具有平均尺寸或平均主要(例如最大)尺寸的一组片。片的厚度可以通过控制设置在粘结剂表面上的石墨烯层的数量来控制。例如，具有选定厚度的石墨可以放置在第一粘结剂胶带上。通过将后续的粘结剂胶带层在与第一粘结剂相对的表面上粘结至石墨，以通过去除粘结至后续的胶带层的石墨烯层来去除石墨烯层(通常一次一层)，可以减少石墨中石墨烯层的数量。可以用足以使石墨烯片从胶带脱落的力，通过敲击第一粘结剂胶带，例如，通过用手指弹击或其自动化等效方式，将石墨烯片从第一粘结剂胶带上去除。
石墨烯片的平均片厚(从第一主要表面到与其相对的第二主要表面测量)为至少约1μm，例如1μm至约250μm，约1μm至约100μm，约20μm至约100μm，约40μm至约80μm，约60μm至约100μm，小于约200μm，小于约100μm，小于约80μm，小于约60μm，小于约40μm，小于约20μm，大于约10μm，大于约20μm，大于约30μm，或大于约40μm。如上所述，石墨烯片可以是基本平面的，其主要表面的厚度、褶皱、顶峰和低谷有所变化。石墨烯片的侧向尺寸可以是不规则的。石墨烯片的平均最大主要侧向尺寸可以是至少约20μm，例如约20μm至约500μm，约50μm至约300μm，约80μm至约220μm，约100μm至约200μm，至少约100μm，至少约150μm，至少约200μm，小于约250μm，或小于约200μm。
由于石墨烯片中的至少部分地由跨越石墨烯片的特定区域的层的数量的不连续性形成的顶峰和低谷，已经发现石墨烯片保持或漂浮在液体聚合物树脂的表面。这种漂浮导致聚合物泡沫体的石墨烯片仅位于其外表面上。
本发明人目前认为，石墨烯片在石墨烯片的基本上平面的结构中面内地在石墨烯片的石墨烯晶格结构中传递热量并且在其层间传递热量。因此，与没有石墨烯片的聚合物泡沫体相比，该石墨烯片在更长的时间量内保留热量并延迟聚合物泡沫体的热量释放，以防止火焰点燃聚合物泡沫体110的聚合物。例如，本文公开的热释放泡沫100(或包括热释放泡沫100的复合层压板结构)在美国联邦航空条例(FAR”)25.853测试条件下，表现出至少两分钟热释放小于约50kw Min/m2，表现出至少两分钟热释放小于约40kw Min/m2，表现出至少两分钟热释放小于约30kw Min/m2，表现出至少三分钟热释放小于约50kw Min/m2，表现出至少三分钟热释放小于约40kw Min/m2，表现出至少三分钟热释放小于约30kw Min/m2，表现出至少四分钟热释放小于约50kw Min/m2，表现出至少四分钟热释放小于约40kw Min/m2，或表现出至少四分钟热释放小于约30kw Min/m2(以上均在FAR 25.853测试条件下)。这样的热释放值可以使用本文公开的任何聚合物泡沫例如聚氨酯泡沫来实现。
各个包含石墨烯片的层(112、114)中的多个石墨烯片的大部分可以在各个层内与聚合物泡沫体的外表面基本上共面。各个包含石墨烯片的层中的多个石墨烯片可以在该层内随机地取向。
图2至图4描绘了根据一实施方式的制备热释放泡沫的方法200。图2描绘了方法200的将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上的阶段201。图3描绘了方法200的在模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫的阶段202。图4描绘了方法200的在模具中固化聚氨酯泡沫的阶段203。方法200可以包括比阶段201至203更多或更少的阶段。例如，阶段210至230中的一个或多个可以与其他阶段210至230中的任何一个组合或者分成其他阶段。
参考图2，将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上的阶段201包括将石墨烯片120施加到模具205中。模具205可以包括至少第一模具部分206(例如，模具的一半)和至少第二模具部分207(例如，模具的另一半)。第一模具部分206限定第一成型表面208，并且第二模具部分207限定第二成型表面209。石墨烯片120可以被施加到第二成型表面209的第一成型表面208的一个或多个。模具205可以包括一个或多个输入端口211。例如，第一模具部分206可以包括一个或多个输入端口211，并且第二模具部分207可以包括一个或多个输入端口211。在一些实施例中，输入端口211的尺寸和形状被设计成容纳用于注射聚氨酯泡沫树脂的输入喷嘴。在一些实施例中(未示出)，一个或多个输入端口211可以形成在模具的多于一个的部分上，例如在第一模具部分上有注口的一半，在第二模具部分上具有注口的另一半，使得当合上模具时，输入端口211形成在模具部分之间的接合处。虽然在图2至图4中显示为两半模具，但在一些实施例中，模具可以包括多于两件。虽然显示为基本上是棱柱形的，但是第一和第二成型表面208和209可以包括任何形状，如轮廓、通道等。例如，模具205的尺寸和形状可以被设计成产生任何形状和尺寸的泡沫体。模具205可以由这样的材料构成，该材料的组成被设计成承受成型工艺的压力和热量，并允许石墨烯片至少暂时附着在其上。例如，模具205可以由(例如，钢、黄铜、铝等)、高温聚合物(例如，PEI等)、陶瓷或其组合构成。
将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上的阶段201可以包括将石墨烯片喷涂到模具205的至少一个成型表面上。例如，喷涂器230可以可操作地联接至石墨烯片的供应源和流体源，以将石墨烯片推动到成型表面上。本文所公开的任何石墨烯片都可以施加到模具上。在一些实施例中，来自流体源的流体可以包括压缩气体、溶剂、推进剂或液体中的一种或多种。例如，来自流体源的合适的流体可以包括压缩空气、压缩氮气或溶剂，用于推进来自喷涂器230的石墨烯片120。溶剂可以包括水、醇、丙酮等。将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上可以包括在溶剂喷雾中将多个石墨烯片喷涂到至少一个成型表面上。将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上可以包括将石墨烯片喷涂到模具205的所有成型表面(208、290)上。
在一些实施例中，石墨烯片120可以通过静电相互作用、其上的溶剂的表面张力或粘合剂而暂时附着到成型表面。溶剂可包括组成被设计成使得石墨烯片暂时附着在成型表面208和/或209上的一种或多种组分。
参考图3，在模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫的阶段202可以包括在模具中沉积聚氨酯树脂。例如，可以将包括至少一种异氰酸酯和至少一种多元醇的混合物输入到模具205中，例如通过输入端口211输入。在模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫可以包括将混合物注入模具205中。混合后，混合物中的至少一种异氰酸酯(例如，多异氰酸酯)和至少一种多元醇可以形成未固化的聚氨酯泡沫。合适的异氰酸酯可以包括甲苯二异氰酸酯(“TDI”)、亚甲基二苯基二异氰酸酯(“MDI”)、六亚甲基二异氰酸酯(“HDI”)、异氰酸甲酯(“MIC”)、萘二异氰酸酯(“NDI”)、异佛尔酮二异氰酸酯(“IPDI”)等中的一种或多种。可以不受限制地使用其他异氰酸酯。合适的多元醇可以包括一种或多种聚醚多元醇、一种或多种聚酯多元醇等中的至少一种。例如，合适的多元醇可以包括聚氧化乙烯、聚乙二醇(“PEG”)、聚丙二醇(“PPG”)，或其混合物。可以不受限制地使用其他多元醇。例如，可以使用聚酯多元醇来形成PIR泡沫，而不是聚氨酯泡沫。异氰酸酯组分可以占未固化的泡沫混合物的约35wt％至65wt％，多元醇组分可以占未固化的泡沫混合物的约35wt％至65wt％。
一种或多种发泡剂(例如，丙酮、水、二氧化碳、环戊烷、异戊烷、甲酸、氢氟烃、氟化烯烃、甲酸甲酯等)、催化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂(例如，羟基苯并三唑)、表面活性剂(例如，含硅表面活性剂)或其他添加剂可以与未固化聚氨酯的组分一起输入。例如，可加入胺类催化剂(例如，三亚乙基二胺、五甲基二亚乙基三胺、含叔胺的催化剂、季胺盐等)或金属催化剂，例如与多元醇组分一起加入。一种或多种发泡剂、催化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂、表面活性剂或其他添加剂可单独或共同占未固化的聚氨酯泡沫的小于10wt％，例如未固化的聚氨酯泡沫(混合物)的大于0wt％至3wt％，3wt％至6wt％，6wt％至10wt％，小于5wt％，小于3wt％或小于1wt％。
如所示，可以利用流体连接至一个或多个注射管线244的一个或多个注射喷嘴240用未固化的聚氨酯泡沫填充模具205。例如，注射喷嘴240可以与输入端口211接合，以填充模具205的空腔(在其成型表面上有多个石墨烯片)。
阶段202可以包括在模具中沉积替代的未固化的聚合物，例如本文公开的任何聚合物。阶段202可以包括在模具中沉积一种或多种附加的未固化的聚合物，例如包括本文公开的任何未固化的聚合物中的一种或多种的混合物。这样的聚合物或其混合物一旦混合并输入到模具205中，可形成泡沫。混合可以发生在一个或多个注射喷嘴240、一个或多个注射管线244或一个或多个注射管线244的上游，例如与注射管线244流体连接的流体储存容器中。例如，泡沫的组分可以通过与注射管线244或注射喷嘴240流体连接的单独进料管线在注射管线244或注射喷嘴240中组合，形成聚氨酯泡沫混合物。混合可以在一个模具205中进行，例如通过经由不同注射喷嘴240将各个组分分别注入模具205中进行混合。
参考图4，在模具中固化聚氨酯泡沫的阶段203可以包括使得聚氨酯泡沫在模具205中至少部分固化，例如在合上模具205时。在模具中固化聚氨酯泡沫可以包括在合上模具205时使得聚氨酯泡沫至少部分固化，并且打开模具以使得泡沫在模具打开时至少部分固化。在模具中固化聚氨酯泡沫可以包括使得聚氨酯泡沫膨胀以填充模具。在模具中固化聚氨酯泡沫可以包括将模具的温度控制在固化温度，例如低于150°F、低于100°F、低于80°F、高于50℃、约50℃至约150℃、或约50℃至约100℃。
方法200可以进一步包括从模具205中取出至少部分固化的聚氨酯泡沫。如图4所示，所得到的热释放泡沫100包括在第一外表面118的包含石墨烯片的层112。沉积在成型表面208上的多个石墨烯片可以附着到聚氨酯泡沫的表面118，以形成包含石墨烯片的第一层112。中间部分116基本上不含石墨烯片。在一些实施例中，允许聚氨酯泡沫在模具外至少部分固化，例如通过加热、冷却或让泡沫在模具外静置一段时间中的一种或多种方式。在一些实施例中，输入端口211所在的第一外表面118上可以具有注口。在打开模具205后，注口可以被移除。
所得的热释放泡沫100可以包括结构性泡沫(例如，硬质泡沫)、装饰性泡沫(例如，相对柔软、有弹性的泡沫)或任何其他泡沫。热释放泡沫100可以形成为或形成一体式部件。例如，可以在模具(例如，与泡沫形成期间使用的模具相同或单独的模具)中压缩热释放泡沫100以形成一体式结构。热释放泡沫100可以被包含在复合层压板(例如，三明治)结构中。
图5是根据一实施方式的复合层压板结构500的等距视图。复合层压板结构500包括芯体510、第一纤维层532以及可选的第二纤维层534。第一纤维层532可以设置在芯体510的第一外表面上，并且第二纤维层534可以设置在芯体510的第二外表面上，基本上与第一纤维层532相对。芯体510可以包括热释放泡沫100(图1)。例如，芯体510可以包括聚合物泡沫体110、包含石墨烯片的第一层112、中间部分116以及可选的包含石墨烯片的第二层114。
聚合物泡沫体110限定围绕中间部分116设置的一个或多个外表面(图1的118、119)，其中一个或多个包含石墨烯片的层(112和114)位于聚合物泡沫体110的一个或多个外表面中的至少一者上，其中中间部分116基本上不含石墨烯片(图1的120)。在只有一个包含石墨烯片的层的实施方式中，包含石墨烯片的层可以位于复合层压板结构的芯体510的旨在成为朝外的表面的表面上。芯体510可以是基本上平面的。芯体510中可以有一个或多个形状、轮廓、褶皱或其他结构。例如，芯体510中可以预成型有一个或多个轮廓、形状、褶皱等。这样的实施例可以帮助创建具有利落的细节的成型的复合层压板，使其填充模具，而不会在模具中截留空气并且具有由此产生的不完美之处。芯体510的外表面可包括至少上表面和下表面。上表面和下表面中的一个或多个可以包括包含石墨烯片的层。聚合物泡沫体110可以包括聚氨酯泡沫或本文公开的任何其他聚合物泡沫。
第一纤维层532包括第一多个纤维和第一聚合物树脂。第一多个纤维可以包括玻璃纤维、芳纶纤维、聚合物纤维(例如，热固性纤维或热塑性纤维)、碳纤维等。第一多个纤维可以包括纤维的垫、片或织物，纤维例如为随机取向的纤维、编织的纤维、双向取向的纤维等。热固性或热塑性纤维可以包括下文公开的任何一种热塑性或热固性材料。第一多个纤维包括至少部分地分布在其中的第一聚合物树脂。
第一聚合物树脂可以包括热固性树脂、热塑性树脂或其混合物。热固性树脂可以包括一种或多种热固性聚合物，例如一种或多种环氧树脂、一种或多种聚氨酯、酚醛树脂、苯并恶嗪等。热塑性树脂可以包括一种或多种热塑性聚合物，例如聚醚酰亚胺(“PEI”)、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮(“PEEK”)或另一种聚芳醚酮、丙烯酸等。合适的聚合物树脂，包括热塑性聚合物和/或热固性聚合物，在2015年6月3日提交的国际专利申请第PCT/US2015/034051号中公开，其公开内容通过本引用全部并入本文。
第一纤维层532可以通过第一聚合物树脂或设置在第一纤维层532和芯体510之间的一个或多个中间层与芯体510结合。例如，第一聚合物树脂可以至少部分地浸润到聚合物泡沫芯体中，从而使第一纤维层532与芯体510结合。第一聚合物树脂在施加、加热或混合时可以形成微泡沫。例如，第一聚合物树脂的组分(例如，环氧树脂)可以在与一种或多种附加组分(例如，水或聚氨酯)混合时形成微泡沫。微泡沫有助于与芯体510的结合。例如，微泡沫可以浸润到芯体510中，并在固化后使芯体与第一纤维层结合。第一纤维层532可以是复合层压板结构的外表面，并且(芯体510的)包含石墨烯片的层与第一纤维层532抵靠设置。
第二纤维层534包括第二多个纤维和至少部分地分散在其中的第二聚合物树脂。第二纤维层534中的第二多个纤维可以与本文对第一纤维层532所公开的第一多个纤维相似或相同，包括纤维的类型和层的类型(例如，编织的织物或随机取向的垫)中的一者或多者。第二聚合物树脂可以与本文对第一聚合物树脂所公开的任何聚合物树脂相似或相同。
在一些实施例中，第二多个纤维可以在一个或多个方面与第一多个纤维相同。在一些实施例中，第二多个纤维可以在一个或多个方面与第一多个纤维不同。例如，第二多个纤维可以包括玻璃纤维，而第一多个纤维可以包括碳纤维。第二聚合物树脂可以与第一聚合物树脂相同。在一些实施例中，第二聚合物树脂可以在一个或多个方面与第一聚合物树脂不同。例如，第一聚合物树脂可以包括第一热固性树脂(例如，环氧树脂-聚氨酯混合物)，而第二聚合物树脂可以包括第二热固性树脂(例如，聚氨酯)或热塑性树脂(例如，PEI)。在一些实施例中，第一聚合物树脂可以包括PEI树脂，而第二聚合物树脂可以包括环氧-聚氨酯树脂。本文公开的聚合物树脂可包括填料、催化剂、发泡剂、硬化剂或泡沫控制剂中的一种或多种。
通过将复合层压板结构500的具有包含石墨烯片的层的部分以向外的方向定位，与没有包含石墨烯片的层的相同的复合层压板相比，该复合层压板结构可以具有相对较低的热释放(例如，在FAR 25.853测试条件下，表现出至少两分钟热释放小于50kw Min/m2)。通过在芯体的两个主要表面上使用石墨烯片，所得复合层压板结构在从任一侧暴露于点火源时都可以具有低热释放。此外，通过使芯体的中间部分基本上不含石墨烯片，可以避免在芯体510的整个泡沫体110中使用石墨烯片的极高成本。另外，通过使用本文所公开的聚合物树脂和纤维，本文所公开的复合层压板结构也可以实现相对较低的火灾、烟雾和毒性值。
附加层可以用于复合层压板结构500中，例如附加的纤维层、聚合物层、附加的芯体等。例如，复合层压板500可以包括设置在第一纤维层532和第二纤维层534中的一个或多个之上的至少一个附加纤维层。附加纤维层可以与本文所公开的任何纤维层相似或相同。在一些实施例中，附加层可以设置在第一纤维层532和芯体510以及第二纤维层534和芯体510中的一者或两者之间。例如，至少一个附加纤维层可以设置在第一纤维层532和芯体510以及第二纤维层534和芯体510中的一者或两者之间。至少一个附加层可以是纯聚合物层，例如热固性层或热塑性层。纯聚合物层可以包括阻燃或抗燃树脂，例如酚醛树脂、PEI等。
复合层压板结构500的任何层，包括附加层，可以包括设置在其上的石墨烯片，例如设置在其朝外的或朝内的表面上的石墨烯片。例如，第一纤维层532和第二纤维层534中的一个或多个可以在其朝外的表面上包括石墨烯颗粒。在这样的实施例中，所得到的复合层压板结构的热释放预计甚至低于仅在具有包含石墨烯片的层的泡沫芯体中具有石墨烯片的复合层压板结构。
纤维层中的聚合物树脂可以被固化以提供基本上刚性的复合层压板结构。例如，第一层和第二层中的聚合物树脂可以被固化以形成刚性的复合层压板结构，第一层和第二层之间具有热释放受控的芯体。
复合层压板结构500可被成型以形成物品的构件，例如汽车(例如，引擎盖、门、挡板、车顶等)、航空(例如，飞机椅背、头顶箱、舱壁等)、船舶(例如，模塑件、门等)、铁路(例如，门、座椅、行李箱、舱壁等)或类似物。
复合层压板部件可以通过模塑制备。图6是根据一实施方式的用于制备热释放受控的复合结构的方法600的流程图。方法600包括：阶段610，形成铺层，该铺层包括设置在芯体上的第一纤维层，该第一纤维层具有第一多个纤维和其上的聚合物树脂，并且芯体包括聚合物泡沫体和包含石墨烯片的层，该聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面，其中包含石墨烯片的层位于一个或多个外表面中的至少一者上，其中中间部分基本上不含石墨烯片；阶段620，在模具中对铺层施压；以及阶段630，至少部分地固化聚合物树脂以形成复合部件。在一些实施例中，方法600可以包括比阶段610-630更多或更少的阶段。例如，阶段620和630可以合并为单个阶段。
阶段610，形成铺层，该铺层包括设置在芯体上的第一纤维层，该第一纤维层具有第一多个纤维和其上的聚合物树脂，并且芯体包括聚合物泡沫体和包含石墨烯片的层，该聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面，其中包含石墨烯片的层位于一个或多个外表面中的至少一者上，其中中间部分基本上不含石墨烯片，形成铺层可以包括：在模具外或在模具内形成铺层。形成铺层可以包括：将复合层压板结构的至少一些构件放置在彼此顶部。在一简单的实施例中，形成铺层可以包括：将芯体放置在第二纤维层上，然后将第一纤维层放置在芯体上。铺层的芯体可以包括本文公开的任何芯体或者聚合物泡沫体。例如，芯体包括聚合物泡沫体，至少一个含有石墨烯片的层设置在泡沫体的至少一个外表面上，并且聚合物泡沫体包括位于外表面(或者至少一个含有石墨烯片的层)之间的中间部分，中间部分基本上不含石墨烯片。
铺层的纤维层可以包括本文公开的任何纤维层。例如，第一纤维层可以包括第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂。第一多个纤维可以包括本文公开的任何多个纤维。第一聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。第一纤维层可以作为预浸渍有聚合物树脂的纤维层(“预浸料”)提供。在一些实施例中，第一纤维层可以作为干燥的纤维片提供，并且聚合物树脂可以施加在其上，例如通过将聚合物树脂喷涂或刷到纤维片上。至少第二纤维层可以作为预浸料提供，或者作为干燥的纤维片提供，随后聚合物树脂施加在其上。
图7是根据一实施方式将铺层700放入模具705中的等距视图。该铺层包括芯体510、第一纤维层732以及可选的第二纤维层734。第一纤维层732可以在一个或多个方面与本文公开的任何纤维层相似或相同，例如第一纤维层532(图5)。例如，第一纤维层732可以包括第一多个纤维和第一聚合物树脂。第二纤维层734可以在一个或多个方面与本文公开的任何纤维层相似或相同，例如第二纤维层534(图5)。例如，第二纤维层734可以包括第二多个纤维和第二聚合物树脂。第一多个纤维和/或第二多个纤维可以包括本文公开的任何纤维，例如碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、热固性纤维或热塑性纤维。第一聚合物树脂和第二聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。
在铺层700中纤维层732和/或734的聚合物树脂可以是未固化的。例如，第一聚合物树脂可以通过喷涂器、刷子或辊施加到第一多个纤维上，并且第二聚合物树脂(如果存在)可以类似地施加到第二多个纤维上(如果存在)。在一些实施例中，各纤维层的聚合物树脂可以在该纤维层被放入模具705后喷涂到该纤维层上。芯体510可以放置在纤维层上或纤维层之间。模具705可被合上并压缩以形成复合层压板部件。
如图所示，形成铺层700可以包括将第一纤维层732放入模具705中，例如放入第一模具半部706中的第一成型表面708上。可以在将第一纤维层732设置在模具705中之前或之后，将第一聚合物树脂设置在第一纤维层732上。芯体510可被放置在第一纤维层732上。在一些实施例中，形成铺层可以包括将第一多个纤维和第一聚合物树脂放置在芯体上。
在一些实施例中，铺层700包括第二纤维层734。例如，铺层700可以至少包括设置在芯体510的与第一纤维层732相对的一侧的第二纤维层734。在这样的实施例中，形成铺层可以包括将第二多个纤维放置在芯体上，并将第二聚合物树脂放置在第二多个纤维上。第二纤维层734可以在芯体510的与第一纤维层732相对的一侧放置在芯体510上，或者可以在第二模具半部707中设置在模具中，例如在第二成型表面709上。可以在将第二纤维层734设置在模具705中之前或之后，将第二聚合物树脂设置在第二纤维层734上。当然，在一些实施例中，模具可以包括多于两个部分。
形成包括设置在芯体上的第一纤维层的铺层可以包括：在模具中形成铺层。例如，第一纤维层732可以施加到第一成型表面708或者模具705中的芯体510。类似地，在模具中形成铺层可以包括在芯体510的与第一纤维层732相对的一侧将第二纤维层734施加到芯体510，或者可以包括将第二纤维层734施加到第二成型表面709。
形成铺层可以包括：使铺层700的一个或多个构件彼此接触。这种形成可以通过将一个或多个构件堆叠在彼此上来完成。形成铺层可以包括将铺层700的构件放置在模具中适当的位置，以使得当模具合上时，构件以选定的顺序堆叠。
形成铺层可以包括：将石墨烯片设置在铺层的一个或多个构件上或者模具的一个或多个成型表面上。例如，形成铺层可以包括：将石墨烯片喷涂到第一纤维层732、第二纤维层734或至少一个成型表面中的一个或多个上，例如在本文公开的用于形成热释放泡沫的溶剂中的石墨烯片。通过将石墨烯片喷涂在成型表面上，然后将含有聚合物树脂的纤维层放置在涂有石墨烯片的表面上，复合层压板中的所得纤维层还至少在其外表面上包括石墨烯片。另外地或者替代地，形成铺层可以包括：将石墨烯片设置在纤维层的朝内的表面上，例如通过将石墨烯片喷涂在纤维层的朝内的表面上。所得复合层压板可以表现出比具有不含石墨烯片的纤维层的复合层压板结构更低的热释放值。
回到图6，在模具中对铺层施压的阶段620可以包括：合上模具中的铺层。在模具中对铺层施压可以包括对其施加压缩力，例如至少约1kPa、约1kPa至1MPa、1MPa至1GPa、小于1GPa或小于100MPa。在模具中对铺层施压可以包括：在模具上保持压力选定的持续时间，例如至少1秒、约1秒至约1小时、约3秒至约1分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约10分钟、少于1小时、少于10分钟或超过30秒。
至少部分地固化第一聚合物树脂的阶段630可以包括：至少部分地固化铺层中的第一聚合物树脂(例如，与任何其他聚合物树脂)。例如，至少部分地固化第一聚合物树脂可以包括至少部分地固化至少第二聚合物树脂。随着聚合物树脂的固化，铺层被定形，以提供至少半刚性的复合层压板结构。至少部分地固化第一聚合物树脂以形成复合部件可以包括：至少部分地固化模具内的第一聚合物树脂、模具外的第一聚合物树脂或两者。例如，至少部分地固化第一聚合物树脂可以包括：在模具中部分地固化至少第一聚合物树脂，从模具中取出部分固化的复合层压板，以及在模具外完成至少第一聚合物树脂的固化，例如在冷却表面上完成。
至少部分地固化第一聚合物树脂以形成复合部件可以包括：将模具加热到选定的温度持续选定的时间，例如在模具中对铺层施压时进行。选定的时间可以是至少约5秒，例如约5秒至约1小时，约10秒至约5分钟，约5分钟至约10分钟，约10分钟至约1小时，少于约1小时，少于约30分钟，超过约1分钟，超过约5分钟，超过约30分钟，或超过约1小时。选定的温度可以是至少约50°F，例如约50°F至约300°F，约50°F至约100°F，约100°F至约150°F，约150°F至约200°F，约200°F至约300°F，低于约300°F，低于约200°F，或低于约100°F。
方法600可以包括形成泡沫芯体，例如通过本文公开的任何形成热释放泡沫的方法。方法600可以包括从模具中取出所形成的复合部件(例如，复合层压板结构)。这种取出可在聚合物树脂固化期间或之后进行。
本文公开的和/或由方法600形成的复合层压板部件或结构可以包括汽车的一个或多个构件(例如，引擎盖、门、车顶、挡泥板等)、飞机的一个或多个构件(例如，飞机座椅、行李箱、舱壁等)、船的一个或多个构件(例如，舱壁、座椅、模塑件、储物箱等)或火车车厢的一个或多个部件(例如，舱壁、座椅、模塑件、储物箱等)，例如本文公开的其任何部件类型。图8示出了由图7的模具中的铺层形成的椅背800。如图所示，椅背800可以从图7的模具705中取出。椅背800的形状与成型表面708和709相吻合。在椅背800中包含石墨烯片的层可以朝外。因此，面向坐在座椅后的乘客的表面可以表现出相对较低的热释放(例如，本文公开的任何热释放值)。此外，椅背可以表现出相对较低的FST得分(根据美国或国际航空管理标准，符合安全标准)。与石墨烯颗粒分散在其中的芯体相比，具有石墨烯片的芯体可以允许椅背相对便宜。
在一些实施例中，石墨烯片可以用于没有泡沫的一体式构件或者层压板构件中，或者可以用于与泡沫分隔开的层中。图9是根据一实施方式的复合层压板900的横截面图。复合层压板900包括多个纤维层，包括第一纤维层932、第二纤维层934以及可选的设置在第一纤维层932和第二纤维层934之间的至少一个附加纤维层933。可以在第一纤维层932和第二纤维层934之间设置任何数量的附加纤维层。复合层压板900包括设置在第一纤维层932上的外部聚合物层936。虽然被描述为有四层，但在一些实施例中可以包括更多或更少的层。
第一纤维层932可以在一个或多个方面与本文公开的任何纤维层相似或相同，例如第一纤维层532(图5)。例如，第一纤维层932可以包括第一多个纤维和第一聚合物树脂。第二纤维层934可以在一个或多个方面与本文公开的任何纤维层相似或相同，如第二纤维层534(图5)。例如，第二纤维层934可以包括第二多个纤维和第二聚合物树脂。可选的至少一个附加层933可以与本文公开的任何纤维层相似或相同，例如包括设置在附加聚合物树脂中的附加多个纤维。第一多个纤维、第二多个纤维和/或至少一组附加多个纤维可以包括本文公开的任何纤维，如碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、热固性纤维或热塑性纤维。纤维的类型、厚度、密度或形式中的一者或多者在复合层压板900的各纤维层之间可以有所不同。各纤维层中的多个纤维的密度可以包括本文公开的任何密度(例如，50gsm至300gsm)。
第一聚合物树脂、第二聚合物树脂和至少一种附加聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂，例如热固性树脂(例如，环氧树脂、聚氨酯、环氧树脂-聚氨酯混合物等)、热塑性树脂(例如，聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等)或其混合物。各纤维层的密度可以包括本文公开的任何密度(例如，50gsm至300gsm)。各纤维层中的聚合物树脂的量可以在纤维层之间变化，或可以在纤维层之间基本均匀。例如，单个纤维层可以包括至少1wt％的聚合物树脂(例如，至少10克)，例如1wt％至80wt％，1wt％至10wt％，10wt％至30wt％，30wt％至60wt％，或50wt％至80wt％的聚合物树脂。每个单个纤维层的其余部分可以包括其中的多个纤维。纤维层的厚度(施压和固化之后)可以不同，如每层为至少1mm厚，1mm至10mm，1mm至3mm，3mm至6mm，6mm至10mm，小于10mm，小于3mm，或小于1mm厚。
外部聚合物层936可以设置在第一纤维层932上。外部聚合物层936可以包括外部聚合物树脂和石墨烯片。外部聚合物层936中的外部聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。外部聚合物树脂可包括其中的石墨烯片，例如本文公开的任何石墨烯片。石墨烯片可以占外部聚合物层936的至少2wt％，例如外部聚合物层936的2wt％至50wt％，2wt％至10wt％，5wt％至15wt％，10wt％至20wt％，小于20wt％，或小于10wt％。石墨烯片可以设置在外部聚合物层936的外表面上。例如，在制造过程中，石墨烯片可以漂浮在外部聚合物层936的外部聚合物树脂的表面上。可以在将外部聚合物树脂施加到成型表面以形成外部聚合物层936之前，将石墨烯片施加到该成型表面。因此，外部聚合物层936可以在外表面或者外部区域(例如，该层的最外部的50％、30％、20％或10％体积)上包含石墨烯片，外部聚合物层936的其余部分(例如，最内部的体积)基本上不含石墨烯片。在一些实施例中，外部聚合物层936的厚度可以足够小(例如，1mm至3mm)，以使石墨烯片分散在其中。在任何情况下，外部聚合物层提供了设置在其下的纤维层上的石墨烯片的外层。
如图9所示，复合层压板900的最外层(例如，朝外的表面)包括其中的石墨烯片。通过使石墨烯片位于外部聚合物层936上，所得复合层压板900提供了优良的热释放性能(例如，在FAR 25.853测试条件下至少两分钟热释放小于50kw Min/m2)。
在复合层压板900的一实施例中，外部聚合物层936包括94wt％的聚合物树脂和6wt％的石墨烯片，第一纤维层932包括80gsm的NCF玻璃纤维片，其中有32克聚合物树脂，第二纤维层934包括80gsm的NCF玻璃纤维片，其中有32克聚合物树脂，至少一个附加纤维层933包括80gsm的NCF玻璃纤维片，其中有32克树脂。虽然被描述为层压板，但泡沫芯体可以设置在复合层压板900的任何层之间，以形成复合三明治结构，其在外部聚合物层和泡沫芯体中具有石墨烯片。
复合层压板900可以由其中具有未固化的构件的铺层形成。可以压缩并固化铺层以形成复合层压板900，例如在本文对方法600公开的模具中进行。
图10是根据一实施方式的用于制备热释放受控的复合结构的方法1000的流程图。方法1000包括：阶段1010，形成铺层，该铺层包括第一纤维层、设置在第一纤维层下方的第二纤维和设置在第一纤维层上的外部聚合物层，第一纤维层具有第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂，第二纤维层具有第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂，外部聚合物层具有其中包含多个石墨烯片的外部聚合物树脂；阶段1020，在模具中对铺层施压；以及阶段1030，至少部分地固化铺层以形成复合部件。在一些实施例中，方法1000可以包括比阶段1010至1030更多或更少的阶段。例如，阶段1020和阶段1030可以合并为单个阶段。
阶段1010，形成铺层，该铺层包括第一纤维层、设置在第一纤维层下方的第二纤维层和设置在第一纤维层上的外部聚合物层，第一纤维层具有第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂，第二纤维层具有第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂，外部聚合物层具有其中包含多个石墨烯片的外部聚合物树脂，可以包括：在模具外、在模具内或者这两部分中形成铺层。形成铺层可以包括：将复合层压板的至少一些未固化的构件放置在彼此顶部。在一简单的实施例中，形成铺层可以包括：将第一纤维层的构件(例如，第一多个纤维和第一聚合物树脂)放置在第二纤维层的构件上，然后将其中具有多个石墨烯片的外部聚合物层的构件(例如，外部聚合物树脂)放置在第一纤维层上。
铺层的纤维层可以包括本文公开的任何纤维层。例如，第一纤维层可以包括第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂。第一多个纤维可以包括本文公开的任何多个纤维。第一聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。第一纤维层可以作为预浸料提供。在一些实施例中，第一纤维层可以作为干燥的纤维片提供，并且聚合物树脂可以施加在其上，例如通过将聚合物树脂喷涂或刷到第一纤维片上。第二纤维层可以包括第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂。第二多个纤维可以包括本文公开的任何多个纤维。第二聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。例如，第二纤维层可以作为预浸料提供，或者作为干燥的纤维片提供，随后聚合物树脂施加在其上。
形成铺层可以包括在第一纤维层(其构件)和第二纤维层(其构件)之间设置至少一个附加纤维层(其构件)，例如一个附加纤维层、两个附加纤维层、三个附加纤维层、四个附加纤维层或五个附加纤维层。每个附加纤维层可以包括附加多个纤维和其上的附加聚合物树脂。附加多个纤维可以包括本文公开的任何多个纤维。附加聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。
可以在将各纤维层设置在模具中之前或之后，将聚合物树脂设置在各纤维层上。各纤维层的聚合物树脂在铺层中可以是未固化的。例如，第一聚合物树脂可以通过喷涂器、刷子或辊施加到第一多个纤维；第二聚合物树脂可以类似地施加到第二多个纤维；附加聚合物树脂(如果存在)可以类似地施加到附加多个纤维(如果存在)。例如，可以在将各纤维层放入模具后，将纤维层的聚合物树脂喷涂到纤维层上。
形成铺层可以包括将第二多个纤维放置到成型表面上，并将第二聚合物树脂放置到第二多个纤维上。第一纤维层可以设置在第二纤维层上。例如，形成铺层可以包括将第一多个纤维和第一聚合物树脂放置到第二纤维层上。形成铺层可以包括在模具中形成铺层，可以包括将第一纤维层施加在第二纤维层(或至少一个附加纤维层，当存在时)上。
形成铺层可以包括在模具内或模具外将外部聚合物层(其构件)设置在第一纤维层上。例如，将外部聚合物层设置在第一纤维层上可以包括形成外部聚合物树脂。在这样的实施例中，外部聚合物层包括其中具有石墨烯片的聚合物树脂。石墨烯片可以设置在模具中与第一纤维层相对的成型表面上，例如通过在流体流中喷涂。流体流可以包括气体或溶剂。溶剂可以用于通过表面张力将石墨烯片暂时保留在成型表面上。在一些实施例中，可以利用静电相互作用将石墨烯片保留在成型表面上，例如通过在将石墨烯片施加到成型表面之前对成型表面进行静电充电。外部聚合物树脂可以在石墨烯片上方施加在成型表面上，以形成未固化的外部聚合物层(例如，其中具有石墨烯片的外部聚合物树脂)。可替代地或另外地，也可以将外部聚合物树脂施加到第一纤维层上，然后合上模具，以使石墨烯片与外部聚合物树脂(位于设置在相对的模具半部的铺层上)接触，以形成未固化的外部聚合物层。外部聚合物树脂可以包括本文公开的任何聚合物树脂。
在一些实施例中，石墨烯片可以直接施加到外部聚合物层的未固化的聚合物树脂的外表面。在这样的实施例中，外部聚合物层的树脂可以施加到第一纤维层上，例如通过喷涂、涂抹、浇注、刷涂等，并且石墨烯片可以喷涂在外部聚合物层上。石墨烯片可以以选定的速度(例如在气体流中)喷涂到外部聚合物层(其设置在第一纤维层上)的未固化的树脂上，以控制外部聚合物层中石墨烯片的量。在这样的实施例中，石墨烯片可以被限制在外部聚合物层的外表面或其最外层部分(例如，体积)，例如外部聚合物层的外半部、外三分之一或外四分之一。
在一些实施例中，在铺层中施加之前，石墨烯片可以与外部聚合物层的外部聚合物树脂混合。例如，可将其中具有石墨烯片的聚合物树脂施加到第一纤维层上以形成外部聚合物层。
形成铺层可以包括使铺层的一个或多个构件彼此接触。这种形成可以通过使一个或多个构件直接堆叠在彼此上来完成。形成铺层可以包括将铺层的构件放置在模具中适当的位置，以便当合上模具时，构件按选定的顺序堆叠。例如，形成铺层可以包括将石墨烯片设置在铺层的一个或多个构件上或者设置在模具的一个或多个成型表面上。
回到图10，在模具中对铺层施压的阶段1020可以包括：合上模具中的铺层。在模具中对铺层施压可以包括对其施加压缩力，例如至少约1kPa、约1kPa至1MPa、1MPa至1GPa、小于1GPa或小于100MPa。在模具中对铺层施压可以包括：在模具上保持压力选定的时间，例如至少1秒、约1秒至约1小时、约3秒至约1分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约10分钟、少于1小时、少于10分钟或超过30秒。
至少部分地固化铺层的阶段1030可以包括：至少部分地固化铺层中的至少第一聚合物树脂、和第二聚合物树脂、和外部聚合物树脂(例如，与任何其他聚合物树脂)。随着聚合物树脂的固化，铺层被定形，以提供至少半刚性的复合层压板结构。至少部分地固化铺层以形成复合部件可以包括：至少部分地固化模具内的聚合物树脂、模具外的聚合物树脂或两者。例如，至少部分地固化铺层中的聚合物树脂可以包括：部分地固化至少模具中的聚合物树脂，从模具中取出部分固化的复合层压板，以及在模具外完成至少聚合物树脂的固化，例如在冷却表面上完成。
至少部分地固化铺层以形成复合部件可以包括：将模具加热到选定的温度并持续选定的时间，例如在模具中对铺层施压时进行。选定的时间可以是至少约5秒，例如约5秒至约1小时，约10秒至约5分钟，约5分钟至约10分钟，约10分钟至约1小时，少于约1小时，少于约30分钟，超过约1分钟，超过约5分钟，超过约30分钟，或超过约1小时。选定的温度可以是至少约50°F，例如约50°F至约300°F，约50°F至约100°F，约100°F至约150°F，约150°F至约200°F，约200°F至约300°F，低于约300°F，低于约200°F，或低于约100°F。
方法1000可以包括从模具中取出所形成的复合部件(例如，复合层压板结构)。这种取出可在聚合物树脂固化期间或之后进行。
本文公开的和/或由方法1000形成的复合层压板部件或结构可以包括汽车的一个或多个构件(例如，引擎盖、门、车顶、挡泥板等)、飞机的一个或多个构件(例如，飞机座椅、行李箱、舱壁等)、船的一个或多个构件(例如，舱壁、座椅、模塑件、储物箱等)或火车车厢的一个或多个部件(例如，舱壁、座椅、模塑件、储物箱等)，例如本文公开的其任何部件类型。
工件实施例
热释放泡沫部件的工件实施例A被形成为基于MDI的聚氨酯泡沫。将水中的石墨烯片喷涂至模具的成型表面。石墨烯片通过表面张力附着至成型表面。合上模具，并且通过端口将聚氨酯泡沫形成组分注入模具中。使聚氨酯泡沫形成组分反应并膨胀以形成聚氨酯泡沫。在成型表面处，石墨烯片附着至泡沫。打开模具，并且使聚氨酯泡沫冷却以形成工件实施例A。以横截面切割工件实施例A，以暴露聚合物泡沫体的内部。
图11是工件实例A的热释放泡沫部件1100的照片。工件实施例A的热释放泡沫部件1100包括聚氨酯泡沫体1110，聚氨酯泡沫体1110具有中间部分1116和围绕中间部分1116的包含石墨烯片的层1112。包含石墨烯片的层1112包括渗透到泡沫体1110中离其外表面很小距离处的石墨烯片。如图所示，包含石墨烯片的层1112不具有完全均匀的厚度，但具有距外表面基本上一致的平均厚度。还如图所示，中间部分1116看起来比包含石墨烯片的层1112更淡，这是因为中间部分1116基本上不含石墨烯片。
如本文所使用的，术语“大约”或“基本上”是指由“大约”修饰的术语的可允许差异为±10％或±5％。此外，术语“小于”“或更少”、“大于”、“超过”或“或更多”包括作为端点的由术语“小于”“或更少”、“大于”、“超过”或“或更多”修饰的值。
虽然本文已经公开了各个方面和实施方式，但也预期到了其他方面和实施方式。本文公开的各个方面和实施方式是出于说明的目的而非意在限制。此外，本文(包括权利要求书)中使用的“包含”、“具有”及其变体(例如，“包含”和“具有”)应是开放式的，并具有与词语“包括”及其变体(例如，“包括”和“包括”)相同的含义。

Claims (60)

1.一种热释放泡沫，包括：
聚合物泡沫体，其限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面；以及
包含石墨烯片的层，其位于所述一个或多个外表面中的至少一者上，其中所述中间部分基本上不含石墨烯片。
2.根据权利要求1所述的热释放泡沫，其中，所述聚合物泡沫体包括聚氨酯泡沫。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述热释放泡沫在FAR25.853测试条件下表现出至少两分钟热释放小于50kw Min/m2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层包括平均片厚为约1μm至约100μm的石墨烯片。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层包括平均片厚为约40μm至约80μm的石墨烯片。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层包括平均最大尺寸为约50μm至约300μm的石墨烯片。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层包括平均最大尺寸为约80μm至约220μm的石墨烯片。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层包括具有基本上平面的构造的石墨烯片。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层包括多个随机取向的石墨烯片。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热释放泡沫，其中，所述包含石墨烯片的层的厚度为5mm或更小。
11.一种制备热释放泡沫的方法，所述方法包括：
将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上；
在所述模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫；以及
固化所述模具中的所述聚氨酯泡沫。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，将多个石墨烯片施加到模具的至少一个表面上包括：将石墨烯片喷涂到所述模具的至少一个成型表面上。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中，将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上包括：在溶剂喷雾中将所述多个石墨烯片喷涂到所述至少一个成型表面上。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上包括：将石墨烯片喷涂到所述模具的所有成型表面上。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，将多个石墨烯片施加到模具的至少一个成型表面上包括：使用具有约1μm至约100μm的平均片厚或约50μm至约300μm的平均最大尺寸中的一者或多者的石墨烯片。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，在所述模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫包括：将至少一种异氰酸酯和至少一种多元醇的混合物沉积到所述模具中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述模具中沉积未固化的聚氨酯泡沫包括：将所述混合物注入所述模具中。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其中，固化所述模具中的所述聚氨酯泡沫包括：使所述聚氨酯泡沫膨胀以填充所述模具。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其中，固化所述模具中的所述聚氨酯泡沫包括：将所述模具的温度控制到固化温度。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的方法，还包括从所述模具中取出具有所述多个石墨烯片的固化的聚氨酯泡沫。
21.一种复合结构，包括：
第一纤维层，其具有第一多个纤维和第一聚合物树脂；以及
芯体，其设置在所述第一纤维层上，所述芯体包括聚合物泡沫体和包含石墨烯片的层，所述聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面，其中所述包含石墨烯片的层位于所述一个或多个外表面中的至少一者上，其中所述中间部分基本上不含石墨烯片。
22.根据权利要求21所述的复合结构，还包括第二纤维层，所述第二纤维层具有第二多个纤维和第二聚合物树脂，其中所述芯体设置在所述第一纤维层和所述第二纤维层之间。
23.根据权利要求21至22中任一项所述的复合结构，其中，所述第一多个纤维和所述第二多个纤维中的一者或多者包括玻璃纤维或碳纤维中的至少一种。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的复合结构，其中，所述第一聚合物树脂或所述第二聚合物树脂中的一者或多者包括聚氨酯、环氧树脂或聚醚酰亚胺中的至少一种。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的复合结构，其中，所述第一纤维层是所述复合结构的外表面，并且所述包含石墨烯片的层抵靠所述第一纤维层设置。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的复合结构，其中，所述聚合物泡沫体包括聚氨酯泡沫。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的复合结构，其中，所述复合结构在FAR 25.853测试条件下表现出至少两分钟热释放小于50kw Min/m2。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的复合结构，其中，所述包含石墨烯片的层包括平均片厚为约1μm至约100μm的石墨烯片。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的复合结构，其中，所述包含石墨烯片的层包括平均最大尺寸为约50μm至约300μm的石墨烯片。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的复合结构，其中，
所述芯体是基本上平面的，并且所述一个或多个外表面包括上表面和下表面；以及
所述包含石墨烯片的层至少设置在所述上表面上。
31.根据权利要求30所述的复合结构，还包括位于所述下表面上的附加的包含石墨烯片的层。
32.一种制备热释放受控的复合结构的方法，所述方法包括：
形成铺层，所述铺层包括设置在芯体上的第一纤维层，所述第一纤维层具有第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂，并且所述芯体包括聚合物泡沫体和包含石墨烯片的层，所述聚合物泡沫体限定围绕中间部分设置的一个或多个外表面，其中所述包含石墨烯片的层位于所述一个或多个外表面中的至少一者上，其中所述中间部分基本上不含石墨烯片；
在模具中对所述铺层施压；以及
至少部分地固化所述聚合物树脂以形成复合部件。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，
所述第一多个纤维包括玻璃纤维或碳纤维中的一种或多种；以及
形成铺层包括：将所述第一多个纤维和所述第一聚合物树脂放置在所述芯体上。
34.根据权利要求32至33中任一项所述的方法，其中，
所述铺层包括至少第二纤维层，所述第二纤维层设置在所述芯体的与所述第一层相对的一侧上，所述第二纤维层包括第二多个纤维和第二聚合物树脂；以及
形成所述铺层包括：将所述第二多个纤维和所述第二聚合物树脂放置在所述芯体上。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的方法，其中，形成包括设置在芯体上的第一纤维层的铺层，包括：在模具中形成所述铺层。
36.根据权利要求32至35中任一项所述的方法，其中，在模具中对所述铺层施压包括：合上所述模具中的所述铺层并对其施加压缩力。
37.根据权利要求32至36中任一项所述的方法，至少部分地固化所述第一聚合物树脂以形成复合部件包括：在所述模具中至少部分地固化所述第一聚合物树脂。
38.根据权利要求32至37中任一项所述的方法，其中，至少部分地固化所述第一聚合物树脂以形成复合部件包括：将所述模具加热至选定温度持续选定的时间。
39.根据权利要求32至39中任一项所述的方法，其中，至少部分地固化所述第一聚合物树脂以形成复合部件包括：在所述模具外至少部分地固化所述第一聚合物树脂。
40.根据权利要求32至39中任一项所述的方法，还包括从所述模具中取出所述复合部件。
41.根据权利要求32至40中任一项所述的方法，其中，所述复合部件包括飞机、汽车、轮船或者火车的构件的至少一部分。
42.一种复合层压板结构，包括：
第一纤维层，所述第一纤维层包括第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂；
第二纤维层，所述第二纤维层包括第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂；
外部聚合物层，所述外部聚合物层设置在所述第一纤维层上，所述外部聚合物层包括其中设置有多个石墨烯片的外部聚合物树脂。
43.根据权利要求42所述的复合层压板结构，其中，
所述第一多个纤维包括碳纤维、玻璃纤维、热塑性纤维或热固性纤维中的一种或多种；
所述第二多个纤维包括碳纤维、玻璃纤维、热塑性纤维或热固性纤维中的一种或多种。
44.根据权利要求42至43中任一项所述的复合层压板结构，其中，
所述第一聚合物树脂包括环氧树脂、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮或其混合物中的一种或多种；
所述第二聚合物树脂包括环氧树脂、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮或其混合物中的一种或多种；以及
所述外部聚合物树脂包括环氧树脂、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮或其混合物中的一种或多种。
45.根据权利要求42至44中任一项所述的复合层压板结构，还包括设置在所述第一纤维层和所述第二纤维层之间的至少一个附加纤维层，所述至少一个附加纤维层中的每一个包括附加多个纤维和设置在所述附加多个纤维上的附加聚合物树脂。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的复合层压板结构，其中，
所述第一纤维层的密度至少为80克/平方米；
所述第二纤维层的密度至少为80克/平方米；
所述至少一个附加纤维层的密度至少为80克/平方米。
47.一种制备热释放受控的复合结构的方法，所述方法包括：
形成铺层，所述铺层包括第一纤维层、设置在所述第一纤维层下方的第二纤维层和设置在所述第一纤维层上的外部聚合物层，所述第一纤维层具有第一多个纤维和其上的第一聚合物树脂，所述第二纤维层具有第二多个纤维和其上的第二聚合物树脂，所述外部聚合物层具有其中包含多个石墨烯片的外部聚合物树脂；
在模具中对所述铺层施压；以及
至少部分地固化所述铺层以形成复合部件。
48.根据权利要求47所述的方法，还包括从所述模具中取出所述复合部件。
49.根据权利要求47至48中任一项所述的方法，其中，
所述第一多个纤维包括玻璃纤维或碳纤维中的一种或多种；
所述第二多个纤维包括玻璃纤维或碳纤维中的一种或多种；以及
形成铺层包括：将所述第一多个纤维和所述第一聚合物树脂放置在所述第二纤维层上。
50.根据权利要求47至49中任一项所述的方法，其中，
所述铺层包括设置在所述第一纤维层和所述第二纤维层之间的至少一个附加纤维层，所述至少一个附加纤维层包括至少一组附加多个纤维和至少一种附加聚合物树脂；以及
形成所述铺层包括：将所述至少一个附加纤维层放置在所述第一纤维层和所述第二纤维层之间。
51.根据权利要求47至50中任一项所述的方法，其中，在模具中对所述铺层施压包括：合上所述模具中的所述铺层并对其施加压缩力。
52.根据权利要求47至51中任一项所述的方法，其中，至少部分地固化所述铺层以形成复合部件包括：在所述模具中至少部分地固化所述第一聚合物树脂、所述第二聚合物树脂和所述外部聚合物树脂中的一者或多者。
53.根据权利要求47至52中任一项所述的方法，其中，至少部分地固化所述铺层以形成复合部件包括：将所述模具加热至选定温度持续选定的时间。
54.根据权利要求47至53中任一项所述的方法，其中，至少部分地固化所述铺层以形成复合部件包括：在所述模具外至少部分地所述第一聚合物树脂、所述第二聚合物树脂或所述外部聚合物树脂中的一者或多者。
55.根据权利要求47至54中任一项所述的方法，还包括从所述模具中取出所述复合部件。
56.根据权利要求47至55中任一项所述的方法，其中，所述复合部件包括飞机、汽车、轮船或者火车的构件的至少一部分。
57.一种热释放受控的结构，在其外表面上包括至少一种具有石墨烯片的材料，并且在其内部至所述外表面的部分基本不含石墨烯片。
58.根据权利要求57所述的热释放受控的结构，其中，所述热释放受控的结构包括热释放受控的泡沫，所述热释放受控的泡沫具有在其外表面上的石墨烯片和基本上不含石墨烯片的内部部分。
59.根据权利要求57所述的热释放受控的结构，其中，所述热释放受控的结构包括在其外表面上的具有石墨烯片的外部聚合物层、和基本上不含石墨烯片的内部部分。
60.根据权利要求57至59中任一项所述的热释放受控的结构，其中，所述热释放受控的结构包括一个或多个纤维层，所述一个或多个纤维层具有多个纤维和设置在所述多个纤维上的聚合物树脂。
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