[發(fā)明專利]含有碳納米管并入的纖維材料的防火復(fù)合材料和制品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080056479.0
• 申請(qǐng)日: 2010-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN103079805A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·R·奧伯丁;H·C·馬來(lái)茨基;T·K·沙;D·J·阿德科克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)方案公司
• 主分類號(hào): B32B1/00
• 分類號(hào): B32B1/00;B32B15/02;B05D7/14
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;陸惠中

相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

本申請(qǐng)按照35U.S.C.§119要求2009年12月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/286,340的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用其整體被并入本文。該申請(qǐng)也與在2009年11月02日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/611,073、12/611,101和12/611,103相關(guān)，其均通過(guò)引用其整體被并入本文。

關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明

不適用。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及復(fù)合材料，具體而言，涉及含有碳納米管的復(fù)合材料。

發(fā)明背景

耐火性是材料在去除點(diǎn)火源后導(dǎo)致其自熄的一種特性。通常使用的量化耐火性的檢驗(yàn)是ASTM?D6413(Standad?Test?Method?for?Flame?Resistance?of?textiles(紡織品耐火性的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法))。在服裝或類似的含紡織品的制品中，防火織物可明顯減少身體組織損傷并提高穿戴者的生存率。同樣，當(dāng)用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用中時(shí)，與不是防火的類似復(fù)合材料所經(jīng)歷的相比，自熄性的防火復(fù)合材料可經(jīng)歷明顯更少的、或許甚至膚淺的損傷。盡管防火復(fù)合材料針對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)用已經(jīng)得到明顯的關(guān)注，但仍需要進(jìn)一步開發(fā)這些系統(tǒng)。

許多因素已經(jīng)妨礙了防火復(fù)合材料的發(fā)展和實(shí)施。盡管復(fù)合材料的聚合物基體可以用許多適于賦予耐火性的阻燃劑(例如，溴、鹵素化合物、金屬氫氧化物、金屬水合物、過(guò)渡金屬化合物和磷-氮化合物)進(jìn)行處理，但許多這些化合物具有已知的健康危害。關(guān)于這些阻燃劑的甚至更重要的問(wèn)題是已知它們不利地影響復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能，從而限制了可以使用該復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。除了阻燃劑之外，二次涂層和/或絕緣材料可加入到復(fù)合材料中，以賦予耐火性。然而，這些保護(hù)措施為復(fù)合材料增加了不必要的重量和構(gòu)造，從而使得該復(fù)合材料不適于許多高性能應(yīng)用。此外，二次涂層和絕緣材料的加入導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。盡管一些聚合物基體具有固有的耐火性(例如，酚醛樹脂)，但基于這些聚合物基體的復(fù)合材料通常并不用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用，這是由于它們相對(duì)低的機(jī)械強(qiáng)度。

鑒于上述情況，保持適于高性能結(jié)構(gòu)應(yīng)用的機(jī)械性能的防火復(fù)合材料在本領(lǐng)域中將具有實(shí)質(zhì)性的益處。本文描述的實(shí)施方式滿足該需求而且還提供相關(guān)的優(yōu)勢(shì)。本文描述的賦予復(fù)合材料耐火性的特征也可以被開發(fā)來(lái)制備用于非結(jié)構(gòu)應(yīng)用的防火制品和紡織品。

發(fā)明內(nèi)容

在一些實(shí)施方式中，本文描述的防火復(fù)合材料包含外層和至少一個(gè)內(nèi)層。外層具有外部表面并包含第一聚合物基體和第一碳納米管并入的纖維材料。第一碳納米管并入的纖維材料包含第一組（第一多個(gè)，a?first?plurality?of）碳納米管和第一纖維材料，其中第一組碳納米管的長(zhǎng)度大于約50μm。至少一個(gè)內(nèi)層包含第二聚合物基體。

在一些實(shí)施方式中，本文描述的防火復(fù)合材料包含環(huán)氧樹脂基體（epoxy?matrix），其具有外層和至少一個(gè)內(nèi)層、在外層中的第一碳納米管并入的纖維材料和在至少一個(gè)內(nèi)層中的第二碳納米管并入的纖維材料。外層具有外部表面和范圍在約0.005和約0.1″之間的厚度。第一碳納米管并入的纖維材料包含第一組碳納米管和第一纖維材料，其中第一組碳納米管的長(zhǎng)度大于約50μm。第二碳納米管并入的纖維材料包含第二組（第二多個(gè)，a?second?plurality?of）碳納米管和第二纖維材料。

在其它實(shí)施方式中，本文描述的防火制品包含外層和內(nèi)層。外層具有外部表面，并包含碳納米管并入的纖維材料。碳納米管并入的纖維材料包含多個(gè)（a?plurality?of）碳納米管和纖維材料。內(nèi)部層與外層一體（integral?to?the?outer?layer），并包括缺乏碳納米管的紡織品。

以上描述已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概述了本公開的特征，以便后面的詳細(xì)描述可以被更好地理解。本公開的另外的特征和優(yōu)勢(shì)將在下文中描述，其形成權(quán)利要求書的主題。

附圖簡(jiǎn)介

為了更完整地理解本公開及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在參考要結(jié)合描述本公開具體實(shí)施方式的附圖進(jìn)行的以下描述，其中：

圖1顯示已經(jīng)并入到碳纖維的碳納米管的示例性TEM圖像；

圖2顯示已經(jīng)并入有碳納米管的碳纖維的示例性SEM圖像，其中碳納米管在40μm的目標(biāo)長(zhǎng)度的±20%之內(nèi)；

圖3顯示碳納米管并入的碳纖維的織物組織中纖維絲束的示例性SEM圖像；

圖4顯示具有多個(gè)纖維絲束的粗紗的示意圖，每個(gè)纖維絲束均含有多個(gè)纖維；和