[發明專利]具有改善的耐火性的纖維增強復合材料及由其制成的結構組件

有效

• 申請號: 201280060561.X
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN104114357A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: H.盧因格;M.許特;G.吉布森
• 申請（專利權）人: 伊德斯德國股份有限公司;泰恩河畔紐卡斯爾大學
• 主分類號: B32B5/28
• 分類號: B32B5/28;B32B7/02;B32B27/00;B32B27/12;B32B27/18;B32B3/26;B32B27/28;A62C3/08;B64C1/10;B32B5/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 段家榮;權陸軍

本發明涉及可用于其中需要高強度-密度比的應用的纖維增強復合材料。例如，這適用于飛行器如飛機和直升機的結構組件。

傳統纖維增強復合材料包含基體和嵌在其中的增強纖維。該基體通常是可能含有特定添加劑的熱固化樹脂（“樹脂體系”）。該增強纖維通常以分別在灌注過程或預浸料坯過程中處理的干燥或預浸漬的纖維氈形式提供。此類處理可以在成型工具（模具）中發生，在所述模具中多個纖維氈例如機織織物或無折皺織物堆疊并固化以制造該纖維增強復合材料。

取決于用于生成該基體的材料，許多纖維增強復合材料具有防火性能，所述防火性能對它們的應用而言不足。傳統材料如碳纖維增強塑料（CFRP）可能著火和燃燒，釋放熱量、煙和有毒氣體。此外，在火焰造成的提高的溫度下，該結構的結構完整性降低。因此，負載型復合結構在遇到火時通常在短期內坍塌。當存在的應力是壓縮力時這是特別值得注意的，因為當該基體達到其軟化點時壓縮應力會降至非常低的值。

因此，本發明的一個目的是提供一種具有改善的耐火性的纖維增強復合材料。

根據本發明，通過權利要求1所述的纖維增強復合材料實現該目的。從屬權利要求涉及本發明的有利的實施方案和發展。

本發明的纖維增強復合材料包括包含具有嵌入其中的增強纖維的本體基體的“本體部分”和包含多個層壓的第一層的“表面部分”，所述表面部分在火焰影響過程中膨脹和/或分層優選高于100%且更優選高于100%。在一個實施方案中，該表面部分與該本體部分截然不同，即具有不同于本體的結構的結構。

在這種材料中，該本體部分可以具有現有技術中已知的任何類型的結構。在一個優選的實施方案中，該本體部分是包含嵌在樹脂基體（本體基體）中的多個纖維材料層（例如薄紗、無折皺織物、單向纖維等等）的多層結構。該基體優選是環氧體系，或任何其它樹脂，例如熱固化樹脂。此外，該基體可以是熱塑性塑料。在其它實施方案中，該本體基體是基于苯并噁嗪或氰酸酯的體系。后一種基體材料在航空應用中特別令人感興趣。嵌在本體基體中的該增強纖維，優選以纖維氈形式布置，可以是碳纖維、玻璃纖維或其它纖維。

對本發明而言必不可少的是：此類本體部分（“本體復合材料”）通過附加的防火層補充，所述防火層例如為包含多個層壓層的單獨的表面部分（“表面層壓件”）形式，該防火層在火焰影響過程中膨脹和/或分層。這些層在下文中稱為“第一層”或“膨脹層”。

此類表面部分或“表面層壓件”可以在片狀本體復合材料的一個或兩個表面上提供，產生對下方的本體復合材料的火焰保護。在另一實施方案中，該“表面層壓件”具有與“本體部分”相同的結構，即具有嵌入其中的增強纖維并包含多個層壓的第一層，其在火焰影響過程中膨脹和/或分層。由此，特別地，該“表面層壓件”可以與該“本體部分”相同。

當暴露于火焰熱量時，該膨脹層將膨脹和/或分層。以這種方式，可以顯著降低導熱性，由此延緩熱向下方本體部分的進展。由此，本發明的材料可以在更大程度上承受火焰，并在延長的時間內保持結構完整性（在本體部分中）。

優選地，該表面層壓件在箔（用于該表面層壓件）的情況下具有下方本體部分厚度的至少1%、特別是至少2%的厚度，并且在纖維增強材料的情況下具有下方本體部分厚度的最多20%的厚度。另一方面，該表面層壓件的厚度優選小于下方本體部分厚度的100%、特別是小于10%。但是，如上所述，“第一層”可以集成到該“本體部分”中，以使得該表面部分可以與該本體部分相同。

在一個實施方案中，至少一個膨脹層包含熱塑性膜。優選地，該熱塑性塑料是選自以下的聚合物：聚酰亞胺（PI）、聚醚酰亞胺（PEI）、聚醚砜（PES）、聚酰胺（PA）、聚酰胺-酰亞胺（PAI）、聚砜（PSU）、聚苯砜（PPSU）、聚醚酮（例如PEEK、PEKK）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚酯、聚醚酯（PEE）、聚酯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）或其混合物。

優選地，選擇或改性該熱塑性塑料以使得其能夠在例如高于其玻璃化轉變溫度或熔融溫度的溫度下膨脹，所述溫度高于（例如200至240℃）制造過程中的加工溫度，并高于隨后應用中的使用溫度。

優選地，該熱塑性塑料在小于400℃、優選小于250℃的溫度下開始膨脹。在這種情況下，該膨脹在火災的早期階段發生。