[發明專利]復合材料的改進

有效

• 申請號: 201380031424.8
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN104379650B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: M·西蒙斯;D·布萊爾;D·蒂爾布魯克
• 申請（專利權）人: 赫克塞爾合成有限公司
• 主分類號: C08K3/04
• 分類號: C08K3/04;C08K7/24;C08J5/24;B32B5/28;B32B5/26;B32B5/12
• 代理公司: 北京市嘉元知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11484
• 代理人: 劉彬

本發明涉及預浸料和復合材料，且特別涉及增加纖維增強復合材料的導電性。本發明還提供了用于生產預浸料的樹脂制劑。

與傳統建構材料相比，復合材料具有充分證實的優點，特別是在非常低的材料密度下提供優越的機械性能。因此，這些材料的用途變得日益廣泛，并且它們的應用領域可從“工業”到包括航空器機身的高性能航空構件。

包含浸漬有樹脂例如環氧樹脂的纖維排列的預浸料廣泛用于產生這些復合材料。通常，將許多層這些預浸料根據需要"疊放"并使所得層壓材料固化(通常通過暴露于升高的溫度而固化)以產生固化復合層壓材料。術語預浸料用來描述以未固化或部分固化并將要固化的樹脂浸漬的纖維和織物。纖維可以為絲束或織物的形式，絲束通常包括多根細纖維，纖維材料可以為碳纖維、玻璃或芳族聚酰胺，本發明特別關注碳纖維。在該預浸料中使用的樹脂的化學組成會依賴于對固化纖維增強材料所要求的性質以及該固化材料所投入的用途。預浸料通常通過如下來制備：將液體樹脂組合物沉積到纖維材料的移動層上并將該液體樹脂擠壓進入該纖維材料中，同時在該纖維材料的表面上形成樹脂層。樹脂組合物可以應用至纖維材料的層的一面或兩面上。在本文使用的術語“中間層(interlayer)”用來描述兩個纖維層之間的樹脂層。

復合材料為用來描述固化預浸料的術語，即，其中樹脂已經固化且復合材料常常由多個上下疊放預浸料的層壓材料來制備。這產生了被樹脂夾層(interleaf)或樹脂中間層隔開的纖維設置的層壓材料結構。該中間層通常包括作為電不良導體的固化環氧樹脂。盡管纖維、特別是碳纖維具有一些導電性，但是夾層中間層的存在表明導電性僅呈現在層壓材料的平面中。在相對層壓材料表面的垂直方向(所謂“Z”方向)上的導電性是低的。

在“Z”方向上的導電性的缺乏導致復合層壓材料易于受到電磁危害如雷擊的攻擊。雷擊會導致對復合材料的很嚴重的損害，并且如果發生在飛行中的航空器結構上就會是災難性的。因此，這對于航空結構體、特別是由這樣的復合材料制造的航空器是個特殊的問題。

此外，用于航空應用的復合材料必須滿足嚴格標準的機械性能。因此，對導電性的任何改進必須不負面作用于所需的機械性能。

已經建議范圍廣泛的技術和方法向這種復合材料提供雷擊保護。已經有許多建議涉及添加導電元件，這是以增加復合材料的重量為代價。

已經有許多設想使用包括碳顆粒的導電顆粒來增加纖維增強復合材料的導電性。例如WO2011/027160；WO2011/114140和WO2010/150022均涉及增加碳纖維增強的復合材料如碳纖維增強的環氧樹脂的導電性。他們特別涉及增加“Z”方向上的導電性并披露了導電顆粒如碳顆粒可以包括在熱固性樹脂中來增加導電性。此外，還進一步建議樹脂可以包含可溶于熱固性樹脂中的熱塑性材料的顆粒以改進包含固化預浸料的復合材料的抗沖擊性。這些參考還包括可溶于熱固性樹脂中的熱塑性樹脂以改進加工期間的樹脂流?？梢允褂玫目扇苄詷渲膶嵗ň勖秧亢途埘０穪嗸０?。

已經建議導電顆?？梢园趭A層樹脂層中，如俄羅斯專利2263581所記載的，其在夾層層中使用硬質富勒烯碳顆粒以提供對暴露航空器部件的雷擊防護。WO 2008/056123和WO2011/027160還在夾層層中提供導電顆粒以改進“Z”方向導電性。WO2008/056123使用金屬顆粒，WO2011/027160使用硬質玻璃狀碳顆粒，其水平基于預浸料中的全部樹脂為0.3～2.0重量％。

美國專利7931958B2在基于預浸料的復合材料的夾層層中使用了導電顆粒和熱塑性樹脂顆粒兩者。該導電顆粒用來增加“Z”方向導電性并且熱塑性樹脂顆粒發揮熟知的增韌該固化復合材料的功能。這些已知的導電顆粒是價格昂貴且高度專門化的材料。它們可以為具有熱塑性核的顆粒或纖維，該熱塑性核以導電物質或導電顆粒涂覆，所述導電顆粒例如碳顆粒，如衍生自酚醛樹脂的Bellpearl C-600、C-800、C-2000或通過碳化和添加樹脂表面涂層制造的硬質碳顆粒Nicabeads ICB、PC和MC(由Nippon Carbon Co Ltd制造)。為此目的還使用了常見的金屬或金屬涂覆的導電顆粒。然而，已經發現由于腐蝕作用、爆炸危險以及材料熱膨脹系數的不同，將金屬引入預浸料中是不利的。