具有提高的导电性的复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有提高的导电性的复合材料及其制造方法。一种制造复合材料的方法可包括：提供渗透有粘性基质材料(218)的一层或者多层增强材料(216)，该粘性基质材料(218)掺杂有导电颗粒(220)。该方法可进一步包括施加磁场(340)，以将颗粒(220)布置在一个或者多个导电通路(350,354,358)上；以及固化基质材料(218)，以将通路(350,354,358)相对于增强材料(216)固定在适当位置上。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及复合材料。更具体地，公开的实施方式涉及制造具有提高的导电性的复合材料的方法。
技术介绍
复合材料通常由具有明显不同的物理或者化学性质的两种或者多种组成材料构成。通常，组成材料包括基质(或者粘结)材料(诸如，树脂(例如，热固型环氧树脂))和增强材料(诸如，多种纤维(例如，碳纤维))。当被结合时，组合材料通常产生具有不同于各种组成材料的特征的复合材料，即使组成材料在复合材料的最终结构通常保持独立且明显不同。出于多种原因，复合材料是优选的。例如，复合材料可比传统材料的强度大和/或更轻。因此，通常使用复合材料制造诸如交通工具(例如，飞机、汽车、船只、自行车、和/或其部件)和非交通工具结构(例如，建筑物、桥梁、游泳池面板、淋浴室、浴缸、蓄水箱、和/或其部件)的各种物体。诸如碳纤维增强聚合物(CFRP)的各种复合材料通常表现出相对较低水平的导电性，尤其通过其厚度的导电性较低。然而，在一些应用中，低水平的导电性并不是期望的。因此，存在对的需求。
技术实现思路
复合材料可包括一层或者多层增强材料、基质材料、以及多个导电颗粒。该一层或者多层增强材料中的每种均可具有在ζ方向上的厚度。基质材料可渗透该一层或者多层增强材料。颗粒可被设置在基质材料中并且被非随机地布置以提供ζ方向上的增强传导性。制造复合材料的方法可包括提供渗透有粘性基质材料的一层或者多层增强材料的步骤。基质材料可掺杂有导电颗粒。该方法可进一步包括施加磁场以将颗粒布置在一个或者多个导电通路上的步骤。而且，该方法可进一步包括将基质材料固化成大致固化状态以将该一个或者多个导电颗粒相对于该一层或者多层增强材料固定在适当位置上的步骤。制造复合材料的另一种方法可包括提供包括多层增强材料和粘性基质材料的结构体的步骤。该多层增强材料可在ζ方向上堆叠在另一层的顶部。基质材料可掺杂有顺磁性导电颗粒并且可渗透该多层增强材料。该方法可进一步包括将磁场施加给该结构体以相对于ζ方向布置颗粒从而形成基本在ζ方向上延伸的一个或者多个导电通路的步骤。而且，该方法可进一步包括固化基质材料以大致将该一个或者多个导电通路相对于基质材料和多层增强材料固定在适当位置处的步骤。本公开提供了各种复合材料及其制造方法。在一些实施方式中，方法可包括通过磁场将顺磁性颗粒布置成导电链；并且将这些链保持在适当位置处，直至将其中设置有颗粒的基质材料固化成大致固化状态，以将链相对于基质材料和多层增强材料固定在适当位置处。在一些实施方式中，颗粒可具有大于1的纵横比，以使得颗粒中的每个均具有比宽度大的长度。在一些实施方式中，增强材料可包括多个离散纤维。增强材料的相邻离散纤维之间的间隙可以比颗粒的长度宽，从而可允许颗粒中的一个或者多个在由所施加的磁场引起的布置过程中更容易地在间隙中转动。在一些实施方式中，通过基本在多层增强材料的堆叠方向上延伸，链可提高导电性。在其他实施方式中，通过基本垂直于堆叠方向或者在任何其他合适的方向上延伸，链可提高导电性。在本公开的各种实施方式中可以独立实现各种特征、功能、以及优点或者可以结合一些其他实施方式实现各种特征、功能、以及优点，并且参考下列描述和附图可以理解本公开的进一步细节。【附图说明】图1是包括多层增强材料和基质材料的复合材料的截面图，用于提高传导性的导电通路示意性地以虚双点线示出。图2是描述掺杂有导电颗粒的粘性基质材料的示意图，与图1中所示的相似，粘性基质材料渗透类似于图1中所示的在ζ方向上堆叠的多层增强材料。图3是描述通过所施加的磁场以形成基本在ζ方向上延伸的多个导电通路的颗粒的布置的示意图。图4是示例性固化周期的示图，所述固化周期可以被实施为固化基质材料从而大致将导电通路相对于基质材料和增强材料固定在适当位置处。图5是与图3相似的示意图，但描述了相对于增强材料被被定位成彼此相对的多个螺线管产生的施加磁场，以将颗粒布置成导电通路的相似的结构。图6是与图3相似的示意图，但描述了被配置为将颗粒布置在基本垂直于ζ方向上的方向上的施加磁场。图7是描述了制造复合材料的方法的流程图。图8是描述了制造复合材料的另一种方法的流程图。图9是描述了制造复合材料的另一种方法的流程图。图10是描述了制造复合材料的另一种方法的流程图。图11是示出性数据处理系统的各个部件的示意图。【具体实施方式】概述下面描述了并且相关附图中示出了的各种实施方式。除非另有规定，否则，材料(或者其制造方法)和/或其各种组分可包含但不要求包含本文所描述的、示出的、和/或结合的结构、组分、功能和/或变形中的至少一种。而且，本文结合本教导所描述的、示出的、和/或结合的结构、组分、功能和/或变形可被包括(但不要求)在其他相似复合材料(或者其制造方法)中。对各种实施方式的下列描述实质上仅为示例性的并且意不在通过任何方式限制本公开、其应用、或者用途。此外，如下所述，由实施方式提供的优点实质上为示例性并且并非所有的实施方式皆提供相同的优点或者相同程度的优点。实例、组分、以及替换下列实例描述了示例性复合材料(和/或其制造方法)的选择的方面。这些实例旨在为示例性并的且不应被解释为限制本公开的整体范围。每个实例均可包括一种或者多种不同的专利技术、和/或上下文或者相关信息、功能、和/或结构。实例1:该实例描述了包括多层(或者多个层)增强材料和基质材料的示例性复合材料100 ;见图1。在该实例中，复合材料100包括基质材料102和增强材料118的第一层104、第二层106、第三层108、第四层110、第五层112、第六层114、以及第七层116。如图所示，层104、106、108、110、112、114、116在ζ方向(或者被堆叠方向、或者堆叠方向)D1上堆叠在彼此的顶部。此外，层104、106、108、110、112、114、116中的每层均可以在ζ方向D1上具有由基质材料102渗透的厚度。从图1可以推断，ζ方向D1可以是垂直于由多层增强材料中的一层限定的平面、垂直于由复合材料100限定的平面、和/或垂直于由前述任一个的局部限定的平面的方向。基质材料102可以是用于渗透层104、106、108、110、112、114、116和/或将层104、106、108、110、112、114、116粘结在一起的任何合适材料。例如，基质材料102可以是诸如航天级环氧树脂(aerospace-grade epoxy resin)的热固型聚合物。如图所示，增强材料118可以是纤维材料，诸如包括可以以带形结构设置的离散碳纤维的材料。具体地，纤维118可具有约5微米至7微米(μπι)的直径，并且相邻纤维118之间的间隙可具有约Ιμπι的宽度。在其他实施方式中，纤维材料可以诸如机织纤维的另一合适的结构设置。在图1中，示出了包括相似增强材料、但围绕垂直平行于该示图的平面的轴相对于相邻的层旋转约45度的各层。具体地，层104的材料118可与该示图的平面大致形成45度角，层104中的每种纤维向右突出至该示图中并且向左突出至该示图之外。层106的材料118可围绕该轴相对于层104的材料118大致旋转45度，使得，层106的材料118大致垂直于该示图等。更具体地，层106的材料118可相对于层104的材料118角度位移约45度。层108的材料118可相对于层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造复合材料的方法，所述方法包括：将磁场(340)施加(904)给结构体，所述结构体包括渗透有粘性基质材料(218)的一层或者多层(202…214)增强材料(216)，所述粘性基质材料(218)掺杂有导电颗粒(220)，所述磁场(340)将所述颗粒(220)布置在一个或者多个导电通路(350)上；以及将所述基质材料(218)固化成固化状态，以将所述一个或者多个导电通路(350)相对于所述一层或者多层(202…214)增强材料(216)固定在适当位置上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：基思·丹尼尔·洪费尔德，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US