纤维-树脂复合材料片材及包含其的制品制造技术

本发明专利技术提供了一种纤维-树脂复合材料片材，所述纤维-树脂复合材料片材包含高韧度纤维的增强基底和被涂覆到所述基底上或所述基底中的树脂，所述树脂包含第一热塑性聚合物和第二热塑性聚合物，其中(i)所述第一聚合物和所述第二聚合物形成两相共混物，(ii)所述第一聚合物是热塑性的，具有75℃至400℃的熔点并且与所述第二聚合物形成连续相或共连续相，(iii)所述第二聚合物是具有0.01至15微米的有效直径的颗粒，具有25℃至350℃的熔点，并且分散于所述第一聚合物的连续相或共连续相中，并且(iv)所述第一聚合物占所述共混物中第一聚合物和第二聚合物的总重量的35重量百分比至99重量百分比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维-树脂复合材料片材及包含其的制品
技术介绍
1.
本专利技术涉及一种由纤维基底制成的高强度芯材结构。所述芯材结构可以呈蜂窝或折叠芯材的形式。2.相关领域的说明主要呈蜂窝形式的用于夹心板的由高强度纤维纸材或织物基底制成的芯材结构用于不同的应用中，但主要用于航空航天和大众交通运输行业中，在这些行业中，强度与重量或刚度与重量的比率具有高值。举例来说，授予Lin的美国专利5,137,768描述了一种蜂窝芯材，所述蜂窝芯材由高密度的湿铺非织造纤维基底制成，所述基底包含50重量％或更多的对位芳族聚酰胺纤维，组合物的其余部分是粘合剂和其它添加剂。这种蜂窝芯材的例子是芯材。也可以使用间位芳族聚酰胺纤维代替对位芳族聚酰胺纤维来制成类似的芯材。这种类型的蜂窝芯材的例子是芯材。授予Darfler等人的美国专利5,527,584描述了巢室壁包含织造织物的蜂窝芯材。具体的编织图案、长丝尺寸以及丝束尺寸可以根据蜂窝结构所需的结构强度和重量而广泛变化。平织是一种合适的编织样式。授予Wang等人的美国专利6,245,407描述了被用作浸渍树脂以涂覆蜂窝结构的树脂，所述树脂是酚醛树脂和聚酰胺聚合物的组合。可以通过诸如热成形或超声成形之类的技术制成热塑性蜂窝。这些方法描述于美国专利号5,039,567、5,421,935、以及5,217,556中。这种类型的工艺比用于由纸材或织物基底制造蜂窝的伸展或波纹工艺更高效。持续需要提高由纸材或织物基底制成的芯材结构的制造效率而不对所述结构的机械特性产生不利的影响。这对于被用于飞机、火车以及轮船中的结构尤其如此。激光焊接芯材结构是一种提高制造效率的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种纤维-树脂复合材料片材，所述纤维-树脂复合材料片材包含增强纤维基底和被涂覆到所述基底上或所述基底中的树脂，所述树脂包含第一热塑性聚合物和第二热塑性聚合物，其中(i)所述第一聚合物和所述第二聚合物形成两相共混物，(ii)所述第一聚合物是热塑性的，具有75℃至400℃的熔点并且与所述第二聚合物形成连续相或共连续相，(iii)所述第二聚合物分散于所述第一聚合物的连续相或共连续相中，具有0.01至15微米的有效直径并且具有25℃至350℃的熔点，(iv)所述第一聚合物占所述共混物中第一聚合物和第二聚合物的总重量的35重量百分比至99重量百分比，(v)所述第二聚合物具有比所述第一聚合物的熔点低至少5℃的熔点，并且(vi)所述基底的增强纤维来自具有3至60克/分特的韧度和5至200微米的长丝直径的纤维。本专利技术还涉及包含纤维-树脂复合材料片材的复合材料制品。附图说明图1A和1B是六边形形状的蜂窝的视图。图2是六边形巢室形状的蜂窝的另一个视图。图3是具有一个或多个面板的蜂窝的图解。图4是折叠芯材结构的图解。图5是包含多个基底和能量吸收层的制品的剖面图。具体实施方式复合材料片材本专利技术涉及一种纤维-树脂复合材料片材，所述纤维-树脂复合材料片材包含增强纤维基底和被涂覆到所述基底上或所述基底中的树脂。所述基底可以呈纸材或织物的形式。基底优选地，所述基底的增强纤维具有3至60克/分特的长丝韧度和5至200微米的长丝直径。在一些实施例中，具有7至32微米的长丝直径的纤维是优选的。在其它实施例中，长丝韧度是8至60克/分特。在一些实施例中，所述基底是纸材。优选的纸材包含高强度纤维和粘合剂这两者。在一个实施例中，所述纸材包含10重量百分比至100重量百分比的纤维以及相应的0重量百分比至90重量百分比的粘合剂。在另一个实施例中，所述纸材包含10重量百分比至85重量百分比的纤维以及15重量百分比至90重量百分比的粘合剂。在另一个实施例中，所述纸材包含50重量百分比至100重量百分比的纤维以及0重量百分比至50重量百分比的粘合剂。所述纸材的高强度纤维具有至少180克/分特(200克/旦尼尔)的初始杨氏模量(Young’smodulus)和11克/分特(10克/旦尼尔)至56克/分特(50克/旦尼尔)的韧度。在一个实施例中，所述纸材中纤维的长度是0.5至26mm。在另一个实施例中，纤维的长度是1至8mm，并且在另一个实施例中，纤维的长度是1.5至6mm。增强基底还可以包括与高模量纤维共混的具有较低强度和模量的纤维。共混物中较低强度纤维的量将基于具体情况根据芯材结构的期望强度而不同。低强度纤维的量越高，则芯材结构的强度将越低。在一个优选的实施例中，较低强度纤维的量不应当超过30％。这种较低强度纤维的例子是聚(对苯二甲酰乙二胺)纤维或纤维素。增强基底可以包含少量的无机颗粒，并且代表性颗粒包括云母、蛭石等；添加这些性能增强添加剂将赋予所述基底并且从而将赋予最终的芯材结构以诸如改进的耐火性、导热性、尺寸稳定性等的特性。在一些实施例中，纸材厚度是12至1270微米(0.5至50密耳)，并且纸材基重是10至900克/平方米(0.29至230盎司/平方码)。纸材可以是单个片材或已经层合在一起的多个片材。构成纸材的纤维可以呈单独使用或组合使用的短纤维(絮凝物)或纸浆的形式。一般通过将连续的卷绕长丝切割成特定长度的段来制备絮凝物。如果絮凝物的长度小于0.5毫米，那么它一般过短而不能提供具有足够强度的纸材。如果絮凝物的长度大于26毫米，那么它很难形成均匀的湿铺基底。难以制备具有足够横截面均匀度和再现性的具有小于5微米，并且特别是小于3微米的直径的絮凝物。如果絮凝物直径大于20微米，那么它很难形成具有轻至中等基重的均匀纸材。如本文所用的术语“纸浆”意指具有秆和一般从其延伸的原纤的纤维材料的颗粒，其中所述秆一般是圆柱形的并且直径为约10至50微米，并且原纤是一般接合到秆的细的毛发样部分，测量所述原纤的直径仅为一微米的若干分之几或几微米并且长度为约10至100微米。用于制备芳族聚酰胺纸浆的一种可能的例证性方法公开于美国专利号5,084,136中。优选的粘合剂是沉析纤维。如本文所用的术语“沉析纤维”意指小的薄膜状的基本上二维的颗粒的非常细碎的聚合物产物，其具有约100至1000微米的长度和宽度以及约0.1至1微米的厚度。通常通过使聚合物溶液流动到与该溶液的溶剂不混溶的液体的凝固浴中来制备沉析纤维。聚合物溶液流在聚合物凝聚时经受剧烈的剪切力和紊流。沉析纤维的制备教导于美国专利3,756,908中，其中对工艺的综述性讨论参见于美国专利2,999,788中。应当根据美国专利3,756,908的教导内容将沉析纤维细化到仅对允许最终纸材的持久性压实和饱和度有用的程度。优选的用于本专利技术中沉析纤维的聚合物包括芳族聚酰胺(聚(间苯二甲酰间苯二胺)和聚(对苯二甲酰对苯二胺))。其它粘合剂包括聚磺酰胺(PSA)、聚苯硫醚(PPS)以及聚酰亚胺。其它粘合剂材料呈树脂的一般形式，并且可以是环氧树脂、酚醛树脂、聚脲、聚氨酯、三聚氰胺甲醛树脂、聚酯、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、醇酸树脂等。优选的树脂具有水分散性和热固性。最优选的树脂粘合剂包含水分散性环氧树脂。粘合剂也可以源自于生物来源。这种聚合物的例子是基于1，3-丙二醇的聚合物，这种二醇组分是经由发酵工艺从玉米葡糖制得的。大豆是生物粘合剂材料的另一个来源。纤维和沉析纤维这两者的组成可以是变化的。纤维的优选类型包括芳族聚酰胺、液晶聚酯、聚吲哚、聚吡啶并唑、本文档来自技高网...

【技术保护点】
纤维‑树脂复合材料片材，包含增强纤维基底和被涂覆到所述基底上或所述基底中的树脂，所述树脂包含第一热塑性聚合物和第二热塑性聚合物，其中(i)所述第一聚合物和所述第二聚合物形成两相共混物，(ii)所述第一聚合物是热塑性的，具有75℃至400℃的熔点并且与所述第二聚合物形成连续相或共连续相，(iii)所述第二聚合物分散于所述第一聚合物的连续相或共连续相中，具有0.01至15微米的有效直径并且具有25℃至350℃的熔点，(iv)所述第一聚合物占所述共混物中第一聚合物和第二聚合物的总重量的35重量百分比至99重量百分比，(v)所述第二聚合物具有比所述第一聚合物的熔点低至少5℃的熔点，并且(vi)所述基底的增强纤维来自具有3至60克/分特的韧度和5至200微米的长丝直径的纤维。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.23 US 61/602,1991.纤维-树脂复合材料片材，包含增强纤维基底和被涂覆到所述基底上或所述基底中的树脂，其中所述纤维基底是纸材或织物，所述树脂包含第一热塑性聚合物和第二热塑性聚合物，其中(i)所述第一聚合物和所述第二聚合物形成两相共混物，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物是聚丙烯、缩聚物或弹性体嵌段共聚物，(ii)所述第一聚合物是热塑性的，具有75℃至400℃的熔点并且与所述第二聚合物形成连续相或共连续相，(iii)所述第二聚合物分散于所述第一聚合物的连续相或共连续相中，具有0.01至15微米的有效直径并且具有25℃至350℃的熔点，(iv)所述第一聚合物占所述共混物中第一聚合物和第二聚合物的总重量的35重量百分比至99重量百分比，(v)所述第二聚合物具有比所述第一聚合物的熔点低至少5℃的熔点，并且(vi)所述基底的增强纤维来自具有3至60克/分特的韧度和5至200微米的长丝直径的纤维。2.根据权利要求1所述的复合材料片材，其中所述第一聚合物是聚酰胺。3.根据权利要求2所述的复合材料片材，其中所述第二聚合物是被金属盐部分中和了的乙烯、α,β-不饱和C3-C8羧酸和α,β-不饱和C3-C8二羧酸的三元共聚物。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：O罗赞特，L博格，O马格宁，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US