具有改善的耐火性的纤维增强复合材料及由其制成的结构组件制造技术

本发明专利技术提供一种纤维增强复合材料（10），包含本体部分（12）和表面部分（14），所述本体部分（12）包含具有嵌入其中的增强纤维的本体基体，所述表面部分（14）包含多个充当“膨胀层”的层压的第一层（20），其在火焰影响过程中膨胀和/或分层。优选地，该表面部分（14）进一步包含多个不同于第一层（20）并充当“阻隔层”的层压的第二层（22），其中膨胀层（20）和阻隔层（22）可以以交替顺序排列（20-1、22-1、20-2、22-2）。本发明专利技术的材料（10）与传统的纤维增强复合材料相比表现出改善的耐火性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的耐火性的纤维增强复合材料及由其制成的结构组件本专利技术涉及可用于其中需要高强度-密度比的应用的纤维增强复合材料。例如，这适用于飞行器如飞机和直升机的结构组件。传统纤维增强复合材料包含基体和嵌在其中的增强纤维。该基体通常是可能含有特定添加剂的热固化树脂（“树脂体系”）。该增强纤维通常以分别在灌注过程或预浸料坯过程中处理的干燥或预浸渍的纤维毡形式提供。此类处理可以在成型工具（模具）中发生，在所述模具中多个纤维毡例如机织织物或无折皱织物堆叠并固化以制造该纤维增强复合材料。取决于用于生成该基体的材料，许多纤维增强复合材料具有防火性能，所述防火性能对它们的应用而言不足。传统材料如碳纤维增强塑料（CFRP）可能着火和燃烧，释放热量、烟和有毒气体。此外，在火焰造成的提高的温度下，该结构的结构完整性降低。因此，负载型复合结构在遇到火时通常在短期内坍塌。当存在的应力是压缩力时这是特别值得注意的，因为当该基体达到其软化点时压缩应力会降至非常低的值。因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有改善的耐火性的纤维增强复合材料。根据本专利技术，通过权利要求1所述的纤维增强复合材料实现该目的。从属权利要求涉及本专利技术的有利的实施方案和发展。本专利技术的纤维增强复合材料包括包含具有嵌入其中的增强纤维的本体基体的“本体部分”和包含多个层压的第一层的“表面部分”，所述表面部分在火焰影响过程中膨胀和/或分层优选高于100%且更优选高于100%。在一个实施方案中，该表面部分与该本体部分截然不同，即具有不同于本体的结构的结构。在这种材料中，该本体部分可以具有现有技术中已知的任何类型的结构。在一个优选的实施方案中，该本体部分是包含嵌在树脂基体（本体基体）中的多个纤维材料层（例如薄纱、无折皱织物、单向纤维等等）的多层结构。该基体优选是环氧体系，或任何其它树脂，例如热固化树脂。此外，该基体可以是热塑性塑料。在其它实施方案中，该本体基体是基于苯并噁嗪或氰酸酯的体系。后一种基体材料在航空应用中特别令人感兴趣。嵌在本体基体中的该增强纤维，优选以纤维毡形式布置，可以是碳纤维、玻璃纤维或其它纤维。对本专利技术而言必不可少的是：此类本体部分（“本体复合材料”）通过附加的防火层补充，所述防火层例如为包含多个层压层的单独的表面部分（“表面层压件”）形式，该防火层在火焰影响过程中膨胀和/或分层。这些层在下文中称为“第一层”或“膨胀层”。此类表面部分或“表面层压件”可以在片状本体复合材料的一个或两个表面上提供，产生对下方的本体复合材料的火焰保护。在另一实施方案中，该“表面层压件”具有与“本体部分”相同的结构，即具有嵌入其中的增强纤维并包含多个层压的第一层，其在火焰影响过程中膨胀和/或分层。由此，特别地，该“表面层压件”可以与该“本体部分”相同。当暴露于火焰热量时，该膨胀层将膨胀和/或分层。以这种方式，可以显著降低导热性，由此延缓热向下方本体部分的进展。由此，本专利技术的材料可以在更大程度上承受火焰，并在延长的时间内保持结构完整性（在本体部分中）。优选地，该表面层压件在箔（用于该表面层压件）的情况下具有下方本体部分厚度的至少1%、特别是至少2%的厚度，并且在纤维增强材料的情况下具有下方本体部分厚度的最多20%的厚度。另一方面，该表面层压件的厚度优选小于下方本体部分厚度的100%、特别是小于10%。但是，如上所述，“第一层”可以集成到该“本体部分”中，以使得该表面部分可以与该本体部分相同。在一个实施方案中，至少一个膨胀层包含热塑性膜。优选地，该热塑性塑料是选自以下的聚合物：聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）、聚酰胺（PA）、聚酰胺-酰亚胺（PAI）、聚砜（PSU）、聚苯砜（PPSU）、聚醚酮（例如PEEK、PEKK）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（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。优选地，选择或改性该热塑性塑料以使得其能够在例如高于其玻璃化转变温度或熔融温度的温度下膨胀，所述温度高于（例如200至240℃）制造过程中的加工温度，并高于随后应用中的使用温度。优选地，该热塑性塑料在小于400℃、优选小于250℃的温度下开始膨胀。在这种情况下，该膨胀在火灾的早期阶段发生。该热塑性塑料（或聚合物）膜可以是穿孔的（具有孔口，如小洞和/或狭缝）以允许该基体材料在表面层压件的制造过程中分布在整个表面层压件中。例如，针或激光穿孔可用于在该膜中生成合适的孔口，提高基体材料（例如环氧体系）的浸润流动。为此，例如可以提供六边形或正方形的穿孔图案（穿孔距离例如1至5厘米，穿孔直径例如0.5至2毫米）。该膜的开缝或穿孔也可用于提高悬垂弯曲度，即提高悬垂性。在一个实施方案中，至少一个膨胀层包含纤维（优选碳或玻璃纤维），例如分散在塑料膜中的短纤维，或为嵌在塑料中的无纺织物（例如绒头织物）形式。也可以使用连续纤维（单向或编织）。在一个实施方案中，至少一个膨胀层包含膨胀改性剂，例如发泡剂、可膨胀石墨和/或磷产品（例如聚磷酸铵）。此类改性剂可以有利地促进各膨胀层的膨胀。在一个实施方案中，至少一个膨胀层具有5至300µm、优选10至200µm、更优选20至130µm、特别是125µm的厚度。具有厚度为125µm或125±25µm的膨胀层的实施方案的复合材料与具有较薄或较厚的膨胀层的复合材料相比具有较低的放热率和延迟的点燃性（ignites）。该表面层压件可以包含例如一个、两个、三个、四个或甚至更多个膨胀层。在一个优选的实施方案中，该表面层压件不仅由膨胀层（第一层）组成，还进一步包含多个不同于该第一层的层压层（第二层）。该第二层可以设计为具有降低热传递的功能、防止氧气（空气）扩散至本体基体和/或防止可燃产物从本体基体扩散至外部（点火区）。因此，第二层在下文中也称为“阻隔层”。采用上述膨胀层和阻隔层，该表面层压件可以具有由这两种不同类型层组成的多材料设计。优选地，该膨胀层与该阻隔层以交替顺序堆叠以形成该表面层压件。特别地，此类顺序可以包含至少一个膨胀层和一个阻隔层，或例如至少两个膨胀层和两个阻隔层。一个实例是顺序阻隔-膨胀-阻隔-膨胀，其中该表面层压件的外侧优选由阻隔层构成，内侧（邻接本体复合材料）优选由膨胀层构成。其它布置如为了协同效应的不同阻隔层的组合也是可能的。另一种可能的布置是具有不同膨胀行为和/或不同膨胀温度的膨胀层的组合以优化对下方本体材料的保护。另一种可能的布置是在阻隔层或/和膨胀层之间或在阻隔层或/和膨胀层顶部的纤维增强热塑性塑料或纤维增强树脂层，其可被改性，以充当附加的阻隔、膨胀、稳定或结构层。上述交替层还可以在整个材料厚度中使用。在一个实施方案中，至少一个阻隔层包含具有嵌入其中的增强纤维.的基体（“表面基体”）。以这种方式，各阻隔层可以有利地提供该材料的机械强度。可以使用短纤维（例如分散在表面基体中）或纤维毡（mat）形式的连续纤维（continuousfibers）。该表面基体可以是与本体基体具有相同的材料（例如环氧树脂），或是另一种材料。在一个实施方案中，该阻隔层包含具有连续纤维（例如碳纤维）、单向纤维或编织纤维的热塑性膜，例如嵌在PEI预浸料坯中。作为树脂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
纤维增强复合材料（10），包含：－ 包含具有嵌入其中的增强纤维的本体基体的本体部分（12），和－ 包含多个层压的第一层的表面部分（14），其在火焰影响过程中膨胀和/或分层，其特征在于至少一个第一层（20）包含热塑性膜，并且其特征在于该表面部分（14）进一步包含多个不同于该第一层（20）并与第一层（20）以交替顺序排列的层压的第二层（22）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.09 EP 11009717.71.纤维增强复合材料（10），包含：－包含具有嵌入其中的增强纤维的本体基体的本体部分（12），和－包含多个层压的第一层的表面部分（14），其在火焰影响过程中膨胀和/或分层，其特征在于至少一个第一层（20）包含热塑性膜，并且其特征在于该表面部分（14）进一步包含多个不同于该第一层（20）并与第一层（20）以交替顺序排列的层压的第二层（22）。2.如权利要求1所述的材料，其中至少一个第一层（20）包含纤维。3.如权利要求1或2所述的材料，其中至少一个第一层（20）包含起泡改性剂。4.如权利要求1或2所述的材料，其中至少一个第一层（20）具有5至300µm的厚度。5.如权利要求1或2所述的材料，其中至少一个第二层（22）包含具...

【专利技术属性】
技术研发人员：H卢因格，M许特，G吉布森，
申请(专利权)人：伊德斯德国股份有限公司，泰恩河畔纽卡斯尔大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE