本发明专利技术涉及控制复合材料中渗透性和纤维体积分数的聚合物纳米颗粒。纤维束可包括多个增强长丝，每个增强长丝具有长丝横截面宽度。至少一部分聚合物纳米颗粒可连接至少一个增强长丝和/或至其它聚合物纳米颗粒。聚合物纳米颗粒可具有小于增强长丝横截面宽度的颗粒横截面宽度。聚合物纳米颗粒可提供增强长丝之间的局部长丝间隔以减少或避免增强长丝之间的直接接触，进而允许树脂在长丝之间流动，和/或满足纤维体积分数要求。
【技术实现步骤摘要】
本公开内容一般地设及复合材料，并且更具体地设及复合结构中的纳米颗粒用于 控制纤维床渗透性和纤维体积分数的用途。
技术介绍
可通过叠铺一叠复合层W形成复合敷层来形成复合结构。每个复合层可包括多个 增强纤维或纤维束。每个纤维束可包括多个增强长丝。例如，单纤维束可形成为一束数千 个或更多个增强长丝。可将热和/或压力施加至复合敷层W加固该叠复合层和固化或硬化 树脂。可被动地或主动地冷却复合敷层W形成复合结构。 复合结构通常被设计为具有特定的纤维体积分数W满足强度、刚度和复合结构的 其它设计要求。纤维体积分数可被描述为复合结构中的增强纤维的总体积与复合结构的总 体积的比率。在制造期间可控制的复合敷层的纤维体积分数的精确度对复合结构满足设计 要求的能力可能具有显著的影响。 复合敷层中增强长丝之间的间隔对复合结构的纤维体积分数可能具有直接影响。 对于在叠铺前使用树脂预浸溃的复合层（例如，预浸复合层），通过在预浸操作期间控制施 加至纤维束或增强长丝的树脂的量，可直接控制增强长丝之间的间隔。对于用干纤维复合 层形成的复合敷层，通过控制叠铺加工条件，诸如控制在浸溃树脂进入干纤维复合层期间 施加的加固压力和/或真空压力的大小和/或持续时间，可间接控制增强长丝之间的间隔。 在常规的复合材料制造中，增强长丝之间的局部间隔可从许多长丝直径至零变 化。在零间隔处，增强长丝相互直接接触。增强长丝之间的直接接触可能导致数个不期望 的影响。例如，直接接触的增强长丝可在树脂浸溃过程期间抑制增强长丝之间的树脂流动， 其可导致增强长丝的不完全润湿，形成不期望的空隙和裂纹形核的位点。此外，直接接触的 增强长丝可在复合结构中呈现高应力的位置，并且可导致树脂中的微裂纹。 可W看出，在本领域中存在对用于控制复合敷层中增强长丝之间的局部间隔的系 统和方法，W允许长丝之间的树脂流动，进而满足纤维体积分数要求和减少或避免增强长 丝之间的直接接触的需求。
技术实现思路
上文记载的与复合敷层相关的需求通过本公开内容具体地解决，本公开内容提供 了可包括多个增强长丝的纤维束，每个增强长丝具有长丝横截面宽度。一个或多个聚合物 纳米颗粒可被连接至增强长丝中的至少一个和/或其它聚合物纳米颗粒。聚合物纳米颗粒 可具有小于增强长丝横截面宽度的颗粒横截面宽度。聚合物纳米颗粒可在增强长丝之间提 供局部长丝间隔W减小或避免增强长丝之间的直接接触，进而允许长丝之间的树脂流动， 和/或满足纤维体积分数要求。 还公开了包括树脂和嵌入树脂中的多个纤维束的组合物。每一个纤维束可由多个 增强长丝组成。每个增强长丝可具有长丝横截面宽度。组合物可进一步包括连接至增强长 丝的多个聚合物纳米颗粒。聚合物纳米颗粒可具有小于长丝横截面宽度的颗粒横截面宽 度。 还公开了制造复合结构的方法。该方法可包括将多个聚合物纳米颗粒连接至一个 或多个增强长丝。每一个增强长丝可具有长丝横截面宽度。聚合物纳米颗粒可具有小于长 丝横截面宽度的颗粒横截面宽度。该方法可额外地包括诸如在树脂浸溃期间使用聚合物纳 米颗粒维持邻近增强长丝之间的长丝间隔。 已经讨论过的特征、功能和优势可在本公开内容的多种实施方式中独立地实现或 者可在还其它实施方式中组合，可参阅下文中的如下描述和附图看到其进一步的细节。【附图说明】 在参阅附图的情况下，本公开内容的运些和其它特征将变得更加显而易见，其中 遍及全文相同的数字表示相同的部件，并且其中： 图1是复合结构的框图，其包括树脂和由增强长丝形成的纤维束，并且包括用于 维持邻近增强长丝之间的长丝间隔的聚合物纳米颗粒； 图2是包括一叠单向层的复合结构的透视图，每个单向层由多个连续的增强纤维 形成； 图3显示了沿着图2的线3截取的一部分复合结构的横截面，并且显示了W不同 角度定向的单向复合层的增强长丝； 图4是嵌入树脂中的多个增强长丝的示意性横截面视图，并且显示了互相直接接 触并且导致了树脂中的裂纹的增强长丝； 图5是图4的增强长丝的示意性横截面视图，并且进一步包括维持增强长丝之间 的局部长丝间隔的聚合物纳米颗粒； 图6是嵌入树脂中的第一长丝和第二长丝的示意图，并且显示了通过聚合物纳米 颗粒与第二长丝分离的第一长丝，该聚合物纳米颗粒可被连接至第一长丝和/或第二长 丝，使得聚合物纳米颗粒防止第一和第二长丝之间的接触； 图7是连接至第一长丝的第一聚合物纳米颗粒和连接至第二长丝W及连接至第 一聚合物纳米颗粒的第二聚合物纳米颗粒，并且防止第一和第二长丝之间的接触的示意 图； 图8是具有烙化的可烙的护套的皮忍型纳米颗粒的示意图； 图9是烙化烙合至增强长丝的皮忍型纳米颗粒的护套的示意图； 图10是连接至增强长丝的浆料的聚合物纳米颗粒的示意图； 图11是图解了可包括在制造复合结构的方法中的一个或多个操作的流程图； 图12是用于连续地施加聚合物纳米颗粒至纤维束的增强长丝的系统的示意图。【具体实施方式】 现在参阅附图，附图中的显示是为了图解本公开内容的多种实施方式的目的，图1 中显示的是包括纤维床的复合结构100的框图，所述纤维床包括纤维束150。纤维束150可 被嵌入树脂110中。每一个纤维束150可包括多个增强长丝158。每一个增强长丝158可 具有长丝横截面宽度160 (图6)或直径。一个或多个聚合物纳米颗粒200可连接至增强长 丝158和/或其它聚合物纳米颗粒200。在一些实例中，一部分聚合物纳米颗粒200可包括非连接的纳米颗粒214 (例如， 见图5)，其可邻近一个或多个增强长丝158和/或邻近一个或多个聚合物纳米颗粒200被 机械地截留。每一个聚合物纳米颗粒200可具有可W小于长丝横截面宽度160的颗粒横截 面宽度202 (图6)。例如，聚合物纳米颗粒200具有10-200纳米的颗粒横截面宽度202， 并且增强长丝158可具有5-30微米的长丝横截面宽度160。例如，碳增强长丝158可具有 5-10微米的长丝横截面宽度。玻璃增强长丝158可具有10-25微米的长丝横截面宽度。 有利地，聚合物纳米颗粒200可充当增强长丝158之间的间隔，并且可维持或控制 纤维床152的渗透性，使得树脂110可在增强长丝158之间流动（图1)和/或浸溃或均匀 地浸湿增强长丝158。此外，聚合物纳米颗粒200可防止增强长丝158之间的直接接触。如 上文所指示的，增强长丝158之间直接的长丝与长丝的接触可在复合结构100中呈现局部 高纤维含量的区域（图1)。聚合物纳米颗粒200可防止直接的长丝与长丝的接触和复合敷 层102中局部高纤维含量的相关区域，并且可W从而在可呈现裂纹起始位点的运样的位置 减少或避免应力集中。 此外，聚合物纳米颗粒200可提供用于精确地控制最终复合结构100的纤维体积 分数的手段。如上文所指示的，复合结构100的纤维体积分数可被描述为复合结构100中增 强纤维150 (图1)的体积与复合结构100的总体积的比率。当树脂流经增强长丝158或在 增强长丝158之间时，聚合物纳米颗粒200至少在部分制造过程期间可被配置为增强长丝 158之间的间隔。聚合物纳米颗粒200的颗粒横截面宽度202和/或聚合物纳米颗粒200 相对于树脂体积的总体积可提供用于精确地控制复合敷层102的纤维体积分数的手本文档来自技高网...
【技术保护点】
纤维束，其包括：多个增强长丝(158)，每个增强长丝具有长丝横截面宽度；多个聚合物纳米颗粒(200)；所述聚合物纳米颗粒(200)具有小于所述长丝横截面宽度的颗粒横截面宽度；和至少一部分所述聚合物纳米颗粒(200)连接至至少一个所述增强长丝(158)和/或至其它聚合物纳米颗粒(200)。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·S·威伦斯基，S·J·莫伊雷，M·P·科扎，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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