包含形状记忆合金线的材料和制备这些材料的方法技术

本发明专利技术涉及非编织复合材料、其制备方法和用途，包括包含所述复合结构的制品。更具体地说，本发明专利技术涉及具有所需冲击性能和抗穿透性的非编织复合材料。

Materials containing shape memory alloy wires and methods of preparing these materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含形状记忆合金线的材料和制备这些材料的方法
本专利技术涉及复合材料、其制备方法和用途，包括包含所述复合材料或由所述复合材料形成的制品。更具体地说，本专利技术涉及具有所需冲击性质的非编织复合材料、其制备方法和用途。本专利技术还涉及适于制备本专利技术的复合材料的预浸材料和预成型材料及其制备方法。
技术介绍
纤维增强聚合物(FRP)复合物作为一类材料是已知的，并且包含聚合物基质相，在该聚合物基质相中嵌入纤维，其通常为碳、玻璃或芳族聚酰胺的纤维。常规FRP复合物对冲击损伤具有相对差的抵抗，这种冲击损伤，在飞机结构的情况下，可能会在使用中例如由跑道碎片或鸟撞击给予。为了提高FRP复合结构的抗冲击性，已知在纤维增强聚合物复合物中掺入形状记忆合金(SMA)或超弹性合金（其是SMA的一种类型）。WO2006/046008(WO‘008)描述了纤维增强聚合物复合结构，其掺入了含有碳纤维束或其它纤维和形状记忆合金的线的编织预成型。据报道，SMA线能够吸收比FRP复合物的较常规组分大得多的量的应变能，并且它们增强了结构的抗冲击性和抗穿透性。为了制备WO‘008的复合结构，SMA线与至少一些增强纤维一起编织在一个或多个整体预成型中。尽管与使用单向（非编织）层片制备的复合材料相比，编织方法可能导致复合材料的面内强度降低，但通常认为与WO‘008中所述材料相关的令人惊奇且有利的性质可能至少部分归因于材料的编织性质。令人惊奇的是，本专利技术人已经发现，可以在不必求助于使用编织结构的情况下实现（至少）广泛可比的冲击性能和穿透性质。专利技术简述本专利技术的目的是提供一种SMA增强复合材料（其在本文中也可以称为SMA/复合材料），其当与已知的编织复合材料（例如WO‘008中所述）相比具有至少相当的性能，特别是与抗冲击性和抗穿透性有关的性能，并且优选地，这样的材料应该提供多种适于商业生产的途径。本专利技术的进一步的目的是提供制备一种或多种所述复合材料的方法及其用途。根据本专利技术的第一方面，提供了一种复合材料，其包含：聚合物基质材料，其具有增强纤维和嵌入其中的形状记忆合金(SMA)线，其中所述SMA线和增强纤维不编织在一起。在本专利技术的第一方面中，SMA线和增强纤维可以替代地或附加地被描述为是单向的。因此，并根据本专利技术的进一步的方面，提供了一种复合材料，其包含：聚合物基质材料，其具有增强纤维和嵌入其中的形状记忆合金(SMA)线，其中所述SMA线和增强纤维是单向的。在本专利技术的第一方面和进一步的方面中，复合材料可由单个层片组成或包含单个层片。复合材料可包含多于一个层片。多于一个层片在本文中可被称为多层片。聚合物基质可由树脂形成，更具体地说，聚合物基质可通过固化聚合物树脂形成。聚合物树脂还可包含固化剂或硬化剂。聚合物树脂在固化之前可以至少部分地聚合。固化通常可引起交联的形成。在第二方面，提供了一种适于形成根据本专利技术的第一方面或进一步的方面的复合材料的预浸材料，其包含增强纤维和SMA线，其中SMA线和增强纤维不编织在一起，并且其中纤维浸渍有和/或涂布有聚合物树脂。在预浸材料或形式中，增强纤维和SMA线可以用没有固化或尚未固化的聚合物树脂涂布和/或浸渍（在纤维的情况下）。可以把预浸材料看作是单个层（或单个层片）。在第三方面，提供了一种适于形成根据本专利技术的第一方面或进一步的方面的复合材料的预成型材料，其包含增强纤维和SMA线的层，其中SMA线和增强纤维不编织在一起。在预成型材料中，对于其每个层，非编织SMA线和增强纤维可通过丝（例如重量轻的丝）保持在一起。该丝可由聚合物（如聚酯）组成或包含聚合物（如聚酯）。预成型材料在本文中可以被称为非卷曲织物或非卷曲编织物。丝可通过例如在经向并且优选地仅在经向被编织到结构中而将SMA线和增强纤维保持在一起。这种布置可以被称为非卷曲编织物。非卷曲织物可包含在单个平面中或在单个层中将SMA线缝合在一起，例如使用上面提到的丝。该层可包含在所述层的堆叠中以形成所述非卷曲织物，其可以是多轴织物，例如二轴、三轴或四轴或大于四轴。尽管聚合物树脂可以与所述预成型组合，除非另有说明，预成型可以被认为是指SMA线和增强纤维在不存在聚合物树脂的情况下存在，即它们基本上是“干燥”形式。如上所述，该预成型材料可包含在堆叠中，即堆叠可包含多于一个预成型材料层或层片，并且可以被称为预成型材料堆叠。此外，该堆叠可以被称为层压堆叠。预成型材料（单层片或多层片）可以与聚合物树脂组合。例如，可以用树脂浸渍预成型。浸渍可以使用树脂传递模塑(RTM)或任何其它已知的浸渍技术来实现。可以使用模塑方法（如注塑）来施加树脂。在本专利技术的第四方面中，提供了一种带，其包含根据本专利技术第二方面的预浸材料或由其组成。所述带可具有等于或小于约8cm，例如小于约6.5cm，或小于约5cm，或小于约3cm的宽度。所述带可以至少约3mm宽。带可具有单个预浸材料层或层片或由其组成。通常，所述带可在作为背衬提供的基材（如纸或聚合物）上形成或制备。在将该带沉积在表面或模具上之前，去除该基材（例如纸或聚合物）。在本专利技术的第五方面，提供了一种制备根据本专利技术第一（或进一步的）方面的复合材料的方法，包含形成根据本专利技术第三方面的第一预成型材料层，形成至少一个进一步的预成型材料层，并在所述第一预成型材料层上沉积或成层所述至少一个进一步的预成型材料层，以形成堆叠的预成型材料，并将聚合物树脂施加到所述堆叠的预成型材料上，固化聚合物树脂以形成所述复合材料。预成型材料层相对于彼此的取向可以使得实现所需的面内性能。可以使用模塑方法（如注塑）或浸渍方法（如树脂传递模塑）来施加树脂。在本专利技术的第六方面，提供了一种制备根据本专利技术的第一（或进一步的）方面的复合材料的方法，其包含将本专利技术的第二方面的预浸材料或本专利技术的第四方面的带或本专利技术的第三方面的预成型材料与聚合物树脂组合之后，将其固化。根据本专利技术的复合材料和/或预浸材料特别适合用于带或纤维铺设方法。例如，根据本专利技术的材料在自动化带铺设(ATL)和自动化纤维放置(AFP)技术中特别有用。在本专利技术的第七方面，提供了一种制备根据本专利技术第一（或进一步的）方面的复合材料的方法，其包含将根据本专利技术第四方面的带铺设在基材上并固化该带。可以使用自动化带铺设方法来铺设或沉积该带。在本专利技术的第八方面中，提供了一种制备根据本专利技术第一方面的复合材料的方法，其包含将根据本专利技术第二方面的预浸材料铺设或放置在基材上，并固化所述预浸材料。可以使用自动化纤维放置方法来铺设或放置预浸材料。可以使用标准技术来固化以堆叠形式包括并与聚合物树脂组合的带，或更通常是预浸材料或预成型材料。这些固化技术是技术人员众所周知的。例如，以堆叠形式包括并与聚合物树脂组合的预浸材料或带或预成型材料，可以使用UV光和/或热进行固化以形成复合材料。固化可以在室温下进行。为了便于参考，与聚合物树脂组合的预浸材料和预成型材料在本文中可以被称为预固化材料。预固化材料可以暴露于UV光和/或热适当的时间，直到固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料，其包含：/n聚合物基质材料，其具有增强纤维和嵌入其中的形状记忆合金(SMA)线，其中所述SMA线和所述增强纤维不编织在一起。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170628 GB 1710287.21.一种复合材料，其包含：
聚合物基质材料，其具有增强纤维和嵌入其中的形状记忆合金(SMA)线，其中所述SMA线和所述增强纤维不编织在一起。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述SMA合金线选自Ti-Ni、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Nb或Ti-Ni-Hf，铜基SMA，如Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn-Mn、Cu-Al-Ni-Mn或Cu-Al-Mn-Ni，或铁基SMA，如Fe-Mn-Si、Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co、Fe-Ni-Mn、Fe-Ni-C或Fe-Ni-Co-Ti。


3.根据权利要求2所述的复合材料，其中所述SMA合金线是Ti-Ni。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合材料，其中所述增强纤维选自碳纤维、玻璃、芳族聚酰胺（例如Kevlar®）、聚乙烯或硼纤维中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的复合材料，其中所述增强纤维是碳纤维。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料，其中所述聚合物基质是热固性或热塑性聚合物。


7.根据权利要求6所述的复合材料，其中所述聚合物基质由环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯、聚乙烯酯、聚氨酯、酚醛树脂、氨基树脂或呋喃树脂形成。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合材料，其中所述聚合物基质是热固性聚合物，并且所述热固性聚合物是环氧聚合物。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料由单个层片组成或包含多个层片，并且在所述一个或多个层片的每一个中，所述SMA线和增强纤维以单个方向布置。


10.根据权利要求9所述的复合材料，其中所述复合材料包含多个层片，并且在至少2个层片中的所述单个方向是不同的。


11.根据权利要求10所述的复合材料，其中所述单个方向上的变化在>0°至<约180°的范围内。


12.根据权利要求1-11中任一项所述的复合材料，其中所述线为马氏体孪晶形式。


13.一种适于形成根据权利要求1至12中任一项所述的复合材料的预浸材料，其包含增强纤维和SMA线，其中所述SMA线和增强纤维不编织在一起，并且所述纤维涂布有和/或浸渍有尚未固化的聚合物树脂。


14.根据权利要求13所述的预浸材料，其中所述预浸材料是单个层（或单个层片）。


15.一种适于形成根据权利要求1至12中任一项所述的复合材料或权利要求13或14所述的预浸材料的预成型材料，其中所述预成型材料不包含聚合物树脂。


16.根据权利要求15所述的预成型材料，其中所述增强纤维和SMA线通过丝保持在一起。


17.根据权利要求16所述的预成型材料，其中所述丝由聚合物组成、基本上由聚合物组成或包含聚合物。


18.根据权利要求17所述的预成型材料，其中所述聚合物丝为聚酯丝。


19.根据权利要求15至18中任一项所述的预成型材料，其中所述预成型材料为非卷曲编织物预成型材料。


20.根据权利要求15至18中任一项所述的预成型材料，其中所述预成型材料是非卷曲织物预成型材料。


21.根据权利要求15至20中任一项所述的预成型材料，其中所述预成型材料是单个层（或单个层片）。


22.根据权利要求15至20中任一项所述的预成型材料，其中所述预成型材料包含多于一个层，例如堆叠。


23.根据权利要求21或22所述的预成型材料，其中所述预成型进一步包含聚合物树脂。


24.根据权利要求23所述的预成型材料，其中所述预成型用聚合物树脂浸渍。


25.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：AD福尔曼，CB米克斯，R韦斯特，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB