用于碳纤维的导电胶料制造技术

本文公开了一种导电的经施胶的纤维，其包括纤维和粘附在该纤维表面上的施胶组合物，其中所述施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒。本文还公开了纤维增强的树脂复合材料、包括纤维增强的树脂复合材料的制品以及制备这种导电的经施胶的纤维和由其制备制品的方法。由其制备制品的方法。由其制备制品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于碳纤维的导电胶料
[0001]相关申请
[0002]本申请涉及于2018年3月28日提交的专利技术名称为“用于碳纤维的导电胶料(sizing)”的美国临时申请No.62/649,035并要求其优先权，出于所有目的，将其内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开总体上涉及导电的经施胶的(sized)纤维，其包括纤维和粘附到该纤维表面的施胶(sizing)组合物，其中所述施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒。本公开总体上还涉及包括导电的经施胶的纤维的纤维增强的树脂复合材料、包括纤维增强的树脂复合材料的制品以及制备这种导电的经施胶的纤维的方法。
[0004]专利技术背景
[0005]一般来说，纤维增强的树脂复合材料具有良好的纵向导电性，但贯穿厚度的横向导电性差。因此，需要一种具有改善的贯穿厚度的横向导电性的改进的纤维增强的树脂复合材料。
[0006]专利技术概述
[0007]一方面，提供了一种导电的经施胶的纤维，其包括纤维和粘附在该纤维表面上的施胶组合物，其中该施胶组合物包含至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒。
[0008]另一方面，提供了一种方法，包括以下步骤：
[0009]a)通过将未施胶的纤维丝束牵引通过含有施胶组合物的施胶浴，以使未施胶的纤维丝束浸没在施胶组合物中，从而用施胶组合物涂覆施胶或未施胶的纤维丝束，施胶浴中所含的施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；
[0010]b)干燥经涂覆的纤维丝束以形成导电的经施胶的纤维，该导电的经施胶的纤维包括纤维和粘附在该纤维表面上的施胶组合物，该施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；和
[0011]c)缠绕导电的经施胶的纤维。
[0012]又一方面，提供了一种纤维增强的树脂复合材料，包括：
[0013]a)导电的经施胶的纤维增强材料(reinforcement)，包括
[0014]i)纤维，和
[0015]ii)粘附在该纤维表面上的施胶组合物，其中所述施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；和
[0016]b)粘结剂树脂。
[0017]又一方面，提供了一种制品，该制品包括彼此粘接的至少两个组件，其中该至少两个组件中的至少一个包括如上文所公开的纤维增强的树脂复合材料。
[0018]另一方面，提供了一种翼梁帽(spar cap)，其包括纤维增强的树脂复合材料，该纤维增强的树脂复合材料包括：
[0019]a)导电的经施胶的纤维增强材料，包括
[0020]i)纤维，和
[0021]ii)粘附在该纤维表面上的施胶组合物，其中所述施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；和
[0022]b)粘结剂树脂。
[0023]附图的简要概述
[0024]结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的一个(几个)实施方案，并且与书面描述一起用于解释本专利技术的某些原理。
[0025]图1示出了根据本专利技术的各个实施方案的标准的经施胶的纤维丝束和导电的经施胶的纤维丝束(基于施胶组合物的总量为10重量％的氧化石墨烯；纤维上0.15重量％的总胶料)的扫描电子显微照片。
[0026]图2示出了根据本专利技术的各个实施方案的制造导电的经施胶的纤维的方法的示意图。
[0027]图3示出了根据本专利技术的各个实施方案的在将分散体添加到施胶组合物中的步骤之前，通过超声处理将氧化石墨烯纳米颗粒重新分散在水性分散体中的设置的图片。
[0028]图4示出了在静置一周后的施胶组合物的图片，该施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒。
[0029]图5示出了根据本专利技术的各个实施方案的示例性制品的一部分的截面图，该制品包括彼此粘连的至少两个组件，其中该至少两个组件中的至少一个包括纤维增强的树脂复合材料。
[0030]图6示出了根据本专利技术的各个实施方案的包括复合面板的另一示意性制品的一部分的截面图。
[0031]图7示出了翼梁帽的一部分的示意性截面图。
[0032]图8示出了边缘氧化的氧化石墨烯纳米片(GONP)的示意图。
[0033]图9示出了根据本专利技术的各个实施方案的示意性C形截面的图片。
[0034]专利技术详述
[0035]尽管本文参考特定的实施方案说明和描述了本专利技术，但是本专利技术并不旨在受限于所示出的细节。相反，可以在与权利要求等同的范围和区间内，且在不偏离本专利技术的情况下对细节作出各种修改。
[0036]风能工业要求叶片的雷电防护，其中碳纤维增强的树脂复合材料已被广泛用于翼梁帽。由于碳纤维的很强的导电性各向异性以及这些碳纤维增强的树脂复合材料的单向平面丝束形式，这些碳纤维增强的树脂复合材料的纵向导电性可能比横向导电性高四个数量级。因此，由于这种各向异性，在受雷击时，高能电力将沿长度方向流动，但会沿横向形成电弧，这可能会导致温度升高，从而引起翼梁帽的分层或焚烧。因此，已经发现需要有效地增强形成翼梁帽的碳纤维增强的树脂复合材料的贯穿厚度的横向导电性。已经考虑了通过各种技术来提高材料的导电性，例如：
[0037]·
将导电颗粒直接包括在树脂中。但是，在某些情况下，此过程可能存在一些缺点，例如，难以将导电颗粒混合到树脂中，这可能导致粘度变化，从而影响灌注过程的性能。此外，如果导电颗粒是纳米颗粒，则如果处理不当，可能存在空气传播的危险。
[0038]·
将导电颗粒包括在热塑性颗粒中，随后包括在复合材料中。该技术会增加制造
成本，并且始终存在与复合树脂不相容的风险。
[0039]·
将导电颗粒等离子喷涂到纤维表面上可以在工艺中引入新的步骤。
[0040]·
创建用于将导电颗粒包括在复合层压板中的薄膜引起一些问题，尤其是在拉挤成型工艺或灌注工艺中很难或不可能做到。此外，这仅提供表面处理，因此不能解决在整个横截面提供导电率的问题。
[0041]由于这些方法存在各种问题，替代方法对于提高碳纤维增强的树脂复合材料的导电性可能更有效且更具成本效益。
[0042]本文公开了导电的经施胶的纤维、纤维增强的树脂复合材料、包括这种导电的经施胶的纤维和纤维增强的树脂复合材料的制品及其制备方法。
[0043]一方面，提供了一种导电的经施胶的纤维，其包括纤维和粘附在该纤维表面的施胶组合物。在这样的实施方案中，施胶组合物可以包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒。在一个实施方案中，施胶组合物基本上不含石墨烯纳米颗粒。
[0044]如本文所用，术语“基本上不含石墨烯纳米颗粒”是指石墨烯纳米颗粒没有被添加至施胶组合物，但是可以与氧化石墨烯纳米颗粒一起作为少量杂质存在。
[0045]如本文所用，术语“氧化石墨烯”是指石墨烯的氧化衍生物，在水性介质中具有所得的亲水性和胶体稳定性。此外，如本文所用，术语“氧化石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种导电的经施胶的纤维，包括：纤维，以及粘附在该纤维表面上的施胶组合物，其中所述施胶组合物包含至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的导电的经施胶的纤维，其中所述纤维是碳纤维。3.根据权利要求1或权利要求2所述的导电的经施胶的纤维，其中所述氧化石墨烯纳米颗粒为氧化石墨烯纳米片的形式。4.根据权利要求1至3中任一项所述的导电的经施胶的纤维，其中所述氧化石墨烯纳米颗粒被所述至少一种施胶化合物包封并粘附到所述纤维的表面。5.根据权利要求4所述的导电的经施胶的纤维，其中所述氧化石墨烯纳米颗粒以单个纳米颗粒和/或纳米颗粒簇的形式粘附到所述纤维的表面。6.根据权利要求1至5中任一项所述的导电的经施胶的纤维，其中所述纤维为干丝束、织物、毡、粗布、预浸料、拉挤片或片状模塑料的形式。7.一种方法，其包括以下步骤：(a)通过将施胶或未施胶的纤维丝束牵引通过含有施胶组合物的施胶浴，以使未施胶的纤维丝束浸没在施胶组合物中，从而用施胶组合物涂覆施胶或未施胶的纤维丝束，施胶浴中所含的施胶组合物包含至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；(b)干燥经涂覆的纤维丝束以形成导电的经施胶的纤维，该导电的经施胶的纤维包括纤维和粘附在该纤维表面上的施胶组合物，该施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；和(c)缠绕导电的经施胶的纤维。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括形成拉挤片、灌注树脂的织物、片状模塑料或预浸渍带的形式的纤维增强的树脂复合材料。9.根据权利要求856所述的方法，其中形成纤维增强的树脂复合材料的步骤包括：a)将导电的经施胶的纤维布置成织物；和b)用粘结剂树脂灌注织物以形成灌注树脂的织物或预浸料。10.根据权利要求8所述的方法，其中形成纤维增强的树脂复合材料的步骤包括：a)将导电的经施胶的纤维布置成平面丝束形式；和b)用粘结剂树脂灌注平面丝束形式；和c)拉挤灌注树脂的平面丝束形式以形成拉挤片。11.根据权利要求8所述的方法，其中形成纤维增强的树脂复合材料的步骤包括：a)将多个短切的或多个连续的导电纤维中的至少一个与粘结剂树脂混合；和b)将所得的组合物压制成型或注塑成制品。12.根据权利要求8所述的方法，其中形成纤维增强的树脂复合材料的步骤包括：a)将导电的经施胶的纤维和用导电的经施胶的纤维制成的织物的组合布置成结构截面形式；b)用粘结剂树脂灌注结构截面形式；和c)拉挤灌注树脂的截面以形成拉挤的结构截面。13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其还包括通过将至少两个组件彼此粘接
而形成制品，其中所述至少两个组件中的至少一个包括纤维增强的树脂复合材料。14.一种纤维增强的树脂复合材料，包括：a)导电的经施胶的纤维增强材料，其包括i)纤维，和ii)粘附在该纤维表面上的施胶组合物，其中所述施胶组合物包括至少一种施胶化合物和多个氧化石墨烯纳米颗粒；和b)粘结剂树脂。15.根据权利要求14所述的纤维增强的树脂复合材料，其中所述纤维是碳纤维。16.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：卓尔泰克公司，
类型：发明
国别省市：