用于复合结构的表面材料制造技术

披露了用于复合结构中的多功能表面材料。根据一个实施例，该表面材料包括(a)加强层、(b)可固化树脂层、(c)导电层、以及(d)非织造层，其中该加强层(a)和该非织造层(d)是最外层并且这些最外层的暴露表面在室温(20℃至25℃)下是基本上无粘性的。该导电层可以插置在该可固化树脂层与该加强层之间或者嵌入在该可固化树脂层中。根据另一个实施例，该表面材料包括在两个可固化树脂层之间的流体阻挡膜。这些表面材料可以是呈适用于自动铺放的连续或细长带的形式。或细长带的形式。或细长带的形式。

【技术实现步骤摘要】
用于复合结构的表面材料
[0001]本申请是申请日为2016年11月29日，申请号为201680070051.9，题为“用于复合结构的表面材料”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]近年来，树脂浸渍的纤维增强的复合材料已被用于制造航天结构零件，诸如机翼和机身。用于制造航天零部件的复合材料必须具有保护这些零件免受由诸如雷击、下雨、下雪以及潮湿等常见环境事件造成的损害或危害的某些特征。如果此类零件导电不充分并且在整个飞机上接地，则雷击可能严重损害和/或击穿零部件。流体和湿气侵入到含有蜂窝或泡沫芯的复合夹层板中是常见的问题。因此，希望此类零部件被制造为具有除其他特征之外的防止或减轻由雷击和流体侵入造成的损害的特征。
附图说明
[0003]图1示意性地示出了根据一个实施例的整体式导电表面材料的部件。
[0004]图2示意性地示出了根据另一个实施例的整体式导电表面材料的横截面。
[0005]图3示意性地示出了根据另一个实施例的流体阻挡表面材料的部件。
[0006]图4示意性地示出了根据另一个实施例的导电流体阻挡表面材料的部件。
[0007]图5示意性地示出了具有流体阻挡表面材料的复合蜂窝夹层结构板的部件。
[0008]图6是已被切割用于自动纤维铺放(AFP)应用的表面带的摄影图像，示出了干净边缘。
[0009]图7是两个AFP表面带的摄影图像，其中PEKK表面朝上。
具体实施方式
[0010]为了使雷击对复合结构的损害最小化，需要增强复合结构的导电性以提供对航天复合零件的雷击保护(LSP)。然而，不希望结合将显著增加飞机的总体重量的导电材料。
[0011]本披露的一方面涉及一种整体式导电表面材料，该表面材料能够提供雷击保护。此表面材料可以作为保护材料施加到复合结构例如飞机复合零件的外表面上。
[0012]该导电表面材料可以呈柔性带的形式，该柔性带是轻质的并且被配置用于自动铺放工艺，诸如自动带铺设(ATL)或自动纤维铺放(AFP)。由于其柔性和轻质特性，表面带可以按与常规树脂浸渍的预浸料带相比显著更快的速度铺设。表面带可以具有约0.125英寸至约12英寸(或约3.17mm至约305mm)的宽度。在一个实施例中，表面带具有约0.125英寸至约1.5英寸(或约3.17mm至约38.1mm)、包括约0.25英寸至约0.50英寸(或约6.35mm至约12.77mm)的宽度。在另一个实施例中，表面带具有约6英寸至约12英寸(或约152mm至约305mm)的宽度。带的长度是连续的或者相对于其宽度是非常长的，例如为其宽度的100
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100,000倍。在连续形式中，表面带可以被卷绕成卷以便在其在自动工艺中施加之前进行储存。
[0013]ATL和AFP是使用计算机引导的机器人技术将连续带铺设到模具表面(例如，心轴)上以建立复合结构或纤维预成型件的工艺。ATL/AFP工艺涉及将一个或多个带并排分配到心轴表面上以产生所希望的宽度和长度的层，并且然后将附加层构建到先前的层上以提供
具有所希望的厚度的叠层。后续带可以相对于先前带以不同角度定向。ATL/AFP系统配备有用于将带直接分配并压实到心轴表面上的装置。
[0014]AFP可以将多个单独的丝束(或非常窄缝的带)(例如，0.125英寸
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1.5英寸)自动铺设到心轴上以构成给定总带宽。材料铺放使用数字控制的铺放头以高速度进行以在铺放期间分配、夹持、切割和重启每个丝束。ATL机器可以铺设树脂浸渍带或连续织物条带，其比AFP中所用的丝束宽。典型地，对于这两种工艺，经由机器人控制头施加材料，该机器人控制头包括材料铺放所需要的机构。AFP在传统上用于非常复杂的表面上。
[0015]根据由图1示意性示出的一个实施例，导电表面材料是整体式结构，该整体式结构包括夹在加强层12与可固化树脂层13之间的非常薄的导电层11以及与可固化树脂层13接触的非织造层14。当将表面材料施加到复合基材上时，加强层12与复合基材接触，使得非织造层14在铺放表面材料之后为复合基材上的最外层。加强层12和非织造层14的外表面基本上或完全无粘性。
[0016]导电层可以是金属或非金属导电材料的无孔连续层，其厚度小于约102μm，在一些实施例中在约5μm至约75μm或约3μm至约5μm的范围内。可替代地，导电层可以是多孔层，例如具有约60gsm至约350gsm，在一些实施例中，约60gsm至约195gsm的范围内的面积重量的筛网。另外，多孔导电层可以具有在约50μm至约102μm(或约2
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4密耳)范围内的厚度。“gsm”是指g/m2。当导电层是金属层时，金属可以选自铜、铝、青铜、钛、以及其合金。在一些实施例中，多孔导电层是金属筛网或网眼金属箔。在其他实施例中，导电层由具有固有导电性的非金属材料形成，这些材料诸如片材形式的碳，包括石墨烯片和碳纳米管(CNT)纸。CNT纸的具体实例是柔性CNT巴克纸。
[0017]可固化树脂层13可具有小于约500gsm，例如约50gsm至约150gsm的面积重量。它不含任何增强纤维诸如碳纤维。可固化树脂层的组成在下文中更详细讨论。
[0018]当导电表面材料呈连续或细长带的形式时，整个带可具有约270gsm至约380gsm的总面积重量。带的总厚度可以在约76μm至约229μm(或3至9密耳)的范围内。
[0019]加强层12在自动铺放期间为表面带提供强度、刚度和支撑，并且防止在呈窄宽度带(或切割丝束)形式的表面材料通过自动铺放来铺设时的“可折叠”效应。“可折叠”效应是指在自动铺放期间(如在AFP或ATL工艺中)带(或切割丝束)的起皱和聚束。
[0020]将非织造层14施加到可固化树脂层13的暴露表面上，以便抑制粘性的可固化树脂层在预期使用该表面材料之前粘到其他表面上。但是可固化树脂层13未渗透穿过非织造层14的厚度。非织造层14是随机取向纤维的非织造片材，并且可以通过常规湿法成网工艺制造。非织造层14的纤维可以是聚合物纤维，诸如聚酯和聚酰胺纤维，或无机纤维，诸如玻璃纤维和碳纤维。还考虑金属涂覆的纤维，诸如金属涂覆的碳纤维、金属涂覆的聚酯纤维、金属涂覆的玻璃纤维、以及金属涂覆的聚酰胺纤维的非织造层。纤维上的金属涂层可以是任何金属，包括铜、镍、银、以及其组合。非织造层14可具有约10 gsm至约50gsm，在一些实施例中，约10gsm至约22gsm的面积重量。
[0021]在另一个实施例中，非织造层14是未涂覆纤维例如聚合物纤维或碳纤维的层，其在形成非织造层之后在一个或两个表面上用薄金属涂层涂覆。例如，非织造层14可以是具有沉积在未与可固化层13接触的表面上的薄金属涂层(例如，铜、镍、银、或其组合)的碳纤维或聚酯纤维的非织造片材。金属涂层的面积重量可以是在金属涂覆的非织造层的按重量
计约1gsm至约25gsm(或约10％至约50％的范围内。
[0022]具有热塑性层的实施例
[0023]在一个实施例中，加强层是连续的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整体式导电表面材料，其包括：(a)选自以下各项的加强层：(i)无孔热塑性层；以及(ii)织造织物或非织造面网，该织造织物或非织造面网用在室温(20℃至25℃)下无粘性的可固化树脂组合物灌注或涂覆；(b)可固化树脂层，该可固化树脂层包含一种或多种热固性树脂和固化剂；(c)导电层，该导电层在该加强层与该可固化树脂层之间；以及(d)非织造层，该非织造层被层压至该可固化树脂层，其中该加强层(a)和该非织造层(d)是最外层并且这些最外层的暴露表面在室温(20℃至25℃)下是基本上无粘性的，且其中该加强层是用玻璃质树脂组合物灌注或涂覆的织造织物或非织造面网，该玻璃质树脂组合物包含：(i)由下式表示的环氧甲酚酚醛清漆：其中n＝1至6；或(ii)具有由下式表示的二环戊二烯(DCPD)主链的烃环氧酚醛清漆树脂：其中n＝1至3；或(iii)环氧加合物，该环氧加合物为表氯醇和双酚A的固体反应产物并且由下式表示：
其中n＝2至7；以及固化剂。2.根据权利要求1所述的导电表面材料，其中用于该玻璃质树脂组合物的该固化剂选自：胺固化剂、三氟化硼(BF3)及其络合物、酸酐、以及其组合。3.根据权利要求1所述的导电表面材料，其中用于该玻璃质树脂组合物的该固化剂选自：双氰胺(DICY)、4，4
′‑
二氨基二苯基砜(4，4
’
DDS)、3，3
’‑
二氨基二苯基砜(3，3
’
DDS)、胍胺、胍、氨基胍、哌啶、以及其组合。4.根据权利要求1所述的导电表面材料，其中该玻璃质树脂组合物进一步包含选自以下各项的热塑性聚合物：聚醚砜(PES)和聚醚醚砜(PEES)、PES和PEES的共聚物、聚醚酰亚胺(PEI)、以及其组合。5.根据权利要求1所述的导电表面材料，其中该玻璃质树脂组合物进一步包含选自以下各项的流动控制剂：滑石、云母、碳酸钙、氧化铝、气相二氧化硅、以及其组合。6.根据权利要求1所述的导电表面材料，其中该加强层包括用该可固化树脂组合物灌注或涂覆的非织造面网，并且该非织造面网包括随机取向的短纤维，所述纤维选自下组，该组由以下各项组成：聚合物纤维、无机纤维、金属涂覆的纤维、以及其组合。7.如权利要求6所述的导电表面材料，其中该非织造面网的这些纤维选自下组，该组由以下各项组成：碳纤维、金属涂覆的碳纤维、金属涂覆的玻璃纤维、金属涂覆的聚酯纤维、金属涂覆的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：