具有雷击保护能力的可渗透材料及其在树脂灌注加工中的用途制造技术

披露了一种可以引入树脂灌注方法诸如RTM和VaRTM中的可渗透LSP材料。这种可渗透LSP材料可以呈细长或连续条带的形式，所述带可以在自动铺放方法诸如ATL和AFP中使用。在一个实施例中，所述可渗透LSP材料至少包括以下部件：(a)无规排列纤维的非织造面纱；(b)具有贯穿其厚度的开口的多孔导电层；以及(c)树脂材料，所述树脂材料以非连续的方式分布在整个所述非织造面纱11中以及在所述非织造面纱与所述多孔导电层之间。可以使所述可渗透LSP材料与干燥预成型件接触，随后灌注树脂并且固化以形成具有整合在其中的LSP材料的硬化复合零件。具有整合在其中的LSP材料的硬化复合零件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有雷击保护能力的可渗透材料及其在树脂灌注加工中的用途
[0001]本披露总体上涉及用于为复合零件提供雷击保护(LSP)的材料。
附图说明
[0002]图1展示了根据一个实施例的可以引入树脂灌注方法中的可渗透LSP材料。
[0003]图2展示了根据另一个实施例的可渗透LSP材料。
[0004]图3展示了根据又另一个实施例的可渗透LSP材料。
[0005]图4展示了根据又另一个实施例的可渗透LSP材料。
[0006]图4展示了根据又另一个实施例的可渗透LSP材料。
[0007]图5展示了示例性闭合模具RTM方法。
[0008]图6展示了示例性VARTM方法。
[0009]图7展示了另一种示例性VARTM方法。
[0010]图8是根据一个实例产生的可渗透LSP结构的俯视图。
[0011]图9示出了固化复合面板的截面视图，所述面板具有根据一个实例制备的嵌入的LSP材料。
[0012]图10示出了固化复合面板的截面视图，所述面板具有根据另一个实例制备的嵌入的LSP材料。
具体实施方式
[0013]纤维增强的聚合物基质复合材料(PMC)是由在聚合物基质中浸渍的增强纤维构成的高性能结构材料。PMC材料通常用于需要对侵蚀性环境、高强度和/或低重量有耐受性的应用中。此类应用的实例包括飞行器部件，例如机尾、机翼、机身和螺旋桨；汽车；船壳和自行车车架。
[0014]用于制造航空航天零部件诸如机身和机翼的材料必须具有保护零件免受由常见环境事件引起的损害或危害的某些特征。雷电是常见环境事件的一个实例，如果此类零件不充分导电并且通过飞行器充分接地的话，则其可能严重损害和/或击穿零部件。如果在飞行期间雷电击中飞行器的机翼部件，则除引起部件本身严重的物理损害之外，所述事件还具有引起危险的浪涌电流的潜力。浪涌电流特别地令人关注，因为它可能最终与燃料库接触而引起爆炸的发生。
[0015]为了为由PMC材料制成的复合零件提供雷击保护(LSP)，已经使用不同方法以增强复合零件的导电性。在航空航天行业用于向复合零件赋予LSP的常规方法是将金属网、筛网、网眼金属箔或织造丝织物引入复合零件中。
[0016]可以在制造复合零件期间引入此类LSP材料。可以使用不同方法制造复合零件，方法之一是预浸料加工。预浸料典型地是用基质树脂(例如，基于环氧基的树脂)浸渍的增强纤维片材。为形成复合零件，将预浸料切成一定尺寸并且将其铺设在模具上。可以将金属LSP材料作为单一导电层引入预浸料叠层与外表面膜之间，或通过在表面膜中嵌入导电层
来进行。对于航空航天应用，经常将此类表面膜引入复合零件中以提高其表面质量。表面膜典型地是基于环氧基的膜并且在制造复合零件期间可以与预浸料叠层共固化。一旦就位，就将预浸料叠层与导电层和表面膜一起封闭在真空袋下并且在压力下热固化以产生最终的复合零件。有待模制成复合零件的预浸料具有容易使用和高可靠性的优点。然而，它们也具有以下缺点：具有有限的悬垂性(即，悬挂的能力)。
[0017]为制造具有更复杂形状的复合零件，已经使用树脂灌注方法，诸如树脂传递模制(RTM)和真空辅助树脂传递模制(VARTM)。在RTM方法的过程中，将干燥预成型件放置在封闭的模腔中并且在压力下将液体树脂注入腔中。干燥预成型件是含有干燥增强纤维层和/或织物层片(可以用少量粘合剂将其保持在一起)的成型结构。经常将其中含有预成型件的模具放置在真空中，使得真空除去预成型件中的所有残留空气并且加速RTM方法。一旦液体树脂充满模腔，就使树脂固化，导致形成硬化复合零件。VARTM与RTM相似，除了通常使用单面工具。通常，VARTM包括：用真空袋将预成型件封闭在工具表面上，所述真空袋是柔性的流体不可渗透的覆盖物；在工具与袋之间抽真空，从而致使袋压缩预成型件；并且通过一条或多条树脂供应管线或导管将液体树脂导入排空的袋中。此类树脂灌注方法在制造复杂成型的结构时尤其有用，否则所述结构难以使用常规预浸料技术制造。
[0018]传统地，用于经由液体树脂灌注形成复合零件的干燥预成型件通过手动叠层操作制备，其中将叠合的干燥纤维材料层铺设在实质上限定复合零件形状的工具上。纤维材料层可以呈非织造或织造织物例如非卷曲织物(NCF)的形式，所述织物尚未被树脂预浸渍。在将层铺设在工具上时，操作者必须小心以使其适合工具的形状而不诱发起皱或起拱。此外，为经由树脂灌注方法引入整合的LSP导电材料，典型地将单一导电层诸如网眼金属箔放置在工具表面上，然后铺设干燥预成型件，并且然后用树脂灌注整个组件。将经树脂灌注的预成型件与金属箔一起固化，以形成具有整合在其中的LSP金属层的硬化复合零件。此类手动操作费力且缓慢，因为网眼金属箔是非常脆弱的材料，其可能容易变形和起皱，从而改变最终的表面质量。
[0019]希望能够通过自动铺放方法诸如自动条带铺设(ATL)和自动纤维铺放(AFP)形成干燥预成型件的叠层，并且希望能够将LSP材料引入此类自动方法中以增加制造速度、效率和质量，并且因此减少制造成本。
[0020]本文披露了一种可渗透LSP材料，可以将其引入树脂灌注方法、特别是VARTM中。这种可渗透LSP材料可以呈细长或连续条带的形式，所述带可以在自动铺放方法诸如ATL和AFP中使用。在一些实施例中，LSP材料被配置用于改进最终复合结构的表面质量以及提供对抗雷击、静电放电(ESD)和电磁干扰(EMI)的保护。
[0021]根据图1展示的一个实施例，LSP材料10是可渗透材料，其至少由以下部件构成：(a)无规排列纤维的非织造面纱11；(b)具有贯穿其厚度的开口的多孔导电层12；以及(c)树脂材料13，其以非连续的方式分布在非织造面纱11中以及在非织造面纱11与导电层12之间。多孔导电层12粘附至非织造面纱11的一侧，因为它们之间存在树脂材料13。多孔导电层12将在制造复合零件期间面向或接触有待被树脂灌注的预成型件。
[0022]关于树脂材料，“非连续的方式”意指树脂材料不以某种方式形成覆盖非织造面纱主表面或导电层主表面的连续树脂膜，所述方式将防止流体、液体或空气流过面纱的厚度或流过导电层的厚度。分布树脂材料，使得含树脂非织造面纱保持多孔性并且导电层中的
大多数(即，超过一半)或所有开口不被完全阻挡。因此，在RTM和VARTM中使用的液体、特别是液体树脂可以在树脂灌注期间流过LSP材料的厚度以形成完全嵌入的LSP溶液。此外，最初截留在初始干燥预成型件中的空气可以在脱气过程中排空，在所述过程中将干燥预成型件加热以除去截留在预成型件中的任何挥发物、水分。
[0023]根据图2展示的另一个实施例，多孔导电层12(如参考图1所述)夹置在两个非织造面纱11与14之间，并且树脂材料13以非连续的方式分布在整个非织造面纱11、14中以及导电层12上。树脂材料的非连续存在如参考图1所述。一些树脂材料可以渗透通过导电层12的开口(或穿孔)，但树脂材料不会完全充满所有开口。因此，图2中示出的层压结构保持为多孔且流体可渗透的结构，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】1.一种可渗透材料，所述可渗透材料是多孔且流体可渗透的，所述可渗透材料包括：a.包含无规排列纤维的第一非织造面纱；b.具有贯穿其厚度的开口的多孔导电层；以及c.树脂材料，其以非连续的方式分布在整个所述第一非织造面纱中以及在所述第一非织造面纱与所述导电层之间，其量使得所述第一非织造面纱保持多孔性并且所述导电层中的大多数或所有开口不被所述树脂材料阻挡，其中所述多孔导电层包括两个相对的表面并且所述第一非织造面纱粘附到所述相对的表面中的一个，并且其中所述树脂材料包含一种或多种热固性树脂和固化剂。2.如权利要求1所述的可渗透材料，所述可渗透材料进一步包括:d.包含无规排列纤维的第二非织造面纱，其中所述第二非织造面纱粘附到所述多孔导电层的相对的表面中的另一个，并且所述树脂材料以非连续的方式分布在所述第二非织造面纱中，使得所述第二非织造面纱保持多孔性。3.如权利要求1所述的可渗透材料，所述可渗透材料进一步包括：包括与单向纤维层粘结的第二非织造面纱的强化纺织品，其中所述第二非织造面纱或所述单向纤维层粘附到所述多孔导电层的相对的表面中的另一个，并且其中所述强化纺织品是多孔且流体可渗透的。4.如权利要求2所述的可渗透材料，所述可渗透材料进一步包括：包括与单向纤维层粘结的第三非织造面纱的强化纺织品，其中所述第三非织造面纱或所述单向纤维层粘附到所述第二非织造面纱，并且其中所述强化纺织品是多孔且流体可渗透的。5.如权利要求1所述的可渗透材料，其中，所述树脂材料以在20gsm至75gsm或25gsm至50gsm的范围内的量存在。6.如权利要求2所述的可渗透材料，其中，所述树脂材料以在40gsm至150gsm或50gsm至100gsm的范围内的量存在。7.如权利要求1至6中任一项所述的可渗透材料，其中，所述树脂材料包含一种或多种多官能环氧树脂和作为固化剂的胺化合物，以及任选地增韧剂，所述增韧剂选自：热塑性聚合物；弹性体；核
‑
壳橡胶(CSR)颗粒；作为环氧树脂、双酚和弹性体聚合物的反应产物的预反应加合物；以及其组合。8.一种可渗透材料，所述可渗透材料是多孔且流体可渗透的，所述可渗透材料包括：a.包含无规排列纤维的第一非织造面纱；b.具有贯穿其厚度的开口的多孔导电层；以及c.粘合剂，其以非连续的方式分布在整个所述第一非织造面纱中以及在所述第一非织造面纱与所述导电层之间，使得所述第一非织造面纱保持多孔性并且所述导电层中的大多数或所有开口不被所述粘合剂阻挡；d.包括与单向纤维层粘结的第二非织造面纱的强化纺织品，其中所述导电层夹置在所述第一非织造面纱与所述强化纺织品之间，并且其中所述粘合剂包含环氧树脂和热塑性聚合物的共混物，但是不含在高于65℃下有活性的任何催化剂或交联剂。
9.一种可渗透材料，所述可渗透材料是多孔且流体可渗透的，所述可渗透材料包括：a.第一非织造面纱和第二非织造面纱，各自包含无规排列纤维；b.具有贯穿其厚度的开口的多孔导电层；以及c.粘合剂，其以非连续的方式分布在整个所述第一非织造面纱和第二非织造面纱中以及在每一个非织造面纱与所述导电层之间，使得所述第一非织造面纱和第二非织造面纱保持多孔性并且所述导电层中的大多数或所有开口不被所述粘合剂阻挡；d.包括与单向纤维层粘结的第三非织造面纱的强化纺织品，其中所述导电层夹置在所述第一非织造面纱与第二非织造面纱之间，并且所述强化纺织品粘附到所述第二非织造面纱，其中所述粘合剂包含环氧树脂和热塑性聚合物的共混物，但是不含在高于65℃下有活性的任何催化剂或交联剂，并且其中所述强化纺织品是多孔且流体可渗透的。10.如权利要求8或9所述的可渗透材料，其中，所述粘合剂包含环氧树脂和聚芳基砜聚合物的共混物，优选地是聚醚砜(PES)和聚醚醚砜(PEES)的共聚物。11.如权利要求8至10中任一项所述的可渗透材料，其中，所述粘合剂以总共5gsm至20gsm的量存在。12.如前述权利要求中任一项所述的可渗透材料，其中，所述第一非织造面纱具有在3gsm至50gsm的范围内的面积重量。13.如权利要求2、4、6和9中任一项所述的可渗透材料，其中，所述第二非织造面纱具有在3gsm至50gsm的范围内的面积重量。14.如前述权利要求中任一项所述的可渗透材料，其中，所述第一非织造面纱包含由玻璃、碳或一种或多种聚合物形成的纤维。15.如前述权利要求中任一项所述的可渗透材料，其中，所述多孔导电层是金属网或金属筛网、或穿孔金属箔。16.如前述权利要求中任一项所述的可渗透材料，其中，所述多孔导电层具有在50gsm至850gsm的范围内的面积重量。17.如前述权利要求中任一项所述的可渗透材料，其中，所述多孔导电层包含选自铜、铝、青铜、钛、合金和其组合的金属。18.如权利要求3、4、8和9中任一项所述的可渗透材料，其中，所述强化纺织品中的非织造面纱包含碳纤维或热塑性纤维、或碳纤维和热塑性纤维的混合物，并且所述强化纺织品中的单向...

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