具有阻燃特性的轻质夹层结构及其制造方法技术

披露了一种轻质的、阻燃的多层复合结构，其至少具有以下部件：具有两个相反表面的热塑性泡沫芯；在该泡沫芯的这些相反表面的至少一个上的热塑性粘合剂膜，在每个粘合剂膜上的一个或多个复合层。该一个或多个复合层由嵌入热塑性聚合物或热固性树脂基质中的增强纤维构成。粘合剂结合通过在该热塑性泡沫芯与相邻复合层之间插入的交错的热塑性粘合剂膜实现。该热塑性粘合剂膜由热塑性聚合物组合物形成，该热塑性聚合物组合物具有的T

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有阻燃特性的轻质夹层结构及其制造方法
[0001]本披露总体上涉及具有热塑性泡沫层的轻质复合材料、这些材料的应用和用于制造此类结构的方法。
附图说明
[0002]图1示出了具有热塑性泡沫芯的示例性夹层结构。
[0003]图2示出了用于制造夹层结构的具有双带压机系统的示例性装置。
[0004]图3示出了在暗场光中以x100放大倍率拍摄的对照夹层板的界面的抛光图像，其中对照夹层板是根据本文披露的实例1制造的。
[0005]图4示出了在暗场光中以x100放大倍率拍摄的另一个夹层板的界面的抛光图像，其中夹层板是根据本文披露的实例2制造的。
具体实施方式
[0006]具有热塑性泡沫芯的复合夹层结构已经用于飞机的内部结构，如舱门和壁板。此类夹层结构提供强度和刚度，同时最小化结构的重量。虽然飞机的内部复合零件不要求如机身和机翼等主要结构的结构性能，但这些零件仍有其自身一套苛刻的要求，这些要求包括低重量下的刚度和强度、尺寸稳定性、持久美观性、对清洁溶剂的耐化学性、以及在火焰、烟雾和毒性(FST)标准和热释放速率(HRR)标准方面的严格的阻燃标准。
[0007]由热塑性材料构成的多层复合结构的制造是困难的，因为需要高温和高压来确保各种热塑性层的良好结合。制造在外皮层之间具有热塑性泡沫芯的夹层结构存在的一个挑战是，在不使用高固结压力(其将导致泡沫芯坍塌)的情况下，在芯层与皮层之间获得良好的结合的能力。
[0008]在将蜂窝或泡沫芯结合到外皮层的常规方法中，整个夹层板组件行进通过加热区，由此在压力(典型地由加热的压板施加)下将夹层板加热至结合温度。如果使用热塑性芯，如果结合所需的温度超过芯材料的玻璃化转变温度(T
g
)并且如果压力过高，则会发生芯坍塌或变形。这种坍塌或变形是由于从压板通过外皮向芯过度传热(从而使泡沫芯的温度升高超过热塑性芯材料的T
g
)和通过压板施加的压力的组合。
[0009]本披露的一个方面涉及一种轻质的、阻燃的多层复合结构，其至少具有以下部件：具有两个相反表面的热塑性泡沫芯；在泡沫芯的相反表面的至少一个上的热塑性粘合剂膜，在每个粘合剂膜上的一个或多个复合层。粘合剂结合通过在热塑性泡沫芯与相邻复合层之间插入的交错的热塑性粘合剂膜实现。复合层由嵌入热塑性聚合物或热固性树脂基质中的增强纤维构成。热塑性泡沫芯由具有如通过差示扫描量热法(DSC)以5℃/min的加热速率确定的至少200℃、优选210℃至240℃的玻璃化转变温度(T
g
)的发泡热塑性材料形成，并且热塑性粘合剂膜由热塑性聚合物组合物形成，该组合物具有的T
g
至少比发泡热塑性材料的T
g
低20℃。
[0010]在优选的实施例中，多层复合结构是夹层结构，其中热塑性泡沫芯以片材形式插入两个外皮之间。图1示出了示例性夹层结构，其包括热塑性泡沫芯10、交错的粘合剂膜11A
和11B、外皮12A和12B，其中每个外皮由多个复合层或单个复合层的层压物(或叠层)构成。皮的复合层可以彼此相同或不同。此外，热塑性泡沫芯没有任何增强纤维，如碳纤维、玻璃纤维和聚合物纤维，或者任何延伸穿过其厚度的孔。
[0011]在优选的实施例中，选择在夹层结构中的泡沫芯和皮材料，使得该结构符合对于材料的FAR/JAR/CS 23.853“Passenger and crew compartment interiors[乘客和工作人员舱内部]”和23.855“Cargo and baggage compartment fire protection[货物和行李舱防火]”易燃性要求。
[0012]用于将热塑性泡沫芯结合到一个或多个复合层的所选择的热塑性粘合剂在粘合剂断裂韧性和剥离强度方面提供了优异结合。此外，发现使用粘合剂热塑性膜(具有的玻璃化转变温度比泡沫芯材料的玻璃化转变温度低约20℃)提供了与连续低压双带方法(允许高生产速度)相容的夹层结构。与在层压期间需要外部热源的常规方法相比，双带方法不需要这样的外部热源来熔化皮与热塑性泡沫芯之间的交错的粘合剂层。通过带和皮材料传递到下面的粘合剂膜的热量足以熔化粘合剂膜，而不会导致皮变形或泡沫芯塌陷。热塑性泡沫芯
[0013]在本披露的上下文中，术语“泡沫”以本领域技术人员通常已知的含义使用。参考IUPAC,Compendium of Chemical Terminology[化学术语汇编],第2版(由A.D.McNaught和A.Wilkinson编辑的"Gold Book[金皮书]".Blackwell Scientific Publications,Oxford[布莱克韦尔科学出版公司，牛津大学]1997,XML在线修正版本：由M.Nic,J.Jirat,B.Kosata创建的http://goldbook.iupac.org(2006)；由A.Jenkins编辑的更新内容.ISBN0
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9678550
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8.doi:10.1351/goldbook)，术语“泡沫”指示这样的分散体，在该分散体中按体积计大比例的气体以气泡的形式分散在液体、固体或凝胶中。气泡的直径通常大于1μm，但在气泡之间的薄层的厚度经常在通常的胶体尺寸范围内。
[0014]作为非限制性实例，基于组合物的总体积，根据本披露的发泡热塑性材料的体积的至少50％，例如至少60％、至少70％、至少80％或至少90％可以被气体占据。
[0015]泡沫芯可以具有从20至1000kg/m3、从30至800kg/m3、从35至500kg/m3、从40至300kg/m3、或从45至200kg/m3的密度。在优选的实施例中，泡沫芯具有从45至150kg/m3、并且更优选从45至80kg/m3的密度。可以根据ASTM D1622测量密度。
[0016]根据一个实施例，泡沫芯具有低于1000μm、低于500μm、低于300μm或低于250μm的平均泡孔尺寸。可以使用光学电子显微镜或扫描电子显微镜测量泡孔尺寸。
[0017]泡沫芯可以具有在3mm至50mm范围内，在一些实施例中，5mm至25mm的范围内的厚度。
[0018]本文披露的多层复合结构的泡沫芯由含有至少一种选自以下的聚合物的可发泡组合物形成：聚(芳基醚砜)(PAES)、特别是聚醚砜(PES)、聚醚醚砜(PEES)、聚(联苯基醚砜)(PPSU)；聚酰胺(PA)；聚酰亚胺(PI)；聚醚酰亚胺(PEI)；及其共聚物。通常，具有的T
g
在201℃至290℃范围内的PAES聚合物适用于本文披露的目的。在一些实施例中，可发泡组合物含有不同热塑性聚合物的组合。不同PAES聚合物之间的T
g
差异是由于聚合物主链结构的差异。
[0019]出于本披露的目的，“聚(芳基醚砜)(PAES)”表示其至少50mol.％的重复单元是具有式(K)的重复单元(R
PAES
)的任何聚合物，该mol.％是基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种夹层结构，其包括：具有两个相反表面的热塑性泡沫芯，在该热塑性泡沫芯的这些相反表面的至少一个上的热塑性粘合剂膜；粘附到该热塑性粘合剂膜上的第一复合层，其中该第一复合层包含嵌入聚合物或树脂基质中的增强纤维，该热塑性泡沫芯由具有如通过差示扫描量热法(DSC)以5℃/min的加热速率确定的210℃至240℃的玻璃化转变温度(T
g
)的发泡热塑性材料形成，并且所述发泡热塑性材料由包含一种或多种聚(芳基醚砜)(PAES)聚合物的可发泡组合物形成，并且该热塑性粘合剂膜由聚合物组合物形成，基于该聚合物组合物的总重量，该聚合物组合物包含至少80wt.％的一种或多种聚砜，所述一种或多种聚砜具有如通过DSC以5℃/min的加热速率确定的比该发泡热塑性材料的T
g
低至少20℃，优选地为180℃至190℃的T
g
。2.根据权利要求1所述的夹层结构，其中，该发泡热塑性材料由可发泡组合物形成，基于该组合物的总重量，该可发泡组合物包含至少80wt.％的PPSU聚合物，所述PPSU聚合物包含至少50mol.％的具有下式(L)的重复单元(R
PPSU
)，该mol.％是基于该聚合物中的总摩尔数：优选地，所述PPSU聚合物具有如通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的在30,000至90,000g/mol范围内、包括从40,000至80,000g/mol或从50,000至70,000g/mol的重均分子量(Mw)。3.根据权利要求1或2所述的夹层结构，其中，该热塑性粘合剂膜的该聚合物组合物中的该聚砜(PSU)具有至少50mol.％的具有下式(U)的重复单元(R
PSU
)：该mol.％是基于该聚合物中的重复单元的总摩尔数，优选地，该PSU具有如通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的在30,000至110,000g/mol范围内、优选地从40,000至100,000g/mol或50,000至90,000g/mol的重均分子量(M
w
)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的夹层结构，其中，该第一复合层包含嵌入热塑性聚合物基质中的增强纤维，该热塑性聚合物基质包含一种或多种热塑性聚合物，优选地，该一种或多种热塑性聚合物选自：聚醚砜(PES)、聚醚醚砜(PEES)、聚苯砜、聚苯硫醚(PPS)、聚砜、聚(芳基醚砜)聚合物、聚苯砜(PPSU)、聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基醚酮(PAEK)聚合物、聚醚酮酮(PEKK)、聚酮、聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚芳基醚、聚芳基硫化物、聚亚苯基、聚苯醚(PPO)、及其共聚物。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的夹层结构，其中，该第一复合层包含嵌入可固化树脂基质中的增强纤维，该可固化树脂基质包含一种或多种环氧树脂和至少一种固化剂。6.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其中，该第一复合层中的这些增强纤维呈连续单向纤维、短切纤维、织造织物、或随机布置的纤维的非织造垫或面纱的形式。7.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其中，该第一复合层中的这些增强纤维选自：碳纤维，玻璃纤维，聚合物纤维，由碳化硅、氧化铝、硼、或石英形成的纤维，及其组合。8.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其进一步包括在该第一复合层上的一个或多个附加的复合层，每个附加的复合层包含嵌入聚合物或树脂基质中的增强纤维。9.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其中，该热塑性泡沫芯没有任何增强纤维、或者任何延伸穿过其厚度的孔。10.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其中，该泡沫芯具有如通过ASTM D1622测量的在45Kg/m3至150Kg/m3范围内的密度。11.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其中，该泡沫芯具有在3mm至30mm范围内的厚度，并且该粘合剂膜具有在25至250微米(μm)范围内的面积重量。12.根据前述权利要求中任一项所述的夹层结构，其中，该第一复合层具有在200至2000gsm范围内，在一些实施例中，450至600gsm的面积重量。13.一种用于制造夹层结构的连续方法，所述方法包括：(a)形成至少具有以下部件的多层组件：具有两个相反表面的热塑性泡沫芯；在该热塑性泡沫芯的这些相反表面的一个或两个上的热塑性粘合剂膜；在该/每个热塑性粘合剂膜上的纤维增强复合材料的一个或多个层，其中该热塑性泡沫芯由具有至少200℃、优选210℃至240℃的玻璃化转变温度(T
g
)的发泡热塑性材料形成，并且该/每个热塑性粘合剂膜由热...

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