耐冲击和耐火复合制品制造技术

本发明专利技术涉及用于飞机内部件和其他用途的耐冲击和耐火复合制品。所提供的复合制品具有至少约80,000磅/平方英寸(552MPa)的挠曲模量、至少约800磅/平方英寸(5.52MPa)的挠曲屈服强度、约0.9至约1.5磅/平方英尺(4.40-5.86kg/m2)的面密度、满足2002年1月1日的第14号美国联邦法规，§25.853要求的耐火性，以及按2002年1月10日美国联邦航空局(FAA)咨询通告25.795.2，使用240格令(15.6g)质量的.44Magnum空尖金属背覆弹(JHP)和124格令(8.0g)质量的9mm全金属外壳圆头弹(FMJRN)试验，具有至少约1430英尺/秒(427m/s)的V0速度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
耐冲击和耐火复合制品本申请是以下申请的分案申请申请日2003年10月9日；申请号 200380105310. X(PCT/US2003/031964)；专利技术名称“耐冲击和耐火复合制品”。
本专利技术涉及耐冲击和耐火复合制品，更具体地说，本专利技术涉及用于飞机内部件以及其他用途的耐冲击和耐火复合制品。
技术介绍
用于机舱内部件的材料由第14号美国联邦法规，第25部分规定。直到最近，涉及这种材料的主要关注点均是耐火性。但是，继2001年9月11日自杀性恐怖分子劫机事件后，对其他类型威胁的防护受到更高度的关注。其中主要关注点是机组人员和机舱对火器的安全。用于机舱门的材料要求轻质、耐手枪子弹的穿透并且也能保持目前的耐火标准。用于飞机内部的耐火材料可参见美国专利4，780, 359,5, 175，198,5, 714，419和 5，972，512。美国专利6，044，605描述了门的结构“...可用耐火和耐冲击材料制成...”。美国专利3，934，066描述了适用于易燃和热敏基材的阻燃多层体系，其包括柔韧保护层和膨胀层，膨胀层包括浸渍了膨胀组合物的多孔纤维素片材。所述柔韧保护层可以是金属箔。同时拥有耐火性和耐冲击性的材料可参见美国专利4，822，439、4，842，923、 4，929，651,5, 167，876,5, 215，813 和 5，480，706。美国专利4，822，439和4，929，651描述了包括约60至约75%重量浸渍氢氧化钙和间苯二甲酸热固性聚酯的织造硅铝酸镁玻璃纤维粗纱的复合制品。美国专利4，842，923和5，167，876描述了在具至少2. 5磅/平方英尺的面密度的固化酚醛树脂基材中平衡交织着多层硅铝酸镁玻璃纤维网络的复合制品。美国专利5，167，876描述了包括两层或多层的复合制品，至少一层为在基材中的纤维网络，至少一层为受热时具有吸热性质的阻燃层。美国专利5，480，706描述了包括多个一二层交替的复合制品，其中第一层包括在第一种基材中的高强度可燃纤维网络，第二层包括在阻燃基材中的阻燃有机或无机纤维网上述各复合制品代表着向着所述目标的进步。但是，没有一篇文献描述了本专利技术的具体结构，也没有一篇文献能像本专利技术一样满足的所有需要。这些早期复合制品的主要缺点包括使用密度较大的无机材料如玻璃纤维。这种材料用于飞机内部件并不理想，过大的重量将导致没有必要和不经济的燃料消耗量。另一方面，复合制品密度可能会太低而占据过多空间。因此要求复合制品具有强度、韧性、耐冲击性和耐火性连同适用密度。
技术实现思路
本专利技术提供了展现出强度、韧性、耐冲击性、耐火性和适用密度前所未有组合的复合制品。本专利技术的复合制品具有至少约80，000磅/平方英寸(552MPa)的挠曲模量、至少约800磅/平方英寸(5. 52MPa)的挠曲屈服强度、约0. 9-1. 5磅/平方英尺(4. 40-5. 86kg/ m2)的面密度、满足2002年1月1日的第14号美国联邦法规，§ 25. 853要求的耐火性，以及按2002年1月10日美国联邦航空局(FAA)咨询通告25. 795. 2，使用240格令(15. 6g) 质量的.44Magnum空尖金属背覆弹(JHP)和IM格令(8. Og)质量的9mm全金属外壳圆头弹(FMJRN)进行试验，具有至少约1430英尺/秒G27m/s)的VO速度。在一种实施方案中，本专利技术的复合制品包括多层，其中第一层包含金属箔，第二层包含阻燃粘合材料，第三层包含多层，各所述层包含在基材中的可燃聚合物纤维网络，所述聚合物纤维具有至少约17克/旦的韧度、至少约500克/旦的拉伸模量和至少约20焦耳 /克的断裂能。具体实施方式本专利技术提供了展现出强度、韧性、耐冲击性、耐火性和低密度的前所未有组合的复合制品。本专利技术的复合制品具有至少约80，000磅/平方英寸(552MPa)的挠曲模量、至少约800磅/平方英寸(5. 52MPa)的挠曲屈服强度、约0. 9-1. 5磅/平方英尺(4. 40-5. 86kg/ m2)的面密度、满足2002年1月1日的第14号美国联邦法规，§ 25. 853要求的耐火性，以及按2002年1月10日美国联邦航空局(FAA)咨询通告25. 795. 2，使用240格令(15. 6g) 质量的.44Magnum空尖金属背覆弹(JHP)和IM格令(8. Og)质量的9mm全金属外壳圆头弹(FMJRN)进行试验，具有至少约1430英尺/秒G27m/s)的VO速度。本专利技术复合制品的挠曲模量(弯曲弹性模量)和挠曲屈服强度按照美国试验和材料学会(ASTM)标准试验方法ASTM D790-00测量。第14号美国联邦法规§ 25. 853描述了机舱内部件的可燃性标准。内部间隔材料必须满足附录F的I、IV和V部分规定的试验要求。第14号美国联邦法规§ 25. 853附录F的1(a) l(i)部分具体要求间隔材料在竖立试验时必须具自熄性。测试样品必须至少2英寸(5cm)宽、12英寸(30cm)长，厚度不大于合格用于飞机的最低厚度。必须至少测试三个样品并将结果平均。样品暴露于Bimsen 或Tirrill燃烧器的火焰下，火焰温度至少1550° F(843°C )。火焰加到样品下沿中线60 秒钟后移离。移离火源后的平均着火时间不可超过15秒钟。平均燃烧长度不可超过6英寸(15cm)。如果有滴落，则滴落的试样在滴落后的燃烧不可超过平均3秒钟。第14号美国联邦法规§ 25. 853附录F的IV部分具体规定了在特定设计的试验舱中暴露于辐射热的舱用材料的最大放热率。样品被放置于辐射热源中，调节辐射热源， 使其在样品上五分钟的试验时间里产生3. 4瓦/cm2的总热通量。试样样品尺寸为5. 91英寸X5.91英寸(14. 9cmX 14. 9cm)，厚度与用于飞机的相同。试样在暴露表面竖立下试验。 监测离开试验舱的燃烧产物以计算放热率。用三个或多个样品平均得到在暴露开始两分钟的总的正放热，也将样品的峰放热率平均。平均峰放热率必须不超过65kW/m2。如果发生影响暴露的表面积或燃烧方式的熔融、流挂、脱层等情况，则必须将这些情况与其发生时间一起报告。第14号美国联邦法规§ 25. 853附录F的V部分具体规定了舱材料的最大烟排放特征，其详细试验步骤参见ASTM F814-83。最少测试三个样品，并将结果平均。将3X3英寸(7. 62X7. 62cm)试样在特定设计舱内垂直安装。电热辐射能源在1. 5英寸(3. 81cm)直径的样品中心区平均产生2. 2BTU/s-ft2(2. 5ff/cm2)的辐射水平。使用六管燃烧器沿暴露样品区的下沿施加一排等距离火焰。记录1. 5分钟和4分钟时的具体光学烟雾密度(Ds)、以及最大光学烟雾密度值(DsMax)及其时间。平均DsMax必须不超过200。复合制品的VO速度是规定的射弹不穿透复合制品的最大速度。本专利技术复合制品的VO速度按2002年1月10日FAA AC 25. 795. 2的试验方法，使用240格令(15. 6g)质量的.44Magnum空尖金属背覆弹和IM格令(8. Og)质量的9mm全金属外壳圆头弹测定。射弹的速度通过沿射弹弹道的lumiline screens测量。对于每种射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2002.10.10 US 60/417596;2002.11.05 US 10/2879291.一种复合制品，所述复合制品具有至少约80，000磅/平方英寸(552MPa)的挠曲模量、至少约800磅/平方英寸(5.52MPa)的挠曲屈服强度、约0. 9至约1. 5磅/平方英尺 (4. 40-5. 86kg/m2)的面密度、满足2002年1月1日的第14号美国联邦法规，§ 25. 853要求的耐火性，以及按2002年1月10日美国联邦航空局咨询通告25. 795. 2，使用240格令 (15. 6g)质量的.44Magnum空尖金属背覆弹(JHP)和IM格令(8. Og)质量的9mm全金属外壳圆头弹(FMJRN)进行试验，具有至少约1430英尺/秒G27m/s)的VO速度。2.一种包括粘合在一起的多层的复合制品，其中第一层包含金属箔，第二层包含阻燃粘合材料，第三层包含多层，各所述层包括在基材中的可燃聚合物纤维网络，所述聚合物纤维具有至少约17克/旦的韧度、至少约500克/旦的拉伸模量和至少约20焦耳/克的断裂能。3.权利要求2的复合制品，所述复合制品还包括包含阻燃粘合材料的第四层和包含金属箔的第五层。4.权利要求2的复合制品，所述复合制品还包括在所述第一层和第二层间的膨胀树脂组合物。5.权利要求4的复合制品，所述复合制品还包括由膨胀树脂组合物构成的第五层、包含阻燃粘合材料的第六层和包含金属箔的第七层。6.权利要求2或权利要求4的复合制品，其中所述金属箔为具有约0.0005至约0. 005 英寸(12. 7-127微米)厚度的铝箔。7.权利要求2或权利要求4的复合制品，其中所述阻燃粘合材料包括聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂选自聚烯烃、聚二烯、聚酯、聚酰胺、乙烯基聚合物、离聚物、丙烯酸类聚合物、丙烯酸酯类聚合物、聚砜、聚苯醚、缩醛类、聚硅氧烷类、...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·X·努古殷，L·迪克森，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，美国滕凯特先进装甲公司，
类型：发明
国别省市：