制造复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及预浸渍体，其包含在空隙中包含热固性树脂的导电纤维结构层，和包含热固性树脂的第一树脂外层，并包含位于结构层和外部树脂层之间的界面处的导电自由单丝群体，所述预浸渍体在升高的温度下固化时得到包含填充的导电纤维的固化结构层和固化树脂的第一外层的固化复合材料，固化树脂的外层包含分散在其中的一部分导电自由单丝群体；本发明专利技术还涉及制造预浸渍体的方法，其中将所述导电纤维传送至纤维破坏手段，导致在片材外表面上的一部分纤维变成自由单丝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含纤维和树脂基质的预浸溃体的制造方法，所述预浸溃体在堆叠以形成层合体井随后固化时形成复合材料，具体地，所述复合材料对雷击导致的损害具有改善的耐性。
技术介绍
复合材料具有充分证明的优于传统构成材料的优点，具体地，以非常低的材料密度提供优异的机械性质。结果，这种材料的使用正在变得日益广泛，以及它们的应用领域从“エ业”和“运动与休闲”延伸至高性能航空航天部件。预浸溃体(包含浸溃有热固性树脂如环氧树脂的纤维布置)在形成这种复合材料中广泛使用。通常，将这种预浸溃体的ー些层片按需要“叠铺”，并将所得层合体固化(通常通过暴露于升高的温度)，以产生固化的复合材料层合体。 这种预浸溃体通常通过以下方法制造用热固性树脂浸溃结构纤维的片状结构。这种片状结构首先需要由一些所谓的纤维丝束制备。纤维丝束是单丝(例如12，000根单丝)的束，具有近似矩形的横截面，横截面尺寸约为ー厘米乘以几毫米。“铺展”这种丝束以合并和形成结构纤维的单一片材的常用方法是使它们经过一系列的铺展杆或辊。通过除去产生的“绒毛”，EP 1172191给出了该方法中的改进实例。普通复合材料由夹有树脂层的多个预浸溃体纤维层(例如碳纤维)的层合体制成。尽管碳纤维具有一些导电性，但是夹层的存在意味着，仅主要在层合体的平面中在复合材料中呈现导电性。导电性在垂直于层合体表面的方向(所谓的Z-向)上很低。一般认为，在Z-向上缺乏导电性促成复合材料层合体对电磁危害如雷击的易损性。雷击可导致复合材料的损害(其可为相当广泛)，以及如果发生在飞行中的飞机结构上，可为灾难性的。因此，这是由这种复合材料制造的航天结构的特定问题。在现有技术中已经提出了广泛的技术和方法，以提供这种复合材料的雷击保护，通常涉及添加导电元素，代价是提高复合材料的重量。在WO 2008/056123中，通过以下方法对雷击抗性进行了改进在树脂夹层中添加中空导电粒子，使得它们接触相邻的纤维层并在Z-向上形成电通路。然而，这经常需要精细的加工方法并可降低疲劳性质。因此在本领域中仍需要轻质并具有优异的机械性质的导电复合材料。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人意料不到地发现，预浸溃体的固化层合体的导电性的改进可通过以下方法实现在树脂浸溃之前处理结构纤維。因此，在第一方面，本专利技术涉及预浸溃体，其包含在空隙中包含热固性树脂的导电纤维结构层，和包含热固性树脂的第一树脂外层，以及包含位于结构层和外部树脂层之间的界面处的导电自由单丝群体，所述预浸溃体在升高的温度下固化时产生固化复合材料，所述固化复合材料包含填充的导电纤维的固化结构层和第一固化树脂外层，所述固化树脂外层包含分散在其中的一部分所述导电自由单丝群体。这种预浸溃体被认为在受热时，但是在达到足以导致树脂固化的温度之前经历了微小的结构转变。当树脂受热时，它的粘性下降，以及自由纤维离开界面自由地迁移至树脂层中。当温度进ー步升高时，树脂开始固化，从而将自由单丝固定在分布在树脂层中的位置。自由纤维被认为在它们自己之间形成导电接触并桥接树脂层，从而提高固化的复合材料在Z-向上的导电性。因此，可使树脂层导电，而不必在预浸溃体制造期间向它添加任何导电元素。如果将两个这种预浸溃体放置在一起，那么ー个预浸溃体的第一树脂外层如果存在于另ー个预浸溃体的树脂外层上则在两个导电纤维层之间形成树脂夹层。 在一个实施方案中，可单独制备导电自由单丝，并在树脂浸溃之前堆积在结构层表面上。然而，专利技术人发现，通过破坏一部分导电纤維，处理导电纤维的结构层的外表面来产生自由纤维是特别便利的制造方法。因此，在第二方面，本专利技术涉及制造预浸溃体的方法，所述方法包括将导电纤维片材传送至纤维破坏手段(fibre disrupting means),导致在片材外表面上的一部分纤维变成导电自由单丝，随后用热固性树脂浸溃片材，产生包含热固性树脂的树脂外层，该外层与包含自由纤维的片材的外表面接触。因此，破坏手段处理外表面处的纤维变成自由单丝。术语“自由单丝”是指不以物理或化学的方式与任何其它物体结合并本质上可移动的单丝。这样形成的自由单丝不与任何其它纤维粘合并可自由移动。因此，自由单丝也将具有足以维持自由单丝性质的长度上限。例如，自由纤维通常具有以下的长度分布平均长度小于2. 0cm，优选小于I. Ocm,更优选小于0. 5cm。导电纤维的层或片可为以下形式随机、针织、机织、非织造的、多轴或任何其它适合的模式。然而，优选地，所述导电纤维为单向的。当导电纤维为单向的时，自由单丝可通过单向纤维中的单ー断裂(single break)产生。这种单一断裂允许自由单丝在锚定点附近迁移，以移动至外部树脂层或中间层中。破坏手段可取决于结构纤维如何布置而以多种方式产生自由纤维，例如通过破坏结构纤维之间的粘合点和将结构纤维破坏成较短长度。因此，本专利技术高度创新，因为本专利技术可包括主动产生绒毛或破坏纤维，其迄今为止已被视为应解决的问题。在一个优选的实施方案中，导电纤维为单向纤维，以及破坏手段包括使纤维经过磨蚀表面，由此导致与磨蚀表面接触的外表面上的一部分纤维在经过时断裂，而不与磨蚀表面接触的纤维保持不断裂。已经发现，在至少ー个位置中破坏0. 5-5. 0wt%纤维提供良好的結果。如上所述，单向纤维片材通常由多个纤维丝束形成，将纤维丝束在用树脂浸溃之前展开以合并在一起。实现这一点的常用方法是使纤维经过多个连续的铺展杆或辊。因此，将磨蚀表面结合在现有的铺展杆布置中是便利的。因此，在一个优选的实施方案中，磨蚀表面为铺展杆的表面。而且，已经发现，如果磨蚀表面铺展杆位于铺展杆序列中的靠后位置，那么可得到导电性的进ー步改进。因此，优选地，磨蚀表面铺展杆在最后三个之中，优选在最后两个之中，并且最优选为序列中的最后ー个铺展杆。磨蚀表面可由任何适合的材料制造，例如金属或陶瓷，然而，优选碳化钨。在一个优选的实施方案中，本专利技术方法包括将导电纤维片材传送至第二纤维破坏手段，以导致在片材的其它外表面上的一部分纤维变成自由纤维。因此，至少两个铺展杆可包含磨蚀表面，每个与导电纤维片材的ー个外表面接触。一些因素决定经过磨蚀表面的纤维的破损率。例如，经过表面的相对运动速度、表面粗糙度、纤维中的张力、与表面接触的面积和时间。此外，纤维的材料性质将为ー个因素，特别是它们的上浆类型和百分比。 然而，已经发现，磨蚀表面的粗糙度是关键參数，因此优选地，磨蚀表面的Ra粗糙度为至少I. 5微米，更优选至少2. 5微米。另ー个重要因素是经过表面的相对运动速度。优选地，相对运动速度为2_20m/min0一旦制备了在ー个或两个外表面上包含自由纤维的导电纤维片材，下ー阶段是树脂浸溃。树脂浸溃可用很多种方法实施，其为本领域技术人员已知的。通常，它包括使包含热固性树脂的第一树脂层与纤维表面接触。然后通常压缩树脂和纤维以导致浸溃发生。在一个特别优选的实施方案中，将树脂施用至辊，纤维片材经过辊表面以及树脂从辊脱离至纤维片材。压缩也可便利地通过经过辊来实施，所述辊可按需要布置。传统上，存在两种主要的将树脂引至纤维片材用于浸溃的方法。第一种包括在单ー阶段中将所有树脂引至纤维。第二个包括在第一阶段中引入部分的树脂以及在第二阶段中引入剰余的树脂。这种ー阶段和ニ阶段方法被广泛使用。ニ阶段方法的一个优点是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E费塞特，J埃利斯，
申请(专利权)人：赫克塞尔合成有限公司，
类型：发明
国别省市：