[发明专利]制备复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备包含纤维和树脂基质的预浸料的方法，该预浸料当堆叠形成层压材料并随后固化时可形成复合材料，特别是具有改善的对由雷击引起的损害的耐受性的复合材料。

背景技术

与传统建构材料相比，复合材料具有充分证实的优点，特别是在以非常低的材料密度下提供优越的机械性能方面。因此，这些材料的用途变得日益广泛，并且它们的应用领域可从″工业″和″运动休闲″延及至高性能航空航天部件。

包含浸渍有树脂例如环氧树脂的纤维排列的预浸料广泛用于产生这些复合材料。通常，将许多层这些预浸料根据需要″叠放″并使所得层压材料固化(通常通过暴露于升高的温度而固化)以产生固化复合层压材料。

普通复合材料由多个插入树脂层的预浸料纤维层(如碳纤维)的层压材料制成。尽管碳纤维具有一定电导率，但是插入层的存在意味着该电导率仅主要表现于复合材料中层压材料的平面中。在垂直于层压材料表面的方向(即所谓的z-方向)上的电导率较低。

本领域技术人员强烈偏向于使用具有由明确的树脂层隔开的明确的纤维层的这种交叠层压材料以生产均匀分层的层压材料。认为这种清楚限定的层提供改善的机械性能，特别是例如通过抗冲性测得的韧性。

通常认为z-方向上缺乏导电性会导致复合层压材料对电磁危害例如雷击攻击的脆弱。雷击会引起复合材料损坏，这种损坏可能是非常广泛的并且如果发生在飞行中的飞机结构上时可能是灾难性的。因此，这对于由这种复合材料制造的航空航天结构是特别重要的问题。

现有技术已经提出多种技术和方法以提供对这种复合材料的雷击保护，这通常包括添加导电元素，但同时也会增加复合材料的重量。

在WO 2008/056123中，是在耐雷击性方面进行了改进，这是通过将空心导电颗粒添加到树脂插入层中进行的，由此这些空心导电颗粒接触邻近的纤维层并在z-方向上产生电路。但是，这通常需要精细的加工方法并且可能降低疲劳特性。

因此，本领域仍然需要轻质并且具有优越机械性能的导电复合材料。

发明内容

第一方面，本发明涉及制备预浸料的方法，包括以下步骤：进料具有限定宽度的单向导电纤维的层，使包含热固性树脂的第一树脂层与所述纤维的第一面接触，和将所述树脂和纤维通过穿过一个或多个浸渍辊而压制在一起，其中施加在所述导电纤维和树脂上的压力不超过40千克每厘米的所述导电纤维的宽度，并且所述树脂的存在量足以使该树脂进入所述纤维的缝隙并留下基本上不含单向导电纤维的第一树脂外层。

第二方面，本发明涉及可通过本申请描述的方法得到的预浸料。

另一方面，本发明涉及制备预浸料的方法，包括以下步骤：连续进料单向导电纤维的丝束，使包含热固性树脂的第一树脂层与所述纤维的面接触，和将所述树脂和纤维经由至少一个S-缠绕阶段而压制在一起，并且足以使该树脂进入所述纤维的缝隙并留下第一树脂外层。

应该注意的是，在指定任何范围或含量时，可以结合使用任何特定较高值与任何特定的较低值。

可以认为术语″基本上不含单向导电纤维″表示，树脂层包含小于1体积％的单向导电纤维。但是应该注意的是，其它材料可以根据需要存在于树脂层中。

已经发现，通过本发明制备的预浸料具有打乱的纤维层，使得当将多个这样的预浸料堆叠在一起时，产生预浸料堆，所述预浸料堆包含多个由树脂插入层隔开的打乱的导电纤维的结构层，然后使该预浸料堆固化形成固化的复合层压材料，获得在z-方向上大得多的导电性，同时保留了优越的韧性。另外，可以在无需导致重量有任何增加的情况下实现上述优点。

已知的插入层预浸料通常在两阶段方法(即，两步法)中制备。第一阶段使纤维与进入缝隙的树脂接触，然后与常常包含颗粒状材料(通常为增韧剂颗粒)的另一种树脂接触。仅意图使用该第二阶段来铺置包括颗粒状材料的树脂，由此产生厚度均匀的不含导电纤维的树脂层，当将多个这样的预浸料堆叠在一起时该树脂层变成插入层。

本发明使用一阶段方法，得到所期望的打乱结构。认为这可得到与在两阶段方法中同样的树脂层，但是其中在一阶段方法中得到的厚度是不均匀的，实际上在多个地方的厚度为0，从而使得邻近的导电纤维的结构层之间可以相互接触。

因此，认为改善的导电性归因于邻近的纤维层之间存在的接触点所引起的搭桥效应(bridging effect)，这可能通过它们的打乱特性所形成。打乱的程度使得树脂插入层是被充分保持的，从而确保所得固化的复合材料具有所需韧性。因此，达到中等程度的打乱，从而满足高导电性和高韧性之间明显相互冲突的要求。