[发明专利]结构用芯材

说明书

背景技术

1.技术领域

本发明涉及由包含碳纳米管的纤维网制成的高强度芯结构。芯结构可以为蜂窝结构或折叠芯材的形式。

2.相关领域的描述

授予Furuzuki的日本专利申请号JP2010037660A公开了可通过在造纸工艺中添加相对于固体材料的总量1至50wt％的量的单分散状态碳纳米管来制备含纸的碳纳米管(CNT)。含纸的CNT的组成纤维组分为天然纤维、合成纤维、无机纤维、金属纤维等。

授予Wang的中国专利申请号CN101284661A提出，通过向包含金属颗粒的溶液中添加碳纳米管材料，进行絮凝处理，添加还原剂，然后从溶液分离出纳米管絮凝结构来制备碳纳米管片。

授予Shah的PCT公开WO2011054008A描述了包含注入到芳族聚酰胺纤维材料的碳纳米管(CNT)的组合物，所述组合物包含可螺旋化维度的芳族聚酰胺纤维材料、共形地设置在芳族聚酰胺纤维材料周围的阻隔涂层和注入到芳族聚酰胺纤维材料的碳纳米管(CNT)。所注入的CNT长度一致，并且密度均匀。

得自高模量高强度纤维非织造片材的用于复合夹心板的芯结构(大多呈蜂窝形式)用于不同的应用中，但主要用于其中强重比或刚重比具有非常高的值的航空和航天工业。例如，授予Lin的美国专利5,137,768描述了一种由高密度湿法成网的非织造材料制成的蜂窝结构芯材，所述非织造材料包含50wt.％或更多的对位芳族聚酰胺纤维，其中该组合物的其余部分为基料和其它添加剂。

公布WO2011/062980描述了由包含20-85重量％的碳纤维絮凝物的纸材制成的蜂窝芯材。碳纤维具有至少1.5∶1的非圆形横截面长宽比。纸材具有至少35％的纤维体积分数。碳纤维的算术平均长度为至少0.5mm，并且长度加权平均长度为至少0.9mm。公布WO2011/062980描述了由相同纸材制成的折叠芯材。

持续需要提供包含具有改善的机械性能(如刚度、强度和韧性)的芯材的芯结构和复合板。对用于航空器、火车和轮船的结构尤其如此。

发明内容

本发明涉及包含非织造纤维加强碳纳米管纤维网的结构用芯材，所述纤维网涂覆有热固性或热塑性树脂，其中：

(i)碳纳米管在加强纤维网内取向，为使得在树脂涂覆之后，纤维网在平面内沿第一方向的模量与沿正交于第一方向的第二方向的模量的比率不大于2.0，

(ii)树脂涂覆纤维网的平面内杨氏模量为至少14GPa，并且

(iii)涂层树脂占纤维网加上树脂的重量的15至75重量％。

本发明还涉及包含芯结构的复合板。

附图说明

图1A和1B分别为六边形蜂窝结构的平面图和端视图。

图2为六边形蜂窝结构的透视图。

图3为具有面板的蜂窝结构的透视图。

图4为折叠芯结构的透视图。

图5A至5D示出多层加强纤维网的实施例的端视图。

具体实施方式

芯结构

本发明涉及由纤维加强纤维网和基质树脂制成的高强度芯结构。芯结构可以为蜂窝结构或折叠芯材形式。

图1A为本发明的一个蜂窝结构1的平面图示意图，并且示出由孔室壁3形成的孔室2。图1B为图1A所示蜂窝结构的端视图，并且示出在孔室壁的两端形成的两个外表面或面4。芯材也具有边缘5。图2为蜂窝结构的透视图。所示为具有六边形孔室2和孔室壁3的蜂窝结构1。图2中在“10”处示出蜂窝结构的“T”维度或厚度。所示为六边形孔室，然而，其它几何排列也是可能的，其中正方形孔室、过度扩展孔室和弯曲芯材孔室是最常见的可能排列。此类孔室类型为本领域的人们所熟知，并且可以参考T.Bitzer 的Honeycomb Technology第14至20页(Chapman&Hall，publishers，1997)中关于可能的几何孔室类型的其它信息。

图3示出由蜂窝结构芯材6与面板7和8装配成的结构用复合材料夹心板5，其中所述两个面板附接到所述芯材的两个外表面。优选的面板材料为预浸料坯、浸渍有热固性或热塑性树脂的纤维片，但是也可利用其它塑性或金属面板。如果使用金属面板，以及在一些情况下使用塑性或预浸料坯面板，那么也使用粘合剂膜9。通常在芯材的两个侧面上均有至少两个预浸料坯面板。