[发明专利]改进的复合材料

说明书

本发明申请是基于申请日为2007年11月06日，申请号为200780041287.0(国际申请号为PCT/GB2007/004220)，发明名称为“改进的复合材料”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及复合材料，具体地(但非排它地)，涉及纤维增强的复合材料。

背景技术

由于与金属相比复合材料具有有吸引力的机械性能和低重量，其越来越多地用于许多领域的结构用途中。在本领域中已知，复合材料由分层材料组成，从而提供在结构上有利的层压型材料。然而，导电性是金属最显著的属性之一，而基于纤维增强材料的复合材料(例如粘性膜、贴面膜和预浸渍的(预浸料)通常具有低得多的导电性。

传统的复合材料一般由增强材料相和基质相组成，其中所述增强材料相通常包含连续或不连续的纤维，且所述基质相通常为热固性或热塑性聚合物。最早用于制备复合材料的第一代基质聚合物就其本性而言是脆性的，因此必须开发韧形更强的形式。在航空航天用途中用作主结构的复合材料往往是所谓的第二代或第三代增韧材料。

特别需要对数种用途显示导电性的复合材料。这些用途包括防雷击用途、静电耗散(ESD)用途和电磁干扰(EMI)用途。先前的复合材料(例如基于碳纤维的那些复合材料)已知具有一定程度的导电性，这种导电性一般与碳丝的石墨性质有关。然而，其所提供的导电性水平对于保护复合材料免受例如雷击的损伤作用来说是不够的。

由于在基质材料中加入了增韧相，第二代增韧复合材料相对于较早的第一代复合材料显示了改进。这包括通过延展金属箔、金属网或交织线材来将金属加入到组件中。用于该目的的典型金属包括铝、青铜(bronze)和红铜(copper)。这些复合材料能够提供较好的导电性。然而，它们通常很重，且其机械性能和航空航天性能显著下降。这些复合材料一般存在于材料的最初一个或两个片层处，因此经常导致总表面光洁度很差。

如果在第二代复合材料上发生雷击，损伤在正常情况下局限于表面保护层。雷击能量通常足以将一些金属汽化并在网中烧出小洞。对下层复合材料的损伤可能极小，从而使损伤局限于顶部的一个或两个片层(ply)。不过，在这样的雷击之后，将必须切掉受损区域，并且用新的金属保护材料、而且如果需要的话还用新的复合材料来进行修复。

如已经提到的，带有碳纤维的材料确实具有一些导电性。然而，导电通路仅在纤维的方向中，且其沿着与纤维增强材料的平面相垂直的方向(z向)耗散电流的能力是受限的。碳增强材料经常包含夹层结构(interleaf structure)，由于夹层的电绝缘性，这种夹层结构导致在z向中具有固有的低导电性。当受闪电破坏时，这种设置的结果能够导致灾难性的影响，因为放电能够进入夹层，将夹层中的树脂汽化，以及导致主体层离(mass delamination)和穿过复合材料。

所谓的第三代增韧复合材料基于下述夹层技术：其中树脂层与纤维增强片层(fibre reinforced plies)交替存在，从而提供对冲击的保护。然而，这些树脂层起电绝缘体的作用，因此在材料的z向(即，垂直于纤维方向)中的导电性很差。在复合材料上的雷击能够导致组件的严重破坏，从而产生穿过多片层层压体(multiple ply laminate)的洞。

发明内容

因此本发明试图提供下述复合材料——与如本文所述的先前尝试相比，该复合材料具有改进的导电性，且与标准复合材料相比，该复合材料几乎不具有或不具有附加重量。本发明还试图提供下述复合材料——该复合材料在不损害材料的机械性能的情况下具有改进的导电性。本发明进一步试图提供一种制备具有改进的导电性的复合材料的方法。

本发明的另一目的是提供一种便于制备、使用和修理的耐雷击复合材料。

根据本发明的第一方面，提供了一种复合材料，其包含：

i)至少一种预浸料，所述预浸料包含至少一种聚合物树脂和至少一种纤维增强材料；以及

ii)分散在所述聚合物树脂中的导电性粒子。

根据本发明的第二方面，提供了一种制备复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

i)提供至少一种预浸料，所述预浸料包含至少一种聚合物树脂和至少一种纤维增强材料；以及

ii)将导电性粒子分散在所述聚合物树脂中。

根据本发明的第三方面，提供了导电性粒子用于降低复合材料的聚合物树脂组分的初始体电阻率(initial bulk resistivity)的用途，所述复合材料包含预浸料，所述预浸料包含所述聚合物树脂和至少一种纤维材料，其中所述导电性粒子分散在聚合物树脂中。