[发明专利]用于生产与树脂结合的复合材料部件的具有改善电导率性质的材料

说明书

技术领域

本发明涉及所谓的“干”增强材料的技术领域，该材料适用于产生结合热固性或热塑性树脂的复合材料部件，所述树脂在所述材料内散布，以产生最终的复合材料部件。具体地，本发明涉及一种新颖的中间材料，其基于碳纤维单向片材，结合了令人满意的机械强度和电导率性质，适于通过后续的注射或熔渗(infusion)热固性或热塑性树脂或这些树脂的混合物来设计复合材料部件，并且还涉及用这样的材料制造复合材料部件的方法，以及涉及由此获得的复合材料部件。

背景技术

可以用例如所谓的“直接(direct)”或“LCM”(“液体复合模塑成型(Liquid Composite Moulding)”)法来制造复合材料部件或产品，其组成为：首先，一个或多个纤维增强材料或片材，第二，主要为热固性(“树脂”)类型的基质，其也可包含热塑性材料。直接法通过以下事实定义：例如如下以“干”态(即，没有最终的基质)制备一个或多个纤维增强材料，其中树脂或基质单独制备：通过注射到含有增强纤维的模具中(“RTM”工艺，树脂传递模塑)，通过熔渗透过增强纤维的厚度(“LRI”工艺，即“液体树脂熔渗(Liquid Resin Infusion)”，或“RFI”工艺，即“树脂膜熔渗(Resin Film Infusion)”)，或者通过使用辊子或刷子在纤维增强材料的每个单元层上手工涂布/浸渍，依次施加到模具上。

对于RTM、LRI或RFI工艺，一般而言首先必要的是，以期望的最终产品的形状来建立纤维预成型体，然后用树脂浸渍该预成型体。所述树脂在一定温度通过压差注射或熔渗，然后一旦所有量的所需树脂都包含在预成型体中，则对该组件施加较高的温度以完成聚合/交联周期，由此使其硬化。

用于汽车、航空或海上工业中的复合材料部件特别经受非常严格的要求，特别是在它们的机械性能方面。为节省燃料，航空业已经用更轻的复合材料取代了许多金属材料。此外，由于希望重量减轻，许多液压飞行控制件也由电子控制件所取代。

在产生所述部件过程中，随后特别是通过注射或熔渗方式结合到单向增强片材的树脂可以是热固性树脂，例如环氧树脂。为了允许适当地流动通过由不同碳纤维层的堆叠物组成的预成型体，该树脂大多数时候是极其流动性的，例如在熔渗/注射温度具有50至200mPa.s量级的粘度。该类型树脂的主要麻烦是其在聚合/交联后的脆性，这导致制造的复合材料部件的耐冲击性差。

为了解决这一问题，现有技术文件中提出将所述碳纤维的单向层结合到基于树脂的中间层，特别是结合到热塑性纤维的网状物。诸如这些的解决方案特别描述于专利申请或专利EP1125728、US6828016、WO00/58083、WO2007/015706、WO2006/121961和US6503856中。添加这种树脂中间层例如网状物，使得可以改善在冲击后压缩(compression after impact)(CAI)试验中的机械性能，该试验通常用来表征结构体的耐冲击性。

在早期专利申请WO2010/046609和WO2010/061114中，申请人也提出了一种特别的中间材料，其包含单向纤维(特别是碳)的片材，该片材通过在其两面的每一个面粘附而结合到非织造的热塑性纤维(也称为无纺布)，以及公开了它们的制备工艺。

这种复合材料由碳层和热固性或热塑性材料层组成。与热固性或热塑性材料不同，碳纤维是导电性的。这两种材料的叠层因此就是导电材料和绝缘材料的叠层。由于树脂层的存在，其横向电导率接近于零。

然而，为了消散在机身或机翼上流动的雷电能量，并且也为了确保返回电流(return current)的功能，用于航空的复合材料部件的横向电导率必须高。因为燃料储存于飞机的机翼，必须成功消散电能，由此实现沿垂直于部件表面的轴(称为z轴)的良好导电性。在飞机结构中，目前为止还是通过主要基于铝的材料本身提供导电性。因为新的飞机型号集成越来越多的主要基于碳的复合材料，因而必须提供额外的导电性以确保返回电流功能和防雷电功能。目前在基于碳纤维的复合材料部件上实现该导电性是通过局部使用使部件相互结合的金属条带或粗纱来实现。这样的解决方案大大地增加了复合材料方案的重量和成本，因此是不令人满意的。

为了提供具有良好导电性的材料，专利申请US2003/0008125提出将单向碳纤维片材与碳无纺布结合，并用热塑性层保证它们的结合。所述热塑性层用于浸渍碳层。特别是因为使用了无孔热塑性层并且缺少关于热塑性树脂存在量的精度，因此该公开的材料不适合于如上所述的直接法。