本发明专利技术提供了纤维增强聚合物组合物，其包含纤维和粘合性组合物，其中，所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂、含传导性材料的界面材料。纤维增强聚合物组合物经固化后具有至少1S/m的z-方向上的传导率，粘合性组合物与增强纤维形成良好键合。在增强纤维和粘合性组合物之间的界面区域中包含界面材料。其他实施方式包括传导性预浸料坯、具有耐负荷功能和非耐负荷功能二者的多功能预浸料坯、和使粘合性组合物与增强纤维固化来制造复合制品的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供创新性的纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合性组合物， 所述粘合性组合物至少包含传导性界面材料，其中，固化后，增强纤维和粘合性组合物之间 的界面区域（本文中称为"界面相"）包含传导性界面材料，粘合性组合物与增强纤维形成 良好键合，这允许同时改善复合体的Z-方向上的电传导性和机械性质。
技术介绍
当通过树脂基质将增强纤维键合到一起来制造纤维增强聚合物复合体时，纤维表 面上官能团的存在是非常关键的。此外，该键合必须能耐受于环境和/或不利条件。键合 的强度，即，将（固化的）树脂与和固化的树脂接触的纤维分开所需要的每单位界面面积的 力是粘合性的量度，当主要观察到树脂或纤维或二者的内聚破坏、而不是纤维和树脂之间 的粘合破坏时，则获得了最大粘合。 为实现强的键合，首先，向原始（pristine)纤维表面上有利地引入含氧官能团； 其次，可对粘合促进剂加以选择，使得粘合促进剂的一个端部能够与纤维表面上的含氧官 能团共价键合，并且粘合促进剂的另一端部能够促进或参与和树脂中官能团的化学相互作 用。基本上，粘合促进剂作为在固化期间将纤维与主体树脂连接的桥梁发挥作用。表面处 理（例如等离子体处理、UV处理、电晕放电处理、或湿式电化学处理）经常被用于将含氧官 能团引入到纤维表面上。 最终，为获得强的键合，在纤维和树脂之间的界面处当然不能存在有空洞，即，固 化后它们之间具有充分的分子接触。通常，该界面被认为是体积区（volumetric region) 或"界面相"。界面相可从纤维的表面延伸数纳米至若干微米，这取决于经上浆处理过的纤 维表面的化学组成、纤维与主体树脂之间的化学相互作用、以及固化期间其它化学基元向 界面的迀移。界面相因此具有非常特殊的组成，并且其性质与纤维表面及主体树脂的性质 均大为不同。此外，由于纤维和树脂之间模量不匹配而导致在界面相中存在高应力集中，这 通常使得复合体脆弱而易于发生龟裂。这种高应力集中，有时因树脂的化学脆化（由纤维 诱发）、及热膨胀系数不同导致的局部残留应力而增大，结果导致一旦施加负荷就会发生复 合体的灾难性破坏。 -般而言，不充分的粘合力可能使龟裂能（crack energy)沿着纤维/基质间的界 面消散，但这以从粘合剂经由界面相朝向纤维的应力传递能力方面的很大牺牲为代价。另 一方面，强粘合力经常导致界面基质脆变的增加，导致在这些区域内发生龟裂并扩展至树 脂富集区。此外，因为纤维破裂端的龟裂能无法沿着纤维/基质间的界面消减，所以通过将 邻接纤维实质性地破断而转移到其间。由于这些原因，目前最新的纤维复合体体系需要被 设计为能够实现最佳的粘合水平。 在一些情况下，尤其是涉及碳纤维时，期望具有较弱至中等程度的粘合水平，当飞 行器机翼等应用需要高水平的、Z-方向上或厚度方向上的电传导性（下文中称为"电传导 性"("electrical conductivity"）或简称为"传导性"("conductivity")）时尤为如此。对 于这些情况而言，厚度方向上的传导路径由纤维-纤维接触而形成，这使得碳纤维体积越 大，则获得的传导性越高。然而，当粘合性提高时穿过纤维的传导路径则被显著封闭，即，基 质材料的绝缘层阻止纤维-纤维接触，因此传导性依赖于聚合物基质的电传导性（其通常 非常低（大约l(T 13S/m))。由此，强的粘合性导致复合体传导性显著降低。为重建电路径，可 在不改变树脂基质与纤维的强粘合性的情况下，将传导性材料掺入树脂基质中。虽然树脂 的传导性可被大幅增强，但仅一部分增强能转移到复合体上，这是因为纤维（其典型地占 复合体体积的至少50%)仍将作为半绝缘体发挥作用。或者，有时还试图用传导性材料涂 覆纤维，但复合体的高粘合和/或断裂韧性可能因此被破坏。例如，US20080213498A1 (Drzal et al，Michigan State University，2008)显示了用最多3wt%的石墨纳米薄片成功地对 碳纤维进行了包覆。Bekyarova等人（Langmuir 23,3970,2007)引入了经碳纳米管涂覆 的、编织得到的碳纤维织物。W02007130979A2(Kruckenberg 等人、Rohr，Inc?和 Goodrich Corporation，2007)要求保护用此类碳质材料等涂覆的碳纤维。 国际专利公报W02012/116261 A1 (Nguyen et al.，Toray Industries Inc.，2012) 中，试图通过自装配过程来产生界面相，其中，界面材料被掺入进树脂，并且通过利用增强 纤维的表面化学来使得界面材料集中于纤维附近。该过程已显示为有效，其形成增强的界 面相，这进而能提高复合体的抗张强度。但是，该界面相成为绝缘层，因此极大地降低复合 体的电传导性。因此，需要制造传导性的界面相，其既能提供良好的粘合（以及因此能提供 与高粘合相关的性质），并且还至少保持碳纤维在固化的层合体厚度方向上的电传导性。
技术实现思路
一种实施方式涉及下述纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合性组合 物，其中，所述粘合性组合物经固化后与所述增强纤维形成良好键合，并且，其中，所述纤维 增强聚合物组合物具有至少is/m的传导率。所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化 剂和含传导性材料的界面材料，其中，所述增强纤维适于将所述界面材料集中（即，使所述 界面材料能够集中）于所述增强纤维和所述粘合性组合物之间的界面区域。所述界面区域 可包含粘合层和传导性层，其中所述粘合层较之所述传导性层更接近所述增强纤维，并且， 所述粘合层具有与所述传导性层的组成不同的组成，并且，其中，所述传导性层至少包含所 述界面材料。所述粘合性组合物还可包含迀移剂、促进剂、热塑性树脂、增韧剂、层间增韧 剂、传导性材料或它们的组合中的至少一种。 另一实施方式涉及一种多功能纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合 性组合物，其中，所述多功能纤维增强聚合物组合物经固化后具有至少is/m的电传导率、 至少90MPa(13ksi)的层间剪切强度（ILSS)、提供至少70%的转移的抗张强度、和至少 1240MPa(180ksi)的抗压强度。所述粘合性组合物至少包含热固性树脂和固化剂，并且还可 包含迀移剂和一种或更多种界面材料，其中在纤维增强聚合物组合物固化后，所述一种或 更多种界面材料较之远离增强纤维的位置而言更为集中于增强纤维附近，其中，所述一种 或更多种界面材料中的至少一种为传导性材料。所述粘合性组合物还可包含促进剂、热塑 性树脂、增韧剂、层间增韧剂、传导性材料或它们的组合中的至少一种。 其它一些实施方式涉及包含上述纤维增强聚合物组合物之一的预浸料坯。 其它一些实施方式涉及制造复合制品的方法，所述方法包括固化上述纤维增强聚 合物组合物之一。【附图说明】 图1显示了根据本专利技术的一种实施方式的固化的纤维增强聚合物复合体结构的 90°横截面示意图。传导性颗粒(其可以是不可溶或部分可溶的）在纤维附近比 在主体树脂组合物中更为集中。示出了传导路径，以显示z-方向（厚度方向）中 的电子输送。绝缘层破坏经由纤维-纤维接触的路径。但是，通过使传导性颗粒处于 纤维周围而重新建立了该路径本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合性组合物，其中，所述粘合性组合物经固化后与所述增强纤维形成良好键合，并且，其中，所述纤维增强聚合物组合物具有至少1S/m的电导率。
【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：F·N·阮，吉冈健一，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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