КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Отверждаемый композитный материал, содержащий
i) по меньшей мере один структурный слой армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей; и
ii) по меньшей мере одну проводящую композитную частицу, расположенную рядом или вблизи с указанными армирующими волокнами, при этом указанная проводящая композитная частица содержит проводящий компонент и полимерный компонент, причем полимерный компонент проводящей композитной частицы содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и, по существу, не растворимы в отверждаемой смолистой матрице до отверждения композитного материала, но способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения в смолистой матрице во время цикла отверждения композитного материала.
2. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что указанная отверждаемая смолистая матрица представляет собой термореактивную композицию, в которой по меньшей мере 50% полимерного компонента проводящей композитной частицы растворимо в смолистой матрице во время отверждения композитного материала, и при этом указанный фазовый переход в жидкую фазу происходит за счет растворения полимерного компонента в смолистой матрице.
3
3. Композитный материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что проводящий компонент каждой электропроводной композитной частицы содержит один или более проводящих материалов, имеющих электропроводность более 1×10 См/м.
4. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что проводящий компонент каждой электропроводной композитной частицы содержит один или более проводящих материалов, выбранных из металлических материалов, неметаллических проводящих материалов и их комбинаций.
5. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что проводящий компонент электропроводной композитной частицы содержит один или более металлических материалов, выбранных из серебра, золота, платины, палладия, никеля, меди, свинца, олова, алюминия, титана, их сплавов и смесей.
6. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что проводящий компонент электропроводной композитной частицы содержит один или более неметаллических проводящих материалов, выбранных из углерода, графена, графита и их комбинаций.
7. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что полимерный компонент содержит полиэфирсульфон.
8. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что полимерный компонент проводящей композитной частицы содержит по меньшей мере один термопластичный полимер, выбранный из группы, состоящей из полиуретана, поликетона, полиамида, полифталамида, полистирола, полибутадиена, полиакрилата, полиакриловых материалов, полиметакрилата, полиэфирсульфона (ПЭС), полиэфир-эфирсульфона (ПЭЭС), полифенилсульфона, полисульфона, сложного полиэфира, жидких кристаллических полимеров, полиимида, полиэфиримида (ПЭИ), полиэфиркетон-кетона (ПЭКК), полиэфир-эфиркетона (ПЭЭК), полиуретана, полиарилэфира, полиарилсульфида, полифенилена, полифениленоксида (ПФО), полиэтиленоксида (ПЭО), полипропиленоксида, их сополимеров и комбинаций.
9. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что полимерный компонент проводящей композитной частицы дополнительно содержит по меньшей мере одну термореактивную смолу.
10. Композитный материал по п. 9, отличающийся тем, что полимерный компонент проводящей композитной частицы дополнительно содержит отверждающий агент или катализатор.
11. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что весовое содержание проводящего компонента проводящей композитной частицы относительно общего веса проводящей композитной частицы составляет от 1 до 90%.
12. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что множество электропроводных композитных частиц содержатся в количестве от 0,1 до 25 об.% от общего объема смолы, содержащейся в композитном материале.
13. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что имеется множество электропроводных композитных частиц, и эти частицы имеют средний размер частиц менее 150 мкм.
14. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что имеется множество электропроводных композитных частиц, и эти частицы имеют средний размер частиц в диапазоне от 10 до 60 мкм.
15. Композитный материал по п. 1, дополнительно содержащий не проводящие частицы, при этом проводящие композитные частицы, смешанные с не проводящими частицами, находятся в количестве до 25 об.% от общего объема смолы, содержащейся в композитном материале.
16. Композитный материал по п. 1, отличающийся тем, что указанная отверждаемая смолистая матрица содержит одну или более термореактивных смол, выбранных из группы, состоящей из эпоксидных смол, бис-малеимида, винилэфирных смол, цианат-эфирных смол, модифицированных изоцианатом эпоксидных смол, фенольных смол, бензоксазина, формальдегидных конденсационных смол, сложных полиэфиров и акриловых материалов.
17. Композитный материал по п. 1, дополнительно содержащий второй структурный слой армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей, при этом указанная по меньшей мере одна проводящая композитная частица расположена между слоями армирующих волокон первого и второго структурных слоев.
18. Отверждаемый композитный слоистый материал, содержащий:
структурный слой армирующих волокон, пропитанных первой отверждаемой смолистой матрицей; и
слой второй отверждаемой смолистой матрицы в контакте с одной из двух противоположных поверхностей структурного слоя,
где указанная вторая отверждаемая смолистая матрица содержит множество проводящих композитных частиц, а указанная первая отверждаемая смолистая матрица лишена каких-либо композитных проводящих частиц, и
при этом каждая проводящая композитная частица содержит проводящий компонент и полимерный компонент, причем полимерный компонент содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и по существу не растворимы в отверждаемой смолистой матрице до отверждения композитного слоистого материала, но способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения во второй смолистой матрице во время цикла отверждения композитного слоистого материала.
19. Отверждаемый композитный слоистый материал по п. 18, дополнительно содержащий:
дополнительный слой указанной второй отверждаемой смолистой матрицы в контакте с другой из двух противоположных поверхностей структурного слоя.
20. Способ изготовления композитной структуры, включающий:
(a) диспергирование по меньшей мере одного проводящего материала в полимерном материале с образованием композитной смеси;
(b) необязательную тепловую обработку указанной смеси;
(c) формирование микроразмерных проводящих композитных частиц из композитной смеси, при этом указанные частицы имеют средний размер частиц менее 150 мкм;
(d) необязательную тепловую обработку микроразмерных проводящих композитных частиц; и
(e) формирование композитного материала, содержащего по меньшей мере один слой армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей, и множество микроразмерных проводящих композитных частиц рядом с указанными армирующими волокнами,
при этом полимерный материал в каждой проводящей композитной частице содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и по существу не растворимы в отверждаемой смолистой матрице до отверждения смолистой матрицы, но способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения в смолистой матрице во время цикла отверждения композитных материалов.
21. Способ по п. 20, дополнительно включающий:
(f) отверждение композитного материала, при этом указанный полимерный материал в проводящих композитных частицах подвергается по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения в смолистой матрице во время отверждения, и
после отверждения проводящий компонент проводящих композитных частиц действует как проводящие мостики между соседними слоями армирующих волокон.
22. Способ по п. 20 или 21, отличающийся тем, что указанная отверждаемая смолистая матрица представляет собой термореактивную композицию, в которой по меньшей мере 50% полимерного компонента каждой проводящей композитной частицы растворимо во время отверждения.
23. Способ по п. 20, отличающийся тем, что стадию (а) выполняют в экструдере, а экструдированная композитная смесь представлена в форме гранул.
24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что стадию (с) выполняют с помощью криогенного измельчения.
25. Способ по п. 20, отличающийся тем, что проводящий материал, подлежащий диспергированию на стадии (а), представлен в форме, выбранной из группы, состоящей из чешуек, порошка, дендритов, волокон, сфер, продуктов с металлическим покрытием и их комбинаций.
26. Способ по п. 20, отличающийся тем, что проводящий компонент электропроводной композитной частицы содержит один или более металлических материалов, выбранных из серебра, золота, платины, палладия, никеля, меди, свинца, олова, алюминия, титана, их сплавов и смесей.
27. Способ по п. 20, отличающийся тем, что проводящий материал выбран из группы, состоящей из рубленых углеродных волокон, графитовых чешуек, графитовых нанопластинок, техуглерода, одностенных углеродных нанотрубок (ОСУНТ), двухстенных углеродных нанотрубок (ДСУНТ), многостенных углеродных нанотрубок (МСУНТ), углеродных нановолокон, углеродных наносфер, углеродных наностержней, фуллеренов, углеродных наножгутов, углеродных нанолент, углеродных нановолокон, углеродных наноигл, углеродных нанолистов, графенов, углеродных наноконусов, углеродных наносвитков с формой, подобной свитку, бор-нитридных продуктов с проводящим покрытием или без него.
28. Способ по п. 20, отличающийся тем, что композитный материал получен пропиткой слоя армирующих волокон отверждаемой смолистой матрицей, а проводящие композитные частицы внедрены в указанную отверждаемую смолистую матрицу до пропитки смолой, и при этом проводящие композитные частицы после пропитки остаются на внешних поверхностях слоя армирующих волокон.
29. Способ по п. 20, отличающийся тем, что композитный материал сформирован с помощью
приведения слоя отверждаемой смолистой матрицы без проводящих композитных частиц в контакт с поверхностью слоя армирующих волокон с последующим применением теплоты и давления для пропитки армирующих волокон смолистой матрицей; и
последующего приведения второго слоя смолистой матрицы, содержащей проводящие композитные частицы, в контакт с поверхностью пропитанного слоя армирующих волокон.
30. Способ по п. 20, отличающийся тем, что композитный материал сформирован с помощью
приведения двух слоев отверждаемой смолистой матрицы без проводящих композитных частиц в контакт с противоположными поверхностями слоя армирующих волокон с последующим применением теплоты и давления для пропитки армирующих волокон смолистой матрицей; и
последующего приведения слоя смолистой матрицы, содержащей проводящие композитные частицы, в контакт с поверхностью армирующих волокон, пропитанных смолой.
31. Отверждаемый композитный материал, содержащий
по меньшей мере один структурный слой армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей; и
нетканую вуаль, расположенную рядом с указанным структурным слоем, при этом указанная вуаль содержит проводящие полимерные волокна, расположенные случайным образом, и каждое из указанных проводящих полимерных волокон содержит проводящий компонент и полимерный компонент,
при этом полимерный компонент каждого проводящего полимерного волокна содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе, и по существу, не растворимы в отверждаемой смолистой матрице до отверждения отверждаемой смолистой матрицы, но они способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу при отверждении смолистой матрицы.
32. Структурная преформа, выполненная с возможностью вливания смолы, при этом указанная структурная преформа состоит из
одного или более слоев армированных волокон без смолы; и
по меньшей мере одной нетканой вуали, состоящей из проводящих полимерных волокон, расположенных случайным образом, и каждое из указанных проводящих полимерных волокон содержит проводящий компонент и полимерный компонент,
при этом полимерный компонент каждого проводящего полимерного волокна содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и, по существу, не растворимы в отверждаемой смолистой матрице, подлежащей введению в преформу с помощью вливания смолы, но они способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу во время цикла отверждения преформы, заполненной смолой.
33. Способ изготовления композитной структуры, включающий
(a) укладку двух или более структурных слоев армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолистой матрицей, в расположении друг на друга с образованием пакета;
(b) размещение по меньшей мере одной нетканой вуали между двумя соседними структурными слоями,
при этом указанная вуаль содержит проводящие полимерные волокна, расположенные случайным образом, и каждое из указанных проводящих полимерных волокон содержит проводящий компонент и полимерный компонент; и
(с) отверждение указанного пакета,
при этом полимерный компонент каждого проводящего полимерного волокна содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и, по существу, не растворимы в отверждаемой смолистой матрице до отверждения указанного пакета, а затем во время отверждения указанный полимерный материал подвергается по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения в смолистой матрице.
34. Способ изготовления композитной структуры, включающий
(a) формирование сухой волокнистой преформы, состоящей из (i) многочисленных слоев сухих волокон и (ii) по меньшей мере одной нетканой вуали, расположенной между двумя соседними слоями волокон, при этом указанная вуаль содержит проводящие полимерные волокна, и каждое из указанных проводящих полимерных волокон содержит проводящий компонент и полимерный компонент;
(b) заливку сухой волокнистой преформы отверждаемой жидкой смолистой композицией; и
(c) отверждение волокнистой преформы, наполненной смолой,
при этом полимерный компонент каждого проводящего полимерного волокна содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и по существу не растворимы в отверждаемой смолистой матрице во время заливки и до отверждения наполненной смолой волокнистой преформы, а затем, во время отверждения, полимерный компонент подвергается по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу за счет растворения в смолистой матрице.
35. Структурная волокнистая преформа, выполненная с возможностью вливания смолы, указанная структурная волокнистая преформа содержит армирующие волокна в физической взаимосвязи с проводящими полимерными волокнами,
при этом каждое из указанных проводящих полимерных волокон содержит проводящий компонент и полимерный компонент, а полимерный компонент каждого проводящего полимерного волокна содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и, по существу, не растворимы в отверждаемой смолистой композиции, подлежащей введению в преформу во время вливания смолы, но они способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу во время цикла отверждения преформы, заполненной смолой.
36. Структурная преформа по п. 35, отличающаяся тем, что физическая взаимосвязь волокон выбрана из примешивания, выравнивания в одном слое волокон, расположения в различных, но соседних слоях волокон.
37. Структурная преформа, выполненная с возможностью вливания смолы, при этом указанная структурная преформа содержит множество тканых слоев, по меньшей мере один из которых состоит из армирующих волокон и проводящих полимерных волокон,
при этом каждое из указанных проводящих полимерных волокон содержит проводящий компонент и полимерный компонент, а полимерный компонент каждого проводящего полимерного волокна содержит один или более полимеров, которые первоначально находятся в твердой фазе и, по существу, не растворимы в отверждаемой смолистой композиции, подлежащей введению в преформу во время вливания смолы, но они способны подвергаться по меньшей мере частичному фазовому переходу в жидкую фазу во время цикла отверждения преформы, заполненной смолой.