КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ В Z-НАПРАВЛЕНИИ

1. Отверждаемый композитный материал, включающий:
по меньшей мере два слоя армирующих углеродных волокон, импрегнированных отверждаемой матричной смолой; и
межслойную область, сформированную между соседними слоями армирующих углеродных волокон, причем межслойная область включает (i) проводящие наноразмерные частицы, диспергированные в ней, и (ii) нетканую углеродную вуаль,
причем каждая из проводящих наноразмерных частиц имеет один размер, меньший, чем около 100 нм.
2. Отверждаемый композитный материал по п.1, в котором межслойная область дополнительно включает полимерные частицы.
2
2
2
2
3. Отверждаемый композитный материал по п. 1 или 2, в котором нетканая углеродная вуаль имеет удельный вес единицы площади от 1 г/м до 30 г/м, или от 2 г/м до 10 г/м.
4. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором нетканая углеродная вуаль погружена в отверждаемую матричную смолу в межслойной области.
5. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором проводящие наноразмерные частицы представляют собой наноразмерные структуры на основе углерода, выбранные из группы, состоящей из: углеродных нанотрубок (CNT), углеродных нановолокон, углеродных нанонитей, углеродных нанолент, углеродных нанофибрилл, углеродных наноигл, углеродных нанолистов, углеродных наностержней, углеродных наноконусов, углеродных наноспиралей, имеющих спиралевидные формы, углеродных наноомических структур, частиц сажи, графитовых нанопластинок, графитовых наноточек, графенов, и их комбинаций.
6. Отверждаемый композитный материал по п.5, в котором наноразмерные структуры на основе углерода представляют собой углеродные нанотрубки (CNT).
7. Отверждаемый композитный материал по п.6, в котором углеродные нанотрубки имеют аспектное отношение от 50:1 до 5000:1.
8. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором проводящие наноразмерные частицы присутствую в количестве в пределах диапазона от около 0,1% до около 10% по весу, в расчете на общий вес матричной смолы в композитном материале.
9. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором нетканая углеродная вуаль состоит из беспорядочно размещенных углеродных волокон.
10. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором нетканая углеродная вуаль состоит из беспорядочно размещенных покрытых металлом углеродных волокон.
11. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором нетканая углеродная вуаль покрыта слоем металла или металлического сплава.
12. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором межслойная область включает отверждаемую матричную смолу, которая является по существу такой же, как отверждаемая матричная смола, пропитывающая армирующие углеродные волокна, или отличающейся от нее.
13. Отверждаемый композитный материал по п.2, в котором по меньшей мере некоторые полимерные частицы проникают через нетканую углеродную вуаль.
14. Отверждаемый композитный материал по п. 2 или 13, в котором полимерные частицы присутствуют с содержанием от около 2% до около 20% по весу, в расчете на общий вес матричной смолы в композитном материале.
15. Отверждаемый композитный материал по любому из пп. 2, 13 и 14, в котором полимерные частицы представляют собой нерастворимые термопластичные или эластомерные частицы, и
указанные нерастворимые частицы остаются в виде дискретных частиц в межслойной области при отверждении композитного материала.
16. Отверждаемый композитный материал по п.15, в котором полимерные частицы представляют собой нерастворимые термопластичные частицы, включающие по меньшей мере один термопластичный материал, выбранный из группы, состоящей из: полиимида, полиамидимида, полиамида, полифталамида, простого полиэфиркетона, простого полиэфирэфиркетона, простого полиэфиркетонкетона, простых полиарилэфиркетонов, полифениленсульфида, жидкокристаллических полимеров, и их сополимеров.
17. Отверждаемый композитный материал по п.15, в котором полимерные частицы представляют собой нерастворимые эластомерные частицы, включающие по меньшей мере один полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из: сшитого полибутадиена, полиакриловой кислоты, полиакрилонитрила, и полистирола.
18. Отверждаемый композитный материал по любому из пп. 2, 13 и 14, в котором полимерные частицы представляют собой сшитые частицы, причем каждая частица включает одну структуру из:
(а) сшитой сетчатой структуры, созданной сшиванием способного к сшиванию термопластичного полимера, имеющего одну или несколько реакционноспособных групп, с помощью сшивающего реагента, который является химически активным в отношении реакционноспособных групп, и
(b) проникающей полимерной сетчатой структуры (IPN), включающей цепи термопластичного полимера, переплетенные с независимой сшитой сетчатой структурой, причем указанный IPN создается реакцией по меньшей мере одного соединения, имеющего одну или несколько реакционноспособных групп, сшивающего реагента, который является химически активным в отношении реакционноспособных групп, и термопластичного полимера.
19. Отверждаемый композитный материал по любому из пп. 13-18, в котором каждая из полимерных частиц имеет аспектное отношение в пределах диапазона от около 5:1 до около 1:1.
20. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором отверждаемая матричная смола, пропитывающая армирующие волокна, и отверждаемая матричная смола в межслойной области, включает одну или несколько термореактивных смол, которые являются общими для обеих матриц.
21. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором отверждаемая матричная смола, пропитывающая армирующие волокна, дополнительно содержит диспергированные в ней проводящие наноразмерные частицы.
22. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором матричная смола, пропитывающая армирующие волокна, содержит одну или несколько термореактивных смол.
23. Отверждаемый композитный материал по п.22, в котором термореактивные смолы выбраны из: эпоксидных смол, имидов, смол на основе сложных виниловых эфиров, смол на основе цианатных сложных эфиров, фенольных смол, бензоксазинов, формальдегидных конденсационных смол, ненасыщенных сложных полиэфиров, и их комбинаций.
24. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором отверждаемая матричная смола, пропитывающая армирующие волокна, является такой же, как отверждаемая матричная смола в межслойной области.
25. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором слой армирующих углеродных волокон не является слоем нетканого материала.
26. Отверждаемый композитный материал по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один слой армирующих углеродных волокон находится в форме непрерывных однонаправленных волокон или текстильной ткани.
27. Способ изготовления композитной структуры, включающий стадии, на которых:
(а) формируют многочисленные препреговые слои, причем каждый препреговый слой включает слой волокон из армирующих углеродных волокон, погруженный в отверждаемую матричную смолу, и проводящие наноразмерные частицы, диспергированные во всей матричной смоле;
(b) наслаивают препреговые слои совместно с по меньшей мере одной нетканой углеродной вуалью в форме пакета так, что по меньшей мере одна нетканая углеродная вуаль размещается между двумя соседними препреговыми слоями, образуя многослойный материал;
(с) уплотняют многослойный материал с приложением давления; и
(d) отверждают многослойный материал;
причем каждая из проводящих наноразмерных частиц имеет по меньшей мере один размер меньше 100 нм.
28. Способ по п.27, в котором
каждый препреговый слой при проведении стадии (а) дополнительно включает полимерные частицы, размещенные так, что они примыкают по меньшей мере к одной стороне слоя армирующих углеродных волокон, и
после уплотнения на стадии (с) по меньшей мере некоторые полимерные частицы проникают через нетканую углеродную вуаль.
29. Способ изготовления композитного материала, включающий стадии, на которых:
(а) формируют по меньшей мере одну отверждаемую полимерную пленку, включающую диспергированные в ней проводящие наноразмерные частицы;
(с) объединяют по меньшей мере одну отверждаемую полимерную пленку с по меньшей мере одной нетканой углеродной вуалью и слоем волокон из армирующих углеродных волокон так, что нетканая углеродная вуаль размещается между полимерной пленкой и слоем волокон;
(е) подводят тепло и прилагают давление к отверждаемой полимерной пленке, нетканой углеродной вуали и слою волокон с образованием слоя препрега с импрегнированными смолой углеродными волокнами и пропитанной смолой углеродной вуалью,
причем проводящие наноразмерные частицы имеют по меньшей мере один размер менее 100 нм.
30. Способ по п.29, в котором
по меньшей мере одна отверждаемая полимерная пленка при выполнении стадии (а) дополнительно включает полимерные частицы, и
после подведения тепла и приложения давления на стадии (е) по меньшей мере некоторые полимерные частицы проникают через нетканую углеродную вуаль.
31. Способ по п. 29 или 30, в котором две отверждаемых полимерных пленки формируют на стадии (а), и две нетканых углеродных вуали объединяют с двумя полимерными пленками и слоем волокна на стадии (с) так, что слой волокон размещается между двумя неткаными углеродными вуалями, и каждая полимерная пленка находится в контакте с одной из нетканых углеродных вуалей.
32. Способ изготовления композитной структуры, включающий стадии, на которых:
(а) формируют многочисленные препреговые слои согласно способу по любому из пп. 29-31;
(b) наслаивают указанные препреговые слои друг на друга; и
(с) отверждают полученный многослойный материал.
2
2
2
2
33. Способ по любому из пп. 27-32, в котором нетканая углеродная вуаль имеет удельный вес единицы площади от около 1 г/м до около 30 г/м, или от около 2 г/м до около 10 г/м.
34. Способ по любому из пп. 27-33, в котором проводящие наноразмерные частицы представляют собой углеродные нанотрубки.
35. Способ по любому из пп. 27-34, в котором слой волокон из армирующих углеродных волокон находится в форме непрерывных однонаправленных волокон или текстильной ткани.