КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ И УСТОЙЧИВОСТЬЮ К РАССЛОЕНИЮ

1. Отверждаемый композитный материал, содержащий:
по меньшей мере два слоя армирующих волокон, пропитанных отверждаемой смолой матрицы; и по меньшей мере одну межслоевую зону, сформированную между смежными слоями армирующих волокон, при этом межслоевая зона содержит (i) наноразмерные структуры на основе углерода, диспергированные в отверждаемой смоле матрицы, и (ii) нерастворимые полимерные упрочняющие частицы, заключенные в той же смоле матрицы, причем
наноразмерные структуры на основе углерода имеют по меньшей мере один размер менее 100 нм (0,1 мкм),
полимерные упрочняющие частицы имеют средний размер (d50) по меньшей мере в 100 раз больше, чем наименьший размер наноразмерных структур на основе углерода, и средний размер частиц находится в диапазоне 10 -100 мкм,
полимерные упрочняющие частицы не растворимы в смоле матрицы в межслоевой зоне в течение отверждения композитного материала и остаются дискретными частицами после отверждения, и
Ic
2
после отверждения композитный материал имеет электропроводность в z-направлении более чем 1 См/м, прочность на сжатие после удара (CAI), после удара 30 Дж, более чем 250 МПа при измерении в соответствии с ASTM7136/37, и межслоевую прочность на излом по типу I (G) более чем 300 Дж/м при измерении в соответствии с EN6033.
2. Композитный материал по п. 1, в котором упрочняющие полимерные частицы диспергированы в межслоевой зоне в количестве от 2 до 20%  от общей массы смолы матрицы в композитном материале.
3. Композитный материал по п. 1 или 2, в котором наноразмерные структуры на основе углерода присутствуют в количестве от 0,1 до 10% от общей массы смолы матрицы в композитном материале.
4. Композитный материал по п. 1, в котором полимерные упрочняющие частицы представляют собой нерастворимые термопластичные частицы, содержащие по меньшей мере один термопласт, выбранный из группы, состоящей из: полиимида, полиамидимида, полиамида, полифталамида, полиэфиркетона, полиэфирэфиркетона, полиэфиркетонкетона, полиарилэфиркетонов, полифениленсульфида, жидкокристаллических полимеров, их сополимеров и производных.
5. Композитный материал по п. 1, в котором нерастворимые полимерные упрочняющие частицы представляют собой нерастворимые эластомерные частицы, содержащие по меньшей мере один полимер или полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из: сшитого полибутадиена, полиакрила, полиакрилонитрила, полистирола, их сополимеров и производных.
6. Композитный материал по п. 1, в котором нерастворимые полимерные упрочняющие частицы представляют собой сшитые частицы, причем каждая частица содержит одно из:
(c) сшитую сетку, обеспеченную сшивкой способного к сшивке термопластического полимера, имеющего одну или более реакционноспособных групп, со сшивающим агентом, который химически активен по отношению к реакционноспособным группам, и
(d) взаимопроникающую полимерную сетку (IPN), содержащую цепи термопластических полимеров, переплетенных с независимой сшитой сеткой, причем упомянутую IPN получают посредством реакции между по меньшей мере одним соединением, имеющим одну или более реакционноспособных групп, сшивающим агентом, который химически активен по отношению к реакционноспособным группам, и термопластическим полимером.
7. Композитный материал по п. 6, в котором сшитые частицы представляют собой сшитые частицы PES-PEES.
8. Композитный материал по п. 1, в котором наноразмерные структуры на основе углерода выбраны 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 (спиралевидные формы) и углеродных наноомов, углеродной сажи, графитовых нанопластинок или наносфер, графенов и их комбинации.
9. Композитный материал по п. 1, в котором наноразмерные структуры на основе углерода представляют собой углеродные нанотрубки (CNT).
10. Композитный материал по п. 1, в котором наноразмерные структуры на основе углерода представляют собой многослойные углеродные нанотрубки (MWCNTs).
11. Композитный материал по п. 9 или 10, в котором углеродные нанотрубки имеют соотношение сторон от 50:1 до 5000:1.
12. Композитный материал по п. 1, в котором нерастворимые полимерные упрочняющие частицы имеют соотношение сторон от 5:1 до 1:1.
13. Композитный материал по п. 1, в котором межслоевая зона не содержит никаких растворимых термопластических частиц, которые растворяются в смоле матрицы во время отверждения.
14. Композитный материал по п. 1, в котором упрочняющие частицы являются, по существу, сферическими и формируют единственный слой частиц в межслоевой зоне, так что глубина межслоевой зоны определена диаметрами упрочняющих частиц.
15. Композитный материал по п. 1,в котором отверждаемая смола матрицы, пропитывающая армирующие волокна, и отверждаемая смола матрицы в межслоевой зоне содержат одну или более термоотверждаемых смол, общих для обеих матриц.
16. Композитный материал по п. 1, в котором отверждаемая смола матрицы, пропитывающая армирующие волокна, по существу, такая же, как и отверждаемая смола матрицы в межслоевой зоне без наноразмерных структур и упрочняющих частиц.
17. Композитный материал по п. 1, в котором отверждаемая смола матрицы, пропитывающая армирующие волокна, и отверждаемая смола матрицы в межслоевой зоне содержат однородно диспергированные наноразмерные структуры на основе углерода.
18. Композитный материал по п. 1, в котором армирующие волокна представляют собой углеродные волокна.
19. Композитный материал по п. 1,
в котором полимерные упрочняющие частицы имеют, по существу, сферическую форму и наноразмерные структуры на основе углерода представляют собой углеродные нанотрубки,
причем полимерные упрочняющие частицы имеют средний размер (d50) по меньшей мере в 100 раз больше, чем диаметр углеродных нанотрубок.
20. Композитный материал по п. 1, в котором смола матрицы представляет собой термоотверждаемую смолу, которая содержит в качестве основного компонента эпоксидную смолу или бисмалеимид.
21. Способ получения отверждаемого композитного материала, включающий:
(e) диспергирование наноразмерных структур на основе углерода и полимерных упрочняющих частиц в первой отверждаемой смоле матрицы для формирования отверждаемой электропроводной смолы матрицы;
(f) формирование по меньшей мере одной пленки смолы из отверждаемой электропроводной смолы матрицы;
(g) формирование структурного слоя, содержащего слой армирующих волокон, пропитанных второй отверждаемой смолой матрицы без полимерных упрочняющих частиц; и
(h) расположение по меньшей мере одной пленки смолы на наружной поверхности структурного слоя,
при этом
наноразмерные структуры на основе углерода имеют по меньшей мере один размер менее 100 нм (0,1 мкм),
полимерные упрочняющие частицы имеют средний размер (d50) по меньшей мере в 100 раз больше, чем наименьший размер наноразмерных структур на основе углерода, и средний размер частиц находится в диапазоне 10 -100 мкм, и
полимерные упрочняющие частицы не растворимы в смоле матрицы в межслоевой зоне в течение отверждения композитного материала и остаются дискретными частицами после отверждения.
22. Способ по п. 21, в котором упомянутая вторая отверждаемая смола матрицы дополнительно содержит наноразмерные структуры на основе углерода.
23. Способ получения отверждаемого композитного материала, включающий:
(c) диспергирование наноразмерных структур на основе углерода и полимерных упрочняющих частиц в отверждаемой смоле
матрицы для формирования отверждаемой смолы матрицы;
(d) формирование композитного материала посредством пропитки слоя армирующих волокон упомянутой отверждаемой смолой матрицы так, что полимерные упрочняющие частицы присутствуют по меньшей мере на одной стороне слоя армирующих волокон,
при этом
наноразмерные структуры на основе углерода имеют по меньшей мере один размер менее 100 нм (0,1 мкм),
полимерные упрочняющие частицы имеют средний размер (d50) по меньшей мере в 100 раз больше, чем наименьший размер наноразмерных структур на основе углерода, и средний размер частиц находится в диапазоне 10-100 мкм, и
полимерные упрочняющие частицы не растворимы в смоле матрицы в межслоевой зоне в течение отверждения композитного материала, и остаются дискретными частицами после отверждения.
24. Способ получения композитной конструкции, который включает:
(c) укладывание по меньшей мере двух отверждаемых композитных материалов, полученных способом по п. 21 или 23, в конфигурации стопки для формирования укладки; и
(d) отверждение укладки,
Ic
2
при этом после вулканизации отвержденная композитная конструкция имеет электропроводность в z-направлении более чем 1 См/м, прочность на сжатие после удара (CAI), после удара 30 Дж, более чем 250 МПа при измерении в соответствии с ASTM7136/37, и межслоевую прочность на излом по типу I (G)) более чем 300 Дж/м при измерении в соответствии с EN6033.