包括可膨脹石墨材料的預浸料坯、芯和復合材料制品的制作方法
優(yōu)先權(quán)申請
本申請涉及2014年11月13日提交的美國臨時申請第62/079,288號，并要求其優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其整個公開內(nèi)容據(jù)此通過引用并入本文用于所有目的。
本申請涉及包含一種或多種可膨脹石墨材料的復合材料制品。在某些構(gòu)造中，描述了復合材料制品，其包括含熱塑性材料、多種增強纖維和可膨脹石墨材料的熱塑性芯，可膨脹石墨材料置于或分散于芯中。
背景技術(shù)：
用于汽車和建筑材料應用的制品通常設(shè)計為符合許多競爭和嚴格的性能規(guī)范。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本文描述的預浸料坯、芯和復合材料制品的某些構(gòu)造提供了所需的屬性，包括但不限于制品表面上更均勻的蓬松，更好的聲學特性、阻燃性、增強的可加工性和增強的可用性。
在第一方面，提供了一種熱塑性復合材料制品，其包括含多種增強纖維和熱塑性材料的多孔芯層，所述多孔芯層還包含分散在芯層中，例如均勻分散在多孔芯層的空隙空間中的可膨脹石墨(eg)材料如eg顆粒。
在某些構(gòu)造中，等于或高于可膨脹石墨顆粒(例如，eg顆粒)的蓬松起始溫度和/或樹脂熔點輻射加熱后，可膨脹石墨材料如顆粒有效增加多孔芯層的厚度至少50％。在其它構(gòu)造中，可膨脹石墨材料，如eg顆粒，經(jīng)選擇為在對流加熱時對蓬松基本上不敏感。在一些情況下，所述多種增強纖維包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。在其它情況下，所述熱塑性材料包含以下的至少一種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚四氯酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、聚酯、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物、無定形尼龍、聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚芳基砜、聚醚砜、聚(1,4亞苯基)化合物、硅酮及其混合物。在一些實施方案中，熱塑性材料包含顆粒并且熱塑性材料顆粒的平均粒度與可膨脹石墨顆粒的平均粒度大致相同。在某些實例中，多孔芯層提供了阻燃性并且不含鹵素。在一些實施方案中，多孔芯層中可存在阻燃劑，其中所述阻燃劑包含n、p、as、sb、bi、s、se或te中的至少一種。在其它情況下，所述多孔芯層提供了阻燃性并且不包含阻燃劑。在一些實施方案中，所述多孔芯層可包含處于多孔芯層中的蓬松劑，例如另一種蓬松劑，其中所述可膨脹石墨材料也有效地起到蓬松劑的作用。
另一方面，公開了一種熱塑性復合材料制品，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒。
在某些實施方案中，高于可膨脹石墨材料，例如顆粒的蓬松起始溫度和/或樹脂熔點輻射加熱后，可膨脹石墨材料如eg顆粒有效增加多孔芯層的厚度至少50％。在其它實施方案中，可膨脹石墨材料如顆粒，經(jīng)選擇為在對流加熱時對蓬松基本上不敏感。在其它情況下，所述多種增強纖維包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。在其它實施方案中，所述熱塑性材料包含以下的至少一種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚四氯酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、聚酯、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物、無定形尼龍、聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚芳基砜、聚醚砜、聚(1,4亞苯基)化合物、硅酮及其混合物。在一些實例中，熱塑性材料包含顆粒并且熱塑性材料顆粒的平均粒度與可膨脹石墨顆粒的平均粒度大致相同。在其它情況下，可膨脹石墨的平均粒度為熱塑性材料平均粒度的至少50％。在其它實例中，多孔芯層提供了阻燃性并且不含鹵素。在一些實施方案中，在多孔芯層中提供了阻燃劑，其中所述阻燃劑包含n、p、as、sb、bi、s、se或te中的至少一種。在其它情況下，所述多孔芯層提供了阻燃性并且不包含阻燃劑。在某些實例中，所述制品在多孔芯層中可包含蓬松劑，例如另一種蓬松劑，其中所述可膨脹石墨材料也有效地起到蓬松劑的作用。
另一方面，公開了一種熱塑性復合材料板，其包括含多種增強纖維和熱塑性材料的多孔芯層，所述多孔芯層還包含均勻分散在芯層中，例如多孔芯層的空隙空間中的可膨脹石墨材料例如eg顆粒，及置于所述多孔芯層的至少一個表面上的表皮。
在某些實施方案中，所述板包含置于多孔芯層和表皮之間的附加多孔芯層。在其它實施方案中，附加多孔芯層包含熱塑性材料、多種增強纖維和可膨脹石墨材料如eg顆粒。在其它實例中，附加多孔芯層的可膨脹石墨材料如eg顆粒均勻分散在附加多孔芯層中。在一些實施方案中，附加多孔芯層的可膨脹石墨材料(例如，eg顆粒)呈梯度分布在附加多孔芯層中。在某些構(gòu)造中，多孔芯層提供了阻燃性并且不含鹵素。在一些實施方案中，所述多孔芯層提供了阻燃性并且不包含阻燃劑。在某些實施方案中，高于可膨脹石墨顆粒的蓬松起始溫度輻射加熱后，可膨脹石墨材料(例如，eg顆粒)有效增加多孔芯層的厚度至少50％。在某些實例中，所述板在多孔芯層中可包含蓬松劑，例如另一種蓬松劑，其中所述可膨脹石墨材料也有效地起到蓬松劑的作用。
另一方面，提供了一種熱塑性復合材料板，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料(例如，eg顆粒)；及置于多孔芯層的至少一個表面上的表皮。
在某些情況下，所述板還包含置于多孔芯層和表皮之間的附加多孔芯層。在一些實施方案中，附加多孔芯層包含熱塑性材料、多種增強纖維和可膨脹石墨材料如eg顆粒。在其它實例中，附加多孔芯層的可膨脹石墨材料(例如，eg顆粒)均勻分散在附加多孔芯層中。在一些實施方案中，附加多孔芯層的可膨脹石墨材料如eg顆粒呈梯度分布在附加多孔芯層中。在一些構(gòu)造中，多孔芯層提供了阻燃性并且不含鹵素。在其它構(gòu)造下，所述多孔芯層提供了阻燃性并且不包含阻燃劑。在一些實施方案中，高于可膨脹石墨顆粒的蓬松起始溫度輻射加熱后，可膨脹石墨材料如eg顆粒有效增加多孔芯層的厚度至少50％。在其它情況下，所述板在多孔芯層中包含蓬松劑，例如另一種蓬松劑，其中所述可膨脹石墨材料也有效地起到蓬松劑的作用。在一些實施方案中，所述表皮可包含可膨脹石墨顆粒。
另一方面，提供了一種熱塑性復合材料板，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒；及置于多孔芯層的至少一個表面上的表皮。
在某些實施方案中，所述板可包含分散在所述網(wǎng)內(nèi)的共價鍵合的可膨脹石墨材料如eg顆粒。在一些構(gòu)造中，非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒和共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒以大致相同的量存在。在其它情況下，共價鍵合的石墨材料如eg顆粒呈梯度分布存在于所述網(wǎng)內(nèi)。在一些實施方案中，非共價鍵合的可膨脹石墨材料如eg顆粒以阻燃量存在。在某些實例中，多孔芯層提供了阻燃性并且不含鹵素。在其它實施方案中，所述板在多孔芯層中可包含阻燃劑，其中所述阻燃劑包含n、p、as、sb、bi、s、se或te中的至少一種。在其它實施方案中，高于可膨脹石墨顆粒例如eg顆粒的蓬松起始溫度輻射加熱后，可膨脹石墨材料例如eg顆粒有效增加多孔芯層的厚度至少50％。在其它情況下，所述板在多孔芯層中包含蓬松劑，例如另一種蓬松劑，其中所述可膨脹石墨材料也有效地起到蓬松劑的作用。在一些實施方案中，所述表皮可包含共價鍵合的可膨脹石墨材料如eg顆?；蚍枪矁r鍵合的可膨脹石墨材料如eg顆粒。
另一方面，提供了一種方法，其包括將熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨材料，例如eg顆粒合并成混合物以形成經(jīng)攪拌的水性泡沫，將經(jīng)攪拌的水性泡沫置于導線支撐構(gòu)件上，將水排空以形成網(wǎng)，并且將網(wǎng)加熱到高于所述熱塑性材料熔融溫度的第一溫度，其中所述第一溫度低于可膨脹石墨材料(例如，eg顆粒)的蓬松起始溫度，所以基本上不會出現(xiàn)蓬松。若需要，可向所述網(wǎng)施加壓力以提供包含均勻分散在網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨顆粒的熱塑性復合材料板。
在某些情況下，所述排空步驟去除置于導線支撐構(gòu)件上的經(jīng)攪拌的水性泡沫中少于5％的膨脹石墨材料，例如eg顆粒。在其它實施方案中，所述方法包括混合經(jīng)攪拌的水性泡沫，直至可膨脹石墨材料如eg顆粒均勻分散在經(jīng)攪拌的水性泡沫中。在一些實施方案中，所述方法包括使用對流加熱對所述網(wǎng)進行加熱。在某些實施方案中，所述方法包括向熱塑性復合材料板施加壓力。在一些實例中，所述方法包括使用輻射加熱對熱塑性復合材料板進行加熱。在其它構(gòu)造中，所述方法包括將附加可膨脹石墨材料，例如eg顆粒置于熱塑性復合材料板的表面。在一些實施方案中，所述方法包括向經(jīng)攪拌的水性泡沫添加蓬松劑。在其它實例中，所述方法包括使熱塑性復合材料板與表皮聯(lián)接。在一些實例中，所述方法包括使所述熱塑性復合材料板與包含熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨材料如eg顆粒的附加熱塑性復合材料板聯(lián)接。在一些實施方案中，所述方法包括將所述熱塑性材料選擇為包含顆粒并且將所述可膨脹石墨顆粒的平均粒度選擇為與熱塑性材料顆粒的平均粒度大致相同。
另一方面，提供了一種方法，其包括將熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨材料，例如eg顆粒合并成混合物，混合所述混合物以提供所述可膨脹石墨材料例如eg顆粒于所述混合物中基本上均勻的分散體，將所述混合物置于導線支撐構(gòu)件上，將水從所置混合物中排空以形成網(wǎng)，并且在第一加熱條件下加熱所述網(wǎng)以使所述熱塑性材料熔融，所述可膨脹石墨材料如eg顆粒無任何顯著蓬松。在某些構(gòu)造中，可向所述網(wǎng)施加壓力以提供包含分散在所述網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨顆粒的熱塑性復合材料板。
在某些實例中，所述排空步驟去除置于導線支撐構(gòu)件上的混合物中少于5％的膨脹石墨材料，如eg顆粒。在其它實例中，施加壓力，不會導致網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒與熱塑性材料或增強纖維共價鍵合。在其它情況下，所述方法包括使用對流加熱對所述網(wǎng)進行加熱。在某些實例中，所述方法包括向熱塑性復合材料板施加壓力。在其它實例中，所述方法包括使用輻射加熱對熱塑性復合材料板進行加熱。在其它構(gòu)造中，所述方法包括將附加可膨脹石墨材料如eg顆粒置于熱塑性復合材料板的表面。在一些實施方案中，所述方法包括向混合物中添加蓬松劑。在一些實施方案中，所述方法包括使熱塑性復合材料板與表皮聯(lián)接。在某些實例中，所述方法包括使所述熱塑性復合材料板與包含熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨材料如eg顆粒的附加熱塑性復合材料板聯(lián)接。在一些實施方案中，所述方法包括將所述熱塑性材料選擇為包含顆粒并且將所述可膨脹石墨顆粒的平均粒度選擇為與熱塑性材料顆粒的平均粒度大致相同或?qū)⑺隹膳蛎浭w粒的平均粒度選擇為熱塑性材料顆粒的平均粒度的約50％或更高。
另一方面，提供了一種熱塑性復合材料制品，其包括含多種增強纖維和熱塑性材料的多孔芯層，所述多孔芯層還包含分散在多孔芯層的空隙空間中的可膨脹石墨材料如eg顆粒。在某些情況下，可膨脹石墨材料如eg顆粒是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，描述了一種熱塑性復合材料制品，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒。在一些情況下，可膨脹石墨材料如eg顆粒是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，描述了一種熱塑性復合材料板，其包括含多種增強纖維和熱塑性材料的多孔芯層，所述多孔芯層還包含分散在多孔芯層的空隙空間中的可膨脹石墨材料例如eg顆粒，及置于所述多孔芯層的至少一個表面上的表皮。在一些構(gòu)造中，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，提供了一種熱塑性復合材料板，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒，及置于多孔芯層的至少一個表面上的表皮。在一些實施方案中，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，公開了一種預浸料坯，其包括由通過熱塑性材料保持在一起的多種增強纖維形成的開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)，所述預浸料坯包含分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料如eg顆粒。在某些實例中，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，描述了一種熱塑性制品，其包括含多種增強纖維和熱塑性材料的多孔芯層，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述多孔芯層的空隙空間中的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒，其中所述可膨脹石墨材料如eg顆粒以有效量存在以允許所述制品符合/通過日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試。在一些實例中，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，公開了一種熱塑性制品，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料，例如eg顆粒，其中所述可膨脹石墨材料(如eg顆粒)以有效量存在以允許所述制品符合/通過日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試。在某些情況下，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，提供了一種熱塑性復合材料板，其包括含多種增強纖維和熱塑性材料的多孔芯層，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述多孔芯層的空隙空間中的可膨脹石墨材料如eg顆粒，其中所述可膨脹石墨材料，例如eg顆粒以有效量存在以允許所述制品符合/通過日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試，及置于所述多孔芯層的至少一個表面上的表皮。在某些實施方案中，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，公開了一種熱塑性復合材料板，其包括含開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)的多孔芯層，所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)包含通過熱塑性材料保持在一起的隨機交叉的增強纖維，所述多孔芯層還包含均勻分散在所述開孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨材料如eg顆粒，其中所述可膨脹石墨材料以有效量存在以允許所述制品符合/通過日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試，及置于所述多孔芯層的至少一個表面上的表皮。在某些實施方案中，可膨脹石墨材料是非共價鍵合的可膨脹石墨材料，例如非共價鍵合的可膨脹石墨顆粒。
另一方面，一種生產(chǎn)包含多種增強纖維、熱塑性材料和可膨脹石墨材料，例如eg顆粒的熱塑性復合材料制品的方法，所述方法是通過將所述增強纖維、所述熱塑性材料和所述可膨脹石墨材料如eg顆粒加熱到高于所述熱塑性材料的熔點而低于所述可膨脹石墨材料的蓬松起始溫度(例如，低于eg顆粒的蓬松起始溫度)的第一溫度進行的。
在某些實施方案中，所述方法包括將所產(chǎn)制品加熱到高于所述可膨脹石墨材料，例如eg顆粒的蓬松起始溫度的第二溫度以使所述熱塑性制品蓬松。在其它實施方案中，所述方法包括將第二溫度選擇為比第一溫度高至少20攝氏度。在其它實施方案中，所述方法包括將第二溫度選擇為比第一溫度高至少40攝氏度。在其它實例中，所述方法包括將第二溫度選擇為比第一溫度高至少60攝氏度。
另一方面，公開了一種生產(chǎn)包含多種增強纖維、熱塑性材料和可膨脹石墨材料，例如eg顆粒的熱塑性復合材料制品的方法，所述方法是通過在第一加熱條件下加熱所述增強纖維、所述熱塑性材料和所述可膨脹石墨材料如eg顆粒以使所述熱塑性材料熔融，而避免所述可膨脹石墨顆粒的任何顯著蓬松(例如，避免eg顆粒的任何顯著蓬松)進行的。
在某些實例中，第一加熱條件包括對流加熱。在其它實例中，所述方法包括在第二加熱條件下加熱所產(chǎn)制品以使可膨脹石墨材料蓬松，例如使eg顆粒蓬松。在某些實施方案中，第二加熱條件包括輻射加熱，例如當?shù)谝患訜釛l件包括對流加熱時。
下面更詳細地描述了其它特征、方面、實例、構(gòu)造和實施方案。
附圖說明
參考附圖對某些實施方案進行描述，其中：
圖1a是根據(jù)某些實例，對預浸料坯(或芯)的說明；
圖1b根據(jù)某些實例，示出了兩種不同蓬松劑的假設(shè)蓬松曲線；
圖2a是根據(jù)某些構(gòu)造，對兩個預浸料坯的說明；
圖2b是根據(jù)某些實施方案，對圖2a的兩個預浸料坯相互聯(lián)接形成的復合材料的說明；
圖2c是根據(jù)某些實例，對置于預浸料坯上的表皮的說明；
圖3是根據(jù)某些實例，對包含預浸料坯(或芯)和置于預浸料坯(或芯)上的表皮的制品的說明；
圖4是根據(jù)某些構(gòu)造，對包含預浸料坯(或芯)和置于預浸料坯(或芯)每個側(cè)面上的表皮的制品的說明；
圖5是根據(jù)某些實例，對包含預浸料坯(或芯)、置于預浸料坯(或芯)上的表皮和置于表皮上的裝飾層的制品的說明；
圖6是根據(jù)某些實例，對包含兩個通過中間層相互聯(lián)接的預浸料坯或芯的制品的說明；
圖7是根據(jù)某些構(gòu)造，對包含兩個預浸料坯或芯和置于其中一個預浸料坯或芯上的表皮的制品的說明；
圖8是根據(jù)某些構(gòu)造，對包含兩個預浸料坯或芯和置于每個預浸料坯或芯上的表皮的制品的說明；
圖9是根據(jù)某些實例，對包含兩個通過中間層相互聯(lián)接的預浸料坯或芯和置于其中一個預浸料坯或芯上的表皮的制品的說明；
圖10是根據(jù)某些實施方案，對置于預浸料坯或芯上的材料條帶的說明；
圖11是根據(jù)某些實例，顯示為不同熱量類型和不同溫度的函數(shù)的各種樣本的蓬松厚度的柱狀圖；
根據(jù)某些實例，圖12包括表3；
根據(jù)某些實例，圖13包括表4；
圖14是根據(jù)某些實例，顯示蓬松試驗結(jié)果的柱狀圖；
根據(jù)某些實例，圖15包括表6；
根據(jù)某些實例，圖16包括表7；
根據(jù)某些實施方案，圖17包括表8；和
圖18是根據(jù)某些實例，顯示為三種不同的可膨脹石墨材料的溫度的函數(shù)的的膨脹比的圖表。
鑒于本公開的益處，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到，附圖中的某些尺寸或特征可能以其它非常規(guī)或非比例的方式放大、扭曲或顯示，以提供更加用戶友好版本的附圖。未通過描繪在圖中指定特定厚度、寬度或長度，并且附圖組成部分的相對尺寸并非意圖限制圖中任何組成部分的尺寸。在下面的描述中指定了尺寸或值時，提供該尺寸或值僅僅是為了說明的目的。另外，由于附圖某些部分的陰影，意在不需要特定的材料或布置，并且即使附圖中的不同組成部分可以包括用于區(qū)分的陰影，但若需要，不同的組成部分可以包括相同或相似的材料。在一些情況下，為了說明的目的將包含可膨脹石墨材料的芯層顯示為包括短須或點。除非在描述特定附圖的上下文中另有說明，否則短須和點的排列并非旨在暗示任何特定分布。
具體實施方式
下面參考單數(shù)和復數(shù)術(shù)語描述某些實施方案，以便提供對本文公開的技術(shù)更加用戶友好的描述。使用這些術(shù)語僅僅是為了方便而非旨在將預浸料坯、芯、制品、復合材料和其它標的物描述為包括或不包括某些特征，除非另外指出在本文描述的特定實施方案中存在。
指出本文描述的某些制品符合fmvss302測試或saej369測試標準。這些測試通常是等效的并且用于確定燃燒速率測量。簡言之，測試使用水平燃燒室、通風櫥、足夠大以處理長約12英寸的樣本的手提袋、水源、計時器、點火器和直尺。這些樣本尺寸為約4英寸x約12英寸，通常測試5個或更多個樣本。樣本的膠粘側(cè)通常經(jīng)受火焰。對于fmvss302測試，通常通風櫥開口足以提供每分鐘約150立方英尺的氣流。對于saej369測試，通風櫥，例如，可以打開以提供相同氣流或者可以一直打開。除非本文另外指出，否則fmvss302測試可與saej369測試互換。這些測試的結(jié)果可按幾種方式，包括dni、se/0、se/nbr、se/b、b和rb分類。dni是指在引燃15秒期間或之后不支持燃燒的材料和/或未使火焰鋒傳播穿過任一表面到達選定距離的材料。se/0是指在表面引燃，但火焰本身在移動選定距離之前熄滅的材料。se/nbr是指從計時開始燃燒60秒鐘之前停止燃燒并且從開始計時的時間點計未燃燒超過約50mm的材料。se/b是指前進選定距離但自身在到達第二距離之前熄滅的先導火焰鋒。b是指燃燒整個距離的材料。rb是指燃燒如此迅速而不可能對燃燒速率計時的材料。還可以測量燃燒距離、燃燒時間、燃燒速率及材料是否自熄中的一項或多種。如果火焰每分鐘行進小于約102mm，則可以認為樣本“符合”或“通過”fmvss302或saej369測試。如果樣本燃燒快于每分鐘102mm，則其測試失敗。
在某些情況下，常常將熱塑性復合材料制品模制或加工成各種形狀以提供最終成型的部件或制品。加工期間，可能期望增加待加工制品一個或多個組件或?qū)拥目偤穸取Ｔ诒疚拿枋龅囊恍?gòu)造中，熱塑性預浸料坯或熱塑性芯中可膨脹石墨材料的存在容許在加熱、模制或其它溫度或加工操作期間改變制品(或其一部分)的總厚度。在一些情況下，可膨脹石墨材料分散，例如從表面到表面呈基本均勻的分布，分散在包含熱塑性材料和多種纖維的熱塑性預浸料坯或芯的空隙空間中。在某些實例中，可膨脹石墨材料與預浸料坯或芯中的其它材料非共價鍵合。在其它實例中，可膨脹石墨材料可以與熱塑性材料中存在的一個或多個基團共價鍵合或與所述多種纖維的一個或多個基團共價鍵合或兩種情況。所用精確蓬松溫度根據(jù)預浸料坯、芯和顆粒中存在的其它材料變化，并且在一些情況下，蓬松溫度可高于或等于預浸料坯、芯和制品中存在熱塑性材料的熔點溫度。
在某些構(gòu)造中，本文描述的制品可包含預浸料坯或芯層。雖然不希望受任何特定理論的約束，但是預浸料坯通常不是完全固化或加工形式的芯。例如，包含熱塑性材料、多種纖維和可膨脹石墨材料的部分固化層通常稱為預浸料坯，而包含熱塑性材料、多種纖維和可膨脹石墨材料的完全固化層(其可能蓬松或可能尚未蓬松)通常稱為芯或芯層。如本文所指出的，雖然可以將芯認為是固化的，但芯仍然可以進一步加工以增加其厚度，改變其形狀或另外提供適于預期用途的成型制品或產(chǎn)品。下面的描述提到預浸料坯和芯兩者并且在需要時，連同預浸料坯一起使用的材料(及其量和特性)也可用于芯中。
在本文描述的某些構(gòu)造中，在預浸料坯、芯和制品中包括可膨脹石墨材料(eg)以提供預浸料坯、芯和制品的選擇性蓬松。蓬松通常是指在加工條件，例如施加熱量和/或壓力期間或之后，預浸料坯、芯或制品厚度的總體增加。例如，可以選擇eg材料，使得預浸料坯、芯或制品在第二溫度和/或第一加熱條件下對蓬松基本上不敏感，然后在第二溫度和/或第二加熱條件下對蓬松敏感。在一些情況下，包含eg材料的預浸料坯、芯和制品在對流加熱條件下在很大程度上不會蓬松，而包含eg材料的預浸料坯、芯和制品在紅外線加熱條件下蓬松。在其它情況下，包含eg材料的預浸料坯、芯和制品在第一溫度下在很大程度上不會蓬松，而包含eg材料的預浸料坯、芯和制品在第二溫度下蓬松。在某些機動車應用中，可以將eg材料選擇為在200攝氏度下基本上不蓬松而在220攝氏度下蓬松。雖然不希望受任何特定理論的約束，但是第一溫度和第二溫度可以根據(jù)預浸料坯、芯或制品中存在的熱塑性材料而改變。在某些情況下，選擇eg材料使得在蓬松溫度為約20攝氏度或高于熱塑性材料的熔點之前基本上不發(fā)生蓬松。在其它情況下，選擇eg材料使得在蓬松溫度為約40攝氏度或高于熱塑性材料的熔點之前基本上不發(fā)生蓬松。在其它情況下，選擇eg材料(和/或蓬松條件)使得在蓬松溫度為約60攝氏度或高于熱塑性材料的熔點之前基本上不發(fā)生蓬松。在一些情況下，選擇eg材料使得在蓬松溫度為約80攝氏度或高于熱塑性材料的熔點之前基本上不發(fā)生蓬松。
在一些情況下，本文描述的預浸料坯、芯和制品是包含開孔結(jié)構(gòu)，例如空隙的多孔或滲透性材料。此類開孔結(jié)構(gòu)的存在使得預浸料坯、芯和制品更難以阻燃，因為多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)截留的空氣將支持可燃性和/或使組分更難以自熄。通過將eg材料與熱塑性材料和纖維結(jié)合使用，預浸料坯、芯和制品可以阻燃和/或自熄。例如，可以生產(chǎn)一種制品，其包括含多種增強纖維、熱塑性材料和有效量的可膨脹石墨顆粒的多孔芯層以滿足日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試，該測試通常與日期為1989年的iso3795和日期為2004年的astmd5132等效。若需要，可以使eg材料均勻分散在多孔芯層的空隙空間。若需要，也可以將其它材料的表皮置于多孔芯層上。
在某些構(gòu)造中，可以生產(chǎn)包含一種或多種熱塑性材料和多種纖維，一起具有開孔結(jié)構(gòu)例如空隙空間的多孔預浸料坯。在一些構(gòu)造中，可按可膨脹石墨材料通常不與熱塑性材料和/或纖維共價鍵合的方式，將可膨脹石墨材料裝入空隙空間內(nèi)。例如，可以選擇熱塑性材料和/或纖維，使其通常為惰性或不與可膨脹石墨材料反應。盡管可膨脹石墨材料可能不與熱塑性材料和/或纖維共價鍵合，但是通常共價鍵合存在于可膨脹石墨材料本身中或其內(nèi)部。在其它情況下，可能期望使可膨脹石墨材料與熱塑性材料、纖維或兩者共價鍵合以在預浸料坯中提供一些共價鍵合的可膨脹石墨材料。即使存在鍵合的可膨脹石墨材料，預期地可膨脹石墨材料仍然可以增加其在合適條件下，例如輻射加熱下的占用體積以容許預浸料坯蓬松。在一些情況下，在預浸料坯中也可以存在共價鍵合的可膨脹石墨材料和非共價鍵合的可膨脹石墨材料兩種。雖然預浸料坯的一些構(gòu)造可包含可膨脹石墨材料，其中約100％的可膨脹石墨材料是非共價鍵合的，但是在可膨脹石墨材料和預浸料坯的其它組分之間可產(chǎn)生弱相互作用如范德華相互作用或靜電相互作用。
在某些實例中并且參考圖1a，顯示預浸料坯100包含熱塑性材料和多種纖維。預浸料坯100還包含分散在預浸料坯100中的可膨脹石墨材料(為了說明的目的顯示為點105)。在一些情況下，從預浸料坯100的第一表面102到第二表面104，可膨脹石墨材料分散是基本上均勻或基本上均一的。如本文更詳細描述的那樣，為實現(xiàn)可膨脹石墨材料在預浸料坯100中這樣基本上均勻的分布，可以將預浸料坯100的組分混合在一起形成分散體?？梢赃M行混合，直至分散體包含可膨脹石墨材料、熱塑性材料和纖維在分散體中基本上均勻或基本上均一的混合物。然后可如本文所述，例如通過使用合適的鋪設(shè)方法將分散體置于金屬絲網(wǎng)篩上，形成預浸料坯100。在其它構(gòu)造，可期望提供可膨脹石墨材料從表面102到表面104的梯度分布，使得朝表面102、104中的一個存在比另一表面更多的可膨脹石墨材料。在一些實施方案中，在預浸料坯100中存在基本上均一分布的可膨脹石墨材料，然后向預浸料坯100的一側(cè)添加附加可膨脹石墨材料以提供梯度分布。此類附加可膨脹石墨材料可以，例如通過噴灑或涂布包含可膨脹石墨材料的溶液直接添加到預浸料坯100中，或者可以通過使表皮、附加預浸料坯或包含可膨脹石墨材料的其它組分與預浸料坯100聯(lián)接添加。例如并且參考圖2a，示出了第一預浸料坯210和置于第一預浸料坯210上的第二預浸料坯220。第一預浸料坯210和第二預浸料坯220各自包含基本上均一分布的可膨脹石墨材料，但預浸料坯210、220中可膨脹石墨材料的量不同。然而，若需要，預浸料坯210、220僅其中一個可包含可膨脹石墨材料而另一個預浸料坯不包含蓬松劑或者可包含除可膨脹石墨材料以外的蓬松劑，例如微球。微球可以與可膨脹石墨材料組合存在或者可存在于預浸料坯210、220中無任何可膨脹石墨材料的一個中。預浸料坯210、220的熱塑性材料可經(jīng)熔融以提供單個預浸料坯250(圖2b)。預浸料坯210、220熔融在一起的結(jié)果是可膨脹石墨材料在預浸料坯250中梯度分布，與鄰近表面254存在的量相比，鄰近表面252的可膨脹石墨材料的量增加。預浸料坯250的精確總厚度可根據(jù)所用條件變化并且在圖2b中無意暗示任何特定厚度。
在其它構(gòu)造中，可膨脹石墨材料在預浸料坯中的分布可以通過使表皮或包含可膨脹石墨材料的其它材料與預浸料坯聯(lián)接提供。參考圖2c，包含可膨脹石墨材料的表皮270被顯示為置于包含熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨材料的預浸料坯260上。雖然不需要，但表皮270通常以比預浸料坯260蓬松前厚度小得多的厚度存在。通常在表皮270和界面260之間存在明顯界面，而兩個預浸料坯的相互聯(lián)接，正如連同圖2b所述，通常在最終聯(lián)接的預浸料坯250中不會產(chǎn)生任何明顯界面。在其它情況下，表皮270可熔融到預浸料坯260中以聯(lián)接表皮270和預浸料坯260，以留下聯(lián)接的表皮/預浸料坯復合材料，無任何顯著界面。若需要并且如下面更詳細地描述，可能包含或可能不包含可膨脹石墨材料的附加表皮，也可以與相對側(cè)上來自表面270的預浸料坯聯(lián)接。
在某些構(gòu)造中，預浸料坯的熱塑性材料可呈纖維形式、顆粒形式、樹脂形式或其它合適的形式存在。在一些情況下，預浸料坯中所用的熱塑性材料可呈顆粒形式存在并且平均粒度與可膨脹石墨材料的平均粒度基本上相同。雖然不希望受任何特定科學理論約束，但通過匹配熱塑性材料和可膨脹石墨材料的粒度，可以實現(xiàn)對預浸料坯的強化加工，包括例如，可膨脹石墨材料在預浸料坯中的保持力增加。在一些情況下，可膨脹石墨材料的平均粒度和熱塑性材料的平均粒度可以變化約5％至約10％并且仍然可以實現(xiàn)強化加工。在某些構(gòu)造中，預浸料坯中熱塑性材料和可膨脹石墨材料各自的平均粒度可相差約50微米至約90微米。在一些構(gòu)造中，可膨脹石墨的平均粒度為熱塑性材料顆粒平均粒度的至少50％以提供強化加工。在其它情況下，平均粒度與熱塑性材料的平均粒度大致相同的可膨脹石墨材料可以連同平均粒度與熱塑性材料的平均粒度不同的可膨脹石墨材料一起存在。雖然可膨脹石墨材料的平均粒度可以不同，但可膨脹石墨材料的化學組成可相同或者可不同。還有其它構(gòu)造中，可以存在兩種或更多種具有不同平均粒度的熱塑性材料。若需要，可存在兩種平均粒度與熱塑性材料的平均粒度基本上相同的可膨脹石墨材料。所述兩種可膨脹石墨材料可以是化學性質(zhì)相同的或者可以是化學性質(zhì)不同的。類似地，熱塑性材料可以是化學性質(zhì)相同的(但具有不同平均粒度)或者可以是化學性質(zhì)不同的。
在某些實施方案中，預浸料坯100通常包含大量開孔結(jié)構(gòu)，使得在預浸料坯中存在空隙空間。例如，芯層可包含0-30％、10-40％、20-50％、30-60％、40-70％、50-80％、60-90％、0-40％、0-50％、0-60％、0-70％、0-80％、0-90％、10-50％、10-60％、10-70％、10-80％、10-90％、10-95％、20-60％、20-70％、20-80％、20-90％、20-95％、30-70％、30-80％、30-90％、30-95％、40-80％、40-90％、40-95％、50-90％、50-95％、60-95％、70-80％、70-90％、70-95％、80-90％、80-95％或在這些示例性范圍內(nèi)的任意說明性值的空隙含量或孔隙率。在一些情況下，預浸料坯包含高于0％，例如但不完全固定，高達約95％的孔隙率或空隙含量。除非另有說明，否則提到包含某一空隙含量或孔隙率的預浸料坯是基于預浸料坯的總體積而不一定是預浸料坯加上與預浸料坯聯(lián)接的任何其它材料或?qū)拥目傮w積。
在某些實施方案中，預浸料坯中存在的高孔隙率容許在預浸料坯的孔隙中截留可膨脹石墨材料。例如，可膨脹石墨材料可以按非共價鍵合方式留在空隙空間中。施加熱量或其它擾動可以起到增加非共價鍵合的可膨脹石墨材料的體積的作用，這轉(zhuǎn)而增加預浸料坯的厚度，例如當可膨脹石墨材料的尺寸增加和/或額外的空氣被截留在預浸料坯中時厚度增加。例如，可膨脹石墨材料可以起蓬松劑的作用，使得施加合適的刺激，例如輻射加熱，起到增加預浸料坯總厚度的作用。在一些情況下，預浸料坯中的可膨脹石墨材料有效地起逐步蓬松劑的作用。如本文中所用，逐步蓬松劑是指厚度隨溫度增加，然后達到平穩(wěn)狀態(tài)，再隨著溫度增加而再次增加的蓬松劑。參考圖1b中的說明，示出了兩條假設(shè)蓬松曲線，一條曲線150表示線性蓬松劑如微球，而另一條曲線160表示逐步蓬松劑如可膨脹石墨材料。線性蓬松劑的體積通常作為增加的溫度的函數(shù)線性增加。斜率往往很陡峭，因為許多蓬松劑，如微球蓬松劑，以二元方式起作用并且在某一溫度下由不蓬松變得完全蓬松。相反，逐步蓬松劑的體積通常作為增加的溫度的函數(shù)逐步增加。體積的逐步增加提供了對預浸料坯總厚度增強的控制并降低了過度蓬松的可能性。使用包含可膨脹石墨材料的預浸料的所需厚度可以通過選擇合適的加工溫度實現(xiàn)。如果厚度不足，在許多情況下，則可以施加更高的溫度以使總厚度增加至所需厚度。
在某些實施方案中，本文描述的預浸料坯的熱塑性材料可至少部分包含以下的一種或多種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚四氯酸丁二醇酯和聚氯乙烯(增塑和未增塑的)及這些材料相互之間或與其它聚合物材料的摻合物。其它合適的熱塑性材料包括但不限于聚芳醚、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、熱塑性聚酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物、無定形尼龍、聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚芳基砜、聚醚砜、液晶聚合物、商業(yè)上稱為
在某些實例中，本文描述的預浸料坯的纖維可包括玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、合成有機纖維，特別是高模量有機纖維，例如對位和間位芳族聚酰胺纖維、尼龍纖維、聚酯纖維或本文描述的適于用作纖維的任何高熔體流動指數(shù)樹脂、天然纖維(如大麻、劍麻、黃麻、亞麻、椰殼纖維、洋麻和纖維素纖維)、礦物纖維(如玄武巖)、礦物棉(例如，巖石或渣棉)、硅灰石、硅鋁等或其混合物、金屬纖維、金屬化天然和/或合成纖維、陶瓷纖維、紗線纖維或其混合物。在一些實施方案中，前面提到的任何纖維在使用之前均可經(jīng)化學處理以提供所需官能團或賦予纖維其它物理性質(zhì)，例如可經(jīng)化學處理使其可以與熱塑性材料、可膨脹石墨材料或兩者反應。在一些情況下，預浸料坯中使用的纖維首先可與可膨脹石墨材料反應以提供衍生化纖維，然后將其與熱塑性材料混合?？蛇x地，可膨脹石墨材料可與預浸料坯的熱塑性材料反應以提供衍生化熱塑性材料，然后將其與纖維混合。預浸料坯中的纖維含量可為預浸料坯的約20重量％至約90重量％，更具體地為預浸料坯的約30重量％至約70重量％。通常，包含預浸料坯的復合材料制品的纖維含量在復合材料的約20重量％至約90重量％之間，更具體地約30重量％至約80重量％之間，例如約40重量％至約70重量％之間變化。所用纖維的特定尺寸和/或取向可至少部分取決于所用聚合物材料和/或所得預浸料坯的所需性質(zhì)。其它合適的纖維類型、纖維尺寸和量將易于由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，鑒于本公開的益處進行選擇。在一個非限制性說明中，分散在熱塑性材料和可膨脹石墨材料中以提供預浸料坯的纖維通常直徑大于約5微米，更具體地為約5微米至約22微米，且長度為約5mm至約200mm；更具體地，纖維直徑可為約幾微米至約22微米且纖維長度可為約5mm至約75mm。
在某些實例中，本文描述的預浸料坯的可膨脹石墨材料包含通常存在于堆疊分子層的一種或多種基于石墨烯的材料。雖然不希望受任何特定理論約束，但是除提供蓬松力外，可膨脹石墨材料還提供了一定程度的阻燃性。在一些實施方案中，在預浸料坯中存在足夠的可膨脹石墨材料，例如存在阻燃量的可膨脹石墨材料，使得預浸料坯滿足日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試，該測試通常與日期為1989年的iso3795和日期為2004年的astmd5132等效。此類阻燃量可容許構(gòu)造基本上不含外部阻燃劑的預浸料坯。
預浸料坯中使用的可膨脹石墨材料的精確類型可取決于許多因素，包括例如所需蓬松溫度、所需阻燃性。說明性的市售可膨脹石墨材料可從nyacolnanotechnologies,inc.(ashland,ma)獲得并且包括，例如35、200、249、250、251、kp251和351級可膨脹石墨材料。另外的可膨脹石墨材料可從graftechinternational(lakewood,oh)商購。雖然不希望受任何特定理論的約束，但可膨脹石墨材料通?？赏ㄟ^酸化石墨礦石生成。酸化導致插層過程，例如其中硫酸充當插層劑。然后可以中和溶液以提供一系列六邊形碳碳鍵合材料的薄板層。層通常是平坦的并且與另外的六邊形碳-碳層反應以提供分層薄板結(jié)構(gòu)。分層薄板結(jié)構(gòu)可以通過薄板之間的共價鍵合或靜電相互作用(或兩者)保持在一起。加熱本文描述的熱塑性預浸料坯和芯中的可膨脹石墨材料可導致層間間隔增大并且引起預浸料坯的厚度增加。若需要，可以使用合適的氧化劑氧化可膨脹石墨材料以形成氧化石墨烯。如本文所指出的，可膨脹石墨材料可以呈許多形式存在，包括薄片形式、顆粒形式或其它形式。在一些情況下，可膨脹石墨材料呈顆粒形式存在并且可包含例如至少300微米的平均粒度。
在一些構(gòu)造中，預浸料坯可以是基本上不含鹵素或不含鹵素的預浸料坯以滿足某些應用對有害物質(zhì)要求的限制。在其它情況下，預浸料坯可包含鹵化阻燃劑，例如包含f、cl、br、i和at中的一種或多種的鹵化阻燃劑或包括此類鹵素的化合物，例如四溴雙酚a聚碳酸酯或一鹵代、二鹵代、三鹵代或四鹵代聚碳酸酯。在一些情況下，預浸料坯和芯中使用的熱塑性材料可包含一種或多種鹵素以賦予一定阻燃性，無需添加另一阻燃劑。存在鹵化阻燃劑時，理想地該阻燃劑以阻燃量存在，阻燃量可根據(jù)存在的其它組分變化。例如，鹵化阻燃劑可按約0.1重量％至約15重量％(按預浸料坯的重量計)，更具體地約1重量％至約13重量％，例如約5重量％至約13重量％存在。若需要，可向預浸料坯中添加兩種不同的鹵化阻燃劑。在其它情況下，可以添加非鹵化阻燃劑例如包含n、p、as、sb、bi、s、se和te中的一種或多種的阻燃劑。在一些實施方案中，非鹵化阻燃劑可包含含磷材料，所以預浸料坯可以更加環(huán)境友好。存在非鹵化或基本上不含鹵素的阻燃劑時，理想地該阻燃劑以阻燃量存在，阻燃量可根據(jù)存在的其它組分變化。例如，基本上不含鹵素的鹵化阻燃劑可按約0.1重量％至約15重量％(按預浸料坯的重量計)，更具體地按預浸料坯的重量計，按約1重量％至約13重量％，例如約5重量％至約13重量％存在。若需要，可向預浸料坯中添加兩種不同的基本上不含鹵素的阻燃劑。在某些情況下，本文描述的預浸料坯可包含一種或多種鹵化阻燃劑結(jié)合一種或多種基本上不含鹵素的阻燃劑。存在兩種不同的阻燃劑時，理想地兩種阻燃劑的組合以阻燃量存在，阻燃量可根據(jù)存在的其它組分變化。例如，存在的阻燃劑的總重量可為約0.1重量％至約20重量％(按預浸料坯的重量計)，更具體地按預浸料坯的重量計，為約1重量％至約15重量％，例如約2重量％至約14重量％存在。本文描述的預浸料坯中使用的阻燃劑可以添加到包含可膨脹石墨材料、熱塑性材料和纖維中(將混合物置于金屬絲網(wǎng)篩或其它加工組件上之前)或者可以在預浸料坯形成之后添加。
在某些構(gòu)造中，本文描述的制品可包含多孔芯。在某些實例中，多孔芯包含一種或多種熱塑性材料和多種纖維，其可以通過網(wǎng)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的固化熱塑性材料保持在適當?shù)奈恢?，以在芯?nèi)提供多個開孔、空隙空間或網(wǎng)。在一些情況下，可膨脹石墨材料可按可膨脹石墨材料通常不與熱塑性材料和/或纖維共價鍵合的方式存在于芯的空隙空間內(nèi)。例如，可以選擇熱塑性材料和/或纖維，使其通常為惰性或不與可膨脹石墨材料反應。盡管可膨脹石墨材料可能不與熱塑性材料和/或纖維共價鍵合，但是通常共價鍵合存在于可膨脹石墨材料本身中或其內(nèi)部，例如可膨脹石墨材料層可通過一種或多種插層劑相互締合。在其它情況下，可能期望使可膨脹石墨材料與熱塑性材料、纖維或兩者共價鍵合以在芯中提供一些共價鍵合的可膨脹石墨材料。即使芯中存在鍵合的可膨脹石墨材料，預期地可膨脹石墨材料仍然可以增加其在合適條件下，例如輻射加熱下的占用體積以容許芯的蓬松。在一些情況下，在芯中也可以存在共價鍵合的可膨脹石墨材料和非共價鍵合的可膨脹石墨材料兩種。雖然芯的一些構(gòu)造可包含可膨脹石墨材料，其中約100％的可膨脹石墨材料是非共價鍵合的，但是在可膨脹石墨材料和芯的其它組分之間可產(chǎn)生弱相互作用如范德華相互作用或靜電相互作用，例如，在芯中存在的各種組分之間可產(chǎn)生電荷-電荷相互作用或疏水相互作用。
在某些構(gòu)造中，可以產(chǎn)生類似于圖1預浸料坯的芯。芯包含分散在整個芯中的可膨脹石墨材料。在一些情況下，從芯的第一表面到第二表面，可膨脹石墨材料分散可以是基本上均勻或基本上均一的。如本文更詳細描述的那樣，為實現(xiàn)可膨脹石墨材料在芯中這樣基本上均勻的分布，可以將芯的組分混合在一起形成分散體?？梢赃M行混合，直至分散體包含可膨脹石墨材料、熱塑性材料和纖維在分散體中基本上均勻或基本上均一的混合物。然后可如本文所述，例如通過使用合適的鋪設(shè)方法將分散體置于金屬絲網(wǎng)篩上形成芯，接著使芯的熱塑性材料固化。在其它構(gòu)造中，可能期望從芯的一個表面到芯的另一表面提供可膨脹石墨材料的梯度分布。在一些構(gòu)造中，在芯中存在基本上均一分布的可膨脹石墨材料，然后向芯的一側(cè)添加附加可膨脹石墨材料以提供梯度分布。此類附加可膨脹石墨材料可以，例如通過噴灑或涂布包含可膨脹石墨材料的溶液直接添加到芯中，或者可以通過使表皮、附加預浸料坯或芯或包含可膨脹石墨材料的其它組分與芯聯(lián)接添加。例如，第一芯和置于第一芯上的第二芯可提供復合材料制品。每個芯可包含基本上均一分布的可膨脹石墨材料，但是兩個芯中可膨脹石墨材料的量和/或類型可以不同，例如，裝載速率可以不同或者材料本身可以不同。然而，若需要，僅其中一個芯可包含可膨脹石墨材料而另一個芯不包含蓬松劑或者可包含除可膨脹石墨材料以外的蓬松劑，例如微球。微球可以與可膨脹石墨材料組合存在或者可存在于無任何可膨脹石墨材料的一個芯。芯的熱塑性材料可經(jīng)熔融以提供包括來自兩個芯的材料的單個組合式芯。芯熔融的結(jié)果是具有可膨脹石墨材料梯度分布的復合芯。在其它構(gòu)造中，可膨脹石墨材料在芯中的分布可以通過使表皮或包含可膨脹石墨材料的其它材料與芯聯(lián)接提供。在其它情況下，可將表皮熔融到芯中以聯(lián)接表皮和芯，以留下聯(lián)接的表皮/復合材料，無任何顯著界面。若需要并且如下面更詳細地描述，可能包含或可能不包含可膨脹石墨材料的附加表皮，也可以與相對側(cè)上來自第一表面的芯聯(lián)接。
在某些構(gòu)造中，芯的熱塑性材料可用于提供呈纖維形式、顆粒形式、樹脂形式或其它合適的形式的芯。在一些實例中，芯中所用的熱塑性材料可呈顆粒形式存在并且平均粒度與可膨脹石墨材料的平均粒度基本上相同。通過匹配熱塑性材料和可膨脹石墨材料的粒度，可實現(xiàn)芯的強化加工，包括例如芯中可膨脹石墨材料的保持力加強，儲備蓬松能力增加。在一些情況下，可膨脹石墨材料的平均粒度和熱塑性材料的平均粒度可以變化約5％至約10％并且仍然可以實現(xiàn)強化加工。在某些構(gòu)造中，芯中熱塑性材料和可膨脹石墨材料各自的平均粒度范圍可為約50微米至約900微米。在其它情況下，平均粒度與熱塑性材料的平均粒度大致相同的可膨脹石墨材料可以連同平均粒度與熱塑性材料的平均粒度不同的可膨脹石墨材料一起存在。雖然可膨脹石墨材料的平均粒度可以不同，但可膨脹石墨材料的化學組成可相同或者可不同。還有其它構(gòu)造中，可以存在兩種或更多種具有不同平均粒度的熱塑性材料。若需要，芯中可存在兩種平均粒度與兩種熱塑性材料的平均粒度基本上相同的可膨脹石墨材料。所述兩種可膨脹石墨材料可以是化學性質(zhì)相同的或者可以是化學性質(zhì)不同的。類似地，熱塑性材料可以是化學性質(zhì)相同的(但具有不同平均粒度)或者可以是化學性質(zhì)不同的。
在某些實施方案中，芯通常包含大量開孔結(jié)構(gòu)，使得在芯中存在空隙空間。例如，芯層可包含0-30％、10-40％、20-50％、30-60％、40-70％、50-80％、60-90％、0-40％、0-50％、0-60％、0-70％、0-80％、0-90％、5-30％、5-40％、5-50％、5-60％、5-70％、5-80％、5-90％、5-95％、10-50％、10-60％、10-70％、10-80％、10-90％、10-95％、20-60％、20-70％、20-80％、20-90％、20-95％、30-70％、30-80％、30-90％、30-95％、40-80％、40-90％、40-95％、50-90％、50-95％、60-95％、70-80％、70-90％、70-95％、80-90％、80-95％或在這些示例性范圍內(nèi)的任意說明性值的空隙含量或孔隙率。在一些情況下，芯包含高于0％，例如但不完全固定，高達約95％的孔隙率或空隙含量。除非另有說明，否則提到包含某一空隙含量或孔隙率的芯是基于芯的總體積而不一定是芯加上與芯聯(lián)接的任何其它材料或?qū)拥目傮w積。與預浸料坯相比，芯的孔隙率可以是相同的或者可以是不同的。例如，在許多情況下，通過使預浸料坯通過一組輥子或通過按壓預浸料坯的一個表面使預浸料坯形成為芯。在此類情況下，芯的孔隙率可不同于預浸料坯的孔隙率，例如，可以更低。在一些情況下，有意將芯的孔隙率選擇為低于同等預浸料坯向最終成型的制品或產(chǎn)品提供增加的芯蓬松度。
在某些實施方案中，芯中存在的高孔隙率容許在芯的孔隙中截留可膨脹石墨材料。例如，可膨脹石墨材料可以按非共價鍵合方式留在空隙空間中。施加熱量或其它擾動可以起到增加非共價鍵合的可膨脹石墨材料的體積的作用，這轉(zhuǎn)而增加芯的厚度，例如當可膨脹石墨材料的尺寸增加，石墨材料分子層間的間隔距離增加和/或額外的空氣被截留在芯中時厚度增加。例如，可膨脹石墨材料可以起蓬松劑的作用，使得施加合適的刺激，例如輻射加熱，起到增加芯總厚度的作用。如本文所指出的，此類刺激可以通過增加可膨脹石墨材料層間的間隔距離和/或通過將空氣截留在蓬松后的芯結(jié)構(gòu)中來增加芯厚度。在一些情況下，正如連同圖1b所注意到的及在本文的預浸料坯描述中，芯中的可膨脹石墨材料有效地起逐步蓬松劑的作用。如所附的實施例所示，包含可膨脹石墨材料的芯可以提供增強的蓬松能力，這是因為芯通常對較低的對流加熱溫度不敏感(與微球相比)。例如，包含可膨脹石墨材料的預浸料坯可加工成可膨脹石墨材料無顯著膨脹的芯。儲備蓬松能力容許最終使用者將芯進一步加工以提供所需厚度和/或構(gòu)造的制品或組件。相反，加工成芯的包含微球的預浸料坯通常在加工成芯期間經(jīng)受一定膨脹(及微球的潛在塌陷)。這種膨脹減少了可用的剩余膨脹并且可能限制在最終成型制品中可達到的總厚度。
在某些實施方案中，本文描述的芯的熱塑性材料可至少部分包含以下的一種或多種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚四氯酸丁二醇酯和聚氯乙烯(增塑和未增塑的)及這些材料相互之間或與其它聚合物材料的摻合物。其它合適的熱塑性材料包括但不限于聚芳醚、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、熱塑性聚酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物、無定形尼龍、聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚芳基砜、聚醚砜、液晶聚合物、商業(yè)上稱為
在某些實例中，本文描述的芯的纖維可包括玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、合成有機纖維，特別是高模量有機纖維，例如對位和間位芳族聚酰胺纖維、尼龍纖維、聚酯纖維或本文描述的適于用作纖維的任何高熔體流動指數(shù)樹脂、天然纖維(如大麻、劍麻、黃麻、亞麻、椰殼纖維、洋麻和纖維素纖維)、礦物纖維(如玄武巖)、礦物棉(例如，巖石或渣棉)、硅灰石、硅鋁等或其混合物、金屬纖維、金屬化天然和/或合成纖維、陶瓷纖維、紗線纖維或其混合物。在一些實施方案中，前面提到的任何纖維在使用之前均可經(jīng)化學處理以提供所需官能團或賦予纖維其它物理性質(zhì)，例如可經(jīng)化學處理使其可以與熱塑性材料、可膨脹石墨材料或兩者反應。在一些情況下，芯中使用的纖維首先可與可膨脹石墨材料反應以提供衍生化纖維，然后將其與熱塑性材料混合?？蛇x地，可膨脹石墨材料可與芯的熱塑性材料反應以提供衍生化熱塑性材料，然后將其與纖維混合。芯中的纖維含量可為芯的約20重量％至約90重量％，更具體地為芯的約30重量％至約70重量％。所用纖維的特定尺寸和/或取向可至少部分取決于所用聚合物材料和/或所得芯的所需性質(zhì)。其它合適的纖維類型、纖維尺寸和量將易于由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，鑒于本公開的益處進行選擇。在一個非限制性說明中，分散在熱塑性材料和可膨脹石墨材料中以提供芯的纖維通常直徑大于約5微米，更具體地為約5微米至約22微米，且長度為約5mm至約200mm；更具體地，纖維直徑可為約幾微米至約22微米且纖維長度可為約5mm至約75mm。
在某些實例中，本文描述的芯的可膨脹石墨材料包含一種或多種基于石墨烯的材料。除了提供蓬松能力外，可膨脹石墨材料也可為芯和/或包括芯的任何制品提供一定程度的阻燃性。在一些實施方案中，在芯中存在足夠的可膨脹石墨材料，例如存在阻燃量的可膨脹石墨材料，使得芯滿足日期為1991年的聯(lián)邦機動車輛安全標準302(fmvss302)易燃性測試，該測試通常與日期為1989年的iso3795和日期為2004年的astmd5132等效。此類阻燃量可容許構(gòu)造基本上不含外部或添加的阻燃劑的芯?？膳蛎浭牧系某叽缈梢赃x擇，使得在加工期間保持阻燃量的可膨脹石墨材料以形成芯。例如，微球用作蓬松劑時，常常在加工期間去除大量，例如30％或更多的微球，以形成芯。這樣去除降低了潛在蓬松能力。使用適當尺寸的可膨脹石墨材料，例如平均粒度為約300微米或更高的可膨脹石墨材料時，可實現(xiàn)芯中可膨脹石墨材料的保持力加強。芯中使用的可膨脹石墨材料的精確類型可取決于許多因素，包括例如所需蓬松溫度、所需阻燃性程度、所需基重和其它因素?？纱嬖谟谛局械恼f明性的市售可膨脹石墨材料可從nyacolnanotechnologies,inc.(ashland,ma)購買獲得并且包括，例如35、200、249、250、251、kp251和351級可膨脹石墨材料。另外的可膨脹石墨材料可從graftechinternational(lakewood,oh)商購。芯中存在的可膨脹石墨材料通常作為堆疊分子層存在。加熱本文描述的熱塑性芯中的可膨脹石墨材料可導致層間間隔增大并且引起芯的厚度增加?？膳蛎浭牧峡梢猿试S多形式存在，包括薄片形式、顆粒形式或其它形式。在一些情況下，芯中的可膨脹石墨材料呈薄片或顆粒形式存在并可包含例如至少300微米的平均粒度，或者可包含與芯中的熱塑性材料的平均粒度基本上相似的平均粒度。
在一些情況下，芯可以是基本上不含鹵素或不含鹵素的芯以滿足某些應用對有害物質(zhì)要求的限制。在其它情況下，芯可包含鹵化阻燃劑，例如包含f、cl、br、i和at中的一種或多種的鹵化阻燃劑或包括此類鹵素的化合物，例如四溴雙酚a聚碳酸酯或一鹵代、二鹵代、三鹵代或四鹵代聚碳酸酯。在一些情況下，芯中使用的熱塑性材料可包含一種或多種鹵素以賦予一定阻燃性，無需添加另一阻燃劑。存在鹵化阻燃劑時，理想地該阻燃劑以阻燃量存在，阻燃量可根據(jù)存在的其它組分變化。例如，鹵化阻燃劑可按約0.1重量％至約15重量％(按芯的重量計)，更具體地約1重量％至約13重量％，例如約5重量％至約13重量％存在。若需要，可向芯中添加兩種不同的鹵化阻燃劑。在其它情況下，可以添加非鹵化阻燃劑例如包含n、p、as、sb、bi、s、se和te中的一種或多種的阻燃劑。在一些實施方案中，非鹵化阻燃劑可包含含磷材料，所以芯可以更加環(huán)境友好。存在非鹵化或基本上不含鹵素的阻燃劑時，理想地該阻燃劑以阻燃量存在，阻燃量可根據(jù)存在的其它組分變化。例如，基本上不含鹵素的鹵化阻燃劑可按約0.1重量％至約15重量％(按芯的重量計)，更具體地按芯的重量計，按約1重量％至約13重量％，例如約5重量％至約13重量％存在。若需要，可向芯中添加兩種不同的基本上不含鹵素的阻燃劑。在某些情況下，本文描述的芯可包含一種或多種鹵化阻燃劑結(jié)合一種或多種基本上不含鹵素的阻燃劑。存在兩種不同的阻燃劑時，理想地兩種阻燃劑的組合以阻燃量存在，阻燃量可根據(jù)存在的其它組分變化。例如，存在的阻燃劑的總重量可為約0.1重量％至約20重量％(按芯的重量計)，更具體地按芯的重量計，為約1重量％至約15重量％，例如約2重量％至約14重量％存在。本文描述的預浸料坯中使用的阻燃劑可以添加到包含可膨脹石墨材料、熱塑性材料和纖維中(將混合物置于金屬絲網(wǎng)篩或其它加工組件上之前)或者可以在芯固化之后添加，例如，通過將芯浸入阻燃劑中或?qū)⒆枞紕﹪姙⒃谛旧稀?/p>
在某些實施方案中，本文描述的預浸料坯或芯可包括一張或多張置于預浸料坯表面的表皮以提供制品。參考圖3，制品300包括預浸料坯或芯310，其包含熱塑性材料、多種纖維和置于預浸料坯或芯的空隙空間內(nèi)的可膨脹石墨材料。制品300包括置于預浸料坯或芯310上的第一表皮320。表皮320可以包括例如薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼(frim)、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯310上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，表皮320可包含高于22的極限氧指數(shù)。熱塑性薄膜作為表皮320(或作為其一部分)存在時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮?；诶w維的稀松布作為表皮320(或作為其一部分)存在時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。熱固性涂層作為表皮320(或作為其一部分)存在時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。無機涂層作為表皮320(或作為其一部分)存在時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。非織造物作為表皮320(或作為其一部分)存在時，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。預浸料坯或芯310可包含本文連同預浸料坯和芯一起描述的任何材料，例如熱塑性材料、增強纖維和分散在預浸料坯或芯310中的可膨脹石墨材料，例如，從預浸料坯或芯310的一個表面到另一個表面呈基本上均一的分布分散的可膨脹石墨材料。若需要,表皮320也可包含可膨脹石墨材料。
在某些構(gòu)造中，本文描述的預浸料坯和芯可用于提供在預浸料坯或芯的每一側(cè)上包含表皮的制品。參考圖4，示出了一種制品400，其包括預浸料坯或芯410、置于預浸料坯或芯410的第一表面上的第一表皮420及置于預浸料坯或芯410上的第二表皮430。預浸料坯或芯410可包含本文連同預浸料坯和芯一起描述的任何材料，例如熱塑性材料、增強纖維和分散在預浸料坯或芯410中的可膨脹石墨材料，例如，從預浸料坯或芯410的一個表面到另一個表面呈基本上均一的分布分散的可膨脹石墨材料。第一表皮420和第二表皮430各自可以獨立地選自薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯410上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，表皮420或表皮430(或兩者)可包含高于22的極限氧指數(shù)。熱塑性薄膜作為表皮420或表皮430(或兩者)(或作為其一部分)存在時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮。基于纖維的稀松布作為表皮420或表皮430(或兩者)(或作為其一部分)存在時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。熱固性涂層作為表皮420或表皮430(或兩者)(或作為其一部分)存在時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。無機涂層作為表皮420或表皮430(或兩者)(或作為其一部分)存在時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。非織造物作為表皮420或表皮430(或兩者)(或作為其一部分)存在時，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。若需要,表皮420、430之一或兩者也可包含可膨脹石墨材料。
在某些情況下，制品可包括預浸料坯或芯、置于預浸料坯或芯上的至少一張表皮和置于表皮上的裝飾或覆蓋層。參考圖5，示出了一種制品500，其包括預浸料坯或芯510、置于預浸料坯或芯510的第一表面上的表皮520及置于二表皮520上的裝飾層530。預浸料坯或芯510可包含本文連同預浸料坯和芯一起描述的任何材料，例如熱塑性材料、增強纖維和分散在預浸料坯或芯510中的可膨脹石墨材料，例如，從預浸料坯或芯510的一個表面到另一個表面呈基本上均一的分布分散的可膨脹石墨材料。表皮520可以包括例如薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼(frim)、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯510上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，表皮520可包含高于22的極限氧指數(shù)。存在熱塑性薄膜時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮。存在基于纖維的稀松布時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。存在熱固性涂層時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。存在無機涂層時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。存在非織造物，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。裝飾層530可例如由聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯、熱塑性彈性體等熱塑性薄膜形成。裝飾層530也可以是包括由例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等形成的泡沫芯的多層結(jié)構(gòu)?？椢锟梢枣I合到泡沫芯上，例如由天然和合成纖維制成的織造物，針刺法等制成的有機纖維非織造物、起絨織物、針織品、植絨織物或其它此類材料。織物也可以用熱塑性膠粘劑鍵合到泡沫芯上，膠粘劑包括壓敏膠粘劑和熱熔膠粘劑，例如聚酰胺、改性聚烯烴、聚氨酯和聚烯烴。裝飾層530也可以使用紡粘、熱粘合、射流噴網(wǎng)、熔噴、濕法成網(wǎng)和/或干法成網(wǎng)工藝生產(chǎn)。
在某些構(gòu)造中，兩個或多個預浸料坯或芯可通過插入層或中間層，例如表皮相互聯(lián)接。參考圖6，示出了包括通過中間層620聯(lián)接的預浸料坯或芯610和預浸料坯或芯630的制品600。預浸料坯或芯610、630各自可相同或者可不同。在一些情況下，預浸料坯或芯610、630的熱塑性材料和纖維相同，但預浸料坯或芯610、630中存在的可膨脹石墨材料載量或類型不同。在其它情況下，預浸料坯或芯610、630中可膨脹石墨材料的類型和/或量可相同并且熱塑性材料和/或纖維中的一種或兩種可不同，例如可在化學性質(zhì)上不同或者可按不同的量存在。在一些情況下，共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯610、630之一或兩者中。在其它情況下，非共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯610、630之一或兩者中。若需要，在芯610、630之一或兩者中可存在一種或多種合適的阻燃劑，例如鹵化或非鹵化阻燃劑。雖然顯示預浸料坯或芯610、630的厚度與圖6中大致相同，但預浸料坯或芯610、630的厚度可以變化。在一些構(gòu)造中，預浸料坯或芯610、630之一可包含除可膨脹石墨材料以外的蓬松劑，例如微球。微球可以與可膨脹石墨材料組合存在或者可存在于預浸料坯或芯610、630中無任何可膨脹石墨材料的一個中。中間層620可以采取本文所述表皮的形式。例如，中間層620可以包括例如薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯610上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，所述層620可包含高于22的極限氧指數(shù)。存在熱塑性薄膜時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮。基于纖維的稀松布作為層620存在或存在于其中時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。熱固性涂層作為層620存在或存在于其中時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。無機涂層作為層620存在或存在于其中時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。非織造物作為層620存在或存在于其中時，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。雖然未示出，但裝飾層可與預浸料坯或芯610、630中的任一個或(兩者)聯(lián)接。如本文所指出的，裝飾層可例如由聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯、熱塑性彈性體等熱塑性薄膜形成。裝飾層也可以是包括由例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等形成的泡沫芯的多層結(jié)構(gòu)?？椢锟梢枣I合到泡沫芯上，例如由天然和合成纖維制成的織造物，針刺法等制成的有機纖維非織造物、起絨織物、針織品、植絨織物或其它此類材料?？椢镆部梢杂脽崴苄阅z粘劑鍵合到泡沫芯上，膠粘劑包括壓敏膠粘劑和熱熔膠粘劑，例如聚酰胺、改性聚烯烴、聚氨酯和聚烯烴。裝飾層也可以使用紡粘、熱粘合、射流噴網(wǎng)、熔噴、濕法成網(wǎng)和/或干法成網(wǎng)工藝生產(chǎn)。
在某些實施方案中，兩個或更多個預浸料坯或芯可相互聯(lián)接，然后可將表皮置于預浸料坯或芯的一個表面上。參考圖7，示出了包括聯(lián)接的預浸料坯或芯710和預浸料坯或芯730及置于芯730上的表皮720的制品700。預浸料坯或芯710、720各自可相同或者可不同。在一些情況下，芯710、730的熱塑性材料和纖維相同，但芯710、730中存在的可膨脹石墨材料載量或類型不同。在其它情況下，芯710、730中可膨脹石墨材料的類型和/或量可相同并且熱塑性材料和/或纖維中的一種或兩種可不同，例如可在化學性質(zhì)上不同或者可按不同的量存在。在一些情況下，共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯710、730之一或兩者中。在其它情況下，非共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯710、720之一或兩者中。若需要，在預浸料坯或芯710、730之一或兩者中可存在一種或多種合適的阻燃劑，例如鹵化或非鹵化阻燃劑。雖然顯示預浸料坯或芯710、730的厚度與圖7中大致相同，但預浸料坯或芯710、730的厚度可以變化。在一些構(gòu)造中，預浸料坯或芯710、730之一可包含除可膨脹石墨材料以外的蓬松劑，例如微球。微球可以與可膨脹石墨材料組合存在或者可存在于預浸料坯或芯710、730中無任何可膨脹石墨材料的一個中。表皮720可以包括例如薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯730上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，表皮720可包含高于22的極限氧指數(shù)。熱塑性薄膜作為表皮720存在或存在于其中時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮。基于纖維的稀松布作為表皮720存在或存在于其中時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。熱固性涂層作為表皮720存在或存在于其中時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。無機涂層作為表皮720存在或存在于其中時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。非織造物作為表皮720存在或存在于其中時，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。雖然未示出，但裝飾層可與表皮720或與預浸料坯或芯710的表面聯(lián)接。如本文所指出的，裝飾層可例如由聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯、熱塑性彈性體等熱塑性薄膜形成。裝飾層也可以是包括由例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等形成的泡沫芯的多層結(jié)構(gòu)。織物可以鍵合到泡沫芯上，例如由天然和合成纖維制成的織造物，針刺法等制成的有機纖維非織造物、起絨織物、針織品、植絨織物或其它此類材料?？椢镆部梢杂脽崴苄阅z粘劑鍵合到泡沫芯上，膠粘劑包括壓敏膠粘劑和熱熔膠粘劑，例如聚酰胺、改性聚烯烴、聚氨酯和聚烯烴。裝飾層也可以使用紡粘、熱粘合、射流噴網(wǎng)、熔噴、濕法成網(wǎng)和/或干法成網(wǎng)工藝生產(chǎn)。
在某些實施方案中，兩個或更多個預浸料坯或芯可相互聯(lián)接，然后可將表皮置于預浸料坯或芯的每個表面上。參考圖8，示出了包括聯(lián)接的預浸料坯或芯810和預浸料坯或芯830、置于芯830上的第一表皮820及置于芯810上的第二表皮840的制品800。預浸料坯或芯810、830各自可相同或者可不同。在一些情況下，預浸料坯或芯810、830的熱塑性材料和纖維相同，但預浸料坯或芯810、830中存在的可膨脹石墨材料載量或類型不同。在其它情況下，預浸料坯或芯810、830中可膨脹石墨材料的類型和/或量可相同并且熱塑性材料和/或纖維中的一種或兩種可不同，例如可在化學性質(zhì)上不同或者可按不同的量存在。在一些情況下，共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯810、830之一或兩者中。在其它情況下，非共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯810、830之一或兩者中。若需要，在預浸料坯或芯810、830之一或兩者中可存在一種或多種合適的阻燃劑，例如鹵化或非鹵化阻燃劑。雖然顯示預浸料坯或芯810、830的厚度與圖8中大致相同，但預浸料坯或芯810、830的厚度可以變化。在一些構(gòu)造中，預浸料坯或芯810、830之一可包含除可膨脹石墨材料以外的蓬松劑，例如微球。微球可以與可膨脹石墨材料組合存在或者可存在于芯810、830中無任何可膨脹石墨材料的一個中。表皮820、840各自可以獨立地包括例如薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼(frim)、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯830上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，表皮820、840可獨立地包含高于22的極限氧指數(shù)。熱塑性薄膜作為表皮820或表皮840(或兩者)存在或存在于其中時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮。基于纖維的稀松布作為表皮820或表皮840(或兩者)存在或存在于其中時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。熱固性涂層作為表皮820或表皮840(或兩者)存在或存在于其中時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。無機涂層作為表皮820或表皮840(或兩者)存在或存在于其中時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。非織造物作為表皮820或表皮840(或兩者)存在或存在于其中時，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。雖然未示出，但裝飾層可與表皮820或表皮840(或兩者)聯(lián)接。如本文所指出的，裝飾層可例如由聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯、熱塑性彈性體等熱塑性薄膜形成。裝飾層也可以是包括由例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等形成的泡沫芯的多層結(jié)構(gòu)?？椢锟梢枣I合到泡沫芯上，例如由天然和合成纖維制成的織造物，針刺法等制成的有機纖維非織造物、起絨織物、針織品、植絨織物或其它此類材料?？椢镆部梢杂脽崴苄阅z粘劑鍵合到泡沫芯上，膠粘劑包括壓敏膠粘劑和熱熔膠粘劑，例如聚酰胺、改性聚烯烴、聚氨酯和聚烯烴。裝飾層也可以使用紡粘、熱粘合、射流噴網(wǎng)、熔噴、濕法成網(wǎng)和/或干法成網(wǎng)工藝生產(chǎn)。
在某些實施方案中，兩個或更多個預浸料坯或芯可相互聯(lián)接，然后可將表皮置于預浸料坯或芯的每個表面上。參考圖9，示出了包括通過中間層920聯(lián)接的預浸料坯或芯910和預浸料坯或芯930及置于芯940上的表皮840的制品900。若需要，表皮940可代替置于預浸料坯或芯930上或另一表皮(未示出)可置于預浸料坯或芯920上。預浸料坯或芯910、930各自可相同或者可不同。在一些情況下，預浸料坯或芯910、930的熱塑性材料和纖維相同，但預浸料坯或芯910、930中存在的可膨脹石墨材料載量或類型不同。在其它情況下，預浸料坯或芯910、930中可膨脹石墨材料的類型和/或量可相同并且熱塑性材料和/或纖維中的一種或兩種可不同，例如可在化學性質(zhì)上不同或者可按不同的量存在。在一些情況下，共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯910、930之一或兩者中。在其它情況下，非共價鍵合的可膨脹石墨材料可存在于預浸料坯或芯910、930之一或兩者中。若需要，在預浸料坯或芯910、930之一或兩者中可存在一種或多種合適的阻燃劑，例如鹵化或非鹵化阻燃劑。雖然顯示預浸料坯或芯910、930的厚度與圖9中大致相同，但預浸料坯或芯910、930的厚度可以變化。在一些構(gòu)造中，預浸料坯或芯910、930之一可包含除可膨脹石墨材料以外的蓬松劑，例如微球。微球可以與可膨脹石墨材料組合存在或者可存在于芯910、930中無任何可膨脹石墨材料的一個中。層920和表皮940可以獨立地包括例如薄膜(例如，熱塑性薄膜或彈性薄膜)、無機玻璃鋼、稀松布(例如，基于纖維的稀松布)、箔、織造物、非織造物或作為置于預浸料坯料或芯830上的無機涂層、有機涂層或熱固性涂層存在。在其它情況下，正如按照日期為1996年的iso4589所測量的，層920和表皮940可獨立地包含高于22的極限氧指數(shù)。熱塑性薄膜作為層920或表皮940(或兩者)存在或存在于其中時，熱塑性薄膜可包含以下的至少一種：聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(醚-醚酮)、聚(苯硫醚)、聚(芳基砜)、聚(醚砜)、聚(酰胺-酰亞胺)、聚(1,4亞苯基)、聚碳酸酯、尼龍和硅酮?；诶w維的稀松布作為層920或表皮940(或兩者)存在或存在于其中時，基于纖維的稀松布可包含玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、石墨纖維、碳纖維、無機礦物纖維、金屬纖維、金屬化合成纖維和金屬化無機纖維中的至少一種。熱固性涂層作為層920或表皮940(或兩者)存在或存在于其中時，該涂層可包含不飽和聚氨酯、乙烯基酯、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的至少一種。無機涂層作為層920或表皮940(或兩者)存在或存在于其中時，該無機涂層可包含含有選自ca、mg、ba、si、zn、ti和al的陽離子的礦物質(zhì)或可包含石膏、碳酸鈣和灰漿中的至少一種。非織造物作為層920或表皮940(或兩者)存在或存在于其中時，非織造物可包含熱塑性材料、熱固性粘合劑、無機纖維、金屬纖維、金屬化無機纖維和金屬化合成纖維。雖然未示出，但裝飾層可與表皮920或預浸料坯或芯930(或兩者)聯(lián)接。如本文所指出的，裝飾層可例如由聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯、熱塑性彈性體等熱塑性薄膜形成。裝飾層也可以是包括由例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等形成的泡沫芯的多層結(jié)構(gòu)?？椢锟梢枣I合到泡沫芯上，例如由天然和合成纖維制成的織造物，針刺法等制成的有機纖維非織造物、起絨織物、針織品、植絨織物或其它此類材料。織物也可以用熱塑性膠粘劑鍵合到泡沫芯上，膠粘劑包括壓敏膠粘劑和熱熔膠粘劑，例如聚酰胺、改性聚烯烴、聚氨酯和聚烯烴。裝飾層也可以使用紡粘、熱粘合、射流噴網(wǎng)、熔噴、濕法成網(wǎng)和/或干法成網(wǎng)工藝生產(chǎn)。
在某些實施方案中，材料條帶可置于預浸料坯或芯層上。參考圖10，示出了包括預浸料坯或芯1010，有條帶1020、1030置于預浸料坯或芯1010的不同區(qū)域上的制品1000。所需要，此類條帶可存在于圖1a和2a-9中所示任一說明性實施方案上。條帶1020、1030可相同或者可不同。如本文所指出的，在一些情況下，條帶1020、1030可包含可膨脹石墨材料。例如，條帶可包含與條帶中的其它材料非共價鍵合的可膨脹石墨材料或者可包含與條帶中的其它材料共價鍵合的可膨脹石墨材料。在一些情況下，條帶1020、1030可獨立地采取如本文所述預浸料坯或芯的形式。在其它構(gòu)造中，條帶可采取如本文所述表皮或?qū)拥男问?。在某些情況下，條帶可置于，例如制品100的可能期望提供結(jié)構(gòu)增強的區(qū)域或需要差異性厚度的區(qū)域。在條帶1020、1030包含蓬松劑如微球或可膨脹石墨材料的情況下，若需要，可以在包含條帶1020、1030的區(qū)域獲得額外厚度。
在一些實施方案中，預浸料坯和芯可包括附加材料或添加劑以賦予所需的物理或化學性質(zhì)。例如，可將一種或多種染料、增稠劑、著色劑、粘度調(diào)節(jié)劑、防煙劑、增效材料、蓬松劑、顆粒、粉末、殺生劑、泡沫或其它材料與預浸料坯或芯混合或添加到其中。在一些情況下，預浸料坯或芯可包含一種或多種防煙組合物，量為約0.2重量％至約10重量％。說明性的防煙組合物包括但不限于錫酸鹽、硼酸鋅、鉬酸鋅、硅酸鎂、鉬酸鈣鋅、硅酸鈣、氫氧化鈣及其混合物。若需要，可存在增效材料以增強預浸料坯或芯的物理性質(zhì)。若需要，可存在增強可膨脹石墨材料的阻燃特性的增效劑。若需要，可存在增強蓬松能力的增效材料。說明性的增效材料包括但不限于三氯苯磺酸鈉鉀、二苯砜-3-磺酸及其混合物。
在其它情況下，本文描述的預浸料坯或芯可包含所需量，例如，按預浸料坯或芯的總重量計低于約50重量％的最小量的熱固性材料，以賦予芯所需性質(zhì)。熱固性材料可與熱塑性材料混合或可作為涂層添加在預浸料坯或芯的一個或多個表面。
在某些實施方案中，本文描述的預浸料坯或芯可配置為(或用于)玻璃氈熱塑性復合材料(gmt)或輕質(zhì)增強熱塑性塑料(lwrt)。一種此類lwrt是由hanwhaazdel,inc.制備的并且以商標
在生產(chǎn)本文描述的預浸料坯和芯時，可能有利的是使用濕法成網(wǎng)工藝。例如，可以在氣體，例如空氣或其它氣體的存在下，攪拌或攪動包含分散材料，例如熱塑性材料、纖維和可膨脹石墨材料，任選地與本文描述的任一種或多種添加劑(例如，其它蓬松劑或阻燃劑)的液體或流體介質(zhì)。然后可將分散體鋪放到支撐物，例如篩網(wǎng)或其它支撐材料上，以提供可膨脹石墨材料在所鋪材料中基本上均一的分布。為增加可膨脹石墨材料分散性和/或均一性，攪拌的分散體可包含一種或多種活性劑，例如，陰離子、陽離子或非離子活性劑，例如，industrialsoapsltd.以名稱ace液體銷售的那些，gloverchemicalsltd.作為
在某些情況下，在分散體已經(jīng)混合足夠時間后，可將具有懸浮物質(zhì)的流體置于篩網(wǎng)、移動金屬絲或其它合適的支撐結(jié)構(gòu)上以提供鋪放的材料網(wǎng)?？梢詾榫W(wǎng)提供抽吸或減壓，以從鋪放的材料中去除所有液體而留下熱塑性材料、可膨脹石墨材料和存在的任何其它材料，例如纖維、添加劑等。如本文所指出的，通過將可膨脹石墨材料粒度選擇為基本上等于或大于熱塑性材料的平均粒度，可以實現(xiàn)可膨脹石墨材料增強的保持力(與微球保持力水平相比)。所得到的網(wǎng)可經(jīng)干燥、加固、按壓、蓬松、層壓、定徑或以其它方式進一步加工以提供所需預浸料坯、芯或制品。在一些情況下，可以在干燥、加固、按壓、蓬松、層壓、定徑或其它進一步加工之前將添加劑或附加可膨脹石墨材料添加到網(wǎng)中，以提供所需預浸料坯、芯或制品。在其它情況下，可以在干燥、加固、按壓、蓬松、層壓、定徑或其它進一步加工之后將可膨脹石墨材料添加到網(wǎng)中，以提供所需預浸料坯、芯或制品。雖然根據(jù)熱塑性材料、可膨脹石墨材料和存在的其它材料的特性，可以使用濕法成網(wǎng)工藝，但可能有利的是使用氣流成網(wǎng)工藝、干混工藝、梳棉和針刺工藝或用于制造非織造產(chǎn)品的其它已知工藝代替。在一些情況下，可以在預浸料坯或芯硬化至一定程度之后，經(jīng)過多個涂層射流噴口下面的板而將附加可膨脹石墨材料噴灑到預浸料坯或芯的表面上，涂層射流噴口配置為以約90度角將可膨脹石墨材料噴灑到預浸料坯或芯表面。
在一些構(gòu)造中，本文描述的預浸料坯和芯可以通過在表面活性劑的存在下在水溶液或泡沫中合并熱塑性材料、纖維、可膨脹石墨材料來生產(chǎn)。合并的組分可以混合或攪拌足夠時間以分散各種材料并提供所述材料基本上均勻的水性混合物。然后將分散的混合物鋪放在任何合適的支撐結(jié)構(gòu)上，例如具有所需孔隙率的金屬絲網(wǎng)或其它網(wǎng)或支撐物。然后可通過金屬絲網(wǎng)將水排空，形成網(wǎng)。高于熱塑性粉末的軟化溫度干燥并加熱該網(wǎng)。然后冷卻該網(wǎng)并按壓至預定厚度以產(chǎn)生具有介于約1％至約95％之間的空隙含量的復合材料板。在一個替代實施方案中，水性泡沫也包括粘合劑材料。
在某些實例中，可以生產(chǎn)呈gmt形式的預浸料坯或芯。在某些情況下，通?？梢允褂枚糖胁ＡЮw維、熱塑性材料、可膨脹石墨材料及任選的熱塑性聚合物薄膜和/或用玻璃纖維或熱塑性樹脂纖維(例如聚丙烯(pp)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、pc/pbt摻合物、pc/pet摻合物)制成的織造或非織造物制備gmt。在一些實施方案中，pp、pbt、pet、pc/pet摻合物或pc/pbt摻合物可用作高熔體流動指數(shù)樹脂。為生產(chǎn)玻璃氈，可將熱塑性材料、增強材料、可膨脹石墨材料和/或其它添加劑添加或計量到裝備有葉輪的開頂式混合罐中所裝的分散泡沫中。雖然不希望受任何特定理論的約束，但泡沫截留氣穴的存在可幫助分散玻璃纖維、熱塑性材料和可膨脹石墨材料。在一些實例中，分散的玻璃和樹脂混合物可經(jīng)由分配歧管泵入位于造紙機網(wǎng)部上方的流漿箱內(nèi)。然后當使用真空為金屬絲網(wǎng)篩提供分散混合物時，可以去除泡沫，而非玻璃纖維、可膨脹石墨材料和熱塑性材料，持續(xù)產(chǎn)生均一的、纖維濕網(wǎng)。濕網(wǎng)可通過合適溫度下的烘干機以減少水分含量并且使熱塑性材料熔融或軟化。當熱網(wǎng)離開烘干機時，可通過使玻璃纖維、可膨脹石墨材料、熱塑性材料網(wǎng)和薄膜通過一組加熱輥的輥隙而將表面層例如薄膜層壓到網(wǎng)上。若需要，也可以使附加層例如非織造和/或織造物層沿著薄膜附著于所述網(wǎng)的一側(cè)或兩側(cè)以利于容易地處理玻璃纖維增強氈。然后可以使復合材料通過張力輥并持續(xù)切割(截斷)成所需尺寸，用于稍后形成為最終產(chǎn)品制品。關(guān)于此類gmt復合材料的制備，包括用于形成此類復合材料的合適材料和加工條件的其它信息，例如在美國專利第6,923,494、4,978,489、4,944,843、4,964,935、4,734,321、5,053,449、4,925,615、5,609,966號和美國專利申請公開第us2005/0082881、us2005/0228108、us2005/0217932、us2005/0215698、us2005/0164023和us2005/0161865中有描述。
在某些實施方案中，eg材料與熱塑性材料和增強纖維組合存在容許比用傳統(tǒng)液態(tài)烴-聚合物殼微球所可以實現(xiàn)的更好的蓬松控制。例如，通過選擇對對流加熱基本上不敏感而對其它類型的加熱例如紅外線加熱敏感的eg材料，可以產(chǎn)生具有高儲備蓬松能力的預浸料坯、芯和制品。這種構(gòu)造容許最終使用者對于包括預浸料坯、芯和制品的部件具有更寬范圍的可能最終厚度。例如，最終使用者可以選擇期望的加熱條件來加工該部件以提供所需的所得厚度。若需要，通過改變應用于某些區(qū)域的加工條件，部件的不同區(qū)域可具有不同的最終厚度。
在一些情況下，可通過將熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨顆粒合并成混合物以形成經(jīng)攪拌的水性泡沫而制成預浸料坯、芯或制品?？蓪⒔?jīng)攪拌的水性泡沫置于導線支撐構(gòu)件上。可將水排空以形成網(wǎng)或開孔結(jié)構(gòu)。可以，例如，使用對流加熱，高于熱塑性材料的熔融溫度，在使得基本上不發(fā)生蓬松的條件下加熱該網(wǎng)，這個步驟在一些情況下也稱為加固。若需要，可對網(wǎng)施加壓力以提供包含可膨脹石墨顆粒，例如包含均勻分散在網(wǎng)(或開孔結(jié)構(gòu))內(nèi)或不均勻地分散在網(wǎng)(或開孔結(jié)構(gòu))內(nèi)的eg材料的熱塑性復合材料板。可通過選擇合適的加熱條件進一步加工該板以提供所需蓬松度。在一些情況下，可應用有效地使該板蓬松的加熱條件以增加板總厚度。例如，可將表皮、覆蓋層或其它材料放在該板上?？蓪⒍鄬咏M件放入模具中并施加加熱條件以使該板蓬松以將板的表面按壓在組件的其它層上。通過增加板的總厚度，可以實現(xiàn)板與組件其它層之間更好的粘著。
在某些情況下，生產(chǎn)復合材料制品的方法包括將熱塑性材料、增強纖維和可膨脹石墨顆粒合并成混合物以形成經(jīng)攪拌的水性泡沫。將泡沫置于導線支撐構(gòu)件上，并將水排空以形成包含熱塑性材料、纖維和石墨材料的網(wǎng)或開孔結(jié)構(gòu)。在一些情況下，然后將網(wǎng)加熱至高于熱塑性材料熔融溫度的第一溫度，其中第一溫度低于可膨脹石墨顆粒的蓬松起始溫度，所以基本上不發(fā)生蓬松。在其它情況下，可以使用使熱塑性材料熔融的加熱條件，例如對流加熱對網(wǎng)進行加熱，但是基本上不會使可膨脹石墨顆粒蓬松。若需要，然后可以，例如使用軋輥或其它裝置向所述網(wǎng)施加壓力，以提供包含分散在所述網(wǎng)內(nèi)的可膨脹石墨顆粒的熱塑性復合材料板。
下面描述了某些實施例以更好地說明本文描述的一些新穎方面和構(gòu)造。
實施例1
使用聚丙烯樹脂和玻璃纖維制成不同組合物。一種組合物(h1100)包含以5重量％存在的液態(tài)烴芯-聚合物微球。第二組合物包含以5重量％存在的eg-249c可膨脹石墨(eg)材料。第三組合物包含以10重量％存在的eg-249c可膨脹石墨材料。第四組合物包含以15重量％存在的eg-249c可膨脹石墨材料。第五組合物包含以10重量％存在的eg-hv可膨脹石墨材料。在每種組合物中存在約60重量％聚丙烯和40重量％玻璃纖維。每種組合物中eg的重量百分比是按聚丙烯和玻璃纖維的總重量計的，例如，可通過向包含40g玻璃纖維和60g聚丙烯的組合物中添加5g的eg來制成具有5重量％eg的組合物。將每種組合物制成基重為約800gsm的板。
測試板材在不同加熱條件下的厚度變化。含h1100和eg-hv的板材在204攝氏度下空氣加熱(圖11中的左側(cè)柱)并且在225攝氏度下空氣加熱(圖11中的右側(cè)柱)。每種eg-249c板材在相同溫度下空氣加熱并還經(jīng)受200攝氏度和220攝氏度的紅外線加熱(ir)(對于eg-249c而言從左至右圖11中的柱表示在204攝氏度下的空氣加熱、在225攝氏度下的空氣加熱、在200攝氏度下的紅外線加熱和在220攝氏度下的紅外線加熱；eg-hv中的柱表示在204攝氏度下和在225攝氏度下的空氣加熱)。
在兩個溫度下微球板材厚度增加，且在較低溫度下的厚度接近于較高溫度下的厚度。與微球相比，eg-249c板材通常對空氣加熱不敏感，在厚度上顯示沒有變化或幾乎無變化。eg-hv板材厚度在空氣加熱后增加。eg-hv是低級可膨脹石墨材料并且在比eg-249c更低的溫度下膨脹。在220攝氏度下使用紅外線加熱顯著增加所有eg-249c板材的厚度。另外，板材厚度隨可膨脹石墨材料載量和紅外線加熱溫度變化。結(jié)果與使用可膨脹石墨材料通過選擇所需蓬松溫度，選擇性地增加板材厚度一致。
實施例2
使用實施例1中描述的方法制備一系列板材。板材各自包括與實施例1中指出的相似量的聚丙烯和玻璃纖維。制備三種不同的板材：一種包括h1100微球，一種包括n351可膨脹石墨材料，且一種包括n400可膨脹石墨材料。通過在200攝氏度下對流加熱測試每種板材的第1階段蓬松度。結(jié)果顯示于表1中。直徑99mm的圓彈力盤用作試樣。使用卡尺測量三個不同區(qū)域的厚度。
表1
結(jié)果與隨著持續(xù)加熱每種板材的厚度隨時間推移而增加一致。隨著增加加熱，在微球板材(h1100)中有明顯塌陷，因為從第2分鐘到第4分鐘厚度減少。未觀察到可膨脹石墨材料板材的塌陷。
實施例3
為了測定實施例2的三種板材的儲備蓬松能力(可以實現(xiàn)多少附加厚度)，將每種板材在室溫下冷卻一天。然后通過在200攝氏度下對流加熱3分鐘(對于h1100板材而言)和在約220攝氏度下紅外線加熱1.5分鐘(對于eg板材而言)使板材經(jīng)受第2階段蓬松。使微球板材(h1100)經(jīng)受不同加熱條件以容許最大限度蓬松，不會引起微球破裂。結(jié)果列于表2中。
表2
第1階段觸發(fā)的蓬松度表示潛在蓬松能力的損失。例如，對于全厚度為8.892mm的h1100板材而言，第1階段觸發(fā)的蓬松度為5.526mm。第2階段蓬松后該板材的全厚度為8.892，這意味著該板材在第1階段后蓬松至5.526/8.892＝其總蓬松能力的62.1％。這個結(jié)果意味著對于該板材而言僅剩余37.9％的儲備蓬松能力。
相反，相似時間的可膨脹石墨材料板材保持n351儲備蓬松能力的73.5％和n400儲備蓬松能力的64.4％。這些結(jié)果與可膨脹石墨材料一致，其與微球相比提供附加的儲備蓬松能力。
實施例4
使用實施例2的板材進行附加測試。這些測試包括在加熱期間測量每種板材的基重以及灰分含量并在200攝氏度溫度下于烘箱中使用對流加熱使板材蓬松后測定蓬松指數(shù)。99mm直徑的彈力盤用作試樣，每個實驗使用10個彈力盤。對于所有數(shù)據(jù)而言，厚度值是基于對全部10個彈力盤的平均測量。測定基重、變異系數(shù)(cov)、厚度、蓬松比(蓬松厚度除以原樣厚度)、灰分含量(通過將樣品放入800攝氏度烘箱中使其燃燒來測定—僅剩余玻璃纖維及剩余玻璃纖維的重量百分比)、蓬松指數(shù)-1(蓬松比除以灰分含量)、蓬松劑含量(圖12的表3中顯示為ms含量)和蓬松指數(shù)2(蓬松指數(shù)-1除以蓬松劑含量)。使用蓬松指數(shù)可以消除(或標準化)每種板材總gsm的變化，產(chǎn)生直接可比的結(jié)果。通過以下方式測定微球含量(h1100)：測量微球破裂前后的重量以計算樣品中微球的含量。eg的7％含量(n351和n400)是基于向試樣中添加該量的eg的。結(jié)果顯示于圖12的表3中。
在相同加熱時間下所有eg樣品(n351和n400)的蓬松指數(shù)比相應微球樣品低至少50％。這些值與含eg的板材一致，其在200攝氏度下對流加熱后提供增強的儲備蓬松能力。
實施例5
使用實施例2的板材進行附加測試。這些測試包括在加熱期間測量每種板材的基重以及灰分含量并在220攝氏度溫度下于烘箱中使用對流加熱使板材蓬松后測定蓬松指數(shù)。結(jié)果是如結(jié)合實施例4所描述的而獲得/測定的。結(jié)果顯示于圖13的表4中。
在相同加熱時間下所有eg樣品(n351和n400)的蓬松指數(shù)低于相應微球樣品。每種樣品在每個加熱時間下的蓬松指數(shù)通常高于在200攝氏度下獲得的相應蓬松指數(shù)。這些值與eg一致，其通過改變加工溫度提供對蓬松增強的控制。
實施例6
通過生產(chǎn)與實施例2的板材類似的板材，測試不同類型的可膨脹石墨材料。板材中每種可膨脹石墨材料的重量百分比為8重量％。h1100微球?qū)φ瞻宀陌?4重量％的微球。每種板材的基重為約800gsm。在表5所列的各種條件下測量蓬松度。tma是指通過使用熱機械分析儀測量蓬松起始的實際溫度而測定的起始溫度。nyacol值是供應商提供的相應值。
表5
表5中的結(jié)果與可膨脹石墨材料一致，其在200攝氏度對流加熱1分鐘后提供高儲備蓬松能力。對于hv、351和kp251eg材料而言，在220攝氏度下1分鐘達到高蓬松度的能力在包含這些材料的板材中提供了儲備蓬松能力。圖14中示出了比較各種條件下的蓬松厚度的柱狀圖。每個柱狀分組中從左至右表示在200攝氏度下的空氣加熱、在220攝氏度下的空氣加熱、在200攝氏度下的紅外線加熱和在220攝氏度下的紅外線加熱。如圖所示，eg樣品對所施加的熱量類型敏感。這種選擇性容許通過選擇合適的熱量施加過程更好地控制蓬松。相反，微球蓬松度通常對所施加的熱量類型不敏感。在某些情況下，基于在200攝氏度的蓬松度與220攝氏度的蓬松度之間具有很大差距，可能合乎需要的是選擇eg材料。這種大差距提供了更多的儲備蓬松能力。另外，通過選擇大差距并且通過使用在對流條件下不提供顯著蓬松的eg材料，可施加紅外線加熱(或其它加熱)以更好地控制制品的最終厚度。
實施例7
測試可膨脹石墨材料(在阻燃劑的存在下)為熱塑性復合材料制品提供阻燃性的能力。測試包含h1100微球的對照板材和包含各種可膨脹石墨材料的測試板材。結(jié)果顯示于圖15的表6中。括號表示每種板材中按重量百分比計的可膨脹石墨材料載量。每種板材包括約800gsm基重并且模制成約2mm的厚度。如本文所述，如同日期為1991年的fmvss302所示，按英寸/分鐘測量燃燒速率。如fmvss-302測試法中所示，按英寸測量燃燒距離。
結(jié)果與可膨脹石墨材料的自熄性能在蓬松前后不受影響一致。在5％eg-249c載量下，板材自熄，表明僅以5重量％的可膨脹石墨材料可以提供阻燃性。相比之下，微球板材不自熄。表6中的計時標記是指向內(nèi)約4英寸并且從施加的火焰末端到板材的標記。
實施例8
測試另一組板材的阻燃性。圖16的表7中示出了所用材料及其載重量。將板材模制成2mm時所有可膨脹石墨材料板材均為自熄性。當板材的孔隙率增加時，其通常變得更難通過自熄測試。即使當可膨脹石墨材料板材蓬松并模制成8mm的總厚度時，這意味著存在更多空氣或更高的孔隙率，所有可膨脹石墨材料板材也是自熄性的。
實施例9
測試幾種板材的非油和油可燃性。板材的基重為約1310gsm。板材各自包括superlitetm芯(聚丙烯和約55重量％玻璃纖維的混合物)結(jié)合約10重量％的asbury3335可膨脹石墨材料。板材老化后，縱向或橫向上的拉伸強度沒有下降。老化包括在不同的時間和濕度值下將板材暴露于熱和水，包括38+/-2攝氏度和95+/-2％相對濕度下48小時。在150攝氏度下7天的長時間熱循環(huán)也用于老化板材。然后在室溫下將板材浸入蒸餾水中48小時。
還測試了板材在油的存在下或無油時的自熄能力。使用日期為2013年的saej369測試(與本文描述的fmvss302測試等效)測試可燃性。測試結(jié)果示于圖17所列的表8中。所有板材通過(如表8中的se/0所示)油可燃性測試。在200攝氏度的加工溫度下，自由蓬松度為8.10mm。在220攝氏度的加工溫度下，自由蓬松度為12.46mm(儲備蓬松能力比200攝氏度板材更低)。在240攝氏度的加工溫度下，自由蓬松度為22.97mm(儲備蓬松能力比220攝氏度板材更低)。測試每種板材的5個重復。如上文更詳細地指出，表8中的“b”是指觀察到燃燒的板材。列出“b”的單元格是火焰在表面行進而不進入芯的板材。行進入芯中是理想的，因為芯內(nèi)的可膨脹石墨應至少部分有助于熄滅火焰。
使用包括約10重量％的asbury3335可膨脹石墨材料和2重量％的djsemichem.微球蓬松劑的相同芯材料(但具有45重量％的玻璃)生產(chǎn)另一種板材。模制成8mm厚度時，這種板材在油自熄測試中表現(xiàn)出se/0性能(通過saej369測試)。這些結(jié)果與可膨脹石墨材料一致，其提供通過可燃性測試并且仍然具有儲備蓬松能力以容許進一步加工，例如模制成所需部件或形狀的板材。
實施例10
生產(chǎn)幾種另外的板材，其包括相似量的可膨脹石墨材料，但蓬松厚度不同。生產(chǎn)的板材包括superlitetm芯結(jié)合eg材料。板材列表示于表9中。
表9
蓬松到6-7mm(運行1)的板材可按與沒有任何eg的superlitetm芯相似的方式加工，例如可以在與沒有任何eg的superlitetm芯相似的溫度下模制。對于運行1和2，芯的一側(cè)是90gsmhof稀松布而芯的另一側(cè)是225gsm聚丙烯薄膜。對于運行3，芯的一側(cè)是20gsm聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)稀松布而板材的另一側(cè)是98gsm聚丙烯薄膜。對于蓬松8-9mm的板材(運行2)而言觀察到一些起皺現(xiàn)象。蓬松超過9mm自由蓬松度的板材可按與superlitetm芯相似的方式加工并且與superlitetm芯本身相比循環(huán)時間減少。
實施例11
可以制備具有約1200gsm芯重的板材，并且所述板材包含玻璃纖維(40-60重量％)、5-15重量％的可膨脹石墨材料，任選0-5重量％的微球蓬松劑，余量為熱塑性材料如聚烯烴，例如聚丙烯。若需要，可使表皮材料如稀松布沉積在芯材料的一側(cè)或多側(cè)。在一些情況下，可在一個表面上放置阻燃稀松布，并且可在相對表面上放置非阻燃稀松布。稀松布的精確基重可在約20gsm至約100gsm變化。在其它情況下，芯的一側(cè)可包含薄膜如聚烯烴薄膜。
實施例12
測試三種不同的可膨脹石墨材料作為增加的溫度的函數(shù)的膨脹率。結(jié)果示于圖18中。在比較不同eg材料時，3335材料在介于160攝氏度和220攝氏度之間的溫度范圍內(nèi)具有較低膨脹比。對于特定加工溫度而言，這些結(jié)果與將可膨脹石墨材料選擇為具有合適的蓬松溫度一致。例如，高于170攝氏度需要蓬松時，可使用nyagraphkp251。高于180攝氏度需要蓬松時，可使用nyagraphkp251或asbury3721(或兩者)。
在介紹本文公開的實例的要素時，冠詞“一個/種(a/an)”、“該”和“所述”旨在意味著存在一個或多個要素。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”旨在是開放式的，且意味著除了所列要素以外可存在附加要素。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，鑒于本公開的益處，實例的各種組分可與其它實例中的各種組分互換或替換。
雖然上文已描述某些方面、實例和實施方案，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，鑒于本公開的益處，所公開的說明性方面、實例和實施方案的添加、替換、修改和變更是可行的。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！