Lámina conductora de material compuesto, procedimiento de fabricación y aplicación de la misma.

Uso de una lámina conductora de material compuesto en material estructural para aviones,

caracterizado porque la lámina conductora de material compuesto comprende un soporte poroso con baja densidad superficial y un medio conductor fijado uniformemente sobre el soporte;

en el que el soporte poroso con baja densidad superficial es seleccionado de tejido poroso, tela no tejida y película de polímero, y tiene un espesor de 5 μm a 80 μm y una densidad superficial de 5 g/m2 a 30 g/m2; y en el que el medio conductor es seleccionado de nanocable de plata o una mezcla del nanocable de plata y al menos un material seleccionado de un grupo que consiste en nanotubo de carbono, grafeno y microfibra conductora.

Lámina conductora de material compuesto, procedimiento de fabricación y aplicación de la misma Campo de la invención La presente divulgación se refiere a una lámina conductora de material compuesto, a un material compuesto que tiene la lámina conductora de material compuesto, y a un procedimiento de fabricación de la lámina conductora de material compuesto.

Antecedentes de la invención Se ha usado un número creciente de materiales compuestos laminados de matriz de resina reforzada con fibra de carbono continua como materiales estructurales para aviones modernos. El material compuesto reforzado con fibra de carbono continua típico incluye una resina de matriz aislante y capas de fibra de carbono continua. La resina de matriz aislante se rellena entre las capas de fibra de carbono continua, lo que conduce a una densidad más alta, tanto en una dirección del espesor como en una dirección dentro del plano perpendicular a la dirección de la fibra del material compuesto. En este caso, cuando el avión es alcanzado por un rayo es difícil de eliminar del material compuesto las cargas, por lo que hay un riesgo de que el material compuesto pueda ser dañado o incluso se queme por una gran corriente generada debido al impacto del rayo. Hay un procedimiento anti-rayo convencional para el material compuesto cubriendo la superficie del material compuesto directamente con una capa conductora tal como una malla de metal, banda de metal y etc. En los últimos años procedimientos habituales que están extensamente cubiertos por las patentes y bibliografías incluyen la adición de materiales conductores híbridos tal como papel de nanotubos de carbono, fibra de carbono o nanotubos de carbono al material compuesto, o formar una capa superficial con una estructura de material compuesto nano conductora de los materiales conductores híbridos. Por ejemplo, la patente china CN102001448A se refiere a una película de superficie anti-rayo para componentes de aviones. La película superficial incluye un sustrato y nanotubos de carbono conductores crecidos sobre el sustrato. La publicación PCT WO2008048705 proponía una película conductora de polímero de baja densidad dispersada con nanopartículas que sirve como una capa de protección contra el impacto de rayos. La publicación PCT WO2005032812 proponía usar una hoja de metal y una capa de polímero de película de material compuesto que subyace a la hoja de metal como la capa conductora superficial anti-rayos. La solicitud de patente de Estados Unidos US2009140098 proponía un procedimiento de añadir nanotubos de carbono a una resina de matriz en material compuesto para mejorar la conductividad.

Se puede ver de las bibliografías anteriores que con el fin de mejorar el rendimiento de la conducción eléctrica, la mayoría de los procedimientos anteriores usan capa conductora de metal como la capa externa del material compuesto, y algunos procedimientos usan rellenos que comprenden papel conductor de nanotubos de carbono, fibra de carbono, nanotubos de carbono y similar para mejorar la conductividad intercapa del material compuesto. Sin embargo, el aditivo de metal, tal como la capa conductora de metal, incrementa el peso global del material compuesto final y muchos componentes en el avión no pueden ser aplicados con aditivo de metal con fines anti-rayo debido a su estructura compleja. Además, el aditivo de metal aplicado en la capa externa del material compuesto no mejora la resistencia a daños por laminación tras el impacto dentro del material compuesto. Además, la adición intercapa de nanomateriales de carbono adolece de conductividad insuficiente debido a la conductividad insuficiente de los nanomateriales de carbono, lo que se combina con dificultad de dispersión del material de relleno. Tal dispersión empobrecida conducirá al deterioro de la resistencia al daño por laminación tras el impacto del material compuesto. Como resultado se requiere desarrollo de un material compuesto estructural bueno como anti-rayo y con alta conductividad como nuevo material de aviación.

Además de eso, un material compuesto con estructura laminada de matriz de resina reforzada con fibra de carbono continua es normalmente sensible al impacto de baja velocidad y propenso a daños por laminación interna tras el impacto, por lo que la fuerza de compresión del material compuesto se reduce significativamente. El procedimiento principal para mejorar la resistencia al daño por laminación tras el impacto es mejorando la dureza a la fractura intercapa del material compuesto. Por ello, también se requiere desarrollar un procedimiento de endurecer el material compuesto con fibra con estructura laminada con matriz de resina reforzada con fibra de carbono continua.

Hay diversos procedimientos para endurecer el material compuesto, por ejemplo endureciendo la resina termoestable de la matriz directamente con caucho altamente flexible o polímero termoplástico. Pero este enfoque puede reducir la resistencia al calor y la rigidez o deteriorar la facilidad de trabajo. Un procedimiento adicional incluye introducir estructura flexible entre las capas de material compuesto laminado, lo que mejora la resistencia al daño por laminación tras el impacto mientras mantiene la facilidad de trabajo y otras propiedades mecánicas del material compuesto. Los ejemplos típicos incluyen insertar una capa pura de resina termoplástica separada o capa de adhesivo termoendurecible con gran dureza entre las capas así como una así llamada tecnología de endurecimiento "ex-situ" (referencia a la patente china CN101220561 y solicitud de patente china CN101760965A) desarrollada a partir de las mismas, por ejemplo insertando una película fina termoplástica porosa. También hay otras tecnologías para mejorar significativamente la dureza a la fractura intercapa del material compuesto introduciendo partículas de endurecimiento, estructura rígida interpuesta o fibras con alta dureza entre las capas, por ejemplo insertando tela no tejida de nailon o tejido de fibras de resina termoplástica (por ejemplo, tejido fino que se ha tejido mediante fibras de

resina termoplástica) . Aunque tal tecnología de introducir estructura de endurecimiento entre las capas mejora la dureza del material compuesto, también incrementa de alguna manera el espacio intermedio relleno con resina entre las capas de fibra de carbono. Como resultado, la relativamente alta resistencia intercapa resulta incluso más alta y el rendimiento anti-rayo del material compuesto se deteriora de manera acorde.

La publicación de la solicitud de patente de Estados Unidos nº 20060194037 titulada "Flexible breathable polymer film and method for production" divulga un material compuesto con película flexible de polímero permeable adecuado con fines de envasado. El material compuesto incluye al menos una capa de material compuesto hecha de una capa de agente aglutinante de nanopartículas inorgánicas químicamente inertes y una capa adyacente de partículas de óxidos de metal no tóxicas hidrofílicas que son activas fototácticamente bajo radiación de luz de baja longitud de onda y que tienen un efecto antibacteriano y de autolimpiado.

La publicación de la solicitud de patente de Estados Unidos nº 20100104851 titulada "Optical film and method of making the same" divulga una película óptica bajamente reflectante, anti-estática y anti-incrustante y un procedimiento de formación de la misma. El procedimiento de formación incluye mezclar un alcoxisilano, un alcoxisilano modificado por fluoruro, un material conductor y un agente de formación de poros para formar una composición de cobertura.

Sumario de la invención De acuerdo con un aspecto de la divulgación se proporciona una lámina conductora de material compuesto. La lámina conductora de material compuesto comprende un soporte poroso con baja densidad superficial y medio conductor uniformemente fijado sobre el soporte. El soporte poroso con baja densidad superficial se selecciona de tejido poroso, tela no tejida y película de polímero, y tiene un espesor de 5 mm a 80 mm y una densidad superficial de 5 g/m2 a 30 g/m2. El medio conductor se selecciona de nanocables de plata o una mezcla del nanocable de plata y, al menos un material seleccionado de un grupo que consiste en nanotubos de carbono, grafeno y microfibra conductora.

En un ejemplo la tela no tejida porosa se selecciona de tela no tejida polimérica o tela no tejida no polimérica.

En un ejemplo la tela no tejida polimérica se selecciona de nailon, poliariletercetona, poliimida, polieterimida, polietersulfona, o poli (éter-éter-cetona) .

En un ejemplo, la tela no tejida no polimérica se selecciona de tela no tejida de fibra de carbono, tela no tejida de nanotubos de carbono o tela no tejida de fibras de plantas.

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1. Uso de una lámina conductora de material compuesto en material estructural para aviones, caracterizado porque la lámina conductora de material compuesto comprende un soporte poroso con baja densidad superficial y un medio conductor fijado uniformemente sobre el soporte; en el que el soporte poroso con baja densidad superficial es seleccionado de tejido poroso, tela no tejida y película de polímero, y tiene un espesor de 5 µm a 80 µm y una densidad superficial de 5 g/m2 a 30 g/m2; y en el que el medio conductor es seleccionado de nanocable de plata o una mezcla del nanocable de plata y al menos un material seleccionado de un grupo que consiste en nanotubo de carbono, grafeno y microfibra conductora.

2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la tela no tejida porosa es seleccionada de tela no tejida polimérica o tela no tejida no polimérica.

3. El uso de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la tela no tejida polimérica es seleccionada de nailon, poliariletercetona, poliimida, polieterimida, polietersulfona, o poli (éter-éter-cetona) .

4. El uso de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la tela no tejida no polimérica es seleccionada de tela no tejida de fibra de carbono, tela no tejida de nanotubo de carbono o tela no tejida de fibra vegetal.

5. Un procedimiento de fabricación de la lámina conductora de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el procedimiento comprende:

(1) dispersar el medio conductor en un disolvente no disolviendo el soporte y no dañando el medio conductor, de modo que se forme una dispersión, el medio conductor tiene una concentración de 2 mg/ml a 18 mg/ml en la dispersión;

(2) sumergir el soporte en la dispersión, o pulverizar la dispersión sobre el soporte, o permitir que la dispersión percole a través del soporte bajo presión negativa; y

(3) secar el soporte.

6. Uso de un material estructural de material compuesto para aviones, comprendiendo el material compuesto: una resina matriz, múltiples capas de fibra de carbono continuas dispuestas en la resina matriz, y la lámina conductora de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 dispuesta entre dos capas adyacentes de fibra de carbono.

7. El uso de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la fibra de carbono de las capas de fibra de carbono continuas es seleccionada de T300, T800, T700, o CCF300, y las capas de fibra de carbono continuas se entrelazan de una manera seleccionada de entrelazado unidireccional, entrelazado plano, entrelazado de sarga o entrelazado satinado.

8. El uso de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque la resina matriz es seleccionada de resina epoxi, poliéster insaturado, resina BOZ, resina BMI o resina de poliimida.

9. Un procedimiento de fabricación del material compuesto de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende:

disponer la lámina conductora de material compuesto de la reivindicación 1 entre dos capas adyacentes de fibra de carbono y apilar las capas de fibra de carbono y la lámina conductora de material compuesto para formar un laminado; y curar el laminado en la resina matriz por un procedimiento de moldeo.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el procedimiento de moldeo es seleccionado de moldeo en autoclave, RTM, moldeo presurizado, moldeo asistido por vacío o con bolsa de vacío.