替代的纳米多孔网络材料和方法

本发明涉及材料和制造材料的方法。联邦政府支持声明本发明是在海军航空系统司令部(navair)授予的批准号n68335-20-c-0213的政府支持下完成的。政府在本发明中享有一定权利。

背景技术：

1、复合材料的使用已经在多个行业中增长，包括但不限于风能、航空航天、汽车、医疗和土木工程。因为空隙导致机械性质的严重下降，因此无空隙的复合物为高等级复合物制造中的关键目标。因此，大量的时间和努力花费在制造具有最小至没有空隙含量的零件上，并验证这一事实。有空隙的缺陷零件经常必须报废，并被视为不可用。为减少空隙量，惯常使用高压釜或加热的压力容器。基于高压釜的制造技术是极其资本密集型的，具有生产率和零件尺寸上的限制，循环时间慢，并且需要高劳动强度。随着复合物扩展其在工业中的应用并且在产品中所占的比例越来越大，这已经成为了更具影响力的因素。

技术实现思路

1、在一个方面，复合物可包括包含多种(多个)纤维的基质以及与所述纤维或所述基质的至少一部分相邻的纳米多孔材料。所述复合物可为层状材料，例如层压体(层压材料)。

2、在另一个方面，用于复合物的预成型件可包括多种(多个)纤维以及与所述纤维的至少一部分相邻的纳米多孔材料。预成型件可包括基质。基质可包括聚合物、金属或陶瓷。所述纳米多孔材料可与基质相邻。

3、在另一个方面，制造复合物制品的方法可包括提供基质和预成型件，向所述预成型件施加减压，以及加热所述预成型件以将预成型件致密化成复合物制品。所述基质可包括聚合物、金属或陶瓷。纳米多孔材料可与聚合物基质相邻。所述预成型件可包括多种纤维和与所述纤维或聚合物基质的至少一部分相邻的纳米多孔材料。

4、在一些情况下，所述纳米多孔材料可为纳米多孔网络。

5、在一些情况下，所述纳米多孔材料可包括沿着复合物的横向(水平)维度延伸的毛细孔的网络。毛细孔的网络可为在复合物的竖直维度和横向维度上具有孔隙(孔隙率，porosity)的开孔网络。所述纳米多孔材料可具有开孔孔隙。

6、在一些情况下，所述纳米多孔材料可为层。

7、在一些情况下，所述纳米多孔材料可为垫。

8、在一些情况下，所述纳米多孔材料可包括气凝胶。

9、在一些情况下，所述纳米多孔材料可包括聚合物纳米纤维，例如电纺纳米纤维(静电纺纳米纤维)。

10、在一些情况下，所述纳米多孔材料可具有小于100nm、小于80nm、小于60nm、小于40nm、小于20nm、小于10nm、或小于5nm的孔径。

11、在一些情况下，在不存在纳米多孔材料的情况下，空隙可以1体积％或更大存在，并且当存在纳米多孔材料时，空隙可基本上检测不到(不可检测的)。

12、在一些情况下，所述纳米多孔材料在引入复合物中之前可具有至少70体积％、至少75体积％、至少80体积％、至少85体积％、至少90体积％、至少95体积％、或至少98体积％的孔隙。例如，气凝胶可具有至少99体积％的孔隙。

13、在一些情况下，所述复合物或预成型件可为层压体。例如，所述层压体可为预浸料。

14、在一些情况下，所述复合物可为包括基质和多种纤维的两个或更多个层的多层层压体，其中纳米多孔材料在所述两个或更多个层的相邻对之间。

15、在一些情况下，所述层压体可包括在单向纤维上的单向纤维层、在织造纤维上的单向纤维层、或在织造纤维上的织造纤维层、或其组合。

16、在一些情况下，所述基质和所述纳米多孔材料可由相同的材料构成。

17、在一些情况下，加热包括使热源横向移动穿过预成型件。

18、在一些情况下，所述预成型件或复合物可包括具有弯曲的轮廓表面。例如，所述预成型件或复合物可为复杂表面，其可为在不同方向上具有多个曲率的表面。

19、在一些情况下，至少一部分加热不在高压釜内进行。

20、在一些情况下，所述复合物可具有大于或等于0.001的体积分数的纳米多孔材料。

21、出乎意料地，所述复合物在固化时可基本上不含空隙。

22、其它方面、实施方式和特征将从以下描述、附图和权利要求书中明晰。

技术特征：

1.复合物，包括：

2.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料为纳米多孔网络。

3.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料包括沿着所述复合物的横向维度延伸的毛细孔的网络。

4.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料为层。

5.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料为垫。

6.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料包括气凝胶。

7.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料包括聚合物纳米纤维。

8.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料具有小于100nm、小于80nm、小于60nm、小于40nm、小于20nm、小于10nm、或小于5nm的孔径。

9.根据权利要求1所述的复合物，其中在不存在所述纳米多孔材料的情况下，空隙以1体积％或更大存在，并且当存在所述纳米多孔材料时，空隙基本上检测不到。

10.根据权利要求1所述的复合物，其中所述纳米多孔材料在掺入所述复合物中之前具有至少70体积％、至少75体积％、至少80体积％、至少85体积％、至少90体积％、至少95体积％、或至少98体积％的孔隙。

11.根据权利要求1所述的复合物，其中所述复合物为层压体。

12.根据权利要求11所述的复合物，其中所述复合物为包括聚合物基质和多种纤维的两个或更多个层的多层层压体，所述纳米多孔材料在所述两个或更多个层的相邻对之间。

13.根据权利要求12所述的复合物，其中所述层压体包括单向纤维上的单向纤维层、织造纤维上的单向纤维层、或织造纤维上的织造纤维层、或其组合。

14.根据权利要求1所述的复合物，其中所述聚合物基质和所述纳米多孔材料由相同的材料构成。

15.预成型件，其用于复合物，包括：

16.根据权利要求15所述的预成型件，其中所述预成型件为层压体。

17.根据权利要求15所述的预成型件，进一步包含基质。

18.根据权利要求17所述的预成型件，其中所述基质包括聚合物、金属或陶瓷。

19.根据权利要求15所述的预成型件，其中所述预成型件为包括所述多种纤维的两个或更多个层的多层层压体，所述纳米多孔材料在所述两个或更多个层的相邻对之间。

20.根据权利要求19所述的预成型件，其中所述层压体包括在单向纤维上的单向纤维层、在织造纤维上的单向纤维层、或在织造纤维上的织造纤维层、或其组合。

21.根据权利要求16所述的预成型件，其中所述层压体为预浸料。

22.根据权利要求16所述的预成型件，其中所述预成型件包括具有弯曲的轮廓表面。

23.制造复合物制品的方法，包括：

24.根据权利要求23所述的方法，其中加热包括使热源横向移动穿过所述预成型件。

25.根据权利要求23所述的方法，其中加热的至少一部分不在高压釜内进行。

26.根据权利要求23所述的方法，其中所述复合物制品具有大于或等于0.001的体积分数的纳米多孔材料。

27.根据权利要求23所述的方法，其中在不存在所述纳米多孔材料的情况下，空隙以1体积％或更大存在于复合物制品中，并且当存在所述纳米多孔材料时，空隙在复合物制品中基本上检测不到。

28.根据权利要求23所述的方法，其中所述基质包括聚合物、金属或陶瓷。

技术总结描述了具有很少或没有空隙缺陷的复合物材料。复合物材料可包括纳米多孔网络材料。总体上描述了用于制造复合物材料的方法和系统。根据一些实施方式，复合物材料在不使用高压釜或低压环境的情况下制造。复合物包含：包括多种纤维的聚合物基质；和与所述纤维或所述聚合物基质的至少一部分相邻的纳米多孔材料。技术研发人员：B·沃德尔,J·李,T·汉克,S·M·卡萨迪受保护的技术使用者：麻省理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/11