复合材料片材及包含其的货物集装箱的制作方法
【专利说明】复合材料片材及包含其的货物集装箱
【背景技术】
[0001] 1.抟术领域
[0002] 本发明涉及具有阻燃性能的非刚性复合材料片材。该片材可用作货物集装箱的箱 壁，尤其是航空器中使用的集装箱。
[0003] 2.相关领域描沭
[0004] 货物集装箱或一体式载荷装置（ULD)用于航空器、船舶、公路车辆和机动有轨车， 用于运送货物。由于经济原因，期望降低空集装箱的重量同时最小化其操作成本。在航空 货物集装箱中运输易燃材料给航空公司和航空货物运输者带来严重的安全问题。当着火源 是货物自身时，现有集装箱控制火灾蔓延的能力越来越被关注。此种着火源的一个示例是 锂离子电池。因此，为了防止可能的人员伤亡和货物设备损失，航空公司和航空货物运输者 正在寻找阻燃的货物集装箱以控制可能起源于集装箱内部的火灾。在接下来的几年中，预 期会有更严格的法规要求。因此需要提供重量轻的货物集装箱，其具有增强的控制起源于 集装箱内部的火灾蔓延的能力，这符合严格的耐久性标准，同时以最少的维护提供延长的 寿命。
[0005] 授予Richardson等人的美国专利8, 292, 027描述了一种复合材料层合体，其依序 包含（a)阻燃聚合物防潮层（b)无机片状物层和（c)阻燃热塑性膜层。
【发明内容】
[0006] 本发明涉及非刚性复合材料片材，所述非刚性复合材料片材依序包含
[0007] (i)具有88至678gsm的面密度的第一组件，其包含丝状纱线的第一织物与UV和 天气不可透过的第一聚合物层，其中丝状纱线具有至少11克/分特的韧度，
[0008] (ii)具有30至237gsm的面密度的第二组件，其包含阻燃基质和无机耐火层，以及
[0009] (iii)具有88至678gsm的面密度的第三组件，其包含丝状纱线的第二织物和抗冲 击及耐划伤的第二聚合物层，其中丝状纱线具有至少11克/分特的韧度，且该第三组件的 第二织物邻近第二组件的耐火层。
【附图说明】
[0010] 图IA和IB示出货物集装箱的透视图。
[0011] 图2A和2D示出本发明的非刚性复合材料片材的实施例的横截面。
【具体实施方式】
[0012] 图IA示出在10处的适用于航空器、海轮等的阻燃货物集装箱的透视图，该集装 箱用于控制在货物集装箱内的火灾的影响，所述货物集装箱包括框架组件11、侧壁12a、与 12b和顶部13。图2B示出包括框架组件11、多个侧壁12a至12d、顶部13和基座14的集 装箱。侧壁和顶篷包含非刚性阻燃复合材料片材。
[0013] 非刚件阳燃复合材料片材
[0014] 图2A示出一般在20处的非刚性阻燃复合材料片材的横截面，该非刚性阻燃复合 材料片材依序包含第一组件21、第二组件22和第三组件23。该片材被布置在货物集装箱 的框架之间，使得第三组件是面朝货物的最内侧组件31并且第一组件是远离货物的最外 侧组件30。
[0015] 优选地，当根据ASTM D3039/D3039M-08测试时复合材料片材具有至少350N/ cm(200镑/英寸）的断裂强度。在一些实施例中，复合材料片材具有至少525N/cm(300 镑/英寸）或甚至至少700N/cm(400镑/英寸）的断裂强度复合材料片材的一些实施例 提供对温度为927°C，+/_38°C (1700° F，+/-100° F)的直接火焰的耐穿透性。该标准也 要求在施加该火源后五分钟内无火焰穿透样品，并且当根据火焰穿透FAA测试方法14CFR 25. 855Appendix F Part Ill-Test Method To Determine Flame Penetration Resistance of Cargo Compartment Liner (ceiling position)测试时，具有在水平试样的上表面上方 101.6mm(4英寸）处测得的不超过204°C (400° F)的峰值温度。
[0016] 优选地，复合材料片材能够经受暴露于-50°C至+80°C的温度范围而在最终产品 的寿命内不会破坏其可靠性和耐久性。
[0017] 在一些实施例中，第一组件、第二组件和第三组件可任选地通过诸如粘合剂或热 层合的方式彼此粘结。
[0018] 第一组件
[0019] 第一组件21具有88至678gsm (2. 6至20盎司/平方码）的面密度并且包含第一 聚合物层24和丝状纱线的第一织物25,所述丝状纱线具有至少11克/分特（10克/旦尼 尔）的韧度，该聚合物层是复合材料片材的最外层。聚合物层提供对物理和化学侵蚀以及 液体渗透的化学和环境（即，天气和UV)的抗性。
[0020] 化学和环境/天气抗性是指聚合物层经受（无过量降解）风、雨、污染物诸如存在 于典型工业区域中的酸性和/或油性残余物、和日光曝晒的影响的能力。优选地，聚合物层 具有增强的抵抗由与烃类、化学品、臭氧、细菌、真菌、和水分、以及皮肤油脂的化学反应性 或溶剂作用而引起的损害（通常与商业航空器的操作和维护相关联）的能力。
[0021] 抗UV是指当暴露于紫外线辐射时，聚合物层保持其外观和物理完整性，而它的柔 韧性和机械性能（即，脆性）不发生过度劣化。优选地，聚合物层阻挡至少95%的UV射线， 更优选地至少98%以及最优选地100%的UV射线。第一聚合物膜的UV不可透过性还可通 过向聚合物材料中加入添加剂进一步增强。此类添加剂的示例包括填料、颜料、稳定剂和润 滑剂。不与第一织物接触的第一聚合物层的外表面可任选地涂覆有UV阻挡材料或用该材 料处理。
[0022] 紫外线（UV)是在可见光波谱上端的不可见辐射波段。在10至400nm范围内的波 长下，紫外线（UV)起始于可见光末端并终止于X-射线开始端。因为复合材料片材主要暴 露于的紫外光是阳光，因此最重要的UV抗性是对较低频率、较长波长的射线的抗性。
[0023] 优选地，外聚合物层具有柔软的非塑性感觉，这对与人体皮肤接触的产品来说是 理想的，并且它在宽温度范围内，甚至在低至_50°C (-60° F)的温度下，在该产品的寿命内 保持其韧性和柔韧性。
[0024] 在一些实施例中，第一聚合物层的外表面，即，不与第一织物接触的表面，当根据 ASTM D2724-07 (2011)el Standard Test Methods for Bonded, Fused, and Laminated Apparel Fabrics进行测量时具有不超过263N/m(l. 51b/in)，更优选地不超过438N/ m(2.51b/in)的释放值。这有利于清洁、标签移除等。
[0025] 在一些实施例中，第一织物层可通过诸如粘合剂、热粘结或紧固件的方式粘结到 第一聚合物层。
[0026] 在一些实施例中，在第一织物和第一聚合物层之间的粘结强度为至少263N/ m(1.51b/in)。在另一个实施例中，在第一织物和第一聚合物层之间的粘结强度为至少 438N/m (2. 51b/in)，或者甚至至少 876N/m (51b/in)。
[0027] 粘合剂层可为热固性或热塑性树脂。热固性树脂包括环氧树脂、酚醛环氧树脂、酚 醛树脂、聚氨酯、和聚酰亚胺。热塑性树脂包括聚酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚砜、 和聚烯烃。热塑性树脂是优选的。
[0028] 优选地，粘合剂层可任选地含有至多40重量％的阻燃剂成分。合适的阻燃剂成分 包括三氧化锑、卤代阻燃剂，所述卤代阻燃剂包括四溴代双酚A、多溴化联苯、五溴化二苯醚 (氧化物）、八溴化二苯醚（氧化物）、十溴化二苯醚（氧化物）和六溴环十二烷。也广泛使 用含磷阻燃剂。
[0029] 优选地，粘合剂层阻挡至少95 %的UV射线，更优选地至少98 %以及最优选地 100%的UV射线。粘合剂还可包含填料、颜料、稳定剂、和其它增强性能的添加剂。
[0030] 粘合剂必须能够在75至200°C的温度范围内活化。在一些实施例中，活化范围为 120至140°C。活化是指对于热固性树脂，该树脂必须在特定温度范围内固化并粘结到聚合 物层和织物。对于热塑性树脂，活化是指树脂软化并充分流动以粘结聚合物层和织物。第 一聚合物层和第一织物之间的粘结为至少263N/m(l. 51b/in)。在一些实施例中，第一聚合 物层和第一织物之间的粘结为至少438N/m(2. 51b/in)，或者甚至至少876N/m(51b/in)。
[0031] 第二组件
[0032] 第二组件具有30至237gsm(0. 9至7盎司/平方码）的面密度并且包含阻燃基质 26和无机耐火层27。在一些实施例中，如图2A所示，第二组件的基质26邻近第一组件的 第一织物25。在其它实施例中，如图2C所示，第二组件的基质26邻近第三组件的第二织物 28。优选地，基质是包含40至70重量％的芳族聚酰胺纤维和30至60重量％的聚合物粘 结剂的纸材。该纸材
[0033] (i)具有沿第一方向至少1225N/m(71b/in)的干拉伸强度和沿第二方向至少 525N/m(31b/in)的干拉伸强度，该第二方向横向于该第一方向，
[0034] (ii)具有0· 025至(λ 175mm的厚度，并且
[0035] (iii)具有 20 至 70gsm 的基重。
[0036] 在一个实施例中，纸材基质包含40至70重量％的芳族聚酰胺纤维和30至60重 量％的粘结剂。在另一个实施例中，基质包含40至55重量％的芳族聚酰胺纤维和45至60 重量％的粘结剂。在一些其它实施例中，基质包含40至90重量％的芳族聚酰胺纤维和10 至60重量％的粘结剂。在另一个实施例中，基质包含40至60重量％的芳族聚酰胺纤维和 40至60重量％的粘结剂。优选的粘结剂是间位芳族聚酰胺。
[0037] 在本发明中使用的纸材基质的厚度取决于层合体的最终用途或期望特性，但是为 了提供总体上的高柔韧性和最低的可能重量，厚度通常为1至7密耳