相關申請的交叉參考

本申請按照35U.S.C.§119要求2009年12月14日提交的美國臨時專利申請序列號61/286,340的優先權，其通過引用其整體被并入本文。該申請也與在2009年11月02日提交的美國專利申請序列號12/611,073、12/611,101和12/611,103相關，其均通過引用其整體被并入本文。

關于聯邦政府資助的研究或開發的聲明

不適用。

發明領域

本發明一般地涉及復合材料，具體而言，涉及含有碳納米管的復合材料。

發明背景

耐火性是材料在去除點火源后導致其自熄的一種特性。通常使用的量化耐火性的檢驗是ASTM?D6413(Standad?Test?Method?for?Flame?Resistance?of?textiles(紡織品耐火性的標準檢驗方法))。在服裝或類似的含紡織品的制品中，防火織物可明顯減少身體組織損傷并提高穿戴者的生存率。同樣，當用于結構應用中時，與不是防火的類似復合材料所經歷的相比，自熄性的防火復合材料可經歷明顯更少的、或許甚至膚淺的損傷。盡管防火復合材料針對于結構應用已經得到明顯的關注，但仍需要進一步開發這些系統。

許多因素已經妨礙了防火復合材料的發展和實施。盡管復合材料的聚合物基體可以用許多適于賦予耐火性的阻燃劑(例如，溴、鹵素化合物、金屬氫氧化物、金屬水合物、過渡金屬化合物和磷-氮化合物)進行處理，但許多這些化合物具有已知的健康危害。關于這些阻燃劑的甚至更重要的問題是已知它們不利地影響復合材料的結構性能，從而限制了可以使用該復合材料的應用范圍。除了阻燃劑之外，二次涂層和/或絕緣材料可加入到復合材料中，以賦予耐火性。然而，這些保護措施為復合材料增加了不必要的重量和構造，從而使得該復合材料不適于許多高性能應用。此外，二次涂層和絕緣材料的加入導致生產成本增加。盡管一些聚合物基體具有固有的耐火性(例如，酚醛樹脂)，但基于這些聚合物基體的復合材料通常并不用于結構應用，這是由于它們相對低的機械強度。

鑒于上述情況，保持適于高性能結構應用的機械性能的防火復合材料在本領域中將具有實質性的益處。本文描述的實施方式滿足該需求而且還提供相關的優勢。本文描述的賦予復合材料耐火性的特征也可以被開發來制備用于非結構應用的防火制品和紡織品。

發明內容

在一些實施方式中，本文描述的防火復合材料包含外層和至少一個內層。外層具有外部表面并包含第一聚合物基體和第一碳納米管并入的纖維材料。第一碳納米管并入的纖維材料包含第一組（第一多個，a?first?plurality?of）碳納米管和第一纖維材料，其中第一組碳納米管的長度大于約50μm。至少一個內層包含第二聚合物基體。

在一些實施方式中，本文描述的防火復合材料包含環氧樹脂基體（epoxy?matrix），其具有外層和至少一個內層、在外層中的第一碳納米管并入的纖維材料和在至少一個內層中的第二碳納米管并入的纖維材料。外層具有外部表面和范圍在約0.005和約0.1″之間的厚度。第一碳納米管并入的纖維材料包含第一組碳納米管和第一纖維材料，其中第一組碳納米管的長度大于約50μm。第二碳納米管并入的纖維材料包含第二組（第二多個，a?second?plurality?of）碳納米管和第二纖維材料。

在其它實施方式中，本文描述的防火制品包含外層和內層。外層具有外部表面，并包含碳納米管并入的纖維材料。碳納米管并入的纖維材料包含多個（a?plurality?of）碳納米管和纖維材料。內部層與外層一體（integral?to?the?outer?layer），并包括缺乏碳納米管的紡織品。

以上描述已經相當寬泛地概述了本公開的特征，以便后面的詳細描述可以被更好地理解。本公開的另外的特征和優勢將在下文中描述，其形成權利要求書的主題。

附圖簡介

為了更完整地理解本公開及其優勢，現在參考要結合描述本公開具體實施方式的附圖進行的以下描述，其中：

圖1顯示已經并入到碳纖維的碳納米管的示例性TEM圖像；

圖2顯示已經并入有碳納米管的碳纖維的示例性SEM圖像，其中碳納米管在40μm的目標長度的±20%之內；

圖3顯示碳納米管并入的碳纖維的織物組織中纖維絲束的示例性SEM圖像；

圖4顯示具有多個纖維絲束的粗紗的示意圖，每個纖維絲束均含有多個纖維；和