[發明專利]用含有熱塑性聚合物的復合聚合物基質浸漬連續纖維的方法

有效

• 申請號: 200880104864.0
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101790559A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 吉勒斯·霍克斯泰特;邁克爾·沃思
• 申請（專利權）人: 阿克馬法國公司
• 主分類號: C08J5/04
• 分類號: C08J5/04;B29B15/10;C08J5/10;B29B15/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 宋莉

本發明涉及浸漬連續纖維的方法，包括用聚合物基質涂布所述纖維，該 聚合物基質包含至少一種具有低于或等于130℃的玻璃化轉變溫度(T_g)的半 結晶的熱塑性聚合物和選自周期表第IIIa族、第IVa族和第Va族元素中的 至少一種化學元素的納米管。本發明還涉及能夠根據該方法獲得的復合纖 維，以及其用途。

復合材料是廣泛研究的主題，因為它們具有許多容許它們在各種各樣的 應用中替代金屬的功能優勢(輕質、機械強度和耐化學性、形狀自由。

特別地，近些年來復合纖維已經被用于制造各種航空或機動車部件。這 些特征在于良好的熱機械強度和耐化學性的復合纖維由絲狀增強物和基質 形成，該絲狀增強物形成加強件、旨在提供材料的機械強度；該基質將所述 增強用纖維粘合起來和涂覆所述增強用纖維、旨在分散應力(拉伸強度、撓 曲強度或壓縮強度)、用于在一些情況下對材料賦予化學保護并且賦予其形 狀。

由這些經涂布的纖維制造復合部件的方法包括各種技術，例如接觸成 型、噴射成型、熱壓罐疊鋪成型或低壓成型。

一種用于制造中空部件的技術為稱作長絲卷繞的技術，其在于用樹脂浸 漬干纖維，然后將它們卷繞在由加強件形成并具有與待制造的部件相適應的 形狀的心軸上。然后對通過卷繞得到的部件進行熱固化。另一用于制造板或 外殼的技術在于用纖維浸漬織物，然后將它們在模具中壓制以使所得到的層 壓復合材料固結。

已經進行了研究以優化浸漬樹脂的組成，使得其是足以浸漬所述纖維， 并且當將纖維從浴器中取出時不導致流動的液體。

因此已經提出了這樣的浸漬組合物，其含有與特定的流變學控制劑組合 的熱固性樹脂(例如與硬化劑聯用的環氧樹脂，例如雙酚A二縮水甘油醚)使 得該組合物在高溫(40℃～150℃)下具有牛頓行為，其中，該流變學控制劑可 與所述樹脂溶混。所述流變學控制劑優選為這樣的嵌段聚合物，其包括：至 少一種與所述樹脂相容的嵌段，例如甲基丙烯酸甲酯均聚物，或者甲基丙烯 酸甲酯特別是與二甲基丙烯酰胺的共聚物；與所述樹脂不相容的嵌段，所述 嵌段例如由1，4-丁二烯或丙烯酸正丁酯單體形成；以及任選的聚苯乙烯嵌段。 作為變型，所述流變學控制劑可包含兩種彼此不相容并且與所述樹脂不相容 的嵌段，例如聚苯乙烯嵌段和聚(1，4-丁二烯)嵌段。

雖然由于所述組合物的牛頓性質和其適合于在高溫下涂布的粘度以及 由于其在低溫下的假塑性性質，該解決方法可有效地克服現有技術的缺陷， 但是其限于基于與熱塑性聚合物相反不能容易地熱成型的熱固性樹脂來制 造復合材料，而且，所得復合材料具有有限的沖擊強度和貯存壽命(shelflife)。

另一使用熱塑性涂布組合物的解決方法在于用例如聚醚醚酮(PEEK)、聚 (苯硫醚)(PPS)或聚苯基砜(PPSU)涂布所述纖維。

由于這些涂布材料的成本問題，使用這些涂布材料有時候是有問題的。 而且，它們具有由于無法使它們在低于270℃下熔融而引起的加工問題，這 也影響了該方法的經濟性，因為它們需要相對高的復合材料固結溫度，從而 需要高的能量輸入。

因此仍需要提出使用熱塑性聚合物基質浸漬連續纖維的方法，該方法在 容許獲得具有合適的機械性能、尤其是具有用于航空和機動車應用的合適機 械性能的復合纖維的同時，其實施比已知方法更經濟。

本申請人已經發現，可通過使用以納米管增強的特定聚合物來滿足該要 求。

更具體地說，本發明的一個主題是用于浸漬連續纖維的方法，包括用聚 合物基質涂布所述纖維，該聚合物基質包含至少一種具有低于或等于130℃ 的玻璃化轉變溫度(T_g)的半結晶的熱塑性聚合物和選自周期表第IIIa族、第 IVa族和第Va族元素中的至少一種化學元素的納米管。

本發明的另一主題是能夠根據該方法獲得的復合纖維。

首先，規定的是：在整個說明書中，表述“在...之間”應該解釋為包括 所提及的極限值。

因此，根據本發明的方法涉及連續纖維的浸漬。

所述纖維的組成材料的實例包括，但不限于：