[發明專利]聚酰胺復合結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201080020946.4
• 申請日: 2010-05-10
• 公開（公告）號: CN102428126A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: O·N·柯希納;M·D·維克曼
• 申請（專利權）人: 納幕爾杜邦公司
• 主分類號: C08J5/00
• 分類號: C08J5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孟慧嵐;李炳愛

發明領域

本發明涉及復合結構、重疊注塑復合結構及其制備方法領域。具體地講，本發明涉及聚酰胺復合結構領域。

發明背景

為了使更換用金屬部件減輕重量和降低成本同時保持相當的或更優的機械性能，開發了基于復合材料的結構，這些復合材料包括包含纖維材料的聚合物基質。隨著對此領域關注度的日益增長，已設計了纖維增強的塑性復合結構，原因在于其具有由纖維材料與聚合物基質的組合而所得的優異物理特性，并且這些纖維增強的塑性復合結構已用于多種最終應用中。已開發了多種制造技術來改善聚合物基質對纖維材料的浸漬，從而優化復合結構的特性。

在要求很高的應用中，例如機動車和航空應用中的結構部件，由于復合材料具有重量輕、強度高和耐溫性的獨特組合，因此是所期望的。

可使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂作為聚合物基質來獲得高性能復合結構。基于熱塑性的復合結構相對于基于熱固性的復合結構表現出若干優點，例如以下事實：它們可通過施加熱量和壓力而后成型或再加工，由于不需要固化步驟而減少制造復合結構所需的時間，以及增加回收利用的可能性。實際上，在熱塑性塑料的加工過程中，不需要熱固性樹脂耗時的化學交聯(固化)反應。在熱塑性樹脂中，聚酰胺尤其適合制造復合結構。因為熱塑性聚酰胺組合物具有良好的機械特性、耐熱性、抗沖擊性和耐化學品性，并且可方便靈活地將其模塑成多種不同復雜度與精細度的制品，所以期望將熱塑性聚酰胺組合物用于各種不同的應用中，包括汽車所用的部件、電子/電氣部件、家用電器和家具。

US?4,255,219公開了可用于形成復合材料的熱塑性片材。本發明公開的熱塑性片材由聚酰胺6和二元羧酸或其酸酐或酯以及包封于所述層內的至少一個長玻璃纖維增強墊制成。然而，由聚酰胺6制成的復合材料可能在典型的最終應用溫度范圍內例如從低溫(如，-40℃)至高溫(如，+120℃)表現出機械特性的喪失。

為了制造一體化復合結構并提升聚合物的性能，通常需要將一個或多個由聚合物制成的部件“重疊注塑”到復合結構的一部分或全部表面上，以圍繞或包封所述表面。重疊注塑涉及將第二聚合物部件直接成型到復合結構的一個或多個表面上，以形成雙部件復合結構，其中這兩個部件至少在一個界面處彼此粘附。重疊注塑的聚合物與復合結構表面之間因兩者的相容性而粘附。期望用來浸漬纖維材料的聚合物組合物(即，基質聚合物組合物)和用來重疊注塑經浸漬的纖維材料的聚合物組合物(即，重疊注塑聚合物組合物)具有良好的粘附性、極佳的尺寸穩定性并且在不利條件(包括熱循環)下也能保持其機械特性，以使得復合結構在操作條件下受到保護，從而延長使用壽命。用來浸漬纖維層和重疊注塑經浸漬的層的聚酰胺的實例為半芳族聚酰胺。WO?2007/149300公開了一種半芳族聚酰胺復合材料制品，所述制品包括由含有聚酰胺組合物的纖維增強材料構成的組件、包含聚酰胺組合物的重疊注塑組件和位于兩者之間的任選接合層，其中所述聚酰胺組合物中的至少一者為半芳族聚酰胺組合物。據稱，本發明所公開的結構表現出的物理特性使得這些結構適合在多種應用中用作金屬組件的替代品。遺憾的是，用來浸漬一個或多個纖維增強層和重疊注塑一個或多個經浸漬的纖維層的常規聚酰胺組合物可在重疊注塑聚合物與含有纖維增強材料的組件表面之間表現出較差的粘附性。粘附性差可能會導致在重疊注塑部件的界面處形成裂紋，進而導致機械特性減弱、過早老化以及隨著使用次數增多和時間流逝而出現與制品分層和劣化的相關問題。

需要具有表面的復合結構，使得其表面與重疊注塑樹脂之間具有良好的粘附性。

發明概述

令人吃驚的是，發明人發現上述提及的問題可通過下述復合結構解決，其具有表面，所述表面的至少一部分由表面聚酰胺樹脂組合物制成，并且所述復合結構包含纖維材料，所述纖維材料選自非織造結構、紡織物、纖維絮以及它們的組合，所述纖維材料用基質樹脂組合物浸漬，并且其中所述表面聚酰胺樹脂組合物選自包含如下物質共混物的聚酰胺組合物：

a)一種或多種半芳族聚酰胺(A)，其包含衍生自芳族二元羧酸和脂族二胺的重復單元

b)一種或多種全脂族聚酰胺(B)，其選自：包含衍生自脂族二元羧酸和脂族二胺的重復單元的聚酰胺、包含衍生自脂族氨基羧酸的重復單元的聚酰胺、以及衍生自內酰胺的聚酰胺。

在第二方面，本發明提供了制備本文所述的復合結構的方法。制備本文所述的復合結構的方法包括如下步驟：i)用基質樹脂組合物浸漬纖維材料，其中復合結構的至少一部分表面由表面聚酰胺樹脂組合物制成。