[發(fā)明專利]聚酰胺復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080020946.4
• 申請日: 2010-05-10
• 公開（公告）號: CN102428126A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: O·N·柯希納;M·D·維克曼
• 申請（專利權(quán)）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(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)、重疊注塑復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法領(lǐng)域。具體地講，本發(fā)明涉及聚酰胺復(fù)合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

發(fā)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(dāng)?shù)幕蚋鼉?yōu)的機(jī)械性能，開發(fā)了基于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合材料包括包含纖維材料的聚合物基質(zhì)。隨著對此領(lǐng)域關(guān)注度的日益增長，已設(shè)計了纖維增強(qiáng)的塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)，原因在于其具有由纖維材料與聚合物基質(zhì)的組合而所得的優(yōu)異物理特性，并且這些纖維增強(qiáng)的塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)已用于多種最終應(yīng)用中。已開發(fā)了多種制造技術(shù)來改善聚合物基質(zhì)對纖維材料的浸漬，從而優(yōu)化復(fù)合結(jié)構(gòu)的特性。

在要求很高的應(yīng)用中，例如機(jī)動車和航空應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)部件，由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高和耐溫性的獨(dú)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(zhì)來獲得高性能復(fù)合結(jié)構(gòu)。基于熱塑性的復(fù)合結(jié)構(gòu)相對于基于熱固性的復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出若干優(yōu)點(diǎn)，例如以下事實(shí)：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(fù)合結(jié)構(gòu)所需的時間，以及增加回收利用的可能性。實(shí)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(xué)交聯(lián)(固化)反應(yīng)。在熱塑性樹脂中，聚酰胺尤其適合制造復(fù)合結(jié)構(gòu)。因?yàn)闊崴苄跃埘０方M合物具有良好的機(jī)械特性、耐熱性、抗沖擊性和耐化學(xué)品性，并且可方便靈活地將其模塑成多種不同復(fù)雜度與精細(xì)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(yīng)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(fù)合材料的熱塑性片材。本發(fā)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(nèi)的至少一個長玻璃纖維增強(qiáng)墊制成。然而，由聚酰胺6制成的復(fù)合材料可能在典型的最終應(yīng)用溫度范圍內(nèi)例如從低溫(如，-40℃)至高溫(如，+120℃)表現(xiàn)出機(jī)械特性的喪失。

為了制造一體化復(fù)合結(jié)構(gòu)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(fù)合結(jié)構(gòu)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(fù)合結(jié)構(gòu)的一個或多個表面上，以形成雙部件復(fù)合結(jié)構(gòu)，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(fù)合結(jié)構(gòu)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(zhì)聚合物組合物)和用來重疊注塑經(jīng)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(wěn)定性并且在不利條件(包括熱循環(huán))下也能保持其機(jī)械特性，以使得復(fù)合結(jié)構(gòu)在操作條件下受到保護(hù)，從而延長使用壽命。用來浸漬纖維層和重疊注塑經(jīng)浸漬的層的聚酰胺的實(shí)例為半芳族聚酰胺。WO?2007/149300公開了一種半芳族聚酰胺復(fù)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(qiáng)材料構(gòu)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(jù)稱，本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的物理特性使得這些結(jié)構(gòu)適合在多種應(yīng)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(qiáng)層和重疊注塑一個或多個經(jīng)浸漬的纖維層的常規(guī)聚酰胺組合物可在重疊注塑聚合物與含有纖維增強(qiáng)材料的組件表面之間表現(xiàn)出較差的粘附性。粘附性差可能會導(dǎo)致在重疊注塑部件的界面處形成裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械特性減弱、過早老化以及隨著使用次數(shù)增多和時間流逝而出現(xiàn)與制品分層和劣化的相關(guān)問題。

需要具有表面的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使得其表面與重疊注塑樹脂之間具有良好的粘附性。

發(fā)明概述

令人吃驚的是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述提及的問題可通過下述復(fù)合結(jié)構(gòu)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(fù)合結(jié)構(gòu)包含纖維材料，所述纖維材料選自非織造結(jié)構(gòu)、紡織物、纖維絮以及它們的組合，所述纖維材料用基質(zhì)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(zhì)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(fù)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(fù)單元的聚酰胺、包含衍生自脂族氨基羧酸的重復(fù)單元的聚酰胺、以及衍生自內(nèi)酰胺的聚酰胺。

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