[發明專利]高強度高抗沖擊性高流動性OSU順從性的聚醚酰亞胺?碳纖維復合物

有效

• 申請號: 201380036864.2
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN104470976B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 穆罕默德·穆尼魯扎曼
• 申請（專利權）人: 沙特基礎全球技術有限公司
• 主分類號: C08J5/04
• 分類號: C08J5/04;C08K7/06;C08L71/00;C08L79/08;C08L83/10
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,張英

技術領域

本發明涉及纖維增強熱塑性復合物及其制造方法，其中，纖維增強熱塑性復合物包括連續的熱塑性聚合物相以及包含分散于連續的熱塑性聚合物相中的多個碳纖維的分散相，以及連續的熱塑性聚合物相包含熱塑性樹脂、流動改性劑以及聚醚酰亞胺-硅氧烷共聚物。

背景技術

用輕重量的材料替換金屬是航空業中的主要的焦點以獲得燃料的經濟性。碳纖維增強的熱塑性復合物是飛機中的承載部件的吸引人的替代物，因為碳纖維可以極大改善用于復合物中的熱塑性樹脂的機械性能。需要在熱塑性材料中的高負載的碳纖維以滿足承載部件的硬度和強度的要求，其中，目前正使用的是鋁或其他金屬。然而，高負載的碳纖維導致復合物的熔體粘度極大增加，這造成加工困難。

聚醚酰亞胺是非晶型熱塑性樹脂，由于其較高的玻璃化轉變溫度、較高的耐熱性、優良的機械性能、低翹曲以及固有的阻燃性能，已經發現其應用于航空業中使用的熱塑性復合物中。與半晶體熱塑性樹脂復合物，如聚苯硫醚、聚醚醚酮等相比較，聚醚酰亞胺復合物的熔體流動速率是非常低的，這阻礙了它們在大尺寸的承載部件，如飛機座椅靠背框架中的應用。存在某些應用，其中，相比目前使用的，聚醚酰亞胺復合物的升高的熔體流動速率是合乎需要的。低分子量的聚醚酰亞胺提供了更高的流動性，但是代價是其他的性能，如抗沖擊強度。

除了加工要求外，在航空業中使用的熱塑性樹脂必須通過特定的易燃性試驗，這包括垂直Bunsen(本生)燃燒器試驗、熱釋放試驗以及冒煙試驗。歷史地看，熱塑性材料的熱釋放試驗，也稱為OSU(俄亥俄州立大學)試驗，是最難通過的試驗。因此，開發熱塑性復合物的挑戰在于處理熱塑性復合物以獲得優良的機械性能(如，高強度、高抗沖擊性)以及高流動性的組合，同時保持OSU熱釋放順從性(OSU heat release compliancy)。

因此，存在對于包含碳纖維的高流動性聚醚酰亞胺復合物、它的裝置、它的方法的需要，其中，該聚醚酰亞胺復合物具有高強度，如，與印模壓鑄鋁(die-cast aluminum)相似或更大的強度、高抗沖擊性；并且符合OSU 65/65熱釋放參數。本文說明了這類熱塑性復合物，包含熱塑性復合物的裝置，及其相關的方法。

發明內容

根據本發明的目的，如本文所體現的和廣泛描述的，在一方面，本發明涉及包含連續的熱塑性聚合物相以及包含分散于連續的熱塑性聚合物相中的多個碳纖維的分散相的纖維增強熱塑性復合物(復合材料，composite)，并且涉及制備該纖維增強熱塑性復合物的方法。在另一方面，纖維增強熱塑性復合物具有高強度、高抗沖擊性(impact)、高流動性并且符合OSU 65/65標準，即，當根據俄亥俄州立大學(OSU)熱釋放試驗測量時，該復合物表現出特征為小于約65kW min/m²的2分鐘的總熱釋放，以及小于約65kW/m²的峰值熱釋放率的熱釋放曲線。在又一方面，本發明涉及包括纖維增強熱塑性復合物的制造的制品。

本發明公開了纖維增強熱塑性復合物，包含：a)含有以下各項的連續的熱塑性聚合物相：i)具有小于或等于約40,000道爾頓的分子量的熱塑性樹脂；ii)流動改性劑；以及iii)聚醚酰亞胺-硅氧烷共聚物；以及b)包含分散于連續的熱塑性聚合物相中的具有約500至約1,2000千磅每平方英寸(KSI)范圍的拉伸強度的多個碳纖維的分散相；其中，復合物表現出至少約240MPa的拉伸強度；其中，復合物表現出至少約75J/m的缺口懸臂梁沖擊強度；其中，復合物表現出至少約500J/m的無缺口懸臂梁沖擊強度；其中，當根據俄亥俄州立大學(OSU)熱釋放試驗測量時，復合物表現出特征為小于約65KW/m²的2分鐘的總熱釋放以及小于約65kW/m²的峰值熱釋放率的熱釋放曲線。