[發明專利]具有增強界面相的纖維增強高模量聚合物復合體

在審

• 申請號: 201380053975.4
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN104736614A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: F·N·阮;A·P·哈羅;吉岡健一
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 楊宏軍;牛蔚然

參考文獻的并入

出于一切目的，2012年10月15日提交的美國臨時申請No.61/713,928、2012年10月15日提交的美國臨時申請No.61/713,939、2013年9月4日提交的美國臨時申請No.61/873,647和2013年9月4日提交的美國臨時申請No.61/873,659每篇均通過參考以其全部內容并入本文。

技術領域

本發明提供創新性的纖維增強聚合物組合物，其包含增強纖維和高模量粘合性組合物，其中，在所述粘合性組合物固化后，在增強纖維和固化的粘合性組合物之間形成明顯的界面區域(下文中被稱為“增強界面相”)，從而使得同時改進拉伸、斷裂韌性和抗壓特性。

背景技術

為增加纖維增強聚合物復合體的斷裂韌性，特別是I型層間斷裂韌性G_IC，一種傳統手段使用亞微米尺寸或更小尺寸的軟聚合性增韌劑來對聚合物樹脂基質進行增韌。復合體固化后，就空間位置而言增韌劑最可能被發現于纖維床/基質區域內(該區域被稱為層內(intraply))，而不是位于兩層(ply)之間被稱為層間(interply)的富含樹脂的區域。增韌劑的均勻分布通常預期能使得G_IC最大化。此類樹脂組合物的例子包括：US6063839(Oosedo?et?al.，Toray?Industries，Inc.，2000)、EP2256163A1(Kamae?et?al.，Toray?Industries，Inc.，2009)，其具有橡膠狀的軟核/硬殼顆粒；US6878776B1(Pascault?et?al.，Cray?Valley?S.A.，2005)，其針對具有反應活性的聚合性顆粒；US6894113B2(Court?el?al.，Atofina，2005)，其針對嵌段共聚物；和US20100280151A1(Nguyen?et?al.，Toray?Industries?Inc.，2010)，其針對具有反應活性的硬核/軟殼顆粒。對這些情況來說，因為軟質材料在重量或體積上大量摻入樹脂中，G_IC大幅增加，軟質材料具有有效耗散來自纖維破裂末端(broken?ends)的龜裂能(crack?energy)的潛力。

但是，因為樹脂模量大幅降低、或至多被保持(如US20100280151A1中的情況)，可合理解釋基質向纖維轉移應力的能力(stress)的大幅降低。因此，拉伸和拉伸相關的性質可能以顯著的程度降低。此外，樹脂模量的大幅降低導致復合體的依賴于樹脂模量的性質(例如，抗壓、撓曲、層間剪切)大為惡化。另一方面，如果可實現高樹脂模量，樹脂典型地將變脆，因此雖然抗壓性質增加，但拉伸和斷裂韌性降低。此外，如果可實現纖維和樹脂之間的強烈粘合性，可能導致界面樹脂脆變(embrittlement)。這可使得龜裂發生，并導致較早出現的拉伸和斷裂韌性的不足。簡言之，對纖維增強聚合物復合體而言，其依賴于粘合性的性質(例如張力和剪切)、抗壓和斷裂韌性之間存在權衡，因為一種性質的改善將導致另外一種或兩種性質的劣化。由此，人們需要具有對增強體的高粘合性、高模量和高韌性的樹脂。

為解決上述挑戰，WO2012116261A1(Nguyen?et?al.，Toray?Industries?Inc.，2012)通過將界面材料集中于粘合性樹脂組合物和增強纖維之間的界面相而利用了增強界面相的構想。實現了粘合性樹脂組合物對纖維的高粘合性。此外，通過用軟質納米材料增韌劑對界面相進行工程化，還獲得了高韌性的樹脂組合物。結果，纖維復合體的抗張強度和斷裂韌性二者同時增加，但其犧牲了抗壓性質。

US6515081B2(Oosedo?et?al.，Toray?Industries?Inc.，2003)和US6399199B1(Fujino?et?al.，Toray?Industries?Inc.，2002)試圖通過在樹脂組合物中摻入含有酰胺基團的粘合促進劑來增加抗壓強度、撓曲強度和層間剪切強度，其還可在不犧牲太多其韌性的情況下增加樹脂模量。但是，由于樹脂模量有限，并且沒有增強界面相，因此他們僅能實現微小的改進，并沒能使這些強度最大化。

US5,599,629(Gardner?et?al.，Amoco?Corporation，1997)引入了一種高模量和高強度的環氧樹脂，其包含具有單個苯環的芳香族酰胺基胺硬化劑(hardener)。但其中并未討論樹脂對纖維的粘合性。

發明內容