[發明專利]含有亞穩顆粒的復合材料和樹脂組合物

有效

• 申請號: 201680061992.6
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN108349200B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: V.阿茲;J.M.格里芬;J.埃爾德
• 申請（專利權）人: 塞特工業公司
• 主分類號: B32B5/26
• 分類號: B32B5/26;B29C70/02;C08J5/10;C08J5/24;C08L63/00;C08L77/00;B32B5/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;周李軍

一種含有熱固性樹脂組分和亞穩熱塑性顆粒的可固化基質樹脂組合物，其中這些亞穩熱塑性顆粒是具有無定形聚合物部分的半晶質熱塑性材料的顆粒，在加熱到結晶溫度T_c時，該無定形聚合物部分將經歷結晶。還披露了一種含有亞穩熱塑性顆粒的纖維增強的聚合物復合材料。

纖維增強的聚合物(FRP)復合材料已被用于制造承載部件，如用于航天、航空、航海、汽車和建筑/施工應用的那些。用于FRP復合材料的常規基質材料包括因其耐熱性和耐化學性已知的熱固性樹脂如環氧樹脂。此類熱固性樹脂在固化時還顯示了良好的機械特性，但它們經常缺乏韌性并且傾向于是非常脆性的。當它們的交聯密度高時尤其如此。

一般地說，固化的復合物的機械性能是增強纖維和基質樹脂的單獨特性以及這兩種組分之間的相互作用的函數。

附圖說明

圖1示出了無定形聚酰亞胺粉末的差示掃描量熱法(DSC)熱分析圖。

圖2示出了半晶質聚酰胺粉末2001EXD的DSC熱分析圖。

圖3示出了半晶質聚酰胺粉末1002D的DSC熱分析圖。

圖4示出了半晶質聚酰胺2159的DSC熱分析圖。

圖5示出了基于聚酰胺-10,10的半晶質聚酰胺粉末Z2649的DSC熱分析圖。

圖6示出了被發現是亞穩的半脂環族聚酰胺的聚酰胺粉末DAIAMID MSP-CX的DSC熱分析圖。

圖7示出了被發現是亞穩的基于聚酰胺-10,10(PA10,10)的聚酰胺粉末DAIAMIDMSP-BIO的DSC熱分析圖。

圖8示出了退火的MSP-CX聚酰胺顆粒的DSC熱分析圖。

具體實施方式

纖維增強的聚合物復合材料已被用作用于關鍵承載結構(包括但不限于機翼和機身)的材料，這些結構同時要求高的比強度、抗沖擊性和損傷容限。

用于生產纖維增強的復合材料的常規方法包括用可固化基質樹脂浸漬連續增強纖維以形成預浸料。這種方法通常稱為“預浸”方法。高性能結構，例如航空器和汽車車身零件的主要和次要結構可以通過在模具表面上鋪放多個預浸料層接著是固結并且固化來形成。

由于固化的纖維增強的聚合物復合物的顯著的損傷敏感性，尤其當與金屬如鋁相比時，它們的抗沖擊性(典型地通過它們殘余的沖擊后壓縮強度(CSAI)測量的)以及它們的損傷容限(典型地通過它們的在模式I和模式II中的層間斷裂韌性(分別為G_Ic和G_IIc)測量的)是在關鍵承載復合結構的設計中考慮的機械性能，使得此類結構能夠在其使用壽命期間在可能遇到的能量水平下經受沖擊。用于評估固化的復合物抗沖擊性的典型的沖擊能/固化的層壓件厚度比是1,500in-lb/in或6.7J/mm。

為了確保固化的復合結構在其使用壽命期間的耐久性，固化的復合物的另一個令人希望的特性是其耐熱循環性(還被稱為抗熱疲勞性)。例如，當停在跑道上空閑時，航空器蒙皮上的溫度可以達到最高達70℃，而當在巡航高度下飛行時其將下降到低至-55℃。在飛機壽命周期期間，固化的復合零件(包括但不限于機翼和機身)將經受數千次的在70℃與-55℃之間的熱/冷熱循環。這些熱循環產生顯著的內部熱應力，這可導致含有多組分基質樹脂的固化的復合物的基質開裂或界面脫粘。術語“界面脫粘”是指在基質樹脂內的兩種離散組分(例如熱塑性顆粒和周圍的熱固性樹脂)之間的脫粘，該脫粘由在它們的界面處在重復的熱/冷熱循環內產生的熱應力產生。此類熱應力源于在兩種組分的各自熱膨脹系數(CTE)之間的不匹配。熱基質開裂或界面脫粘通常被稱為“微開裂”。微開裂傾向于與降低的抗疲勞性和降低的流體阻力相關聯，因為微開裂的存在增加了對于液體(例如溶劑)的滲濾通道。