[發明專利]包含層間韌化粒子的熱固性樹脂復合材料

在審

• 申請號: 201710705824.2
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN107778854A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 文森特·J·J·G·艾爾茲;馬克·邦紐;茱蒂絲·艾德;艾米利亞·佛羅尼;詹姆斯·馬汀·葛瑞芬
• 申請（專利權）人: 塞特工業公司
• 主分類號: C08L77/06
• 分類號: C08L77/06;C08L77/02;C08L63/00;C08G59/32;C08G59/40;C08K5/41;C08K5/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 劉鋒

本申請是申請日為2013年11月1日，申請號為201380055285.2、發明名稱為“包含層間韌化粒子的熱固性樹脂復合材料”的發明專利申請的分案申請

技術領域

本發明關于一種包含熱塑性層間韌化(inter-laminar toughening；ILT)粒子以在固化期間提供形態安定并且減少或消除微破裂的復合材料。

背景技術

包含纖維增強熱固性樹脂的復合材料一直被用于制造適用于運輸應用(包括航天、航空、航海以及路上交通工具)和建筑/施工應用的承載組件。熱固性材料(例如固化環氧樹脂)以其耐熱性和耐化學性而著稱。其也顯示具有良好的機械性質，但其通常缺乏韌性并且具有極易碎的傾向。當其交聯密度增加或單體官能度增加兩個以上時，這一現象尤其存在。

就高性能應用而言，包含連續樹脂基質和連續增強纖維的復合材料通常以預浸體形式使用，所述預浸體中的增強纖維經控制量的未固化樹脂預浸漬并且所述預浸體適用于模塑并且固化成最終復合部件。所述增強纖維以多方向結構加以編造或以單方向(uni-directional；UD)平行方向加以編造。在航天工業中，預浸體是優選的材料，可用于同時需要高比強度、耐沖擊性以及損傷容限的重要承載應用，包括(但不限于)翼和殼體。

概括而言，所述固化復合材料的機械性能是所述增強纖維和所述基質樹脂的個別性質的函數和這兩種組分之間的相互作用。所述樹脂含量也是重要的因素。

通常測量的浸漬體系統的機械性能是拉伸性能(開孔拉伸(open hole tensile；OHT)強度)、壓縮性能(開孔壓縮(open hole compression；OHC)強度)、耐沖擊性(沖擊后壓縮強度(compression strength after impact；CSAI))以及損傷容限(G_I/IIC：分別為模型I和模型II中的層間破裂韌性)。

預浸體系統的另一重要性質是其熱-濕壓縮性能(熱-濕開孔壓縮(HW-OHC)強度)，其意指其中OHC強度在高溫下經延長暴露至水分后降低的方式。在飽含水分時，現行預浸體系統的OHC強度通常在低于室溫(例如自室溫(21℃)降低到約-55℃)下相當恒定，但在高溫(例如70℃)下會顯著下降。

在許多應用中，希望使拉伸強度最大化。遺憾地，增加OHT強度通常會伴隨OHC強度，并且特別是HW-OHC強度的降低，其對航天應用而言是重要的設計值。類似地，增加HW-OHC強度通常會伴隨OHT強度的降低，但更重要地是，其通常會嚴重地影響耐沖擊性(CSAI)和/或損傷容限(G_I/IIC)，其是航天應用中飛行關鍵部件的重要規范。

為提升預浸體系統的CSAI和G_I/IIC性能，在過去幾十年里，已使用兩種主要策略：提升固有樹脂韌性和韌化層間區域。

為提升固有樹脂韌性，許多年來一直利用將橡膠和/或熱塑性塑料添加到樹脂調配物中。例如，US-3,926,904和US-4,500,660均揭示官能化丙烯腈-丁二烯橡膠對于環氧樹脂系統而言是有效的韌化劑。已顯示這些橡膠最初可溶于未固化環氧樹脂系統中并且在固化期間進行RIPS(反應誘導相分離)以在所述固化系統中形成“原位”富橡膠粒子。雖然這些橡膠經證實是有效的韌化劑，但其通常會降低所述預浸體的HW-OHC強度，這會限制其在航天應用中的用途。

或者，US-4,656,207揭示可有利地使用熱塑性塑料(例如聚醚砜)代替前述橡膠以增加環氧樹脂的韌性而不會顯著具有熱-濕性能的損失，這顯示這些熱塑性塑料針對航天應用而言的環氧樹脂是優選的韌化劑。與前述橡膠類似，這些熱塑性塑料最初可溶于未固化環氧樹脂中而隨后會于固化期間進行RIPS。

就層間區域自身的目標韌化而言，US-3,472,730揭示使增強纖維層與橡膠韌化樹脂系統交錯可顯著地提升預浸體的耐沖擊性。赫施比勒(Hirschbuehler)等人在US-4,539,253中另外揭示獲得高耐沖擊性的關鍵方面是保持這一非連續層間層(也一般稱作中間層)的完整性。赫施比勒等人揭示可使用輕量的連續或不連續纖維氈(mat)或稀紗布(scrim)以控制這一層間區域的完整性，因而可提供具有極大提升的耐沖擊性和損傷容限的預浸體。然而，使用橡膠作為層間層中的韌化劑會顯著地影響熱-濕的性能。