[發明專利]包含碳纖維和添加劑的組合物

在審

• 申請號: 201880054320.1
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN111032747A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: R·納吉爾斯迪克;C·克納普克-博加茨;L·R·貢寧;J·魯德納
• 申請（專利權）人: 畢克化學有限公司
• 主分類號: C08J5/04
• 分類號: C08J5/04;C08J5/06;C08J5/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 徐國棟;林柏楠

本發明涉及包含碳纖維和添加劑的組合物，所述添加劑具有至少200克/摩爾的分子量且包含至少一個官能團(A)和至少一個官能團(B)，所述至少一個官能團(A)為烯屬不飽和可聚合基團，且所述至少一個官能團(B)包含至少一個選自仲胺、叔胺、仲胺或叔胺的鹽和季銨的基團，并且其中基團(A)和基團(B)借助共價鍵連接，且其中共價鍵包含至少一個酯基團。

本發明涉及包含碳纖維和添加劑的組合物，制造碳纖維復合材料的方法，碳纖維復合材料，和添加劑在改進碳纖維復合材料的機械性能中的用途。

碳纖維補強復合材料包含嵌入聚合物基體中的碳纖維。聚合物基體用作纖維之間的粘合劑。基體聚合物可以為熱塑性聚合物和/或交聯聚合物。與單獨的基體聚合物相比，碳纖維通常改進復合材料的機械性能。實現拉伸強度和剛度的改進，同時復合材料具有低密度。這類材料對用于空中和地面運輸用車輛中而言具有有吸引力的性能，因為它們的低重量容許發動機驅動車輛的低燃料或能量消耗。碳纖維復合材料還用于高機械強度和輕重量的組合是理想的其它領域，例如用于某些體育用品、衣服或轉動葉片，例如用于風車。

描述了用作碳纖維與聚合物基體之間的偶聯劑的添加劑。這類偶聯劑可改進碳纖維與聚合物基體之間的粘結強度，因此改進碳纖維復合材料的總機械性能。

US 2013/224470涉及改進碳纖維與聚合物基體的粘合力的方法。根據一個實施方案，不飽和單體包含在基體中。合適的單體的實例包括含氨基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸2-氨基乙酯、甲基丙烯酸2-(甲基氨基)乙酯和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)-乙酯。發現當使用上述單體時，復合材料的機械性能不總是最佳的。

國際專利申請WO 84/02140描述了氨基取代丙烯酰胺單體作為熱固性聚酯樹脂碳纖維復合材料的偶聯劑。氨基取代丙烯酰胺單體的量基于聚酯樹脂基體的重量為5-30重量％。

鑒于其不利的毒性特征及其不愉悅的氣味，丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯單體是不理想的。在使用這類單體的復合物制造場所，這些性能要求特殊的工業衛生措施。此外，少量未固化單體可保留在復合材料中并且在復合材料的使用壽命期間在正常使用期間遷移至表面。在制造包含復合材料的產品期間，當復合材料經受切割、鉆孔或砂磨操作時，殘余未固化單體也是有問題的。

需要充當碳纖維的偶聯劑用于復合材料中并且減輕上述缺點的添加劑。此外，添加劑應當有效地改進碳纖維復合材料的機械性能，即使以少量使用。

鑒于以上，本發明提供一種包含碳纖維和添加劑的組合物，所述添加劑具有至少一個官能團(A)和至少一個官能團(B)，所述至少一個官能團(A)為烯屬不飽和可聚合基團，且所述至少一個官能團(B)包含至少一個選自仲胺、叔胺、仲胺或叔胺的鹽和季銨的基團，并且其中基團(A)和基團(B)借助共價鍵連接，且其中共價鍵包含至少一個酯基團。

在另一實施方案中，添加劑的基團(A)和基團(B)借助共價鍵連接，所述共價鍵包含兩個或更多個酯基團。

應當指出，US 2017/0029557A描述了為環氧基-胺加合物的碳纖維施膠劑。在一些實施方案中，環氧基-胺加合物通過與氨基甲酸酯丙烯酸酯反應而改性。改性環氧基-胺加合物顯示出不含任何烯屬不飽和基團。

本發明組合物不依賴于丙烯酰胺單體，并且具有在毒性和氣味方面與由WO 84/02140已知的組合物相比改進的工業衛生特征。此外，添加劑和組合物普遍地適用于制造碳纖維復合材料。添加劑在低添加劑含量下有效地改進碳纖維復合材料的機械性能。

在一個優選實施方案中，添加劑不含或基本不含丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺基團。