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      由半結(jié)晶聚酰胺制成的熱塑性復(fù)合材料及其制造方法_3

      文檔序號:8908719閱讀:來源:國知局
      80]〇所述鏈增長劑Y-A' -Y對應(yīng)于:
      [0081] Y選自以下基團(tuán):P惡唑啉囌嗪、咪唑啉或氮丙啶,例如,1,1'-異-或?qū)?苯二 甲酰-雙(2-甲基氮丙啶),
      [0082] A'為前面所定義的基于碳的間隔物(基團(tuán))。
      [0083] 更特別地,當(dāng)所述增長劑Y-A' -Y中的所述官能團(tuán)Y選自曝嗪酮、曝唑啉酮、P惡 嗪、卩惡唑啉或咪唑啉時,在該情況下,在由Y-A' -Y表示的鏈增長劑中,A'可表示亞烷基,例 如,-(CH丄-(其中m為1-14且優(yōu)選為2-10),或者,A'可表示經(jīng)取代(烷基)或未經(jīng)取代 的環(huán)亞烷基和/或亞芳基,例如,苯型亞芳基(例如,鄰-、間-、對-亞苯基)、或萘型亞芳 基,且優(yōu)選地,A'為亞芳基和/或環(huán)亞烷基。
      [0084] 在羰基-或?qū)Ρ蕉柞?或間苯二甲酰-雙己內(nèi)酰胺作為鏈增長劑Y-A' -Y的情 況下,所述優(yōu)選的條件防止了在所述聚合以及熔融狀態(tài)下的加工的過程中的副產(chǎn)物例如己 內(nèi)酰胺的除去。
      [0085] 在前面所述的其中Y表示經(jīng)封端的異氰酸根官能團(tuán)的任選的情況下,該封端可使 用用于異氰酸根官能團(tuán)的封端劑例如e-己內(nèi)酰胺、甲乙酮肟、二甲基吡唑或丙二酸二乙 醋獲得。
      [0086] 同樣地,在其中增長劑為與預(yù)聚物P(X)n (其中X = NH2)反應(yīng)的二酸酐的情況下, 所述優(yōu)選的條件防止了在聚合過程中和在熔融狀態(tài)下的加工的過程中形成任何酰亞胺環(huán)。 [0087] 對于X = 0H或NH2, Y基團(tuán)優(yōu)選選自:(未封端的)異氰酸根、S惡嗪酮和囌唑啉酮, 更優(yōu)選囉嗪酮和嗤唑啉酮,其中,作為間隔物(基團(tuán)),A'是如前所定義的。
      [0088] 作為適合于實(shí)施本發(fā)明的帶有嗯唑啉或聰嗪反應(yīng)性官能團(tuán)Y的鏈增長劑的實(shí)例, 可提及在申請EP0581642的第7頁中以標(biāo)號〃A〃、〃B〃、〃C〃和〃D〃描述的那些、以及在其中 所述的它們的制備方法和它們的反應(yīng)模式。所述文獻(xiàn)中的"A〃為雙唑啉,"B〃為雙贈嗪, "C〃為1,3-亞苯基雙噁唑啉且〃D〃為1,4-亞苯基雙嗯唑啉。
      [0089] 作為適合于實(shí)施本發(fā)明的具有咪唑啉反應(yīng)性官能團(tuán)Y的鏈增長劑的實(shí)例,可提及 在申請EP0739924的第7-8頁以及第10頁表1中所述的那些("A〃至〃F")、以及在其中所 述的它們的制備方法和它們的反應(yīng)模式。
      [0090] 作為適合于實(shí)施本發(fā)明的具有反應(yīng)性官能團(tuán)Y =_嗪酮或I惡唑啉酮的鏈增長劑 的實(shí)例,可提及在申請EP0581641第7-8頁中以標(biāo)號"A〃至"D〃描述的那些、以及在其中所 述的它們的制備方法和它們的反應(yīng)模式。
      [0091] 作為適合的囉嗪酮(含有6個原子的環(huán))和陪唑啉酮(含有5個原子的環(huán))基 團(tuán)Y的實(shí)例,可提及源自于以下物質(zhì)的Y基團(tuán):苯并U惡嗪酮、嗪酮或1惡唑啉酮,間隔物A' 可為單個共價鍵且各自對應(yīng)的增長劑為:雙(苯并嗯嗪酮)、雙嗯嗪酮和雙?唑啉酮。
      [0092] A'還可為、優(yōu)選C2-C1(l亞烷基,但A'優(yōu)選為亞芳基且更特別地其可為亞苯基 (以Y在第1,2或1,3或1,4位進(jìn)行取代)或者萘基(以Y進(jìn)行雙取代)或者苯二甲?;?(間苯二甲?;?qū)Ρ蕉柞;┗蛘逜'可為環(huán)亞烷基。
      [0093] 對于選自嗯嗪(6元環(huán))、嗯唑啉(5元環(huán))和咪唑啉(5元環(huán))的官能團(tuán)Y,基團(tuán) A'可為如前所述的,其中,A'可為單個共價鍵且各自對應(yīng)的增長劑為:雙P惡嗪、雙P惡唑啉和 雙咪唑啉。A'還可為Q-Cm、優(yōu)選C2-C1(l亞烷基?;鶊F(tuán)A'優(yōu)選為亞芳基,且更特別地,其可 為亞苯基(以Y在第1,2或1,3或1,4位進(jìn)行取代)或者萘基(以Y進(jìn)行雙取代)或者苯 二甲酰基(間苯二甲?;?qū)Ρ蕉柞;?,或者A'可為環(huán)亞烷基。
      [0094] 在其中Y=氮丙啶(包含三個原子的含氮雜環(huán),相當(dāng)于其中以-NH-替代醚-0-的 環(huán)氧乙烷)的情況下,基團(tuán)a'可為苯二甲?;╥,r-間苯二甲?;?qū)Ρ蕉柞;?中,1,1' -間苯二甲酰雙(2-甲基氮丙啶)是該類型的增長劑的實(shí)例。
      [0095] 所述預(yù)聚物P(X)n與所述增長劑Y-A' -Y之間的反應(yīng)的催化劑以相對于所述兩種 共反應(yīng)物的總重量的0.001% -2%、優(yōu)選0.01% -0.5%的含量存在,所述催化劑能夠加速 加成(聚合)反應(yīng)并由此縮短生產(chǎn)周期。這樣的催化劑可選自:4, 4' -二甲基氨基吡啶、 對-甲苯磺酸、磷酸、NaOH,以及任選地,針對縮聚或酯交換所描述的那些,如EP0425341第 9頁第1-7行中所述的。
      [0096] 根據(jù)所述增長劑的選擇的更特定的情形,A'可代表亞烷基(例如其中m為1-14且 優(yōu)選2-10的_(CH2)m_)、或者代表經(jīng)烷基取代或未經(jīng)取代的亞芳基(例如苯型亞芳基(例 如鄰_、間-或?qū)?亞苯基)或者萘型亞芳基(具有亞芳基:亞萘基))。優(yōu)選地,A'代表經(jīng) 取代或未經(jīng)取代的亞芳基(其可為苯型的或萘型的)。
      [0097] 如已經(jīng)限定的,所述鏈增長劑(a2)具有非聚合物型結(jié)構(gòu)且優(yōu)選分子量低于500、 更優(yōu)選低于400。
      [0098] 根據(jù)前面所述的三個選項(xiàng),所述反應(yīng)性組合物a)的所述反應(yīng)性預(yù)聚物具有 500-10000、優(yōu)選1000-6000的數(shù)均分子量Mn。通過對由在溶液中的電位滴定測得的末端官 能團(tuán)含量以及所述預(yù)聚物的官能度進(jìn)行計(jì)算來確定所有Mn重量。
      [0099] 在根據(jù)定義a)的本發(fā)明反應(yīng)性組合物的情況下,通過相應(yīng)的二胺和二酸組分以 及任選地氨基酸或內(nèi)酰胺組分(根據(jù)單元D)之間的常規(guī)縮聚反應(yīng)并同時遵守根據(jù)本發(fā)明 的單元A和B以及任選地C和D的性質(zhì)和比例來制備所述反應(yīng)性預(yù)聚物??衫缤ㄟ^加入 單體(氨基酸、二胺、二酸)的組合(其具有總計(jì)相等量的胺和羧基單元)來獲得在同一條 鏈上帶有胺和羧基官能團(tuán)X'和Y'的預(yù)聚物。用于獲得這些帶有官能團(tuán)X'和Y'的預(yù)聚物 的另一路線例如為通過如下:組合帶有兩個相同官能團(tuán)X' =胺的預(yù)聚物與帶有Y' =羧基 的二酸預(yù)聚物,其中,酸官能團(tuán)的總摩爾含量等于初始胺官能團(tuán)X'的總摩爾含量。
      [0100] 為了獲得在同一條鏈上以相同(胺或羧基)官能團(tuán)官能化的預(yù)聚物,具有過量的 二胺(或全部胺官能團(tuán))以具有胺末端官能團(tuán)或者具有過量的二酸(或全部羧基官能團(tuán)) 以具有羧基末端官能團(tuán)是足夠的。
      [0101] 在具有n個相同官能團(tuán)X的預(yù)聚物P(X)n的情況下,在封端單官能組分(一元酸 或一元胺,取決于X的性質(zhì)(X =胺或羧基))的存在下可獲得官能度1。
      [0102] 可由雙官能組分:二胺和二酸獲得官能度n = 2,其中,所述二胺和二酸中的一種 過量,以便根據(jù)該過量來決定X。
      [0103] 對于n = 3,例如,對于預(yù)聚物P(X)n,必須存在三官能組分,例如,在與二酸的反應(yīng) 中,存在三元胺(每條預(yù)聚物鏈1摩爾)以及二胺。對于P(X)n,優(yōu)選的官能度是n = 2。
      [0104] 增強(qiáng)纖維或纖維狀增強(qiáng)物可為纖維、優(yōu)選長纖維的集合,所述長纖維即具有大于 1000、優(yōu)選大于2000的由纖維的長度與直徑(這意味著這些纖維具有圓形橫截面)的比率 定義的長徑比。在該集合中,所述纖維可為連續(xù)的、具有單向(UD)或多向(2D、3D)增強(qiáng)的 形式。具體地說,它們可為布、片材、條帶或辮子的形式,而且,它們還可被切碎,例如具有無 紡物(墊)的形式或者具有氈的形式。
      [0105] 這些增強(qiáng)纖維可選自:
      [0106] -礦物纖維,這些礦物纖維具有高的熔融溫度Tm',所述熔融溫度Tm'高于本發(fā)明 的所述半結(jié)晶聚酰胺的熔融溫度Tm且高于聚合和/或加工溫度,
      [0107]-聚合物型或聚合物纖維,其具有如下的熔融溫度Tm'或者不具有該Tm'但具有如 下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg':高于聚合溫度或者高于構(gòu)成復(fù)合物的所述基體的所述半結(jié)晶聚 酰胺的熔融溫度Tm且高于加工溫度,
      [0108] -或者前述纖維的混合物。
      [0109] 作為適用于本發(fā)明的礦物纖維,可提及:碳纖維,其包括納米管或碳納米管(CNT) 的纖維、碳納米纖維或石墨烯;二氧化硅纖維,例如玻璃纖維,特別是E、R或S2型的玻璃纖 維;硼纖維;陶瓷纖維,特別是碳化硅纖維、碳化硼纖維、碳氮化硼纖維、氮化硅纖維、氮化 硼纖維、玄武巖纖維;基于金屬和/或其合金的纖維或長絲;金屬氧化物纖維,特別是氧化 鋁(A1 203)的纖維;金屬化的纖維,例如金屬化的玻璃纖維和金屬化的碳纖維;或者前述纖 維的混合物。
      [0110] 更特別地,這些纖維可如下選擇:
      [0111] -礦物纖維可選自:碳纖維、碳納米管纖維、玻璃纖維(特別是E、R或S2型的玻 璃纖維)、硼纖維、陶瓷纖維(特別是碳化硅纖維、碳化硼纖維、碳氮化硼纖維、氮化硅纖維、 氮化硼纖維、玄武巖纖維)、基于金屬和/或其合金的纖維或長絲、基于金屬氧化物(例如 A1 203)的纖維、金屬化的纖維(例如金屬化的玻璃纖維和金屬化的碳纖維)、或者前述纖維 的混合物,和
      [0112] -聚合物或聚合物型纖維,在前述條件下,選自:
      [0113] 熱固性聚合物的纖維,更特別地選自:不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯、酚醛樹 月旨、聚氨酯、氰基丙烯酸酯和聚酰亞胺,例如雙馬來酰亞胺樹脂、由胺例如三聚氰胺與醛例 如乙二醛或甲醛的反應(yīng)得到的氨基塑料,
      [0114]熱塑性聚合物的纖維,更特別地選自:聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二 甲酸丁二醇酯(PBT)、高密度聚烯烴(例如聚乙烯(PET)、聚丙烯(PP)和PET/PP共聚物)、 PV0H (聚乙烯醇),
      [0115] 對應(yīng)于下式之一的聚酰胺的纖維:6、11、12、6. 10、6. 12、6. 6、4. 6,
      [0116] 芳纟侖(芳香族聚酰胺,aramid)(例如Kevlar"')和芳族聚酰胺(aromatic polyamide)的纖維,例如對應(yīng)于下式之一的那些:PPD. T、MPD. I、PAA和PPA,其中PPD和MPD 分別為對-和間-苯二胺,PAA為聚芳基酰胺且PPA為聚鄰苯二酰胺,
      [0117] 聚酰胺的嵌段共聚物(例如聚酰胺/聚醚)的纖維、或者聚芳基醚酮(PAEK)(例 如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)或聚醚酮醚酮酮(PEKEKK))的纖維。
      [0118] 優(yōu)選的增強(qiáng)纖維為選自以下的(具有圓形橫截面的)長纖維:碳纖維,包括金屬化 的碳纖維;玻璃纖維,包括金屬化的E、R或S2型玻璃纖維;芳綸(例如Kevlar :K )或芳族 聚酰胺的纖維;聚芳基醚酮(PAEK)例如聚醚醚酮(PEEK)的纖維;聚醚酮酮(PEKK)的纖維; 聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)的纖維;或者它們的混合物。
      [0119] 更特別優(yōu)選的纖維選自:玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維和芳綸(例如Kevlar")纖 維、或者它們的混合物。這些纖維具有圓形橫截面。
      [0120] 所述纖維的含量可占所述復(fù)合材料的40體積% -70體積%且優(yōu)選50體積% -65 體積%。
      [0121] 纖維的集合可為無規(guī)的(墊型)、單向的(M))或多向的(2D、3D等)。其克重(即 其每平方米的重量)可為l〇〇-l〇〇〇g/m 2、優(yōu)選200-700g/m2。所述纖維可具有紡織或無紡的 形式,特別地具有增強(qiáng)的布和織物的形式。它們可特別地以已經(jīng)具有最終部件形狀的預(yù)成 型物的形式組裝并連接。作為適合的連接劑,可使用根據(jù)a)或b)的組合物、以及不同于所 述組合物(組合物a)或b))但與其相容的連接劑。
      [0122] 本發(fā)明的組合物包含基于纖維優(yōu)選長纖維的纖維狀增強(qiáng)物,所述纖維特別地具有 大于1000、優(yōu)選大于2000的L/D,且更特別地選自玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、 或者它們的混合物。
      [0123] 更特別地,本發(fā)明的組合物是模塑組合物。同樣地,其除了所述優(yōu)選的長增強(qiáng)纖維 以外還可包含其它填料和添加劑。
      [0124] 在合適的填料中,可例如提及:無機(jī)或有機(jī)填料:炭黑、碳納米管(CNT)、碳納米原 纖、玻璃珠、粉末形式的經(jīng)研磨的再循環(huán)聚合物。
      [0125] 在合適的添加劑中,可提及:在UV或IR范圍內(nèi)具有吸收性以允許所獲得的復(fù)合物 通過(UV或IR)激光技術(shù)進(jìn)行焊接的添加劑;以及選自位阻酚或位阻胺型(HALS)抗氧化劑 的熱穩(wěn)定劑。這些穩(wěn)定劑的作用是防止熱氧化和大的光氧化以及所獲得的復(fù)合物的基體聚 酰胺的降解。
      [0126] 本發(fā)明的第二個主題涉及具有前述本發(fā)明所定義的組合物的熱塑性復(fù)合材料、特 別是基于所述材料的機(jī)械部件或結(jié)構(gòu)部件的制造方法,所述方法包括至少一種本發(fā)明前面 所定義的反應(yīng)性組合物a)的至少一個聚合步驟,或者,至少一種本發(fā)明前面所定義的非反 應(yīng)性組合物b)的模塑或加工步驟。
      [0127] 更特別地,所述方法可包括以下步驟:
      [0128] i)在敞口或封閉式模具中或者在所述模具外,使用本發(fā)明前面所定義的但不包含 纖維狀增強(qiáng)物的組合物
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