高热复合材料组合物、制品及其用途制造技术

提供了一种高热环氧树脂复合材料，其包括衬底；基质组合物，所述基质组合物包含：高热环氧化合物和硬化剂，其中，基质组合物总计占复合材料的20至40重量百分数，并且其中，基质组合物的固化样品具有大于或等于200C的玻璃化转变温度，并且复合材料的固化的层压样品具有根据ASTM D7264测量的大于850MPa的弯曲强度、以及根据ASTM D7264测量的大于65GPa的弯曲模量。

Compositions, products and applications of high-temperature composite materials

A high-temperature epoxy resin composite material is provided, which includes a substrate; a matrix composition comprising a high-temperature epoxy compound and a hardener, in which the matrix composition accounts for 20 to 40 percent of the total weight of the composite material, and in which the cured sample of the matrix composition has a glass transition temperature greater than or equal to 200C, and the curing of the composite material. The laminated samples have bending strength greater than 850 MPa measured by ASTM D7264 and bending modulus greater than 65 GPa measured by ASTM D7264.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高热复合材料组合物、制品及其用途相关申请的引证本申请要求于2016年9月26日提交的美国临时申请序列号62/399,856的优先权，通过引证将其内容结合于此。
技术介绍
聚合物增强的纤维复合材料，诸如片材和带，用于各种应用中。用于复合材料的聚合物具有多种功能，包括将纤维保持在原位(inplace，适当的位置)，保护纤维不受环境损坏，以及提供良好的外观。用于复合材料的聚合物还可以改变和分配施加于纤维的应力，改善复合材料的冲击和断裂耐性，增强层压体(laminate，层压材料)的横向性质，以及携带层间剪切。在用于应用的基质材料中利用的聚合物期望地具有高玻璃化转变温度、低水分吸收、低收缩率和良好的断裂韧性。环氧聚合物用于各式各样的应用中，包括防护涂层、粘合剂、电子层压体、地板和地面应用、玻璃纤维增强的导管和汽车部件。以它们的固化形式，环氧聚合物提供合乎要求的性质，包括对其他材料良好的粘附性、优异的腐蚀和化学品耐性、高拉伸强度和良好的电阻。然而，固化的环氧聚合物可以是易碎的并缺乏韧性。需要具有改善的性质的环氧树脂类复合材料(epoxy-basedcompositematerial，基于环氧树脂的复合材料，环氧基复合材料)。
技术实现思路
提供了一种高热环氧树脂复合材料(epoxycomposite，环氧复合材料)，包含：衬底(substrate，基体，基底，底物，基板)；基质组合物(matrixcomposition，基体组合物)，包含具有下式的高热环氧化合物：其中R1和R2在每次出现时各自独立地是含环氧官能团(epoxide-containingfunctionalgroup，含环氧基的官能团)；Ra和Rb在每次出现时各自独立地是卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基；p和q在每次出现时各自独立地是0至4；R13在每次出现时独立地是卤素或C1-C6烷基基团；c在每次出现时独立地是0至4；R14在每次出现时独立地是C1-C6烷基、苯基、或被至多达五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基；Rg在每次出现时独立地是C1-C12烷基或卤素，或两个Rg基团连同连接到其上的碳原子形成四、五或六元环烷基；以及t是0至10；和硬化剂；其中，基质组合物总计占复合材料的20至60重量百分数、优选总计占复合材料的20至40重量百分数、优选总计占复合材料的30至50重量百分数；并且其中，基质组合物的固化样品具有大于或等于200℃的玻璃化转变温度；以及复合材料的固化的层压样品具有根据ASTMD7264测量的大于850MPa的弯曲强度、以及根据ASTMD7264测量的大于65GPa的弯曲模量。提供了一种制备高热环氧树脂预浸料(epoxyprepreg，环氧预浸料)的方法，包括用包含以下各项的基质组合物涂覆衬底、优选碳纤维：具有下式的化合物：其中R1和R2在每次出现时各自独立地是含环氧官能团；Ra和Rb在每次出现时各自独立地是卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基；p和q在每次出现时各自独立地是0至4；R13在每次出现时独立地是卤素或C1-C6烷基基团；c在每次出现时独立地是0至4；R14在每次出现时独立地是C1-C6烷基、苯基、或被至多达五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基；Rg在每次出现时独立地是C1-C12烷基或卤素，或两个Rg基团连同连接到其上的碳原子形成四、五或六元环烷基基团；以及t是0至10；硬化剂；以及可选的溶剂，以形成高热环氧预浸料，其中，预浸料包含40至80wt％、优选50至70wt％的衬底；20至60wt％的基质组合物，优选50至30wt％的基质组合物，其中，预浸料包含15至50wt％的具有式(I)至(IX)的化合物，预浸料的固化的层压样品具有根据ASTMD7264测量的大于850MPa的弯曲强度、和根据ASTMD7264测量的大于65GPa的弯曲模量，基质组合物的固化样品具有大于或等于200℃的玻璃化转变温度。提供了通过提供的方法形成的预浸料。提供了通过固结由提供的方法形成的预浸料生产的高热环氧树脂复合材料。提供了包含提供的复合材料的制品。通过以下详细描述举例说明上述和其他特征。具体实施方式本专利技术人发现了提供期望的复合材料的性质的组合物。高热环氧树脂复合材料包含衬底和基质组合物，所述基质组合物包含高热环氧化合物和硬化剂。在一个实施方式中，硬化剂是芳香族二胺化合物。基质组合物总计占复合材料的20至40重量百分数。基质组合物的固化样品具有大于或等于200℃的玻璃化转变温度；并且复合材料的固化的层压样品具有根据ASTMD7264测量的大于850MPa的弯曲强度、和根据ASTMD7264测量的大于65GPa的弯曲模量。衬底可以是可以被基质组合物涂覆的任何合适的材料。衬底可以包括有机或无机材料诸如木材、纤维素、金属、玻璃、碳(例如热解碳、石墨、石墨烯、纳米纤维或纳米管)、聚合物或陶瓷。可以使用不同材料的组合。在一个实施方式中，可以使用导电材料，例如金属诸如铜或铝或它们的合金。在一些实施方式中，使用了纤维衬底。纤维可以是无机纤维，例如陶瓷纤维、硼纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、玄武岩纤维、金属纤维或玻璃纤维；或有机纤维例如碳纤维或聚合物纤维。可以用导电材料的层涂覆纤维来促进导电。纤维可以是单纤丝或者多纤丝纤维，并且例如通过共编织或者核心/外壳、并排的、橙类型(orange-type)或者基质以及纤丝构造，或者通过纤维制造领域中技术人员已知的其他方法可以单独地或者结合其他类型纤维进行使用。纤维衬底可以是编织的或共同编织的织物(诸如0至90度织物等)、非编织织物(诸如连续丝束毡片、短切丝束毡片、薄绢、纸张、毡制品等)、平纹编织布料、缎纹编织布料、无皱褶织物、单向纤维、编带、丝束(tow)、经纱、粗纱、绳子或包括上述中的至少一种的组合。共编织的结构包括玻璃纤维-碳纤维、碳纤维-芳香族聚酰亚胺(芳纶)纤维和芳香族聚酰亚胺玻璃纤维。在一些实施方式中，衬底可以包括玻璃纤维、碳纤维或包括上述中的至少一种的组合。衬底可以是碳纤维丝束。碳纤维丝束可以包括任何数量的单个碳纤维细丝，诸如6,000、12,000、18,000、24,000、60,000或80,000。在实施方式中，衬底可以是高模量碳纤维、中等模量碳纤维、高强度碳纤维、E玻璃、S玻璃、芳纶纤维或包含上述中的至少一种的组合。在一个实施方式中，基质组合物包含高热环氧化合物和芳香族二胺化合物。在一个实施方式中，基质组合物包含50至85重量百分数的高热环氧化合物和15至50重量百分数的芳香族二胺化合物。在一个实施方式中，基质组合物包含75至85重量百分数的高热环氧化合物和15至25重量百分数的芳香族二胺化合物。高热环氧化合物可以具有式(I)至(IX)：其中R1和R2在每次出现时各自独立地是含环氧官能团；Ra和Rb在每次出现时各自独立地是卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基；p和q在每次出现时各自独立地是0至4；R13在每次出现时独立地是卤素或C1-C6烷基基团；c在每次出现时独立地是0至4；R14在每次出现时独立地是C1-C6烷基、苯基、或被至多达五个卤素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高热环氧树脂复合材料，包含：衬底；基质组合物，所述基质组合物包含：具有下式的高热环氧化合物：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.26 US 62/399,8561.一种高热环氧树脂复合材料，包含：衬底；基质组合物，所述基质组合物包含：具有下式的高热环氧化合物：其中R1和R2在每次出现时各自独立地是含环氧官能团；Ra和Rb在每次出现时各自独立地是卤素、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C3-C8环烷基或C1-C12烷氧基；p和q在每次出现时各自独立地是0至4；R13在每次出现时独立地是卤素或C1-C6烷基基团；c在每次出现时独立地是0至4；R14在每次出现时独立地是C1-C6烷基、苯基、或被至多达五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基；Rg在每次出现时独立地是C1-C12烷基或卤素，或两个Rg基团连同它们连接的碳原子一起形成四元、五元或六元环烷基基团；并且t是0至10；和硬化剂；其中，所述基质组合物总计占所述复合材料的20至60重量百分数、优选总计占所述复合材料的20至40重量百分数、优选总计占所述复合材料的30至50重量百分数；并且其中所述基质组合物的固化样品具有大于或等于200℃的玻璃化转变温度；并且所述复合材料的固化的层压样品具有根据ASTMD7264测量的大于850MPa的弯曲强度、以及根据ASTMD7264测量的大于65GPa的弯曲模量。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，R1和R2在每次出现时各自独立地是：其中，R3a和R3b各自独立地是氢或C1-C12烷基。3.根据权利要求1至2中任一项所述的复合材料，其中，所述高热环氧化合物具有式(1-a)、(2-a)或(4-b)优选地，所述高热环氧化合物具有式(1-a)。4.根据前述权利要求中任一项或多项所述的复合材料，其中，所述衬底包含编织织物、非编织织物、平纹编织布料、缎纹编织布料、无皱褶织物、单向纤维、编带、丝束、经纱、绳子、或包含上述中的至少一种的组合。5.根据前述权利要求中任一项或多项所述的复合材料，其中，所述衬底包含高模量碳纤维、中等模量碳纤维、高强度碳纤维、E玻璃、S玻璃、芳纶纤维、或包含上述中的至少一种的组合。6.根据前述权利要求中任一项或多项所述的复合材料，其中，所述硬化剂是芳香族二胺化合物，优选地其中，芳香族二胺胺化合物包括4-氨基苯基砜(DDS)、4,4’-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基)-苯胺、间苯二胺、对苯二胺、2,4-双(对-氨基苄基)苯胺、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、间苯二甲胺和对苯二甲胺、二乙基甲苯二胺、或包含上述中的至少一种的组合。7.根据前述权利要求中任一项或多项所述的复合材料，其中，所述复合材料是固化的或层压的。8.根据前述权利要求中任一项或多项所述的复合材料，其中，所述基质组合物包含50至85重量百分数的所述高热环氧化合物和15至50重量百分数的所述硬化剂。9.一种制备高热环氧树脂预浸料的方法，包括用包含以下各项的基质组合物涂覆衬底、优选碳纤维：具有下式的化合物：其中R1和R2在每次出...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·诺曼·彼得斯，普拉卡什·西斯塔，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL