包含特定聚碳酸酯组合物作为基质材料的多层复合材料制造技术

本发明专利技术涉及复合材料，其包含一个或多个由纤维材料构成的纤维层和基于芳族聚碳酸酯的基质材料。该（一个或多个）纤维层在此嵌入在基质材料中。本发明专利技术进一步涉及用于制备该纤维复合材料的方法，包含多个纤维复合材料层的多层复合材料和该复合材料用于制备构件或壳体部件或壳体的用途以及该部件、壳体部件或壳体本身。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含特定聚碳酸酯组合物作为基质材料的多层复合材料本专利技术涉及纤维复合材料，其包含一个或多个由纤维材料制成的纤维层和基于聚碳酸酯的组合物作为基质材料，并涉及由至少两层纤维复合材料制成的多层复合材料。所述（一个或多个）纤维层在此嵌入在基质材料中。本专利技术进一步涉及用于制备该纤维复合材料或多层复合材料的方法，以及由该（多层）复合材料制成的构件或壳体部件。具有基于热塑性塑料的基质的含纤维的多层复合材料在下文和现有技术中均称为“有机片材”。与没有纤维增强的挤出塑料板材相比，这种有机片材具有更高的强度和刚度，甚至延伸到金属板的强度和刚度或者可以甚至超过其。这种材料例如作为电子和IT工业中以及汽车和飞机工业中的壳体部件的重要性不断增加。这些复合材料具有高刚度，同时具有优异的机械性能。与诸如钢之类的传统材料相比，它们还具有明显的重量优势。由于应用领域，所使用的材料需要具有高的阻燃性。这种多层复合材料的其他应用领域是其中需要轻质和承重结构的领域。除了已经提到的汽车领域——例如用于后备箱门、车顶模块、车门模块、横梁（Montageträger）、前端和后端配置、仪表板等——以及用于飞机制造外，其是商用车辆制造、轨道车辆领域，以及用于日常用品，例如家用电器。这种聚合物支承的多层复合材料的另一个优点是由于不存在钢而减少或完全排除的腐蚀风险。已知可以由纤维层如玻璃纤维层或碳纤维层与热塑性材料组合着制造多层复合材料。合适的热塑性基材材料原则上是多种热塑性塑料，如聚乙烯或聚丙烯，聚酰胺，例如聚酰胺-6、聚酰胺-6.6、聚酰胺-6.12，聚碳酸酯，特别是基于双酚A的芳族聚碳酸酯，热塑性聚氨酯，聚甲醛，聚苯醚，苯乙烯聚合物，例如聚苯乙烯，和含苯乙烯的共聚物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物，聚四氟乙烯，聚芳族化合物，例如聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺、聚喹喔啉、聚喹啉或聚苯并咪唑，聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚丙烯腈或聚乙烯基化合物如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯，聚乙烯酯，例如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚乙烯基醚、聚乙烯基内酰胺、聚乙烯基胺和所述聚合物的混合物。例如，在EP2886305A1中描述了含连续纤维的复合材料的制备。这里还提到使用聚碳酸酯作为基质材料。WO2012/123302A1中描述了用于制备纤维复合材料的有利方法。在该方法中，在熔融施涂之后，进行压力-剪切-振动作用，只要粗制纤维复合材料层的温度高于所述聚合物的玻璃化转变温度，由此使聚合物熔体有效地进入到粗制纤维复合材料层的整体纤维体积结构中。通过压力-剪切-振动作用，有效地驱除仍存在于粗制纤维复合材料层内的气体体积。已经发现，本领域技术人员认为适合作为制备纤维复合材料的基质材料的基于聚碳酸酯的组合物不能同时通过这种有利的方法加工以得到纤维复合材料，在熔体稳定性（由于在加工时的热应力导致的聚合物分解）方面是成问题的，并且也不能产生具有良好阻燃性能的多层复合材料。这种聚碳酸酯组合物通常不具有足以在纤维层的纤维和聚碳酸酯相之间实现紧密接合的浸渍性能。这种效应也被称为纤维与基质偶联不足并导致不利的性能，例如脆性提高和机械性能较差。此外，在纤维复合材料的表面上观察到升高的粉尘形成，因为纤维的（机械）磨损高于在良好的纤维-基质偶联的情况。所提到的效应还可导致较差的阻燃性能。因此，目的是提供这样的纤维复合材料，其基质材料具有良好的熔体稳定性，其在0.7mm时满足UL94-V0要求，其可以尽可能地根据在WO2012/123302A1中所述的方法制备，并且其适合作为壳体材料，任选作为多层复合材料用于电子设备壳体。为此，所述材料还应该是尽可能轻质的并且可以例如通过所提及的方法尽可能便宜地制备。令人惊讶地发现，该目的通过包含嵌入在基于芳族聚碳酸酯的组合物中的至少一层纤维材料的纤维复合材料来实现，所述组合物包含A）至少55重量%的至少一种芳族聚碳酸酯，B）5重量%至11重量%的至少一种石英和/或石英玻璃，C）4重量%至15重量%的至少一种根据式（1）的环磷腈其中R分别是相同或不同的，并且表示胺基、分别任选地卤代的C1-至C8-烷基、C1-至C8-烷氧基、分别任选地被烷基和/或卤素取代的C5-至C6-环烷基、分别任选地被烷基和/或卤素和/或羟基取代的C6-至C20-芳氧基、分别任选地被烷基和/或卤素取代的C7-至C12-芳烷基或卤素基团或OH基团，k表示1至10的整数，D）3至12重量%的至少一种通式（2）的磷化合物其中R1、R2、R3和R4彼此独立地表示分别任选地卤代的且分别支化或非支化的C1-至C8-烷基，和/或分别任选地被支化或非支化烷基和/或卤素取代的C5-至C6-环烷基、C6-至C20-芳基或C7-至C12-芳烷基，n彼此独立地是0或1，q是0至30的整数值，X是具有6至30个碳原子的单环或多环的芳族基团或具有2至30个碳原子的线性或支化的脂族基团，其分别可以是取代或未取代的、桥接或非桥接的；E）任选的其他添加剂。在此，以“重量%”给出的数据分别基于整个基于芳族聚碳酸酯的组合物。本专利技术的主题还是多层复合材料，其包含至少两个，优选至少三个相互叠置的由这种纤维复合材料制成的层，其中在三层的情况下，这些层相对于彼此定义为两个纤维复合材料外层和至少一个纤维复合材料内层。所述纤维复合材料层可以由上述组合物的相同或不同的材料组成；优选地，在所有层中的基质材料是相同的。在本专利技术中，“至少一个/一种”是指所述组合物的各个组分不是必须通过一种化合物单独形成的，而是也可以涉及通常限定的组的两种或更多种组分的混合物。基质材料组分A在本专利技术中，聚碳酸酯既是均聚碳酸酯，也是共聚碳酸酯和/或聚酯碳酸酯；所述聚碳酸酯可以是以已知方式线性的或者支化的。根据本专利技术，还可以使用聚碳酸酯的混合物。包括热塑性芳族聚酯碳酸酯的热塑性聚碳酸酯优选具有15000g/mol至40000g/mol，更优选18000g/mol至33000g/mol，特别优选22000g/mol至32000g/mol，非常特别优选23000至25000g/mol的借助凝胶渗透色谱法测定的平均分子量Mw。使用来自德国PSSPolymerStandardsServiceGmbH的已知摩尔质量分布的线性聚碳酸酯（由双酚A和光气制成）进行校准，校准根据勒沃库森CurrentaGmbH＆Co.OHG的方法2301-0257502-09D（2009年德语版）。洗脱液为二氯甲烷。由交联的苯乙烯-二乙烯基苯树脂制成的柱组合。分析柱的直径：7.5mm；长度：300mm。柱材料的颗粒尺寸：3µm至20µm。溶液的浓度：0.2重量%。流速：1.0ml/min，溶液的温度：30℃。借助反射指数（RI）检测器进行检测。在根据本专利技术使用的聚碳酸酯中，碳酸酯基团的一部分，至多80摩尔%，优选5摩尔%至50摩尔%可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包含嵌入在组合物中的至少一层纤维材料的纤维复合材料，所述组合物包含/nA）至少55重量%的至少一种芳族聚碳酸酯，/nB）5重量%至11重量%的至少一种石英和/或石英玻璃，/nC）4重量%至15重量%的至少一种根据式（1）的环磷腈/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171221 EP 17209589.51.包含嵌入在组合物中的至少一层纤维材料的纤维复合材料，所述组合物包含
A）至少55重量%的至少一种芳族聚碳酸酯，
B）5重量%至11重量%的至少一种石英和/或石英玻璃，
C）4重量%至15重量%的至少一种根据式（1）的环磷腈



其中
R分别是相同或不同的，并且表示胺基、分别任选地卤代的C1-至C8-烷基、C1-至C8-烷氧基、分别任选地被烷基和/或卤素取代的C5-至C6-环烷基、分别任选地被烷基和/或卤素和/或羟基取代的C6-至C20-芳氧基、分别任选地被烷基和/或卤素取代的C7-至C12-芳烷基或卤素基团或OH基团，
k表示1至10的整数，
D）3至12重量%的至少一种通式（2）的磷化合物



其中
R1、R2、R3和R4彼此独立地表示分别任选地卤代的且分别支化或非支化的C1-至C8-烷基，和/或分别任选地被支化或非支化烷基和/或卤素取代的C5-至C6-环烷基、C6-至C20-芳基或C7-至C12-芳烷基，
n彼此独立地是0或1，
q是0至30的整数值，
X是具有6至30个碳原子的单环或多环的芳族基团或具有2至30个碳原子的线性或支化的脂族基团，其分别可以是取代或未取代的、桥接或非桥接的。


2.根据权利要求1所述的纤维复合材料，其中所述纤维材料选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维及其混合物。


3.根据权利要求1或2所述的纤维复合材料，其中所述纤维材料是连续纤维、机织物或针织物。


4.根据前述权利要求中任一项所述的纤维复合材料，其中所述纤维材料是连续纤维且所述连续纤维是单向排列的。


5.根据前述权利要求中任一项所述的纤维复合材料，其中所述组合物包含
A）至少65重量%的至少一种芳族聚碳酸酯，
B）6重量%至11重量%的至少一种石英和/或石英玻璃，
C）4.5重量%至12重量%的至少一种根据式（1）的环磷腈，
D）4至11重量%的至少一种通式（2）的磷化合物。


6.根据前述权利要求中任一项所述的纤维复合材料，其中所述组合物由以下物质组成：
A）65重量%至82重量%的至少一种芳族聚碳酸酯，
B）8重量%至10重量%的至少一种石英和/或石英玻璃，
C）5重量%至10重量%的至少一种根据式（1）的环磷腈，
其中作为根据组分C的环磷腈至少包含苯氧基磷腈，
D）5至10重量%的至少一种通式（2）的磷化合物，
其中作为式（2）的磷化合物仅包含式（2b）的磷化合物：



其中平均q值为q=1.0至1.2，
E）0至10重量%的一种或多种不同于组分B、C和D的其他添加剂，其选自UV稳定剂，IR稳定剂，抗氧化剂，脱模剂，流动助剂，抗静电剂，抗冲改性剂，着色剂，其他填料、热稳定剂，抗滴落剂，其他阻燃剂，抗静电剂，
并且所述纤维材料包括单向取向的连续碳纤维。


7.根据权利要求6所述的纤维复合材料，其中作为式（1）的环磷腈仅包含苯氧基磷腈，并且k=1的环磷腈含量为50至98摩尔%，基于式（1）的环磷腈的总量。


8.根据前述权利要求中任一项所述的纤维复合材料，其中组分B是根据ISO13320:2009测定的D50为2.5至8.0μm的石英玻璃。


9.多层复合材料，其包含至少两层相互叠置的根据前述权利要求中任一项所述的纤维复合材料。


10.多层复合材料，其包含至少三层相互叠置的根据前述权利要求中任一项所述的纤维复合材料，这些层相对于彼此定义为两个纤维复合材料外层和至少一个纤维复合材料内层。

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【专利技术属性】
技术研发人员：HW霍伊尔，R韦尔曼，A布曼斯，J鲍尔，
申请(专利权)人：科思创德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE