聚酰胺和由其制成的模制部件制造技术

本发明专利技术涉及一种聚酰胺聚合物；涉及一种聚合物组合物，其包含聚酰胺聚合物和纤维增强剂或填充剂，或其组合；涉及由聚合物组合物制成的模制部件；涉及机动车辆，其包括由所述模制部件制成的载荷结构部件。在本文中，聚酰胺聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为至少145℃，并且在等于Tg+15℃的温度(Tmod)下测得的动态模量(E')在100MPa‑700MPa的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚酰胺和由其制成的模制部件本专利技术涉及聚酰胺聚合物、包含该聚酰胺聚合物和增强剂的聚合物组合物以及由其制成的模制部件。本专利技术涉及聚合物组合物，其可用于机械上高载荷的塑料部件，例如用于航空、机动车辆、建筑应用，例如发动机悬架、杆和框架，以及发动机罩和发动机部件的壳体。为了减轻重量，用塑料部件代替金属部件已经在许多车辆子系统和组件中使用。但是，塑料组件适用于非载荷或中等载荷的应用，并且仅在特殊情况下适用于中等载荷的应用。大约35年前开发了基于碳纤维结构、热固性树脂浸渍的连续纤维增强塑料(CFRP)。这些主要用于航空应用，但很少用于机动车辆应用。在动态载荷条件下的疲劳性能不足构成了严重的缺陷。钢和铝结构仍然是高载荷结构元件(尤其是机动车辆应用)的首选材料。通过增加结构部件的尺寸来补偿塑料材料在载荷特性方面的缺点并不能达到所需的重量减轻。此外，应用于机动车辆发动机悬架的具有多轴应力情况的载荷部件必须在严苛的动态和环境条件下运行，在这种条件下，载荷部件会承受波动的负荷、波动的温度以及化学暴露。增加纤维增强的聚合物组合物中的纤维含量从而提高刚度并因此更紧密地满足金属的机械性能并不能带来所需的解决方案。更换金属的关键领域是机动车辆的发动机悬架和发动机子系统。由于高载荷而应用金属部件的其他应用是例如发动机部件的外壳和罩。这些部件不仅需要高载荷能力和高阻尼，而且在外壳的情况下，通常还需要通过高表面质量和高爆破压力获得良好的密封性能。塑料组件应具有高刚性和高强度，同时在长期载荷条件下表现出低蠕变，并能够承受较大的弯曲力，并且在动态载荷条件下具有良好的疲劳性能。考虑到需要进一步减轻重量，出于增加能源价格、减少能源消耗和减少环境污染的原因，人们致力于进一步改善塑料材料和结构部件的设计。因此，本专利技术的第一目的是提供一种具有改善性能的聚合物组合物，以及用于其中的聚合物，所述聚合物组合物用于机械上高载荷的塑料部件中。进一步的目的是提供具有机械高载荷性能的塑料部件，其可以代替金属部件。利用根据本专利技术的聚酰胺聚合物和聚合物组合物以及由其制成的载荷结构部件已经实现了该目的。根据本专利技术的聚酰胺聚合物具有至少145℃的玻璃化转变温度(Tg)，和在等于Tg+15℃的温度(Tmod)下测得的在100MPa-700MPa范围内的动态模量(E′)，其中Tg和E'均通过动态机械热分析(DMTA)测量。根据本专利技术的聚合物组合物包含：-聚酰胺聚合物，和-纤维增强剂，-以及可选的其他组分，其中，聚酰胺聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为至少145℃，在等于Tg+15℃的温度(Tmod)下测得的动态模量(E')在100MPa-700MPa的范围内，其中Tg和E'均通过动态机械热分析(DMTA)测量。在此，Tg和E’均根据ASTM-D5026-15的方法通过DMTA测量。与包含较低Tg的聚酰胺的组合物，或包含在Tmod处具有较高E'和较高Tg的聚酰胺的组合物，或包含在Tmod处具有较低E'和高Tg的无定形聚酰胺的组合物相比，即使这些组合物包含较高量的玻璃纤维或用抗冲改性剂增韧的情况下，根据本专利技术的聚酰胺聚合物的效果是，由包含聚酰胺聚合物的组合物制成的结构部件在暴露于波动温度的同时在动态多轴载荷下表现出更好的性能。上述这些组合物要么在低温下强度下降，要么在施加温度下变形太大。此外，根据本专利技术的组合物显示出高的双切口拉伸强度和高的多轴弯曲性能。在根据本专利技术的组合物中高于Tg的聚酰胺的性能对在环境条件下的机械性能具有这样的积极影响的意义上，这些结果是非常令人惊讶的。合适地，根据本专利技术的并且在载荷部件的组合物中使用的聚酰胺聚合物在Tmod处的E'在150MPa-700MPa的范围内，优选在200MPa-650MPa的范围内，并且更优选在300MPa-600MPa的范围内。较低的动态模量上限的优点是改善了双缺口拉伸强度，而较高的动态模量下限则有利于限制压力下的变形。聚酰胺聚合物的玻璃化转变温度(Tg)优选为至少150℃，优选至少155℃，并且合适地在155℃至175℃或更高的范围内。较高的Tg是有利的，因为它允许具有较高的峰值温度或较高的连续使用温度的应用。在本专利技术的优选实施方式中，聚酰胺聚合物至少包含半结晶聚酰胺。在本文中，聚酰胺聚合物合适地由单一的半结晶聚酰胺、或至少两种可混溶的半结晶聚酰胺的共混物、或由至少一种半结晶聚酰胺与至少一种无定形聚酰胺的可混溶共混物组成。半结晶聚酰胺可以是半结晶半芳族聚酰胺或半结晶脂族聚酰胺。在本文中，半结晶聚酰胺合适地是由衍生自包含脂环族单体的脂族单体的重复单元组成的脂族聚酰胺，或包含衍生自芳族单体和脂族单体的重复单元的半芳族聚酰胺。优选地，聚酰胺聚合物由半结晶聚合物组成。最优选地，半结晶聚酰胺是半结晶半芳族聚酰胺。如果聚酰胺聚合物由两种或更多种聚酰胺的可混溶共混物组成，则DMTA测量将显示一个玻璃化转变温度。在本文中半结晶聚合物被理解为具有以玻璃化转变为特征的无定形相和以熔点为特征的结晶相的聚合物。合适的是，聚酰胺聚合物包括半结晶半芳族聚酰胺，其熔融温度(Tm)为至少280℃，优选Tm在300℃至350℃的范围内。在本文中，熔融温度(Tm)是根据ISO-11357-1/3，2011通过DSC方法在N2气氛中以20℃/min的加热和冷却速率在预干燥的样品上测量的。在本文中，Tm是根据第二加热循环中的最高熔融峰的峰值算出的。根据本专利技术的聚酰胺聚合物包含衍生自二胺和二羧酸的重复单元，以及任选地包含衍生自其他单体的重复单元。相对于二胺、二羧酸和其他单体的总摩尔量，这样的其他重复单元或其他单体的量应保持限制为小于5摩尔％，优选小于3摩尔％。换句话说，聚酰胺聚合物由如下重复单元组成，其中所述重复单元的至少95摩尔％、优选至少97摩尔％衍生自二胺和二羧酸。最优选地，相对于二胺、二羧酸和不同于二胺和二羧酸的其他单体的总摩尔量，聚酰胺聚合物包含98-100摩尔％的衍生自二胺和二羧酸的重复单元，和0-2摩尔％的衍生自其他单体的重复单元。相对于二胺和二羧酸的摩尔量，衍生出所述重复单元的二胺和二羧酸合适地包含至少40摩尔％，优选至少50摩尔％，更优选至少60摩尔％的环状单体。环状单体合适地包括芳族单体或脂环族单体，或芳族单体与脂环族单体的组合。合适的芳族单体是芳族二羧酸、芳族二胺和芳基烷基二胺。合适的脂环族单体是脂环族二胺和脂环族二羧酸。环状单体可包括芳族二羧酸、芳族二胺、芳基烷基二胺、脂环族二胺和脂环族二羧酸中的一种，或两种或更多种的任何组合。优选地，环状单体包括芳族二羧酸和脂环族二胺的组合。二胺和二羧酸可以包含除环状单体之外的其他双官能单体。这些其他双官能单体合适地包含直链脂族二胺、直链脂族二羧酸、支链脂族二胺或支链脂族二羧酸，或其任何组合。聚酰胺聚合物优选包括半结晶聚酰胺，其可以是半结晶脂族聚酰胺或半结晶半芳族聚酰胺，优选为半结晶半芳族聚酰胺。半结晶脂族聚酰胺中的脂环族单体可以包括脂环族二羧酸或脂环族二胺，或其组合。在本文中，脂环族单体适合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚酰胺聚合物，其玻璃化转变温度(Tg)为至少145℃，并且在等于Tg+15℃的温度(Tmod)下测得的动态模量(E')在100MPa-700MPa的范围内，其中Tg和E'均根据ASTM-D5026-15的方法通过动态机械热分析(DMTA)测量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180323 EP 18163755.4;20180420 EP 18168594.21.聚酰胺聚合物，其玻璃化转变温度(Tg)为至少145℃，并且在等于Tg+15℃的温度(Tmod)下测得的动态模量(E')在100MPa-700MPa的范围内，其中Tg和E'均根据ASTM-D5026-15的方法通过动态机械热分析(DMTA)测量。


2.根据权利要求1所述的聚酰胺聚合物，其中在Tmod处的E'在200MPa-650MPa的范围内，优选在300MPa-600MPa的范围内，和/或其中所述聚酰胺聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为至少150℃，优选在155℃-175℃范围内。


3.根据权利要求1或2所述的聚酰胺聚合物，其中所述聚酰胺聚合物包括熔融温度(Tm)为至少280℃，优选在300℃至350℃范围内的半结晶半芳族聚酰胺。


4.根据权利要求1-3中任一项羧酸的聚酰胺聚合物，其由如下重复单元组成，其中所述重复单元的至少95摩尔％衍生自二胺和二羧酸，其中相对于二胺和二羧酸的摩尔量，至少40摩尔％、优选至少50摩尔％、更优选地至少60摩尔％的所述重复单元衍生自环状单体。


5.根据权利要求4所述的聚酰胺聚合物，其中所述环状单体包括芳族单体或脂环族单体，或芳族单体与脂环族单体的组合，优选芳族二羧酸与脂环族二胺的组合。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的聚酰胺聚合物，其中所述聚酰胺聚合物是共聚酰胺或至少两种聚酰胺的共混物，其总单体组成由符号XT/XI或XT/XI/YT/YI、XT/XI/RT/RI或XT/XI/YT/YI/RT/RI之一表示，其中
-X表示直链脂族C4-C5二胺；
-Y表示具有至少6个碳原子的直链脂族二胺；
-R表示支链二胺(B)或环状二胺(C)或其组合；
-I表示间苯二甲酸；和
-T表示对苯二甲酸；
并且其中所述聚酰胺包含
ο相对于(X)+(Y)+(R)的总摩尔量，15–100摩尔％的X，0-80摩尔％的(Y)和0-10摩尔％的(R)，以及
ο相对于(I)+(T)的总摩尔量，20-45摩尔％的(I)和55–80摩尔％(T)。


7.根据权利要求1-5中任一项所述的聚酰胺聚合物，其中所述聚酰胺聚合物是共聚酰胺或至少两种聚酰胺的共混物，其总单体组成由符号ZT/BT或ZT/BT/ZI/BI、或ZT/BT/CT或ZT/BT/CT/ZI/BI/CI表示，其中
-X表示线性脂族C4-C5二胺，
-Y表示具有至少6个碳原子的直链脂族二胺，
-Z表示具有至少4个碳原子的直链脂族二胺，其中(Z)为(X)和(Y)中的至少一个，
-I表示间苯二甲酸；
-T表示对苯二甲酸；
-B表示支链二胺；和
-C表示环状二胺；
并且其中所述聚酰胺包含
a.相对于(I)+(T)的总摩尔量，0-30摩尔％的(I)和70-100摩尔％的(T)，以及要么
b.相对于(X)+(Y)+(B)+(C)的总摩尔量，25-90摩尔％的(X)，0-60摩尔％(Y)，10-50摩尔％的(B)和0-5摩尔％的(C)，要么
c.相对于(X)+(Y)+(B)+(C)的总摩尔量，15-80摩尔％的(X)，0-65摩尔％的(Y)，20-50摩尔％的(B)和0-5摩尔％的(C)，要么
d.相对于(X)+(Y)+(B)+(C)的总摩尔量，0-20摩尔％的(X)，25-70摩尔％的(Y)，25-50摩尔％的(B)和0-5摩尔％的(C)。


8.根据权利要求1-5中任一项所述的聚酰胺聚合物，其中所述聚酰胺聚合物是共聚酰胺或至少两种聚酰胺的共混物，其总单体组成由符号ZT/CT、ZT/CT/ZI/CI、ZT/CT/BT和ZT/CT/BT/ZI/CI/BI之一表示，其中
-X...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·克拉斯·范迪克，马丁·沃尔夫，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL