包含连续纤维和生物基共聚酰胺基质的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包含连续纤维和至少一种生物基共聚酰胺基质的复合材料及其制备方法，所述复合材料包括生物基共聚酰胺材料和连续纤维，其中，所述连续纤维占所述复合材料的质量百分比为40％

【技术实现步骤摘要】
包含连续纤维和生物基共聚酰胺基质的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种生物基共聚酰胺材料、包含连续纤维和生物基共聚酰胺基质的复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相比于热固性材料，热塑性材料不需要经过交联和固化，可以多次加工成型，且成型工艺更为便捷高效，所以热塑性材料近年来一直保持稳定持续发展，尤其是纤维增强热塑性材料。纤维增强热塑性材料的基体树脂可采用聚丙烯、聚酰胺、聚酯等热塑性材料，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，其中又以玻璃纤维较为常用。
[0003]纤维增强热塑性材料主要分为短纤(2
‑
4mm)增强热塑性材料、长纤(12
‑
24mm)增强热塑性材料、纤维毡增强热塑性材料、连续纤维增强热塑性材料和热塑性复合材料芯板。其中，短纤增强热塑性材料因其强度较差，不能满足结构材料的性能要求，所以发展出了长纤增强热塑性材料；而连续纤维对热塑性材料的增强效果比短纤和长纤更好，大幅提升了机械性能和耐疲劳性能，所以近年来研究活跃。连续纤维增强热塑性材料早期主要着重于航天和军事的应用，从2003年开始逐步应用于汽车材料、运动器材、建筑等行业。随着汽车、电子电器等行业的发展，连续纤维增强热塑性材料的需求也会越来越大，因此加快连续纤维增强热塑性材料的研制和推广具有重要意义。
[0004]连续纤维增强热塑性材料可以长期保存，综合性能优异，成型适应性广，生产效率高，制品可重复加工再生利用，所以在20世纪70年代初开发出来以后研究就十分活跃。国内从20世纪80年代后期也开始了连续纤维增强热塑性材料的研究。连续纤维增强热塑性材料的制备技术主要包括：(1)溶液浸渍技术，(2)熔体涂覆技术，(3)悬浮浸渍技术，(4)共织纤维，(5)粉末浸渍技术和(6)熔融浸渍法。技术(1)
‑
(5)由于生产工艺、生产成本、生产效率等原因限制了其在工业生产中的广泛应用。熔融浸渍法是纤维束通过设计的浸渍模具，在一定的张力作用下从在熔融状态下的树脂中拉出而被浸渍。该方法成型工艺简单，无环境污染，最具工业化前景。
[0005]然而，熔融浸渍法工艺要求在熔融状态下树脂具有较低的粘度、较高的表面张力，并与纤维有较好的浸润性。但是市场上大部分热塑性材料的基体树脂粘度较高，在成型过程中流动性和渗透性差，不能很好地浸渍和分散纤维，使得连续纤维增强复合材料的纤维含量低，力学性能差，从而限制了基体树脂在连续纤维增强复合材料中的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有技术中连续纤维增强复合材料存在的纤维含量低、力学性能差的缺陷，从而提供了一种聚酰胺树脂组合物、连续纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的聚酰胺树脂组合物在熔融状态下粘度低、流动性好，对纤维的浸润性好；基于该聚酰胺树脂组合物制得的连续纤维增强聚酰胺复合材料的纤维含量高、力学性
能好，且具有可回收性。
[0007]本专利技术中，共聚酰胺相对粘度采用乌氏粘度计浓硫酸法测量：准确称量干燥后的聚酰胺样品0.5
±
0.0002g，加入50mL浓硫酸(98％)溶解，在25℃恒温水浴槽中测量并记录浓硫酸流经时间t0和聚酰胺溶液流经时间t。相对粘度ηr＝t/t0，其中：t：溶液流经时间；t0：溶剂流经时间。共聚酰胺熔点参照ASTM D3418
‑
2003测试。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]技术方案之一：一种生物基共聚酰胺材料，其由以下成分组成：
[0010](I)79.95
‑
99.95重量％的一种或多种生物基共聚酰胺，
[0011](II)0.05
‑
20.05重量％的添加剂，
[0012]成分I)和成分II)总计为100重量％，
[0013]所述生物基共聚酰胺由以下成分形成：
[0014]戊二胺(A)，二羧酸成分(B)和任选的内酰胺成分(C)，
[0015]其中，所述二羧酸成分(B)由以下成分组成：
[0016](B1)20
‑
100摩尔比例的己二酸，
[0017](B2)0
‑
80摩尔比例的对苯二甲酸，
[0018](B3)0
‑
40摩尔比例的间苯二甲酸，
[0019](B1)、(B2)和(B3)的总和为100摩尔比例；
[0020]所述内酰胺成分(C)的量为0
‑
70摩尔％，
[0021]所述成分(A)至成分(C)的总和为100摩尔％。
[0022]较佳地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂、相容剂、偶联剂中的任意一种或几种的组合。
[0023]在一些具体的实施方式中，所述生物基共聚酰胺相对粘度为2.05
‑
3.5，熔点为220
‑
330℃。
[0024]在一些具体的实施方式中，所述戊二胺和二羧酸成分的摩尔比为(1
‑
1.05)：1，例如1.05：1。
[0025]在一些具体的实施方式中，所述生物基共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：将戊二胺(A)，二羧酸成分(B)、任选的内酰胺成分(C)和水制备成聚酰胺盐溶液，将聚酰胺盐溶液转移至聚合装置加热聚合，获得生物基共聚酰胺。
[0026]在一些具体的实施方式中，所述二羧酸成分由以下成分组成：(B1)40至90摩尔比例的己二酸，(B2)10至60摩尔比例的对苯二甲酸，(B3)0摩尔比例的间苯二甲酸；且所述内酰胺成分(C)的量为0。
[0027]较佳地，所述己二酸和对苯二甲酸的摩尔比例为1：(0.1
‑
1.5)，例如可以是1：(0.35
‑
0.55)，例如1:0.45；1：0.55
‑
0.85，例如1:0.72；或者1：0.85
‑
1.2，例如1:1.05。
[0028]在一些具体的实施方式中，所述生物基共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)惰性气体氛围下，将水、戊二胺和对苯二甲酸、己二酸混合制得浓度为30
‑
75wt％的聚酰胺盐水溶液；(2)将所述聚酰胺盐水溶液转移至聚合装置(例如聚合釜)中，惰性气体氛围下加热，使反应体系内温度升至230
‑
310℃，压力升至0.7
‑
2.5MPa，保持60
‑
180分钟；然后在30
‑
120分钟内排气降压至常压，同时升高温度至260
‑
340℃；抽真空使压力降至
‑
(0.02
‑
0.08)MPa，维持30
‑
120分钟，得熔体；(3)将熔体进行拉条切粒，即得到生物基共聚酰胺PA56T。
[0029]在一些具体的实施方式中，所述生物基共聚酰胺PA56T相对粘度为2.05
‑
2.65，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基共聚酰胺材料，其由以下成分组成：(I)79.95
‑
99.95重量％的一种或多种生物基共聚酰胺，(II)0.05
‑
20.05重量％的添加剂，成分I)和成分II)总计为100重量％，所述生物基共聚酰胺由以下成分形成：戊二胺(A)，二羧酸成分(B)和任选的内酰胺成分(C)，其中，所述二羧酸成分(B)由以下成分组成：(B1)20
‑
100摩尔比例的己二酸，(B2)0
‑
80摩尔比例的对苯二甲酸，(B3)0
‑
40摩尔比例的间苯二甲酸，(B1)、(B2)和(B3)的总和为100摩尔比例；所述内酰胺成分(C)的量为0
‑
70摩尔％，所述成分(A)至成分(C)的总和为100摩尔％；较佳地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂、相容剂、偶联剂中的任意一种或几种的组合；较佳地，所述戊二胺和二羧酸成分的摩尔比为(1
‑
1.05)：1。2.根据权利要求1所述的生物基共聚酰胺材料，其特征在于，所述二羧酸成分由以下成分组成：(B1)40至90摩尔比例的己二酸，(B2)10至60摩尔比例的对苯二甲酸，(B3)0摩尔比例的间苯二甲酸；且所述内酰胺成分(C)的量为0；较佳地，所述己二酸和对苯二甲酸的摩尔比例为1：(0.1
‑
1.5)。3.根据权利要求1所述的生物基共聚酰胺材料，其特征在于，所述二羧酸成分由以下成分组成：(B1)20
‑
50摩尔比例的己二酸，(B2)30
‑
65摩尔比例的对苯二甲酸，(B3)10
‑
40摩尔比例的间苯二甲酸；且所述内酰胺成分(C)的量为0；较佳地，所述二羧酸成分由以下成分组成：(B1)25
‑
40摩尔比例的己二酸，(B2)40
‑
60摩尔比例的对苯二甲酸，(B3)15
‑
35摩尔比例的间苯二甲酸；且所述内酰胺成分(C)的量为0；较佳地，所述对苯二甲酸与间苯二甲酸的摩尔比例为(1.5
‑
5)：1，进一步优选为(2
‑
3.5)：1。4.根据权利要求1所述的生物基共聚酰胺材料，其特征在于，所述二羧酸成分由以下成分组成：(B1)100摩尔比例的己二酸，(B2)0摩尔比例的对苯二甲酸，(B3)0摩尔比例的间苯二甲酸；且所述内酰胺成分(C)的量为1
‑
70摩尔％；较佳地，所述内酰胺成分(C)包括己内酰胺或十二内酰胺；较佳地，所述戊二胺和己二酸的摩尔比为(1
‑
1.09)：1；较佳地，所述内酰胺成分(C)的量为1
‑
30摩尔％。5.根据权利要求1所述的生物基共聚酰胺材料，其特征在于，所述生物基共聚酰胺材料，其由以下成分组成：(I)85
‑
99.8重量％的一种或多种生物基共聚酰胺，进而优选为90
‑
95重量％；(II)0.2
‑
15重量％的添加剂，所述添加剂包括抗氧化剂0.2
‑
1.6重量％、润滑剂0
‑
0.8重量％、相容剂0
‑
15重量％和偶联剂0
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李园平，刘修才，
申请(专利权)人：CIBT美国公司凯赛太原生物材料有限公司山西合成生物研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：