可熔融加工的耐冲击纤维增强复合材料制造技术

本公开提供纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料包含热塑性聚酰胺树脂的基质、至少3重量％的至少一种抗冲改性剂以及7重量％至60重量％的不连续间位芳族聚酰胺纤维的纤维增强剂。该复合材料是可熔融加工的，并且是耐冲击的，根据ASTM D4812通过无缺口伊佐德测试方法测量具有至少12ft

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可熔融加工的耐冲击纤维增强复合材料


[0001]本公开涉及可熔融加工并表现出优异冲击性能的纤维增强复合材料以及由该复合材料制备的制品。

技术介绍

[0002]各种各样的复合材料已经用于制备各种各样的制品。复合材料(composite material)(通常简称为“复合材料(composite)”)是由具有显著不同的物理或化学性质的两种或更多种组成材料制成的材料，当组合时，产生具有不同于单独组分的特性的材料。单独组分在成品结构内保持分离和不同，将复合材料与混合物和固溶体区分开。由于许多原因，新材料可能是优选的。常见示例包括与传统材料相比更强、更轻或更硬的材料。
[0003]复合材料的示例包括钢筋混凝土和砖石、复合木材诸如胶合板和纤维板、增强塑料诸如玻璃纤维增强尼龙、陶瓷基质复合材料和金属基质复合材料。

技术实现思路

[0004]本公开涉及可熔融加工并表现出优异冲击性能的纤维增强复合材料以及由该复合材料制备的制品。
[0005]在一些实施方案中，复合材料包含基质，该基质包含至少一种热塑性聚酰胺树脂；至少一种抗冲改性剂，该至少一种抗冲改性剂基于该复合材料的总重量计占至少3重量％；以及基于该复合材料的总重量计7重量％至60重量％的纤维增强剂。纤维增强剂包含不连续的间位芳族聚酰胺纤维。该复合材料是可熔融加工的，并且是耐冲击的，根据ASTM D4812通过无缺口伊佐德测试方法测量具有至少12ft
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lbs/in(640J/m)的值。
[0006]还公开了制品。在一些实施方案中，该制品包含纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料包含基质，该基质包含至少一种热塑性聚酰胺树脂；至少一种抗冲改性剂，该至少一种抗冲改性剂基于所述复合材料的总重量计占至少3重量％；以及基于该复合材料的总重量计7重量％至60重量％的纤维增强剂。纤维增强剂包含不连续的间位芳族聚酰胺纤维。该复合材料是可熔融加工的，并且是耐冲击的，根据ASTM D4812通过无缺口伊佐德测试方法测量具有至少12ft
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lbs/in(640J/m)的值。在一些实施方案中，制品包括个人安全制品。其中个人安全制品包括头盔、防护面罩、面罩、安全眼镜、电动空气呼吸器或电动空气呼吸器的部件、自给式呼吸器、空气过滤器、过滤外壳、防噪声耳套、防护罩或防护罩插入件。
具体实施方式
[0007]各种各样的复合材料已经用于制备各种各样的制品。复合材料(composite material)(通常简称为“复合材料(composite)”)是由具有显著不同的物理或化学性质的两种或更多种组成材料制成的材料，当组合时，产生具有不同于单独组分的特性的材料。单独组分在成品结构内保持分离和不同，将复合材料与混合物和固溶体区分开。由于许多原因，新材料可能是优选的。常见示例包括与传统材料相比更强、更轻或更硬的材料。
[0008]许多复合材料通过形成增强材料的网格，用可固化基质材料围绕该网格并固化基质以形成复合材料来形成。示例包括钢筋混凝土，其中形成金属棒(钢筋)的网格，并且然后将混凝土浇注在网格周围并使其硬化。另一个示例是FRP(纤维增强聚合物或纤维增强塑料)，其中增强纤维的织物或纤维网(称为预成型体)被可固化树脂(诸如热固性环氧树脂)包围，并且然后可固化树脂被固化以形成复合材料。纤维增强复合材料是广泛已知的，并且已经在工业上用于各种应用超过40年。使用丝束形式或织造织物形式的连续纤维的复合材料显示出优异的机械性能，并且通常并称为连续纤维复合材料。
[0009]虽然这些类型的复合材料非常有用，但仍需要不使用连续纤维并且其中整个复合材料是可熔融加工的复合材料。此类复合材料被称为不连续纤维复合材料，并且通常使用长度小于25mm的合成纤维。不连续纤维复合材料可通过普通塑料加工技术如热固性注塑或热塑性注塑形成各种各样的形状，包括高度弯曲的形状。不连续纤维复合材料在本领域中是已知的，并广泛用于多种应用中。这些包括用合成玻璃、陶瓷、碳、石墨或芳族聚酰胺纤维增强的聚酰胺(尼龙)热塑性树脂。虽然已知不连续的玻璃增强和碳纤维增强的尼龙具有非常好的机械性能，但不连续的芳族聚酰胺增强的热塑性尼龙具有相对差的机械性能如拉伸强度和冲击强度。这与显示出优异冲击性能的连续芳族聚酰胺纤维复合材料和芳族聚酰胺织造织物形成直接对比。事实上，已知用热固性环氧树脂制成的连续芳族聚酰胺复合材料甚至具有对小口径火器的防弹性能。因为这些复合材料重量轻且耐冲击，所以它们用于各种飞机和船舶应用中，并且通常包含玻璃纤维或碳纤维以形成连续混合复合材料。另一方面，众所周知，不连续芳族聚酰胺增强的热塑性塑料具有与连续芳族聚酰胺纤维复合材料相反的性能，具有差的抗冲击性并且对缺口特别敏感。
[0010]抗冲击性通常是非常重要的工程设计要求和在工程设计期间用于材料选择的产品特征。根据最终应用，可以通过多种技术测量抗冲击性。材料制造商经常对塑料和复合材料使用的一种测试方法称为无缺口伊佐德冲击测试(根据ASTM D4812)。在该测试中，在受控条件下通过击打装置击打棒，棒的一端垂直地保持在虎钳中。记录使测试棒断裂所需的能量。该测试方法通常用于在特定环境条件下比较两种或更多种不同材料。
[0011]尽管不连续芳族聚酰胺复合材料的抗冲击性能差，但由于这些复合材料具有其它期望的性能，因此已针对这些复合材料进行了相当大的努力。本领域已知的不连续芳族聚酰胺复合材料如短芳族聚酰胺纤维增强的尼龙与它们的玻璃增强的对应物相比具有一个优点：优异的耐磨性。因此，它们在商业上用于特殊应用，诸如滑动零件、齿轮、链轮、小齿轮等。众所周知，尽管冲击性能差，但这些复合材料仍具有优异的耐磨性，其中通过无缺口伊佐德(ASTM D4812)测量的冲击强度通常为9ft
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lbs/in至10ft
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lbs/in。此类不连续芳族聚酰胺纤维复合材料可购自多种塑料混配机，包括安特普公司(RTP Company)、赛拉尼斯化工公司(Celanese Inc.)和杜邦(DuPont Inc)。长纤维芳族聚酰胺尼龙复合材料在本领域中也是已知的，并且由赛拉尼斯化工公司市售。尽管纤维长度较长(12mm)，但这些具有35重量％的芳族聚酰胺纤维的材料仍具有低冲击强度(10ft
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lbs/in.)。相比之下，具有35重量％纤维的市售长玻璃纤维复合材料具有优异的冲击强度(16ft
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lbs/in至20ft
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lbs/in)。由于它们优异的抗冲击性、刚性、强度和耐化学性的组合，玻璃增强的尼龙在过去45年内已经是最广泛使用的工程材料之一。
[0012]本文提供了一类新的不连续芳族聚酰胺纤维复合材料，其具有多种期望的和意想
不到的性能，包括优异的冲击性能和热熔融可加工性。这些复合材料具有可超过33ft
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lbs/in.的无缺口伊佐德冲击值，使得它们特别可用作各种工业、医疗和安全应用的工程热塑性材料。由于优异的冲击性能，本公开的复合材料特别可用于替本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，所述复合材料包含：基质，所述基质包含至少一种热塑性聚酰胺树脂；至少一种抗冲改性剂，所述至少一种抗冲改性剂基于所述复合材料的总重量计占至少3重量％；以及基于所述复合材料的总重量计7重量％至60重量％的纤维增强剂，其中所述纤维增强剂包含不连续的间位芳族聚酰胺纤维；并且其中所述复合材料是可熔融加工的，并且是耐冲击的，根据ASTM D4812通过无缺口伊佐德测试方法测量具有至少12ft
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lbs/in(640J/m)的值。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述基质包含脂族聚酰胺或半芳族聚酰胺。3.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述纤维增强剂包含长度为1毫米至50毫米的间位芳族聚酰胺纤维。4.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述纤维增强剂包含长度小于1毫米的间位芳族聚酰胺纤维。5.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述纤维增强剂包含聚(间苯二甲酰间苯二胺)或聚(间苯二甲酰间苯二胺)的共聚物。6.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述纤维增强剂还包含至少一种其它类纤维，所述其它类纤维选自碳纤维、硼纤维、e
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玻璃纤维、s
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玻璃纤维、a
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玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维、石墨纤维以及它们的组合。7.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料还包含至少一种添加剂，其中所述添加剂包括阻燃剂或界面改性剂，所述界面改性剂选自马来酸化的聚烯烃、长链醇、环氧聚合物或树脂、锆酸盐、钛酸盐、有机硅氧烷剂以及它们的组合。8.根据权利要求7所述的复合材料，其中所述复合材料包含阻燃添加剂，其中所述阻燃添加剂含有磷。9.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述间位芳族聚酰胺纤维增强剂是以基于所述复合组合物的总重量计10重量％至50重量％的负载量存在的。10.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述热塑性聚酰胺包括尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：特里，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：