具有改善的韧性的结构复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种结构复合材料，所述结构复合材料使用嵌段共聚物增韧剂来增加结构复合材料的耐断裂性（韧性）。结构复合材料包括（ｉ）碳纤维增强材料和（ｉｉ）可热固化的树脂组合物，其中所述可热固化的树脂组合物包含（ａ）可热固化的树脂和（ｂ）至少一种嵌段共聚物增韧剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的韧性的结构复合材料
技术介绍
专利
本专利技术涉及一种具有改善的韧性的结构复合材料。更具体地，本专利技术涉及一种使用嵌段共聚物增韧剂来提高结构复合材料的断裂韧性的结构复合材料。专利技术背景和相关技术的描述结构复合材料已知可用于很多应用如电子、航空航天、运输和户外运动设备应用。 可热固化的树脂如环氧树脂通常被用作结构复合材料中的聚合物基体。环氧树脂通常与增 强材料如玻璃纤维一起使用以形成结构复合材料。环氧树脂和增强材料的组合可以使用硬 化剂或固化剂固化。固化的或热固化的环氧树脂已知具有良好的热、机械和化学性质，但是 他们缺乏韧性并且通过固化趋于变脆性。此外，环氧树脂和一些其它可热固化的树脂通常已知是非常难于变韧的，并且一 些可能是太脆而不能有效地变韧。在过去，提高脆的可热固化的树脂的断裂韧性的尝试通 常是以改变所得热固性树脂的模量和热性质(例如，玻璃化转变温度；Tg)为代价来实现 的，从而对于热固性树脂的适用性产生了不可接受的限制。例如，高分子量粘性橡胶如羧基 封端的丁二烯-丙烯腈(CTBN)橡胶或核壳橡胶已经被用作增韧剂来改善环氧树脂的韧性， 然而，韧性的改善通常导致更高的增韧剂装载量，更高的粘度和/或环氧树脂的玻璃化转 变温度(Tg)下降。因此，在工业上需要发展这样的一种可热固化的树脂组合物用于制备具有改善 的延展性(即，断裂韧性)的结构复合材料，同时保持了其它关键的加工性质(例如，粘度) 和行为性质(例如，玻璃化转变温度和模量)。专利技术概述本专利技术提供了一种显示断裂韧性被改善的同时还保持了其它关键的加工性质 (例如，粘度)以及性能(例如，模量和玻璃化转变温度)的结构复合材料。本专利技术的一个方面是涉及一种结构复合材料，该结构复合材料包含(i)增强材料 如碳纤维和(ii)可热固化的树脂组合物，其中所述可热固化的树脂组合物包含(a)可热固 化的树脂，和(b)至少一种嵌段共聚物增韧剂。本专利技术的另一方面涉及一种制备所述结构复合材料的方法，所述方法包括(1) 部分地固化可热固化的树脂组合物以形成先行(advanced)可热固化的树脂；(2)用所述先 行可热固化的树脂浸渍碳增强材料以形成预浸渍体；和(3)完全固化所述预浸渍体以形成 结构复合材料。附图简述附图说明图1是显示本专利技术的环氧树脂的固化曲线的图例。图2是显示不使用本专利技术的嵌段共聚物增韧剂的碳纤维增强复合材料Fl (对照) 的动态力学分析(DMA)结果的图例。图2所示的对于碳纤维Fl样品(对照)的DMA结果 (3次扫描)表明Tg为约193°C和在40°C的剪切模量为约55000MPa。图3是显示使用了本专利技术的嵌段共聚物增韧剂的碳纤维增强复合材料F2(增韧)的动态力学分析(DMA)结果的图例。图3所示的对于碳纤维F2样品(增韧)的DMA结果 (3次扫描)表明Tg为约195°C和在40°C的剪切模量为约55000MPa。图4是显示没有使用嵌段共聚物增韧剂的碳纤维增强复合材料Fl (对照)的I型 应变能释放率(GJ结果的图例；以及使用了本专利技术的嵌段共聚物增韧剂的碳纤维增强复 合材料F2 (增韧)的I型应变能释放率(GJ结果的图例；在图4中所示的I型应变能释放 率是使用改进梁理论(Modified Beam Theory)计算的。专利技术的详细说明如上所述，本专利技术提供一种结构复合材料，所述结构复合材料包含(i)增强材料 如碳纤维，和(ii)可热固化的树脂组合物，其中所述可热固化的树脂组合物包含(a)可热 固化的树脂，和(b)至少一种嵌段共聚物增韧剂。适用于形成本专利技术的结构复合材料的增强材料的实例包括下面各项中的一项或 多项纤维如碳；石墨；硼，石英；氧化铝；芳族聚酰胺；玻璃如E玻璃、S玻璃、S-2玻璃或C 玻璃；以及碳化硅或含有钛的碳化硅纤维；以及它们的混合物。可商购的纤维可以包括有 机纤维，如来自DuPont的KEVLAR ；含氧化铝的纤维，如来自3M的NEXTEL ；碳化硅纤维， 如来自Nippon Carbon的NICAL0N ；以及含有钛的碳化硅纤维，如来自Ube的TYRRAN0 ； 或玻璃与碳纤维(混合物)的组合；以及它们的混合物。可用于本专利技术中的增强材料的更优选实例可以是碳纤维或与其它材料如玻璃组 合的含碳纤维。碳纤维通常以很多的不同形式供给，如例如以连续的丝束、短纤维和席的形 式供给。纤维可以使单方向的或多方向的。连续丝碳的丝束(tow)通常含有约1，000至约 75，000的单丝，这些单丝可以机织或针织成编织粗纱和与玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维一起 机织或针织成混合织物。可用于本专利技术的结构复合材料的碳纤维增强材料可以是例如机织 织物、布、网状物、纤维网(web)或纤维的形式；或是单方向取向的平行丝的斜交帘布正交 层压体(cross-ply laminate)形式。可用于本专利技术的纤维量通常为约10%至约90%的纤维体积分数；优选为约50% 至约75%的纤维体积分数；以及更优选为约60%至约70%的纤维体积分数。如在本文中使用的术语“可热固化的”是指组合物能够经历赋予组合物固化或热 固化状态或状况的调节。术语“热固性(thermoset) ”由 L. R. Whittington 在 WhittinRton' s Dictionary of Plastics (1968),第239页中定义如下“作为成品处于它们的最终状态的树脂或塑性 化合物是基本上不熔和不溶的。热固性(thermosetting)树脂通常在它们的制备或加工的 某些阶段为液体，其通过热、催化或一些其它化学方式固化。在完全固化之后，热固性材料 (thermosets)不可能通过加热再软化。一些通常是热塑性的塑料可以通过与其它材料的交 联成为热固性的。” 本专利技术的可热固化的树脂组合物包含(a)可热固化的树脂，和(b)嵌段共聚物增 韧剂。可热固化的树脂组合物还可以任选包含下列组分中的一种或多种(c)固化剂、(d) 催化剂，和(e)其它添加剂。适合用于本专利技术的可热固化的树脂的实例可以包括环氧树脂；二环戊二烯苯酚酚 醛清漆树脂；基于对氨基苯酚和间-氨基苯酚的三官能树脂；基于二苯氨基甲烷(MDA)的 三-和四-官能树脂；乙烯基树脂；氰酸酯；聚酯；以及它们的任意混合物。环氧树脂可以是每个分子中拥有多于一个连位(vicinyl)环氧基的任何聚环氧 化合物，即每一个分子中多于1个的1，2-环氧基的任何聚环氧化合物。 可用于本专利技术中的环氧树脂的实例可以包括多元酚和多元醇的缩水甘油基聚醚。 作为本专利技术的示例，可以在本专利技术中使用的环氧树脂的实例包括下列各项的二环氧甘油 醚间苯二酚、儿茶酚、对苯二酚、双酚、双酚A、双酚AP (1，1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙 烷)、双酚F、双酚K、四溴双酚A、苯酚-甲醛酚醛清漆树脂、烷基取代的苯酚-甲醛树脂、苯 酚-羟基苯甲醛树脂、甲酚-羟基苯甲醛树脂、二环戊二烯_苯酚树脂、二环戊二烯_取代 苯酚树脂、四甲基联苯酚、四甲基_四溴联苯酚、四甲基三溴联苯酚、四氯双酚A，和它们的 混合物。环氧树脂的更优选的实例可以包括双酚A和双酚F的二环氧甘油醚；脂环族环氧 树脂；环氧酚醛清漆树脂；环氧甲酚酚醛清漆树脂，如异氰酸酯改性的环氧树脂；以及其它 的多官能环氧树脂。可用在本专利技术中的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构复合材料，所述结构复合材料包含（ｉ）增强纤维如碳纤维；和（ｉｉ）可热固化的树脂组合物，其中所述可热固化的树脂组合物包含（ａ）可热固化的树脂和（ｂ）至少一种嵌段共聚物增韧剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱耶·图拉基亚，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US