强化界面相及其接合结构物制造技术

本发明专利技术公开的实施方式包括：一种至少包含被粘体和粘接性组合物的结构物，其中所述粘接性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和界面材料，其中所述被粘体适用于在所述粘接性组合物固化时将所述界面材料集中于所述被粘体和所述粘接性组合物之间的界面区域；一种通过固化粘接性组合物和强化纤维制造复合物产品的方法；及一种制造粘接性接合接头的方法，所述方法包括将粘接性组合物应用至两种或多种不同的被粘体之一的表面，并固化粘接性组合物以在被粘体之间形成粘接性接合。得到的界面区域，即，强化的界面相，通过一层或更多层界面材料强化，使得观察到结合强度和断裂韧性的大幅改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开的实施方式包括：一种至少包含被粘体和粘接性组合物的结构物，其中所述粘接性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和界面材料，其中所述被粘体适用于在所述粘接性组合物固化时将所述界面材料集中于所述被粘体和所述粘接性组合物之间的界面区域；一种通过固化粘接性组合物和强化纤维制造复合物产品的方法；及一种制造粘接性接合接头的方法，所述方法包括将粘接性组合物应用至两种或多种不同的被粘体之一的表面，并固化粘接性组合物以在被粘体之间形成粘接性接合。得到的界面区域，即，强化的界面相，通过一层或更多层界面材料强化，使得观察到结合强度和断裂韧性的大幅改善。【专利说明】强化界面相及其接合结构物
本申请提供了创新的接合(bonded)结构物,其可应用于粘着性接合接头(bondedioints)和纤维强化聚合物复合物。接合结构物包含被粘体和粘接性组合物，所述粘接性组合物至少包含热固性树脂、固化剂、迁移剂(migrating agent)和界面材料。粘接性组合物固化时，界面材料集中于被粘体和粘接性组合物之间的界面区域，使得接合结构物的抗拉强度和断裂韧性两者均大为改善。专利技术背景被粘体是固体物，无论其为何种大小、形状和有孔性。当将两个固体物接合到一起时，选择在固化时能与被粘体的表面发生化学相互作用的良好粘接剂(起初为液体，随固化而固体化)是所期望的。此外，所述接合在经历环境和/或不利状况时必须要耐久。将(固化的)粘接剂和被粘体分开所需的界面面积单位的接合强度或力是粘接性的量度。当较之粘接剂和被粘体之间的粘接破坏而言主要观察到粘接剂或被粘体或二者的内聚破坏(cohesive failure)时,获得最大粘接性。为达到上述要求，在粘接剂和被粘体之间的界面不能有空隙，S卩，在固化时在它们之间应存在充分的分子水平的接触。通常，该界面被认为是体积区域或“界面相(interphase) ”。界面相可从被粘体的表面延伸数纳米或多达数十微米,这取决于被粘体表面的化学组成，以及被粘体表面上的团块粘接剂(bulk adhesive)的官能团、和来自固化期间迁移至界面的其他化学成分的官能团之间的化学相互作用。因此界面相具有非常独特的组成，并且其性质与粘接剂和被粘体的性质大为不同。由于粘接剂和被粘体之间的弹性模量不一致，高应力集中(high stressconcentrations)典型地存在于界面相中。被粘体诱导的粘接剂的化学脆变和热膨胀系数不同导致的局部残余应力可辅助这些应力集中的破坏性作用(导致界面破坏)。因为这些原因，界面相成为最高应力区域，其易于开裂，并且之后当应用负荷时导致突发性破坏。因此，通过在粘接剂和被粘体之间定制具有中等模量的材料、或塑性材料来降低这些应力集中是有意义的。前者涉及降低任意两种相邻组分的模量比例，有时被称为梯度模量界面相。后者中，向界面区域中构建局部变形能力，使得应力集中被至少部分抑制。在任何情况下，界面材料必须要在固化时与被粘体和粘接剂两者发生化学相互作用，即，作为粘接促进剂发挥作用。其中使用结构粘接剂以接合强化被粘体的最重要的应用之一是纤维强化聚合物复合物。该情况中的粘接促进剂材料通常被称为上衆材料(sizing material)或简单称为上浆或浆(“sizing”或“size”)。在其他场合，其可被称为表面处理。对粘接促进剂的选择典型地取决于是否需要良好、中等或重组粘接性的应用。对于玻璃纤维复合物而言，因为纤维的表面具有很多活性结合位点，最广泛使用硅烷偶联剂，其可容易地应用至表面。硅烷被特别选择，使得它们的有机官能团能与聚合物基质发生化学相互反应，由此改善粘接性。对于其他纤维表面例如碳质材料(例如碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管或CNT、CNT纤维)、其他无机纤维和有机纤维(例如Kevlar?、Spectra?)而言，可能需要通过等离子、电晕放电或湿式电化学处理等方法对表面加以氧化，以增加氧官能团密度，由此，作为与聚合物相容和/或反应性的上浆材料的硅烷或简单上浆组合物可被锚定于溶剂辅助的涂布工序中。此类上衆组合物和工序的例子被描述于US5298576 (Sumida等人,Toray Industries, Inc.,1994)和 US5589055 (Kobayashi 等人，Toray Industries, Inc.，1996)中。传统的粘接促进剂材料可被定制，以急剧促进粘接，或有效提供使得应用的应力可从聚合物基质转移至纤维的路径。但是，它们最终无法解决由于得到的界面相强度/韧性不充分或难于产生厚界面相而导致的团块基质不连续的问题。前者依赖于创新的上浆组合物，后者受到之后纤维/基质制作工序中纤维涂布工序或纤维操作目的中任意一个或两者的限制。传统上,不足的粘接性可能使得裂缝能(crack energy)沿着纤维/基质界面被耗尽，但是沿着界面相从粘接剂向纤维的应力转递能力大为消耗。另一方面，强粘接性通常导致界面基质脆变的增加，这使得裂缝在这些区域启动、并扩张进富含树脂的区域。此外，纤维破裂末端的裂缝能可能不沿着纤维/基质界面减轻，并且因此，通过实质上破坏邻近的纤维而转移进邻近的纤维。为解决该问题，一种可能的方法是对粘接剂增韧以大幅增加复合物的断裂韧性，这可能有助于在断裂经过富含树脂的区域扩张时钝化裂缝的尖端。但是，该方法不能解决界面基质脆化的问题，因此张力或张力相关的性质典型地保持为不变或降低。另一方法是通过非传统的上浆制剂直接强化界面相。然而，该强化的界面相需要强且韧的界面材料，其在固化后与树脂形成厚界面相，使得在该界面相可发生应力减轻和应力转移两者，最大化断裂韧性和张力/张力相关的性质、同时最小化其他性质的损失。然而，应对该挑战通常带来很多问题。用于增加纤维复合物的断裂韧性，特别是I型层间断裂韧性Grc的一种传统方法是用亚微米大小的或更小的软质聚合物增韧剂来使基质增韧。复合物固化时，固化剂在空间上最可能被发现于纤维床/基质区域中，该区域被称为“层内”，其与被称为“层间”的两层之间的富含树脂的区域相对。增韧剂的均匀分布通常被预期能最大化GK。此类树脂组合物的例子包括:US6063839 (Oosedo 等人，Toraylndustries, Inc.,2000)、具有橡胶软核 / 硬壳颗粒的 EP2256163A1 (Kamae 等人，Toray Industries, Inc.,2009)、用于反应性聚合物颗粒的US6878776B1 (Pascault等人，Cray Valley S.A.，2005)、用于嵌段聚合物的US6894113B2(Court el al.，Atofina, 2005)和用于反应性硬核/软壳颗粒的US20100280151A1 (Nguyen 等人，Toray Industries Inc.,2010)。对这些情况而言，因为软质材料按重量或体积计被大量掺入树脂中，Grc大幅升高，并且有可能有效消耗来自纤维破裂末端的裂缝能。然而，除US20100280151A1中的情况之外，因为树脂的模量被大幅降低，可理论推断基质向纤维的应力转移能力的大幅降低。因此，张力和张力相关的性质尽量保持不变或至少降低至显著的程度。此外，由树脂模量的大幅降低反映出的复合物的压缩性质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·N·恩古延，吉冈健一，A·P·哈罗，荒井信之，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：
国别省市：