[发明专利]耐热半芳族聚酰胺复合结构及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及复合结构领域和制备复合结构的方法。具体地讲，本发明涉及耐热半芳族聚酰胺复合结构领域。

发明背景

为了替换金属部件以减轻重量和降低成本并同时保持相当的或优异的机械性能，人们开发了基于复合材料的结构，所述复合材料具有包含纤维材料的聚合物基质。随着对此领域关注度的日益增长，已设计了纤维增强的塑性复合结构，原因在于其具有由纤维材料与聚合物基质的组合而产生的优异物理特性，并且这些纤维增强的塑性复合结构已用于多种最终应用中。已开发了多种制造技术来改善聚合物基质对纤维材料的浸渍，从而优化复合结构的特性。

在要求很高的应用中，例如机动车和航空航天应用中的结构部件，由于复合材料具有重量轻、强度高和耐温性的独特组合，因此是为人们所期望的。

可使用热固性树脂或热塑性树脂作为聚合物基质来获得高性能复合结构。基于热塑性的复合结构相对于基于热固性的复合结构表现出若干优点，例如以下事实：它们可通过施加热量和压力被后成型或再加工；由于不需要固化步骤而减少了制造复合结构所需的时间；并且增加了回收利用的可能性。实际上，在热塑性塑料的加工过程中，不需要热固性树脂耗时的化学交联(固化)反应。

在热塑性树脂中，聚酰胺树脂尤其适合制造复合结构。因为热塑性聚酰胺组合物具有良好的机械特性、耐热性、抗冲击性和耐化学品性，并且人们可方便灵活地将其模塑成多种不同复杂度与精细度的制品，因此期望将热塑性聚酰胺组合物用于各种不同的应用中，包括汽车所用的部件、电子/电气部件、家用电器和家具。

US 4,255,219公开了用于形成复合材料的热塑性片材料。所公开的热塑性片材料由聚酰胺6和二元羧酸或酸酐或它们的酯制成，并且通过将该片材料与至少一个长玻璃纤维的强化垫层化并在压力下加热来形成复合材料。然而，由聚酰胺6制成的复合材料可能在典型的最终应用温度范围内例如在-40℃至+120℃下表现出机械特性的丧失。

为了改善复合结构的制造并使纤维材料的浸渍更容易、更快并且均匀，已经开发了若干个方法以降低聚合物基质的熔融粘度。通过使熔融粘度尽可能的低，聚合物组合物流动更快，并因此更易于加工，并使得纤维材料的浸渍更快更好。通过降低聚合物基质的熔融粘度可缩短达到期望浸渍程度所需的有限浸渍时间，从而提高总体制造速度并因此导致所述结构的制造产量提高以及与较短循环时间相关联的能耗降低，这对环境保护也是有益的。

FR 2,158,422公开了由低分子量聚酰胺基质和强化纤维制成的复合结构。由于聚酰胺的低分子量，所述聚酰胺具有低粘度。聚酰胺基质的低粘度使得强化纤维有效的浸渍。然而，低分子量聚酰胺的使用可与复合结构的不良机械特性相关。

US 7,323,241公开了由强化纤维和具有星形结构的支化聚酰胺树脂制成的复合结构。所公开的具有星形结构的聚酰胺据说在熔融状态下表现出高流动性，因此可能很好地浸渍强化纤维以便形成具有良好机械特性的复合结构。

使用高度可流动的聚酰胺组合物以改善或加速纤维材料浸渍的现有技术导致复合结构在高要求的应用中(例如在机动车领域)并不理想。实际上，目前在机动车领域对抗高温结构具有普遍的需求。需要此类抗高温结构在暴露于高于120℃或甚至高于200℃的温度时保持它们的机械特性，例如常常接触汽车发动机舱区域的那些结构，或需要它们在长期暴露于中等温度如90℃时保持它们的机械特性。当塑料部件暴露于此类时间和温度的组合时，由于聚合物的热氧化，机械特性趋于降低是常见现象。这种现象称为热老化。

遗憾的是，现有的技术不能将根据聚合物对纤维材料的浸渍速率的容易和高效的可加工性、良好的抗热性和长期暴露于高温时机械特性的良好保持性组合起来。

需要包含纤维材料的复合结构，所述纤维材料能用具有良好熔体流变性的基质树脂组合物容易地、快速地和有效地浸渍，该复合结构对长期高温暴露表现出良好的抗性。

发明概述

已发现，上文提到的问题能够通过一种复合结构来克服，所述复合结构具有一个表面，该表面的至少一部分由表面树脂组合物制成，并且该表面包含选自非织造结构、纺织品、纤维棉絮以及它们的组合的纤维材料，所述纤维材料用基质树脂组合物浸渍，其中所述表面树脂组合物和所述基质树脂组合物为聚酰胺组合物，其包含a)一种或多种选自半聚酰胺树脂，和b)一种或多种具有多于两个羟基的多元醇。