[发明专利]用于车辆的复合材料车轮

说明书

技术领域

本发明涉及用于车辆(包括机动车辆)的注塑复合材料车轮领域。

背景技术

在所有类型的车辆(包括机动车辆)中，减轻重量是改善车辆能量效率的方法。玻璃增强塑料已成为替代金属以减轻车辆重量的主要候选材料。塑料轮辋是一个例子。低密度增强塑料已成为用于自行车、全地形车(ATV)、多用途车辆(UTV)、和潜在机动车辆中塑料车轮的关键因素。

然而，与金属相比，热塑性塑料具有较低的强度和模量。纤维增强材料显著改善了热塑性塑料的强度和模量，但降低了断裂伸长率并且最终使得塑料更脆。希望获得具有高强度、高刚度和高伸长率的增强的热塑性塑料。大部分30～40重量％纤维增强的热塑性聚酰胺和其它聚合物产生10～12Gpa的拉伸模量和2.5～3.0％的断裂伸长率。

US4,072,358公开了压模切割玻璃纤维增强的塑性车轮，所述切割玻璃纤维的长度为0.125至1.5英寸。

US5,277,479公开了包括轮辋和整体模塑的轮盘的树脂车轮，并且所述车轮通过将纤维增强的热塑性树脂注塑成型来形成，其中纤维增强的热塑性树脂包括短纤维(0.1-0.5mm)和长纤维(＞1mm)。

US专利公开2012/0001476公开了包含聚酰胺组合物的注塑复合材料车轮。

与某些金属合金和某些聚合物相关的另一个问题是盐应力(诱导)腐蚀开裂(SSCC)，其中当处于应力下并且与无机盐接触时，应力下的部件经历加速腐蚀。这通常造成部件开裂和过早失效。

标题为“Salt Resistant Polyamide Compositions”的美国专利公布2010/0233402公开了某些半芳族共聚酰胺，与对应的脂族均聚酰胺相比，其表现出改善的耐化学品性，尤其是对于金属卤化物和盐。在这些共聚酰胺中，至少15摩尔％的重复单元衍生自包含芳族结构的单体。因此，与对应的均聚酰胺PA612相比，包含20至30摩尔％6T单元的半芳族共聚酰胺612/6T表现出改善的耐盐性。

然而，共聚酰胺中存在两种或更多种重复单元，通常具有不利的结果。这些共聚酰胺具有低结晶度。因此，与对应的均聚酰胺相比，它们表现出不佳的高温性能。这些性能包括此类机械性能如刚度、强度和高温蠕变阻力，在它们的许多最终应用中，这些是重要的。由于芳族重复单元含量增加达到50摩尔％，所述聚合物变得越来越无定形，并且对应表现出高温性能的更大损失。

此外，日益上升的石油原材料价格使得期望由得自可再生给料的长直链二元羧酸形成工程聚合物。因此，需要具有与石化基聚合物相似或更好性能特性的可再生生物基聚合物。例如，可再生尼龙材料如PA610基于蓖麻酸衍生的癸二酸(C10)。然而，蓖麻酸制备需要加工蓖麻子，并且涉及处理高致敏性材料和高毒性蓖麻毒素。此外，癸二酸的制备具有高能量消耗、大量盐副产物和其它副产物的负担。

WO2010/068904公开了由基于生物质的甘油三酯以高收率和选择率制备可再生烷烃以及它们发酵成可再生二酸的方法。此类天然存在的甘油三酯还被称为油和脂肪，具有对脂肪和油类型专一的多种脂肪酸链长。在植物油中，最丰富的是基于C12、C14、C16和C18脂肪酸的甘油三酯。若干植物油富含C12-C18脂肪酯，包括大豆油、棕榈油、向日葵油、橄榄油、棉籽油和玉米油(Ullmann的Ecyclopedia of Technical Chemistry，A.Thomas：“Fats and Fatty Oils”(2005Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA，Weinheim，电子版，10.1002/14356007.a10173)。因此，基于衍生自此类油的可再生烷烃的氧化发酵的二酸物流由于富含C12-C18二酸，可用于形成具有经济和环境吸引力的聚合物。

因此，需要使用可再生的C12-C18二酸的热塑性聚合物。还需要热塑性组合物，所述组合物具有有利的注塑性能，对盐应力(诱导)腐蚀开裂提供高度的抗性，并且表现出高拉伸模量(即大于或等于8.5Gpa)和高断裂伸长率(即大于或等于4％断裂伸长率)。此类热塑性组合物将尤其用于纤维增强的车轮，为多种车辆应用提供满意的韧性性能和耐盐性。

发明内容

本发明公开了注塑复合材料车轮，其包含热塑性聚酰胺组合物，所述组合物包含

(A)20至70重量％的至少一种聚酰胺树脂，所述聚酰胺树脂基本上由至少一种选自下式的重复单元组成：