[发明专利]含有苯并噁嗪环氧共混物的可固化组合物及其用途

说明书

当用于聚合物基质复合物中时，能够在升高的温度下提供良好的OHC性能的可固化树脂组合物。该树脂组合物包含一种或多种多官能苯并噁嗪化合物和脂环族环氧树脂作为主要组分。

本申请要求于2015年6月12日提交的在先的美国临时申请号62/174,759的权益，将所述美国临时申请通过援引方式并入本申请。

具体实施方式

近年来，聚合物基质复合物(PMC)材料已被用于高性能结构如飞机零件和汽车零件中，作为高强度、低重量材料来代替金属。PMC材料含有嵌入聚合物基质材料中的增强纤维，诸如碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维。作为PMC材料中使用的基质树脂，热固性树脂由于其高耐溶剂性和耐热性而被主要使用。

在PMC中使用最广泛的聚合物是热固性树脂，其属于一类当固化时交联并且形成三维网状结构的树脂。一旦固化，网状结构是不可逆的，并且不能被再成形或使其在低于其分解温度下流动。

因为环氧树脂与增强纤维之间的粘合性以及所获得的复合材料的机械特性诸如强度和刚度，经常使用环氧树脂作为聚合物基质材料。许多航空航天应用使用胺固化的多官能环氧树脂，这些环氧树脂要求在升高的温度和压力下固化。抵消由于高交联度的脆性的增韧的含环氧的热塑性塑料和/或反应性橡胶化合物已经成为复合机身中的规范。

如与其他热固性树脂如环氧树脂相比，苯并噁嗪提供了多个优点。这些优点包括相对长的寿命、分子设计灵活性、低成本、高玻璃化转变温度(T_g)、高模量、相对低的粘度、良好的阻燃性、低吸湿性、在固化过程中没有释放副产物以及固化时非常低的收缩。此外，苯并噁嗪能够在加热时自固化；即不需要附加的固化剂。然而，目前可获得的多官能苯并噁嗪是在低于120℃的温度下的玻璃质固体，从而使它们难以使用标准航空航天技术如预浸和树脂灌注加工。

用于航空航天结构中的复合材料的设计典型地考虑材料的热/湿性能。航空器必须考虑极端的环境因素，如高温和高水平的湿度，因为它们可能经历小时高温数同时湿度水平也是未知的。

航空航天复合材料的重要特性之一是热湿压缩性能(即，在热/湿条件下的热湿开孔压缩或HW-OHC强度)，这是指OHC强度在长时间暴露于湿气之后在升高的温度下降低的方式。

标准惯例是使用螺栓、铆钉和其他紧固件来组装用于主要结构如飞机的机身的复合层压件。钻出的容纳这些紧固件的孔被认为是人工缺陷并且可能是在压缩应力下的失效点。OHC测试是预测复合材料中的这种失效的公认方法。

许多现有PMC材料的OHC强度在室温(例如21℃)或更低下典型地是恒定的，但是当用湿气饱和时在升高的温度下可显著地恶化。已知高温加之湿气降低了复合压缩强度。

从氰特工业公司(Cytec Industries Inc.)可商购的树脂体系如977-3(高度交联的环氧树脂)和5250-4(双马来酰亚胺)已经被开发用于高性能航空航天应用。基于这些树脂体系的复合物在热/湿条件下在升高的温度下展示了良好的热湿开孔压缩(HW-OHC强度)，因此它们特别适合于制造飞机的主要结构。

虽然存在许多关于苯并噁嗪化合物及其合成的公开物，但是其在通常用于BMI的使用温度(即149℃)下在热湿条件下的OHC性能知之甚少。如与高度交联的环氧体系和双马来酰亚胺体系的压缩和拉伸强度相比，苯并噁嗪基复合物已经被认为具有固有地良好压缩和拉伸强度。因此，将令人希望的具有含苯并噁嗪的树脂体系，其可用于制造在升高的温度(例如105℃)下具有良好的HW-OHC强度的高性能复合物。为此，令人希望的是，在升高的温度下的HW-OHC强度等同于或好于与用于航空航天应用的环氧体系和双马来酰亚胺体系相关的HW-OHC强度。

在此披露了当用于聚合物基质复合物中时，能够在升高的温度(例如105℃)下提供良好的OHC性能的可固化树脂组合物。该树脂组合物包含一种或多种多官能苯并噁嗪化合物和脂环族环氧树脂作为主要组分。

树脂体系