[发明专利]包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物、其制备方法及其用途

说明书

本发明涉及包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物。该组合物可以是预浸料坯、预成型体或层压件的形式。本发明特别涉及制造包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物的方法及其在制造复合制品中的用途。本发明更特别涉及制备包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物的方法及其用于制造纤维增强的抗冲改性复合材料的用途。

[发明领域]

本发明涉及包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物。该组合物可以是预浸料坯、预成型体或层压件的形式。

本发明特别涉及制造包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物的方法及其在制造复合制品中的用途。

本发明更特别涉及制备包含纤维材料、多级聚合物和(甲基)丙烯酸系聚合物的组合物的方法及其用于制造纤维增强的抗冲改性复合材料的用途。

[技术问题]

在其使用过程中必须经受高应力的机械部件广泛地由复合材料制成。复合材料是两种或更多种不混溶材料的宏观组合。复合材料由至少一种形成基质，即确保结构内聚的连续相的材料和增强材料构成。

使用复合材料的目的是实现由独自使用复合材料的单独成分无法获得的来自复合材料的性能。因此复合材料尤其由于它们比均质材料好的机械性能（更高的拉伸强度、更高的拉伸模量和更高的断裂韧度）和它们的低密度而在一些工业部门中广泛使用，例如建筑、汽车、航空航天、运输、休闲、电子和体育运动。

考虑到在商业工业规模下的量，最重要的类别是含有机基质的复合材料，其中基质材料通常是聚合物。聚合物复合材料的主要基质或连续相是热塑性聚合物或热固性聚合物。

热固性聚合物由交联三维结构构成。通过将所谓预聚物内的反应性基团固化获得该交联。例如可通过加热聚合物链以使该材料永久交联和硬化而获得固化。

为了制备聚合物复合材料，将预聚物与其它组分，如玻璃珠或纤维（增强材料）或被预聚物润湿或浸渍的其它组分混合并此后固化。热固性聚合物的预聚物或基质材料的实例是不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧树脂或酚醛树脂。在固化后，热固性复合材料无法重新成型并保持其预定形状。

热塑性聚合物由未交联的线性或支化聚合物构成。将热塑性聚合物加热以混合制造复合材料所必需的成分并冷却以凝固。使用热塑性聚合物制造复合材料的限制是它们为了均匀浸渍例如纤维基底在熔融状态下的高粘度。只有热塑性树脂的流动性足够才能实现纤维被热塑性聚合物润湿或正确浸渍。

浸渍纤维基底的另一方式是将热塑性聚合物溶解在有机溶剂中。使用该溶液浸渍并蒸发溶剂。

制备热塑性复合材料的另一方式是用包含单体的液体浆料浸渍纤维基底和所述单体的聚合。

但是用于制备复合材料的许多聚合物仍然非常脆并且没有良好的机械性质，例如冲击强度。尽管纤维基底能够通过吸收来自冲击的能量来增强材料的机械性质，但由于基于热塑性聚合物的基质是脆性的，其无法阻止例如裂纹扩展，因此最终复合材料仍然太脆。

为了改进聚合物的冲击强度，已知做法是加入改变冲击强度的抗冲添加剂，其包含弹性体相或橡胶。这样的橡胶可以是核壳粒子形式的多级聚合物的一部分，其中一级是橡胶或弹性体相。这些粒子通过乳液聚合制备以形成分散体并可例如以粉末形式回收。它们通常包含一系列的“硬”和“软”层。因此可发现双层（软-硬）或三层（硬-软-硬）粒子。粒度通常小于1 µm，更特别在50nm至500 nm之间。

核壳粒子形式的多级聚合物可作为附聚干粉末提供，将后者分散在基质中以获得初始核壳粒子的均匀分布。对于某些热固性聚合物或树脂，尤其是环氧树脂，以及对于热塑性聚合物，正确分散这些多级聚合物粒子非常困难或几乎不可能。