[发明专利]具有改善的表面特性的丙烯酸类复合物

说明书

本发明涉及热塑性树脂在添加剂和纤维材料存在下原位聚合而得的复合材料。更具体地，本发明涉及通过热塑性(甲基)丙烯酸类树脂与纤维材料原位聚合而得的聚合物复合材料，通过利用添加剂技术以改善特性(如表面特性)，还涉及其用途以及用于生产这种复合材料的方法，以及所制造的包含这种聚合物复合材料的机械或结构部件或制品。

技术领域

本发明涉及热塑性树脂在添加剂和纤维材料存在下原位聚合而得的复合材料。更具体地，本发明涉及通过热塑性(甲基)丙烯酸类树脂与纤维材料原位聚合而得的聚合物复合材料，利用添加剂技术改善特性(如表面特性)，还涉及其用途以及用于生产这种复合材料的方法，以及所制造的包含这种聚合物复合材料的机械或结构部件或制品。

背景技术

复合材料是两种或更多种非混溶性材料的宏观组合。复合材料至少由基质材料和增强材料构成，基质材料形成用于结构内聚的连续相，增强材料具有赋予机械特性的各种构造。

使用复合材料的目的是为了从复合材料中获得无法从其各组分单独使用时获得的性能。因此，复合材料被广泛应用于多种工业领域中，例如建筑、汽车、航空、运输、休闲、电子和体育，这主要是由于其与均质材料相比具有更好的机械性能(更高的拉伸强度、更高的拉伸模量、更高的断裂韧性)和低密度。

从商业工业规模大小来看，最重要的领域是具有有机基质的复合物，其中基质材料通常为聚合物。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的三维结构构成。交联是通过固化所谓预聚物内部的反应性基团来实现的。固化例如可以通过加热聚合物链来实现，以永久地将材料交联和硬化。为了制备聚合物复合材料，将预聚物与其它组分(如用于颗粒复合物的玻璃珠或用于纤维复合物的短纤维)混合，或者将其它组分润湿或浸渍(如编织网)并随后进行固化。用于热固性聚合物的预聚物或基质材料的实例为不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧或酚醛树脂。

热固性聚合物基质的缺点是其刚性。基质无法轻易成形为其他形状。聚合物一旦固化，形状就固定了。这也导致热固性复合材料的回收变得困难，并且废料通常在水泥厂被焚烧或被扔进垃圾场。许多热固性树脂的另一个缺点是，其对紫外(UV)辐射的耐受性差——这限制了它们在户外环境的使用寿命，因为在长时间暴露于阳光下后，其机械或美观特性受损。

热塑性聚合物由不交联的直链或支化的聚合物构成。将热塑性聚合物加热以将制备复合材料所需的两种组分混合，并将其冷却以使其凝固。利用热塑性聚合物来制造复合材料的限制在于，它们在熔融状态下具有高粘度。只有当热塑性树脂具有足够的流动性时，才能实现热塑性聚合物对纤维的润湿或正确浸渍。为了使热塑性聚合物具有低的粘度或足够的流动性，可以降低链长(分子量)。但是，过低的分子量对复合材料的性能、特别是机械特性产生不良影响。另一方面，可以通过提高热塑性聚合物的温度来降低粘度，这是一个重要的途径。因此，连续工作温度相对较高(200℃以上)，由于高的能源成本的影响，这直接影响了复合材料的经济(成本)。此外，如果温度很高，热塑性聚合物倾向于降解，这对于具有高熔点的半结晶热塑性聚合物(如聚酰胺(如PA6.6)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS))而言尤其如此。这种热诱导的降解导致聚合物基质的分子量减小，而分子量对于复合材料的内聚是重要的。

浸渍纤维基材的另一种方法是将热塑性聚合物溶解在有机溶剂中。但是，该方法需要大量溶剂，这些溶剂需要被蒸发掉。溶剂的大量使用存在能源和污染等环境问题。

US9,777,140描述了一种由(甲基)丙烯酸类单体的原位聚合形成的用于形成热塑性复合物的复合物材料。所得的丙烯酸类基质比大多数热固性材料具有更好的耐UV性，但由于在聚合中使用添加剂和引发剂，总体的耐UV性仍不如许多纯热塑性材料。另外，材料的特性(如耐化学品性或阻燃性，或美学特性如光泽或颜色丰度)可能会不好。