[发明专利]高强度高抗冲击性高流动性OSU顺从性的聚醚酰亚胺‑碳纤维复合物

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强热塑性复合物及其制造方法，其中，纤维增强热塑性复合物包括连续的热塑性聚合物相以及包含分散于连续的热塑性聚合物相中的多个碳纤维的分散相，以及连续的热塑性聚合物相包含热塑性树脂、流动改性剂以及聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物。

背景技术

用轻重量的材料替换金属是航空业中的主要的焦点以获得燃料的经济性。碳纤维增强的热塑性复合物是飞机中的承载部件的吸引人的替代物，因为碳纤维可以极大改善用于复合物中的热塑性树脂的机械性能。需要在热塑性材料中的高负载的碳纤维以满足承载部件的硬度和强度的要求，其中，目前正使用的是铝或其他金属。然而，高负载的碳纤维导致复合物的熔体粘度极大增加，这造成加工困难。

聚醚酰亚胺是非晶型热塑性树脂，由于其较高的玻璃化转变温度、较高的耐热性、优良的机械性能、低翘曲以及固有的阻燃性能，已经发现其应用于航空业中使用的热塑性复合物中。与半晶体热塑性树脂复合物，如聚苯硫醚、聚醚醚酮等相比较，聚醚酰亚胺复合物的熔体流动速率是非常低的，这阻碍了它们在大尺寸的承载部件，如飞机座椅靠背框架中的应用。存在某些应用，其中，相比目前使用的，聚醚酰亚胺复合物的升高的熔体流动速率是合乎需要的。低分子量的聚醚酰亚胺提供了更高的流动性，但是代价是其他的性能，如抗冲击强度。

除了加工要求外，在航空业中使用的热塑性树脂必须通过特定的易燃性试验，这包括垂直Bunsen(本生)燃烧器试验、热释放试验以及冒烟试验。历史地看，热塑性材料的热释放试验，也称为OSU(俄亥俄州立大学)试验，是最难通过的试验。因此，开发热塑性复合物的挑战在于处理热塑性复合物以获得优良的机械性能(如，高强度、高抗冲击性)以及高流动性的组合，同时保持OSU热释放顺从性(OSU heat release compliancy)。

因此，存在对于包含碳纤维的高流动性聚醚酰亚胺复合物、它的装置、它的方法的需要，其中，该聚醚酰亚胺复合物具有高强度，如，与印模压铸铝(die-cast aluminum)相似或更大的强度、高抗冲击性；并且符合OSU 65/65热释放参数。本文说明了这类热塑性复合物，包含热塑性复合物的装置，及其相关的方法。

发明内容

根据本发明的目的，如本文所体现的和广泛描述的，在一方面，本发明涉及包含连续的热塑性聚合物相以及包含分散于连续的热塑性聚合物相中的多个碳纤维的分散相的纤维增强热塑性复合物(复合材料，composite)，并且涉及制备该纤维增强热塑性复合物的方法。在另一方面，纤维增强热塑性复合物具有高强度、高抗冲击性(impact)、高流动性并且符合OSU 65/65标准，即，当根据俄亥俄州立大学(OSU)热释放试验测量时，该复合物表现出特征为小于约65kW min/m²的2分钟的总热释放，以及小于约65kW/m²的峰值热释放率的热释放曲线。在又一方面，本发明涉及包括纤维增强热塑性复合物的制造的制品。

本发明公开了纤维增强热塑性复合物，包含：a)含有以下各项的连续的热塑性聚合物相：i)具有小于或等于约40,000道尔顿的分子量的热塑性树脂；ii)流动改性剂；以及iii)聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物；以及b)包含分散于连续的热塑性聚合物相中的具有约500至约1,2000千磅每平方英寸(KSI)范围的拉伸强度的多个碳纤维的分散相；其中，复合物表现出至少约240MPa的拉伸强度；其中，复合物表现出至少约75J/m的缺口悬臂梁冲击强度；其中，复合物表现出至少约500J/m的无缺口悬臂梁冲击强度；其中，当根据俄亥俄州立大学(OSU)热释放试验测量时，复合物表现出特征为小于约65KW/m²的2分钟的总热释放以及小于约65kW/m²的峰值热释放率的热释放曲线。