[发明专利]由聚酰亚胺颗粒制造预浸料和复合材料的方法及由其制备的制品

说明书

相关申请的引证

本申请要求享有2015年6月30日提交的美国临时专利申请序列号62/186,587的优先权，其内容以其整体通过引证结合于本文中。

背景技术

热塑性聚合物如聚酰亚胺(PI)通常用于热塑性预浸料和复合材料。正如本领域已知和在本文中使用的，热塑性预浸料是通常纤维状的预浸渍有热塑性聚合物的基体。可以使用各种可商购的方法在热和压力下合并多种预浸料以形成复合材料。预浸料和复合材料都可以是如下文进一步详细描述的多种形式。例如，预浸料可以是用热塑性聚合物预浸渍的连续单向纤维(通常称为单向带或“UD带”)的形式。通过合并两层或多层预浸料(如两层或多层带)形成的复合材料通常被称为层压体。

热塑性预浸料或复合材料可以使用多种方法如熔体浸渍，溶剂/溶液浸渍，粉末散射或水浴浸渍生产。例如，一种制造热塑性复合材料的方法是通过熔融热塑性聚合物粒料并用熔融的聚合物浸渍纤维增强材料如玻璃或碳。根据热塑性聚合物的类型及其热性能，纤维增强材料的熔体浸渍可能具有其自身的加工挑战，这在聚合物粘度行为和浸渍增强纤维的能力中起重要作用。一种改善聚合物熔融过程和随后的纤维润湿的方法是增加用于制造热塑性复合材料的加工温度，或降低热塑性复合材料的生产速率。这些方法可能会由于对高温增加的暴露而导致聚合物降解，其还可能会对复合材料性能有害。这个缺点在聚酰亚胺的情况下尤其严重，因为聚酰亚胺通常具有较高的玻璃化转变温度和高粘度，因此难以使用聚酰亚胺作为基体材料实现高质量的纤维浸渍。在溶剂/溶液浸渍的情况下，一些挑战包括溶剂可回收性，减少最终预浸料/层压体中的残留溶剂，以及寻找环保的溶剂。

因此，仍然存在对于改善目前可用的制造聚酰亚胺预浸料的方法，其复合材料以及由其制成的制品的持续需要。

发明内容

本文公开了制造聚酰亚胺预浸料的方法，由预浸料制成的聚酰亚胺复合材料，以及由其形成的制品。

具体地，本发明人开发了制造聚酰亚胺预浸料的方法，包括用水性聚合物分散体涂覆基体以形成涂覆的基体，其中水性聚合物分散体包含具有球形形态以及小于100微米的基于体积的D100直径、小于60微米的基于体积的D90直径、小于40微米的基于体积的D50直径的聚酰亚胺颗粒，或具有1至100微米的基于体积的D100直径和1至60微米的基于体积的D90直径以及1至40微米的基于体积的D50直径的聚酰亚胺颗粒，可选地其中聚酰亚胺颗粒具有单峰、双峰、三峰或多峰的基于体积的尺寸分布；以及加热涂覆的基体以形成聚酰亚胺预浸料。

一种制造聚醚酰亚胺预浸料的方法，包括：将基体，优选碳纤维牵拉通过水性聚合物分散体小于30分钟以形成涂覆的基体，水性聚合物分散体包含0.5至30wt％，优选0.5至4wt％具有球形形态以及小于100微米的基于体积的D100直径、小于60微米的基于体积的D90直径、小于40微米的基于体积的D50直径的聚醚酰亚胺颗粒，以及0.1至10wt％，优选0.2至5wt％，更优选0.2至3wt％的包含表面活性剂、稳定剂、着色剂、填料、聚合物胶乳、凝结剂、共溶剂或包含上述中的至少一种的组合的添加剂组合物，其中wt％基于水性聚合物分散体中聚合物的总重量；以及将涂覆的基体加热至200至500℃小于15分钟，以形成纤维增强的聚醚酰亚胺预浸料，优选为连续单向纤维加强带的形式。

还提供了通过上述方法制造的聚酰亚胺预浸料，特别是聚醚酰亚胺预浸料，以及由预浸料制成的复合材料。

还提供了包括至少两层，优选两层至一百层的由上述方法形成的聚酰亚胺预浸料，特别是聚醚酰亚胺预浸料的层压体。

还提供了包含聚酰亚胺预浸料，聚醚酰亚胺预浸料和复合材料的制品，例如，由其制造的层压产品。

上述和其他特征由以下附图和详细描述举例说明。

附图说明

现在参考附图，其是示例性的而非限制性的。

图1显示了由喷射研磨方法(左)和乳液方法(右)形成的聚醚酰亚胺颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图2是使用由乳液方法形成的具有小于60微米的基于体积的D100直径的聚醚酰亚胺颗粒形成的聚醚酰亚胺预浸料的超声C-扫描。

图3是使用由乳液方法形成的具有小于60微米的基于体积的D100直径的聚醚酰亚胺颗粒形成的层压体生产的单向(UD)聚醚酰亚胺带的光学显微镜图像。

图4是使用由喷射研磨方法形成的聚醚酰亚胺颗粒形成的聚醚酰亚胺预浸料的超声C-扫描。