[发明专利]热塑性复合材料和相应的制造方法以及制品

说明书

本文描述的热塑性复合材料和相应的制造方法以及制品是热塑性复合材料，该热塑性复合材料包含具有至少一种半结晶聚邻苯二甲酰胺(“PPA”)聚合物的聚合物基质以及至少一种连续增强纤维。出人意料地发现，将具有选定熔体特征的半结晶PPA聚合物掺入到聚合物基质中提供了无裂缝热塑性复合材料。相对于掺有无定形PPA聚合物的复合材料，至少部分地基于PPA聚合物的半结晶结构的热塑性复合材料可以具有改进的拉伸强度、耐化学性以及热稳定性。这些复合材料可以使用本领域众所周知的熔融浸渍技术形成。这些复合材料可以希望地用于宽范围的应用环境中，包括但不限于汽车、航空航天、汽车和油气以及移动电子设备应用。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月21日提交的欧洲申请号17305312.5的优先权； 将本申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及包含具有聚邻苯二甲酰胺聚合物的聚合物基质以及连续增强纤 维的热塑性复合材料。本发明进一步涉及热塑性复合材料的制造。本发明还进 一步涉及掺有该热塑性复合材料的制品。

背景技术

热塑性复合材料作为金属零件的潜在替代品正在获得大量的关注。相对于 金属零件，热塑性复合材料可以提供显著减少的重量和成本，而同时提供所希 望的或优异的机械性能。用于热塑性复合材料的聚合物的一种类型是无定形聚 邻苯二甲酰胺(“PPA”)聚合物。无定形PPA聚合物在热塑性复合材料中的 普及至少部分是由于它们形成无裂缝复合材料的事实。然而，由于它们迄今为 止的成功，正在研究热塑性复合材料用于更多种类的需要更高的机械性能(例 如，拉伸强度)和化学性能(例如，耐化学性)的应用环境。一般来讲，对于 这些应用环境中的许多应用环境，无定形PPA聚合物不能够满足这些新应用环 境的增加的机械性能和化学性能要求。

附图说明

图1是示出单向复合材料的实施例的透视图的示意性描绘。

图2是示出多向复合材料的实施例的透视图的示意性描绘，其中增强纤维 被定向为织造织物。

图3是示出多向复合材料的实施例的透视图的示意性描绘，其中连续增强

发明内容

本文描述了热塑性复合材料，该热塑性复合材料包含具有至少一种半结晶 聚邻苯二甲酰胺(“PPA”)聚合物的聚合物基质以及至少一种连续增强纤维。 出人意料地发现，将具有选定熔体特征的半结晶PPA聚合物掺入到聚合物基质 中提供了无裂缝热塑性复合材料。通常，由半结晶PPA聚合物制造热塑性复合 材料导致复合材料具有显著可见的裂缝，这损害复合材料的机械完整性并且使 得其在许多应用环境中使用是不希望的。本申请人发现具有半结晶聚合物基质 的无裂缝热塑性复合材料可以由具有选定特性粘度、结晶度以及在起始降解温 度与熔融温度之间的差的半结晶PPA聚合物形成。相对于掺有无定形PPA聚合 物的复合材料，至少部分地基于PPA聚合物的半结晶结构的热塑性复合材料可 以具有改进的拉伸强度、耐化学性以及热稳定性。这些复合材料可以使用本领 域众所周知的熔融浸渍技术形成。这些复合材料可以希望地用于宽范围的应用 环境中，包括但不限于汽车、航空航天、油气和移动电子设备应用。

聚合物基质

聚合物基质包含至少一种半结晶PPA聚合物以及任选地至少一种添加剂。 出人意料地发现，具有选定加工特征的半结晶PPA聚合物提供了无裂缝热塑性 复合材料。熔体特征是指半结晶PPA聚合物的特性的组合。特性是特性粘度 (“η_inh”)、结晶度、以及热窗口。如以下详细描述的，PPA聚合物的结晶度根 据熔化热(“ΔH_f”)测量。热窗口是指PPA聚合物的起始降解温度(“Td”) 与熔融温度(“Tm”)的差，该差如由下式表示：T_d-T_m。