[发明专利]包含碳纤维和添加剂的组合物

说明书

本发明涉及包含碳纤维和添加剂的组合物，所述添加剂具有至少200克/摩尔的分子量且包含至少一个官能团(A)和至少一个官能团(B)，所述至少一个官能团(A)为烯属不饱和可聚合基团，且所述至少一个官能团(B)包含至少一个选自仲胺、叔胺、仲胺或叔胺的盐和季铵的基团，并且其中基团(A)和基团(B)借助共价键连接，且其中共价键包含至少一个酯基团。

本发明涉及包含碳纤维和添加剂的组合物，制造碳纤维复合材料的方法，碳纤维复合材料，和添加剂在改进碳纤维复合材料的机械性能中的用途。

碳纤维补强复合材料包含嵌入聚合物基体中的碳纤维。聚合物基体用作纤维之间的粘合剂。基体聚合物可以为热塑性聚合物和/或交联聚合物。与单独的基体聚合物相比，碳纤维通常改进复合材料的机械性能。实现拉伸强度和刚度的改进，同时复合材料具有低密度。这类材料对用于空中和地面运输用车辆中而言具有有吸引力的性能，因为它们的低重量容许发动机驱动车辆的低燃料或能量消耗。碳纤维复合材料还用于高机械强度和轻重量的组合是理想的其它领域，例如用于某些体育用品、衣服或转动叶片，例如用于风车。

描述了用作碳纤维与聚合物基体之间的偶联剂的添加剂。这类偶联剂可改进碳纤维与聚合物基体之间的粘结强度，因此改进碳纤维复合材料的总机械性能。

US 2013/224470涉及改进碳纤维与聚合物基体的粘合力的方法。根据一个实施方案，不饱和单体包含在基体中。合适的单体的实例包括含氨基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸2-氨基乙酯、甲基丙烯酸2-(甲基氨基)乙酯和甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)-乙酯。发现当使用上述单体时，复合材料的机械性能不总是最佳的。

国际专利申请WO 84/02140描述了氨基取代丙烯酰胺单体作为热固性聚酯树脂碳纤维复合材料的偶联剂。氨基取代丙烯酰胺单体的量基于聚酯树脂基体的重量为5-30重量％。

鉴于其不利的毒性特征及其不愉悦的气味，丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯单体是不理想的。在使用这类单体的复合物制造场所，这些性能要求特殊的工业卫生措施。此外，少量未固化单体可保留在复合材料中并且在复合材料的使用寿命期间在正常使用期间迁移至表面。在制造包含复合材料的产品期间，当复合材料经受切割、钻孔或砂磨操作时，残余未固化单体也是有问题的。

需要充当碳纤维的偶联剂用于复合材料中并且减轻上述缺点的添加剂。此外，添加剂应当有效地改进碳纤维复合材料的机械性能，即使以少量使用。

鉴于以上，本发明提供一种包含碳纤维和添加剂的组合物，所述添加剂具有至少一个官能团(A)和至少一个官能团(B)，所述至少一个官能团(A)为烯属不饱和可聚合基团，且所述至少一个官能团(B)包含至少一个选自仲胺、叔胺、仲胺或叔胺的盐和季铵的基团，并且其中基团(A)和基团(B)借助共价键连接，且其中共价键包含至少一个酯基团。

在另一实施方案中，添加剂的基团(A)和基团(B)借助共价键连接，所述共价键包含两个或更多个酯基团。

应当指出，US 2017/0029557A描述了为环氧基-胺加合物的碳纤维施胶剂。在一些实施方案中，环氧基-胺加合物通过与氨基甲酸酯丙烯酸酯反应而改性。改性环氧基-胺加合物显示出不含任何烯属不饱和基团。

本发明组合物不依赖于丙烯酰胺单体，并且具有在毒性和气味方面与由WO 84/02140已知的组合物相比改进的工业卫生特征。此外，添加剂和组合物普遍地适用于制造碳纤维复合材料。添加剂在低添加剂含量下有效地改进碳纤维复合材料的机械性能。

在一个优选实施方案中，添加剂不含或基本不含丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺基团。