[发明专利]含有亚稳颗粒的复合材料和树脂组合物

说明书

一种含有热固性树脂组分和亚稳热塑性颗粒的可固化基质树脂组合物，其中这些亚稳热塑性颗粒是具有无定形聚合物部分的半晶质热塑性材料的颗粒，在加热到结晶温度T_c时，该无定形聚合物部分将经历结晶。还披露了一种含有亚稳热塑性颗粒的纤维增强的聚合物复合材料。

纤维增强的聚合物(FRP)复合材料已被用于制造承载部件，如用于航天、航空、航海、汽车和建筑/施工应用的那些。用于FRP复合材料的常规基质材料包括因其耐热性和耐化学性已知的热固性树脂如环氧树脂。此类热固性树脂在固化时还显示了良好的机械特性，但它们经常缺乏韧性并且倾向于是非常脆性的。当它们的交联密度高时尤其如此。

一般地说，固化的复合物的机械性能是增强纤维和基质树脂的单独特性以及这两种组分之间的相互作用的函数。

附图说明

图1示出了无定形聚酰亚胺粉末的差示扫描量热法(DSC)热分析图。

图2示出了半晶质聚酰胺粉末2001EXD的DSC热分析图。

图3示出了半晶质聚酰胺粉末1002D的DSC热分析图。

图4示出了半晶质聚酰胺2159的DSC热分析图。

图5示出了基于聚酰胺-10,10的半晶质聚酰胺粉末Z2649的DSC热分析图。

图6示出了被发现是亚稳的半脂环族聚酰胺的聚酰胺粉末DAIAMID MSP-CX的DSC热分析图。

图7示出了被发现是亚稳的基于聚酰胺-10,10(PA10,10)的聚酰胺粉末DAIAMIDMSP-BIO的DSC热分析图。

图8示出了退火的MSP-CX聚酰胺颗粒的DSC热分析图。

具体实施方式

纤维增强的聚合物复合材料已被用作用于关键承载结构(包括但不限于机翼和机身)的材料，这些结构同时要求高的比强度、抗冲击性和损伤容限。

用于生产纤维增强的复合材料的常规方法包括用可固化基质树脂浸渍连续增强纤维以形成预浸料。这种方法通常称为“预浸”方法。高性能结构，例如航空器和汽车车身零件的主要和次要结构可以通过在模具表面上铺放多个预浸料层接着是固结并且固化来形成。

由于固化的纤维增强的聚合物复合物的显著的损伤敏感性，尤其当与金属如铝相比时，它们的抗冲击性(典型地通过它们残余的冲击后压缩强度(CSAI)测量的)以及它们的损伤容限(典型地通过它们的在模式I和模式II中的层间断裂韧性(分别为G_Ic和G_IIc)测量的)是在关键承载复合结构的设计中考虑的机械性能，使得此类结构能够在其使用寿命期间在可能遇到的能量水平下经受冲击。用于评估固化的复合物抗冲击性的典型的冲击能/固化的层压件厚度比是1,500in-lb/in或6.7J/mm。

为了确保固化的复合结构在其使用寿命期间的耐久性，固化的复合物的另一个令人希望的特性是其耐热循环性(还被称为抗热疲劳性)。例如，当停在跑道上空闲时，航空器蒙皮上的温度可以达到最高达70℃，而当在巡航高度下飞行时其将下降到低至-55℃。在飞机寿命周期期间，固化的复合零件(包括但不限于机翼和机身)将经受数千次的在70℃与-55℃之间的热/冷热循环。这些热循环产生显著的内部热应力，这可导致含有多组分基质树脂的固化的复合物的基质开裂或界面脱粘。术语“界面脱粘”是指在基质树脂内的两种离散组分(例如热塑性颗粒和周围的热固性树脂)之间的脱粘，该脱粘由在它们的界面处在重复的热/冷热循环内产生的热应力产生。此类热应力源于在两种组分的各自热膨胀系数(CTE)之间的不匹配。热基质开裂或界面脱粘通常被称为“微开裂”。微开裂倾向于与降低的抗疲劳性和降低的流体阻力相关联，因为微开裂的存在增加了对于液体(例如溶剂)的渗滤通道。