本发明专利技术提供了一种纤维增强聚合物组合物，其包含纤维和粘合性组合物，其中，所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和硬界面材料。固化后粘合性组合物与增强纤维形成良好键合，增强纤维和粘合性组合物之间形成界面区域，所述界面区域包含硬界面材料。其他实施方式包括预浸料坯和通过使粘合性组合物和增强纤维固化来制造复合制品的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供创新性的纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合性组合物， 所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和界面材料，所述界面材料至少具有下述 组分，所述组分具有至少-50°C的玻璃化转变温度和相对于所述粘合性组合物的模量而言 为至少0. 1的模量比例，其中，固化后，增强纤维和粘合性组合物之间的界面区域包含界面 材料，粘合性组合物与增强纤维形成良好键合，这允许至少实现高的界面剪切强度和开孔 压缩强度。
技术介绍
当通过树脂基质将增强纤维键合到一起来制造纤维增强聚合物复合体时，纤维表 面上官能团的存在是非常关键的。此外，该键合必须能耐受于环境和/或不利条件。键合 的强度，即，将（固化的）树脂与和固化的树脂接触的纤维分开所需要的每单位界面面积的 力是粘合性的量度，当主要观察到树脂或纤维或二者的内聚破坏、而不是纤维和树脂之间 的粘合破坏时，则获得了最大粘合。 为实现强的键合，首先，向原始（pristine)纤维表面上有利地引入含氧官能团； 其次，可对粘合促进剂加以选择，使得粘合促进剂的一个端部能够与纤维表面上的含氧官 能团共价键合，并且粘合促进剂的另一端部能够促进或参与和树脂中官能团的化学相互作 用。基本上，粘合促进剂作为在固化期间将纤维与主体树脂连接的桥梁发挥作用。表面处 理（例如等离子体处理、UV处理、电晕放电处理、或湿式电化学处理）经常被用于将含氧官 能团引入到纤维表面上。 最终，为获得强的键合，在纤维和树脂之间的界面处当然不能存在有空洞，即，固 化后它们之间具有充分的分子接触。通常，该界面被认为是体积区（volumetric region) 或"界面相"。界面相可从纤维的表面延伸数纳米至若干微米，这取决于经上浆处理过的纤 维表面的化学组成、纤维与主体树脂之间的化学相互作用、以及固化期间其它化学基元向 界面的迀移。界面相因此具有非常特殊的组成，并且其性质与纤维表面及主体树脂的性质 均大为不同。此外，由于纤维和树脂之间模量不匹配而导致在界面相中存在高应力集中，这 通常使得复合体脆弱而易于发生龟裂。这种高应力集中，有时因树脂的化学脆化（由纤维 诱发）、及热膨胀系数不同导致的局部残留应力而增大，结果导致一旦施加负荷就会发生复 合体的灾难性破坏。 -般而言，不充分的粘合力可能使龟裂能（crack energy)沿着纤维/基质间的界 面消散，但这以从粘合剂经由界面相朝向纤维的应力传递能力方面的很大牺牲为代价。另 一方面，强粘合力经常导致界面基质脆变的增加，导致在这些区域内发生龟裂并扩展至树 脂富集区。此外，因为纤维破裂端的龟裂能无法沿着纤维/基质间的界面消减，所以通过将 邻接纤维实质性地破断而转移到其间。由于这些原因，目前最新的纤维复合体体系需要被 设计为能够实现最佳的粘合水平。 在一些情况下，尤其是涉及碳纤维时，期望具有较弱至中等程度的粘合水平，从而 在粘合相关性质（例如抗张强度）和抗压性质（例如抗压强度和开孔压缩（OHC)强度）之 间达成平衡。典型地，更高的树脂模量主要导致更高的抗压强度。但是，达到4-5GPa之间 的某树脂（挠曲）模量时，这些强度成为平台，将不再继续增加。其原因可能是较弱的界面 相导致的，较弱的界面相不适合阻止纤维因翘曲而过早被破坏。但另一方面，高树脂模量可 能导致聚合物脆弱，并因此可能造成低抗张相关的性质以及低断裂韧性。 近年来，复合材料因较之金属合金具有高的比强度和刚度（stiffness)而已经成 功用于商业飞行器，如在波音787型飞行器和空中客车380和350型飞行器中所看到的那 样。更具体地，碳纤维复合材料使得人们能够设计出薄且具有高展弦比的机翼（这是金属 合金所无法实现的），从而通过阻力降低而实现更高的空气动力学效率。认为这样的设计需 要复合材料具有高的抗扭（torsional)刚度和弯曲刚度（bending stiffness)。因此，需要 克服上述所述的抗压强度以及抗张相关强度和断裂韧性方面的障碍。 国际专利公报W02012/116261 A1 (Nguyen et al.，Toray Industries Inc.，2012) 中，试图通过自装配过程来产生界面相，其中，界面材料被掺入进树脂，并且通过利用增强 纤维的表面化学来使得界面材料集中于纤维附近。该过程已显示为有效，其形成增强的界 面相，这进而能通过利用橡胶质的界面材料而同时提高复合体的抗张强度和断裂韧性。但 是，鉴于产生了这种软质界面相，其可能不能有效防止纤维在压缩负荷下的翘曲。此外，虽 然无法直接测量界面相的模量，但此类软质界面相可能在具有高断裂韧性的同时还具有低 模量，由此可能降低聚合物将负荷转移至增强纤维的能力，尤其是当纤维为高模量碳纤维 时更是如此。因此，需要在不大幅牺牲其断裂韧性的情况下制造硬界面相，其能提供良好的 粘合（因此能提供与高粘合相关的性质），同时还能改善抗压性质。
技术实现思路
本专利技术的一种实施方式涉及下述纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合 性组合物，其中，所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和界面材料，所述界面材 料至少具有玻璃化转变温度（Tg)为至少-50°c的组分，其中，所述界面材料的表面包含至 少一个与所述增强纤维相容的官能团，其中，所述增强纤维适于将所述界面材料集中于所 述增强纤维和所述粘合性组合物之间的界面区域，其中，所述界面区域包含粘合层和硬层， 其中所述粘合层较之所述硬层更接近所述增强纤维，并且，所述粘合层具有与所述硬层的 组成不同的组成，并且，其中，所述硬层至少包含所述界面材料。在本专利技术的一种实施方式 中，粘合性组合物经固化后与所述增强纤维形成良好键合。所述界面材料的官能团可包含 含氧基团、含氮基团（例如胺基或酰胺基）、或含硫基团中的至少一个。所述界面材料的组 分具有能够使得所述界面材料的模量与所述粘合性组合物的模量的比例为至少〇. 1的模 量。所述粘合性组合物还可包含迀移剂、促进剂、热塑性树脂、增韧剂、层间增韧剂中的至少 一种。 另一实施方式涉及一种纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合性 组合物，其中，所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和硬界面材料，所述纤 维增强聚合物组合物经固化后具有包含所述硬界面材料的界面区域，并且具有至少 1240Mpa(180ksi)的抗压强度和至少300MPa(43. 5ksi)的开孔压缩。所述粘合性组合物还 可包含迀移剂、促进剂、热塑性树脂、增韧剂和/或层间增韧剂中的至少一种。 其他一些实施方式涉及制造纤维增强聚合物组合物的方法。 其它一些实施方式涉及包含上述纤维增强聚合物组合物之一的预浸料坯。 其它一些实施方式涉及制造复合制品的方法，所述方法包括固化上述纤维增强聚 合物组合物之一。【附图说明】 图1显示了多层界面相的示意图，其包括碳纤维⑴。 粘合层（2)至少包含上浆材料和在纤维表面的官能团。硬层（3)至少包含硬界面 材料。外层（4)包含与主体树脂组合物（5)高度相似的组合物。硬界面相至少包含粘合层 ⑵和硬层（3)。 专利技术详沐 本专利技术的一种实施方式涉及下述纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合 性组合物，其中，所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和界面材料，所述界面材 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纤维增强聚合物组合物，其包含增强纤维和粘合性组合物，其中，所述粘合性组合物至少包含热固性树脂、固化剂和界面材料，所述界面材料至少具有玻璃化转变温度(Tg)为至少‑50℃的组分，其中，所述界面材料的表面包含至少一个与所述增强纤维相容的官能团，其中，所述增强纤维适于将所述界面材料集中于所述增强纤维和所述粘合性组合物之间的界面区域，其中，所述界面区域包含粘合层和硬层，所述粘合层较之所述硬层更接近所述增强纤维，并且，所述粘合层具有与所述硬层的组成不同的组成，并且，其中，所述硬层至少包含所述界面材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·N·阮，吉冈健一，S·T·段，A·P·哈罗，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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