CN106794657B - 聚合材料 - Google Patents

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Abstract

一种包含第一部件和第二部件的组件，其中第三部件定位于所述第一和第二部件之间，其中：(i)所述第一部件包含聚合材料(A)，所述聚合材料包含式(XI)重复单元其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；(ii)所述第二部件包含聚合材料(B)，所述聚合材料包含式(XI)重复单元其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；并且(iii)所述第三部件包含聚合材料(C)，所述聚合材料包含的聚合物具有下式重复单元(I)和下式重复单元(II)，其中Ph表示亚苯基部分。‑O‑Ph‑O‑Ph‑CO‑Ph‑ (I)‑O‑Ph‑Ph‑O‑Ph‑CO‑Ph‑ (II)。

Description

聚合材料
技术领域
本发明涉及聚合材料。优选实施例涉及一种组件，其包含通过粘合剂紧固在一起的第一和第二部件。所述第一和第二部件宜包含聚芳基醚酮，特别是聚醚醚酮(polyetheretherketone；PEEK)。
背景技术
在许多产业(尤其航空产业)内，期望将热塑性组件紧固和/或粘结在一起并且已经提出多项技术。举例来说，已经提出呈铆钉形式的机械扣件。这种铆钉可以由聚酰胺制成或由PEEK或聚酰胺酰亚胺制成，如US5361483中所述。然而，在许多情况下，如盲孔，使用铆钉可能不适合。
为了将第一和第二热塑性部件紧固在一起，已经提出多种不同的焊接工艺，如超声波焊接、感应焊接及热板焊接。然而，第一和第二部件在烧焊区域中发生的局部熔融可能会影响第一和第二部件的完整性和/或形状。热塑性材料在烧焊区域中熔融和/或冷却期间，由于部件中的残余应力积累，因此还可能会导致变形。
为了解决与焊接工艺相关的一些问题，已经提出在第一和第二部件之间提供膜和/或粘合剂，以将第一和第二部件粘结在一起。
JPH05177714A揭露环氧树脂类粘合剂或氨基甲酸酯树脂用于使两块PEEK板粘结在一起的用途。虽然前述树脂能够形成相对较强的粘结，但不利的是，树脂在高温下的性能较差并且具有较差的耐化学特性。
还已经提出聚醚酰亚胺(Polyetherimide；PEI)膜用于连接由PEEK制成的第一和第二部件。然而，PEI是无定形的(即不结晶)并且因此具有较差的耐化学性，这意味着其一般不适用于航空产业中的结构性应用。
US2012/160829描述无定形聚醚酮酮(PEKK)膜在组合件(如复合物和层合物)中用作粘结层的用途。然而，鉴于膜的无定形性质，因此其也不适用于航空产业中的结构性应用。
一般来说，使用所述无定形材料将第一和第二部件粘结在一起意味着所述部件之间的接合是结构中的最弱部分，其中如耐溶剂性等特性相对较低。因此，所述接合容易被流体(如航空流体)侵蚀，导致结构过早失效。
已经提出聚芳基醚酮作为热熔性粘合剂。US5247051(Hoechst)描述基于聚芳基醚酮的热熔性粘合剂。更具体地说，所述文献提出，有利的聚芳基醚酮类热熔性粘合剂中的醚单元数与酮单元数的比率小于2:1，优选比率是0.66到1。
本发明目的是解决前述问题。
本发明目的是解决与将第一和第二部件紧固在一起相关的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种包含第一部件和第二部件的组件，其中第三部件定位于第一和第二部件之间，其中：
(i)所述第一部件包含聚合材料(A)，所述聚合材料(A)包含式(XI)重复单元
其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；
(ii)所述第二部件包含聚合材料(B)，所述聚合材料(B)包含式(XI)重复单元
其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；并且
(iii)所述第三部件包含聚合材料(C)，所述聚合材料(C)包含的聚合物具有下式重复单元
-O-Ph-O-Ph-CO-Ph I
和下式重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph II
其中Ph表示亚苯基部分。
有利的是，所述第三聚合材料是结晶体并且展现高度耐化学性，对聚合材料(A)和(B)的粘附极强，因此在所述第一和第二部件之间形成强粘结并且所述组件的制造不需要使第一和第二部件的聚合材料熔融(如在焊接工艺中)，从而避免第一和第二部件变形并且避免将应力引入第一和第二部件中。
所述聚合材料(A)和(B)可独立地包含式XI重复单元。因此，聚合材料(A)和(B)可以相同或不同。
所述聚合材料(A)优选半结晶体。
技术人员可以容易评估聚合物是否是半结晶体，例如通过广角X射线衍射(也称为广角X射线散射或WAXS)或通过差示扫描热量测定(Differential Scanning Calorimetry；DSC)评估。
更具体地说，聚合物的结晶水平和程度可以通过广角X射线衍射(例如，如Blundell和Osborn(《聚合物(Polymer)》24,953,1983所述)；或通过DSC(方法也描述于《聚合物》第37卷,第20期,1996,第4573页中)测量。
DSC可以用于检查聚合物结晶度，如实例2中所述。
所述聚合材料(A)的结晶水平可以是至少15％，适合的是至少20％，优选至少25％并且更优选的是至少30％。在特别优选的实施例中，结晶度可以是大于30％，更优选的是大于35％。结晶水平可以是小于60％。
上述方法提供大块样品的结晶水平。作为一个替代方案，FTIR可以用于评估结晶度并且此可以用于评估样品表面和/或跨越厚度或表面的结晶水平。参考标题为“通过多重内反射光谱学所研究的聚(芳基-醚-酮)薄片结晶度”的论文(《聚合物通报(PolymerBull)》,11,433(1984))。聚合材料(A)表面的结晶度可以是上述相同水平。
所述聚合材料(A)可以具有选自重复单元XI的重复单元，其中t1＝1，v1＝0且w1＝0；t1＝0，v1＝0且w1＝0；t1＝0，w1＝1，v1＝2；或t1＝0，v1＝1且w1＝0。聚合材料(A)更优选地具有其中t1＝1、v1＝0且w1-0；或t1＝0、v1＝0且w1＝0的重复单元。聚合材料(A)更优选地具有其中t1＝1、v1＝0和w1＝0的重复单元。
聚合材料(A)宜包括至少50mol％(例如50-100mol％)，优选至少60mol％(例如60-100mol％)，更优选至少80mol％(例如80至100mol％)的式XI重复单元，特别是其中t1＝1、v1＝0且w1＝0的这种单元。
聚合材料(A)宜包括至少50wt％(例如50-100wt％)的式XI重复单元。
聚合材料(A)优选地主要由式XI重复单元组成，特别是其中t1＝1、v1＝0且w1＝0的这种重复单元。
在优选实施例中，所述聚合材料(A)是选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮和聚醚酮酮。在一个更优选的实施例中，所述聚合材料(A)是选自聚醚酮和聚醚醚酮。在特别优选的实施例中，所述聚合材料(A)是聚醚醚酮。
所述聚合材料优选地具有至少0.06kNsm-2的熔体粘度(MV)，优选地具有至少0.08kNsm-2的MV，更优选地具有至少0.085kNsm-2、特别是至少0.09kNsm-2的MV。所述第一聚合物的MV宜使用毛细管流变仪(使用圆形横截面碳化钨冲模，0.5mm(毛细管直径)×3.175mm(毛细管长度)，1000s-1的剪切速率，在400℃下操作)测量。所述第一聚合物可以具有小于1.00kNsm-2、宜小于0.8kNsm-2的MV。
所述聚合材料(A)可以是第一组合物的一部分，所述第一组合物可以包括聚合材料(A)和填充元件。所述填充元件可以包括纤维填料或非纤维填料。所述填充元件可以包括纤维填料和非纤维填料。所述纤维填料可以是连续或不连续的。
所述纤维填料可选自无机纤维材料、非熔融和高熔点有机纤维材料，如芳纶纤维和碳纤维。
所述纤维填料可选自玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、氟碳树脂纤维和钛酸钾纤维。优选的纤维填料是玻璃纤维和碳纤维。
纤维填料可以包含纳米纤维。
所述非纤维填料可以选自云母、硅石、滑石、氧化铝、高岭土、硫酸钙、碳酸钙、三氧化钛、铁氧体、粘土、玻璃粉末、氧化锌、碳酸镍、氧化铁、石英粉末、碳酸镁、氟碳树脂、石墨、碳粉末、纳米管和硫酸钡。非纤维填料可以粉末或片状颗粒形式引入。
所述第一组合物可以限定一种复合材料，所述复合材料可如以下文献中所述制备：热塑性基质复合物的浸渍技术(Impregnation Techniques for ThermoplasticMatrix Composites).A Miller和A G Gibson，《聚合物及高分子复合材料(Polymer&Polymer Composites)》4(7),459-481(1996)；EP102158和EP102159。优选地，在所述方法中，将所述聚合材料(A)和所述填充元件在高温下混合，宜在处于或高于所述聚合材料(A)熔融温度的温度下混合。因此，所述聚合材料(A)和填充元件宜在聚合材料(A)熔融的同时混合。所述高温宜低于聚合材料(A)的分解温度。所述高温优选地处于或高于所述聚合材料(A)的熔融吸热线(Tm)的主峰。有利的是，熔融的聚合材料(A)能容易润湿填料且/或渗透固结的填料，如纤维垫或编织物，因此所制备的复合材料包含聚合材料(A)和基本上均匀分散于整个聚合材料(A)中的填充元件。
复合材料可以用基本上连续的工艺制备。在此情况下，聚合材料(A)和填充元件可以不断地馈至将其混合且加热的位置。这种连续工艺的一个实例是挤出。另一实例(可以是特别相关的，其中填充元件包含纤维填料)涉及促使连续纤丝块团移动通过包含聚合材料(A)的熔体或水性分散体。连续纤丝块团可以包含一段连续的纤维填料或更优选的是，至少在某种程度上已固结的多根连续纤丝。连续纤维块团可以包含丝束、纱束、编织带、编织物或非编织物。构成纤维块团的纤丝可以基本上均匀地或无规地排列于块团内。复合材料可以如PCT/GB2003/001872、US6372294或EP1215022中所述制备。
或者，可以用不连续工艺制备复合材料。在此情况下，可以选择预定量的聚合材料(A)和预定量的所述填充元件并且使其接触，并且通过促使聚合材料(A)熔融以及使聚合材料(A)和填充元件混合以形成基本上均匀的复合材料来制备复合材料。
优选地，所述填充元件包含一或多种选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳黑和氟碳树脂的填料。更优选的是，所述填充元件包含玻璃纤维或碳纤维。
所述的第一组合物或复合材料可以包括20wt％至99.9wt％(例如20wt％至70wt％)的聚合材料(A)和0.1wt％至80wt％(例如30wt％至80wt％)的填充元件。优选实施例包括大于10wt％、更优选大于40wt％的填充元件。优选的第一组合物包括40wt％至60wt％的填充元件。特别优选的第一组合物包括40wt％至60wt％的碳纤维。
所述第一部件可以包括至少30wt％或至少45wt％的所述聚合材料(A)。在一些实施例中，所述第一部件可以包括至少90wt％的所述聚合材料(A)。
当所述聚合材料(A)是第一组合物的一部分时，所述第一部件可以包括至少90wt％，优选至少95wt％，尤其至少99wt％的所述第一组合物。
在一个优选实施例中，所述第一部件宜包括至少90wt％(例如至少99wt％)的所述聚合材料(A)或至少95wt％(例如至少99wt％)的所述第一组合物。
所述聚合材料(B)可以具有选自重复单元XI的重复单元，其中t1＝1，v1＝0且w1＝0；t1＝0，v1＝0且w1＝0；t1＝0，w1＝1，v1＝2；或t1＝0，v1＝1且w1＝0。聚合材料(B)更优选地具有其中t1＝1、v1＝0且w1-0；或t1＝0、v1＝0且w1＝0的重复单元。聚合材料(B)更优选地具有其中t1＝1、v1＝0和w1＝0的重复单元。
聚合材料(B)宜包括至少50mol％(例如50-100mol％)，优选至少60mol％(例如60-100mol％)，更优选至少80mol％(例如80mol％至100mol％)的式XI重复单元，特别是其中t1＝1、v1＝0且w1＝0的这种单元。
聚合材料(B)宜包括至少50wt％(例如50-100wt％)的式XI重复单元。
聚合材料(B)优选地主要由式XI重复单元组成，特别是其中t1＝1、v1＝0且w1＝0的这种重复单元。
在优选实施例中，所述聚合材料(B)是选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮和聚醚酮酮。在一个更优选的实施例中，所述聚合材料(B)是选自聚醚酮和聚醚醚酮。在一个特别优选的实施例中，所述聚合材料(B)是聚醚醚酮。
所述聚合材料(B)优选地具有至少0.06kNsm-2的熔体粘度(MV)，优选地具有至少0.08kNsm-2，更优选至少0.085kNsm-2，尤其至少0.09kNsm-2的MV。MV宜使用如上文所述的毛细管流变仪测量。所述第一聚合物可以具有小于1.00kNsm-2、宜小于0.8kNsm-2的MV。
所述聚合材料(B)可以是第二组合物的一部分，所述第二组合物可以包括聚合材料(B)和填充元件。所述填充元件可以包括纤维填料或非纤维填料。所述填充元件可以包括纤维填料和非纤维填料。所述纤维填料可以是连续或不连续的。
所述纤维填料可选自无机纤维材料、非熔融和高熔点有机纤维材料，如芳纶纤维和碳纤维。
所述纤维填料可以选自玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、氟碳树脂纤维以及钛酸钾纤维。优选的纤维填料是玻璃纤维和碳纤维。
纤维填料可以包含纳米纤维。
所述非纤维填料可以选自云母、硅石、滑石、氧化铝、高岭土、硫酸钙、碳酸钙、三氧化钛、铁氧体、粘土、玻璃粉末、氧化锌、碳酸镍、氧化铁、石英粉末、碳酸镁、氟碳树脂、石墨、碳粉末、纳米管和硫酸钡。非纤维填料可以粉末或片状颗粒形式引入。
所述第二组合物可以限定一种复合材料，所述复合材料可如针对所述第一组合物所述来制备。
优选地，所述填充元件包含一或多种选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳黑和氟碳树脂的填料。更优选的是，所述填充元件包含玻璃纤维或碳纤维。
所述的第二组合物或复合材料可以包括20wt％至99.9wt％(例如20wt％至70wt％)的聚合材料(B)和0.1wt％至80wt％(例如30wt％至80wt％)的填充元件。优选实施例包括大于10wt％、更优选大于40wt％的填充元件。优选的第二组合物包括40wt％至60wt％的填充元件。特别优选的第二组合物包括40wt％至60wt％的碳纤维。
所述第二部件可以包括至少30wt％或至少45wt％的所述聚合材料(B)。在一些实施例中，所述第一部件可以包括至少90wt％的所述聚合材料(B)。
当所述聚合材料(B)是第二组合物的一部分时，所述第二部件可以包括至少90wt％，优选至少95wt％，尤其至少99wt％的所述第二组合物。
在一个优选实施例中，所述第二部件宜包括至少90wt％(例如至少99wt％)的所述聚合材料(B)或至少95wt％(例如至少99wt％)的所述第二组合物。
优选地，在所述第一部件和所述第二部件中，所述聚合材料(A)和(B)相同。在一个实施例中，所述第一和第二部件可以具有基本上相同的组成且/或可以是基本上相同的，例如如下文中关于图3和4实施例所述。在另一个实施例中，所述第一和第二部件可以具有不同组成。举例来说，部件之一可以包括wt％高于另一部件的填料。部件之一可以包括小于10wt％的填料或优选无填料且另一部件可以包括大于20wt％或大于40wt％的填料。这种配置的一个实例在下文中关于图5和6实施例描述。
所述重复单元I和II的相对摩尔浓度比例I:II优选65:35至95:5。
优选地，在所述聚合材料(C)中，以下关系适用：
log10(X％)>1.50-0.26MV；
其中X％是指如实例2中所述测量的结晶度％，且MV是指使用毛细管流变仪(使用圆形横截面碳化钨冲模，0.5mm(毛细管直径)×3.175mm(毛细管长度)，1000s-1的剪切率，在340℃下操作)所测量的熔体粘度。在聚合物已充分熔融后5分钟(视为在聚合物装载到流变仪圆筒中后5分钟)进行MV测量。
每个重复单元I和II中的亚苯基部分(Ph)可以独立地具有1,4-对位键联(相对于其键结的原子)或1,3-间位键联。在亚苯基部分包括1,3-键联的情况下，所述部分将存在于聚合物的非晶相中。结晶相将包括具有1,4-键联的亚苯基部分。在许多应用中，聚合材料(C)优选高度结晶体，且因此聚合材料(C)优选地包括高含量的具有1,4-键联的亚苯基部分。
在一个优选实施例中，式I重复单元中亚苯基部分(Ph)数目的至少95％，优选至少99％相对于其所键结的部分具有1,4-键联。特别优选地，式I重复单元中的每个亚苯基部分相对于其所键结的部分具有1,4-键联。
在一个优选实施例中，式II重复单元中亚苯基部分(Ph)数目的至少95％，优选至少99％相对于其所键结的部分具有1,4-键联。特别优选地，式II重复单元中的每个亚苯基部分相对于其所键结的部分具有1,4-键联。
式I重复单元中的亚苯基部分优选未被取代。式II重复单元中的亚苯基部分优选未被取代。
所述式I重复单元宜具有以下结构
所述式II重复单元宜具有以下结构
所述聚合材料(C)可以包括至少68mol％，优选至少71mol％的式III重复单元。特别有利的聚合物可以包括至少72mol％或尤其至少74mol％的式III重复单元。所述聚合材料(C)可以包括小于90mol％，适宜82mol％或更小的式III重复单元。所述聚合材料(C)可以包括68mol％到82mol％，优选70mol％到80mol％，更优选72mol％到77mol％的式III单元。
所述聚合材料(C)可以包括至少10mol％，优选至少18mol％的式IV重复单元。所述聚合材料(C)可以包括小于32mol％，优选小于29mol％的式IV重复单元。特别有利的聚合物可以包括28mol％或更少；或26mol％或更少的式IV重复单元。所述聚合材料(C)可以包括18mol％到32mol％，优选20mol％到30mol％，更优选23mol％到28mol％的式IV单元。
所述聚合材料(C)中的式III单元与式IV单元的mol％总和宜为至少95mol％，优选至少98mol％，更优选至少99mol％并且尤其是约100mol％。
定义为式III单元的mol％除以式IV单元的mol％的比率可以在1.8到5.6范围内，宜在2.3到4范围内并且优选在2.6到3.3范围内。
所述聚合材料(C)的Tm可以小于330℃，宜小于320℃，优选小于310℃。在一些实施例中，Tm可以小于306℃。Tm可以大于280℃，或大于290℃、295℃或300℃。Tm优选在300℃到310℃范围内。
在一个优选实施例中，所述聚合材料(C)的Tg在145℃到155℃范围内，Tm在300℃到310℃范围内并且Tm与Tg之间的差值在145℃到165℃范围内。
所述聚合材料(C)可以具有如实例2中所述测量的至少25％的结晶度。通过FTIR测量的结晶度也可以是至少25％。
所述聚合材料(C)的熔体粘度(MV)宜为至少0.10kNsm-2，MV优选至少0.15kNsm-2，更优选至少0.20kNsm-2，尤其是至少0.25kNsm-2。
所述第三部件可以包括至少50wt％、优选至少75wt％、更优选至少90wt％、尤其至少99wt％的所述聚合材料(C)。因此，第三部件优选基本上无填料。
所述聚合材料(A)与所述聚合材料(C)之间的Tm差值可以是至少20℃，优选至少30℃。差值可以小于50℃。
所述聚合材料(B)与所述聚合材料(C)之间的Tm差值可以是至少20℃，优选至少30℃。差值可以小于50℃。
所述聚合材料(A)与所述聚合材料(B)之间的Tm差值可以是小于10℃，优选小于5℃。聚合材料(A)和(B)优选具有相同的重复单元并且优选为相同的。
第一部件的叠置于第二部件上的面积可以是至少10cm2、至少25cm2或至少100cm2。
垂直于第一与第二部件之间界面所测量的第一部件厚度可以是至少2mm或至少4mm。厚度可以小于20mm、小于15mm或小于10mm。
垂直于第一与第二部件之间界面所测量的第二部件厚度可以是至少2mm或至少4mm。厚度可以小于20mm、小于15mm或小于10mm。
在第一实施例中，所述第一部件上覆于所述第二部件上。所述第一部件可以包含位于所述第二部件上的包覆成型区域。
所述第三部件优选具有不超过100μm的厚度。厚度可以是至少5μm。在一些实施例中，第三部件可能稍微混入第一和第二部件的表面中。
在一个实施例中，所述第三部件优选地限定定位于第一和第二部件之间的基本上连续层。因此，由所述第三部件限定的层优选不间断。所述层在其整个范围内优选具有基本上恒定的厚度。所述第三部件优选定位于第一部件的叠置于第二部件上的所有区域之间。因此，优选地，当第一和第二部件之间的所述第三部件限定的层不连续时，第一部件的区域均不叠置于第二部件的区域上。因此，优选地，所述第一部件的区域均不直接接触第二部件的区域。
在一个实施例中，所述组件可以包括空隙(其宜使得所述组件的密度低于不具有此类空隙的组件)。空隙可以通过第一部件或第二部件的结构限定。举例来说，第一部件或第二部件可以是多孔的或具有蜂窝结构。
在一个实施例中，所述组件可以包含限定第一层的所述第一部件；限定与第一层接触的第二层的所述第三部件；以及限定与第二层接触的第三层的所述第二部件。所述组件可以包括与第三层接触的第四层。第四层可以具有所述第三部件的任何特点。因此，如所描述，其优选包括所述聚合材料(C)。所述组件可以包括与第四层接触的第五层。所述第五层可以具有所述第一部件的任何特点。因此，其优选包括聚合材料(A)。
所述组件优选的是飞行器的一部分。所述组件可以具有大于10cm、大于50cm或大于1m的最大维度。
根据本发明的第二方面，提供一种制造组件(例如根据第一方面所述)的方法，所述方法包含：在包含聚合材料(A)的第一构件与包含聚合材料(B)的第二构件之间配置聚合材料(C)，其中所述第一构件包含含有如第一方面所述的式(XI)重复单元的聚合材料(A)；所述第二构件包含含有如第一方面所述的式(XI)重复单元的聚合材料(B)；并且所述聚合材料(C)如第一方面所述。
所述方法优选包含使聚合材料(C)经受一种温度，所述温度小于所述第一构件中的聚合材料(A)的Tm并且优选小于所述第二构件中的聚合材料(B)的Tm。所述温度优选大于所述聚合材料(C)的Tm。所述温度可以小于330℃，优选小于310℃。所述温度可以大于280℃。所述温度可以在280℃至330℃范围内，优选地在290℃至315℃范围内。所述方法优选包含使包含聚合材料(C)、聚合材料(A)和聚合材料(B)的结构(例如非固结的结构)经受限定于例如290℃至315℃范围内的所述温度，以便适当地熔融聚合材料(C)，但不熔融聚合材料(A)和(B)。优选地，所述方法包含对包含聚合材料(A)、(B)和(C)的结构施加压力，同时适当地使聚合材料经受所述温度，从而使结构固结并且制得所述组件。
所述聚合材料(C)可以包含厚度可以小于100μm(例如在5μm至100μm范围内)的膜。所述聚合材料(A)可以是厚度大于所述膜厚度(例如大于5mm或大于10mm)的结构的一部分。所述聚合材料(B)可以是厚度大于所述膜厚度(例如大于5mm或大于10mm)的结构的一部分。
所述聚合材料(A)可以是包括填料(例如纤维填料，如30wt％至60wt％填料)的结构的一部分。所述聚合材料(B)可以是包括填料(例如纤维填料，如30wt％至60wt％填料)的结构的一部分。
在所述方法中，优选地控制熔融之后，冷却聚合材料(C)，因此聚合材料(C)出现结晶(即，其并非是无定形的)。冷却之后，如本文所述测量，其优选地具有至少15％的结晶度，优选至少20％，尤其至少23％的结晶度。
根据本发明的另一方面，提供一种包含第一部件和第二部件的组件，其中第三部件定位于第一和第二部件之间，其中：
(i)所述第一部件包含聚合材料(A)，所述聚合材料(A)包含式(XI)重复单元
其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；或
所述第一部件包含聚合材料(C)，所述聚合材料(C)包含的聚合物具有下式重复单元
-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分；
(ii)所述第二部件包含聚合材料(C)，所述聚合材料(C)包含的聚合物具有下式重复单元
-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分；以及
(iii)所述第三部件包含聚合材料(C)，所述聚合材料(C)包含的聚合物具有下式重复单元
-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分。
第一部件的聚合材料(C)与第二部件的聚合材料(C)可以相同或不同。第一部件的聚合材料(C)与第三部件的聚合材料(C)可以相同或不同。第二部件的聚合材料(C)与第三部件的聚合材料(C)可以相同或不同。
在一个实施例中，所述组件可以包括空隙(其宜使得所述组件的密度低于不具有此类空隙的组件)。空隙可以通过第一部件或第二部件的结构限定。优选地，第一部件和/或第二部件包括空隙。举例来说，第一部件和/或第二部件可以是多孔的或具有蜂窝结构。所述第二部件优选地具有蜂窝结构。
在一个实施例中，所述第一部件和/或所述第二部件优选地与所述第三部件直接接触。
在另一个实施例中，一个或多个其它部件可以定位于所述第一部件与所述第三部件之间。在另一个实施例中，一个或多个其它部件可以定位于所述第二部件与所述第三部件之间。
应了解，适用于本发明的一个方面的可选特点可以按任何组合以及按任何个数使用。此外，其也可以结合本发明其它方面中的任一个，按任何组合以及按任何个数使用。此包括(但不限于)作为本申请的权利要求书中的任何其他权利要求项的附属权利要求项使用的任何权利要求项的附属权利要求项。
读者的关注是针对与关于本申请的本说明书同时或先于本说明书提交的所有论文和文献，这些论文和文献与本说明书一起开放供公众检验，并且所有此类论文和文献的内容通过引用结合在此。
本说明书(包括任何随附的权利要求书、发明摘要以及附图)中所揭露的所有特点和/或如此揭露的任何方法或工艺的所有步骤可以按任何组合的形式组合，但其中此类特点和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。
本说明书(包括任何随附的权利要求书、发明摘要和附图)中所揭露的每个特点可以替换为用于相同、等效或类似目的的替代特点，除非另有明确陈述。因此，除非另有明确陈述，否则所揭露的每个特点仅为一系列通用的等效或类似特点的一个实例。
本发明不受前述实施例的细节限制。本发明扩大到本说明书(包括任何随附权利要求书、发明摘要以及附图)中所揭露特点的任何新颖特点或任何新颖组合，或扩大到如此揭露的任何方法或工艺步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。
附图说明
现将通过实例，参照附图来描述本发明的具体实施例，其中：
图1是两个部件使用第一方法粘结在一起之前的示意图；
图2是两个部件使用第二方法粘结在一起的示意图；
图3是织在一起的共挤出条带的横截面示意图。
图4是图3的编织带的三个层(组合而形成结构)的示意图；
图5是组装之前，包括蜂窝层的层合结构的示意图；以及
图6是组装之后的图5层合结构的示意图。
具体实施方式
下文中提及以下材料：
聚合物组合物A-PEEK 90G-具有0.09KNsm-2(如本文所述测量)熔体粘度(MV)的聚醚醚酮(PEEK)，其获自威克特瑞制造有限公司(Victrex Manufacturing Ltd.)。
聚合物组合物B-PEEK-PEDEK-如实例1中所述制得的共聚物，其具有0.15KNsm-2(如本文所述测量)的MV、149℃的Tg、302℃的Tm和29％结晶度，如实例2中所述测量。
聚合物组合物C-是指具有0.09KNsm-2熔体粘度以及40wt％高模数短碳纤维的PEEK，威克特瑞制造有限公司以Victrex 90HMF40出售。
聚合物组合物D-是指具有0.09KNsm-2熔体粘度以及30wt％玻璃纤维的PEEK，威克特瑞制造有限公司以Victrex 90GL30出售。
聚合物组合物E-是指具有0.09KNsm-2熔体粘度以及30wt％芳纶纤维的PEEK。
聚合物组合物F-是指具有0.09KNsm-2熔体粘度以及30wt％陶瓷的PEEK。
陶瓷-是指获自摩根技术陶瓷(Morgan Technical Ceramics)的DeranoxTM970氧化铝。
芳纶纤维-是指杜邦(DuPont)的Kevlar 49编织物。
环氧树脂-是指Araldite(商标)AV138M/HV998。
Skydrol PE-5-获自伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company)的航空液压流体。
聚合物组合物B中所用的共聚物如下制得：
实例1-制备聚醚醚酮(PEEK)-聚醚二苯基醚酮(PEDEK)共聚物
向装配有盖子、搅拌器/搅拌器导杆、氮气入口和出口的300升容器中装入二苯砜(125.52kg)且加热到150℃。一旦充分熔融，则将4,4'-二氟二苯甲酮(44.82kg，205.4mol)、1,4-二羟基苯(16.518kg，150mol)以及4,4'-二羟基联苯(9.311kg，50mol)装入容器中。然后将内含物加热到160℃。在维持氮气层的同时，添加均经由具有500微米筛孔的筛网筛分的干燥碳酸钠(21.368kg，201.6mol)和碳酸钾(1.106kg，8mol)。碳酸钠的D50是98.7μm。温度以1℃/分钟升高到180℃并且保持100分钟。温度以1℃/分钟升高到200℃并且保持20分钟。温度以1℃/分钟升高到305℃且保持直到达到所要熔体粘度，如通过搅拌器的扭矩升高来确定。所需的扭矩升高是利用扭矩升高相对于MV的校准图确定。经由带式浇注机将反应混合物倾入水浴中，使其冷却，研磨并且用丙酮和水洗涤。所得聚合物粉末在转筒式干燥器中干燥直到内含物温度测量为112℃。共聚物具有29％结晶度，如实例2中所述测量。
实例2-评估结晶度的差示扫描热量测定法
本文中提及的结晶度可以通过若干种方法评估，例如通过密度、ir光谱学、X射线衍射或差示扫描热量测定法(differential scanning calorimetry；DSC)。使用具有FRS5传感器的Mettler Toledo DSC1星形系统，使用DSC方法评价本文所述的聚合物结晶度。
本文所述聚合物的玻璃态化温度(Tg)、熔融温度(Tm)以及熔体熔化热(ΔHm)可以使用以下DSC方法测定。
将8mg聚合物样品以20℃/分钟从30℃加热到400℃，保持5分钟，然后以20℃/分钟冷却到30℃并且在此温度下保持5分钟。重复进行加热/冷却循环。利用从第二个加热/冷却循环获得的DSC迹线，起始Tg是以沿转移前基线所绘线与转移期间沿最大斜率所绘线的交点获得。Tm为熔融吸热线主峰达到最大值时的温度。
熔体熔化热(ΔHm)是通过将熔融吸热线偏离相对较直基线的两个点连接来获得。吸热线下随时间而变的积分面积产生熔融转移焓(mJ)：质量标准化熔化热是通过将焓除以试样质量(J/g)来计算。结晶水平(％)是通过将试样的熔化热除以完全结晶聚合物的熔化热(对于聚醚醚酮来说是130J/g)来测定。
使用所述DSC，实例1的共聚物具有以下特征：Tg＝149℃，Tm＝302℃。
实例3-用于测试样品的通用程序.
将部件切削成25mm宽条带，得到25mm×25mm重叠粘结面积。在Instron拉伸测试机(使用50KN测力计和13毫米/分钟的十字头速度进行操作)上，根据ASTM-5858，进行单一的搭接剪切测试。在23℃和120℃进行测量。记录最大负荷，得到粘合强度的示值。
实例4-用于制造部件的通用程序(第一方法)
聚合物组合物C是作为呈预浸板形式的部件形式提供，所述预浸板是通过用具有所述熔体粘度的细粉状PEEK涂布碳纤维垫来制得。随后将PEEK熔融，以便其渗透整个垫。切割垫以限定160mm×250mm板。
如同组合物C，但使用芳纶纤维垫来制备包含聚合物组合物E的预浸板。
实例5-用于制造部件的通用程序(第二方法)
由聚合物组合物A制成的部件是利用射出成型薄片获得，所述射出成型薄片是使用Engel 740/220射出成型机(机床温度为145-155℃，圆筒温度为350℃-360℃，喷嘴温度365℃，固持压力30巴，注射压力140巴和螺杆速度45rpm)制得。然后将薄片切削成所需尺寸(160mm×250mm)。由聚合物组成物D和F制成的部件是用相同方式获得，但其中机床温度提高到180-200℃，圆筒温度提高到370-380℃并且喷嘴温度提高到380℃。
所制部件的概述提供于表1中。
部件参考编号 聚合物组合物 概述
P1 A 如实例5中所述制得
P2 D 如实例5中所述制得
P3 C 如实例4中所述制得
P4 E 如实例4中所述制得
P5 F 如实例5中所述制得
表1
实例6-使用聚合物组合物B使组件彼此间粘结的通用程序(第一方法)
使由所选聚合物组合物制成的15μm厚膜片与第一部件在射出成型压缩机床中共固结，以限定包含第一部件4和膜6的第一组合件2，如图1中所示。共固结涉及将膜(160mm×250mm)放入预先已经脱模剂处理的压缩成型机床中。然后，将如实例5中所述制得的射出成型薄片(160mm×250mm)放在机床中的膜顶上，将机床加热到320℃并且在此温度和50巴压力下保持10分钟，随后冷却到60℃，之后移走已固结的部件。包含第二部件10和膜12的第二组合件8是以类似方式制造。
待连接的组合件2、8的粘结表面是通过用丙酮擦拭以去除油脂和污迹并且加以干燥来清洁。将组合件粘结在一起，变成单一的重叠剪切几何形状。这涉及使组合件在压机中合在一起有25mm重叠。使用隔片，以在施加压力的同时使复合板彼此间保持平行。压机中的压板经30分钟从60℃加热到320℃，在320℃保持20分钟并且然后经40分钟冷却到60℃，同时在50Ncm-2压力下持续保持90分钟。
实例7-使用聚合物组合物B使组件粘结在一起的通用程序(第二方法)
作为实例6方法的一个替代方案，用图2中所示的单步骤方法(其中第一部件20和第二部件22通过单一膜片24粘结在一起)替换两步骤方法(即产生共固结的第一和第二部件；并且然后使第一和第二部件粘结)。在此情况下，如图2所示，将限定部件20、22的复合板以25mm重叠并且与其间的25μm膜24一起放入压机中。
如实例6中所述使用隔片并且将压机中的板经30分钟从60℃加热到320℃，在320℃保持20分钟并且然后经40分钟冷却到60℃，同时在50Ncm-2压力下持续保持90分钟。
实例8-使用组合物B使组件粘结在一起的通用程序(第三方法)
作为实例6和实例7的一个替代方案，可以在压机中使用膜24，一般使用实例6和实例7中所述的条件将一个部件(例如图1中的部件2)与一个部件(例如图2中的部件20)粘结。
实例9-使用聚合物组合物B使组件粘结在一起的通用程序(第四方法)
在另一个替代方案中，一个部件(例如图1中的部件2)可以通过膜6与一个部件(例如图2中的部件20)粘结，膜6是部件2的组件；即，可以仅使用单一膜层。
实例10(对比)-使用聚合物组合物A使组件粘结在一起的通用程序
一般遵循实例6和实例7中所述的程序，但其中膜6、12、24包含聚合物组合物A。聚合物组合物A的熔融温度高于聚合物组合物B。因此，方法与实例4、实例6和实例7中所述方法不同之处在于，组合件是在合在一起之后，在340℃下加热，从而将组合件粘结在一起。
实例11(对比)-使用环氧树脂将组合物粘结在一起的通用程序
待粘结在一起的第一和第二部件如实例6中所述来清洁并且然后将双组分环氧树脂粘合剂直接施加到部件并且使用15分钟100℃固化循环将部件粘结在一起。
结果
如实例4至实例6中所述制得的组合件中的各部件之间的粘结强度是使用实例3中所述的测试来评估并且结果提供于表2中。
表2
以下注释适用于表2：
*展现粘合剂/基板界面处的粘合剂失效
#展现粘合剂的粘结失效，使得粘合剂留在基板两侧。
参见表2，应注意以下事项：
(i)相较于使用聚合物组合物A(PEEK)，使用聚合物组合物B(PEEK-PEDEK)使得所粘结部件之间的粘结更强。另外，由于聚合物组合物B仅需加热到例如305℃，因此部件P1到部件P5中所包括的PEEK在粘结过程中不会熔融，从而在所述过程中避免部件P1到部件P5发生变形并且避免应力引入部件P1到部件P5中。
(ii)相较于使用环氧树脂(在23℃观察到其在低负荷下出现粘结失效)，使用聚合物组合物B使所粘结部件之间的粘结更强。在较高温度(120℃)下，粘结强度的下降非常显著，这意味着在具挑战性(例如航空航天)应用中使用环氧树脂是不可行的。
如实例12中所述来评估所测试部件的耐化学性。
实例12-部件的耐化学性
由通过环氧树脂或组合物B粘结的组合物C的预浸板制成的部件在航空液压流体(Skydrol PE-5)中、在室温下浸没24小时的时段。条带然后在真空下、在70℃干燥24小时。目视检查经环氧树脂粘结的部件的粘结显示，粘结周边处的粘结材料有一些溶解，而经组合物B粘结的样品似乎未受到影响。对部件进行搭接剪切测试，经组合物B粘结的部件得到19.2Nmm-2的值，发现其与未在航空流体中浸没的部件类似。经环氧树脂粘结的部件由于粘结劣化而不可能获得类似值。这说明组合物B的耐化学性优于环氧树脂材料。
聚合物组合物B的层可作为粘合剂用于将包含PEEK(或另外包含聚芳基醚酮)的两个部件紧固在一起。举例来说，组合物B可以在飞行器制造中用于将部件紧固在一起。举例来说，可以紧固以下飞行器部件：内部机身面板、内部地板面板、机翼内的肋条和横梁，以及机翼结构和飞行器控制结构，如副翼、翼片和方向舵。
在一个实施例中，聚合物组合物B可用作粘合剂，如图3和图4中所说明。编织层30包含细长经纱带32(典型地为10-100μm)，其各包含含有PEEK的层34和含有聚合物组合物B的并置层36层30还包括与经纱带相同的纬纱带40(典型地为10-100μm)。将经纱带和纬纱带编织成碳织物43。
图4中所说明的结构包含三个编织层30a、30b和30c(各参照图3所述)，其以堆叠方式组装并且然后受热(以使层30a、30b和30c中的聚合物组合物B熔融，但不使所述层内的PEEK熔融)并且受压(沿箭头50、52的方向)以促使所述层合在一起。聚合物组合物B充当使PEEK层紧固在一起的粘合剂，因为在所固结的结构中，聚合物组合物B渗透碳织物。
每根条带32、40可以通过共挤出、随后拉伸以使其定向并且使PEEK层的拉伸强度提高到高于500MPa(根据ASTMD3759测量)来制得。然后可以如所述来编织拉伸带。或者，可以选择包含聚合物组合物B的所定向PEEK条带和非定向条带的长度并且叠置以限定一对条带，其与另一对相同条带共编织以限定图3中的结构。
在第二实施例中，聚合物组合物B可以作为粘合剂用于制造蜂窝类结构。图5展示由PEEK制成的轻质蜂窝核心50。在替代实施例中，轻质蜂窝核心50可以由聚合物组合物B制成。在核心50的相对侧展示有复合结构52，其各包含由PEEK和碳纤维制成的复合表皮54以及由聚合物组合物B制成的膜层56。图5中所示的组件可以压缩在一起并且通过表皮54加热以使膜层56熔融，从而使核心50熔化到复合结构52，以限定如图6中所示的结构。
本发明不受前述实施例的细节限制。本发明扩大到本说明书(包括任何随附权利要求书、发明摘要以及附图)中所揭露特点的任何新颖特点或任何新颖组合，或扩大到如此揭露的任何方法或工艺步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。

Claims (38)

1.一种包含第一部件和第二部件的组件，其中第三部件定位于所述第一和第二部件之间，其中：
(i)所述第一部件包含聚合材料(A)，所述聚合材料(A)包含式(XI)重复单元
其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；
(ii)所述第二部件包含聚合材料(B)，所述聚合材料(B)包含式(XI)重复单元
其中t1和w1独立地表示0或1并且v1表示0、1或2；并且
(iii)所述第三部件包含聚合材料(C)，所述聚合材料(C)包含的聚合物具有下式重复单元
-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分，
其中，所述聚合材料(C)具有至少25％的结晶度。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述聚合材料(A)的结晶水平是至少15％；并且所述聚合材料(B)的结晶水平是至少15％。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述聚合材料(A)的结晶水平是至少25％；并且所述聚合材料(B)的结晶水平是至少25％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中所述聚合材料(A)具有其中t1＝1、v1＝0和w1＝0的重复单元；并且，聚合材料(B)具有其中t1＝1、v1＝0和w1＝0的重复单元。
5.根据权利要求1所述的组件，其中所述聚合材料(A)具有至少0.06kNsm-2的熔体粘度(MV)，其中MV是使用毛细管流变仪测量，所述毛细管流变仪是使用圆形横截面碳化钨冲模，毛细管直径0.5mm×毛细管长度3.175mm，在1000s-1的剪切速率下，在400℃操作；并且，所述聚合材料(B)具有至少0.06kNsm-2的MV。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所述聚合材料(A)是包括聚合材料(A)和填充元件的第一组合物的一部分。
7.根据权利要求6所述的组件，其中所述第一组合物包括20wt％至99.9wt％的聚合材料(A)和0.1wt％至80wt％的填充元件。
8.根据权利要求7所述的组件，其中所述第一组合物包括40wt％至60wt％的填充元件和40wt％至60wt％的聚合材料(A)。
9.根据权利要求6或权利要求7所述的组件，其中所述第一组合物包括40wt％至60wt％的碳纤维和40wt％至60wt％的聚合材料(A)。
10.根据权利要求1所述的组件，其中所述聚合材料(B)是包括聚合材料(B)和填充元件的第二组合物的一部分。
11.根据权利要求10所述的组件，其中所述第二组合物包括20wt％至99.9wt％的聚合材料(B)和0.1wt％至80wt％的填充元件。
12.根据权利要求11所述的组件，其中所述第二组合物包括40wt％至60wt％的填充元件和40wt％至60wt％的聚合材料(B)。
13.根据权利要求10或权利要求11所述的组件，其中所述第二组合物包括40wt％至60wt％的碳纤维和40wt％至60wt％的聚合材料(B)。
14.根据权利要求1所述的组件，其中在所述第一部件和所述第二部件中，所述聚合材料(A)和(B)相同。
15.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一和第二部件具有基本上相同的组成。
16.根据权利要求1所述的组件，其中所述重复单元I和II的相对摩尔浓度比例I:II是65:35到95:5。
17.根据权利要求1所述的组件，其中在所述聚合材料(C)中，以下关系适用：
log10(X％)>1.50-0.26MV；
其中X％是指使用具有FRS5传感器的Mettler Toledo DSC1星形系统，使用DSC方法测量的结晶度％并且MV是指熔体粘度，其中MV是使用毛细管流变仪测量，所述毛细管流变仪是使用圆形横截面碳化钨冲模，毛细管直径0.5mm×毛细管长度3.175mm，在1000s-1的剪切速率下，在400℃操作。
18.根据权利要求1所述的组件，其中所述式I重复单元具有以下结构
并且所述式II重复单元具有以下结构
19.根据权利要求18所述的组件，其中所述聚合材料(C)包括至少68mol％并且小于90mol％的式III重复单元；以及至少10mol％并且小于32mol％的式IV重复单元。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的组件，其中所述聚合材料(C)包括至少70mol％并且小于80mol％的式III重复单元；以及至少20mol％并且小于30mol％的式IV重复单元。
21.根据权利要求1所述的组件，其中所述聚合材料(C)的Tm小于330℃并且大于280℃。
22.根据权利要求21所述的组件，其中所述聚合材料(C)的Tm小于310℃并且大于295℃。
23.根据权利要求1所述的组件，其中所述第三部件包括至少50wt％的所述聚合材料(C)。
24.根据权利要求23所述的组件，其中所述第三部件包括至少99wt％的所述聚合材料(C)。
25.根据权利要求1所述的组件，其中所述聚合材料(A)与所述聚合材料(C)之间的Tm差值是至少20℃。
26.根据权利要求25所述的组件，其中所述聚合材料(A)与所述聚合材料(C)之间的Tm差值小于50℃。
27.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一部件的叠置于所述第二部件上的面积是至少10cm2，或垂直于所述第一和第二部件之间界面所测量的所述第一部件厚度是至少2mm。
28.根据权利要求1所述的组件，其中所述第三部件具有不超过100μm的厚度。
29.根据权利要求1所述的组件，其中所述第三部件限定所述第一和第二部件之间所定位的基本上连续层。
30.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件包含限定第一层的所述第一部件；限定与所述第一层接触的第二层的所述第三部件；所述第二部件，其限定与所述第二层接触的第三层；与包括所述聚合材料(C)的所述第三层接触的第四层；以及与包括聚合材料(A)的所述第四层接触的第五层。
31.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件具有大于10cm的最大维度。
32.根据权利要求31所述的组件，其中所述组件具有大于1m的最大维度。
33.一种制造如权利要求1至32中任一权利要求中所述组件的方法，所述方法包含：在包含聚合材料(A)的第一构件与包含聚合材料(B)的第二构件之间配置聚合材料(C)，其中所述第一构件包含聚合材料(A)，所述聚合材料(A)包含如权利要求1至32中任一权利要求所述的式(XI)重复单元；所述第二构件包含聚合材料(B)，所述聚合材料(B)包含如权利要求1至32中任一权利要求中所述的式(XI)重复单元；并且所述聚合材料(C)如权利要求1至32中任一权利要求所述。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述方法包含使聚合材料(C)经受一种温度，所述温度小于所述第一构件中的所述聚合材料(A)的Tm并且小于所述第二构件中的所述聚合材料(B)的Tm，但大于所述聚合材料(C)的Tm。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述温度小于330℃；并且大于280℃。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述温度小于310℃；并且大于280℃。
37.根据权利要求33至36中任一权利要求所述的方法，其中所述聚合材料(C)呈膜形式。
38.根据权利要求33至36中任一权利要求所述的方法，其中在所述方法中，控制熔融之后，冷却所述聚合材料(C)，因此聚合材料(C)出现结晶。
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