CN110214160B - 具有改善的碳纤维-基质界面的聚碳酸酯 - Google Patents

具有改善的碳纤维-基质界面的聚碳酸酯 Download PDF

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Abstract

公开的各种实施方式涉及组合物。本发明包含聚碳酸酯组分和包含活化的表面的碳纤维组分。可以在聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间形成界面。

Description

具有改善的碳纤维-基质界面的聚碳酸酯
本申请要求2017年1月25日提交的标题为“具有改善的碳纤维-基质界面的聚碳酸酯”的美国临时专利申请序列号62/450,208的优先权，其公开内容通过引证以其整体并入本文。
背景技术
由聚合物和增强纤维所形成的复合材料在强度和轻重量之间达到了期望的平衡，使它们在多种应用中性能良好。复合材料的强度取决于多种不同因素。例如，材料的强度可以取决于用于形成复合材料的材料或者那些材料之间的连接。为了提供用于更广泛应用的复合材料，期望产生具有增加的强度的复合材料。
发明内容
由聚合物和增强纤维所形成的复合材料是期望的，其中纤维分担了施加于复合材料的外应力。复合材料的强度有时受到聚合物和纤维之间界面的强度程度的限制。例如，如果界面脆弱，意味着在聚合物和增强纤维之间存在较差的结合或连接，则复合材料的总强度可能不期望地改变。
纤维的修饰可以提高聚合物和纤维之间界面的强度。例如，通过修饰纤维表面或者修饰聚合物(例如，用可以与聚合物的官能团反应的官能团)，可以作为整体增强界面和复合材料。
在本发明的实施方式中，聚碳酸酯组分和碳纤维组分包含活化的表面。可以在聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间形成界面。
在本发明的另一个实施方式中，可以由包含聚碳酸酯组分和含有活化的表面的碳纤维组分的组合物形成复合材料。复合材料的界面包含在聚碳酸酯组分和碳纤维组分的活化的表面之间形成的共价键。
在本发明的其它实施方式中，形成复合材料的方法包括将包含聚碳酸酯组分和含有活化的表面的碳纤维组分的组合物与模具接触。方法还包括加热模具和对模具施加压力。
附图说明
附图通常通过举例而不是通过限制来的方式说明在本发明文档中讨论的多个实施方式。
图1显示了在一些实施方式中的复合材料的扫描电子显微照片(SEM)。
图2是图1所示的复合材料的放大图片。
图3显示了在一些实施方式中复合材料的SEM图片。
图4是图3所示的复合材料的放大图片。
图5显示了在一些实施方式中复合材料的SEM图片。
图6是图5所示的复合材料的放大图片。
具体实施方式
现将详细参考公开的主题的某些实施方式，在附图中部分显示了这些实施方式的实例。尽管将结合所列举的权利要求描述所公开的主题，但是应理解举例说明的主题不旨在将权利要求限制于所公开的主题。
由聚合物和增强纤维所形成的复合材料是期望的，其中纤维分担了施加于复合材料的外应力。复合材料的强度有时受到聚合物和纤维之间界面强度的程度的限制。例如，如果界面脆弱，意味着在聚合物和增强纤维之间存在较差的结合或连接，则复合材料的总强度可能不期望地改变。
纤维的修饰可以提高聚合物和纤维之间界面的强度。例如，通过修饰纤维表面或者修饰聚合物(例如，用可以与聚合物的官能团反应的官能团)，可以作为整体增强界面和复合材料。
各种实施方式涉及包含聚碳酸酯组分和碳纤维组分的组合物。组合物可以采取多种形式，包括复合材料或固化的复合材料。碳纤维组分可以包含活化的表面。碳纤维组分的活化的表面尤其可以包含可以与聚碳酸酯组分反应的亲核基团。在复合材料中，可以在聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间形成界面。可以通过聚碳酸酯组分和碳纤维之间的连接形成界面。连接可以通过化学键(例如、共价键、离子键或氢键)、物理连接(例如，范德华力或机械连接)及它们的组合实现。
各种实施方式的组合物可以具有任何适合的量的碳纤维组分和聚碳酸酯组分。取决于组合物的具体应用或期望的性质，每种组分的量可以改变。例如，碳纤维组分可以在组合物的约1wt％至约70wt％的范围内，或者组合物的约15wt％至约60wt％的范围内，或者组合物的约30wt％至约50wt％的范围内。聚碳酸酯组分可以在组合物的约1wt％至约70wt％的范围内，或者组合物的约15wt％至约60wt％的范围内，或者组合物的约30wt％至约50wt％的范围内。
在一些实施方式中，碳纤维组分和聚碳酸酯组分在界面处直接接触。在一些实例中，可以通过在聚碳酸酯组分和碳纤维组分的活化的表面之间所形成的共价键形成界面。更具体地，共价键可以在碳纤维组分的活化的表面和聚碳酸酯组分的亲电子侧链之间形成。本文提供了聚碳酸酯组分的适合的亲电子侧链的实例。聚碳酸酯组分的亲电子侧链和碳纤维组分的活化的表面彼此键合的程度可以在约1％至约100％或者约50％至约100％或者约75％至约100％的范围内，亲电子侧链可以共价键合到碳纤维组分的活化的表面。
共价键合到碳纤维组分的活化的表面的亲电子侧链的更高的百分比可以具有增强界面的效果。然而，具有较低的共价键合到碳纤维组分的活化的表面的亲电子侧链的百分比也可以赋予某些效果。例如，未键合的亲电子基团可用于参与与聚碳酸酯组分的其它亲电子基团的分子间和分子内交联。这可以作为整体增强聚碳酸酯组分。相对于在交联中所使用的亲电子侧基的多少，控制键合至聚碳酸酯组分活化的表面的亲电子侧基的多少的能力可以导致对复合材料性质的控制。
与如上描述的共价键相反或者与之组合，还可以通过各种非共价物理连接形成聚碳酸酯组分和碳纤维之间的界面。例如，可以通过离子键结合聚碳酸酯组分和碳纤维。另外，可以在聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间形成氢键。例如，可以在聚碳酸酯组分的亲电子侧链和碳纤维组分的活化的表面之间形成氢键。
在一些实例中，物理连接可以连接碳纤维组分和聚碳酸酯组分。例如，聚碳酸酯组分的亲电子侧链和碳纤维组分的活化的表面之间可以存在范德华力，其在它们之间形成界面。在一些实例中，可以通过聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间的机械连接形成界面。例如，聚碳酸酯组分可以缠绕在碳纤维组分周围。聚碳酸酯组分可以完全缠绕碳纤维或者部分缠绕碳纤维。当聚碳酸酯缠绕碳纤维时，聚碳酸酯组分和碳纤维之间的连接强度可以提高。如果聚碳酸酯组分未完全缠绕碳纤维，则聚碳酸酯组分上可能存在更多可用于交联的亲电子侧基。
可以通过修饰碳纤维组分表面来提高聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间的机械连接。例如，可以提高碳纤维组分的表面粗糙度。随着表面粗糙度的增加，聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间的连接可以增加。
聚碳酸酯组分和碳纤维的界面处的连接还可以是任何上述连接的组合。也就是说，界面可以包含共价键、离子键、范德华力、氢键、机械连接或它们的任意组合。
在一些实例中，组合物可以包含第二聚碳酸酯组分。类似于第一聚碳酸酯组分，第二聚碳酸酯组分可以包含不同的量含有亲电子侧链的重复单元。在一些实例中，第二聚碳酸酯组分可以不含亲电子侧链。尽管如此，第二聚碳酸酯组分仍可以以类似于先前描述的聚碳酸酯组分的方式连接至碳纤维。另外，可以在第二聚碳酸酯组分和第一聚碳酸酯组分之间形成界面。在这种情况下，碳纤维可以预涂覆有第一聚碳酸酯组分。然后，可以附接至第二聚碳酸酯组分，从而在聚碳酸酯组分和第二聚碳酸酯组分之间形成界面。界面可以包含共价键、离子键、范德华力、氢键、机械连接或它们的任意组合。
可以通过多种不同的方式评价复合材料的强度。如本文实例中描述的，聚碳酸酯组分和碳纤维之间的界面的完整性可以是评价强度的一种方式。可以通过SEM评价完整性。例如，纤维和聚碳酸酯组分之间的空间可以与界面完整性有关。也就是说，聚碳酸酯组分和碳纤维之间不存在空隙表明较强的连接和整体上更强的材料。另外，基质和碳纤维之间小纤维的存在可以是良好的粘附和完整性的指示。可以测定碳纤维的长度。伸出自断裂表面的短纤维的长度通常是良好的粘附的指示。另外，碳纤维上残余的基质材料也是粘附性改善的指示。在一些实例中，材料具有大于单一组分的拉伸强度范围。例如，材料的拉伸强度可以在聚碳酸酯组分的拉伸强度的约100％至碳纤维组分的拉伸强度的约100％或以上的范围内。
碳纤维(carbon fiber)或碳纤维(carbon fibre)(可替换地，CF、石墨纤维或石墨纤维)可以是具有任何适合长度、直径和长径比的纤维。在一些实例中，纤维可以是直径约5至约10微米并且主要由碳原子组成的纤维。碳纤维的原子结构通常类似于石墨，其包含以规则六边形图案布置的碳原子片(石墨烯片)，不同在于这些片连锁的方式。
取决于制备纤维的前体，碳纤维可以是乱层(turbostatic)或石墨的，或者具有存在石墨和乱层部分两者的混合结构。在乱层碳纤维中，碳原子片不规则折叠或者“折皱”在一起。例如，衍生自聚丙烯腈(PAN)的碳纤维是乱层的，而在超过2200℃的温度下热处理之后，衍生自中间相沥青的碳纤维是石墨的。乱层碳纤维倾向于具有高拉伸强度，而热处理的源自中间相沥青的碳纤维具有高杨氏模量(即在负荷下的高刚度或高拉伸耐受性)和高导热率。
不考虑碳纤维的形式(例如，乱层相对于石墨)，可以修饰本文描述的各种组合物的碳纤维组分以包含活化的表面。可以通过例如电化学处理、等离子体处理或者臭氧处理激活活化的表面的基团。在一些实施方式中，活化的表面包含亲核基团，使得碳纤维组分的表面包含至少一种，但是通常多种可以与聚碳酸酯组分相互作用以形成界面的亲核基团。亲核基团可以选自羟基基团、羧基基团、氨基基团及它们的组合的组。在各种实例中，活化的表面包含约0.05原子浓度％至约20原子浓度％的亲核基团，或者约0.05原子浓度％至约8原子浓度％的亲核基团。可以使用本领域中已知的方法确定碳纤维组分上的活化的表面的原子浓度％。例如，可以通过X射线光电子光谱(XPS)确定原子浓度％。典型的XPS光谱是探测到的电子的数目(Y轴，纵座标)相对于探测到的电子的结合能(X轴，横坐标)的图。每个元素在特征结合能值处生产特征XPS峰的组，其直接鉴别了存在于被分析的材料中或其表面上的每种元素。这些特征谱峰对应于原子内电子的电子排布，例如，1s、2s、2p、3s等。每个特征峰中所检测的电子数目与XPS采样体积内元素的量直接相关。为了产生原子浓度％值，通过将其信号强度(探测到的电子数目)除以相对灵敏度系数(RSF)来修正每个原始XPS信号，并相对于所有探测到的元素归一化。由于不检测氢，因此这些原子百分比不包括氢。
组合物的碳纤维组分可以包含一种或多种碳纤维。也就是说，碳纤维组分可以包含多种碳纤维，其包含占相同mol％的相同亲核基团。在一些实例中，碳纤维组分可以包含具有形成不同活化的表面的不同亲核基团的碳纤维的混合物。在一些实例中，不同碳纤维上的亲核基团可以是相同的，但是亲核基团的mol％可以是不同的。另外，一些碳纤维可以包含亲核基团，而其它碳纤维不含亲核基团，但是具有其它特征以帮助形成界面(例如，粗糙表面)。
组合物的聚碳酸酯组分可以是聚碳酸酯共聚物。聚碳酸酯共聚物包含衍生自双酚衍生物的重复单元和包含亲电子侧链的重复单元。每个重复单元可以独立地为无规、嵌段或交替构型。在聚碳酸酯组分的一些具体实例中，重复单元为无规构型。
在各种实施方式中，聚碳酸酯共聚物沿共聚物的主链包含亲电子侧链。在一些实施方式中，亲电子侧链可以与碳纤维的活化的表面反应。亲电子侧链可以包含能够与例如包含在碳纤维组分的活化的表面上的亲核基团反应的亲电子部分。在亲电子侧链上存在的适合的亲电子部分包括但不限于羰基基团、氰基基团、异氰酸酯基基团、卤代烷基和烯基。适合的羰基基团包括酯、羧酸及其组合。
包含亲电子侧链的重复单元具有式I的结构：
Figure BDA0002142481960000061
R1是包含亲电子侧链的芳基基团。芳基基团可以是在共聚物主链中间、邻或对位取代的苯基基团，如以下式II所示：
Figure BDA0002142481960000062
每个基团R2可以独立地选自：
Figure BDA0002142481960000063
至少一个R2可以是酯并且R3可以是(C1-C10)烷基。
在一些实例中，包含亲电子侧链的重复单元具有式III所示的结构：
Figure BDA0002142481960000071
在式III中，苯基可以是邻、间或对位取代的，并且R3可以是(C1-C20)烷基或者(C1-C20)环烷基。在一些实例中，R3可以选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基、正丁基、仲丁基、叔丁基及它们的组合组成的组。在一些实例中，包含亲电子侧链的重复单元具有式IV中的结构，其显示了间位取代：
Figure BDA0002142481960000072
在一些实例中，包含亲电子侧链的重复单元可以是式V中的末端基团：
Figure BDA0002142481960000073
如所示的，式V显示了包含亲电子侧链的重复单元的实例，其中重复单元的末端为羟基基团。
聚碳酸酯组分可以包含具有式VI所示的重复结构碳酸酯单元的聚合物或共聚物
Figure BDA0002142481960000074
其中R4基团的总数的至少60％为芳香族的，或者每个R4含有至少一个C6-10芳基基团。每个R4基团可以是相同或不同的。例如，每个R4可以衍生自二羟基化合物，如式VII的芳香族二羟基化合物或式VIII所表示的双酚。
Figure BDA0002142481960000081
在式VII中，每个Rh可以独立地为羰基基团、氰基基团、异氰酸酯基团、烯基、卤素基团，例如，溴、C1-10基团，如C1-10烷基、卤素取代的C1-10烷基、C6-10芳基或者卤素取代的C6-10芳基，并且n可以是0至4。适合的羰基基团包括酯、羧酸及其组合。
在式VIII中，Ra和Rb各自独立地为卤素、C1-12烷氧基或者C1-12烷基；并且p和q各自独立地为0至4的整数，使得当p或q可以小于4时，环的每个碳的化合价被氢所填充。在一个实施方式中，p和q可以各自是0，或p和q各自是1，并且Ra和Rb各自是C1-3烷基基团，如甲基，其布置在每个亚芳基基团上的羟基基团的间位。X3是连接两个羟基取代的芳香族基团的桥连基，其中桥连基和每个C6亚芳基的羟基取代基在C6亚芳基上彼此处于邻位、间或对位(具体地，对位)，例如单键、-O-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-C(O)-或C1-18烷基基团，其可以是环状或非环状的、芳香族或非芳香族的，并且还可以包含杂原子，如卤素、氧、氮、硫、硅或磷。例如，Xa可以是取代的或未取代的C3-18环烯基；式-C(Rc)(Rd)-的C1-25烷叉基，其中Rc和Rd分别独立地为氢、C1-12烷基、C1-12环烷基、C7-12芳基烷基、C1-12杂烷基或环状C7-12杂芳烷基；或者式-C(＝Re)-的基团，其中Re是二价C1-12烃基团。
在一些实例中，聚碳酸酯含有碳酸酯单元(1)和非碳酸酯单元，例如，酯单元、聚硅氧烷单元，如聚二甲硅氧烷单元或者包含上述中的至少一种的组合。在一些实施方式中，酯单元可以是芳族酯单元(例如，间苯二酚对苯二甲酸酯或者间苯二甲酸酯)或者芳香族-脂肪族酯。
在一些实例中，聚碳酸酯可以是在商品名LEXAN下可商购自SABIC的含有双酚A碳酸酯单元的直链均聚物(BPA-PC)；或者在商品名LEXAN CFR下可商购自SABIC的含有3mol％的1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷(THPE)支化剂的通过界面聚合所生产的支链的，氰基苯酚封端的双酚A均聚碳酸酯。具体的共聚碳酸酯包括双酚A和大双酚碳酸酯单元，即衍生自含有至少12个碳原子，例如，12至60个碳原子或20至40个碳原子的双酚的单元。这些共聚碳酸酯的实例包括包含双酚A碳酸酯单元和2-苯基-3,3'-双(4-羟基苯基)苯并吡咯酮碳酸酯单元的共聚碳酸酯(BPA-PPPBP共聚物，在商品名XHT下可商购自SABIC)、包含双酚A碳酸酯单元和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷碳酸酯单元的共聚物(BPA-DMBPC共聚物，在商品名DMC下可商购自SABIC)以及包含双酚A碳酸酯单元和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷异佛尔酮双酚碳酸酯单元的共聚物(例如，在商品名APEC下来自Bayer)。
可以使用的其它具体的聚碳酸酯包括包含双酚A碳酸酯单元和间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-双酚A酯单元的聚(芳香酯-碳酸酯)，取决于碳酸酯单元和酯单元的相对比率，通常称为聚(碳酸酯-酯)(PCE)或聚(邻苯二甲酸酯-碳酸酯)(PPC)。另一种具体的聚(酯-碳酸酯)包含间苯二酚间苯二加酸酯和对苯二甲酸酯单元以及双酚A碳酸酯单元，如在商品名LEXAN SLX下可商购自SABIC的那些。
在一些实例中，聚碳酸酯可以是包含双酚A碳酸酯单元和硅氧烷单元的聚(碳酸酯-硅氧烷)共聚物，例如，包含5到200个二甲基硅氧烷单元的嵌段，如在商品名EXL下可商购自SABIC的那些。可以使用的其它聚碳酸酯包括包含双酚A碳酸酯单元、间苯二酸甲酯-对苯二甲酸酯-双酚A酯单元和硅氧烷单元的聚(酯-硅氧烷-碳酸酯)，例如包含5到200个二甲基硅氧烷单元的嵌段，如在商品名FST下可商购自SABIC的那些。
可以使用聚(脂肪族酯-碳酸酯)，如包含双酚A碳酸酯单元和癸二酸-双酚A酯单元的那些，如在商品名LEXAN HFD下可商购自SABIC的那些。
可以使用聚碳酸酯与其它聚合物的组合，例如，可以使用双酚A聚碳酸酯与酯，如聚(对苯二甲酸丁二醇酯)或者聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的组合，它们中的每一个可以是半结晶或无定形的。这些组合在商品名XENOY和XYLEX下可商购自SABIC。
双酚聚碳酸酯重复单元可以衍生自多种不同的双酚。适合的双酚包括选自以下的组的那些1,1-双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基苯基)辛烷、1,1-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-正丁烷、2,2-双(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷、4,4′-二羟基联苯、双(4-羟基苯基)甲烷、双(4-羟基苯基)二苯基甲烷、1,2-双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)苯基甲烷、1,1-双(羟基苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟基苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟基苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟基苯基)金刚烷、(α,α′-双(4-羟基苯基)甲苯、双(4-羟基苯基)乙腈、1,1-二氯-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、3,3-双(4-羟基苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟基苯基)-1,6-己二酮、乙二醇双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)硫醚、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)砜、9,9-双(4-羟基苯基)芴、2-苯基-3,3-双-(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺(PPPBP)、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、2,2-双(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯、双-(4-羟基苯基)二苯基甲烷)、双(4-羟基二苯基)甲烷、2,2-双(4-羟基-3-异丙基-苯基)丙烷、5,5’-(1-甲基乙叉基)-双[1,1’-(二苯基)-2-醇]丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基-环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)-环己烷、2-苯基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺及它们的组合。在具体实例中，双酚衍生的重复单元可以是双酚A(2,2-双(4-羟基苯基)丙烷)。任何这些重复单元可以包含在聚碳酸酯组分中。因为存在多种不同类型的可以使用的聚碳酸酯单元和含有亲电子侧基的单元，在可以形成的聚碳酸酯组分中可以存在很大差异。以下显示了一种这种实例，其中聚碳酸酯重复单元是双酚A衍生的单体，并且含有亲电子侧基的重复单元衍生自乙基-3,5-二羟基苯甲酸酯。在以下式IX和X中的结构中显示了这种聚碳酸酯组分：
Figure BDA0002142481960000111
式IX和式X之间的差异在于式X显示了由包含亲电子侧链的单官能羟基单体形成的重复单元。取决于组合物期望的性质，聚碳酸酯中每个重复单元的量可以变化。例如，如果在界面处期望更多的共价键，可以增加可以从含有亲电子侧基的重复单元制成的聚碳酸酯的量。然而，双酚衍生的重复单元通常可以为聚碳酸酯组分的至少50mol％。例如，双酚衍生的重复单元可以在聚碳酸酯共聚物的约50mol％至约99mol％的范围内或者聚碳酸酯共聚物的约70mol％至约99mol％的范围内。
相反地，含有亲电子侧基的重复单元通常可以为聚碳酸酯共聚物的小于50mol％。例如，含亲电子侧基的重复单元可以在聚碳酸酯共聚物的约0.2mol％至约50mol％的范围内，或者聚碳酸酯共聚物的约0.2mol％至约20mol％的范围内，或者聚碳酸酯共聚物的约0.2mol％至约9mol％的范围内。在一些实例中，亲电子侧基重复单元可以仅作为末端基团存在于聚碳酸酯共聚物上。
如上描述的，含亲电子侧链的重复单元的存在允许聚碳酸酯组分中的亲电子侧链和碳酸酯官能性之间的反应。亲电子侧链和碳酸酯官能团之间的反应导致在它们之间产生了键。因此，聚合物链之间可以存在交联。亲电子侧链交联的确切程度可以不同。例如，约0mol％至约100mol％的包含亲电子侧链的重复单元可以交联。在一些实例中为约5％至约95％，或约30％至约95％，或约60％至约95％，或约70％至约95％。聚碳酸酯组分的强度随着交联的含亲电子侧基的重复单元的mol％的增加而增加。然而，随着mol％的升高，聚碳酸酯组分与碳纤维共价键合的能力可能降低。在其中可以存在相对高mol％的包含交联的亲电子侧链的重复单元的实例中，聚碳酸酯组分和碳纤维之间的界面可以通过范德华力、氢键或通过机械连接以不同程度形成。未交联的亲电子侧链与碳纤维组分的亲核基团任意反应。
含亲电子侧链的重复单元之间的交联可以是分子间交联、分子内交联或它们的组合。交联的存在可以提高材料的阻燃特性。也就是说，材料的阻燃特性随交联度的升高而增加。还可以通过在材料中包含阻燃添加剂来提高材料的阻燃特性。在复合材料中，阻燃添加剂可以相对于聚碳酸酯组分总重量在材料的约0.4wt％至约20wt％，或者约4wt％至约15wt％的范围内。阻燃剂的一些说明性实例包括例如有机磷化合物，如有机磷酸酯(盐)(包括磷酸三烷基酯，如磷酸三乙酯、三(2-氯丙基)磷酸酯，和三芳基磷酸酯，如磷酸三苯酯和磷酸二苯基甲酚酯、间苯二酚双-二苯基磷酸酯、间苯二酚二磷酸酯和磷酸芳酯)、亚磷酸酯(盐)(包括三烷基亚磷酸酯、三芳基亚磷酸酯和混合的烷基-芳基亚磷酸酯)、膦酸酯(盐)(包括乙基膦酸二乙酯、甲基膦酸二甲酯)、聚磷酸酯(盐)(包括磷酸三聚氰胺、聚磷酸铵)、聚亚磷酸酯(盐)、聚膦酸酯(盐)、亚膦酸酯(盐)(包括三(二乙基亚膦酸铝))；卤化阻燃剂，如氯菌酸衍生物和氯化链烷烃；有机溴化物，如十溴二苯醚(decaBDE)，十溴二苯乙烷，聚合的溴化化合物，如溴化聚苯乙烯、溴化碳酸酯低聚物(BCO)、溴化环氧化物低聚物(BEO)、四溴邻苯二甲酸酐、四溴双酚A(TBBPA)和六溴环十二烷(HBCD)；金属氢氧化物，如氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钴和上述金属氢氧化物的水合物；及它们的组合。阻燃剂可以是反应型阻燃性(包括含有磷基团的多元醇，10-(2,5-二羟基苯基)-10H-9-氧杂-10-磷杂-菲-10-氧化物、含有磷的内酯修饰的聚酯、乙二醇双(磷酸二苯酯)、新戊二醇双(磷酸二苯酯)、胺和羟基官能化的硅氧烷低聚物)。可以单独或与其它阻燃剂结合使用这些阻燃剂。
可以通过多种不同方式形成如上描述的复合材料。例如，可以通过压缩模制或注射模制方法形成复合材料。使用压缩模制方法形成复合材料的适合的方法的实例可以包括将聚碳酸酯组分和碳纤维的组合物放置于模具中。一旦组合物处于模具中，则可以将模具加热并且可以将压力施加于模具以形成复合材料。
在一些实例中，可以在将聚碳酸酯组分或碳纤维加入至模具之前加热模具。在其它实例中，在不同时间加入聚碳酸酯组分和碳纤维。例如，可以首先将聚碳酸酯组分加入模具并熔融。一旦聚碳酸酯熔融，可以将碳纤维加入模具。
可以在加热过程期间使组合物固化。加热模具的温度可以变化，但是通常可以高于聚碳酸酯组分的Tg。用于加热模具的适合的温度范围可以为约100℃至约350℃，或者约200℃至约350℃。
可以将模具加热约1分钟至约60分钟，或者约1分钟至约30分钟，或者约5分钟至约30分钟。在加热模具时，还可以使模具经受施加的压力。压力可以在约0.5吨至约4吨，或者约1吨至约2吨的范围内。
实施例
通过参考以说明的方式提供的下列实施例，可以更好地理解本发明的多个实施方式。本发明不局限于本文提供的实施例。在实施例中，含有亲电子侧基(ESG)的共聚碳酸酯可以由衍生自双酚A的重复单元和如以上对于式IX描述的乙基-3,5-二羟基苯甲酸酯形成。在实施例中，PC105是不含亲电子侧基的直链聚碳酸酯均聚物。
在实施例中，SEM是指扫描电子显微镜，GPC是指凝胶渗透色谱，ATR-FTIR是指衰减全反射傅里叶变换红外光谱。
比较例1：PC105，在200℃下加热1分钟
使用约300mg PC105颗粒(在100℃下，在真空烘箱中干燥1小时；Mw＝59,400g/摩尔；PD＝2.5)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在200℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力，在200℃下另外加热1分钟以制备膜。在步骤(1)和(2)之后，GPC分析(PS数据)显示PC基质具有Mw＝59,200和PD＝2.5。这表明温度和时间的组合对PC105的分子量分布具有有限的影响。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
图1显示了得到的复合材料的SEM图像。图2是图1所示的复合材料的放大图。对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出在基质和纤维之间的长纤维和大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附都是典型的。根据SEM和ATR-FTIR分析，可以得出结论，在PC105基质和未涂覆的碳纤维之间存在不良的结合。
比较例2：PC105，在300℃下加热1分钟
使用约300mg PC105颗粒(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时；Mw＝59,400g/摩尔；PD＝2.5)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在300℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在300℃下另外加热1分钟以制备膜。对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长纤维以及基质和纤维之间的大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附都是典型的。在步骤(1)和(2)之后，GPC分析(PS数据)显示PC基质具有Mw＝58,800和PD＝2.5。这表明温度和时间的组合对PC105的分子量分布具有有限的影响。
尽管与比较例1相比，将更高的温度用于压缩模制，但是降低的树脂粘度未改善纤维的润湿和界面粘附性。
比较例3：PC105，在300℃下加热10分钟
使用约300mg PC105颗粒(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时；Mw＝59,400g/摩尔；PD＝2.5)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在300℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在300℃下另外加热10分钟以制备膜。在步骤(1)和(2)之后，GPC分析(PS数据)显示PC基质具有Mw＝56,800和PD＝2.5。这表明温度和时间的组合对PC105的分子量分布具有有限的影响。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长和短纤维两者。与比较例1和2相比，纤维和基质之间的间隙也似乎更小，并且根据纤维表面上残余的PC以及纤维和基质之间的小纤维，PC更好地粘附至纤维表面。在300℃下将熔融时间从1分钟(比较例2)提高至10分钟导致了轻微改善的纤维润湿和界面粘附性。
比较例4：PC105，在325℃下加热30分钟
使用约300mg PC105颗粒(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时；Mw＝59,400g/摩尔；PD＝2.5)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在325℃下加热30分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力下在325℃下另外加热1分钟以制备膜。在步骤(1)和(2)之后，GPC分析(PS数据)显示PC基质具有Mw＝55,600和PD＝2.5。这表明温度和时间的组合对PC105的分子量分布具有有限的影响。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
可以得出结论，即使在使用高温(325℃)和固化时间(30分钟)的组合时，在PC105和未涂覆的碳纤维的纤维表面之间不存在或仅存在弱的非共价连接。
比较例5：PC105的热解吸GC-TOFMS
约8mg PC105颗粒(在120℃下在真空烘箱中干燥2小时)在300℃下热解吸10分钟和30分钟后，使用GC-TOFMS分析挥发物。分析总离子色谱(TIC)并对相关的峰进行定量，如表1所示。
表1：GC-TOFMS结果
Figure BDA0002142481960000161
比较例6：单纤维拔出Lexan HF-1110：在300℃下加热30秒
在Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.(IPF)进行单纤维拔出测试，对纤维包埋和拔出测试两者使用研究所制造的设备。使用以下顺序，通过在300℃下在氩气氛下将150μm未涂覆的单个碳纤维包埋在Lexan HF-1110(在120℃下干燥2小时)中而产生单纤维模型复合材料。将聚合物以15℃/min的速度加热至300℃，并在300℃下保持30秒。包埋150μm纤维，并将基质在300℃下保持30秒。然后，将基质在30分钟内冷却至室温。表2显示了基于15-20次测量，使单纤维从基质中脱离和拔出所需的功(W总)。
表2：使纤维从基质中脱胶和拔出的功
Figure BDA0002142481960000162
实施例1：8.6mol％酯侧基(ESG)共聚碳酸酯：在200℃下固化1分钟
使用约300mg的8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一段未上浆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在200℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在200℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(52,436g/mol)和PD(2.76)类似于原始粉末(Mw＝49,585g/mol；PD＝2.80)，发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长纤维以及基质和纤维之间的大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附都是典型的。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
可以得出结论，类似于其中将PC105用作基质的比较例1，在未涂覆的碳纤维和未固化的8.6mol％ESG共聚碳酸酯之间存在不良的结合。
实施例2：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在200℃固化10分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在200℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在200℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(52,115g/mol)和PD(2.75)类似于原始粉末(Mw＝49,585g/mol；PD＝2.80)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长纤维以及基质和纤维之间的大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附都是典型的。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
将固化时间从200℃下1分钟(实施例1)增加至10分钟未改善纤维的润湿和界面粘附。
实施例3：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在250℃下固化10分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在250℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在250℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(51,951g/mol)和PD(2.73)类似于原始粉末(Mw＝49,585g/mol；PD＝2.80)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长和短纤维。另外，与实施例2相比，纤维表面上的残余PC是粘附改善的指示。图3显示了得到的复合材料的SEM图像。图4是图3所示的复合材料的放大图片。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余得纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示出纤维表面上的残余PC。
当代替200℃(实施例2)，在250℃下固化10分钟时，在基质和纤维表面之间观察到了改善的结合，这使得更难以从纤维表面完全除去PC。
实施例4：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在300℃固化10分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在300℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力下在300℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(53,552g/mol)和PD(2.61)类似于原始粉末(Mw＝49,585g/mol；PD＝2.80)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出短纤维和紧密围绕纤维的基质，这两者是纤维与基质之间优良粘附性的指示。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示出纤维表面上的残余PC。
将固化温度从250℃(实施例3)提高至300℃进一步改善了基质和纤维表面之间的结合，这使得难以从PC基质上完全除去纤维。这种改善的结合可以归因于酯官能团，因为在相同条件下，对于PC105仅观察到了界面粘附性和纤维润湿的轻微改善(比较例3)。
实施例5：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在325℃下固化10分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在325℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在325℃下另外加热1分钟以制备膜。由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw增加至56,813g/mol(原始粉末Mw＝49,585g/mol)，发生了大量的交联/链伸长，这还导致了较高的3.00的PD(原始粉末PD＝2.80)。在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示出纤维表面上的残余PC。显然，在基质和纤维表面之间产生了改善的结合，这使得难以通过DCM清洗从PC表面上完全除去纤维。
ATR-FTIR结果类似于实施例3和4，其中ESG共聚碳酸酯分别在250℃和300℃下固化10分钟。使用325℃的潜在缺陷在于由于在该温度下更有效的交联/链伸长，可能释放更多的乙烯和CO2，这导致气泡的量增加。
实施例6：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在325℃固化1分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在325℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在325℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(52,513g/mol)和PD(2.75)类似于原始粉末(Mw＝49,585g/mol；PD＝2.80)，发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长和短的纤维，其中在纤维和基质之间仅有小间隙。另外，纤维表面上残余的PC和纤维与基质之间小纤维的存在均是粘附性改善的指示。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
与实施例1(200℃下1分钟)相比，该样品显示出显著更好的纤维润湿和界面粘附性，但是不如实施例4(300℃下10分钟)，其中PC更紧密地围绕纤维并且在DCM清洗后，通过纤维表面的ATR-FTIR成像检测到残余的PC。显然，在高温下改善了纤维润湿和界面粘附性，但是需要更长时间来实现实施例4(300℃下10分钟)的结果。与实施例5(325℃下10分钟)相比，固化时间缩短的优势在于由于交联/链伸长较不有效，因此形成了较少的气泡(乙烯和CO2)。
实施例7：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在325℃下固化5分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在325℃下加热5分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在325℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(53,669g/mol)和PD(2.81)类似于原始粉末(Mw＝49,585g/mol；PD＝2.80)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
显然，在325℃下需要超过5分钟来达到实施例4和5的结果，其中在DCM清洗后，通过纤维表面的ATR-FTIR成像检测到PC。
实施例8：8.6mol％ESG共聚碳酸酯：在325℃固化30分钟
使用约300mg 8.6mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在325℃下加热30分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力下在325℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw增至70,967g/mol(原始粉末Mw＝49,585g/mol)，因此发生了大量的交联/链伸长。然而，降解还导致Mn降低至14,692g/mol(原始粉末Mn＝17,716g/mol)。这些平行事件导致PD从2.80(原始粉末)增加至4.83。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示出纤维表面上的残余PC。
由于膜质量不佳(气泡多、易碎、褐色并且难以从在压塑期间用于保护膜的铝箔上除去)，因此需要以下额外步骤来产生可以使用SEM研究的膜：(1)从通过如上描述的方法制备的压缩模制的膜中除去纤维束和(2)将这些“涂覆的”纤维与约300mg PC105颗粒(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)组合。为了通过压缩模制制备新的直径30mm的250μm厚得膜，使用以下步骤：(1)将模具在200℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在200℃下另外加热1分钟以制备膜。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出短纤维，其中基质紧密围绕纤维和PC基质完全覆盖其表面的纤维。两者均为优良粘附的指示。图5显示了所得复合材料的SEM图像。图6是图5所示的复合材料的放大的图片。
在实施例6(325℃，1分钟)中，325℃的高温使得纤维润湿和界面粘附性改善，同时在该实施例中30分钟的长固化时间还改善了纤维与基质之间的结合。然而，由于交联/链伸长反应形成了许多气泡(乙烯和CO2)并且降解使得膜易碎且使其呈现棕色，因此膜的质量不佳。后者使得这些条件不如实施例4有利，其中较短的时间(10分钟)和较低的温度(300℃)也导致了纤维与基质之间结合的改善，同时膜质量也更好(较少气泡并且没有变色和降解)。
实施例9：4.9mol％ESG共聚碳酸酯：在200℃固化下1分钟
使用约300mg 4.9mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在200℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在200℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(51,853g/mol)和PD(2.71)类似于原始粉末(Mw＝48,677g/mol；PD＝2.76)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长纤维以及基质和纤维之间的大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附都是典型的。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
可以得出结论，类似于PC105(比较例1)和8.6mol％ESG共聚碳酸酯(实施例1)，在未涂覆的碳纤维和未固化的4.9mol％ESG共聚碳酸酯之间存在不良的结合。
实施例10：4.9mol％ESG共聚碳酸酯：在200℃下固化10分钟
使用约300mg 4.9mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在200℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在200℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(51,135g/mol)和PD(2.69)类似于原始粉末(Mw＝48,677g/mol；PD＝2.76)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长纤维以及基质和纤维之间的大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附都是典型的。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
在200℃下将固化时间从1分钟(实施例9)提高至10分钟未改善纤维的润湿和界面粘附性。
实施例11：4.9mol％ESG共聚碳酸酯：在250℃下固化10分钟
使用约300mg 4.9mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在250℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在250℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(50,412g/mol)和PD(2.69)类似于原始粉末(Mw＝48,677g/mol；PD＝2.76)，发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长和短的纤维。另外，与实施例10相比，纤维表面上的残余PC是粘附性改善的指示。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示出纤维表面上的残余PC。
当在250℃下而不是200℃下(实施例10)固化10分钟时，在SEM和ATR-FTIR分析两者中观察到了基质和纤维表面之间结合的改善。
实施例12：4.9mol％ESG共聚碳酸酯：在300℃下固化10分钟
使用约300mg 4.9mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在300℃下加热10分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在300℃下另外加热1分钟以制备膜。由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(51,307g/mol)和PD(2.72)类似于原始粉末(Mw＝48,677g/mol；PD＝2.76)，发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出短纤维和紧密围绕纤维的基质，这两者是纤维与基质之间优良粘附性的指示。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示出纤维表面上的残余PC。
将固化温度从250℃(实施例11)提高至300℃进一步改善了基质和纤维表面之间的结合。这种改善的结合可以归因于酯官能团，因为在相同条件下，对于PC105仅观察到了界面粘附性和纤维润湿的较小改善(比较例3)。类似于8.6mol％ESG共聚碳酸酯(实施例4)，在300℃下10分钟的固化时间对于改善纤维与基质之间的结合来说似乎是良好的组合。
实施例13：4.9mol％ESG共聚碳酸酯：在300℃下固化1分钟
使用约300mg 4.9mol％ESG共聚碳酸酯粉末(在100℃下在真空烘箱中干燥1小时)和一定长度的未涂覆的碳纤维束(24K)，使用以下步骤，通过压缩模制制备直径30mm的250μm厚的膜：(1)将模具在300℃下加热1分钟以使聚合物熔融和(2)使用2吨压力在300℃下另外加热1分钟以制备膜。
由基质的GPC分析(PS数据)可以得出结论，由于Mw(49,934g/mol)和PD(2.67)类似于原始粉末(Mw＝48,677g/mol；PD＝2.76)，因此发生了有限量的交联/链伸长。
对于样品制备使用低温断裂和溅射涂覆(5nm PtPD)的横截面的SEM分析显示出长纤维以及基质和纤维之间的大间隙，两者对于纤维与基质之间的不良粘附性都是典型的。
在用20ml二氯甲烷(DCM)处理压缩模制的膜过夜，然后将剩余的纤维清洗(2×20ml)并真空干燥(80℃过夜)之后，纤维表面的ATR-FTIR成象(绘制1800和1710cm-1之间的C＝O峰面积的IR图像)显示在纤维表面上无残余的PC。
尽管与比较例9相比，将更高的温度用于压缩模制，但是降低的树脂粘度未改善纤维的润湿和界面粘附性。
实施例14：4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯的热解吸GC-TOFMS
约5mg 4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯粉末(在120℃下在真空烘箱中干燥2小时)在300℃下热解吸10分钟和30分钟后，通过GC-TOFMS分析挥发物。分析总离子色谱(TIC)并对相关峰进行定量，如比较例5中的表1所示。
实施例15：单纤维拔出4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯：在300℃下固化30秒
使用以下顺序，通过在300℃下在氩气氛下将150μm未涂覆的单个碳纤维包埋在4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯(在120℃下干燥2小时)中产生单纤维模型复合材料。首先，将聚碳酸酯以7℃/min的速度加热至300℃，并在300℃下保持30秒。包埋150μm纤维，并将混合物在300℃下保持30秒。然后，将混合物在30分钟内冷却至室温。以低于比较例6中对于LexanHF-1110的速度(分别为7℃/min和15℃/min)进行熔融过程以限制气泡形成。
比较例6中的表2显示了基于15-20次测量，使单纤维从基质中脱离和拔出所需的功(W总)。与Lexan HF-1110的单纤维拔出测试相比，使纤维从4.9％ESG PC中脱离和拔出需要2倍的功。
实施例16：单纤维拔出4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯：在300℃下固化10分钟
使用以下顺序，通过在300℃下在氩气氛下将150μm未涂覆的单个碳纤维包埋在4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯(在120℃下干燥2小时)中产生单纤维模型复合材料。首先，将聚碳酸酯以7℃/min的速度加热至300℃，并在300℃下保持30秒。包埋150μm纤维，并将混合物在300℃下保持10分钟。然后，将混合物在30分钟内冷却至室温。
类似于实施例15，7℃/min的低加热速度用于使聚合物熔融以限制气泡形成。然而，当在纤维包埋后，将聚合物在300℃下保持10分钟(相对于实施例15中的30秒)时，产生了气泡，这表示酯侧基的反应。
比较例6中的表2显示了使单纤维脱离和拔出所需要的功(W总)。本实施例的值仅基于9次测量，因为大部分纤维在拔出测试期间断裂。另外，使纤维从基质中脱离和拔出所需的功(9根纤维的平均值)是实施例15(其中纤维在4.9摩尔％ESG共聚碳酸酯中包埋仅30秒)中的2倍高。
如通过实施例所证明的，形成的材料的总体特性取决于多种因素。那些因素包括固化温度、保持时间和ESG材料的mol％。对于包含8.6mol％ESG共聚碳酸酯的实施例，发现最佳产品是在300℃，保持时间10分钟的条件下使产物固化所产生的。发现固化温度通常需要为约300℃以显示出改善的纤维润湿和界面粘附。另外，发现10分钟以下的保持时间通常不会导致产生具有优良界面粘附的产品。
通常，在高于300℃的温度下固化可以改善纤维润湿和界面粘附性。但是如果保持时间为10分钟或以上，则观察到产品的气泡、变色和降解。另外，发现即使在更高的温度下，小于10分钟的保持时间不会导致产生与具有更高保持时间的那些实施例一样优良的粘附性。类似地，即使当使用更长的保持时间时，使用小于300℃的固化温度所形成的产品不会产生显示出与在300℃下固化约10分钟的那些一样的粘附程度的产品。
当经受多种固化温度和保持时间时，形成的包含4.9mol％ESG共聚碳酸酯的产品显示出类似的结果。
尽管使用8.6mol％或者4.9mol％ESG材料所形成的产品在共聚碳酸酯组分和碳纤维之间显示出变化的粘附性，但是两种产品显示出优于比较例的那些的粘附性。包含0mol％ESG的比较例一致地在聚碳酸酯组分和碳纤维之间显示出大间隙。这指示了不良粘附性。
已使用的术语和表达用作描述术语而非限制术语，并且在使用这些术语和表达时，不旨在排除所示和特征或其部分的任何等价形式，但是承认在本发明实施方式的范围内多种改变是可能的。因此，应理解尽管已通过具体实施方式和任选的特征具体地公开了本发明，但是本领域技术人员可以采取本文所公开的概念的修改和变化，并且这些修改和变化被认为是在本发明的实施方式的范围内。
其它实施方式。
提供了以下实施方式，实施方式的编号不应视为对重要性水平的表示：
实施方式1提供了组合物，其包含：
聚碳酸酯组分，其包含含有亲电子侧链的重复单元；
碳纤维组分，其包含活化的表面，其中活化的表面包含亲核基团；和
聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间的界面。
实施方式2提供了实施方式1的组合物，其中活化的表面包含亲核基团。
实施方式3提供了实施方式1或2中任一项的组合物，其中亲核基团选自有羟基基团、羧基基团、氨基基团及它们的组合组成的组。
实施方式4提供了实施方式1-3中任一项的组合物，其中碳纤维组分包含一种或多种碳纤维。
实施方式5提供了实施方式2-4中任一项的组合物，其中活化的表面包含约0.05原子浓度％至约20原子浓度％的亲核基团。
实施方式6提供了实施方式1-5中任一项的组合物，其中聚碳酸酯组分包含共聚物。
实施方式7提供了实施方式1-6中任一项的组合物，其中聚碳酸酯组分还包含聚碳酸酯共聚物，其包含衍生自双酚衍生物的重复单元，并且重复单元各自独立地为无规、嵌段或交替构型。
实施方式8提供了实施方式7的组合物，其中亲电子侧链包含羰基基团。
实施方式9提供了实施方式8的组合物，其中羰基基团选自由酯、羧酸及其组合组成的组。
实施方式10提供了实施方式7-9中任一项的组合物，其中包含亲电子侧链的重复单元具有以下结构：
Figure BDA0002142481960000281
其中，R1是包含亲电子侧链的芳基基团。
实施方式11提供了实施方式10的组合物，其中芳基基团包括苯基基团。
实施方式12提供了实施方式11的组合物，其中R1在共聚物主链中的间、邻或对位取代。
实施方式13提供了实施方式10-12中任一项的组合物，其中R1具有以下结构：
Figure BDA0002142481960000282
其中每个R2独立地选自：
Figure BDA0002142481960000291
其中至少一个R2是酯，并且
其中R3是(C1-C10)烷基。
实施方式14提供了实施方式13的组合物，其中包含亲电子侧链的重复单元具有以下结构：
Figure BDA0002142481960000292
实施方式15提供了实施方式14的组合物，其中R3是(C1-C4)烷基。
实施方式16提供了实施方式15的组合物，其中R3选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基、正丁基、仲丁基、叔丁基及它们的组合组成的组。
实施方式17提供了实施方式16的组合物，其中包含亲电子侧链的重复单元具有以下结构：
Figure BDA0002142481960000293
实施方式18提供了实施方式16或17中任一项的组合物，其中重复单元包含以下结构：
Figure BDA0002142481960000294
实施方式19提供了实施方式7-18中任一项的组合物，其中聚碳酸酯共聚物的重复单元为无规构型。
实施方式20提供了实施方式7-19中任一项的组合物，其中双酚衍生的重复单元为聚碳酸酯共聚物的约50mol％至约99mol％。
实施方式21提供了实施方式20的组合物，其中双酚衍生的重复单元为聚碳酸酯共聚物的约70mol％至约99mol％。
实施方式22提供了实施方式7-21中任一项的组合物，其中含有亲电子侧基的重复单元为聚碳酸酯共聚物的约0.2mol％至约50mol％。
实施方式23提供了实施方式22的组合物，其中含有亲电子侧基的重复单元为聚碳酸酯共聚物的约0.2mol％至约20mol％。
实施方式24提供了实施方式23的组合物，其中含有亲电子侧基的重复单元为聚碳酸酯共聚物的约0.2mol％至约9mol％。
实施方式25提供了实施方式7-24中任一项的组合物，其中双酚衍生的重复单元选自1,1-双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基苯基)辛烷、1,1-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-正丁烷、2,2-双(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷、4,4′-二羟基联苯、双(4-羟基苯基)甲烷、双(4-羟基苯基)二苯基甲烷、1,2-双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)苯基甲烷、1,1-双(羟基苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟基苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟基苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟基苯基)金刚烷、(α,α′-双(4-羟基苯基)甲苯、双(4-羟基苯基)乙腈、1,1-二氯-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、3,3-双(4-羟基苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟基苯基)-1,6-己二酮、乙二醇双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)硫醚、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)砜、9,9-双(4-羟基苯基)芴、2-苯基-3,3-双-(4-羟基苯基)苯并吡咯酮(PPPBP)、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、2,2-双(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯、双-(4-羟基苯基)二苯基甲烷)、双(4-羟基二苯基)甲烷、2,2-双(4-羟基-3-异丙基-苯基)丙烷、5,5’-(1-甲基亚乙基)-双[1,1’-(双苯基)-2-醇]丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基-环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)-环己烷、2-苯基-3,3'-双(4-羟基苯基)苯并吡咯酮，及它们的组合。
实施方式26提供了实施方式25的组合物，其中包含亲电子侧链的重复单元是由含有单官能羟基的单体所形成的末端基团。
实施方式27提供了实施方式25或26中任一项的组合物，其中双酚衍生的重复单元是双酚A(2,2-双(4-羟基苯基)丙烷)。
实施方式28提供了实施方式7-27中任一项的组合物，其中含有亲电子侧基的重复单元可以由乙基-3,5-二羟基苯甲酸酯形成。
实施方式29提供了实施方式7-28中任一项的组合物，其中聚碳酸酯共聚物具有以下结构：
Figure BDA0002142481960000311
实施方式30提供了实施方式7-29中任一项的组合物，其中约0mol％至约100mol％的包含亲电子侧链的重复单元是交联的。
实施方式31提供了实施方式7-30中任一项的组合物，其中约5％至约95％的包含亲电子侧链的重复单元是交联的。
实施方式32提供了实施方式7-31中任一项的组合物，其中约30％至约95％的包含亲电子侧链的重复单元是交联的。
实施方式33提供了实施方式7-32中任一项的组合物，其中约60％至约95％的包含亲电子侧链的重复单元是交联的。
实施方式34提供了实施方式7-33中任一项的组合物，其中约70％至约95％的包含亲电子侧链的重复单元是交联的。
实施方式35提供了实施方式30-34中任一项的组合物，其中交联是分子间交联。
实施方式36提供了实施方式30-35中任一项的组合物，其中交联是分子内交联。
实施方式37提供了实施方式1-36中任一项的组合物，其中碳纤维组分为组合物的约1wt％至约70wt％。
实施方式38提供了实施方式1-37中任一项的组合物，其中碳纤维组分为组合物的约15wt％至约60wt％。
实施方式39提供了实施方式1-38中任一项的组合物，其中碳纤维组分和聚碳酸酯组分在界面处直接接触。
实施方式40提供了实施方式7-39中任一项的组合物，并且还包含：
不含亲电子侧链的第二聚碳酸酯组分。
实施方式41提供了实施方式39或40中任一项的组合物，并且还包含：
第二聚碳酸酯组分和聚碳酸酯组分之间的界面。
实施方式42提供了实施方式1-41中任一项的组合物，还包含含磷阻燃剂添加剂、含卤素阻燃剂、含金属氢氧化物的阻燃剂或它们的混合物。
实施方式43提供了实施方式42的组合物，其中阻燃添加剂是包括以下中的至少一种的含磷阻燃剂：有机磷化合物、三芳基磷酸酯、亚磷酸酯(盐)、膦酸酯(盐)、聚磷酸酯(盐)、聚磷酸酯(盐)、聚膦酸酯(盐)和亚膦酸酯(盐)。
实施方式44提供了由实施方式1-43中任一项的组合物所形成的复合材料，其中界面包含在聚碳酸酯组分和碳纤维组分的活化的表面之间所形成的共价键。
实施方式45提供了实施方式44的复合材料，其中共价键可以在碳纤维组分的活化的表面和聚碳酸酯组分的亲电子侧链之间形成。
实施方式46提供了实施方式45的复合材料，其中约1％至约100％的亲电子侧链共价键合至碳纤维组分的活化的表面。
实施方式47提供了实施方式45或46中任一项的复合材料，其中约50％至约100％的亲电子侧链共价键合到碳纤维组分的活化的表面。
实施方式48提供了实施方式45-47中任一项的复合材料，其中约75％至约100％的亲电子侧链共价键合到碳纤维组分的活化的表面。
实施方式49提供了实施方式44-48中任一项的复合材料，其中材料是固化的复合材料。
实施方式50提供了由实施方式1-49中任一项的组合物形成的复合材料，其中界面包含在聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间形成的离子键。
实施方式51提供了由实施方式1-50中任一项的组合物形成的复合材料，其中界面包含在聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间形成的氢键。
实施方式52提供了实施方式51的复合材料，其中可以在聚碳酸酯组分的亲电子侧链和碳纤维组分的活化的表面之间形成氢键。
实施方式53提供了由实施方式1-52中任一项的组合物形成的复合材料，其中界面包含聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间的范德华力。
实施方式54提供了实施方式53的复合材料，其中范德华力在聚碳酸酯组分的亲电子侧链和碳纤维组分的活化的表面之间。
实施方式55提供了由实施方式1-54中任一项的组合物形成的复合材料，其中界面包含聚碳酸酯组分和碳纤维组分之间的机械连接。
实施方式56提供了实施方式55的复合材料，其中聚碳酸酯组分至少部分缠绕碳纤维组分。
实施方式57提供了实施方式30-56中任一项的复合材料，其中复合材料的阻燃性大于具有比复合材料较少的分子间或分子内交联的相应的复合材料。
实施方式58提供了形成复合材料的方法，其包括：
将实施方式1的组合物与模具接触；
加热模具；和
对模具施加压力；
其中可以形成复合材料。
实施方式59提供了实施方式58的方法，其中加热模具包括使实施方式1的组合物固化。
实施方式60提供了实施方式58或59中任一项的方法，其中将模具加热至高于聚碳酸酯组分的熔融温度的温度。
实施方式61提供了实施方式58-60中任一项的方法，其中将模具加热至约100℃至约350℃的范围内的温度。
实施方式62提供了实施方式58-61中任一项的方法，其中将模具加热至约200℃至约350℃的范围内的温度。
实施方式63提供了实施方式58-62中任一项的方法，其中将模具加热约1分钟至约60分钟。
实施方式64提供了实施方式58-63中任一项的方法，其中将模具加热约1分钟至约30分钟。
实施方式65提供了实施方式58-64中任一项的方法，其中将模具加热约1分钟至约15分钟。
实施方式66提供了实施方式58-65中任一项的方法，并且还包括向组合物施加压力。
实施方式67提供了实施方式66的方法，其中压力范围为约0.5吨至约4吨。
实施方式68提供了实施方式66或67中任一项的方法，其中压力范围为约1吨至约2吨。
在整个本文档中，应以灵活的方式将以范围形式表示的值理解为不仅包括作为范围限制明确列举的数值，而且还包括该范围内所涵盖的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围。例如，“约0.1％至约5％”或者“约0.1％至5％”的范围应理解为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括所指明的范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)以及子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外说明，否则陈述“约X至Y”与“约X至约Y”具有相同含义。同样地，除非另外说明，否则陈述“约X、Y或约Z”与“约X、约Y或约Z”具有相同含义。
在本文档中，除非上下文中明确指明，否则术语“一个”、“一种”或“该”用于包括一个或一个以上。除非另外说明，否则术语“或”用于表示非排他的“或”。陈述“A和B中至少一个”与“A、B或A和B”具有相同含义。另外，应理解在本文中使用且未另外定义的表达方式或术语仅是出于描述的目的而不是限制。对部分标题的任何使用旨在帮助阅读文档，而不应理解为限制；与部分标题有关的信息可以在该特定部分以内或以外发生。
在本文描述的方法中，除了当明确列举时间或操作顺序外，在不背离本发明的原理的情况下，可以以任何顺序实施操作。此外，除非明确的权利要求语言讲述它们应单独实施外，可以同时实施指定操作。例如，可以在单个操作内同时进行所主张的实施X的动作和所主张的实施Y的动作，并且所得过程将属于所主张过程的字面范围内。
如本文所使用的术语“约”可以允许数值或范围一定程度的改变，例如，指定值或指定范围限制的10％之内，5％之内或者1％之内，并且包括确切的所指的值或范围。
如本文所使用的术语“基本上”是指大多数或主要地，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或至少约99.999％或以上，或者100％。
本文所使用的术语“烷基”是指具有1至40个碳原子，1至约20个碳原子，1至12个碳或者，在一些实施方式中，1至8个碳原子的取代或未取代的直链和支链烷基基团以及环烷基基团。直链烷基的实例包括具有1至8个碳原子的那些，如甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基基团。支链烷基基团的实例包括但不限于异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、异戊基和2,2-二甲丙基基团。如本文所使用的，术语“烷基”包括正烷基、异烷基和反异烷基基团以及其它支链形式的烷基。代表性的取代的烷基基团可以被任何本文所列基团取代一次或多次，例如，氨基、羟基、氰基、羧基、硝基、硫基、烷氧基和卤素基团。
如本文所使用的术语“环烷基”是指取代和未取代的环状烷基基团，如但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基基团。在一些实施方式中，环烷基可以具有3至约8-12个环成员，然而在其它实施方式中，环碳原子的数目在3至4、5、6或7的范围内。在一些实施方式中，环烷基可以具有3至6个碳原子(C3-C6)。环烷基还包括多环环烷基基团，如但不限)降冰片基、金刚烷基、冰片基、莰烯基、异莰烯基和蒈烯基，以及稠环，如但不限于十氢萘基等。
如本文所使用的术语“芳基”是指在环中不含杂原子的取代和未取代的环芳烃基团。因此，芳基基团包括但不限于苯基、薁基、并庚间三烯基(heptalenyl)、二苯基、引达省基(indacenyl)、芴基、菲基、三亚苯基(triphenylenyl)、芘基、并四苯基(naphthacenyl)、屈基、亚联苯基(biphenylenyl)、蒽基和萘基基团。在一些实施方式中，芳基基团在基团的环部分中含有约6至约14个碳。如本文所定义的，芳基基团可以是未取代的或取代的。代表性的取代的芳基基团可以是单取代的或者取代多于一次，如但不限于在苯环的2-、3-、4-、5-或6-位中的任何一个或多个取代的苯基或者在其2-或8-位中的任何一个或多个取代的萘基。
除非另有说明，否则如本文所使用的术语“卤代”、“卤素”或“卤化物”本身或作为另一个取代基的一部分表示氟、氯、溴或碘原子。
如本文所使用的术语“烷氧基”是指如本文所定义的，连接到烷基，包括环烷基基团的氧原子。直链烷氧基的实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基等。支链烷氧基的实例包括但不限于异丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、异戊氧基、异己氧基等。环状烷氧基的实例包括但不限于环丙氧基、环丁氧基、环戊氧基、环己氧基等。烷氧基可以包括键合至氧原子的约1至约12，约1至约20或约1至约40个碳原子，并且还可以包括双键或三键，并且还可以包括杂原子。例如，烯丙氧基基团或甲氧乙氧基基团也是本文含义内的烷氧基，如在结构中两个相邻原子同时被取代的背景中的亚甲基二氧基。
如本文所使用的术语“亚芳基”是指通过从芳烃中除去两个氢原子所衍生的二价基团，其是具有6至18个碳原子、10至18个碳原子、12至18个碳原子、6至约10个碳原子或者6至8个碳原子的环芳烃。(C6-C18)亚芳基基团的实例包括：
Figure BDA0002142481960000361
其中波浪线代表与例如-(C1-C6)-亚烷基的连接点。
如本文所使用的术语“芳基烷基”是指其中烷基的氢或碳键被如本文所定义的芳基的键取代的如本文所定义的烷基。
如本文所使用的术语“杂芳基”是指含有5个或以上的环成员的芳香环化合物，环成员中的一个或多个为杂原子，如但不限于N、O和S；例如，杂芳基环可以具有5至约8-12个环成员。
如本文所使用的术语“取代的”是指可以取代或取代至分子上的基团。取代基的实例包括但不限于卤素(例如，F、Cl、Br和I)；如羟基基团、烷氧基基团、芳氧基基团、芳烷氧基基团、氧代(羰基)基团的基团中的氧原子，羧基基团，包括羧酸、羧酸盐和羧酸酯；如硫醇基基团、烷基和芳基硫醚基团、亚砜基基团、砜基基团、磺酰基基团和磺酰胺基基团的基团中的硫原子；如胺、羟胺、腈、硝基、N-氧化物、酰肼、叠氮化物和烯胺的基团中的氮原子；和多种其它基团中的其它杂原子。取代基的非限制性实例包括F、Cl、Br、I、OR、OC(O)N(R)2、CN、NO、NO2、ONO2、叠氮基、CF3、OCF3、R、O(氧)、S(硫)、C(O)、S(O)、亚甲二氧基、亚乙二氧基、N(R)2、SR、SOR、SO2R、SO2N(R)2、SO3R、C(O)R、C(O)C(O)R、C(O)CH2C(O)R、C(S)R、C(O)OR、OC(O)R、C(O)N(R)2、OC(O)N(R)2、C(S)N(R)2、(CH2)0-2N(R)C(O)R、(CH2)0-2N(R)N(R)2、N(R)N(R)C(O)R、N(R)N(R)C(O)OR、N(R)N(R)CON(R)2、N(R)SO2R、N(R)SO2N(R)2、N(R)C(O)OR、N(R)C(O)R、N(R)C(S)R、N(R)C(O)N(R)2、N(R)C(S)N(R)2、N(COR)COR、N(OR)R、C(＝NH)N(R)2、C(O)N(OR)R和C(＝NOR)R，其中R可以是氢或基于碳的部分；例如，R可以是氢、烷基、酰基、环烷基、芳基、芳烷基、杂环基、杂芳基或杂芳烷基；或者其中键合至氮原子或相邻氮原子的两个R基团可以与氮原子一起形成杂环基团。如本文所使用的术语“酰基”是指含有羰基部分的基团，其中基团通过羰基碳原子键合。
如本文所使用的术语“芳烷基”是指其中烷基的氢或碳键被如本文所定义的芳基的键取代的如本文所定义的烷基。代表性的芳烷基包括苄基和苯乙基，以及稠合(环烷基芳基)烷基，如4-乙基-茚满基。
如本文所使用的术语“杂环基”是指含有三个或以上的环成员的芳香和非芳香环化合物，环成员中的一个或多个为杂原子，如(但不限于)N、O和S。
如本文所使用的术语“杂芳基”是指含有5个或以上的环成员的芳香环化合物，环成员中的一个或多个为杂原子，如但不限于N、O和S；例如，杂芳基环可以具有5至约8-12个环成员。杂芳基基团是具有芳香族电子结构的多个杂环基。
如本文所使用的术语“杂芳烷基”是指其中烷基的氢或碳键被如本文所定义的杂芳基基团的键取代的如本文所定义的烷基基团。
如本文所使用的术语“数均分子量”(Mn)是指样品中单个分子的分子量的常规算术平均值。其定义为样品中所有分子的总重量除以样品中分子的总数。在实验上，通过分析分成具有分子量Mi的ni个分子的物质i的分子量部分的样品，并通过公式Mn＝ΣMini/Σni确定Mn。可以通过多种熟知的方法，包括凝胶渗透色谱法、分光光度端基分析法和渗透压测定法测量Mn。如果未指明，则本文所提供的聚合物的分子量为数均分子量。
术语“重均分子量”(Mw)等于ΣMi 2ni/ΣMini，其中ni是分子量Mi的分子的数目。在多个实施例中，可以使用光散射、中子小角散射、X射线散射和沉降速度来确定重均分子量。
如本文所使用的术语“固化”是指暴露于任何形式的辐射、加热或使其经历导致硬化或粘度升高的物理或化学反应。例如，可以通过使其冷却来使可流动热塑性材料固化，从而使材料硬化。作为另一个实例，可以通过任何合适的方法使可流动热固性材料固化，包括加热或另外暴露于辐射，从而使材料硬化。

Claims (15)

1.一种组合物，包含：
聚碳酸酯组分，包含含有亲电子侧链的重复单元，所述重复单元具有以下结构：
Figure FDA0002844658990000011
其中，R1具有以下结构：
Figure FDA0002844658990000012
其中每个R2独立地选自：
Figure FDA0002844658990000013
和-H，
其中至少一个R2是酯，并且
其中R3是C1-C10烷基；
碳纤维组分，包含活化的表面，其中所述活化的表面包含亲核基团，所述亲核基团选自由羟基基团、羧基基团、氨基基团及它们的组合组成的组；和
所述聚碳酸酯组分和所述碳纤维组分之间的界面。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述碳纤维组分包含一种或多种碳纤维。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述聚碳酸酯组分还包含聚碳酸酯共聚物，所述聚碳酸酯共聚物包含衍生自双酚衍生物的重复单元，所述重复单元各自独立地为无规、嵌段或交替构型。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中，R1在所述共聚物的主链中的间位、邻位或对位取代。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述含有亲电子侧链的重复单元具有以下结构：
Figure FDA0002844658990000021
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，R3是C1-C4烷基。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中，R3选自由以下组成的组中：甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基、正丁基、仲丁基、叔丁基及其组合。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中，所述含有亲电子侧链的重复单元具有以下结构：
Figure FDA0002844658990000022
9.根据权利要求8所述的组合物，其中，所述含有亲电子侧链的重复单元是具有以下结构的末端基团：
Figure FDA0002844658990000031
10.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述聚碳酸酯共聚物的重复单元为无规构型。
11.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述聚碳酸酯共聚物具有以下结构：
Figure FDA0002844658990000032
12.一种形成复合材料的方法，包括：
使权利要求1所述的组合物与模具接触；
加热所述模具；和
对所述模具施加压力；
其中形成所述复合材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，加热所述模具包括使权利要求1所述的组合物固化。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述模具加热至100℃至350℃范围内的温度。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述模具加热至200℃至350℃范围内的温度。
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