SE469033B - FIBER ARMED COMPOSITIONS MADE WITH POROESA POLYAMIDE HEART PARTICLES - Google Patents

FIBER ARMED COMPOSITIONS MADE WITH POROESA POLYAMIDE HEART PARTICLES

Info

Publication number
SE469033B
SE469033B SE9102018A SE9102018A SE469033B SE 469033 B SE469033 B SE 469033B SE 9102018 A SE9102018 A SE 9102018A SE 9102018 A SE9102018 A SE 9102018A SE 469033 B SE469033 B SE 469033B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
particles
resin
fiber
composite
matrix resin
Prior art date
Application number
SE9102018A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9102018D0 (en
SE9102018L (en
Inventor
S P Qureshi
R E Hoffman
Original Assignee
Amoco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amoco Corp filed Critical Amoco Corp
Publication of SE9102018D0 publication Critical patent/SE9102018D0/en
Publication of SE9102018L publication Critical patent/SE9102018L/en
Publication of SE469033B publication Critical patent/SE469033B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

42:» cm xO 04 2 Kompositindustrin har länge varit engagerad i att finna sätt att få bukt med dessa brister. Avsevärd möda har lagts ned under de två senaste decennierna, riktad mot utvecklingen av kompositer med förbättrad brottseghet. Eftersom de flesta av de allmänt använda matrishartserna, liksom många av de arme- rande fibrerna, är allmänt sköra, har en stor del av denna möda inriktas på ett sökande efter komponenter med bättre seghetsegenskaper. Följaktligen har sökandet efter seggjorda matrishartser blivit föremålet för talrika nya patent och publikationer. 42: »cm xO 04 2 The composite industry has long been involved in finding ways to overcome these shortcomings. Considerable effort has been put in over the past two decades, aimed at the development of composites with improved fracture toughness. Since most of the commonly used matrix resins, as well as many of the reinforcing fibers, are generally brittle, much of this effort has been focused on searching for components with better toughness properties. Consequently, the search for tough matrix matrices has become the subject of numerous new patents and publications.

I decennier har plastindustrin använt gummimodifieringsmedel för att seggöra styva, ofta sköra termoplastiska och värmehär- dade konstruktionshartser. Oftast är gummit dispergerat i form av partiklar genom hela det styva hartset. Olika möjligheter att förändra interaktionen mellan gummipartikeln och den styva fasen för att förbättra gummikomponentens effektivitet har även undersökts. T ex har gummikomponenterna modifierats genom ympning för att kompatibiliteten med den styva fasen skall ändras, och tillsats av reaktiva funktionella grupper till gummit för att gynna bindningen till den styva fasen har även visats vara effektivt. Andra tillvägagångssätt har innefattat kombineringen av olika hartser, för framställning av bland- ningar och legeringar med förbättrade egenskaper.For decades, the plastics industry has used rubber modifiers to toughen rigid, often brittle thermoplastic and thermoset construction resins. Most often, the rubber is dispersed in the form of particles throughout the rigid resin. Various possibilities to change the interaction between the rubber particle and the rigid phase to improve the efficiency of the rubber component have also been investigated. For example, the rubber components have been modified by grafting to alter the compatibility with the rigid phase, and the addition of reactive functional groups to the rubber to promote bonding to the rigid phase has also been shown to be effective. Other approaches have involved the combination of various resins, for the production of mixtures and alloys with improved properties.

De metoder som användes för seggöring av konstruktionshartser har avpassats för seggöringen av de matrishartser som allmänt användes i kompositstrukturer, såsom visas t ex av Diamant och Moulton i "Development of Resin for Damage Tolerant Composites - A Systematic Approach", 29th National SAMPE Symposium, April 3-5, 1984. Framställningen av legeringar och blandningar genom tillsats av en mer seg termoplast såsom en polysulfon till ett epoxihartspreparat har även visats förbättra epoxihartsets seghet och ge förhöjd seghet, enligt det brittiska patentet l 306 231, publicerat den 7 februari 1973. Mer nyligen visades det att kombinationer av ett epoxiharts med ändfunktionell termoplast uppvisar förbättrad seghet. Se US patentet -Fä- Ca\ \O CI) CN f.) J 3 4 498 948. Ännu mer nyligen sades härdbara kombinationer av epoxihartser och termoplast med reaktiv ändfunktionalitet för- bättra segheten hos speciellt formulerade matrishartser, under förutsättning att det oblandade hartset efter härdning upp- visar en specifik fasseparerad morfologi med en tvärbunden glasartad fas dispergerad inuti en glasartad kontinuerlig fas.The methods used for toughening construction resins have been adapted for the toughening of the matrix resins commonly used in composite structures, as shown, for example, by Diamant and Moulton in "Development of Resin for Damage Tolerant Composites - A Systematic Approach", 29th National SAMPE Symposium, April 3-5, 1984. The preparation of alloys and mixtures by adding a more tough thermoplastic such as a polysulfone to an epoxy resin composition has also been shown to improve the toughness of the epoxy resin and give increased toughness, according to British Patent 1,306,231, published February 7, 1973. More recently it has been shown that combinations of an epoxy resin with end-functional thermoplastic show improved toughness. See U.S. Patent -F .- Ca 2+ CI) CN f.) J 3 4 498 948. Even more recently, curable combinations of epoxy resins and thermoplastics with reactive end functionality were said to improve the toughness of specially formulated matrix resins, provided that the unmixed resin after curing exhibits a specific phase-separated morphology with a crosslinked glassy phase dispersed within a glassy continuous phase.

Se US patentet 4 656 208. Ytterligare förbättringar sägs uppnås genom införlivande av en reaktiv gummikomponent som sägs vara innesluten i den tvärbundna dispergerade glasartade fasen. Se US patentet 4 680 076. Ännu mer nyligen har använd- ningen av en osmältbar partikel framställd från ett gummi, dispergerad i den fasseparerade tvärbundna epoxihartsmatrisen föreslagits för seggöring av kompositer baserade på sådana matrishartser. Se US patentet 4 783 506. Även om tillsatsen av gummi, termoplaster och liknande i allmänhet förbättrar oblandade hartsers seghet och slagseghet är effekten på de resulterande kompositerna inte nödvändigtvis gynnsam. I många fall kan ökningen av kompositens seghet vara endast marginell, och en minskning av högtemperaturegenskaper och av beständighet mot extrema miljöbetingelser såsom ex- ponering för vatten vid höga temperaturer observeras ofta.See U.S. Patent 4,656,208. Further improvements are said to be achieved by the incorporation of a reactive rubber component which is said to be entrapped in the crosslinked dispersed glassy phase. See U.S. Patent 4,680,076. Even more recently, the use of an indigestible particle made from a rubber dispersed in the phase-separated crosslinked epoxy resin matrix has been proposed for toughening composites based on such matrix resins. See U.S. Patent 4,783,506. Although the addition of rubber, thermoplastics and the like generally improves the toughness and impact strength of unmixed resins, the effect on the resulting composites is not necessarily favorable. In many cases, the increase in the toughness of the composite can be only marginal, and a decrease in high temperature properties and in resistance to extreme environmental conditions such as exposure to water at high temperatures is often observed.

Kompositstrukturer som är beroende av komplexa tillverknings- metoder eller av unika hartsmorfologier som är svåra att reproducera för att man ska uppnå förbättringar av seghet kan kräva en opraktisk kontrollgrad vid tillverkningen, vilket ökar produktionskostnaderna och ofta resulterar i ojämna prestanda och dålig driftsäkerhet.Composite structures that rely on complex manufacturing methods or on unique resin morphologies that are difficult to reproduce to achieve toughness improvements may require an impractical degree of control in manufacturing, which increases production costs and often results in uneven performance and poor reliability.

Ett alternativt tillvägagångssätt vid framställning av seg- gjorda kompositer har varit utvecklingen av skiktade komposit- strukturer med skikt utgjorda av fibrer inbäddade i ett mat- risharts alternerade med skikt utgjorda av ett termoplast- harts, beskrivna i den japanska patentansökan 49-132669, publicerad den 21 maj 1976. Mer nyligen beskrevs i US patentet 4 604 319 skiktade fiber-hartskompositer med en mångfald fiberarmerade matrishartsskikt interfolierade med termoplast- .¿.\ 3.0 CD CN 0.1 4 skikt vidhäftande bundna till de armerade matrishartsskikten.An alternative approach to the production of toughened composites has been the development of layered composite structures with layers of fibers embedded in a matrix resin alternated with layers of a thermoplastic resin, described in Japanese Patent Application 49-132669, published there. May 21, 1976. More recently, U.S. Patent 4,604,319 discloses layered fiber-resin composites having a plurality of fiber-reinforced matrix resin layers interleaved with thermoplastic layers of adhesive adherently bonded to the reinforced matrix resin layers.

Interfoliestrukturer framställes vanligtvis genom att man impregnerar kontinuerlig fiber för framställning av förimpreg- nerad matta, sedan lägger upp kompositen genom att alternera förimpregnerad matta med ark av termoplastfilm. Lamineringspa- ketstrukturen underkastas sedan värme och tryck, för härdande av matrishartset och bindning av skikten. Patentet beskriver även interfolieskikt vilka innefattar en termoplast fylld med ett förstärkande material såsom avhuggna fibrer, fasta parti- klar, hårkristaller och liknande. Även om interfolierade kompositstrukturer med förbättrad seghet har beskrivits har det förekommit ett visst offer av andra fysikaliska egenskaper inklusive en minskning av glas- temperaturer tillsammans med en ökning av krypning vid höga temperaturer. Ytterligare svårigheter med sådana kompositer kan innefatta en förlust av styvhet för många sådana komposi- tioner, adhesionsbrott som kan uppstå mellan skikt framställda av olika hartser och egenskapsförsämring under användning på grund av dålig lösningsmedelsbeständighet. Dessutom lider förimpregnerade mattor baserade på termoplastharts i allmänhet brist på klibb, vilket komplicerar deras framställning till kompositer och ökar graden skicklighet som behövs för att tillverka komplexa strukturer. Detta kan i sin tur resultera i ökade avfallsförluster och ett behov av mer komplexa kvali- tetskontrollförfaranden, varvid tillverkningskostnaderna för att uppnå en godtagbar nivå av driftsäkerhet ökar.Interleaf structures are usually made by impregnating continuous fiber to make a pre-impregnated mat, then laying the composite by alternating a pre-impregnated mat with sheets of thermoplastic film. The laminating package structure is then subjected to heat and pressure, to cure the matrix resin and bond the layers. The patent also describes interleaf layers which comprise a thermoplastic filled with a reinforcing material such as cut fibers, solid particles, hair crystals and the like. Although interleaved composite structures with improved toughness have been described, there has been some sacrifice of other physical properties including a decrease in glass temperatures along with an increase in creep at high temperatures. Additional difficulties with such composites may include a loss of rigidity for many such compositions, adhesion failure that may occur between layers made of different resins and deterioration in property during use due to poor solvent resistance. In addition, pre-impregnated mats based on thermoplastic resins generally suffer from a lack of tack, which complicates their production into composites and increases the degree of skill required to manufacture complex structures. This in turn can result in increased waste losses and a need for more complex quality control procedures, whereby manufacturing costs to achieve an acceptable level of operational reliability increase.

Nyligen har användningen av en osmältbar partikel framställd av ett gummi, dispergerad i en fasseparerad tvärbunden epoxi- hartsmatris föreslagits för seggöring av kompositer baserade på sådana matrishartser. Se US patent 4 783 506. Dispergering av styva partikelformiga modifieringsmedel i matrishartset har även beskrivits i tekniken för seggöring av kompositmaterial, och har beskrivits t ex i de publicerade europeiska patentan- sökningarna O 274 899 och O 351 025, liksom i US patentet 4 863 787, de senare tre referensernas anvisningar införlivas $> O\ \O (I) C11 (sl härmed som referens.Recently, the use of an indigestible particle made of a rubber dispersed in a phase-separated crosslinked epoxy resin matrix has been proposed for the toughening of composites based on such matrix resins. See U.S. Patent 4,783,506. Dispersion of rigid particulate modifiers in the matrix resin has also been described in the technique of toughening composite materials, and has been described, for example, in published European patent applications 0 274 899 and 0 351 025, as well as in US patent 4 863 787, the instructions of the latter three references are incorporated by reference>> O \ \ O (I) C11 (sl hereby as reference.

De kompositioner och metoder som för närvarande finns till- gängliga för framställning av seggjorda kompositer kräver således ytterligare förbättring. Kompositer med förbättrad slagseghet, och i synnerhet de med förbättrad tryckhållfasthet efter slag, skulle utgöra ett användbart framsteg inom tek- niken, och driftsäkra metoder för framställning av sådana seggjorda kompositer skulle kunna finna snabbt accepterande, och ersätta de mer komplexa och dyra tillverkningsprocesserna som för närvarande finns tillgängliga för dessa ändamål.The compositions and methods currently available for the production of toughened composites thus require further improvement. Composites with improved impact strength, and in particular those with improved compressive strength after impact, would be a useful advancement in the art, and reliable methods of making such tough composites could find rapid acceptance, replacing the more complex and expensive manufacturing processes which are currently available for these purposes.

Sammanfattning av uppfinnincen Föreliggande uppfinning hänför sig till skiktade komposit- strukturer innefattande kontinuerlig fiber och ett matris- hartspreparat, och mer speciellt till förbättrade skiktade kompositstrukturer innefattande kontinuerlig fiber inbäddad i ett matrishartspreparat seggjort med ett partikelformigt modifieringsmedel, varvid förbättringen innefattar användningen av ett partikelformigt modifieringsmedel med en väsentligen sfäroidal, svampartad struktur, även beskriven som porösa polyamidpartiklar, och till ett medel för framställning av seggjord skiktad komposit. De resulterande kompositstrukturerna uppvisar en markant och oväntad förbättring av segheten.Summary of the Invention The present invention relates to layered composite structures comprising continuous fiber and a matrix resin composition, and more particularly to improved layered composite structures comprising continuous fiber embedded in a matrix resin composition toughened with a particulate modifier, the enhancement comprising the use of a particle modifier a substantially spheroidal, spongy structure, also described as porous polyamide particles, and to an agent for producing toughened layered composite. The resulting composite structures show a marked and unexpected improvement in toughness.

Detaljerad beskrivning De förbättrade kompositstrukturerna enligt föreliggande upp- finning innefattar diskreta skikt som utgöres av kontinuerlig fiber inbäddad i ett matrisharts, varvid skikten är normalt åtskilda eller separerade av laminära områden eller skikt innefattande matrisharts fyllt med finfördelat polyamidharts i form av partiklar med en väsentligen sfäroidal, svampartad 469 G55 6 struktur, även beskrivna som porösa polyamidpartiklar.Detailed Description The improved composite structures of the present invention include discrete layers of continuous fiber embedded in a matrix resin, the layers being normally separated or separated by laminar regions or layers comprising matrix resins filled with finely divided polyamide resin in the form of particles having a substantially spheroidal, spongy 469 G55 6 structure, also described as porous polyamide particles.

Matrishartserna De matrishartser som är användbara vid framställning av seg- gjorda kompositer i enlighet med metoden enligt föreliggande uppfinning är de hartspreparat som allmänt användes inom tekniken för fiberarmerade kompositer och kan innefatta både värmehärdande och termoplastiska material. Emellertid före- drages värmehärdande hartser för de flesta tillämpningarna och de värmehärdade hartser som anges vara användbara vid metoden enligt föreliggande uppfinning innefattar de som mest allmänt användes för framställning av fiberarmerade kompositer såsom epoxihartser, cyanathartser, bismaleimidhartser, BT-hartser innefattande en kombination av cyanat- och bismaleimidharts- komponenter, blandningar av sådana hartser och liknande, liksom de allmänt använda tvärbindbara polyesterhartserna.The Matrix Resins The matrix resins useful in the production of toughened composites in accordance with the method of the present invention are the resin compositions commonly used in the art of fiber reinforced composites and may include both thermosetting and thermoplastic materials. However, thermosetting resins are preferred for most applications and the thermosetting resins stated to be useful in the method of the present invention include those most commonly used in the manufacture of fiber reinforced composites such as epoxy resins, cyanate resins, bismaleimide resins, BT resins comprising a combination of cyanates and bismaleimide resin components, mixtures of such resins and the like, as well as the commonly used crosslinkable polyester resins.

Många värmehärdade hartser äger i allmänhet låg seghet och är följaktligen ganska sköra, och kompositerstrukturer baserade på sådana hartser drar därför stor fördel av seggöring i enlighet med anvisningarna häri.Many thermoset resins generally have low toughness and are consequently quite brittle, and composite structures based on such resins therefore benefit greatly from toughening in accordance with the teachings herein.

Det föredragna matrishartspreparatet är således baserat på ett värmehärdat harts, och särskilt föredragna är de välkända och allmänt använda epoxipreparaten, i allmänhet innefattande ett epoxiharts och en lämplig härdare, såsom en diaminhärdare eller liknande. Epoxipreparaten kan om så önskas innefatta en lämplig härdningsaccelerator och sådana ytterligare komponen- ter som i allmänhet användes inom tekniken för värmehärdad komposit.Thus, the preferred matrix resin composition is based on a thermoset resin, and particularly preferred are the well-known and commonly used epoxy compositions, generally comprising an epoxy resin and a suitable hardener, such as a diamine hardener or the like. The epoxy compositions may, if desired, include a suitable curing accelerator and such additional components as are commonly used in the heat cured composite art.

De epoxihartser som kan användas är härdbara epoxihartser med en mångfald epoxigrupper per molekyl. Sådana hartser är all- mänt använda för framställning av kompositmaterial, och många är med lätthet tillgängliga från kommersiella källor. Exempel på sådana hartser är polyglycidylföreningar, inklusive reak- tionsprodukterna av flerfunktionella föreningar såsom alkoho- fn' 7 ler, fenoler, karboxylsyror, aromatiska aminer eller aminofe- noler med epiklorhydrin, och epoxiderade diener eller polye- ner. Ytterligare exempel innefattar diglycidyletrar av dien- modifierade fenolnovolacker, oykloalifatiska epoxider såsom reaktionsprodukterna av flerfunktionella cykloalifatiska kar- boxylsyror med epiklorhydrin, cykloalifatiska epoxider, cy- kloalifatiska epoxietrar samt cykloalifatiska epoxiestrar och liknande. Blandningar av epoxihartser kan även användas. Före- dragna epoxider innefattar bisfenol A-epoxider, epoxinovo- laoker, cykloalifatiska epoxietrar och glycidylaminer. En stor mångfald av dessa epoxihartser är tillgängliga från kommersi- ella källor under varunamn såsom PGA-X från Sherwin Williams Company, DEN 431 och Tactix 56 från Dow Chemical Company, Glyamine 125 från F.I.C. Corp. och RD87-160, XU MY-722 och MY- 720 från Ciba-Geigy Corp.The epoxy resins that can be used are curable epoxy resins with a variety of epoxy groups per molecule. Such resins are widely used in the manufacture of composite materials, and many are readily available from commercial sources. Examples of such resins are polyglycidyl compounds, including the reaction products of multifunctional compounds such as alcohols, phenols, carboxylic acids, aromatic amines or aminophenols with epichlorohydrin, and epoxidized dienes or polyenes. Additional examples include diglycidyl ethers of diene-modified phenolic novolaks, cycloaliphatic epoxides such as the reaction products of multifunctional cycloaliphatic carboxylic acids with epichlorohydrin, cycloaliphatic epoxides, cycloaliphatic epoxy ethers and cycloaliphatic epoxies. Mixtures of epoxy resins can also be used. Preferred epoxides include bisphenol A epoxides, epoxy novolaokes, cycloaliphatic epoxy ethers and glycidylamines. A wide variety of these epoxy resins are available from commercial sources under trade names such as PGA-X from Sherwin Williams Company, DEN 431 and Tactix 56 from Dow Chemical Company, Glyamine 125 from F.I.C. Corp. and RD87-160, XU MY-722 and MY-720 from Ciba-Geigy Corp.

Diaminhärdare som kan användas innefattar de aromatiska diami- ner som konventionellt användes vid formulering av epoxihart- ser, såsom t ex 4,4'-diaminodifenyleter, 4,4'-diaminodifenyl- metan, 4,4'-diaminodifenylsulfon, 3,3'-diaminodifenylsulfon, p-fenylendiamin, m-fenylendiamin, 4,4'-bis(aminodifenyl)p- ropan, 4,4'-diaminodifenylsulfid, trimetylenglykolbis(p-amino- bensoat) och liknande, liksom deras olika positionsisomerer. Även användbara är mångfalden av flerkärninga aromatiska diaminhärdare såsom de som anges exempelvis i US patenten 4 579 885 och 4 517 321, och US patentet 4 686 250, alla in- förlivade häri som referens, liksom xylylendiamin, bis(amino- metyl)oyklohexan, dioyandiamid och liknande. De olika dia- minhärdarna kan användas ensamma eller i kombination.Diamine hardeners that can be used include the aromatic diamines conventionally used in the formulation of epoxy resins, such as, for example, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3 ' -diaminodiphenyl sulfone, p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4'-bis (aminodiphenyl) p-ropane, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, trimethylene glycol bis (p-aminobenzoate) and the like, as well as their various positional isomers. Also useful are the variety of multinuclear aromatic diamine hardeners such as those disclosed, for example, in U.S. Patents 4,579,885 and 4,517,321, and U.S. Patent 4,686,250, all incorporated herein by reference, as well as xylylenediamine, bis (aminomethyl) oclohexane. dioyandiamide and the like. The different diamond cores can be used alone or in combination.

Lämpliga epoxihartspreparat kan framställas enligt metoder och bruk som är välkända och allmänt använda inom hartstekniken. I allmänhet omfattar matrishartspreparaten mer än 2 viktdelar diaminhärdare per 100 viktdelar epoxiharts. Även om den sär- skilda nivå som väljes beror på den särskilda diamin som an- vändes, användes företrädesvis minst 3 viktdelar och ännu hellre från cirka 6 till cirka 150 viktdelar diaminhärdare per 4-69 'C335 8 100 viktdelar epoxiharts. Mängden av varje komponent som väljes beror på de individuella komponenternas molekylvikter och det molförhållande av reaktiva amino(N-H)-grupper och epoxigrupper som önskas i det slutliga matrishartssystemet.Suitable epoxy resin compositions can be prepared according to methods and uses well known and commonly used in the resin art. In general, the matrix resin compositions comprise more than 2 parts by weight of diamine hardener per 100 parts by weight of epoxy resin. Although the particular level selected depends on the particular diamine used, preferably at least 3 parts by weight and more preferably from about 6 to about 150 parts by weight of diamine hardener per 4-69 'C335 8 100 parts by weight of epoxy resin are used. The amount of each component selected depends on the molecular weights of the individual components and the molar ratio of reactive amino (N-H) groups and epoxy groups desired in the final matrix resin system.

För de flesta tillämpningarna i förimpregnerad matta och kompositf användes tillräckligt med diaminhärdare för att ge ett molförhàllande av N-H-grupper och epoxidgrupper inom intervallet av fràn cirka 0,3/l till 1,8/1, företrädesvis från 0,4/1 till 1,3/1.For most applications in pre-impregnated carpet and composite, sufficient diamine hardener was used to give a molar ratio of NH groups and epoxide groups in the range of from about 0.3 / l to 1.8 / 1, preferably from 0.4 / 1 to 1 , 3/1.

Preparaten kan vidare innefatta en termoplastpolymer för att förläna den resulterande kompositen förbättrad seghet genom att öka det härdade hartspreparatets seghet och slagseghet.The compositions may further comprise a thermoplastic polymer to impart improved toughness to the resulting composite by increasing the toughness and impact strength of the cured resin composition.

När de löses i preparatet före härdningen kan termoplaster även öka det ohärdade hartsets viskositet och filmhàllfasthet och därigenom förbättra hartsets bearbetbarhet för användning vid impregneringsarbeten, och kan ge förimpregnerad matta med bättre hanteringsegenskaper för användning vid komposittill- verkning. En mångfald termoplaster är kända inom tekniken för användning i kombination med epoxihartser, innefattande exem- pelvis polyaryletrar, såsom polyarylsulfoner och polyaryleter- sulfoner, polyeterketoner, polyfenylenetrar och liknande, liksom polyarylater, polyamider, polyamid-imider, polyeter- imider, polykarbonater, fenoxihartser och liknande. När ända- målet med att införliva termoplasten är att förbättra viskosi- teten, bearbetbarhet och hanterbarhets egenskaperna, är den valda termoplasten nödvändigtvis löslig i det ohärdade epoxi- hartspreparatet. Den proportion av termoplast som användes beror delvis på den valda termoplasten och den särskilda slutanvändningen som avses. För de flesta ändamål omfattar preparatet emellertid fràn 0 till 30 viktdelar termoplast per 100 viktdelar av de kombineraed diaminhärdar- och epoxiharts- komponenterna.When dissolved in the preparation before curing, thermoplastics can also increase the viscosity and film strength of the uncured resin, thereby improving the processability of the resin for use in impregnation work, and can provide pre-impregnated mat with better handling properties for use in composite manufacturing. A variety of thermoplastics are known in the art for use in combination with epoxy resins, including, for example, polyaryl ethers such as polyaryl sulfones and polyaryl ether sulfones, polyether ketones, polyphenylene ethers and the like, as well as polyarylates, polyamides, polyamide imides, polyether imides, polycarbonates, phenoxy carbonates similar. When the purpose of incorporating the thermoplastic is to improve the viscosity, processability and manageability properties, the selected thermoplastic is necessarily soluble in the uncured epoxy resin composition. The proportion of thermoplastic used depends in part on the selected thermoplastic and the particular end use in question. For most purposes, however, the composition comprises from 0 to 30 parts by weight of thermoplastic per 100 parts by weight of the combined diamine curing and epoxy resin components.

Epoxipreparaten kan dessutom innefatta en accelerator för att öka härdningshastigheten. Acceleratorerna väljes från de som är kända och använda inom epoxihartstekniken och kan användas CD (fl C) l 469 9 i konventionella mängder. Acceleratorer som kan befinnas vara effektiva innefattar Lewis-syrazamin-komplex såsom BF3:mono- etylamin, BF3:trietanolamin, BF3:piperidin och BF3:2-metylimi- dazol; aminer såsom imidazol, l-metylimidazol, 2-metylimida- zol, N,N-dimetylbensylamin och liknande; syrasalter av ter- tiära aminer såsom p-toluensulfonsyra:imidazolkomplex och liknande, salter av trifluormetansulfonsyra såsom FC-520 (er- hålles från 3-M Company), organofosfoniumhalogenider, dicyan- diamid, 4,4'-metylenbis(fenyldimetylkarbamid) och 1,1'-dime- tyl-3-fenylkarbamid. Blandningar av sådana acceleratorer kan även användas. För vissa slutanvändningar kan det även vara önskvärt att inkludera färgämnen, pigment, stabilisatorer, tixotropa medel och liknande, och dessa och andra tillsatsäm- nen kan införlivas efter behov vid nivåer som i allmänhet användes inom komposittekniken. Vid härdningen bildar mat- rishartspreparaten, med uteslutande av eventuella partikelfor- miga tillsatsämnen, fyllmedel och armeringsmedel som kan användas, en väsentligen enhetlig, kontinuerlig styv fas.The epoxy compositions may also include an accelerator to increase the cure rate. The accelerators are selected from those known and used in the epoxy resin art and can be used CD (fl C) 1 469 9 in conventional amounts. Accelerators that may be found to be effective include Lewis acidamine complexes such as BF3: monoethylamine, BF3: triethanolamine, BF3: piperidine and BF3: 2-methylimidazole; amines such as imidazole, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, N, N-dimethylbenzylamine and the like; acid salts of tertiary amines such as p-toluenesulfonic acid: imidazole complexes and the like, salts of trifluoromethanesulfonic acid such as FC-520 (obtained from 3-M Company), organophosphonium halides, dicyandiamide, 4,4'-methylenebis (phenyldimethylurea) and 1 , 1'-dimethyl-3-phenylurea. Mixtures of such accelerators can also be used. For some end uses, it may also be desirable to include dyes, pigments, stabilizers, thixotropic agents and the like, and these and other additives may be incorporated as needed at levels generally used in the composite art. During curing, the matrix resin preparations, excluding any particulate additives, fillers and reinforcing agents that can be used, form a substantially uniform, continuous rigid phase.

Fibrerna Före härdningen kombineras matrishartspreparatet med kontinu- erlig fiberarmering eller konstruktionsfibrer samt det parti- kelformiga modifieringsmedel som användes vid framställningen av seggjorda kompositer i enlighet med metoden enligt före- liggande uppfinning. Lämpliga fibrer kan i allmänna termer beskrivas som med en draghållfasthet större än 6,89'l08Pa och en dragmodul större än 14'lO9Pa. Fibrer som är användbara för dessa ändamål innefattar kol- eller grafitfibrer, glasfibrer och fibrer framställda från kiselkarbid, aluminiumoxid, tita- noxid, bor och liknande, liksom fibrer framställda från orga- niska polymerer såsom t ex polyolefiner, poly(bensotialzol), poly(bensimidazol), polyarylater, poly(bensoxazol), aromatiska polyamider, polyaryletrar och liknande, och kan inkludera blandningar innefattande två eller flera sådana fibrer. Före- trädesvis väljes fibrerna från glasfibrer, kolfibrer och aromatiska polyamidfibrer såsom de fibrer som säljes av DuPont 469 0323 10 Company under varunamnet Kevlar. Fibrerna kan användas i form av kontinuerliga fiberkablar av typiskt från 500 till 42 000 filament, som kontinuerliga ensriktade band eller som väv.The fibers Prior to curing, the matrix resin composition is combined with continuous fiber reinforcement or structural fibers as well as the particulate modifier used in the manufacture of toughened composites in accordance with the method of the present invention. Suitable fibers can be described in general terms as having a tensile strength greater than 6.89'108Pa and a tensile modulus greater than 14'109Pa. Fibers useful for these purposes include carbon or graphite fibers, glass fibers and fibers made from silicon carbide, alumina, titanium oxide, boron and the like, as well as fibers made from organic polymers such as polyolefins, poly (benzotialzole), poly ( benzimidazole), polyarylates, poly (benzoxazole), aromatic polyamides, polyaryl ethers and the like, and may include mixtures comprising two or more such fibers. Preferably, the fibers are selected from glass fibers, carbon fibers and aromatic polyamide fibers such as those fibers sold by DuPont 469 0323 10 Company under the trade name Kevlar. The fibers can be used in the form of continuous fiber cables of typically from 500 to 42,000 filaments, as continuous unidirectional bands or as webs.

Det partikelformiga modifieringsmedlet Polyamidpartiklarna som användes vid utförandet av föreliggan- de uppfinning innefattar ett finfördelat polyamidharts och har en väsentligen sfäroidal, svampartad struktur. Polyamidpartik- larna har i allmänhet en medeldiameter mellan l och 75 um läm- pligen från cirka 1 till 25 um och företrädesvis från cirka 2 till cirka 15 pm. Polyamidpartiklarna kan vidare utmärkande beskrivas som porösa, det vill säga med en stor inre porvolym, och pulver framställt av sådana polyamidpartiklar har en stor verksam yta, i allmänhet större än 5 m2/g och företrädesvis större än cirka 9 m2/g, till så stort som 30 m2/g eller mer.The particulate modifier The polyamide particles used in the practice of the present invention comprise a finely divided polyamide resin and have a substantially spheroidal, spongy structure. The polyamide particles generally have an average diameter between 1 and 75 μm, suitably from about 1 to 25 μm and preferably from about 2 to about 15 μm. The polyamide particles can be further characterized as porous, i.e. with a large internal pore volume, and powders made from such polyamide particles have a large effective surface area, generally greater than 5 m2 / g and preferably greater than about 9 m2 / g, to such a large as 30 m2 / g or more.

Sådana pulvers verksamma yta bestämmes enligt den klassiska BET-metoden. Det bör förstås att de porösa polyamidpartiklarna i andra fysikaliska former, såsom flingformiga, cylindriska polyamidpartiklar eller fibridliknande material, även kan vara användbara vid utförandet av uppfinningen, sådana_former är dock inte föredragna. Porvolym kan även betraktas som ett mått på polyamidpartikelns porositet, och de polyamidpartiklar som är användbara vid utförandet av föreliggande uppfinning har vanligtvis stora porvolymer, företrädesvis större än cirka 1,5 cm3/g till så stort som 3,5 cm3/g eller ännu större.The effective surface area of such powders is determined according to the classical BET method. It is to be understood that the porous polyamide particles in other physical forms, such as flake-shaped, cylindrical polyamide particles or fibrid-like materials, may also be useful in the practice of the invention, however, such shapes are not preferred. Pore volume can also be considered as a measure of the porosity of the polyamide particle, and the polyamide particles useful in the practice of the present invention usually have large pore volumes, preferably greater than about 1.5 cm 3 / g to as large as 3.5 cm 3 / g or even greater. .

De porösa polyamidpartiklar som är användbara vid utförandet av föreliggande uppfinning kan framställas av vilken som helst styv polyamid. Den polyamid som väljes har i dess slutliga partikelform tillräcklig värmebeständighet, hårdhet och styv- het för att motstå att smältas, komprimeras eller tillplattas under de tryck och temperaturer som påträffas vid tillverk- ningen och härdningen av laminatet. Dessutom väljes polyamiden väsentligen olöslig i matrishartspreparatet före gelningen så att partikelns unika ytegenskaper bevaras. n. 469 053 ll Polyamidhartserna som kan användas innefattar vilket som helst av de allmänt tillgängliga nylonhartserna, såsom polykaprolak- tam (nylon 6), poly(hexametylendiaminsebacamid) (nylon 6,6), polyundekanamid (nylon ll), polydodekanamid (nylon 12) och liknande. Framställningen av partiklar från sådana hartser med den erforderliga porositeten har beskrivits inom tekniken, t ex i US 4 831 061, vars anvisningar häri införlivas som referens, liksom i US 2 359 877 och i den japanska publicerade ansökningen 62-240325. En mångfald porösa polyamidpartiklar och porösa nylon-överdragna partikelformer såsom titandioxid- partiklar som kan vara lämpade för användning vid utförandet av föreliggande uppfinning är tillgängliga, inklusive porösa nylon 6-partiklar, porösa nylon 11-partiklar och porösa nylon 12-partiklar.The porous polyamide particles useful in the practice of the present invention can be made of any rigid polyamide. The polyamide selected in its final particulate form has sufficient heat resistance, hardness and rigidity to resist melting, compaction or flattening under the pressures and temperatures encountered in the manufacture and curing of the laminate. In addition, the polyamide is selected to be substantially insoluble in the matrix resin composition prior to gelling so as to preserve the unique surface properties of the particle. n. 469 053 II The polyamide resins that can be used include any of the commonly available nylon resins, such as polycaprolactam (nylon 6), poly (hexamethylenediamine sebacamide) (nylon 6,6), polyundecanamide (nylon 11), polydodecanamide (nylon 12) and similar. The preparation of particles from such resins with the required porosity has been described in the art, for example in US 4,831,061, the teachings of which are incorporated herein by reference, as well as in US 2,359,877 and in Japanese Laid-Open Application 62-240325. A variety of porous polyamide particles and porous nylon-coated particulate forms such as titanium dioxide particles which may be suitable for use in the practice of the present invention are available, including porous nylon 6 particles, porous nylon 11 particles and porous nylon 12 particles.

De partikelformiga modifieringsmedel som användes vid fram- ställningen av kompositer kan innefatta endast de porösa polyamidpartiklarna enligt föreliggande uppfinning eller kan vara blandningar av sådana partiklar med icke-porösa partiklar framställda t ex från ett tvärbundet gummi eller från ett styvt harts, såsom polystyren, polyfenylenetrar, polysulfoner eller liknande, innefattande vilket som helst av den stora mångfald partikelformiga modifieringsmedel som är kända inom tekniken för användning vid seggöring av kompositer.The particulate modifiers used in the manufacture of composites may comprise only the porous polyamide particles of the present invention or may be mixtures of such particles with non-porous particles made, for example, from a crosslinked rubber or from a rigid resin, such as polystyrene, polyphenylene ethers. polysulfones or the like, comprising any of the wide variety of particulate modifiers known in the art for use in toughening composites.

Kompositstrukturerna De seggjorda_kompositstrukturerna enligt föreliggande upp- finning innefattar diskreta skikt so utgöres av kontinuerlig fiber innbäddade i ett matrisharts, vilka skikt eller lager är normalt separerade eller åtskilda, varvid skiktytorna definie- rar laminära områden eller mellanrumsskikt innefattande mat- risharts fyllt med de porösa polyamidpartiklarna. Partiklarna tjänar till att skilja lagren åt, och tjockleken på avståndet mellan lagren kommer därför att vara direkt relaterad till partikelstorleken. 12 Som den användes häri hänför sig termen “partikelstorlek“ till den partikeldimension som bestämmer avståndet mellan lagren, vilken för små, oregelbundna eller väsentligen sfäriska parti- klar i allmänhet är partikeldiametern. Eftersom det i de flesta fall inte är möjligt att erhålla partiklar som alla är av samma storlek kommer de partikelformiga modifieringsmedlen i allmänhet att innefatta blandningar av partiklar omfattande en mångfald partikelstorlekar. Partikelstorleken kan bestämmas med vilken som helst av mångfalden av standardmetoder, såsom genom användning av en Coulter-räknare eller "Multisizer“- apparat, eller genom en Granulometer-anordning. Partikelmodi- fieringsmedel som är användbara och effektiva vid seggöring av kompositer i enlighet med utförandet enligt föreliggande uppfinning har majoriteten av partiklarna med en medeldiameter som ligger inom intervallet av från 1 till cirka 75 pm. Bland- ningar av finfördelade partikelformiga material som lämpar sig för föreliggande uppfinnings ändamål kan erhållas genom sorte- ring av partikelblandningar med användning av välkända metoder såsom siktsortering och liknande.The Composite Structures The toughened composite structures of the present invention comprise discrete layers formed of continuous fiber embedded in a matrix resin, which layers or layers are normally separated or separated, the layer surfaces defining laminar areas or spacer layers comprising matrix resins filled with the porous polyamide particles. The particles serve to separate the layers, and the thickness of the distance between the layers will therefore be directly related to the particle size. As used herein, the term "particle size" refers to the particle dimension that determines the distance between the layers, which for small, irregular or substantially spherical particles is generally the particle diameter. Since in most cases it is not possible to obtain particles which are all of the same size, the particulate modifiers will generally comprise mixtures of particles comprising a variety of particle sizes. The particle size can be determined by any of a variety of standard methods, such as by using a Coulter calculator or "Multisizer" apparatus, or by a Granulometer device. Particle modifiers which are useful and effective in toughening composites according to the embodiment According to the present invention, the majority of the particles have an average diameter ranging from 1 to about 75 microns. Mixtures of finely divided particulate materials suitable for the purposes of the present invention can be obtained by sorting particle mixtures using well known methods such as sight sorting and the like.

Användning av partikelformiga blandningar innefattande en stor mångfald partikelstorlekar kan ha andra menliga effekter och är därför mindre föredragna. Att dispergera partikelbland- ningar jämnt i matrishartspreparatet kan bli svårare genom närvaron av mycket stora partiklar, och de fyllda hartsens överdragningsegenskaper blir mer variabla. Närvaron av små mängder mycket stora (>50 pm) partiklar dispergerade vida omkring i filmen av ohärdat fyllt matrisharts vidhäftat till en eller båda ytorna av en förimpregnerad matta har en tendens att skapa betydande toppar eller upphöjda punkter på utsidan.Use of particulate mixtures comprising a wide variety of particle sizes may have other adverse effects and are therefore less preferred. Dispersing particle mixtures evenly in the matrix resin preparation can become more difficult due to the presence of very large particles, and the coating properties of the filled resins become more variable. The presence of small amounts of very large (> 50 μm) particles dispersed throughout the film of uncured filled matrix resin adhered to one or both surfaces of a pre-impregnated mat tends to create significant peaks or raised points on the outside.

Närvaron av sådana upphöjda punkter har effekten av en synbar ytojämnhet, och minskar den förimpregnerade mattans ytklibb genom att den hindrar fullkomlig och effektiv kontakt mellan skikt i en uppläggningsoperation. Det reducerade klibbet är särskilt påfallande för partikelblandningar som innefattar en bred fördelning av partikelstorlekar, och följaktligen är snävt spridda partikelblandningar föredragna. llx 469 C-Fsšš 13 Proportionen av varje komponent som användes vid tillverk- ningen av de seggjorda kompositerna enligt föreliggande upp- finning beror delvis på den avsedda slutanvändningen, samt på de särskilda harts, fibrer och hartspartiklar som väljes.The presence of such raised points has the effect of a visible surface roughness, and reduces the surface tack of the pre-impregnated carpet by preventing complete and effective contact between layers in a laying operation. The reduced tack is particularly noticeable for particle mixtures which involve a wide distribution of particle sizes, and consequently narrowly dispersed particle mixtures are preferred. llx 469 C-Fsšš 13 The proportion of each component used in the manufacture of the toughened composites of the present invention depends in part on the intended end use, as well as on the particular resins, fibers and resin particles selected.

Totalt innefattar kompositerna från cirka 20 till cirka 80 viktprocent kontinuerlig fiber, varvid återstoden innefattar matrisharts och partiklar, med partiklarna i en mängd av från 1 till cirka 25 viktprocent baserat på den kombinerade vikten av partiklarna och matrishartspreparatet. Ehuru nivån av hartspartiklar som behövs för att seggöra kompositen ligger inom det angivna området kommer den optimala nivån nödvän- digtvis att variera beroende på typen av matrisharts, fiber- halten, partikelsorten och liknande faktorer, och måste därför bestämmas för det särskilda fiber- och hartssystem som an- vändes. I allmänhet är det önskvärt att använda den lägsta nivå av partiklar som kan ge den önskade förbättringen av kompositsegheten. Ehuru större än optimala nivåer kan användas blir ytterligare förbättringar av segheten marginella och andra fysikaliska egenskaper såsom värme/fukt-beständighet kan påverkas menligt. Kompositer med en mycket hög fraktion av partiklarna belägna i mellanrummet mellan lagren tros vara mest effektiva för att ge förbättringar av seghet vid en minimal nivå av partiklar.In total, the composites comprise from about 20% to about 80% by weight of continuous fiber, the remainder comprising matrix resins and particles, with the particles in an amount of from 1 to about 25% by weight based on the combined weight of the particles and the matrix resin composition. Although the level of resin particles needed to seal the composite is within the specified range, the optimum level will necessarily vary depending on the type of matrix resin, the fiber content, the particle type and similar factors, and must therefore be determined for the particular fiber and resin system. which was used. In general, it is desirable to use the lowest level of particles that can provide the desired improvement in composite toughness. Although greater than optimal levels can be used, further improvements in toughness become marginal and other physical properties such as heat / moisture resistance can be adversely affected. Composites with a very high fraction of the particles located in the space between the layers are believed to be most effective in providing improvements in toughness at a minimal level of particles.

Komnosittillverkning De metoder som i allmänhet användes för framställning av skiktade kompositer kan lätt anpassas för tillverkning av kompositerna enligt föreliggande uppfinning. Oftast framstäl- les sådana kompositer från impregnerat band innefattande jämnt anordnade, parallella filament av kontinuerlig fiber, eller från hartsimpregnerat tyg vävt av kontinuerlig fiberkabel.Comnosite Manufacturing The methods generally used for making layered composites can be readily adapted for making the composites of the present invention. Most often, such composites are made from impregnated tape comprising evenly arranged, parallel filaments of continuous fiber, or from resin-impregnated fabric woven of continuous fiber cable.

Dessa impregnerade fiberstrukturer, kallade förimpregnerad matta, kan framställas genom impregnering av band eller tyg med matrishartspreparat i ett ohärdat tillstånd med användning av vilken som helst lämplig metod inklusive smältbeläggning, kalandrering, doppningsbeläggning med en hartslösning eller 469 Ouš 14 ett smält harts, smältpressning av bandet eller tyget in i en film av matrishartset eller liknande.These impregnated fibrous structures, called pre-impregnated mats, can be prepared by impregnating tape or fabric with matrix resin compositions in an uncured state using any suitable method including melt coating, calendering, dip coating with a resin solution or 469 Ouš 14 a molten resin, melt pressing. or the fabric into a film of the matrix resin or the like.

Kompositen framställes sedan genom uppläggning av ark eller band av den förimpregnerade mattan för framställning av en skiktad stapel eller lamineringspaket, och härdning av lamine- ringspaketet, i allmänhet med värme och under tryck. Skikten av förimpregnerad matta, vart och ett innefattande kontinuer- lig fiber och matrisharts i ohärdad form, får sina angränsande ytor vidhäftade vid härdning så att en enhetlig struktur med diskreta skikt av kontinuerlig fiber inbäddade i en väsent- ligen kontinuerlig och väsentligen homogen matrishartsfas bildas.The composite is then prepared by laying sheets or strips of the pre-impregnated mat to produce a layered stack or laminating package, and curing the laminating package, generally by heat and under pressure. The layers of pre-impregnated mat, each comprising continuous fiber and matrix resin in uncured form, have their adjacent surfaces adhered upon curing so that a uniform structure with discrete layers of continuous fiber embedded in a substantially continuous and substantially homogeneous matrix resin phase is formed.

Vid framställningen av de seggjorda kompositerna enligt före- liggande uppfinning är det nödvändigt att fördela de porösa polyamidpartiklarna jämnt mellan vart och ett av skikten av förimpregnerad matta. En mångfald metoder kan användas för detta ändamål, och placeringen av partiklar vid en yta av den förimpregnerade mattan kan genomföras som ett separat steg innan eller under uppläggningsoperationen, eller integrerat i steget av impregnering av bandet eller Väven. Det förra hän- visas till som tvàstegsförfaranden, under det att det senare benämnes ettstegsförfaranden.In the preparation of the toughened composites of the present invention, it is necessary to distribute the porous polyamide particles evenly between each of the layers of pre-impregnated mat. A variety of methods can be used for this purpose, and the placement of particles at a surface of the pre-impregnated mat can be performed as a separate step before or during the laying operation, or integrated in the step of impregnating the tape or fabric. The former are referred to as two-step procedures, while the latter are referred to as one-step procedures.

Metoder för utförande av tvàstegsförfarandet innefattar att man fördelar partiklarna fysikaliskt genom sprutning, spray- ning, strykning eller liknande operation på en yta av varje band eller ark av förimpregnerad matta under uppläggnings- operationen; dispergerar partiklarna jämnt i det vätskeformiga matrishartspreparatet och belägger blandningen på en yta av den förimpregnerade mattan; framställer en film av partikel- fyllt matrishartspreparat och interfolierar lagren av för- impregnerad matta med filmen under uppläggningsoperationen och liknande. Tvåstegsmetoder baserade på ett beläggnings- eller interfolieringssteg ger extra matrisharts, som säkerställer att tillräckligt matrisharts finns tillgängligt för att fylla IX 469 053 15 de laminära områdena mellan lagren som bildas av partiklarna.Methods of performing the two-step process include physically distributing the particles by spraying, spraying, coating or similar operation on a surface of each strip or sheet of pre-impregnated mat during the laying operation; dispersing the particles evenly in the liquid matrix resin composition and coating the mixture on a surface of the pre-impregnated mat; produces a film of particle-filled matrix resin composition and interleaves the layers of pre-impregnated mat with the film during the laying operation and the like. Two-step methods based on a coating or interleaving step provide additional matrix resin, which ensures that sufficient matrix resin is available to fill the laminar areas between the layers formed by the particles.

I en alternativ ettstegsmetod kan partiklarna placeras på en yta av den förimpregnerade mattan under impregneringssteget genom att man dispergerar partiklarna i matrishartset och sedan utför impregneringssteget. I detta förfarande kan en fiberstruktur med ett ytskikt av det fyllda hartset framstäl- las, t ex genom att man placerar en film av fyllt harts på en yta av band eller tyg eller genom att man belägger det fyllda hartset direkt på ytan. Den kontinuerliga fibern inbäddas därefter i matrishartset genom upphettning av fiber-och -harts-strukturen i en smältpressnings- eller strykningsopera- tion. Matrishartset blir smält och en portion flyter in i fiberstrukturen och lämnar bakom sig, vid band- eller tygytan, matrisharts fyllt med de partiklar som är alltför stora för att komma in i fiberstrukturens mellanrum.In an alternative one-step method, the particles can be placed on a surface of the pre-impregnated mat during the impregnation step by dispersing the particles in the matrix resin and then performing the impregnation step. In this method, a fibrous structure having a surface layer of the filled resin can be produced, for example, by placing a film of filled resin on a surface of tape or fabric or by coating the filled resin directly on the surface. The continuous fiber is then embedded in the matrix resin by heating the fiber and resin structure in a melt pressing or ironing operation. The matrix resin is melted and a portion flows into the fiber structure, leaving behind, at the strip or fabric surface, matrix resin filled with the particles that are too large to enter the spaces of the fiber structure.

Ettstegsförfarandet kan ses som en filtreringsoperation var- igenom fiberstrukturen agerar som ett filter, vilket låter matrishartset passera under det att det vid ytan kvarhåller de partiklar som är större än öppningarna mellan fibrerna.The one-step process can be seen as a filtration operation through which the fiber structure acts as a filter, which allows the matrix resin to pass while retaining at the surface those particles which are larger than the openings between the fibers.

Såsom tidigare påpekats är annat än anpassningarna som är nödvändiga för att införa partiklarna, uppläggnings- och härdningsstegen som användes vid framställningen av de seg- gjorda kompositstrukturerna konventionellt. Dessa processteg kan utföras med användning av den mångfald konventionella processanordningar och -utrustning och utnyttja sådana kon- ventionella processteg, -anpassningar och modifikationer som i allmänhet användes i komposittekniken.As previously pointed out, other than the adaptations necessary to introduce the particles, the laying and curing steps used in the manufacture of the toughened composite structures are conventional. These process steps can be performed using the variety of conventional process devices and equipment and utilize such conventional process steps, adaptations and modifications that are commonly used in composite engineering.

Föreliggande uppfinning kommer att förstås bättre genom be- traktande av de följande exemplen, vilka ges i åskàdliggörande syfte. I exemplen är alla delar baserade på vikten och alla temperaturer ges i grader Celsius om annat inte anges. 469 033 EXEMPEL 16 Följande material och preparat användes i exemplen.The present invention will be better understood by reference to the following examples, which are given by way of illustration only. In the examples, all parts are by weight and all temperatures are given in degrees Celsius unless otherwise indicated. 469 033 EXAMPLE 16 The following materials and preparations were used in the examples.

Epoxi-1: Tactix 556: MY9612: MYO5lO: 3 3'-DDS: 4,4'-DDS: Omicure 94: 'Ü Fl H *U E11 U) ERR 4205: SED-m: BAPP: En blandning av tetraglycidylderivat av aroma- tiska aminer omfattande cirka 40 molprocent N,N,N',N'-tetraglycidyl-bis(4-amino-3-etylfe- nyl)metan, cirka 47 molprocent (4-diglycidyla- mino-3-etylfenyl)-(4-diglycidylaminofenyl)metan och cirka 12 molprocent N,N,N',N'-tetraglyci- dyl-bis(4-aminofenyl)metan. Ett epoximaterial erhållet som RD87-160 från Ciba-Geigy.Epoxy-1: Tactix 556: MY9612: MYO510: 3 3'-DDS: 4,4'-DDS: Omicure 94: 'Ü Fl H * U E11 U) ERR 4205: SED-m: BAPP: A mixture of tetraglycidyl derivatives of aromatic amines comprising about 40 mole percent N, N, N ', N'-tetraglycidyl-bis (4-amino-3-ethylphenyl) methane, about 47 mole percent (4-diglycidylamino-3-ethylphenyl) - ( 4-diglycidylaminophenyl) methane and about 12 mole percent N, N, N ', N'-tetraglycidyl-bis (4-aminophenyl) methane. An epoxy material obtained as RD87-160 from Ciba-Geigy.

En blandning av oligomera polyglycidyletrar av polycykliska, hydroxisubstituerade polyaroma- tiska föreningar med bryggbindningar. Ett epox- imateraial erhållet som Tactix 556 från Dow Chemical Company.A mixture of oligomeric polyglycidyl ethers of polycyclic, hydroxy-substituted polyaromatic compounds with bridge bonds. An epoxy material obtained as Tactix 556 from Dow Chemical Company.

N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-metylendianilin.N, N, N ', N'-tetraglycidyl-4,4'-methylenedianiline.

Ett epoxiharts erhållet som MY96l2 från Ciba Geigy. 0,N,N-triglycidyl-p-aminofenol. Ett epoxiharts erhållet som MY0510 från Ciba Geigy. 3,3'-diaminodifenylsulfon. En aromatisk diamin- härdare, erhàllen som HT-9719 från Ciba Geigy. 4,4'-diaminodifenylsulfon. En aromatisk diamin- härdare, erhàllen som HT 9664 från Ciba Geigy N,N-dimetyl-N'-fenylkarbamid, härdningsaccele- rator erhàllen från Omicron Chemicals.An epoxy resin obtained as MY96l2 from Ciba Geigy. 0, N, N-triglycidyl-p-aminophenol. An epoxy resin obtained as MY0510 from Ciba Geigy. 3,3'-diaminodiphenyl sulfone. An aromatic diamine hardener, obtained as HT-9719 from Ciba Geigy. 4,4'-diaminodiphenyl sulfone. An aromatic diamine hardener, obtained as HT 9664 from Ciba Geigy N, N-dimethyl-N'-phenylurea, hardening accelerator obtained from Omicron Chemicals.

Polyeterimid-termoplastharts erhållet som Ultem 1000 från General Electric Company Polyetersulfontermoplastharts erhållet som Vic- trex 200 från ICI, Ltd.Polyetherimide thermoplastic resin obtained as Ultem 1000 from General Electric Company Polyetherulfone thermoplastic resin obtained as Victrex 200 from ICI, Ltd.

Bis(2,3-epoxicyklopentyl)eter från Union Carbi- de Corporation. 4,4'-bis(3-aminofenoxi)difenylsulfon från Mal- linkrodt Chemical Company 2,2-bis(4-(4'-aminofenoxi)fenyl)propan från Mallinkrodt Chemical Company Ü 469 Ü CN CN 17 §§3°TEA: Bortrifluorid-trietanolaminkomplex från Engle- hard Industries Partiklar Porös nylon: Partiklar av porös nylon, medelpartikel- storlek 10 pm, BET verksam yta 18,2 mz/g, porvolym 3,53 cm3/g.Bis (2,3-epoxycyclopentyl) ether from Union Carbide Corporation. 4,4'-bis (3-aminophenoxy) diphenylsulfone from Mallinkrodt Chemical Company 2,2-bis (4- (4'-aminophenoxy) phenyl) propane from Mallinkrodt Chemical Company Ü 469 Ü CN CN 17 §§3 ° TEA : Boron trifluoride-triethanolamine complex from Englehard Industries Particles Porous nylon: Particles of porous nylon, average particle size 10 μm, BET active surface 18.2 mz / g, pore volume 3.53 cm3 / g.

Icke-porös nylon: Partiklar av icke-porös nylon 12, medel- partikelstorlek 8 pm, BET verksam yta 1,7 m2/g, porvolym 1,10 cm3/g.Non-porous nylon: Particles of non-porous nylon 12, average particle size 8 μm, BET effective surface 1.7 m2 / g, pore volume 1.10 cm 3 / g.

Fibrer Kolfiber: Kolfiber av kvaliteten Thornel 1®fT 40 från Amoco Performance Products, Inc. Denna fiber har typiskt ett filamentnummer av 12 000 fila- ment per fiberkabel, ett utbyte (yield) av 0,44 g/m, en draghàllfasthet av 5,58°109 Pa, en dra- gmodul av 290 Pa och en densitet av 1,81 g/ml.Fibers Carbon fiber: Thornel 1®fT 40 quality carbon fiber from Amoco Performance Products, Inc. This fiber typically has a filament number of 12,000 filaments per fiber cable, a yield of 0.44 g / m, a tensile strength of 5 , 58 ° 109 Pa, a tensile modulus of 290 Pa and a density of 1.81 g / ml.

I exemplen användes band framställda från fibern för att bereda förimpregnerad matta med fiberytvikter av 140 till 150 g/m2.In the examples, tapes made from the fiber were used to prepare pre-impregnated carpet with fiber basis weights of 140 to 150 g / m 2.

Testförfaranden Partikelstorlekar bestämdes med granulometer, och ges som medelpartikelstorlek, under det att det BET verksam yta be- stämdes med krypton BET-teknik och porvolym bestämdes med kvicksilverporosimetri.Test Procedures Particle sizes were determined by granulometer, and are given as mean particle size, while the BET effective surface area was determined by krypton BET technique and pore volume was determined by mercury porosimetry.

Kompression efter slaqnrov (CAI) (Compression After Impact Test).Compression After Impact Test (CAI).

Detta förfarande, benämt kompression efter slagprovet, anses i allmänhet vara en standardprovmetod inom industrin. Provstyck- ena är plåtar med måtten 15 x 10 cm, utskurna från fiberarme- rade kompositark om 32 lager. Plåtarna sammanpressas först genom att de utsättes för ett slag av 680,4 m-kg/m (1500 in- lbs/in) i en Gardner slagprovare (Gardner Impact Tester), med A .69 035 18 användning av en intryckare med diametern l5,9 mm; en plåt- tjocklek av 4,50 mm antogs. Den slagna plåten placeras sedan i en jigg och testas hörnvis med avseende på återstående tryck- hàllfasthet. Detaljerna beskrives ytterligare i "NASA Contrac- tor Report 159293", NASA, augusti 1980.This method, termed compression after the impact test, is generally considered to be a standard test method in the industry. The test pieces are plates measuring 15 x 10 cm, cut from fiber-reinforced composite sheets of 32 layers. The plates are first compressed by being subjected to a blow of 680.4 m-kg / m (1500 inlbs / in) in a Gardner impact tester, using a presser with a diameter of 15 .9 mm; a sheet thickness of 4.50 mm was adopted. The beaten plate is then placed in a jig and tested corner by side for residual compressive strength. The details are further described in "NASA Contractor Report 159293", NASA, August 1980.

Metoderna i de följande exemplen är representativa för de som kan användas vid framställning av hartspreparaten, förimpreg- nerade mattan och kompositerna som är användbara vid utföran- det av föreliggande uppfinning. Förfarandena kommer att igen- kännas allmänt av fackmännen på området som förfaranden och metoder som vanligtvis användes för framställningen av varm- härdade hartspreparat och kompositer.The methods in the following examples are representative of those that can be used in the preparation of the resin compositions, the pre-impregnated mat and the composites useful in the practice of the present invention. The methods will be widely recognized by those skilled in the art as methods and methods commonly used in the manufacture of thermoset resin compositions and composites.

Exempel 1 Ett epoxihartspreparat framställdes genom upphett- ning av 70,5 viktdelar MY96l2 epoximaterial i en kolv till ll0°C under omrörning, och tillsats därefter av 29,5 viktdelar 4,4'DDS-diaminhärdare och blandning vid ll0°C i 20 minuter.Example 1 An epoxy resin composition was prepared by heating 70.5 parts by weight of MY9612 epoxy material in a flask to 110 ° C with stirring, and then adding 29.5 parts by weight of 4,4'DDS diamine hardener and mixing at 110 ° C for 20 minutes. .

Blandningen kyldes till 103 C och 15 g partiklar av nylon tillsattes under kraftig omrörning. Efter totalt 20 minuters omrörning tömdes hartset från reaktionskärlet och kyldes.The mixture was cooled to 103 DEG C. and 15 g of nylon particles were added with vigorous stirring. After stirring for a total of 20 minutes, the resin was emptied from the reaction vessel and cooled.

En andra framställning av preparatet utfördes men partiklarna utelämnades. Förimpregnerad matta framställdes sedan genom en tvástegsmetod med det partikelformiga modifieringsmedlet dispergerat på en sida därav, väsentligen enligt det förfaran- de som beskrives häri. Den förimpregnerade mattan hade en fiberytvikt av l49 g/m2 och en hartshalt av 38 viktprocent.A second preparation of the preparation was performed but the particles were omitted. Pre-impregnated mat was then prepared by a two-step method with the particulate modifier dispersed on one side thereof, substantially according to the procedure described herein. The pre-impregnated mat had a fiber basis weight of 194 g / m2 and a resin content of 38% by weight.

Det 30 cm långa bandet av förimpregnerad matta upplades sedan i 38 cm x 38 cm laminat med användning av en lagerkonfigura- tion av [+45/9O/-45/O]4S och härdades sedan i en autoklav under ett tryck av 6,2'lO5Pa vid 355°C i 2 timmar. Efter kylning användes den resulterande kompositplåten för att tillhandahålla provstycken för CAI-utvärdering. Data samman- fattas i tabell 1.The 30 cm strip of pre-impregnated carpet was then laid in 38 cm x 38 cm laminate using a bearing configuration of [+ 45 / 9O / -45 / O] 4S and then cured in an autoclave under a pressure of 6.2 10 5 Pa at 355 ° C for 2 hours. After cooling, the resulting composite sheet was used to provide specimens for CAI evaluation. Data are summarized in Table 1.

[M 19 Kontrollexempel A. Ett epoxihartspreparat framställdes vä- sentligen genom förfarandet enligt exempel l, men varvid man bytte modifieringsmedlet till partiklar av icke-porös nylon.[M 19 Control Example A. An epoxy resin composition was prepared essentially by the method of Example 1, but changing the modifier to non-porous nylon particles.

Det värmehärdande epoxipreparatet användes för framställning av kompositer väsentligen såsom beskrives i exempel 1 för ytterligare utvärdering. Kompositens komposition och egen- skapsdata sammanfattas i tabell I.The thermosetting epoxy composition was used to prepare composites substantially as described in Example 1 for further evaluation. The composition of the composite and the property data are summarized in Table I.

Exempel 2. Ett epoxihartspreparat framställdes genom upphett- ning av en lösning av 25,4 viktdelar MY0510 epoximaterial och 37,3 viktdelar MY9612 epoxi i 37,5 viktdelar metylenklorid till 45°C. Blandningen omrördes och metylenklcrid destillera- des under tillsats av 15 viktdelar PES polyetersulfon. Den omrörda blandningen upphettades ytterligare för avlägsnande av metylenkloriden, slutligen till ett reducerat tryck av 9,5-104 Pa och en temperatur av 110°C och hölls vid denna temperatur i 1 timme. 3,3'-DDS, 21,5 viktdelar, tillsattes sedan över en period av 5 minuter och blandningen omröres därefter vid 100 C i 1 timma, under ett vakuum av 9,5-104 Pa så att återstående lösningsmedel avlägsnades. Temperaturen minskades till 90°C och O,idviktdelar av Omicure 94 tillsattes, omrörning fortsat- tes i 5 minuter och hartset avtappades.Example 2. An epoxy resin composition was prepared by heating a solution of 25.4 parts by weight of MY0510 epoxy material and 37.3 parts by weight of MY9612 epoxy in 37.5 parts by weight of methylene chloride to 45 ° C. The mixture was stirred and methylene chloride was distilled with the addition of 15 parts by weight of PES polyether sulfone. The stirred mixture was further heated to remove the methylene chloride, finally to a reduced pressure of 9.5-104 Pa and a temperature of 110 ° C and kept at this temperature for 1 hour. 3,3'-DDS, 21.5 parts by weight, was then added over a period of 5 minutes and the mixture was then stirred at 100 DEG C. for 1 hour, under a vacuum of 9.5-104 Pa to remove residual solvent. The temperature was reduced to 90 ° C and 0, parts by weight of Omicure 94 were added, stirring was continued for 5 minutes and the resin was drained.

Hartset användes som ett basharts för framställning av för- impregnerad matta och komposit med användning av partiklar av porös nylon med tvåstegsmetoden, varvid man väsentligen följde det förfarande som beskrives i exempel 2. Hartset och parti- klarna kombinerades i sigmabladblandaren vid cirka 50°C och blandades i cirka 2 timmar vid 50-75°C för att partiklarnas dispersion skulle bli fullständig. Det slutliga bandet av för- impregnerad matta hade en fiberytvikt av 145 g/m2 och en hartshalt av 37,3 viktprocent. Kompositprovstycken framställ- des som i exempel l. Kompositens komposition och egenskapsdata sammanfattas i tabell I. -lš O\ \O C) 'ÄN Lu! 20 Kontrollexempel B. Hartset enligt exempel 2 kombinerades med partiklar av icke-porös nylon och användes för att ge komposit för jämförelseprover genom följande av väsentligen samma förfarande. Det slutliga bandet av förimpregnerad matta hade en fiberytvikt av 145 g/m2 och en slutlig hartshalt av 37 viktprocent.The resin was used as a base resin for making pre-impregnated mat and composite using porous nylon particles by the two-step method, essentially following the procedure described in Example 2. The resin and the particles were combined in the sigma sheet mixer at about 50 ° C and mixed for about 2 hours at 50-75 ° C to complete the dispersion of the particles. The final strip of pre-impregnated carpet had a fiber basis weight of 145 g / m2 and a resin content of 37.3% by weight. Composite specimens were prepared as in Example 1. The composition and property data of the composite are summarized in Table I. -lš O \ \ O C) 'ÄN Lu! Control Example B. The resin of Example 2 was combined with non-porous nylon particles and used to provide composite for comparative samples by following essentially the same procedure. The final strip of pre-impregnated mat had a fiber basis weight of 145 g / m 2 and a final resin content of 37% by weight.

Exempel 3. ERR-4205 epoxiharts; 42,0 viktdelar, placerades i ett hartskokkärl och upphettades under omrörning till 130°C före tillsats av 8,0 viktdelar PEI. Upphettningen fortsattes i 30 minuter tills en homogen lösning erhölls, sedan tillsattes 34,8 viktdelar SED-m och blandningen kyldes till l05°C och hölls där. När blandningen åter var homogen tillsattes 14,3 viktdelar BAPP och upphettningen fortsattes vid lO5°C i 10 minuter innan man kylde blandningen till 80°C, tillsatte 0,9 viktdelar BF3.TEA, blandade i ytterligare 10 minuter och sedan avtappade.Example 3. ERR-4205 epoxy resin; 42.0 parts by weight, placed in a resin cookware and heated with stirring to 130 ° C before adding 8.0 parts by weight of PEI. Heating was continued for 30 minutes until a homogeneous solution was obtained, then 34.8 parts by weight of SED-m were added and the mixture was cooled to 105 ° C and kept there. When the mixture was again homogeneous, 14.3 parts by weight of BAPP were added and heating was continued at 10 ° C for 10 minutes before cooling the mixture to 80 ° C, adding 0.9 parts by weight of BF 3 .TEA, mixing for another 10 minutes and then draining.

Ett interfoliepreparat framställdes från en portion av hartset genom att man fyllde 2131 viktdelar av det frysta hartset i en sigmablandare, blandade hartset tills temperaturen nàdde 35°C, cirka 15 minuter, och sedan tillsatte 291 viktdelar partiklar av poröst nylon. Blandningen nådde en temperatur av 4500 medan blandningen fortsattes i cirka 15 minuter för dispergering av partiklarna.An interleaf composition was prepared from a portion of the resin by filling 2131 parts by weight of the frozen resin into a sigma mixer, mixing the resin until the temperature reached 35 ° C, about 15 minutes, and then adding 291 parts by weight of porous nylon particles. The mixture reached a temperature of 4500 while the mixing was continued for about 15 minutes to disperse the particles.

En förimpregnerad matta framställdes från de fyllda och ofyll- \ da hartsen genom tvàstegsförfarandet, och utformades sedan till ett kompositprovstycke väsentligen såsom beskrives häri.A pre-impregnated mat was prepared from the filled and unfilled resin by the two-step process, and then formed into a composite specimen substantially as described herein.

Kontrollexempel C. Ett epoxihartspreparat med partiklar av icke-porös nylon framställdes väsentligen genom förfarandet enligt exempel 3 och med användning av samma bashartspreparat.Control Example C. An epoxy resin composition having non-porous nylon particles was prepared essentially by the procedure of Example 3 and using the same base resin composition.

IP) En förimpregnerad matta framställdes från de fyllda och ofyll- da hartsen genom tvàstegsförfarandet och utformades sedan till ett kompositprovstycke väsentligen som beskrives häri. 21 Ytterligare exempel på kompositer enligt föreliggande upp- finning framställdes även.IP) A pre-impregnated mat was prepared from the filled and unfilled resins by the two-step process and then formed into a composite specimen substantially as described herein. 21 Further examples of composites according to the present invention were also prepared.

Exempel 4. En blandning av 800 g Tactix 556 epoxiharts och 800 g Epoxi-1 epoxiharts placerades i en hartskolv om 5 l och upphettades till ll0°C. En lösning av 165 g PEI termoplast löst i 3000 g metylenklorid tillsattes med omrörning över en period om 1,5 timmar och sedan avlägsnades lösningsmedlet.Example 4. A mixture of 800 g of Tactix 556 epoxy resin and 800 g of Epoxy-1 epoxy resin was placed in a 5 L resin flask and heated to 110 ° C. A solution of 165 g of PEI thermoplastic dissolved in 3000 g of methylene chloride was added with stirring over a period of 1.5 hours and then the solvent was removed.

Blandningen avgasades genom upphettning och omrörning av blandningen vid ll0°C och vakuum i 45 minuter så att åter- stående lösningsmedel avlägsnades innan man tillsatte 590 g 3,3'-DDS och omrörde i 25 minuter för dispergering av diami- nen. Hartset avtappades sedan och kyldes.The mixture was degassed by heating and stirring the mixture at 110 ° C and vacuum for 45 minutes to remove residual solvent before adding 590 g of 3,3'-DDS and stirring for 25 minutes to disperse the diamine. The resin was then drained and cooled.

Ett prov av hartset, 86 viktdelar, fylldes i en sigmablad- blandare och fick uppvärmas till rumstemperatur. Partiklar av porös nylon, 14 viktdelar, tillsattes och blandningen skjuva- des i cirka 60 minuter så att partiklarna dispergerades jämnt, varvid en hartstemperatur av cirka 70°C erhölls. En film av det fyllda hartset framställdes vid en beläggningsvikt av 33 g/m2 och kombinerades med användning av en maskin för för- impregnerad matta med separat framställt band av förimpregpe- rad matta med en fiberhalt av 77 viktprocent och en fiber- ytvikt av 145 g/m2, framställt från kolfiber och det ofyllda hartset genom att man väsentligen följde förfarandet enligt exempel 1. Det slutliga bandet av förimpregnerad matta hade en fiberhalt av 37 viktprocent och en fiberytvikt av 145 g/m2 med partiklar av nylon 12 dispergerade i hartsbeläggningen pà en yta. Kompositer framställdes väsentligen genom förfarandena enligt exempel l för att ge provplåtar med en plâttjocklek av 5,00 mm. Data med avseende på kompositens egenskaper samman- fattas i tabell I.A sample of the resin, 86 parts by weight, was filled into a sigma sheet mixer and allowed to warm to room temperature. Porous nylon particles, 14 parts by weight, were added and the mixture was sheared for about 60 minutes so that the particles were evenly dispersed, whereby a resin temperature of about 70 ° C was obtained. A film of the filled resin was prepared at a coating weight of 33 g / m 2 and combined using a pre-impregnated carpet machine with separately produced pre-impregnated carpet tape having a fiber content of 77% by weight and a fiber basis weight of 145 g. / m2, made from carbon fiber and the unfilled resin by substantially following the procedure of Example 1. The final strip of pre-impregnated mat had a fiber content of 37% by weight and a fiber basis weight of 145 g / m2 with particles of nylon 12 dispersed in the resin coating on a surface. Composites were prepared essentially by the methods of Example 1 to give sample plates with a plate thickness of 5.00 mm. Data regarding the properties of the composite are summarized in Table I.

Anmärkningar: 1. 2. 469 033 22 Tabell I Exempel Partiklarl CAIÉ nummer 10- Pa 1 Porös nylon 225 Kontroll A Icke-porös nylon 193 2 Porös nylon 336 Kontroll B Icke-porös nylon 300 3 Porös nylon 330 Kontroll C Icke-porös nylon 295 4 Porös nylon 328 För partikelkomposition och porositetsbe- skrivning, se texten.Remarks: 1. 2. 469 033 22 Table I Example Particle size CAIÉ number 10- Pa 1 Porous nylon 225 Control A Non-porous nylon 193 2 Porous nylon 336 Control B Non-porous nylon 300 3 Porous nylon 330 Control C Non-porous nylon 295 4 Porous nylon 328 For particle composition and porosity description, see text.

CAI = Kompression efter slag (Compression After Impact), 680,4 m-kg/m (1500 in.-lb.- /in.) slag. För provförfarande se texten.CAI = Compression After Impact, 680.4 m-kg / m (1500 in.-lb.- / in.) Stroke. For test procedure see the text.

I betraktande av de CAI-provdata som presenteras i tabell I framgår det att en mångfald epoxikompositioner blir väsentligt förbättrade med avseende pà skadetolerans när porösa partiklar användes som modifieringsmedel. Jämför CAI-resultaten för exemplen 1-3, framställda med användning av partiklar av porös nylon 12 med de av kontrollexemplen A-C framställda med parti- klar av icke-poröst nylon 12. Förbättringen är i allmänhet cirka 3-107 Pa, vilket av fackmännen på området anses vara en överraskande och mycket väsentlig ökning av skadetoleransen.Considering the CAI sample data presented in Table I, it can be seen that a variety of epoxy compositions are significantly improved in terms of damage tolerance when porous particles are used as modifiers. Compare the CAI results for Examples 1-3, prepared using porous nylon 12 particles with those of the control examples AC prepared with non-porous nylon 12 particles. The improvement is generally about 3-107 Pa, which will be appreciated by those skilled in the art. the area is considered a surprising and very significant increase in damage tolerance.

Ta även i betraktande de utmärkta CAI-egenskaperna hos kompo- siten från exempel 4.Also consider the excellent CAI properties of the composite from Example 4.

Uppfinningen kommer således visa sig vara en förbättrad fibe- rarmerad komposit eller komposition innefattande diskreta skikt framställda av kontinuerlig konstruktionsfiber inbäddad i ett matrisharts, varvid kompositens seggöring åstadkommas genom att man i matrishartskomponenten införlivar polyamid- partiklar med en väsentligen sfäroidal, svampartad struktur.The invention will thus prove to be an improved fiber-reinforced composite or composition comprising discrete layers made of continuous structural fiber embedded in a matrix resin, the toughness of the composite being achieved by incorporating into the matrix resin component polyamide particles having a substantially spheroidal, spongy structure.

Polyamidpartiklarna har i allmänhet en medeldiameter mellan 1 d' 23 och 75 um, lämpligen från cirka l till 25 pm och företrädesvis från cirka 2 till cirka 15 um, och kan vidare karakteriseras såsom med stor inre porvolym. Pulver framställt av sådana partiklar har en stor verksam yta, vanligtvis större än 5 m2/g och lämpligen större än cirka 9 m2/g till så stor som 30 m2/g eller större, bestämd enligt den klassiska BET-metoden. Upp- finningen kommer även att erkännas innefatta en förbättrad metod för seggöring av fiberarmerade kompositer innefattande kontinuerlig konstruktionsfiber inbäddad i ett värmehärdat matrisharts med ett partikelformigt modifieringsmedel dis- pergerat däri, varvid förbättringen är användningen av porösa partiklar såsom definierats.The polyamide particles generally have an average diameter between 1 d '23 and 75 μm, suitably from about 1 to 25 μm and preferably from about 2 to about 15 μm, and can be further characterized as having a large internal pore volume. Powders made from such particles have a large effective surface area, usually greater than 5 m 2 / g and more preferably greater than about 9 m 2 / g to as much as 30 m 2 / g or greater, as determined by the classical BET method. The invention will also be recognized to include an improved method of toughening fiber reinforced composites comprising continuous structural fiber embedded in a thermoset matrix resin with a particulate modifier dispersed therein, the improvement being the use of porous particles as defined.

Ytterligare modifikationer och variationer kommer att bli uppenbara för fackmännen på hartsformulerings- och komposit- tillverkningsomràdet, och sådana variationer och modifikatio- ner kommer att vara inkluderade inom ramen för uppfinningen såsom definieras av de bifogade patentkraven.Further modifications and variations will be apparent to those skilled in the art of resin formulation and composite manufacturing, and such variations and modifications will be included within the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (10)

(TÅ »o oi m 29 PATENTKRAV(TÅ »o oi m 29 PATENT REQUIREMENTS 1. Fiberarmerad komposit omfattande kontinuerlig konstruktions- fiber och styva partiklar inbäddade i ett värmehärdat mat- risharts, k ä n n e t e c k n a d av'att de styva.partiklarna är porösa och har en sfäriodal svampartad struktur och är fram- ställda av polyamidharts.Fiber-reinforced composite comprising continuous structural fiber and rigid particles embedded in a thermoset matrix resin, characterized in that the rigid particles are porous and have a spheroidal spongy structure and are made of polyamide resin. 2. Komposit enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar (a) ett epoximatrishartspreparat och (b) kontinu- erlig konstruktionsfiber inbäddad i nämnda matrisharts varvid nämnda konstruktionsfiber utgör en mångfald diskreta lager som definierar skikt innefattande nämnda matrisharts med porösa styva polyamidpartiklar som har en sfäroidal, svampartad struktur och en medeldiameter inom intervallet av från cirka 1 till cirka 75 pm dispergerade däri. 3. n a d. av att nämnda porösa styva polyamidpartiklar omfattar frånA composite according to claim 1, characterized in that it comprises (a) an epoxy matrix resin composition and (b) continuous structural fiber embedded in said matrix resin, said structural fiber constituting a plurality of discrete layers defining layers comprising said matrix resin having porous rigid polyurea has a spheroidal, spongy structure and an average diameter in the range of from about 1 to about 75 microns dispersed therein. 3. n a d. Of said porous rigid polyamide particles comprising from 3. Komposit enligt patentkravet 1 eller 2 k ä n n e t e c k - 1 till cirka 25 viktprocent av nämnda matrisharts. 4. av att nämnda epoximatrisharts innefattar minst ett epoxiharts,A composite according to claim 1 or 2 characterized in - 1 to about 25% by weight of said matrix resin. 4. in that said epoxy matrix resin comprises at least one epoxy resin, 4. Komposit enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d en aromatisk diaminhärdare och, om så önskas, en termoplast. 50 att nämnda matrisharts innefattar'minst ett epoxiharts, en aroma- tisk diaminhärdare och från cirka 5 till cirka 30 viktdelar,A composite according to claim 1 or 2, characterized by an aromatic diamine hardener and, if desired, a thermoplastic. Said matrix resin comprises at least one epoxy resin, an aromatic diamine hardener and from about 5 to about 30 parts by weight, 5. Komposit enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av baserat på den kombinerade vikten av epoxiharts- och diaminhär- darkomponenterna, av en termoplast vald från gruppen bestående av polyaryletrar och polyeterimider.Composite according to claim 4, characterized in that based on the combined weight of the epoxy resin and diamine curing components, of a thermoplastic selected from the group consisting of polyaryl ethers and polyetherimides. 6. t e c k n a d av att den omfattar från ungefär 20 till ungefär Komposit enligt något av patentkraven l-5, k ä n n e - 80 viktprocent av nämnda konstruktionsfiber.6. It comprises from about 20 to about composite according to any one of claims 1-5, characterized by - 80% by weight of said structural fiber. 7. att nämnda konstruktionsfiber är kolfiber. Komposit enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d av 469 033 25'7. that said structural fiber is carbon fiber. Composite according to Claim 6, characterized in that 469,033 ' 8. Medel för framställning av en fiberarmerad komposit om- fattande kontinuerliga konstruktionsfibrer och styva partiklar inbäddade i ett värmehärdat matrisharts, k ä n n e t e c k n a t av att de styva partiklarna är porösa med en sfäroidal svampartad struktur och användes för att seggöra en skiktad fiberarmerad kompositstruktur omfattande kontinuerlig kolfiberarmering inbäddad 1 en häfdad epoxihartskompositidn.Means for producing a fiber-reinforced composite comprising continuous structural fibers and rigid particles embedded in a thermoset matrix resin, characterized in that the rigid particles are porous with a spheroidal spongy structure and used to segregate a layered fibrous reinforced composite fiber structure. embedded in a bonded epoxy resin composite. 9. Medel enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a t av att polyamidpartiklarna har en medeldiameter inom intervallet från 1 till 75 pm, lämpligen från 1 till 25 um.Agent according to claim 8, characterized in that the polyamide particles have an average diameter in the range from 1 to 75 μm, suitably from 1 to 25 μm. 10. Medel enligt patentkrav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a t av att polyamidpartiklarna omfattar från ungefär 1 till ungefär 25 viktprocent av den.kombinerade vikten av epoxihartskomposition och nämnda partiklar.10. An agent according to claim 8 or 9, characterized in that the polyamide particles comprise from about 1 to about 25% by weight of the combined weight of epoxy resin composition and said particles.
SE9102018A 1990-10-31 1991-06-28 FIBER ARMED COMPOSITIONS MADE WITH POROESA POLYAMIDE HEART PARTICLES SE469033B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US60677090A 1990-10-31 1990-10-31

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9102018D0 SE9102018D0 (en) 1991-06-28
SE9102018L SE9102018L (en) 1992-12-29
SE469033B true SE469033B (en) 1993-05-03

Family

ID=24429384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9102018A SE469033B (en) 1990-10-31 1991-06-28 FIBER ARMED COMPOSITIONS MADE WITH POROESA POLYAMIDE HEART PARTICLES

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPH051159A (en)
CA (1) CA2044787A1 (en)
DE (1) DE4121528A1 (en)
GB (1) GB2257144B (en)
NL (1) NL9101120A (en)
SE (1) SE469033B (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930019736A (en) * 1992-03-30 1993-10-18 마에다 카쯔노수케 Prepreg and Fiber Reinforced Composites
WO1999002586A1 (en) * 1997-07-11 1999-01-21 Toray Industries, Inc. Prepreg fabric and honeycomb sandwich panel
JP4505205B2 (en) * 2003-10-14 2010-07-21 帝人テクノプロダクツ株式会社 Thermosetting resin composition with excellent thermal dimensional stability
JP2007537331A (en) * 2004-05-14 2007-12-20 サイテク・テクノロジー・コーポレーシヨン Self-adhesive prepreg
JP5652389B2 (en) * 2009-03-05 2015-01-14 宇部興産株式会社 Polyamide particles and method for producing the same
CN107778854A (en) 2012-11-15 2018-03-09 塞特工业公司 Include the thermoset ting resin composite of interlayer toughening particle
CN105518060B (en) * 2013-09-06 2019-10-22 大赛璐赢创株式会社 Fiber-reinforced resin and its manufacturing method and molded product
JPWO2021132091A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-01

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4863787A (en) * 1986-07-09 1989-09-05 Hercules Incorporated Damage tolerant composites containing infusible particles
EP0274899B1 (en) * 1986-12-25 1994-02-09 Toray Industries, Inc. Highly tough composite materials
EP0351025A3 (en) * 1988-07-15 1991-10-23 Amoco Corporation Fiber reinforced composites toughened with carboxylated rubber particles

Also Published As

Publication number Publication date
JPH051159A (en) 1993-01-08
GB2257144B (en) 1995-03-22
NL9101120A (en) 1993-01-18
SE9102018D0 (en) 1991-06-28
GB9113849D0 (en) 1991-08-14
CA2044787A1 (en) 1992-05-01
GB2257144A (en) 1993-01-06
DE4121528A1 (en) 1993-01-07
SE9102018L (en) 1992-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0127198B2 (en) Preimpregnated reinforcements and high strength composites therefrom
US5169710A (en) Fiber-reinforced composites toughened with porous resin particles
US5087657A (en) Fiber-reinforced composites toughened with resin particles
KR101511186B1 (en) Composite material with blend of thermoplastic particles
US6596373B1 (en) Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material prepreg, and fiber-reinforced composite material
EP0217657B1 (en) Low-viscosity epoxy resin, resin composition containing it, and fibre-reinforced composite material containing cured product of the composition
US4645803A (en) Curable epoxy resin compositions
KR101519951B1 (en) Pre-impregnated composite materials with improved performance
US5268223A (en) Toughened fiber-reinforced composites
EP0126494B2 (en) Impact resistant matrix resins for advanced composites
KR970700720A (en) A Prepreg, and a Fiber Reinforced Composite Material
AU2001266730A1 (en) Low moisture absorption epoxy resin systems
WO2002002666A1 (en) Low moisture absorption epoxy resin systems
JP2003238657A (en) Epoxy resin composition, cured resin, prepreg and fiber reinforced composite material
SE469033B (en) FIBER ARMED COMPOSITIONS MADE WITH POROESA POLYAMIDE HEART PARTICLES
JPH10182793A (en) Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material
JP2004346092A (en) Resin composition for prepreg
JP3508346B2 (en) Prepreg and fiber reinforced composite materials
KR101907152B1 (en) Prepreg with high toughness and high tensile strength
KR102108053B1 (en) Method for manufacturing prepreg having high toughness, high strength and heat resistance characteristic, prepreg manufactured by the same
JPH0269566A (en) Fiber-reinforced composite material toughened with long thin rigid particle
JPS6261217B2 (en)
JPH04234440A (en) Prepreg having improved room temperature storage stability
CA2048079A1 (en) Fiber-reinforced composites toughened with resin particles
WO2022186101A1 (en) Curing agent composition for thermosetting resin, epoxy resin composition, and fiber-reinforced composite material

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 9102018-0

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 9102018-0

Format of ref document f/p: F