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Dokumentenidentifikation DE69431695T2 31.07.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0634438
Titel Polymerverbundmaterial und Verfahren zur Herstellung
Anmelder Mazda Motor Corp., Hiroshima, JP
Erfinder Tochioka, Takahiro, Aki-gun, Hiroshima-ken, JP
Vertreter Müller-Boré & Partner, Patentanwälte, European Patent Attorneys, 81671 München
DE-Aktenzeichen 69431695
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 15.07.1994
EP-Aktenzeichen 941110751
EP-Offenlegungsdatum 18.01.1995
EP date of grant 13.11.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.07.2003
IPC-Hauptklasse C08J 3/00
IPC-Nebenklasse

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen durch Dispersion eines starren Polymers in einer thermoplastischen Polymermatrix auf dem molekularen Level verstärkten Polymer-Kompositwerkstoff und ein Verfahren zum Herstellen des Komposits.

Einzigartige Eigenschaften werden im allgemeinen in einem Polymermaterial aufgrund seiner hochgeordneten Struktur eingeführt. Die hochgeordnete Struktur wird durch solch eine primäre Struktur wie Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Kristallinität, Orientierung und so weiter beeinflußt, insbesondere hängt sie stark von ihrer molekularen Struktur ab. Deshalb sind in der Vergangenheit Makrofaser-verstärkte Kompositwerkstoffe vorgeschlagen worden, um die natürlich auftretenden Grenzen mechanischer Eigenschaften zu überwinden.

Beispiele für in Makrofaser-verstärkten Kompositwerkstoffen verwendeten Filamentfasern, die einen hohen Elastizitätsmodul und eine hohe Festigkeit aufweisen, beinhalten Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern und so weiter. Diese Fasern sind jedoch normalerweise Aggregate von Fibrillen und Mikrofibrillen und enthalten damit Defekte in jedem Bereich, die Mikrosprünge bzw. -risse verursachen. Die Enden von molekularen Ketten, Mikrofibrillen oder Fasern zum Beispiel, die Ausbreitungswege für Zerstörungssprünge bzw. -risse sind, werden höher als die durchschnittliche Belastung in einer Struktur, die einer äußeren, Konzentration der Belastung bedingenden Kraft unterliegen, belastet. Und da der Durchmesser des Filaments etwa 10 um ist, muß eine Grenzflächenhaftung zwischen der Faser und der Matrix stark genug sein, um die äußere Belastung gleichmäßig auf ausgerichtete Fasern in der Matrix zu verteilen und um eine mögliche grundlegende Eigenschaft der Faser auszudehnen.

Hinsichtlich dieser Probleme aufgrund der strukturellen Defekte der Makrofaser und der Grenzflächenhaftung können die weitreichenden Effekte der entscheidenden Defekte durch Kleinheit des Durchmessers reduziert und die Festigkeit vergrößert werden. Das bedeutet, daß die Kleinheit des Durchmessers die Belastung vom Konzentrieren in einem lokalen Bereich abhält und sein Aspektverhältnis L/D (L und D sind die Länge bzw. der Durchmesser der Verstärkungsfaser) vergrößert, wodurch der Kontaktbereich vergrößert wird, mit dem Ergebnis, daß das Problem der Grenzflächenhaftung mit dem Matrixmolekül beseitigt werden kann. Deshalb ist es am besten, das starre Polymer in der Matrix zu dispergieren, wodurch ein kritisches Aspektverhältnis leicht erreichbar ist, wenn der molekulare Durchmesser des starren Polymers D ist, resultierend in der Einstellung der theoretischen Festigkeit des Moleküls, wenn die Grenzflächenhaftung zwischen der Faser und der Matrix ausreichend ist, da Bruch des Kompositmaterials Bruch der kovalenten Bindung der molekularen Kette im Kompositmaterial bedeutet. Die starre molekulare Kettenstruktur stattet den resultierenden Kristall aufgrund ihrer molekularen Struktur mit einer molekularen Kettenstarrheit und auch einer hohen Festigkeit in der Richtung der molekularen Kette so aus, daß die molekulare Kette nicht gefaltet werden kann. Eine faltbare Kettenstruktur verursacht normalerweise einen Defekt im gefalteten Teil. Darüberhinaus kann das starre Polymer die Festigkeit des Kompositwerkstoffes verbessern, da ein nichtkristalliner Bereich ein Ausbreitungsweg des Zerstörungssprungs aufgrund einer kleinen Zahl kovalenter Bindungen ist.

Wenn daher die molekulare Kette des Verstärkungspolymers eine Starrheit über einer bestimmten Grenze aufweist und mikroskopisch und einheitlich im Matrixpolymer dispergiert werden kann, wird erwartet, daß eine kleine Zugabe des Verstärkungspolymers verschiedene Arten mechanischer Eigenschaften ohne Abnahme der Verarbeitbarkeit verstärkt.

Bis jetzt wurden, basierend auf der obigen Idee, Konzepte des Polymerkomposits in der Japanischen Patentveröffentlichung Tokkosho No. 61-5500 und in der Internationalen Heimat-Patentveröffentlichung No. Sho 55-500440 vorgeschlagen. Diese früheren Polymerkomposite werden grundsätzlich gemäß dem Verfahren hergestellt, in dem ein Polymer und das andere Polymer einheitlich mit dem Lösungsmittel gemischt werden. Vom gegenwärtigen technischen Level her ist es sehr schwierig, solche Polymere sehr einheitlich in der Matrix zu dispergieren und zu mischen, so daß das Problem vorliegt, daß viele resultierende Verstärkungsmaterialien (Agglomerate des starren Polymers) oft einen Durchmesser aufweisen, der wenige Mikrometer übersteigt. Weiter ist es unvorteilhaft, daß man ein Polymer nicht verwenden kann, das mit dem zu verwendenden Lösungsmittel nicht kompatibel ist. Darüberhinaus ist es bevorzugt, ein lösungsmittelfreies Verfahren bereitzustellen, da die Verwendung von Lösungsmittel gegenwärtig von verschiedenen Standpunkten aus vom Gesetz geregelt wird.

Dann ist es ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Polymer- Kompositwerkstoff bereitzustellen, der gemäß eines lösungsmittelfreien Verfahrens hergestellt werden kann, wobei ein Verstärkungsmaterial (starres Polymer) gleichmäßig auf dem molekularen Level dispergiert werden kann, wodurch die Bindungsstärke zwischen molekularen Kettenenden und die Grenzflächenhaftung zwischen der Mikrofaser und der Matrix verstärkt werden kann und womit die unvorteilhaften Bedingungen zur Zerstörung beseitigt werden können.

Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein lösungsmittelfreies Verfahren zum Herstellen des obigen Kompositwerkstoffes bereitzustellen.

Deshalb wird, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein nichtflüssiger Kristallpolymer-Kompositwerkstoff, welcher im wesentlichen aus zwei oder mehr Arten von Polymeren besteht, welche eine Verstärkungskomponente, umfassend ein starres Polymer (B), das starre Skelette oder molekulare Ketten bildet, und eine Matrixkomponente, umfassend ein thermoplastisches Polymer A, das flexible Skelette oder molekulare Ketten aufweist, beinhalten, wobei mindestens ein Teil der Verstärkungskomponente durch ein Copolymer des starren Polymers (B) und zusätzlichem thermoplastischen Polymer (A) und/oder einem thermoplastischen Polymer (A'), wobei das thermoplastische Polymer (A') mit Polymer (A) kompatibel ist, gebildet wird, wobei die starren molekularen Kettenteile (B) der Verstärkungskomponente gleichmäßig auf einem molekularen Level dispergiert werden, bei welchem optische Anisotropie in der Matrix (A) nicht angezeigt werden kann, so daß der Polymer-Kompositwerkstoff unter einem Polarisationsmikroskop während des Schmelzens keine optische Anisotropie zeigt.

In einer Ausführungsform des Polymer-Kompositwerkstoffs ist es bevorzugt, daß das starre Polymer (B) ein stabartiges Verstärkungsmaterial ist, das einen Querschnittsdurchmesser von 0,7 um oder weniger aufweist, wenn es in rechten Winkeln zur Längsrichtung geschnitten wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines nichtflüssigen Kristallpolymer-Kompositwerkstoffes bereitgestellt, umfassend:

das Bereitstellen eines Monomervorläufers des starren Polymers (B) und eines thermoplastischen Polymers (A) und/oder eines thermoplastischen Polymers (A'), das mit dem thermoplastischen Polymer (A) kompatibel ist,

das Mischen des Monomervorläufers des starren Polymers (B) und des thermoplastischen Polymers (A) und/oder (A') in einem Reaktor oder Extruder, um Polymerisation des Monomers und eine Austauschreaktion zwischen dem Monomer und dem thermoplastischen Polymer (A) und/oder (A') durchzuführen, um eine Verstärkungskomponente des Polymer-Kompositwerkstoffs herzustellen, und

das Herstellen des Polymer-Kompositwerkstoffs durch Schmelzen eines thermoplastischen Matrixpolymers (A) und Mischen des thermoplastischen Polymers (A) mit der Verstärkungskomponente, so daß starre molekulare Kettenteile (B) der Verstärkungskomponente gleichmäßig auf molekularem Level in dem Matrixpolymer (A) dispergiert werden, so daß der Polymer-Kompositwerkstoff keine optische Anisotropie unter einem Polarisationsmikroskop während des Schmelzens zeigt und flexible molekulare Kettenteile des thermoplastischen Polymers (A) und/oder (A') der Verstärkungskomponente kovalent an die molekularen Kettenteile (B) gebunden werden.

Fig. 1 ist eine Zeichnung, welche die innere Konstitution des Mikrofaser-verstärkten Komposits gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Spannung-Dehnung-Kurve des Matrixpolymers (PA-6) allein und der repräsentativen Kurve des Mikrofaserverstärkten Komposits (PA-6/POB) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Spannung-Dehnung-Kurve des Matrixpolymers (PC) allein und der repräsentativen Kurve des Mikrofaserverstärkten Komposites (PC/POB) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, kann das starre Polymer (B) als eine Mikrofaser mikroskopisch auf dem molekularen Level in der Matrix (A) ohne Lösungsmittel durch Schmelzen und Mischen dispergiert werden. Zur gleichen Zeit wird die flexible molekulare Kette (A oder A'), zusammengesetzt aus demselben Polymer wie die Matrix (A) oder das mit der Matrix (A) kompatible Polymer (A'), mit dem starren Polymer (B) copolymerisiert, um ein Copolymer (A-B oder A'-B) als Verstärkungskomponente zu ergeben, was in Verringerung der Belastungskonzentrationsquellen (die an den Enden der starren Polymerketten sind) und auch in Verstärkung der Grenzflächenhaftung zwischen der Verstärkungsfaser (B) und der Matrix (A) aufgrund des Ankereffekts der flexiblen molekularen Kette (A oder A') des Copolymers (A-B oder A'-B) in der Matrix (A) resultiert. Demgemäß kann eine kleine Zugabe der starren Komponente (A-B oder A'-B) nicht nur eine Festigkeit und eine Starrheit, sondern auch eine Duktilität und eine Schlagfestigkeit (die eine für die Zerstörung benötigte Energie ist und als ein Belegungsbereich der Spannung- Dehnung-Kurve ausgedrückt wird) extrem verstärken, was im Stand der Technik nicht verwirklicht werden konnte.

In der vorliegenden Erfindung können die zu verwendenden Polymere in zwei Klassen unterteilt werden, eine ist ein thermoplastisches Polymer, das flexible molekulare Ketten (A oder A') aufweist und die andere ist ein starres Polymer, das starre molekulare Ketten (B) aufweist. Das starre Polymer in der vorliegenden Erfindung bedeutet, daß die Bindung einer Polymerkette stark ist, die einnehmende Querschnittsfläche der Polymerkette klein ist und die Dehnung der Polymerkette klein ist. Wenn irgendein Polymer diese Definition erfüllt, kann es als starres Polymer bezeichnet werden. Um genauer zu sein, kann die Starrheit durch Verwenden sowohl eines theoretischen Kristallelastizitätsmoduls Ec als auch einer theoretischen Festigkeit ob zum Zeitpunkt der Zerstörung ausgedrückt werden. Der theoretische Kristallelastizitätsmodul Ec und die theoretische Festigkeit ob sind wie folgt definiert.

Der theoretische Kristallelastizitätsmodul Ec und die theoretische Festigkeit ob zum Zeitpunkt der Zerstörung werden wie folgt berechnet:

Im Fall einer polymeren Kette wird zuerst eine Kraft F auf eine Polymerkette, die eine Querschnittsfläche S und eine Länge L aufweist, ausgeübt. Wenn sich die Kette mit ΔL( = L - LO) ausdehnt, ist der Elastizitätsmodul unter Spannung E:

E = σn/εn = (F/S)/(ΔL/L) (1)

(wobei E einen Elastizitätsmodul unter Spannung darstellt, σn eine Zugspannung und εn eine Zugdehnung ΔL/L darstellt).

Die theoretische Festigkeit σb zum Zeitpunkt der Zerstörung ist:

σb = Fmax/S = (k&sub1; D/8)1/2/S

(wobei Fmax die maximale Belastung darstellt und D eine Bindungsenergie darstellt).

Vom Gesichtspunkt der mechanischen Eigenschaften aus, basierend auf dem theoretischen Kristallelastizitätsmodul und der theoretischen Festigkeit als Information, die zum gegenwärtigen Zeitpunkt erhalten werden kann, und der Endübertragwerte des Elastizitätsmoduls unter Spannung und der Zugfestigkeit der aktuellen Faser, wird das starre Polymer wie folgt ausgedrückt.

Tabelle 1

Beispiele für das starre Polymer, welches die oben beschriebenen physikalischen Bedingungen erfüllt, können Polymere beinhalten, die eine Wiederholungseinheitsstruktur der folgenden chemischen Formel I aufweisen.

-Ar-(X)n-Ar'- (I)

wobei Ar

oder

ist,

Ar'

oder

ist,

X -CH=N-, -COO-, -N=N(O)-, -CONH-, -N=N-, -C C-, oder -CH=CH- und n 0 oder 1 ist.

In diesen können alle Benzolringe einen Substituenten wie eine Alkylgruppe, Halogen und so weiter aufweisen. Unter den durch eine solche chemische Formel dargestellten starren Polymeren kann das folgende Monomer ausgewählt werden, um das resultierende Polymer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet zu machen: Beispiele für das starre Polymer können aromatische Polyester und ihre Derivate, zusammengesetzt aus aromatischen Hydroxysäuren oder aromatischen Diolen in Kombination mit aromatischen Dicarbonsäuren und aromatisches Polyamid und seine Derivate, zusammengesetzt aus aromatischen Aminosäuren oder aromatischen Diaminen in Kombination mit aromatischen Dicarbonsäuren und den Derivaten davon, beinhalten. Darüberhinaus können Beispiele für das starre Polymer auch solche beinhalten, die durch Verwenden von Monomeren, die zur Verstärkung der Reaktionsaktivitäten der funktionellen Gruppen modifiziert sind, hergestellt wurden. Beispiele für das starre Polymer können Polyoxybenzoyl (Poly-p-benzoat) (dargestellt durch die folgende chemische Formel III), zusammengesetzt aus p-Acetoxybenzoesäure und seinen Derivaten (dargestellt durch die folgende chemische Formel II) als ein Monomer, Poly-p-benzamid und die Derivate davon (dargestellt durch die folgende chemische Formel V), zusammengesetzt aus p-Acetamidbenzoesäure und den Derivaten davon (dargestellt durch die folgende chemische Formel IV), Poly(p-phenylenterephthalamid)polyazomethyn, Poly(p-phenylenpyromellitimid), Polybenzobisoxazol, Polybenzobisthiazol, Polybenzooxazol und so weiter, beinhalten.

wobei X H, Cl, CH&sub3;, C&sub6;H&sub5; ist.

wobei X H, Cl, CH&sub3;, C&sub6;H&sub5; ist.

wobei X H, Cl, CH&sub3;, C&sub6;H&sub5; ist.

wobei X H, Cl, CH&sub3;, C&sub6;H&sub5; ist.

Beispiele des in der vorliegenden Erfindung verwendeten thermoplastischen Polymers (A) und (A') können allgemeine Polymere, die nicht zur Kategorie des oben erwähnten starren Polymers gehören, beinhalten, und insbesondere unter ihnen können die bevorzugten Beispiele Polymere beinhalten, die eine Esterbindung, eine Amidbindung oder beides in der molekularen Kette aufweisen und eine Carboxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Hydroxylgruppe und eine funktionelle Gruppe, die zur Verstärkung der Reaktionsaktivität dieser Gruppen am Ende der molekularen Kette modifiziert ist, aufweisen. Beispiele eines solchen Polymers können Polyamide wie Nylon 6 (PA-6), Nylon 66 (PA-66), etc. und Polyester wie Polycarbonate (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybuthylenterephthalat (PBT), etc., beinhalten.

Die typische Kombination des thermoplastischen Polymers (A) und des mit Polymer (A) kompatiblen thermoplastischen Polymers (A') kann wie folgt gegeben sein.

Aromatisches Nylon (der Handelsname MXD-6: hergestellt durch Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) ist für Nylon 6 und Nylon 66 geeignet.

Poly-ε-caprolacton, Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat sind für Polycarbonat geeignet.

Polyestercarbonat und Bisphenol A-Polycarbonat sind für Polyethylenterephthalat geeignet.

Polybisphenol A-Terephthalat und Bisphenol A-Polycarbonat sind für Polybutylenterephthalat geeignet.

Der Polymerverbundwerkstoff bzw. das Polymerkomposit gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein mikroskopisch auf dem molekularen Level dispergiertes starres Polymer (entsprechend einem stabartigen Verstärkungsmaterial), und das starre Polymer weist bevorzugt einen Querschnittsdurchmesser von 0,07 um oder weniger auf, wenn es in rechten Winkeln zur Längsrichtung geschnitten wird. Der Querschnittsdurchmesser des stabartigen Verstärkungsmaterials bedeutet einen Durchmesser, der gemessen wird, wenn ein Ansammlungsbereich des starren Polymers in dem Verbundwerkstoff bzw. Kompositwerkstoff auf einen entsprechenden Kreis korrigiert wurde (ein zusammengedrängter Teil des stabartigen starren Polymers in der Matrix des flexiblen Polymers) und es in rechten Winkeln zur Längsrichtung geschnitten wird.

Um einen Querschnittsdurchmesser von 0,07 um oder weniger in dem stabartigen Verstärkungsmaterial (dem starren Polymerteil) zu erhalten, wenn es in rechten Winkeln zur Längsrichtung geschnitten wird, ist es bevorzugt, das lösungsmittelfreie Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden.

Konkrete Beispiele des Monomers zur Bildung des starren Polymers können p- Acetoxybenzoesäure, p-Hydroxybenzoatchlorid, p-Hydroxybenzoatphenyl, etc. im Fall von Poly(p-oxybenzoyl), und p-Acetaminobenzoesäure, p-Aminobenzoatchlorid, etc. im Fall von Poy(p-benzamid) beinhalten.

Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere erforderlich, die Polymerisation ohne Lösungsmittel im geschmolzenen und gemischten Zustand durchzuführen. Konkret werden das thermoplastische Polymer (A und A') und das Monomer, um das starre Polymer (B) zu bilden, in einem Reaktor, einem biaxialen Extruder oder dergleichen geschmolzen und gemischt. Im Fall von p- Acetoxybenzoesäure zum Beispiel werden sowohl die Polymerisation des Monomers als auch die Austauschreaktion des Monomers mit dem thermoplastischen Monomer zur gleichen Zeit durch Erhöhen der Temperatur bis zu 250 bis 300ºC vorangetrieben. Das folgende Schmelzen und Mischen des verbleibenden thermoplastischen Polymers (A) wird bei einer Temperatur von 250ºC oder weniger durchgeführt, bei der die oben erwähnte Reaktion gehemmt wird, mit dem Ergebnis, daß das gewünschte Komposit erhalten werden kann.

Die vorgenannten Verfahren können durch Verwenden eines kontinuierlichen Verfahrens in dem biaxialen Extruder oder dergleichen ausgeführt werden. In diesem Fall kann eine Temperatur in einem vorderen halben Teil eines Zylinders im biaxialen Extruder zu der hin eingestellt werden, bei der die vorgeschriebenen Polymerisations- und Austauschreaktionen durchgeführt werden können, und eine Temperatur in einem hinteren Teil zu der hin, bei der solche Reaktionen nicht fortschreiten können. Im Fall zum Beispiel, daß das starre Polymer Polyoxybenzoyl oder Poly(p-benzamid) ist, bzw. dessen Monomer p-Acetoxybenzoesäure oder p- Acetaminobenzoesäure ist, wird die Temperatur im vorderen halben Teil des Zylinders auf 250 bis 300ºC eingestellt und die Temperatur im hinteren halben Teil auf 250ºC oder weniger, wo das Copolymer A-B oder A'-B und das thermoplastische Polymer A geschmolzen werden, mit dem Ergebnis, daß der erwünschte Verbundwerkstoff erhalten werden kann. Soweit das Verfahren der vorliegenden Erfindung befolgt wird, gibt es keine Begrenzung der Verfahrensausrüstung, die für die Materialeinstellung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Das Additiv, der Polymerisationsinitiator und dergleichen können zum Zeitpunkt des Schmelzens und Mischens der vorliegenden Erfindung zugemischt werden.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung der Ausführungsformen offensichtlich werden. Die Ausführungsformen sollen keine Definition der Grenzen der Erfindung darstellen.

Beispiel 1

50 g Nylon 6 wurden in einen mit einem Rührer, Stickstoffinduktionsröhre und Ausfließröhre ausgestatteten Reaktor gegeben und bei 225ºC unter der Stickstoffatmosphäre geschmolzen. 50 g p-Acetoxybenzoesäure wurden nachfolgend zugegeben und beide einheitlich gemischt. Die Temperatur wurde schrittweise auf 260ºC erhöht und die Reaktion gestartet. Die Knetreaktion wurde bei dieser Temperatur für vier Stunden durchgeführt und die Deessigsäure- Polymerisation und Ester-Amid-Austauschreaktion wurden vollzogen. Essigsäure und Wasser, die Nebenprodukte waren, wurden unter reduziertem Druck aus dem System entfernt. Danach wurde die Temperatur auf 210ºC erhöht und die Polymerisation unter der Stickstoffatmosphäre für 12 Stunden durchgeführt.

Das daraus resultierende Produkt wurde zerkleinert und mit Aceton und Methanol gewaschen. Das Reaktionsprodukt Nylon/POB (Polyoxybenzoyl) (Gewichtsverhältnis; 50 : 50) zeigte keine optische Anisotropie während des Schmelzens unter einem Polarisationsmikroskop. Es wurde bestätigt, daß das resultierende Komposit bei einem Schmelzpunkt von Nylon 6 oder höher geschmolzen wurde.

Beispiel 1-1

0,028 g des Reaktionsproduktes Nylon/POB (50/50) und 1,372 g Nylon 6 (Gewichtsverhältnis; 98/2) wurden bei 230ºC für 4 Minuten in der Miniatur- Injektionsformungsmaschine (MINI-MAX MOLDER CS-183MMX, Custom Scientific Instruments. INC) geknetet und einheitlich gemischt. Das Komposit Nylon 6/POB (Gewichtsverhältnis; 99/1), das durch Mischen erhalten wurde, wurde injiziert und von diesem Miniaturkneter in das Teststück geformt, um eine Probe für eine Zerreißprobe zu ergeben.

Ausführungsform 1-2~6

Jedes Komposit von Nylon 6/POB (Gewichtsverhältnis; 98.5/1.5), (Gewichtsverhältnis; 98/2), (Gewichtsverhältnis; 97,5/2,5), (Gewichtsverhältnis; 95/5), (Ge wichtsverhältnis; 90/10) wurde auf die gleiche Weise wie Beispiel 1-1 hergestellt und der Zerreißprobe unterworfen.

Die wie oben beschriebenen resultierenden Proben für die Zerreißprobe wurden der Zerreißprobe gemäß der folgenden Weise unterworfen.

Zerreißtester: (MINI-MAX TENSILE TESTER CS-183TE, Custom Scientific Instruments. INC)

Zerreißrate: 0,566 cm/min

Abstand zwischen Standardlinien der Testprobe L = 0,9 cm

Durchmesser: D = 0,1587 cm

Dehnungsrate: 0,629/min

Meßtemperatur: 22ºC

Die gemessenen physikalischen Eigenschaften bzw. die Spannung-Dehnung-Kurve der repräsentativen physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 2 bzw. Fig. 2 gezeigt.

Es ist aus den obigen Ergebnissen offensichtlich, daß die Einarbeitung von Poly(oxybenzoyl) auf einem molekularen Level zur Bildung eines Verbundwerkstoffs die Festigkeit, den Elastizitätsmodul und die Spannung von Nylon 6 extrem verstärkt.

Tabelle 2

Beispiel 2

30 g Polycarbonat und 30 g p-Acetoxybenzoesäure wurden in einen mit einem Rührer, Stickstoffinduktionsröhre und Ausfließröhre ausgestatteten Reaktor gegeben und bei 225ºC unter der Stickstoffatmosphäre geschmolzen, während beide einheitlich gemischt wurden. Die Temperatur wurde schrittweise auf 280ºC erhöht und die Reaktion gestartet. Die Knetreaktion wurde bei dieser Temperatur für 3 Stunden durchgeführt und die Deessigsäure-Polymerisation und Ester-Amid- Austauschreaktion wurden vollzogen. Essigsäure und Wasser, die Nebenprodukte waren, wurden durch Stickstoffgasfluß aus dem System entfernt.

Das daraus resultierende Reaktionsprodukt Polycarbonat/POB (Polyoxybenzoyl) (Gewichtsverhältnis; 50 : 50) wurde bei 240ºC geschmolzen, bei welcher Temperatur Matrixpolycarbonat geschmolzen werden kann.

Beispiel 2-1

0,14 g des Reaktionsproduktes Polycarbonat (PC)/POB (50/50) und 1,26 g Polycarbonat wurden für 4 Minuten bei 240ºC in der Miniatur-Injektionsformungsmaschine (MINI-MAX MOLDER CS-183MMX, Custom Scientific Instruments. INC) geknetet und einheitlich gemischt. Das Komposit PC/POB (Gewichtsverhältnis; 95/5), das durch Mischen erhalten wurde, wurde in eine Form dieses Miniaturkneters in die Testprobeform injiziert, um Proben für eine Zerreißprobe zu ergeben.

Ausführungsformen 2-2~3

Jedes Komposit von PC/POB (Gewichtsverhältnis 90/10), (Gewichtsverhältnis; 97/3) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt und der Zerreißprobe unterworfen.

Tabelle 3

Die gemessenen physikalischen Eigenschaften und die Spannung-Dehnung-Kurve der repräsentativen physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 3 bzw. Fig. 3 gezeigt.

Es ist aus den obigen Ergebnissen offensichtlich, daß das Einarbeiten von Poly(oxybenzoyl) auf einem molekularen Level zur Bildung eines Verbundwerkstoffs die Festigkeit, den Elastizitätsmodul und die Spannung von Polycarbonat extrem erhöht.


Anspruch[de]

1. Nichtflüssiger Kristallpolymer-Kompositwerkstoff, im wesentlichen bestehend aus zwei oder mehr Arten von Polymeren, beinhaltend eine Verstärkungskomponente, umfassend ein starres Polymer (B), das starre Skelette oder molekulare Ketten bildet, und eine Matrixkomponente, umfassend ein thermoplastisches Polymer A, das flexible Skelette oder molekulare Ketten aufweist, wobei mindestens ein Teil der Verstärkungskomponente durch ein Copolymer des starren Polymers B und zusätzlichem thermoplastischen Polymer (A) und/oder einem thermoplastischen Polymer (A'), wobei das thermoplastische Polymer (A') mit Polymer (A) kompatibel ist, gebildet wird, wobei die starren molekularen Kettenteile (B) der Verstärkungskomponente gleichmäßig auf einem molekularen Level dispergiert werden, bei welchem optische Anisotropie in der Matrix (A) nicht angezeigt werden kann, so daß der Polymer-Kompositwerkstoff unter einem Polarisationsmikroskop während des Schmelzens keine optische Anisotropie zeigt.

2. Kompositwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das starre Polymer (B) von Monomeren abgeleitet ist, die durch die Formel (H) dargestellt werden,

wobei X aus der Gruppe, bestehend aus H, Cl, CH&sub3; und C&sub6;H&sub5;, ausgewählt ist.

3. Kompositwerkstoff nach Anspruch 2, wobei das starre Polymer (B) von p- Acetoxybenzoesäure abgeleitet ist und das thermoplastische Polymer (A) Nylon 6 ist.

4. Kompositwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das starre Polymer (B) durch die Formel (III) dargestellt wird,

wobei X aus der Gruppe, bestehend aus H, Cl, CH&sub3; und C&sub6;H&sub5;, ausgewählt ist.

5. Kompositwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das starre Polymer (B) von Monomeren abgeleitet ist, die durch Formel (IV) dargestellt werden,

wobei X aus der Gruppe, bestehend aus H, Cl, CH&sub3; und C&sub6;H&sub5;, ausgewählt ist.

6. Kompositwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das starre Polymer (B) durch die Formel (V) dargestellt wird,

wobei X aus der Gruppe, bestehend aus H, Cl, CH&sub3; und C&sub6;H&sub5;, ausgewählt ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines nichtflüssigen Kristallpolymer-Kompositwerkstoffs, umfassend:

das Bereitstellen eines Monomervorläufers des starren Polymers (B) und eines thermoplastischen Polymers (A) und/oder eines thermoplastischen Polymers (A'), das mit dem thermoplastischen Polymer (A) kompatibel ist,

das Mischen des Monomervorläufers des starren Polymers (B) und des thermoplastischen Polymers (A) und/oder (A') in einem Reaktor oder Extruder, um Polymerisation des Monomers und eine Austauschreaktion zwischen dem Monomer und dem thermoplastischen Polymer (A) und/oder (A') durchzuführen, um eine Verstärkungskomponente des Polymer-Kompositwerkstoffs herzustellen, und

das Herstellen des Polymer-Kompositwerkstoffs durch Schmelzen eines thermoplastischen Matrixpolymers (A) und Mischen des thermoplastischen Polymers (A) mit der Verstärkungskomponente, so daß starre molekulare Kettenteile (B) der Verstärkungskomponente gleichmäßig auf molekularem Level in dem Matrixpolymer (A) dispergiert werden, so daß der Polymer- Kompositwerkstoff keine optische Anisotropie unter einem Polarisationsmikroskop während des Schmelzens zeigt und flexible molekulare Kettenteile des thermoplastischen Polymers (A) und/oder (A') der Verstärkungskomponente kovalent an die molekularen Kettenteile (B) gebunden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Polymerisation und die Austauschreaktion des Monomers in der Abwesenheit von Lösungsmittel durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Polymerisation und die Austauschreaktion des Monomers mit dem thermoplastischen Polymer (A) und/oder (A') bei einer Temperatur von 250 bis 300ºC durchgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Mischen der Verstärkungskomponente und des thermoplastischen Polymers (A) bei einer Temperatur von 250ºC oder weniger durchgeführt werden, um weitere Polymerisation und Austauschraktion von unumgesetztem Monomer mit dem thermoplasti schen Polymer (A) und/oder (A') zu verhindern.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Monomervorläufer des starren Polymers (B) und das thermoplastische Polymer (A) und/oder (A') in einem Gewichtsverhältnis von 50 : 50 gemischt werden, um die Verstärkungskomponente zu bilden.

12. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Matrixkomponente und die Verstärkungskomponente in einem Gewichtsverhältnis von 99 : 1 bis 95 : 5 gemischt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das starre Polymer aus der Gruppe, bestehend aus Polyoxybenzoyl und Poly(p-benzamid), ausgewählt ist, und das Mischen des Monomers und des thermoplastischen Polymers (A) und/oder (A'), um die Verstärkungskomponente zu bilden, in einem Extruder durchgeführt wird, der ein Vorderteil bei einer Temperatur von 250 bis 300ºC und ein hinteres Teil bei einer Temperatur von 250ºC oder weniger aufweist.







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