[發明專利]用于制造纖維增強聚合物復合物的設備和方法

有效

• 申請號: 201380052767.2
• 申請日: 2013-10-03
• 公開（公告）號: CN104718056A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: D·W·A·布蘭茲;T·達森
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業公司
• 主分類號: B29B15/12
• 分類號: B29B15/12;B29B15/14;B29K105/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及制造纖維增強聚合物復合物的方法，包括以下步驟：提供至少一條復絲股線，該復絲股線包括多條連續的纖維長絲；將浸漬劑施加至所述股線以形成浸漬的連續復絲股線；和繞浸漬的連續復絲股線施加熱塑性聚合物材料的鞘以提供所述纖維增強聚合物復合物。

本發明還涉及用于在這種方法中使用的設備(模具)。

背景技術

諸如長玻璃纖維增強聚丙烯(LGF-PP)的纖維增強聚合物對于其在諸如車輛的結構框架的各種部件的結構部件中的應用是已知的。這種復合物具有許多變型，區別在于例如纖維長度或用于埋設纖維的聚合物的種類。這些材料通常做成顆粒物或粒料，從適當制備的纖維的股線產生。

高端地，人們在橫過粒料或顆粒物的纖維的均勻分布方面做出了許多努力。這對制造過程提出了一些技術挑戰，該制造過程至少包括將復絲股線的纖維埋設在融化的聚合物復合物中。纖維例如可以浸沒在融化的聚丙烯中，浸沒后冷卻下來，并且被切割成粒料或顆粒物。在浸沒之前和浸沒期間，拉力或股線上的載荷可以被降低或釋放，以便使股線的纖維長絲展開，以便產生在粒料內產生散布的纖維分布。

該方法的缺點在于，難以獲得適當的分布。由于各種原因，例如由于單個長絲比作為整體的股線更易于破碎，因此僅能以低速適當地進行用于增強纖維散布的額外步驟。用于制造這種高端的高質量LGF-PP粒料的制造過程因此非常慢，大大限制了該過程的產量并且由此導致較高的成本。

制造長玻璃纖維增強聚丙烯(LGF-PP)的另一種方法在國際申請WO?2009/080281中公開。在該方法中，使用浸漬劑施加至復絲股線，所述復絲股線包括多條連續的纖維長絲(或纖維)，其中借助加鞘步驟使股線被熱塑性聚合物材料包圍。加鞘了的埋設的股線繼而被切割成粒料。所述浸漬劑用于在下游處理期間增強纖維在熱塑性聚合物基質內的散布，所述下游處理諸如注射模制，使得用于在制造粒料的過程中用于增強散布的任何額外步驟都是多余的。結果，制造過程能以較高速度進行，同時仍提供高質量的粒料。制造LGF-PP顆粒物或粒料的成本因此大大降低。

然而，將所述浸漬劑施加至復絲股線仍形成挑戰。所述浸漬劑由在施加溫度下的低粘度液體構成，例如與烴油混合的多支鏈聚乙烯蠟或如石蠟油的蠟。由于低粘度確保股線適當地滲透到達內部長絲，因此粘度水平較低。

將液體涂層施加至諸如光纖的單絲纖維的已知方法是使用模具，纖維長絲被傳送通過所述模具。通過將涂層劑供給至纖維長絲被輸送通過的壓力腔來施加涂層劑，由此將纖維長絲浸沒在加壓的涂層劑中。壓力腔的應用要求涂覆裝置的入口和出口的直徑被準確地控制。光纖與入口或出口模具之間太大的間隙會導致涂料從涂覆裝置排出。

DE102010045428公開了用于制備復合材料的方法，該復合材料由已用基質材料浸漬的纖維股線構成。所述復合材料通過將纖維股線氣動地輸送通過傳送通道并且在其如此被輸送的同時將基質材料添加至纖維股線而制備。所述基質材料通過浸漬通道添加。該文獻的方法和設備涉及復合材料的制備，該復合材料可以用于(終端)制造顆粒。例如聚丙烯的典型的基質樹脂是高分子量材料。本發明涉及將較低分子量的浸漬劑施加至復絲股線，然后在浸漬的復絲股線上施加鞘。

WO2006/119752公開了將功能添加劑或聚合基質材料的一部分施加至多孔材料的方法，其中所述多孔材料在高于環境壓力的壓力下并且在大于20m/s的速度下和功能添加劑和/或聚合基質材料的所述部分一起被傳送通過吹送通道。

用于生產纖維增強聚合物復合物的復絲股線的問題在于股線的形狀和直徑在其長度和寬度上變化。術語復絲股線在此應被廣泛地解釋為多條成束的纖維長絲，其中纖維長絲是指單條獨立纖維。術語股線因此還包括紗線(絞在一起的長絲或股線的集合)和粗紗或粗紡線(纏在一起的股線的集合)。關于變化的形狀和直徑，應理解，股線通常作為在線軸上的卷而提供給制造方法，其中多個線軸的股線的端部綁在一起從而形成纏繞在多個相互連接的線軸上的單條粗紗。在捆綁處復絲股線的厚度大約加倍。所述捆綁例如不能通過將彼此延長地(即，端部對端部地)將股線端部連接而形成(這將直徑增大保持在限度內)，而是股線通常并排連接并且使用捆綁線將其縫合到一起。另外，復絲股線的橫截面通常不是圓形的，而是通常為矩形的。考慮到線軸的解繞，復絲股線通常在進入設備以施加浸漬劑之前絞繞。