[發明專利]用最佳分子質量和粘度的熱塑性聚合物浸漬的纖維質材料及其制造方法

在審

• 申請號: 201980084579.5
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN113195601A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: G.霍克斯泰特;L.德夫斯;M.卡普洛特;T.布里福德;Y.戴雷爾
• 申請（專利權）人: 阿科瑪法國公司
• 主分類號: C08J5/04
• 分類號: C08J5/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邢岳;宋莉

本發明涉及經浸漬的纖維質材料，其包括至少一種以一根粗紗或多根平行粗紗形式的連續纖維纖維質材料和至少一種熱塑性聚合物基質，特征在于，所述至少一種熱塑性聚合物為具有使得Tg≥40℃、尤其是Tg≥100℃、特別是≥120℃的玻璃化轉變溫度的無定形或半結晶性聚合物，所述經浸漬的纖維質材料的纖維含量為45?65％體積、優選50?60％體積、尤其是54?60％體積，所述熱塑性聚合物的數均分子質量Mn為11,000?25,000g/mol，所述熱塑性聚合物的熔體粘度為80?1500Pa.s，如通過平板?平板流變學在Tg+220℃的溫度下在1Hz和2％變形下測量的。

技術領域

本發明涉及用無定形或半結晶性熱塑性聚合物浸漬的纖維質材料，所述聚合物具有使得Tg≥40℃、尤其是Tg≥100℃、特別是≥120℃的玻璃化轉變溫度，所述經浸漬的纖維質材料具有45-65％體積、優選地50-60％體積、尤其是54-60％體積的纖維含量，所述熱塑性聚合物的數均分子質量Mn為11,000-25,000g/mol，所述熱塑性聚合物的熔體粘度為80-1500Pa.s，如通過平板-平板流變學在Tg+220℃的溫度下在1Hz和2％變形下測量的。

更特別地，本發明目的在于提出如以上定義的經浸漬的纖維質材料，其中所述熱塑性聚合物的多分散性指數Ip為2-6、特別是2-3.5、尤其是2.5-3.5。

本發明還涉及用于制備所述纖維質材料的方法以及其用于制造復合部件、特別是通過經由自動機械(機器人)進行自動鋪放或者通過長絲纏繞的方法而制造復合部件的用途。

在本發明中，“纖維質材料”指的是多個單獨的增強纖維的組裝體(集合)。在用樹脂浸漬之后，其呈現出條帶(ribbon)(帶(tape))或者層片(ply)或拉擠成型板的形式。

術語“條帶”(或帶)指的是：作為低厚度、在寬度上和在厚度上未經校準并且由纖維的單根粗紗制成的半成品的條(strip)；或者由一根或多根纖維粗紗制成、在厚度上和在寬度上經校準的纖細(thin)帶體(束，band)。

該纖維質材料也可僅用樹脂預浸漬，從而導致通常為布(fabrics)或NCF形式的半成品，將其組裝和固結以制造可熱成形的復合板或者將其直接安置在模具中以制造最終部件。

這樣的經預浸漬或者浸漬的纖維質材料特別適合于生產用于制造具有三維結構并且具有良好的機械和熱性質的機械部件的輕質復合材料。當纖維由碳制成和/或樹脂用合適添加劑填充時，這些纖維質材料能夠放出靜電荷。在不是阻燃性的樹脂中使用阻燃性樹脂或阻燃性添加劑容許經浸漬的纖維質材料耐火。因此，它們具有與特別是在機械、航空、航海、機動車輛、油氣(特別是海上)、儲氣、能量、健康和醫療、運動和休閑、和電子產品領域中的部件的生產相容的性質。

這樣的經浸漬的纖維質材料也稱作復合材料。它們包括：由增強纖維構成的纖維質材料，和由浸漬纖維的聚合物構成的基質。該基質的第一個作用是將增強纖維保持為緊湊形狀和賦予最終產品以期望的形狀。該基質還確保纖維之間的電荷轉移，并且因此調節復合物的機械強度。這樣的基質還用于保護增強纖維免受磨損和侵蝕性環境，控制表面外觀和將任何電荷分散在纖維之間。該基質的作用對于復合材料的長期保持性(特別是關于疲勞和蠕變而言)是重要的。

背景技術

由經浸漬的纖維質材料生產的三維復合部件的良好品質通常是通過掌握用于將增強纖維用熱塑性聚合物預浸漬或浸漬的方法并且因此所得最終經浸漬的纖維質材料而實現的。

現有技術的缺點在于，難以獲得纖維的良好浸漬，同時具有良好的機械性質。這樣的平衡難以獲得，因為為了具有良好的機械性質，摩爾質量必須高，這意味著高的粘度。

因此，摩爾質量影響樹脂的Tg并且Tg隨著摩爾質量而升高，直至其達到如下的恒定等級：在該恒定等級處Tg不再顯著變化。Tg對樹脂的機械性質、特別是其模量以及該模量的溫度穩定性具有一階影響(first-order impact)：通常實踐是，將該復合物僅最高使用至等于Tg-10至-30℃的最大溫度。