长纤维增强塑料复合材料及长纤维增强塑料复合材料的制备方法与流程

本发明涉及长纤维增强塑料复合材料及长纤维增强塑料复合材料的制备方法。

背景技术：

使连续纤维浸渍于树脂来制备而成的连续纤维增强复合材料可根据纤维的排列，利用其纤维的突出的机械性物性，因此在汽车、飞机、建筑材料及风力领域中，其需求正在持续性地增加。

使连续纤维浸渍于树脂的浸渍方法有多种，其中，最普遍使用的方法为拉住纤维并以高温溶解树脂，且在模具内使树脂浸渍的拉挤成型方法。

并且，对由成为基体的树脂形成的纤维和用作增强材料的连续纤维进行混砂，从而利用热和压力浸渍的精梳胶方式。基于这种精梳胶方式的复合材料可实现织造，还产生纤维断裂或向空气中飞扬的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

本发明的一实例提供物性得到提高的长纤维增强塑料复合材料。

技术方案

在本发明的一实例中提供长纤维增强塑料复合材料，上述长纤维增强塑料复合材料包含热塑性塑料树脂及以具有单一方向的取向性的方式分散而成的长纤维，在上述纤维总含量中，上述向单一方向取向的长纤维的含量为70至100重量百分比。

上述长纤维增强塑料复合材料可包含热塑性塑料树脂的基体(matrix)材料及分散于上述基体材料内的作为增强材料的长纤维。

上述长纤维的长度可以为1mm至100mm。

上述长纤维的平均直径可以为5μm至20μm。

上述长纤维的含量可以为总含量的40重量百分比至75重量百分比。

上述长纤维可包含选自由玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维及它们的组合组成的组中的至少一种。

上述热塑性塑料树脂可包含选自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合金树脂及它们的组合组成的组中的至少一种。

上述长纤维增强塑料复合材料可以为具有0.2mm至10mm的厚度的薄片。

在本发明的另一实例中，提供长纤维增强塑料复合材料片的制备方法，包括：制备单一方向连续纤维增强塑料片的步骤，上述单一方向连续纤维增强塑料片包含热塑性塑料树脂及以具有单一方向的取向性的方式分散而成的连续纤维；以及从外部向具有单一方向的取向性的上述连续纤维施加冲击，在上述单一方向连续纤维增强塑料片内，对上述连续纤维进行切割来形成长纤维的步骤；在上述长纤维的总含量中，向单一方向取向的上述长纤维的含量为70重量百分比至100重量百分比。

在上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法中，对经挤压成型而从挤压机排出后，向规定方向移动的连续纤维增强塑料片，利用具有线性冲击部的装置施加线性冲击，上述线性冲击部可向相对于上述连续纤维增强塑料片的移动方向垂直的宽度方向施加线性冲击。

在上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法中，上述线性冲击部进行往返于上部位置和下部位置的上下运动，当来到上述下部位置时，向上述连续纤维增强塑料片施加线性的冲击，并通过调节上述上下运动的时间，可调节由切割上述连续纤维而形成的上述长纤维的长度。

在上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法中，可通过使上述线性冲击部的上下运动的速度保持规定速度来形成具有规定的长度的长纤维。

上述单一方向连续纤维增强塑料片的步骤可通过长纤维热塑性指引(LFT-D，Long Fiber Thermoplastic-Directing)工艺进行。

有益效果

上述长纤维增强塑料复合材料的机械性物性和加工性均优秀。

附图说明

图1为本发明一实施例的长纤维增强塑料复合材料片的俯视图。

图2为表示包含以低的取向性进行分散的长纤维的长纤维增强塑料复合材料片的示意性俯视图。

图3为利用示意图表示的本发明的另一实例的长纤维增强树脂复合材料的制备方法中的向单一方向连续纤维增强塑料片施加线性冲击部来形成长纤维的步骤的一例。

具体实施方式

以下，详细说明本发明的实例。这仅仅作为例示而提出，本发明并不局限于此，并且本发明仅由后述的发明要求保护范围的范畴来进行定义。

在本发明的一实例中，提供长纤维增强塑料复合材料，上述长纤维增强塑料复合材料包含热塑性塑料树脂及以具有单一方向的取向性的方式分散而成的长纤维，在上述纤维的总含量中，上述向单一方向取向的长纤维的含量为约70重量百分比至约100重量百分比。

上述长纤维增强塑料复合材料包含热塑性塑料树脂的基体材料及分散于上述基体材料内且作为增强材料的长纤维，与热塑性塑料树脂相比，上述长纤维增强塑料复合材料为强度更加增强的原材料。

通常，可利用长纤维或连续纤维来用作纤维增强塑料复合材料的增强材料，使用长纤维的情况与使用连续纤维的情况相比，虽然纤维增强塑料所要实现的机械性强度等的物性降低，但具有加工性提高的优点。

上述长纤维增强塑料复合材料使上述长纤维以在热塑性塑料树脂的基体材料中具有单一方向的取向性的方式进行分散，从而既可确保因使用长纤维而带来的优秀的加工性，同时又可实现优秀的物性。

上述长纤维增强塑料复合材料可作为替代钢铁产品的材料来有用地适用于汽车、飞机、建筑材料及风力等领域中，由此可实现轻量化。例如，具体地，由于上述长纤维增强塑料复合材料适合于呈现为肋状或圆状，因此上述长纤维增强塑料复合材料为可适合用于汽车车体的材料的原材料。

上述长纤维增强塑料复合材料包含具有单一方向的取向性的长纤维，从而即使适用相同含量的长纤维，也可确保更优秀的物性。

通过后述的制备方法制备上述长纤维增强塑料复合材料，从而单一方向的取向性的程度可非常高。

在本说明书中单一方向是指当确定一个特定的长纤维时，上述特定长纤维与其他长纤维形成的角度为小于10度，具体地，包括小于5度的情况，应理解为包括当用肉眼进行观察时，难以识别的程度的误差范围。

尤其，包含于上述长纤维增强塑料复合材料的长纤维因具有高取向性，因此可实现更优秀的机械性物性。

具体地，在上述长纤维增强塑料复合材料中，具有单一方向的取向性的长纤维在总长纤维中可占有约70重量百分比至约100重量百分比。如上所述，包含高取向性的长纤维的上述长纤维增强塑料复合材料可更优秀地实现全部的机械性物性。可通过后述的制备方法实现包含这种高含量的长纤维的长纤维增强塑料复合材料。更具体地，在上述长纤维增强塑料复合材料中，具有单一方向的取向性的长纤维可占有总长纤维中的约80重量百分比至约100重量百分比，并且可通过后述的制备方法实现上述问题。

图1为本发明一实施例的长纤维增强塑料复合材料片的示意性俯视图。在图1中，长纤维增强塑料复合材料片10包含向单一方向的取向性高的长纤维2。

为了助于理解，图2为表示包含以低的取向性进行分散的长纤维2’的长纤维增强塑料复合材料片10”的示意性俯视图。

上述长纤维的长度可以为约1mm至约100mm。在上述长纤维增强塑料复合材料包含具有上述范围水平的长纤维的情况下，上述长纤维增强塑料复合材料均可优秀地实现加工性及物性。

上述连续纤维意味着具有比长纤维更长的长度的纤维，具体地，在本说明书中定义为具有上述长纤维的两倍以上的长度。

上述长纤维的平均直径可以为约5μm至约20μm，具体地，可以为约10μm至约20μm。在上述长纤维增强塑料复合材料包含具有上述范围水平的长纤维的情况下，上述长纤维增强塑料复合材料均可优秀地实现加工性及物性。

相对于总长纤维增强塑料复合材料可包含约40重量百分比至约75重量百分比的上述长纤维，具体地可包含约60重量百分比至70重量百分比的上述长纤维。在上述长纤维增强塑料复合材料包含上述范围水平的含量的长纤维的情况下，上述长纤维增强塑料复合材料均可优秀地实现加工性及物性。

在上述长纤维增强塑料复合材料中，以具有规定的取向性的方式配置长纤维，从而可使复合材料以高含量包含长纤维。如上所述，以高含量包含长纤维含量本身，从而可使复合材料的机械性物性更加提高。

例如，上述长纤维可包含玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维等或它们的组合，但并不局限于此，可无限制地使用可用作热塑性塑料的增强材料的长纤维的材料。

例如，上述热塑性塑料树脂可包含聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合金树脂等或他们的组合。

上述长纤维增强塑料复合材料可制备成厚度为约0.2mm至约10mm的薄片。

在本发明的另一实例中，提供长纤维增强塑料复合材料片的制备方法，上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法包括：制备单一方向连续纤维增强塑料片的步骤，上述单一方向连续纤维增强塑料片包含热塑性塑料树脂及以具有单一方向的取向性的方式分散而成的连续纤维；以及从外部向具有单一方向的取向性的上述连续纤维施加冲击，在上述单一方向连续纤维增强塑料片内，对上述连续纤维进行切割来形成长纤维的步骤，并且在上述长纤维的总含量中，向单一方向取向的上述长纤维的含量为70重量百分比至100重量百分比。

通过上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法可制备上述的长纤维增强塑料复合材料片。

上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法为通过如下方法来制备上述长纤维增强塑料复合材料片的方法。首先，制备由连续纤维在热塑性塑料树脂中以单一方向进行取向而形成的单一方向连续纤维增强塑料片(单向片，Unidirectional Sheet)之后，再进行借助冲击来对单一方向连续纤维增强塑料片(单向片)内的连续纤维进行切割的步骤。

单一方向连续纤维增强塑料片(单向片，Unidirectional Sheet)可利用商业渠道获得。

根据制备上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法，因按取向的方向原样来对连续纤维进行切割而形成长纤维，因此长纤维可维持高度的单一方向的取向性。具体地，根据上述长纤维增强塑料复合材料片的制备方法，上述长纤维增强塑料复合材料可制备成使具有单一方向的取向性的长纤维占有总长纤维含量中的约70重量百分比至约100重量百分比。

即，上述长纤维增强塑料复合材料片制备方法作为对之前已取向的连续纤维按原样进行切割来确保长纤维的取向性的方法，与为了确保长纤维的取向性而使用的剪切诱导取向等的特定加工法的方法相比，可实现高度的取向性。

如上所述，针对于机械性强度等，包含以具有高度的取向性的方式分散而成的长纤维的上述长纤维增强塑料复合材料片可实现更优秀的物性。

图3为利用示意图表示的向单一方向连续纤维增强塑料片施加线性冲击部来形成长纤维的步骤的一例。

参照图3，在长纤维增强塑料复合材料片的制备方法中，对经挤压成型从挤压机排出后，向规定方向(在图3中表示为向薄片移动方向)移动的连续纤维增强塑料片10’，可利用具有线性冲击部5的装置(未图示整体)来施加线性冲击，上述线性冲击部可向相对于上述连续纤维增强塑料片10’移动的方向垂直的宽度方向施加线性冲击。借助通过线性冲击部5施加的冲击，单一方向连续纤维增强塑料片10’的内部的连续纤维1切割成长纤维2。

若连续纤维增强塑料片10’到达线性冲击部5之后，形成长纤维2，则形成长纤维增强塑料复合材料片10，接着可切割成适当的长度，来用作长纤维增强塑料复合材料片的产品。

上述线性冲击部5可进行往返于上部位置和下部位置的上下运动，当到达下部位置时，以基于线性冲击部形状的线性向上述连续纤维增强塑料片10’施加冲击。并且可通过调节上述线性冲击部5的上下运动的时间，来调节由切割连续纤维1而形成的上述长纤维2的长度。

例如，可通过使上述线性冲击部5的上下运动的速度保持规定速度，来形成具有规定的长度的长纤维2。

使规定长度的长纤维2制备成具有高度的单一方向的取向性的长纤维增强塑料复合材料可实现更优秀的物性。

可利用公知的方法制备上述单一方向连续纤维增强塑料片10’，并且对其制备方法不进行限制，例如，可通过长纤维热塑性塑料指引工艺(LFT-D，Long Fiber Thermoplastic-Directing)制备。

为了制备上述单一方向连续纤维增强塑料片10’，首先，在第一挤压机中，对颗粒型的热塑性树脂及添加剂进行混合之后，向第二挤压机移送，在第二挤压机中，投入作为增强材料的连续纤维，并进行挤压，而制备链(strand)型的中间材料，并且可利用压力机对上述中间材料进行成型来将上述单一方向连续纤维增强塑料片10’制备成所需的结构及形状。

在根据如上所述的方法制备而成的长纤维增强塑料复合材料片中，长纤维可具有在制备工序中与从挤压机排出的连续纤维增强塑料片移动的方向相互形成的角度为10度以下的取向性，具体地可具有5度以下的取向性。

以下，对本发明的实施例及及比较例进行记载。然而，如下所述的实施例仅属于本发明的一实施例，本发明并不局限于如下所述的实施例。

实施例

实施例1

准备了包含70重量份的平均直径为17μm的玻璃纤维(SE4121，由美国欧文斯科宁公司制备)及30重量份的聚丙烯、且厚度为3mm的单一方向连续纤维增强塑料片。如图3所示，设置线性冲击部，并通过以规定的速度进行上下运动，来向上述连续纤维增强塑料片施加了线性冲击部。制备了平均长度为100mm的长纤维规定地进行取向的长纤维增强塑料复合材料片。

比较例1

不特别考虑取向性，通过长纤维热塑性指引工艺制备了含有40重量份的平均直径为17μm、平均长度为50mm的玻璃纤维(SE4121，由美国欧文斯科宁公司制备)及60重量份的聚丙烯，且厚度为3mm的长纤维增强塑料片。

比较例2

不特别考虑取向性，并通过长纤维热塑性指引工艺制备了含有70重量份的平均直径为17μm、平均长度为50mm的玻璃纤维(SE4121，由美国欧文斯科宁公司制备)及30重量份的聚丙烯，且厚度为3mm的长纤维增强塑料片。

评价

实验例1

对在实施例1及比较例1、比较例2中制备而成的长纤维增强塑料复合材料片，进行比重、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量，缺口冲击强度(Notched Izod Impact Strength)的测定，并在下列表1中进行了记载。

并且，通过对利用光学显微镜拍摄的实施例1及比较例1中制备而成的长纤维增强塑料复合材料片的截面的图像，进行分析，并评价了在实施例1及比较例1中制备而成的长纤维增强塑料复合材料片的截面的取向度。在图像中，利用肉眼进行评价，并且计算在整个长纤维数量中平行的长纤维数量的百分比含量，并记载于表1中。对平行的长纤维的判断如下：两个长纤维相互形成的角度为约5度以内。

表1

从上述表1的结果可确认如下内容：比较例1因利用长纤维而流动性优秀，因此可实现进行肋(rib)等的弯曲形状的成型，然而与使用连续纤维的比较例2的情况相比，各个物性值均低，从而机械强度弱。与此相反，实施例1的长纤维增强塑料复合材料片因使用长纤维而流动性优秀，因此既可实现肋等的弯曲形状的成型，并且各物性值均优秀，从而机械性强度也优秀。

以上，详细说明了本发明优选实施例，但本发明的发明要求保护范围并不局限于此，本发明所属技术领域的普通技术人员利用在以下发明要求保护范围中定义的本发明的基本概念进行的各种变形及改良方式也属于本发明的发明要求保护范围。

附图标记的说明

1：连续纤维

2：长纤维

5：线性冲击部

10：长纤维增强塑料复合材料片

10’：单一方向连续纤维增强塑料片