制备半成品的方法和用于制备复合模塑件、尤其是纤维复合模塑件的半成品以及复合模 ...的制作方法
【专利说明】制备半成品的方法和用于制备复合模塑件、尤其是纤维复合模塑件的半成品以及复合模塑件、尤其是纤维复合模塑件
技术领域
[0001]本发明涉及一种生产用于制备复合模塑件、尤其是纤维复合模塑件的半成品的方法。另外，本发明涉及一种用于制备这样一种复合模塑件、尤其是纤维复合模塑件的半成品。此外，本发明还涉及一种复合模塑件，尤其涉及一种纤维复合模塑件。本发明尤其涉及的是轻型结构中的复合模塑件或者纤维复合模塑件。术语“复合模塑件”指的是，将增强材料或者未熔融的增强材料包埋入由热塑性塑料构成的基体内。术语“纤维复合模塑件”指的是，在复合模塑件或者在由热塑性塑料构成的基体内存在有纤维或者末熔融的纤维。根据本发明所制备的复合模塑件或者纤维复合模塑件可一方面具有二维的形状，尤其是板材的形状或类似形状。根据本发明所制备的复合模塑件或者纤维复合模塑件优选具有三维的形状。
【背景技术】
[0002]开头所述类型的方法、半成品和复合模塑件在实践中已经以各种实施方式已知。在这些已知的方法中，首先制备半成品，这些半成品是由热塑性塑料构成的基体和其中包埋的增强纤维构成的。为此，将增强纤维，例如玻璃纤维，首先与由热塑性塑料构成的薄膜、粉末、纤维或熔体结合。通过施加热量和压力，热塑性塑料熔融，并以这种方式使得增强纤维用所述熔体浸渍，由此最终得到由热塑性基体构成的、包含有包埋的增强纤维的半成品。这些半成品也被称作为有机板(Organobleche)，通常将其制备成板材的形状。为了制备具有三维形状的纤维复合模塑件，这些板材必须在一个随后的、额外的加工步骤中被重新加热，之后可将其成型为所期望的纤维复合模塑件。这些已知的方法和半成品具有一系列不足。首先，在制备半成品、尤其是在使用由热塑性塑料构成的薄膜时，增强纤维用热塑性塑料浸透或者浸渍的程度不尽如人意。此外，结果经常产生空气夹入，由此在所制备的复合模塑件或者纤维复合模塑件内形成了薄弱处。另外，所生产的半成品经常显示不充分的悬垂性。因此，三维的或者多维的复合模塑件或者纤维复合模塑件的制备受到限制。另外，如果是用无机的或者很难熔融的增强纤维来增强热塑性基体，那么已知的纤维复合材料的回收再利用变得很难。另外，回收按照已知的措施来制备的复合模塑件或者纤维复合模塑件中的热固性塑料也非常困难和繁琐。
【发明内容】
[0003]与此相对，本发明所基于的技术问题在于，提供一种开头所述类型的方法，其中能够有效地并且功能可靠地避免上述缺点。此外，本发明还基于的技术问题是，提供一种用于制备复合模塑件或者纤维复合模塑件的半成品以及一种相应的复合模塑件或者纤维复合模塑件。
[0004]为了解决所述技术问题，本发明教导了一种生产用于制备复合模塑件、尤其是纤维复合模塑件的半成品的方法，其中将较高熔点的增强材料、尤其是较高熔点的增强纤维与由热塑性塑料构成的较低熔点纤维结合成层压体，其中将所述较低熔点的纤维纺丝并且以纤维温度Tf与较高熔点的增强材料、尤其是与较高熔点的增强纤维结合成形成所述半成品的层压体，其中纤维温度Tf处于较低熔点纤维的热塑性塑料的耐热变形温度Tw以下25°C的温度至较低熔点纤维的热塑性塑料的耐热变形温度Tw以上55°C的温度之间的温度范围内。因此适用的是:TW-25°C< TF< TW+55°C。在本发明的范畴内，纤维温度Tf要低于较低熔点纤维的热塑性塑料的熔融温度。-此外，在本发明的范畴内，将较低熔点的纤维纺丝，并且在用< 10旦、优选< 3旦、尤其优选< 1.5旦的纤度来纺丝后以纤维温度Tf与较高熔点的增强材料、尤其是与较高熔点的增强纤维结合成形成所述半成品的层压体。
[0005]“较高熔点”在本发明中意指，较高熔点的组分具有比较低熔点的组分更高的熔点，其中这两个熔点均是在相同的外部条件下进行测量的。较高熔点的增强材料在本发明中还包括非熔融的增强材料，本发明中的术语“较高熔点增强纤维”相应地也包括了非熔融的增强纤维。这些增强纤维-例如碳纤维-通常在非常高的温度下分解。-合适的是使用作为铺网(Gelege)和/或织物(Gewebe)和/或编织物和/或针织物和/或格栅等等形式的增强材料并且尤其是增强纤维。一种优选的实施方式的特点在于，由增强纤维组成的至少一种铺网和/或至少一种织物形成至少一个由较高熔点的增强纤维组成的层片。-在本发明中，还可采用较高熔点的泡沫或者蜂窝作为较高熔点的增强材料。在本发明的范畴中，较高熔点增强材料或者较高熔点增强纤维的熔点比较低熔点纤维的熔点高至少1°C，优选至少5°C ο根据本发明的一种实施方式，较高熔点的增强材料或者较高熔点的增强纤维的熔点比较低熔点纤维的熔点高至少20°C，优选至少30°C，特别优选至少50°C。
[0006]根据权利要求1，较低熔点纤维的纤维温度Tf在其与增强材料或者与增强纤维结合时处在其中所说明的低于耐热变形温度Tw的范围内或者在其中所说明的高于较低熔点纤维的热塑性塑料的耐热变形温度Tw的范围内。其当然也可等于耐热变形温度T ffo较低熔点纤维在放置时或者在与增强材料结合时的纤维温度Tf可作为较低熔点纤维在持续工艺中放置或者结合时的工艺温度或者空气温度测量。较低熔点纤维的热塑性塑料的耐热变形性或者耐热变形温度Tw是这种热塑性塑料的耐热性的量度。可按照DIN EN ISO 75-2:2004的方法B (加热速率50K/h)，对未经过热处理的试样测量耐热变形温度。
[0007]本发明方法的一种非常优选的实施方式的特征在于，较低熔点纤维在与增强材料结合时的纤维温度Tf处在较低熔点纤维的热塑性塑料的耐热变形温度T w以下20°C、优选15°C的温度Tf至较低熔点纤维的热塑性塑料的耐热变形温度T w以上50°C、优选45°C之间。如上所述，但在本发明的范畴内，纤维温度Tf要在较低熔点纤维的热塑性塑料的熔点以下。
[0008]合适的是，在根据本发明的方法中，较低熔点纤维在纺丝后连续送入增强材料或者增强纤维内。优选，较低熔点纤维在此由纺丝过程中加热保持纤维温度TF。因此，合适的是，较低熔点纤维的处理或者冷却仅在如下范围内进行:使得根据本发明的纤维温度Tf根据权利要求1处在其中所述的范围内。-在本发明的范畴内，增强材料具有间隙，或者，在增强纤维之间形成了间隙，在较低熔点纤维与增强材料或者与增强纤维结合的过程中，较低熔点纤维的纤维或者纤维片段可穿入所述间隙。就这一点而言，本发明基于的认识是，根据本发明与增强材料、与增强纤维结合的较低熔点纤维可以纤维温度Tf足够挠性或者可变形或者软的，使得其能够无问题地至少以纤维片段穿入增强材料的间隙或者增强纤维之间的间隙内。由此好像发生了增强材料或者增强纤维与较低熔点纤维的缠结。另外，本发明基于的认识在于，通过上述方式所制备的层压体足够稳定和抗变形或者已经足够被强化，使得其没有任何特殊的固结措施就能够直接送入复合模塑件或者纤维复合模塑件的制备。在本发明的范畴内，已经可被用作为半成品的层压体不用经过固结、尤其是不用热固结或者不用压延和/或不用针刺和/或不用缝纫和/或不用胶粘和/或不用化学固结就能送入进一步加工成为复合模塑件或者纤维复合模塑件。这里的“不用固结”尤其是指，所述层压体或者所述半成品原则上能够很容易被压实或者能够用压实辊很容易地压实，但不经过任何特殊的固结方法，尤其是不经过任何热固结或者针刺或者缝纫或者胶粘。本发明在这方面基于的认识是，如果较低熔点纤维以根据本发明的纤维温度Tf与增强材料或者与增强纤维结合成层压体或者结合成所述半成品，就不需要特殊的固结。
[0009]原则上，在根据权利要求1所述的方法中，可使用不同的材料用于所述较高熔点增强材料，例如玻璃纤维等形式的较高熔点增强纤维。但较高熔点增强材料或者较高熔点增强纤维也可由一种塑料或者由一种热塑性塑料构成。本发明的一种优选的实施方式的特征在于，在根据权利要求1所述的方法中，较高熔点增强材料或者较高熔点增强纤维作为一方面，和较低熔点纤维作为另一方面，由相同的塑料或者相同的塑料类型构成。因此，例如，可使用较高熔点的聚丙烯纤维作为增强纤维并且使用较低熔点的聚丙烯