多层复合材料组合物、其制造方法及由其得到的制品的制作方法
【专利说明】多层复合材料组合物、其制造方法及由其得到的制品
[0001]发明领域
本发明涉及包括包含热塑性聚合物A的表面层和包含基于聚合物复合材料的热塑性(甲基)丙烯酸类基质和作为增强物的纤维状材料的底材层的多层组合物。所述多层组合物适合具有装饰性表面外观的机械或结构部件或制品。
[0002]本发明还涉及制造多层机械或结构部件或制品和三维机械或结构部件的方法。
[0003]技术问题
在其使用期间必须吸收高应力的机械或结构部件或制品由复合材料广泛制造。复合材料为两种或更多种不混溶材料的宏观组合。该复合材料至少由形成用于结构内聚的连续相的基质材料和用于机械性质的具有各种构造的增强材料构成。常将纤维状材料用作增强材料。
[0004]使用复合材料的目的在于由该复合材料实现在其单独的成分单独使用时无法得到的性能。因此，复合材料由于与均质材料相比其较佳的机械性能(较高的拉伸强度、较高的拉伸模量、较高的断裂韧性)及其低密度而显著地广泛用于例如建筑、汽车、航空航天、运输、休闲、电子仪器和体育的多个工业部门中。
[0005]就在商业工业规模中的体积而言，最重要的一类是具有有机基质的复合材料，其中该基质材料通常为聚合物。聚合物复合材料的主要基质或连续相为热塑性聚合物或热固性聚合物。
[0006]热固性聚合物基质的主要缺点在于其刚性。该基质无法容易地成型为其他形式。聚合物一旦固化，该形式就是固定的。这还使得难以再循环热固性复合材料和包含所述热固性复合材料的制得的机械或结构部件或制品，其被在水泥厂中烧掉或扔进废料堆。
[0007]对于热成型和再循环，优选热塑性聚合物。
[0008]然而，由基于纤维的复合材料制造的这类结构部件或制品的表面没有美观性或装饰性。在表面上可见到纤维或纤维状底材的结构。该表面不是平面或该结构部件或制品的表面在均质表面粗糙度的意义上不是均质的。
[0009]为了在纤维增强的复合材料的可见表面上提供品质精整性，施用额外的表面层。这可为凝胶漆层或油漆层。
[0010]凝胶漆层通常基于环氧化物或不饱和聚酯化学，将其固化以在复合材料的背面形成交联聚合物。
[0011]由于表面层的交联，包含热塑性复合材料的多层组合物无法再循环和热成型。
[0012]热固性聚合物由交联的三维结构组成。该交联通过固化在所谓的预聚物内的反应性基团实现。固化例如可通过加热聚合物链以使该材料永久地交联并硬化来实现。
[0013]为了制备聚合物复合材料，将预聚物与例如玻璃珠或纤维的另一组分或润湿或浸渍的另一组分混合，然后固化。热固性聚合物的预聚物或基质材料的实例为不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧化物或酚类材料。
[0014]本发明的目的在于解决上述缺点。
[0015]本发明的一个目的在于具有满足表面外观、掩藏由热塑性复合材料组成的层的纤维状外观的包含热塑性复合材料的多层结构部件。
[0016]本发明的另一目的在于具有在相应层之间具有粘附性、特别是避免额外胶粘剂的包含热塑性复合材料的多层结构部件。
[0017]本发明的另一目的在于具有由于各层的某一挠性而可转化并成型为形式的包含热塑性复合材料的多层结构部件。
[0018]本发明的另一目的在于包含复合材料的多层结构部件或不满足品质标准的多层结构部件或磨损的多层结构部件的再循环。应理解在再循环时回收所使用的原料的至少一部分。这意指磨碎或再次使用相应层的热塑性聚合物。这还意指例如可回收来自热塑性基质或复合材料和/或其他相应层的单体。
[0019]本发明的另一目的在于提供可以低成本进行并能够大规模制造以生成包含本发明的热塑性复合材料的多层结构部件的方法。另外，所述方法包括应当使用市售组分容易且简单地进行。并且，部件的制造应该可重现且快速意指短循环时间。
[0020]发明背景。
现有技术
[0021]文献W02012/088569描述改善复合材料的表面品质的生产方法。
[0022]文献W02012/136235描述生产具有A类表面的复合纤维多涂层机身的方法。该表面通过在模具的内部喷雾施用模具内涂覆体系和脱模剂并将其固化而得到。该涂料不是热塑性的且因此不能热成型或再循环。
[0023]文献W02007/021797描述用于涂覆热塑性复合材料的表面的粉末涂料组合物。该粉末涂料包含乙酸乙烯酯共聚物和热塑性粘合剂和/或热固性粘合剂。
[0024]在现有技术中，没有描述包括包含热塑性复合材料作为底材层和热塑性装饰性表面层的根据本发明的多层组合物的机械或结构部件或制品。
[0025]发明简述
令人惊奇地发现用于生产机械或结构部件或制品的多层组合物包括:
a)包含热塑性聚合物A的表面层；
b)包含聚合物复合材料的底材层，
其特征在于所述聚合物复合材料包含聚合物热塑性(甲基)丙烯酸类基质和作为增强物的纤维状材料，其中所述纤维状材料包含具有至少1000的纤维纵横比的纤维或所述纤维状材料具有解决上述技术问题的二维宏观结构。
[0026]还发现制造用于机械或结构部件或制品的多层组合物的方法包括以下步骤:
a)使包含热塑性聚合物A的表面层热成型；
b)将纤维状底材定位在所述热成型表面层的一侧上；
c)用液态(甲基)丙烯酸类浆浸渍所述纤维状底材；
d)使浸渍所述纤维状底材的所述液态(甲基)丙烯酸类浆聚合，
产生用于解决上述技术问题的机械或结构部件或制品的多层组合物。
[0027]另外，还发现制造用于机械或结构部件或制品的多层组合物的方法包括以下步骤:
a)用液态(甲基)丙烯酸类浆浸渍纤维状底材； b)使浸渍所述纤维状底材的所述液态(甲基)丙烯酸类浆聚合；
c)将包含热塑性聚合物A的表面层层压到在步骤b)中的聚合之后得到的层的至少一侧上，
产生用于解决上述技术问题的机械或结构部件或制品的多层组合物。
[0028]发明详述
根据第一方面，本发明涉及用于制造机械或结构部件或制品的多层组合物，其包括:
a)包含热塑性聚合物A的表面层；
b)包含聚合物复合材料的底材层，
其特征在于所述聚合物复合材料包含聚合物热塑性(甲基)丙烯酸类基质和作为增强物的纤维状材料，其中所述纤维状材料包含具有至少1000的纤维纵横比的纤维或所述纤维材料具有二维宏观结构。该多层组合物呈现在图1中。
[0029]根据另一方面，本发明涉及用于制造机械或结构部件或制品的多层组合物，其包括:
a)包含热塑性聚合物A的表面层；
b)包含热塑性聚合物B的中间层；
c)包含聚合物复合材料的底材层，
其特征在于所述聚合物复合材料包含聚合物热塑性(甲基)丙烯酸类基质和作为增强物的纤维状材料，其中所述纤维状材料包含具有至少1000的纤维纵横比的纤维或所述纤维材料具有二维宏观结构。该多层组合物呈现在图2中。
[0030]所使用的术语“表面层”指示该层为多层组合物的暴露于环境的顶层或外层。
[0031]所使用的术语“底材层”指示该层包含多层组合物的热塑性聚合物复合材料。
[0032]所使用的术语“中间层”指示该层在多层组合物的表面层和底材层之间。该中间层可邻近于这两个其他层中的任一个，但这并不是必须的。
[0033]所使用的术语“纤维状底材”指示可以条、毛条头、编织带、锁(lock)或片段形式的织物、毡或无纺布。
[0034]所使用的术语“(甲基)丙烯酸类树脂”指示所有种类的丙烯酸类和甲基丙烯酸类单体。
[0035]所使用的术语“聚合物热塑性(甲基)丙烯酸类基质”指示聚合物热塑性(甲基)丙烯酸类基质主要包含包含构成聚合物热塑性(甲基)丙烯酸类基质的50重量％或更多的(甲基)丙烯酸类单体的聚合物。
[0036]所使用的术语“PMMA”指示甲基丙烯酸甲酯(MMA)的均聚物或共聚物，对于MMA共聚物而言，在PMMA内MMA的重量比为至少70重量％。
[0037]所使用的术语“单体”指示可进行聚合的分子。
[0038]所使用的术语“聚合”指示将单体或单体混合物转化成聚合物的方法。
[0039]所使用的术语“热塑性聚合物”指示在加热时变成液体或变得更具流动性或粘性更低且通过施加热(热成型)和压力而呈现新形状的聚合物。在冷却之后，聚合物再次变硬且保持所形成的形状。
[0040]所使用的术语“聚合物复合材料”指示包含多个不同相域的多组分材料，其中