混合型玻璃纤维碳纤维热塑性复合物的制作方法_2

文档序号:9793115阅读:来源:国知局
br>[0052]-两个由碳纤维制成的纤维材料层(a),其具有大于或等于150g/m2的基重。
[0053]在本发明的另一个方面,所述复合结构包含以聚酰胺树脂组合物浸渍的五个纤维 材料层,其具有以下的布置:
[0054]-一个由织造玻璃纤维制成的纤维材料层(a),其具有大于或等于200g/m2的基重, [0055]-两个或更多个由碳纤维制成的纤维材料层(b),其具有大于或等于150g/m2的基 重,
[0056]-一个由织造玻璃纤维制成的纤维材料层(c),其具有大于或等于200g/m2的基重。 [0057]在本发明的另一个方面,所述复合结构包含以聚酰胺树脂组合物浸渍的八个纤维 材料层,其具有以下的对称布置:
[0058]-一个由织造玻璃纤维制成的纤维材料层(a),其具有大于或等于200g/m2的基重, [0059]-一个或多个由碳纤维制成的纤维材料层(b),其具有大于或等于150g/m2的基重, 任选地是基于12k碳的编织物,或者任选地是UD基碳无褶织物(NCF),
[0060] -一个由织造玻璃纤维制成的纤维材料层(C),其具有大于或等于200g/m2的基重,
[0061] --个或多个由碳纤维制成的纤维材料层(d),其具有大于或等于150g/m2的基重, 任选地是基于12k碳的编织物,或者任选地是UD基碳NCF。
[0062] 通过包括使用聚酰胺树脂组合物浸渍所述由碳纤维制成的纤维材料和所述由玻 璃纤维制成的纤维材料的步骤的方法来制备所述复合结构。优选地,通过热压使用所述聚 酰胺树脂组合物来浸渍所述纤维材料。在热压期间,所述纤维材料和所述聚酰胺树脂经受 热和压力,以使聚合物熔融并且渗透进该纤维材料,并且因此而浸渍所述纤维材料。
[0063] 通常在介于2至100巴之间的压力,并且在更优选介于10至40巴之间的压力下,和 比所述聚酰胺基质树脂组合物和聚酰胺表面树脂组合物熔点高的温度下,优选地比所述熔 点高至少约20°C的温度下实施热压,以实现适当浸渍。加热可通过多种方式来完成,包括接 触加热、辐射气体加热、红外线加热、对流或强制对流、感应加热、微波加热或它们的组合。
[0064] 制备本发明的复合结构的方法包括以下步骤:
[0065] a)提供两个或更多个由碳纤维制成的纤维材料层,其具有大于或等于150g/m2的 基重,
[0066] b)提供一个或多个由玻璃纤维制成的纤维材料层,其具有大于或等于200g/m2的 基重,以及
[0067] c)以膜或粉末形式提供聚酰胺树脂组合物,其中将所述聚酰胺组合物置于由碳纤 维制成的纤维材料层和由玻璃纤维制成的纤维材料层之间。
[0068] d)在加和压力下,使所述聚酰胺树脂组合物被所述纤维材料层浸渍。
[0069] e)使所述复合结构冷却,并且随后回收所述复合结构。
[0070] 在优选的实施例中,步骤C)的聚酰胺树脂组合物在290°C下具有10Pa S至200Pa s,更优选地50Pa s至150Pa s的恪体粘度,以及大于或等于15,000g/mol的重均分子量。
[0071] 此方法对于半连续或连续压方法(如双带压或连续压塑模制)尤为良好,这是由于 对于快速浸渍以高速制备层压体来产生高产量的需求所造成的。
[0072]在另一个优选的实施例中,对步骤b)的由碳与玻璃纤维制成的纤维材料层进行浸 渍直至获得具有低于2%的空隙含量的复合结构,其在超过320°C的温度下在低于2分钟的 时间段中进行,优选地在320°C至350°C下进行,并且更优选地在360°C至390°C下进行,并且 压力高于20巴。
[0073] 已经发现,由玻璃纤维制成的纤维材料的存在实现了对由碳纤维制成的纤维材料 的更快浸渍速度,其转化成为对所述复合结构更快的整体制造周期。
[0074] 可通过静态方法或连续方法(还称为动态方法)来施加浸渍过程期间所用的压力, 因速度原因而优选连续方法。浸渍方法的示例无限制地包括真空模塑、模内涂覆、横向模挤 出、挤拉成型、线材涂覆型方法、层压、压印、隔膜形成或加压模塑,层压是优选的。
[0075] 用于浸渍纤维材料的一个方法的示例是层压法。层压法的第一步涉及通过加热区 中相对的受压辊或带将热和压力施加到所述纤维材料,所述聚酰胺树脂组合物上,然后优 选地通过加压装置在冷却区连续施加压力,以完成固结并将所浸渍的纤维材料冷却。层压 技术的示例无限制地包括压延、平台层压和双带压力机层压。当将层压用作浸渍方法时,优 选使用双带压力机进行层压。
[0076] 可通过常规方法(诸如粉末涂覆、膜层压、挤出涂覆或其中两种或更多种方法的组 合)将所述聚酰胺树脂组合物施用到所述纤维材料,前提条件是该聚酰胺树脂组合物施用 在该复合结构表面的至少一部分上。
[0077] 在粉末涂覆方法期间,将已通过常规碾磨方法获得的聚合物粉末施用到纤维材 料。可通过散射、喷洒、喷涂、热喷涂或火焰喷涂、或流化床涂覆方法将粉末施用到纤维材 料。可向纤维材料施加多个粉末涂覆层。任选地,粉末涂覆方法可进一步包括对纤维材料上 的粉末进行后烧结的步骤。将所述聚酰胺树脂组合物施用到所述纤维材料,使得所述复合 结构表面的至少一部分包含该聚酰胺树脂组合物。随后,对粉末涂覆的纤维材料进行热压, 并可任选对加压区之外的粉末涂覆的纤维材料进行预热。
[0078] 在膜层压期间,通过,例如层叠,来将包含所述聚酰胺树脂组合物的一种或多种膜 施用到所述纤维材料的一个或多个层上,所述膜已通过本领域已知的常规挤出方法如吹塑 膜挤出、流延膜挤出和流延片材挤出而获得。。随后,在膜层压体上进行热压,所述膜层压体 包含由所述聚酰胺树脂组合物制成的一种或多种膜以及所述纤维材料。在热压期间,所述 膜熔融并且渗透包围所述纤维材料,成为用聚酰胺树脂包围纤维材料的聚合物连续统一 体。
[0079] 在挤压涂布期间中,将由聚酰胺树脂组合物制得的粒料和/或颗粒熔融并且通过 一个或多个平模挤出以形成一个或多个熔帘,随后通过以与膜层压工艺相类似的方式铺放 所述一个或多个熔帘而将熔帘施用到纤维材料上。随后,对层状结构进行热压以提供本发 明的复合结构。
[0080] 根据最终应用,所述复合结构可成型为期望的几何形状或构型。
[0081] 使所述复合结构成型的一种方法包括在浸渍步骤后使该复合结构成型的步骤。成 型所述复合结构可通过压塑、压印或利用热和压力的任何技术来完成,优选压塑和压印。优 选地,使用液压压型机来施加压力。在压塑或烫印过程中,通过加热装置将复合结构预热到 聚酰胺树脂组合物的熔体温度之上,并转移到形成或成型装置例如包含模具的压模机中, 所述模具具有最终期望的几何形状的腔体,复合结构从而被成型为期望的构型,随后在冷 却到低于聚酰胺树脂组合物熔体温度的温度后从压机或模具中移除。
[0082] 纤维材料
[0083] 以聚酰胺树脂组合物浸渍的本发明的纤维材料可为本领域技术人员已知的任何 适宜的垫、织物、或幅材形式。这类纤维材料的合适的示例包括织造织物或非织造织物或 垫,单向的股线或纤维等等。所述复合结构可包含多个纤维材料层,所述纤维材料层经一种 或多种聚酰胺树脂组合物浸渍。
[0084] 所述纤维材料优选地选自织造结构或非织造结构(例如垫、毡、织物或幅材)纺织 品、纤维絮、两种或更多种材料的混合物、以及它们的组合。非织造结构可选自无规纤维取 向的或定向的纤维结构。无规纤维取向的示例无限制地包括可为垫、针刺垫或毡形式的材 料。定向的纤维结构的示例无限制地包括单向纤维股线、双向股线、多向股线、多轴向纺织 品。纺织品可选自织造形式、针织品、编织品以及它们的组合。
[0085] 如本文所用,术语"以聚酰胺树脂组合物浸渍的纤维材料"是指聚酰胺树脂组合物 包封并且嵌入所述纤维材料,以形成基本上被树脂组合物包围的纤维材料互穿网络。出于 本文的目的,术语"纤维"被定义为宏观上均匀的具有高长宽比的主体,所述宽度横跨垂直 于长度方向的截面。纤维截面可为任何形状,但是通常为圆形或椭圆形。
[0086]优选地,所述纤维材料选自单向无褶织物或织造织物,其中所述结构由碳纤维制 成。更优选地,由碳纤维制成的纤维材料为由具有大于或等于12,000,优选地大于或等于 30,000的丝束大小的碳纤维制成的织造织物。
[0087]优选地,由碳纤维制成的纤维材料具有大于或等于1500g/m2,更优选地大于或等 于300g/m2的基重。
[0088] 优选地,所述纤维材料选自织造结构,其中所述的结构由玻璃纤维制成。优选地, 由玻璃纤维制成的纤维材料具有大于或等于200g/m 2,更优选地大于或等于300g/m2
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