制备塑料复合部件(ck)的方法
【专利说明】制备塑料复合部件(CK)的方法
[0001] 本发明涉及用于制备塑料复合部件(CK)的方法，其中将第一纤维材料(F1)用聚酰 胺基体聚合物(PAM)浸渍以获得基体组合物(MZ)，向其施用表面组合物(0Z)，获得第一塑料 组件(K1)。在第二步中，将第二塑料组件(K2)模塑到第一塑料组件(K1)上，得到塑料复合组 件(CK)。本发明还涉及可通过本发明的方法获得的塑料复合部件(CK)。本发明还提供聚乙 烯亚胺(PEI)用于改进聚酰胺基体聚合物(PAM)对第一纤维材料(F1)浸渍的用途。
[0002] 多年来，纤维增强塑料已在许多应用领域中被确立为用作金属部件的替代物的材 料。因此，纤维增强塑料板也称为有机片材。使用纤维增强塑料旨在降低所用材料的重量和 材料的生产成本。在纤维增强塑料部件中，玻璃纤维、碳纤维或以无炜稀松布或机织物形式 存在的芳族聚酰胺纤维通常被聚合物包围。由此获得的纤维增强塑料部件可廉价地生产、 与可比较的金属部件相比要轻，并且明显具有良好的机械特性。
[0003] 对于第一纤维增强塑料部件而言，使用热固性聚合物作为聚合物组分。为了在加 工和进一步加工以及在可用纤维增强塑料制造的成形体方面实现更大的结构自由度，已经 开发出包含热塑性塑料作为聚合物组分的纤维增强塑料。
[0004]为进一步增大结构和构造选择的自由度，纤维增强塑料可通过焊接和夹物模压进 行进一步处理。连续纤维增强平板型塑料部件的焊接和夹物模压记载于例如Marco Wacker et.al.SchweiPen und Umspritzen von Organoblechen"[Welding and Insert Molding of Organosheets]，KU-Kunststoffe，Karl Hanser Verlag Munich,volume 92 (2002)，6中。通过其中所记载的用于模内涂布和夹物模压的方法，可将功能元件安装在纤 维增强平板型塑料部件上。为此目的，将所述纤维增强平板型塑料在被插入模具之前预加 热，然后与第二聚合物一起夹物模压。
[0005] 为了实现第一塑料部件与被注入至模具中的第二聚合物之间的良好的粘合，必 须，如上所述，将第一塑料元件预加热。就预加热而言，可使用例如红外源或烘箱。预加热使 得第一塑料部件软化并且可使其表面部分地熔化。也可以在模具外进行加热。也可直接在 模具内进行加热。以此方式，可避免软化的第一塑料元件变形。
[0006] 为了实现第一塑料元件与第二塑料元件之间的足够高的粘合强度(粘合力），必须 使第一塑料元件的表面的部分熔化足够深，以产生稳定的焊接粘合。由于优选在模具中加 热第一塑料元件，所以对于要从模具中移出成品模制品而言需要一个高周期时间，因为通 常直到使第一塑料元件的聚合物与被注入模具中作为第二塑料元件组分的聚合物已经固 化达到模制品为尺寸稳定的程度为止，才可移出。为此目的，通常在移出成品模压物之前将 模具冷却。
[0007] 现有技术记载了多种方法用于实现第一塑料元件与第二塑料元件之间的足够的 粘合力，并因此使所得的塑料复合部件(CK)具有良好的稳定性。
[0008] US 2008/0176090 A1记载了一种包含第一塑料组件与第二塑料组件的塑料复合 部件。通过在第一塑料组件与第二塑料组件之间使用所谓的粘合促进剂层来提高粘合力。 所述粘合促进剂层包含乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物或离子交联聚合物， 例如具有羧基的基于乙烯的聚合物并且其中羧基已被金属离子中和。记载于US 2008/ 0176090中的塑料复合部件已具有良好的粘合力，但是因需要额外的粘合促进剂层，所以其 制备复杂。
[0009] US 2012/0027983记载了聚酰胺复合部件，其中单独的粘合促进剂层的使用并不 是绝对必要的。该塑料复合部件同样具有第一塑料组件和第二塑料组件，至少一个塑料组 件含有1重量％至15重量％的官能化的聚烯烃用于提高第一塑料组件与第二塑料组件之间 的粘合力。所用的官能化的聚烯烃为，例如，用马来酸酐接枝的聚烯烃。
[0010]在塑料复合部件中，所使用的第一塑料元件通常为纤维增强塑料元件。为此目的， 例如将纤维垫用塑料浸渍。对于浸渍，使塑料熔化从而基本上包围纤维垫。为实现塑料复合 部件的良好的稳定性，此处必须使塑料完全渗入纤维垫。纤维垫中的各纤维应被熔融的塑 料基本包裹。在现有技术所记载的方法中，为此目的必须将塑料加热至高温以使塑料熔体 达到足够低的粘度从而确保完全包裹纤维垫。
[0011] 必须用塑料完全包裹纤维垫以确保在已将第二塑料元件模塑在其上之后的塑料 复合部件的良好的稳定性。
[0012] 由于高温导致在塑料熔体上产生热应力，因此现有技术中所记载的高温对于纤维 垫的浸渍而言是不利的。其可导致塑料熔体中的聚合物链的降解。此外，在现有技术所记载 的方法中并不总是能够可靠地确保完全包裹纤维垫的各纤维。
[0013] 因此本发明的目的是提供一种用于制备复合塑料部件的方法，其能可靠地确保完 全包裹所用的纤维材料。此外，该方法还应可靠地确保即使是在相对低的温度下，也能完全 包裹纤维材料中的各纤维。此外，塑料复合部件应具有提高的或至少相当的在两个塑料元 件之间的粘合力。此外塑料复合部件对热应力还应是稳定的。通过该方法获得的塑料复合 部件应具有改进的或至少相当的耐热老化性(WAB)。该方法应当是操作简单且廉价的。可通 过该方法获得的塑料复合部件应当具有良好的机械特性。特别是第一塑料组件与第二塑料 组件之间的良好的粘合力，以及改进的耐热老化性(WAB)。
[0014] 所述目的通过一种用于制备塑料复合部件(CK)的方法来实现，所述方法包括以下 步骤：
[0015] a)制备第一塑料组件(K1)，包括以下步骤：
[0016] ia)将第一纤维材料(F1)用聚酰胺基体聚合物(PAM)浸渍以获得基体组合物(MZ)， 以及
[0017] ib)将包含聚酰胺表面聚合物(ΡΑ0)的表面组合物(0Z)施用至基体组合物(MZ)以 获得第一塑料组件(K1)，所述表面组合物(0Z)形成第一塑料组件(K1)的表面，
[0018] b)将包含聚酰胺模塑聚合物(PAA)的第二塑料组件(K2)模塑到(K1)的表面上，
[0019] 其中
[0020] 所述基体组合物(MZ)包含聚乙烯亚胺(PEI)。
[0021]出人意料地，已发现本发明的方法可靠地确保了通过浸渍完全包裹第一纤维材料 (F1)。在本发明的方法中，浸渍可在相对较低的温度下进行。通过本发明方法制备的塑料复 合部件(CK)具有提高的在第一塑料组件(K1)与第二塑料组件(K2)之间的粘合力。因此可通 过本发明方法获得的塑料复合部件(CK)具有良好的机械特性，特别是在第一塑料组件(K1) 与第二塑料组件(K2)之间的很好的粘合力。所述塑料复合部件(CK)可通过本发明方法较便 宜地制备，因为制备过程必须采用较低的温度。此外，与通过现有技术中所记载的方法所制 备的塑料复合部件相比，可通过本发明方法获得的塑料复合部件(CK)具有改进的热老化稳 定性(WAB)。
[0022]以下关于制备塑料复合部件(CK)的方法的细节和优选方案相应地适用于塑料复 合部件(CK)，以及适用于聚乙烯亚胺(PEI)在制备塑料复合部件(CK)中用于改进对第一纤 维材料(F1)的浸渍的用途。
[0023] 第一塑料组件(K1)
[0024] 第一塑料组件(K1)在下文中也简称为K1;基体组合物(MZ)在下文中也简称为MZ。 聚酰胺基体聚合物(PAM)在下文中也简称为PAM。第一纤维材料(F1)在下文中也简称为F1。 表面组合物(0Z)在下文中也简称为0Z。聚酰胺表面聚合物(ΡΑ0)在下文中也简称为ΡΑ0。
[0025] 基体组合物(MZ)
[0026] 基体组合物(MZ)包含聚酰胺基体聚合物(PAM)和至少一种用于增强的第一纤维材 料(F1)。在本文的上下文中，术语"聚酰胺基体聚合物(PAM)"应理解为意指恰好一种聚酰胺 基体聚合物(PAM)或者为两种以上的聚酰胺基体聚合物(PAM)的混合物。这同样适用于术语 "至少一种第一纤维材料(F1)"。根据本发明，这应理解为意指恰好一种第一纤维材料(F1) 或者为两种或更多种纤维材料(F1)的混合物。
[0027] 聚酰胺基体聚合物(PAM)
[0028] 如上述所解释的，所用的聚酰胺基体聚合物(PAM)可为恰好一种聚酰胺基体聚合 物(PAM)。也可使用两种以上的聚酰胺基体聚合物(PAM)的混合物。合适的聚酰胺基体聚合 物(PAM)通常具有90至350mL/g，优选110至240mL/g的粘度值。所述粘度值根据ISO 307在25 °C下由0.5重量％的聚酰胺基体聚合物(PAM)于96重量％硫酸中的溶液来测定。
[0029] 优选的聚酰胺基体聚合物(PAM)为半结晶或无定形聚酰胺。合适的聚酰胺基体聚 合物