阻燃纤维基体半成品制造技术

本发明专利技术涉及阻燃纤维基体半成品，该半成品包含一种聚碳酸酯作为热塑性基体材料，并且涉及其在经受增加的阻燃性要求的部件中，优选地作为用于电气或电子零件的罩壳材料，特别优选地作为用于IT设备，特别在平面屏监视器、笔记本电脑、移动电话或平板电脑中的罩壳，作为用于屏蔽除其他之外在断路器中的短路诱导的电弧闪光的配件，并且总体上作为在建筑物、客运车辆、商用车辆并且在货运应用并且在公用运输工具中的火焰屏障的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及阻燃纤维基体半成品，该半成品包含一种聚碳酸酯热塑性基体材料，并且涉及其在经受增加的阻燃性要求的部件中，优选地作为用于电气或电子零件的罩壳材料，特别优选地作为用于IT设备，特别在平面屏监视器、笔记本电脑、移动电话或平板电脑中的罩壳，作为用于屏蔽除其他之外在断路器中的短路诱导的电弧闪光的配件，并且总体上作为建筑物、客运车辆、商用车辆、在货运应用以及公用运输工具中(例如在轨道车辆和公共汽车中)的火焰屏障的用途。
技术介绍
基于热塑性塑料的纤维基体半成品可以表示一种如铝、镁或钢合金的材料的重量节省的替代物。与金属片材相比，所述产品具有较低的导电性的附加优点，导电性特别在电气或电子部件应用中是特别重要的。在本专利技术的上下文中的纤维基体半成品是轻的且刚性的由热塑性基体制成的半成品片材，在该热塑性基体中嵌入部分或完全浸渍的长或连续的纤维。虽然这些纤维对复合材料的机械特性(如强度和刚度)具有确定的影响，但由至少一种热塑性塑料制成的基体在这些纤维之间传输力、支持这些纤维抵抗屈曲、并且保护所述纤维免受外部侵蚀。这些纤维可以例如在仅仅一个方向上定向(单向的，例如作为一个条带)，可在彼此成直角(正交的或平衡的)的两个方向上延伸或者可以在以准各向同性的形式彼此成任何所希望的角度放置。连续纤维具有这样的优点：它们能够被高定向度地并且因此相对大量地引入到处于高度延伸状态的热塑性塑料基体中。所述纤维此外允许仅经由这些纤维在纤维基体半成品内的施力点之间力传递，因此增加了基于此类纤维基体半成品的部件的机械性能。用于纤维基体半成品的热塑性基体的构造的典型材料是聚碳酸酯。除了非常良好的冲击强度之外，聚碳酸酯还具有生产非常平滑且均匀的表面的优点，这是特别用于经受要求的光学要求的组件的一个重要的考虑。是一种无定形的热塑性塑料，聚碳酸酯还是高度透明的并且允许该纤维基体看得见，例如在用于最终用户的罩壳的应用中这是一个美学优点，而且因为它因此更容易认识对该纤维基体的损害，还是一个具体的技术优点。DE4116800A1披露了由聚碳酸酯和缎纹组织碳纤维织物制成的构造的纤维复合材料的一个实例。在另一方面，US2009/0023351A1描述了阻燃树脂组合物以及有待由此产生的预浸料，但是没有披露使用聚碳酸酯作为热塑性塑料。相比之下，US2013/0313493A1描述了用于注塑模制的包含由玻璃、碳或金属制成的短纤维的阻燃聚碳酸酯组合物。EP2410021A1还描述了纤维增强的树脂组合物，可以除其他之外基于聚碳酸酯的这些树脂组合物可包含玻璃纤维、碳纤维或金属纤维作为填充剂并且是用于熔融配混机中。特别地与由金属制成的材料相比，包含聚碳酸酯作为热塑性基体聚合物的纤维基体半成品的很大的缺点是增加的可燃性，与该纤维材料的“灯芯效应”结合的可燃性是所使用的塑料材料基体的可燃性的直接后果。在纤维基体半成品中的灯芯效应的一个典型的特征是由该纤维材料制成的灯芯本身不燃烧但是促进有机热塑性塑料的燃烧。这限制了热塑性塑料基纤维基体半成品特别地在经受增加的阻燃性要求的应用的领域中的用途，例如在电气和电子领域并且在IT的领域而且还在用于公用运输工具(例如舰船、轨道车辆和公共汽车)的零件中。因此，在电子领域中，特别批准的是常常仅授予给按照UL94为V-0级分类的材料，即，没有燃烧滴没有并且迅速自行熄灭(保险商实验室公司(UnderwritersLaboratoriesInc.)，安全标准(StandardofSafety)，“用于在设备和器具中的零件的塑料材料的可燃性的实验(TestforFlammabilityofPlasticMaterialsforPartsinDevicesandAppliances)”，第14至18页，诺斯布鲁克(Northbrook)2006)。另一个缺点是用聚碳酸酯基体完全浸渍该纤维材料并且因此获得在该热塑性塑料基体与纤维基体之间的完美结合的难度，这进而是用于实现开始的时候描述的非常高的强度和刚度的先决条件。与模制化合物相比，其中该热塑性塑料和这些纤维可以在一个混合装置中彼此紧密地混合，这个选项不可以在纤维基体半成品的生产中使用。在此，特别将重点放在浸渍由粗纱组成的纤维半成品上。在聚碳酸酯的情况下，有待考虑的另一个方面是其低的应力-破裂耐受性。基于聚碳酸酯的纤维基体半成品的强度与刚度可以特别地受与介质的接触而消极地影响。然而，应力-破裂形成和失效抵抗应力-破裂耐受性对于评估塑料材料的长期性能并且在本专利技术情况下是根据本专利技术的纤维基体半成品，特别在介质、温度和高能辐射的结合的作用下具有必要的重要性。与常常复杂的影响因素和应力-破裂性能的实际重要性的这个多重性相称，存在现存的许多标准的测试方法。这些标准是用于最终零件的测试方法的主要标准。除了这些熟练的测试方法之外，对于发展与优化允许使用标准的试样的特征确定的构造的材料的领域发展了方法。这三种最重要的方法是：·根据DINENISO22088-2的拉伸蠕变试验·根据DINENISO22088-3的弯曲带方法(bentstripmethod)，以及·球或销压印方法DINENISO22088-4JP2014-091825A2传授了一种聚碳酸酯基碳纤维预浸料，其中在浸渍性能上的改进通过使用与单向碳纤维基体组合的具有从1至100Pas的熔体粘度的聚碳酸酯来实现。然而，单向的纤维基体就机械强度而言限制了应用领域。此外这个文献没有提供用于改进阻燃性特性的解决方案。JP2013-256616A2描述了一种用于改进浸渍的三段法，该方法包括最初地将增强纤维预浸渍在一种包含特定的聚碳酸酯共聚物的溶液中，加热所述纤维以排除该溶剂并且然后以交替的方式压制这些预浸渍的增强纤维与聚碳酸酯薄膜。这种方法被认为是非常昂贵且不便的并且此外同样没有提供用于改进自熄性性能的解决方案的尝试。此现有技术没有进入与满足在纤维基体系统(特别是基于玻璃纤维织物或碳纤维织物的那些)中特别的阻燃性要求和浸渍程序相关的特定问题，同时至可能最大程度地保留聚碳酸酯的典型的光学透明性。通过本专利技术所解决的问题因此是提供基于聚碳酸酯的阻燃纤维基体半成品的问题，该半成品符合按照UL94的V-0级并且没有含有卤素阻燃剂。尽可能地，用阻燃体系的添加(additivization)不应该损害用于浸渍并且固结该纤维基体半成品所基于的纤维材料的程序。最后，根据本专利技术的纤维基体半成品的应力-破本文档来自技高网...

【技术保护点】
纤维基体半成品，包含i)至少一种选自下组的纤维材料：由玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、天然纤维、聚合物纤维和/或其组合制成的无纬物、织造物、编带、拉伸环针织物、非织造物、粗纱、毡、缝合的织物和其组合，以及ii)热塑性基体，包含A)10至97wt％、优选20至90wt％、特别优选35至82wt％的至少一种来自聚碳酸酯的组的热塑性塑料，以及B)3至90wt％、优选10至35wt％、特别优选18至32wt％的一种或多种具有式(I)的磷腈和/或一种或多种具有式(II)的磷腈，其中R1、R2是相同的或不同的并且表示烷基、环烷基、芳基、或烷芳基，R3、R4是相同的或不同的并且表示烷基、环烷基、芳基、或烷芳基，R5表示–N＝P(OR3)3、–N＝P(OR4)3、–N＝P(O)OR3或–N＝P(O)OR4，R6表示–N＝P(OR3)4、–N＝P(OR4)4、–N＝P(O)(OR3)2或–N＝P(O)(OR4)2，a是在从3至25的范围内的整数，并且b是在从3至10000的范围内的整数，其中在该热塑性基体ii)中的重量百分比的总和始终等于100并且其中该纤维材料i)用该热塑性基体ii)浸渍并且该纤维材料i)在该纤维基体半成品中的体积分数是在从25至65vol％的范围内。...

【技术特征摘要】
2014.11.17 EP 14193396.01.纤维基体半成品，包含
i)至少一种选自下组的纤维材料：由玻璃纤维、碳纤维、矿物
纤维、天然纤维、聚合物纤维和/或其组合制成的无纬物、织造物、
编带、拉伸环针织物、非织造物、粗纱、毡、缝合的织物和其组合，
以及
ii)热塑性基体，包含
A)10至97wt％、优选20至90wt％、特别优选35至82wt％
的至少一种来自聚碳酸酯的组的热塑性塑料，以及
B)3至90wt％、优选10至35wt％、特别优选18至32wt％
的一种或多种具有式(I)的磷腈和/或一种或多种具有式(II)的磷
腈，
其中
R1、R2是相同的或不同的并且表示烷基、环烷基、芳基、或烷
芳基，
R3、R4是相同的或不同的并且表示烷基、环烷基、芳基、或烷
芳基，
R5表示–N＝P(OR3)3、–N＝P(OR4)3、–N＝P(O)OR3或–N＝P(O)OR4，
R6表示–N＝P(OR3)4、–N＝P(OR4)4、–N＝P(O)(OR3)2或
–N＝P(O)(OR4)2，
a是在从3至25的范围内的整数，并且
b是在从3至10000的范围内的整数，
其中在该热塑性基体ii)中的重量百分比的总和始终等于100
并且其中该纤维材料i)用该热塑性基体ii)浸渍并且该纤维材料i)
在该纤维基体半成品中的体积分数是在从25至65vol％的范围内。
2.根据权利要求1所述的纤维基体半成品，其特征在于所使用的这些
聚碳酸酯是基于具有通式(IV)的双酚的均聚碳酸酯和共聚碳酸
酯，
HO-Z-OH(IV)
其中Z是包含6至30个碳原子以及一个或多个芳香基团的二价
有机基团。
3.根据权利要求2所述的纤维基体半成品，其特征在于这些聚碳酸酯
是基于具有式(IVa)的双酚
其中
A表示单键或来自集合C1-C5亚烷基、C2-C5烷叉基、C5-C6环烷
叉基、-O-、-SO-、-CO-、-S-、-SO2-、C6-C12亚芳基的基团，在其
上可以稠合另外的任选地包含杂原子的芳环，
或者A表示具有式(V)或(VI)的基团
R7和R8对于每一个Y是单独地可选择的，并且彼此独立地表
示氢或C1-C6烷基，优选氢、甲基或乙基，
B在每种情况下表示C1-C12烷基，优选甲基，卤素，优选氯和/
或溴，
x在每种情况下彼此独立地是0、1或2，
p为1或0，
Y表示碳，并且
m是从4到7的整数，其条件是在至少一个碳原子Y上，R7和
R8同时是烷基。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维基体半成品，其特征在于
R1、R2、R3和R4表示芳基和/或烷芳基，其中优选使用的芳基是包
含6-20个碳原子的那些，特别是苯基、甲基苯基、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨·恩特尔，马蒂亚斯·比恩米勒，马蒂亚斯·恩茨，
申请(专利权)人：朗盛德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE