连续纤维热塑性复合材料制造技术

提供了一种具有高流动性、低粘度热塑性树脂和连续纤维的连续纤维热塑性复合材料和由所述复合材料生产的制品，以及生产和使用所述连续纤维热塑性复合材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利申请要求于2013年8月1日提交的美国临时申请序列号61/861,188的优先权的利益，所述申请的教义以引用的方式整体并入本文。专利
本公开涉及包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续纤维的连续纤维热塑性复合材料、由所述复合材料制造的制品以及制造和使用所述复合材料的方法。背景目前正在研究热塑性复合材料，以用于在需要强的、但重量轻且有成本效益的解决方案的应用中将金属和/或木材替换为塑料。例如，世界上许多地方的汽车制造商目前面临挑战性燃料经济性和甚至更高要求的温室气体排放目标，所述温室气体排放目标已经开始逐步采用并且在下个十年将变得更严峻。在许多国家中，不能达到这些目标将导致大额经济罚款，这可能迫使不符合要求的汽车制造商破产。因此，寻找通过使用热塑性复合材料层合物减轻车身质量的方式(尤其在白车身(BIW)应用中)是非常吸引人的。其中期望以塑料替代金属或木材的另外的实例包括但不限于卡车/拖车负荷运载结构、飞机地板梁、住房建筑托梁等。已公开用于在具有短增强纤维诸如玻璃或碳纤维的工程塑料中用作基质材料的尼龙；此类工程塑料具有比纯尼龙更高的密度。具有约25％至60％短玻璃纤维的此类热塑性复合材料经常用在靠近发动机的模塑车部件诸如进气歧管中，其中此类材料的良好耐热性使得它们成为金属的可行的竞争对手。然而，相比于金属，玻璃填充的尼龙(GF尼龙)的模量或刚度非常低。例如，短纤维增强的尼龙具有仅钢的1/20的刚度。因此，这些GF尼龙难以用于白车身(BIW)结构应用中。短玻璃纤维的长度可以变化并且所述短玻璃纤维具有10至15微米的一般直径。研磨的短玻璃纤维大约1/32英寸(1.59mm)长，而短切玻璃纤维通常在1/8与1/4英寸(3.18与6.35mm)之间。连续纤维和尼龙复合材料提供更好的比强度(强度与密度的比率)和比模量(模量与密度的比率)，以及相当于金属刚度的刚度但无重量增加。此类连续纤维和热塑性树脂的复合材料可进料到挤出机中以制备纤维增强条带，然后使用所述纤维增强带材以形成层合物。Warwick大学的最新研究比较了由热塑性复合材料的单向条带生产的层合物与具有结构型钢和铝的连续E-玻璃纤维增强的聚酰胺6(PA6-GF60)的能量吸收特征(参见www2.warwick.ac.uk/fac/sci/wmg/research/lcvtp/presentations/4_presentation_-_physical_test_programmes__outcomes_by_n._reynolds_wmg.pdf,2011年11月)。已公开热塑性复合材料的各种条带和纤维，包括窄条带(0.12”～0.2”)，所述窄条带可用于装配大约12”含有在外部部分地涂布有树脂的玻璃纤维丝束的更宽条带(一种掺混织物，其中每个织物具有多个丝束并且每个丝束包含尼龙纤维和玻璃纤维的混合物)以及4”-6”具有由树脂完全润湿的玻璃纤维束的更宽条带。由尼龙6热塑性树脂和连续玻璃纤维制备且拉伸强度为450MPa至770MPa的条带和层合物可从BASF商购获得(BASFUltracomComposite.pdf，2013年9月)。粘结层合物还以商品名提供各种热塑性复合材料条带和层合物，其具有从约405MPa到最高至785MPa范围内的拉伸强度。然而，试图将热塑性复合材料技术应用到商业上可行的产品开发已面临与材料、产品制造方法和质量问题相关的挑战。因此，存在对具有期望的质量、较高产率和可接受成本的连续纤维热塑性复合材料的需要。
技术实现思路
本公开涉及一种适用于生产条带和织物产品的独特的连续纤维热塑性复合材料，所述条带和织物产品能够缝合和/或形成为具有被工程化以提供各种目标强度的区域的精确形状的层合物。这种独特的连续纤维热塑性复合材料及其条带和织物的层合物可用于赋予各向异性以及各向同性的取向，以在三维模塑的聚合物部件中实现最佳应力消散和/或分布。因此，本专利技术的一个方面涉及一种连续纤维热塑性复合材料，其包含粘合或粘结连续纤维的高流动性、低粘度热塑性树脂。在一个非限制性实施方案中，热塑性树脂包含尼龙、尼龙聚合物、尼龙共聚物或其组合或共混物。在一个非限制性实施方案中，热塑性树脂还包含降低树脂粘度和/或增加树脂流动的试剂。在一个非限制性实施方案中，连续纤维包括玻璃、碳、芳族聚酰胺和/或玄武岩(basalt)。在一个非限制性实施方案中，连续纤维还包含改善连续纤维与热塑性树脂之间的粘合的界面改性剂。本专利技术的另一方面涉及一种由热塑性复合材料挤出的纤维增强条带。本专利技术的另一方面涉及一种由包含热塑性树脂和连续纤维的连续纤维热塑性复合材料生产的制品。在一个非限制性实施方案中，所述制品为由所述连续纤维热塑性复合材料纺成的纤维或纱线。在一个非限制性实施方案中，所述制品为由所述纤维或纱线织造的纤维增强织物。在一个非限制性实施方案中，所述制品由所述热塑性复合材料或纤维增强条带模塑成。在一个非限制性实施方案中，模塑制品用作木材或金属产品的较不昂贵、较轻的替代物。在一个非限制性实施方案中，所述制品由所述热塑性复合材料或纤维增强条带注塑而得。在一个非限制性实施方案中，所述制品由所述热塑性复合材料或纤维增强条带压塑而得。在另一个非限制性实施方案中，所述制品为由一个或多个纤维增强条带或织物制备的层合物。本专利技术的另一方面涉及一种由所述连续纤维热塑性复合材料或其一个或多个条带或织物制备的层合物，所述层合物具有至少1000MPa的挠曲强度。本专利技术的另一方面涉及一种由所述连续纤维热塑性复合材料或其一个或多个条带或织物制备的层合物，所述层合物具有至少30GPa或30,000MPa的挠曲模量。本专利技术的另一方面涉及一种由所述连续纤维热塑性复合材料或其一个或多个条带或织物制备的层合物，所述层合物具有至少700MPa，更优选地至少900MPa的拉伸强度。本专利技术的另一方面涉及一种由所述连续纤维热塑性复合材料或其一个或多个条带或织物制备的层合物，所述层合物具有至少40,000MPa的拉伸模量。本专利技术的另一方面涉及一种用于制备连续纤维热塑性复合材料的方法，所述连续纤维热塑性复合材料包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续纤维。在此方法中，通过熔融过程、粉末过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续纤维热塑性复合材料，其包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续纤维。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.01 US 61/8611881.一种连续纤维热塑性复合材料，其包含高流动性、低粘度热
塑性树脂和连续纤维。
2.根据权利要求1所述的连续纤维热塑性复合材料，其中所述
热塑性树脂包含尼龙、尼龙聚合物、尼龙共聚物或其共混物或组合。
3.根据权利要求2所述的连续纤维热塑性复合材料，其中所述
尼龙、尼龙聚合物、尼龙共聚物或其共混物或组合选自由以下组成的
组：尼龙6,6、尼龙6、尼龙4,6；尼龙6,12；尼龙6,10；尼龙6T；尼
龙6I；尼龙9T；尼龙DT；尼龙DI；尼龙D6；尼龙7；尼龙6,6/D6；
尼龙DI/DT；尼龙6I/6T；尼龙6T/DT；以及尼龙6,6/6。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的连续纤维热塑性复合材料，
其还包含增加所述热塑性树脂的流动和/或降低其粘度的试剂。
5.根据权利要求4所述的连续纤维热塑性复合材料，其中所述
试剂包括多元醇、硬脂酸烷基酯或有机钛酸酯/锆酸酯。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的连续纤维热塑性复合材
料，其中所述连续纤维包括玻璃、碳、芳族聚酰胺或玄武岩。
7.根据权利要求6所述的连续纤维热塑性复合材料，其中所述
连续纤维还包含界面改性剂。
8.根据权利要求7所述的连续纤维热塑性复合材料，其中所述
界面改性剂包括马来酸酐、有机钛酸酯/锆酸酯界面改性剂或基于缩
水甘油基的、基于酯的、基于甲基丙烯酸甲酯的、基于氨基甲酸酯的
或基于硅烷的界面改性剂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的连续纤维热塑性复合材

\t料，其还包含热稳定剂。
10.一种纤维增强条带，其由根据权利要求1至9中任一项所述
的连续纤维热塑性复合材料挤出。
11.一种制品，其由根据权利要求1至9中任一项所述的连续纤
维热塑性复合材料或根据权利要求10所述的纤维增强条带生产。
12.根据权利要求11所述的制品，其中所述连续纤维热塑性复
合材料被纺成纤维。
13.根据权利要求12所述的制品，其中多个纤维通过加捻或不
通过加捻保持在一起以产生纱线。
14.一种织物，其由根据权利要求13所述的纱线织造。
15.一种无屈曲织物，其由根据权利要求13所述的纱线生产。
16.一种制品，所述制品的至少一部分由根据权利要求1至9中
任一项所述的连续纤维热塑性复合材料或根据权利要求10所述的条
带模塑为木材或钢产品的替代部件。
17.一种层合物，其由根据权利要求1至9中任一项所述的连续
纤维热塑性复合材料生产。
18.一种层合物，其由根据权利要求10所述的条带生产。
19.一种层合物，其由根据权利要求12所述的纤维生产。
20.一种层合物，其由根据权利要求13所述的纱线生产。
21.一种层合物，其由根据权利要求14或15所述的织物生产。
22.一种层合物，其由包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续
纤维的连续纤维热塑性复合材料或其条带或织物制备，所述层合物具

\t有至少1000MPa的挠曲强度。
23.一种层合物，其由包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续
纤维的连续纤维热塑性复合材料或其条带或织物制备，所述层合物具
有至少30GPa或30,000MPa的挠曲模量。
24.一种层合物，其由包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续
纤维的连续纤维热塑性复合材料或其条带或织物制备，所述层合物具
有至少700MPa的拉伸强度。
25.根据权利要求24所述的层合物，其中所述拉伸强度为至少
900MPa。
26.一种层合物，其由包含高流动性、低粘度热塑性树脂和连续
纤维的连续纤维热塑性复合材料或其条带或织物制备，所述层合物具
有至少40,000MPa的拉伸模量。
27.一种制品，其包含根据权利要求17至26中任一项所述的层
合物的至少一部分。
28.一种用于生产连续纤维热塑性复合材料的方法，所述方法包
括将高流动性、低粘度热塑性树脂涂布到连续纤维上。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：V戈帕，CS李，
申请(专利权)人：英威达技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH