增强的复合材料的延迟分化制造技术

提供一种增强复合材料，它包括由多根纤维形成的至少一种平面纤维增强剂或织物。该纤维增强剂或织物具有第一面和第二面。增强的复合材料进一步包括在所述第一面和第二面的至少一个上涂布的化学处理剂和基体材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2014年2月6日提交的美国临时申请no.61/936,388的优先权，在此通过参考将其全文引入。本专利技术涉及一种处理增强材料以与基体相容的方法，其中所述增强材料最初没有被设计用于基体。
技术介绍
由增强材料例如玻璃或碳纤维制造的增强织物是本领域已知的。这种织物常规地用于复合产品，例如印刷电路板、滑雪板、油罐车、船壳和类似物中。典型地将玻璃、碳和/或石墨的纱线形成为织物。层叠多层织物层，并切割成干燥织物的预成形体。然后将该预成形体置于模具内并与合适的基体材料一起注入，以制造增强的聚合物复合材料。增强纤维经历了各种处理，以便促进与在聚合物复合材料中使用的特定基体材料的相容性。若在增强纤维和聚合物之间没有实现合适的相容性，则该复合材料将拥有相对异形的结构，这必然导致成品的机械性能的劣化。因此，可在成形操作中将施胶剂组合物施加到纤维上，其中施胶剂组合物含有为保护纤维和/或促进与所需基体材料相容性而设计的一种或多种组分(润滑剂、粘结剂或偶联剂)。因此，常常针对与特定基体材料或者材料族(例如，聚酰胺、聚丙烯、环氧树脂、UP)的相容性来特别设计施胶剂组合物。这种定制的施胶剂组合物导致施胶剂组合物宽泛的变化和因此在工厂和供应链组织中的复杂性。有利的是，在不改变制造工艺或者增加新的施胶剂组合物的情况下，用允许使用宽范围的组分的减少数量的施胶剂组合物来简化增强的聚合物复合材料链。专利技术概述本专利技术的各种例举的实施方案涉及一种增强的复合材料。所述增强的复合材料包括具有第一面和第二面的至少一种纤维增强剂或织物，在纤维增强剂或织物的第一面和第二面的至少一个上涂布的化学处理剂，和基体材料。在一些例举的实施方案中，用可能与基体材料不相容的施胶剂组合物涂布纤维。在一些例举的实施方案中，基体材料包括热固性材料、热塑性材料及其组合中的至少一种。在一些例举的实施方案中，化学处理剂包括表面活性剂、低熔点聚酰胺、反应性化合物和等离子体中的一种或多种。所述化学处理剂可增加施胶剂组合物和基体材料之间的相容性。在一些例举的实施方案中，化学处理剂的涂布量为玻璃纤维重量的约0.05-20wt％。本专利技术的各种例举的实施方案进一步涉及一种形成增强的复合材料的方法。该方法包括形成具有第一面和第二面的纤维增强剂或织物，用化学处理剂涂布纤维增强剂或织物的第一面和第二面中的至少一个，和用基体材料浸渍涂布过的纤维增强剂。在一些例举的实施方案中，用可能与基体材料不相容的施胶剂组合物涂布纤维。在一些例举的实施方案中，基体材料包括热固性材料、热塑性材料及其组合中的至少一种。在一些例举的实施方案中，化学处理剂包括表面活性剂、低熔点聚酰胺、反应性化合物和等离子体中的一种或多种。所述化学处理剂可增加施胶剂组合物和基体材料之间的相容性。在一些例举的实施方案中，化学处理剂的涂布量为玻璃纤维重量的约0.05-20wt％。附图简述图1阐述了三种不同的热塑性织物增强的复合材料的机械性能。图2阐述了通过三个600g/m2织物层增强的例举的织物-增强的层压体。图3阐述了可根据本专利技术使用的例举的化学处理剂组合物。图4阐述了与两种参考(未处理的)粗纱相比各种化学处理剂对弯曲应力的影响。图5阐述了用于进一步证明与没有处理织物相比化学处理织物的影响而形成的例举的层压体。详细说明本文尽管描述或建议了各种例举的实施方案，但使用与本文描述或建议的那些类似或等价的各种方法和材料的其他例举的实施方案被本专利技术的一般概念涵盖。除非另外定义，本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的技术人员通常理解的相同含义。关于这一点，除非另外说明，保持惯例，在该文献中给出的成分的浓度是指在母料或浓缩物内这些成分的浓度。本文中所使用的术语“施胶剂组合物”或“施胶剂”可互换使用，且统指在制造纤维中作为涂层使用的组合物，以保护纤维的完整性、在复合材料中的纤维和基体材料之间提供加强的界面相互作用、和/或改变和/或加强纤维的特定性能。根据惯例，术语“纤维”或“纤维材料”是指具有纤维结构作为其基本结构组件的任何材料。该术语涵盖纤维、长丝、纱线、丝束、带材、织造和非织造织物、层、垫和类似物。本文中所使用的措辞“延迟分化(postponeddifferentiation)”用于描述下述工艺：始于制造通用纤维增强剂材料，随后分化成特定的纤维增强剂材料以用于增强特定基体(或复合材料)。该工艺使用化学处理剂，所述化学处理剂用于增加施胶剂组合物和基体材料之间的相容性。本专利技术的一般概念涉及通过扩大增强材料对各种基体(而不是对单一类型材料)的相容性来延迟增强材料的分化的方法。例如，可针对在热塑性基体内的相容性，根据本专利技术处理为在热固性应用中使用而设计的增强材料，例如纤维。通过基于相容性的延迟材料的分化，成形工艺可以更加标准化，这导致了降低的成本和改进的机械性能。在一些例举的实施方案中，增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、陶瓷纤维、天然纤维和/或合成纤维中的任何一种。可由任何类型的玻璃制造玻璃纤维。玻璃纤维的实例包括A-型玻璃纤维、C-型玻璃纤维、E-型玻璃纤维、S-型玻璃纤维、ECR-型玻璃纤维(例如，商购于OwensCorning的玻璃纤维)、Hiper-tex玻璃纤维、毛玻璃纤维、及其组合。与本专利技术结合使用的术语“天然纤维”是指从植物的任何部分(其中包括但不限于茎、种子、叶子、根或韧皮)提取的植物纤维。可适合于用作增强纤维的天然纤维的实例包括玄武岩、棉、黄麻、竹子、苎麻、甘蔗渣、大麻、椰壳、亚麻、洋麻、西沙尔麻、亚麻、剑麻、及其组合。本文中所使用的术语“合成纤维”是指表示具有合适的增强特征的任何人造纤维，例如聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰胺、芳族聚酰胺、芳族聚酰胺纤维、及其组合。尽管下述说明涉及使用玻璃纤维，但应当理解可使用任何以上提到的纤维增强材料。可通过本领域技术人员已知的常规方法形成玻璃纤维。例如，可通过连续制造方法形成玻璃纤维，其中熔融玻璃穿过“套管”的孔，因此形成的熔融玻璃的物流硬化成长丝，和将该长丝结合在一起，以形成“纤维”、“粗纱”、“绳股”或类似物。在从套管中引出玻璃纤维之后，可任选地施加施胶剂组合物到纤维上。不限制施胶剂组合物，和它可以是本领域技术人员已知的任何施胶剂组合物。一般地，施胶剂组合物含有润滑剂以保护纤维避免因磨蚀导致的损坏、成膜树脂以辅助粘结纤维到聚合物(该聚合物形成在其内使用纤维的复合材料的主体或基体)上、和偶联剂以改进成膜树脂对玻璃纤维的表面的粘合性。可通过常规方法，例如通过施涂辊或者通过直接在纤维上喷洒施胶剂，来施加施胶剂组合物。施胶剂保护玻璃纤维避免在随后加工过程中的断裂、辅助阻止长丝间的磨蚀、确保玻璃纤维的绳股的完整性、促进形成绳股的玻璃长丝的互连等。在本专利技术的例举的增强复合材料中，玻璃增强剂优选选自玻璃织造物；复杂类型的非织造物；薄纱；垫；特别地用于建筑应用的玻璃稀纱布；事先施胶过或整理过的单一绳股；和复合绳股。在一些例举的实施方案中，玻璃增强剂是可编织形成增强织物的纱线。增强织物然后可用基体材料浸渍，以形成增强的复合材料。为了生产高强度的复合材料，重要的是增强织物与基体材料相容。因此，典型地针对与特定的基体材料的相容性来设计化学处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强的复合材料，包括：由多根纤维形成的至少一种纤维增强剂或织物，所述纤维增强剂或织物具有第一面和第二面；在所述纤维增强剂或织物的所述第一面和第二面的至少一个上涂布的化学处理剂，其中所述化学处理剂包括表面活性剂、低熔点聚酰胺、反应性化合物和等离子体中的一种或多种；和基体材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.06 US 61/936,3881.一种增强的复合材料，包括：由多根纤维形成的至少一种纤维增强剂或织物，所述纤维增强剂或织物具有第一面和第二面；在所述纤维增强剂或织物的所述第一面和第二面的至少一个上涂布的化学处理剂，其中所述化学处理剂包括表面活性剂、低熔点聚酰胺、反应性化合物和等离子体中的一种或多种；和基体材料。2.权利要求1的增强的复合材料，其中所述纤维是连续玻璃纤维。3.权利要求1或2的增强的复合材料，其中所述纤维增强剂包括织物。4.权利要求1-3任何一项的增强的复合材料，其中所述纤维用施胶剂组合物涂布。5.权利要求4的增强的复合材料，其中所述施胶剂组合物与所述基体材料不相容。6.权利要求1-5任何一项的增强的复合材料，其中所述基体材料包括热固性材料、热塑性材料、及其组合中的一种或多种。7.权利要求1-6任何一项的增强的复合材料，其中所述基体材料包括热塑性材料。8.权利要求7的增强的复合材料，其中所述热塑性材料包括聚酰胺。9.权利要求1-6任何一项的增强的复合材料，其中所述基体材料包括热固性材料。10.权利要求1-9任何一项的增强的复合材料，其中所述化学处理剂的涂布量为玻璃纤维重量的约0.05-20wt％。11.权利要求1-10任何一项的增强的复合材料，其中所述反应性化合物包括伯胺、伯酰胺和苯乙烯-马来酸酐中的一种或多种。12.权利要求1-11任何一项的增强的复合材料，其中所述化学处理剂增加施胶剂组合物和基体材料之间的相容...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·穆瓦罗，F·勒雷德尔，JL·维纳，
申请(专利权)人：OCV智识资本有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US