增强热塑性复合材料和增强毡片复合材料的制备方法技术

公开了一种制造增强复合材料的方法，该方法提供一种使不连续的增强材料（如湿短切玻璃纤维丝束）或连续的增强材料（如玻璃纤维丝束）与可溶液聚合的聚合物（如聚氯乙烯）的水悬浮液直接混合的方法。该方法是一种节省成本、在不需添加粘合剂的情况下能实际改进产品诸如冲击强度、刚性和模塑性等性能的增强聚合物（如ＰＶＣ）的方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术所属
和工业实用性本专利技术涉及制造增强热塑性复合材料的过程和方法。本专利技术尤其涉及提供一种制造增强热塑性复合材料组合物诸如(1)玻璃纤维毡片热塑性塑料(GMT)，一种含聚氯乙烯(PVC)树脂的模塑料；(2)含PVC树脂的增强预制整体模塑料(BMC)和片状模塑料(SMC)；(3)浸渍PVC树脂的连续粗纱；以及(4)按照本专利技术的其它增强热塑性聚合物复合材料的方法。根据这一方法，增强组分(如湿短切玻璃纤维、玻璃纤维丝束、玻璃球或玻璃薄片)是直接与含聚合物(如PVC)悬浮液的白水罐中各组分相混合的。该方法也可通过向正在进行单体和/或低聚物聚合的溶液聚合反应器中添加增强材料来实施。这类方法是一种节省成本、不需要添加化学粘合剂而又能提高冲击强度、热变形温度及刚度的增强聚合物(如PVC)的方法。该方法还能省去诸如离心、过滤、干燥及粉碎等步骤。
技术介绍
短切玻璃纤维通常用作热塑性塑料制品的增强材料。这类纤维的制造过程一般包括使熔融玻璃通过套筒或孔板拉伸成单丝，将含润滑剂、偶联剂及成膜粘合剂树脂的浸润剂组合物涂敷在单丝上，将单丝集成丝束，将玻璃纤维丝束切成所要求长度以及使浸润剂组合物干燥。将这些短切玻璃纤维段与聚合物树脂相混合，并将该混合物供给压塑机或注塑机而成形为玻璃纤维增强的塑料制品。一般的做法是，将短切玻璃丝与干燥的已聚合的热塑性树脂粉料相混合，将混合物料供入挤塑机；在挤塑机中发生树脂熔融、玻璃纤维丝束的完整性被破坏，纤维被分散在整个熔融树脂中，纤维/树脂混合物料被制成粒料；然后，将粒料喂入模塑机中使其成形为玻璃纤维呈基本上均匀分散的模塑制品。另一方面，纤维增强热塑性复合材料还可由充满热塑性聚合物的纤维毡片经压塑而成。由固态聚合物的水性淤浆制造这类纤维增强复合材料的方法以及增强材料是众所周知的，参看公开的欧洲专利申请0148760和0148761，Wessling等人的美国专利4426470(1984年1月17日授权)和Gatward等人的美国专利3716449(1973年2月13日授权)，所有这些专利内容已列入本文供参考。通常，这些增强聚合物复合材料是纤维、聚合物及粘合剂的均匀混合物，是由固态热熔性有机聚合物、增强材料以及视需要添加的胶乳粘合剂的水性稀淤浆制备的。Wessling等人的美国专利4426470(1984年1月17日授权)第4栏、第18-21行公开的各种化学添加剂如抗氧化剂、UV稳定剂、增稠剂、发泡剂、消泡剂、杀菌剂、电磁辐射吸收剂等也可用于包含热熔性聚合物和增强材料的复合材料中。另一方面，预定型的玻璃纤维毡片或其它形状的玻璃纤维毡片(如U型通道式或椅座式)都可先以热塑性树脂粉料充填，然后在足够加热和压力下使热塑性聚合物熔融从而与该玻璃纤维毡片粘结而热成形。对于充填PVC的玻璃纤维毡片来说，PVC通常在玻璃毡片充填前先与热稳定剂和α-SAN及任何其它添加剂以干燥状态混合成均匀的粉料。如果玻璃纤维毡片要以冲击改性共混料充填的话，则冲击改性剂一般作为粉料加入并与其它成分干混，不会妨碍PVC与α-SAN形成单一相。其后，将所需量的粉料混合物“撒在”或“填充”在玻璃纤维毡片上，从而使整个毡片上均匀地分布着一般约30％-约60％的混合物，然后将该已撒过混合粉料的毡片在压力为100-1000磅/平方英寸和温度为170℃-190℃(338°F-374°F)下模塑而成形为一定形状的玻璃纤维增强PVC共混制品。玻璃纤维毡片或其它形状的玻璃纤维料也可用共混成分的熔体浸渍如在拉挤成型法中。通常，每一片材中树脂与玻璃纤维的重量大致是相等的，将几片这种片材切成预定的形状，堆叠在模具中，在温度为160℃-200℃(320°F-392°F)和压力为约1000磅/平方英寸(约30000磅/英尺)的常规条件下模塑成形为厚壁制品。虽然已有许多种制造增强复合模塑材料的方法，但其中不少方法或是效率太低，或是不能完全可控地制成一种能成形为具有所需性能如满足使用性能要求(如强度)的复合材料制品的纤维增强材料，因此，即使现有的制造增强复合材料的水性方法的生产工艺也存在许多缺点，其中包括由于制造过程而引起的聚合物性能的下降。特别是在上述工艺中，当采用溶液聚合物(如聚氯乙烯)时，要经历氯乙烯聚合、残留游离单体汽提，以及聚合物需通过离心、过滤及干燥的某种组合步骤处理。添加剂常常在此时混入聚合物中，而增强材料通常是通过挤塑共混、干燥共混或以水性方法与干燥聚合物相混合的。然而，一旦混合后，PVC就经历了明显的热历程，因为在PVC与增强材料混合前，为了达到干燥就已经过加热，随后在与增强材料相混合时，又接着经受加热过程。因此，该混合料被模塑成成品之前，许多重要性能就因聚合物受到多次加热而已经下降。因此，需要有一种更有效的、可控地制造一种能形成高性能复合材料模塑制品的纤维增强模塑料的方法，这种方法最好不需要粘合剂，并能改善聚合物的热历程。这种要求可通过下述的本专利技术方法来实现。除上述缺点外，目前的注塑技术还不能保持增强材料原有长度。具体地说，目前的增强材料与聚合物的复合技术会使增强材料的长度缩短，因此只能得到具有沙子般性状的混合料。下述本专利技术方法能保持增强材料的原有长度。例如，如果采用11/4英寸(3.175厘米)的短切玻璃纤维，最后复合材料中所含的增强材料的长度仍是这一长度，采用连续增强材料，也可得到相同的结果。专利技术概述本专利技术提供一种高效制造增强聚合物模塑料及复合材料的水性方法。该方法与采用相同量增强材料的先前方法相比，不仅不需粘合剂并省去了许多步加工步骤，而且更重要的是，该方法在模塑工艺及性能方面的可选择性有了明显的增加。与常规的增强模塑复合材料相比(见表1)，诸如冲击、挠曲及拉伸强度等性能得到了明显的提高。本专利技术方法提供包括从粒料及片材至薄膜及连续膜材在内的各种增强模塑复合材料。制得的毡片或增强模塑复合材料可用于制造如板壁、排水沟及商用橱窗等各种制品。一般来说，本专利技术主要涉及热塑性混合料如(1)玻璃纤维毡片热塑性塑料(GMT)；(2)预制整体模塑料(BMC)；(3)增强的聚合物膜；或(4)经浸渍的连续玻璃丝束、粗纱、纱、毡片或织物的制造。本方法的一个实施方案是将热稳定的聚合物与增强材料一起直接加到白水罐中混合。另一个实施方案是先将热稳定的未干燥聚合物置于白水罐中，然后再直接与增强材料相混合。还有一个实施方案，该方法包括采用基本上不含残留单体的溶液聚合的聚合物悬浮液，将增强材料如湿短切玻璃纤维丝分散在整个聚合物悬浮液中。于是在不需要添加任何粘合剂的情况下照常可制得GMT或BMC。根据再一个实施方案，增强材料是连续的如连续玻璃纤维丝束、粗纱或玻璃纤维纱。制得的浸渍复合料可用作各种二次加工如长丝卷绕、织造、拉挤成型及压塑工序的进料。再有一个实施方案包括在聚合反应前或在聚合反应的同时将增强材料添加到可溶液聚合的聚合物中。本专利技术方法的一个具体形态包括下述过程氯乙烯单体在水性介质中聚合成聚氯乙烯水性悬浮液；除去过量的游离氯乙烯单体；将包含多根基本上连续的玻璃纤维丝束短切成所需长度的纤维段，再将该短切玻璃纤维丝或以湿态或以干燥状态分散在整个PVC悬浮液中，然后除去足够量的水性介质以便形成可模塑的组合物。根据本专利技术的另一方面，玻璃纤维、碳纤维或其它增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备增强复合材料的方法，该方法包括：ａ）制备可溶液聚合的聚合物水悬浮液；ｂ）在聚合过程中或聚合后，将增强材料直接添加到所述聚合物水悬浮液中；ｃ）从所述悬浮液中除去足量的所述水性介质以形成可模塑的组合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JV高彻尔，RM斯克罗罗耐克，TF马丁三世，AG翰金，
申请(专利权)人：欧文斯科尔宁格公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]