稳定化的含纤维的复合材料制造技术

本发明专利技术描述了包含不含金属氧化物除酸剂的含纤维的复合材料、含纤维的复合材料的制备方法及其用途。含纤维的复合材料可以包含聚合物基质和纤维。聚合物基质可以包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂、热塑性聚合物、任选的炭黑、抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂或其组合。

Stabilized composites containing fibers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稳定化的含纤维的复合材料相关申请的交叉引用本申请要求2017年9月28日提交的美国临时专利申请第62/564571号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。专利技术背景A.专利
本专利技术一般地涉及稳定化的含纤维的复合材料。具体而言，与包含含金属氧化物(例如氧化锌)的除酸剂而不包含不含金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，本专利技术的稳定化的含纤维的复合材料可以包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂，并且可以具有提高的拉伸强度。B.相关技术的描述与由常规材料形成的类似结构相比，热塑性复合材料可用于形成具有有利结构特性的结构，例如高强度、高刚度和/或相对低的重量。因此，热塑性复合材料用在各种行业的各种应用中，包括例如汽车、航空航天、船舶、热塑性增强管和消费电子产品行业。一些复合材料可以包含纤维，其可以通过用热塑性基质材料浸渍纤维束来制备。在传统的浸渍技术中，较高黏度的基质材料被迫使通过干燥且相对低渗透率的纤维束。结果是传统的浸渍技术可以产生纤维增强的材料，其具有相对低和/或不可预测的纤维体积分数、纤维在材料内相对不均匀地分布和/或基质材料过量等。这会导致纤维增强的复合材料具有不希望的和/或不可预测的结构特性。举例来说，Prins等人的国际专利申请WO2016142781、WO2016142784和WO2016142784描述了单向带及其制造方法。在加工过程中，热塑性复合材料在用于最终应用之前，可以在转化过程中(有些是开放过程，这意味着暴露于空气)暴露于多个热循环。另外，在热塑性复合材料的使用寿命期间，包括热塑性复合材料的制品可能会暴露于例如高温、(UV)光、水分等环境条件下。这些转化和暴露条件会导致热塑性基质降解，从而进一步损害复合材料的结构完整性。解决这种基质降解问题的一种方案是将稳定剂掺入聚合物基质中，以通过防止或减少基质降解来帮助稳定基质。例如，金属氧化物如氧化锌已被用作除酸剂，以帮助防止或减少由基质中存在的酸引起的基质降解。尽管已经进行了各种尝试来制备具有热和环境稳定性的热塑性复合材料，但是向热塑性基质中添加稳定剂例如金属氧化物(例如氧化锌)会损害所得热塑性复合材料的机械性能。
技术实现思路
已经发现了与含纤维的热塑性复合材料有关的至少一些问题的解决方案。该发现的前提是在含纤维的复合材料的热塑性聚合物基质中使用不含金属氧化物的除酸剂。如实施例中所示，出人意料地发现含金属氧化物的除酸剂如氧化锌会损害复合材料内所含纤维的结构完整性。这种纤维损害会不利影响复合材料的拉伸强度。相比之下，当使用不含金属氧化物的除酸剂(例如硬脂酸钙、硬脂酸锌、水滑石)时，纤维损害被减少或完全避免，由此与使用基于金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，热塑性复合材料具有增加的拉伸强度。在本专利技术的一方面，描述了一种含纤维的复合材料。含纤维的复合材料可包含(a)热塑性聚合物基质，所述热塑性聚合物基质包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂，和(b)纤维。在某些优选的情况下，含纤维的复合材料不包含金属氧化物，优选不包含氧化锌、氧化钙、或氧化镁，或其任意组合或全部。在甚至更优选的情况下，复合材料不包含氧化锌。与包含含金属氧化物(例如氧化锌、氧化钙、氧化镁或其混合物)的除酸剂而不包含不含金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，含纤维的复合材料可具有提高的拉伸强度(例如750MPa或大于750MPa，优选750MPa至1300MPa)。例如，含金属氧化物的复合材料的拉伸强度可以小于740MPa。在一些实施方案中，含纤维的复合材料的厚度可以为约0.1至0.5mm，优选0.15mm至0.35mm，或约0.3mm。在优选的实施方案中，含纤维的复合材料可以是纤维分散在聚合物基质中的单向带。单向带通常具有基本上沿相同方向排列的纤维，例如相对于带长纵向定位。基于含纤维的复合材料的总重量，含纤维的复合材料中的纤维含量可以为50重量至80重量％，优选60重量至75重量％，其余为聚合物基质。不含金属氧化物的除酸剂可包括水滑石、硬脂酸锌、硬脂酸钙或其混合物。在优选的实施方案中，除酸剂是水滑石。热塑性聚合物基质可包含聚烯烃(例如聚丙烯和/或聚乙烯)、聚碳酸酯、聚酰胺、或其共聚物、或其共混物。在一些实施方案中，热塑性聚合物基质可以包含聚烯烃(例如聚丙烯和/或聚乙烯)、聚碳酸酯、聚酰胺、或其共聚物、或其共混物，纤维是玻璃纤维。在一些实施方案中，热塑性聚合物基质是聚丙烯和/或聚乙烯，纤维是玻璃纤维。在其他实施方案中，热塑性聚合物是聚碳酸酯或聚酰胺或其共混物，纤维是碳纤维。热塑性聚合物基质还可包含一种或多于一种抗氧化剂化合物。在一些实施方案中，热塑性聚合物基质还可以包含光稳定化合物、热稳定化合物和炭黑中的至少一种。在优选的实施方案中，热塑性聚合物基质可以包含80重量％至90重量％的聚烯烃和0.1重量％至1重量％的除酸剂。在本专利技术的另一方面，基于含纤维的复合材料的总重量，含纤维的复合材料可包含(a)聚合物基质和(b)50重量至80重量％的玻璃纤维。聚合物基质可包含最多90重量％的聚丙烯，优选80重量％至90重量％的聚丙烯；最多1重量％的硬脂酸钙、优选0.1重量％至1重量％的硬脂酸钙、硬脂酸锌或水滑石中的至少一种；最多3重量％，优选1重量％至3重量％的一种或多于一种抗氧化剂和热稳定化合物的混合物；或最多4重量％，优选1重量％至4重量％的一种或多于一种抗氧化剂和光稳定化合物的混合物；以及最多5重量％，优选1重量％至5重量％的偶联剂。在一些实施方案中，聚合物基质可包含最多3重量％，优选1重量％至3重量％的炭黑。在本专利技术的上下文中，描述了20个实施方案。实施方案1是一种含纤维的复合材料，其包含：(a)热塑性聚合物基质，所述热塑性聚合物基质包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂；和(b)纤维，其中与包含含金属氧化物的除酸剂而不包含不含金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，含纤维的复合材料具有提高的拉伸强度。实施方案2是实施方案1的含纤维的复合材料，其中所述热塑性聚合物基质不包含金属氧化物，优选氧化锌、氧化钙、氧化镁或其混合物，更优选氧化锌。实施方案3是实施方案1至2中任一项的含纤维的复合材料，其中除酸剂包含金属硬脂酸盐、水滑石、金属碳酸盐、金属氢氧化物或其混合物。实施方案4是实施方案3的含纤维的复合材料，其中除酸剂是硬脂酸钙、硬脂酸锌、水滑石或其混合物。实施方案5是实施方案4的含纤维的复合材料，其中除酸剂是硬脂酸钙。实施方案6是实施方案4的含纤维的复合材料，其中除酸剂是硬脂酸锌。实施方案7是实施方案4的含纤维的复合材料，其中除酸剂是水滑石。实施方案8是实施方案1至7中任一项的含纤维的复合材料，其中拉伸强度为至少750MPa，优选750MPa至1300MPa。实施方案9是实施方案1至8中任一项的含纤维的复合材料，其中基于含纤维的复合材料的总重量，纤维的量为50重量至80重量％，优选60重量至75重量％，其余为聚合物基质。实施方案10是实施方案1至9中任一项的含纤维的复合材料，其中所述热塑性聚合物基质包含聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、或其共聚物或共混物。实施方案11是实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含纤维的复合材料，其包含：/n(a)热塑性聚合物基质，所述热塑性聚合物基质包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂；和/n(b)纤维，/n其中与包含含金属氧化物的除酸剂而不包含不含金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，所述含纤维的复合材料具有提高的拉伸强度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 US 62/564,5711.一种含纤维的复合材料，其包含：
(a)热塑性聚合物基质，所述热塑性聚合物基质包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂；和
(b)纤维，
其中与包含含金属氧化物的除酸剂而不包含不含金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，所述含纤维的复合材料具有提高的拉伸强度。


2.根据权利要求1所述的含纤维的复合材料，其中所述热塑性聚合物基质不包含金属氧化物，所述金属氧化物优选为氧化锌、氧化钙、氧化镁或其混合物。


3.根据权利要求1所述的含纤维的复合材料，其中除酸剂包含金属硬脂酸盐、水滑石、金属碳酸盐、金属氢氧化物或其混合物。


4.根据权利要求3所述的含纤维的复合材料，其中除酸剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、水滑石或其混合物。


5.根据权利要求4所述的含纤维的复合材料，其中除酸剂为硬脂酸钙。


6.根据权利要求4所述的含纤维的复合材料，其中除酸剂为硬脂酸锌。


7.根据权利要求4所述的含纤维的复合材料，其中除酸剂是水滑石。


8.根据权利要求1所述的含纤维的复合材料，其中拉伸强度为至少750MPa，优选750MPa至1300MPa。


9.根据权利要求1所述的含纤维的复合材料，其中基于含纤维的复合材料的总重量，纤维的量为50重量％至80重量％，优选60重量％至75重量％，其余为聚合物基质。


10.根据权利要求1所述的含纤维的复合材料，其中所述热塑性聚合物基质包含聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、或其共聚物或共混物。


11.根据权利要求10所述的含纤维的复合材料，其中纤维是玻璃纤维。


12.根据权利要求10所述的含纤维的复合材料，其中热塑性聚合物是聚碳酸酯或聚酰胺或其共混物，纤维是碳纤维。


13.根据权利要求1所述的含纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：约里斯·维斯曼斯，
申请(专利权)人：加固纤维热塑性塑料私人有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL