[发明专利]具有低橘皮现象的长纤维热固性复合物

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及降低强化热固性复合物中橘皮现象的方法。更具体来说，本发明涉及用于降低橘皮现象的组合物和制造方法，以及使用长纤维热固性注射(LFI)模内生产强化热固性复合物的A类表面。

发明背景

对于许多应用而言，与使用具有类似性质的其它材料相比，热固性材料(特别是聚氨酯)的强化改进了机械性质，减轻了重量，并且降低了成本。这些应用可包括例如车辆结构部件，车厢盖布，船只船体，建筑物外体部件，例如窗和门。

强化聚合物基质部件通常由已知的″喷发玻璃纤维(spray up fiberglass)″或片状模塑料(SMC)加工来制备。通常，SMC加工技术涉及使用聚酯树脂、颜料、填料、加强纤维和添加剂，这些原料混合，然后浇注到塑料膜上。加入各种量和长度的强化纤维来生产特定应用所需的机械性质。常规方法的一个缺点是需要进行大量模塑后操作，以使最终的部件具有合适的光泽或平滑度。此外，可能无法经济地生产出具有“A类”表面光洁度的这种部件。在本文中，具有固化的″A类″表面的强化复合物定义为在将固化表面从模具中移出时基本无强化材料的″透印(print-through)″效应的表面的强化复合物。当这种复合物包含任何强化材料，特别是强化材料是纤维时，这种“透印效应”通常是普遍的。当玻璃纤维用作强化材料时，透印效应常常称为″玻璃透读(glass read-through)″。

长纤维热固性注射(LFI)复合物具有连续纤维强化复合物的性能特征，并具有以下优点：改进的生产速度，归因于碎纤维制造的制造精确性。LFI是德国慕尼黑KMK公司(Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH，Munich，Germany(Krauss-Maffei))目前使用的技术。Kraus-Maffei经营和销售专门的设备进行LFI技术。

尽管LFI可用于制备A类表面聚氨酯复合物，但是使用LFI制备聚氨酯强化复合物也面临诸多挑战。例如，LFI方法的特点使它难以生产A类表面，原因在于方法过程中玻璃和聚氨酯的沉积往往夹带气泡进入部件中，气泡可能位于表面上或表面附近。LFI方法还沉积玻璃纤维在表面上，导致玻璃透读缺陷。

解决由于气泡夹带或玻璃透读导致的缺陷的一种方法是在模内漆和LFI复合物之间沉积聚氨酯阻挡涂层。美国专利公开第2002/0195742号中揭示了在模内漆和LFI复合物之间使用阻挡涂层，该专利全文参考结合于此。虽然增加阻挡涂层消除了表面缺陷和玻璃透读，但是引入了另一个问题，常常表现为表面呈波纹状。该表面缺陷通常称为″橘皮效应″，因为表面纹理就像橘皮的不平坦表面。橘皮现象据信是由于以下原因造成的：在强化聚氨酯层的反应热以及强化聚氨酯层和阻挡层之间的线性膨胀系数存在差异的作用下，阻挡层发生热变形和机械变形。

因此，需要在强化聚氨酯复合物部件固化过程中不会明显变形而保持基本平坦的阻挡层。

发明概述

在非限制性实施方式中，本发明提供一种强化聚合物复合物，其包含聚合物阻挡层，该聚合物阻挡层包括阻挡层第一表面，阻挡层第二表面和多个硬段区(hard segment domains)。强化聚合物复合物还可包括覆盖至少一部分阻挡层第一表面的强化聚合物层。在一些实施方式中，阻挡层第二表面可具有A类品质；多个硬段区基本抑制在强化聚合物复合物的模塑温度时聚合物阻挡层的变形。

虽然不受限于此，但强化聚合物复合物可以这样设计，使得聚合物阻挡层和强化阻挡层都是聚氨酯聚合物。

在复合物的一些实施方式中，聚合物阻挡层可以是热固性芳族聚氨酯，在其它实施方式中，聚合物阻挡层是脂族聚氨酯。

本发明还提供一种强化聚合物复合物，其包括具有多个玻璃化转变温度至少为100℃的硬段的阻挡层。在另一个非限制性实施方式中，多个硬段的区域尺寸为5-20纳米。在另一个非限制性实施方式中，阻挡层的均方根(Root Mean Square，即“RMS”)粗糙度等于或小于1。RMS是根据原子力显微镜(Atomic Force Microscopy，即AFM)软件确定的统计参数，用作样品表面粗糙度的量度。RMS参数度量表面高度距离参比高度(即平均高度)的偏差与表面坐标x和y的关系。