[发明专利]纤维强化的热塑性材料的成型

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的机械特性的、纤维强化的热塑性材料的成型。

背景技术

过去，已经使用纤维来增强注射成型热塑性材料的机械特性，但添加纤维本身并不必然带来机械特性的改进。

例如，诸如聚丙烯(PP)共聚物或高密度聚乙烯(HDPE)等的、原始未强化的热塑性材料本身具有高的冲击强度，例如超过6J/cm的悬臂梁缺口冲击强度(Notched Izod impact Strength)，而在添加了例如按质量计30％的短玻璃纤维的情况下，能够改进该材料的刚度(挠曲模量)，但该材料的冲击强度将下降至1.5J/cm至1.8J/cm。如果添加较少的玻璃纤维(例如按质量计仅5％)，则强化后的热塑性材料的冲击强度不会这么低，而是更接近于未强化的热塑性材料的高冲击强度，但如此强化的热塑性材料也不会具有在许多应用(例如用于运输和搬运货物、汽车部件等的货盘)中非常重要的、所期望的刚度。

此外，为了明显改进热塑性材料的机械特性(包括抗拉强度、挠曲模量和冲击强度)而向热塑性材料中添加足量(例如按质量计约50％)的纤维通常具有如下缺点：即，强化后的聚合物的高纤维含量增大了强化后的聚合物在熔融状态下的粘度，并且在注射成型这些材料时需要高的注射压力。

本发明尝试提供一种制品的注射成型，在基本不牺牲该结构部件所需的刚度和抗拉特性的情况下，并且在不使纤维含量增大至注射成型变得过分昂贵的情况下，使用与现有技术中已知的相比具有改进的机械特性的强化热塑性材料，在每天暴露于严酷的操作或自然的要素时具有更接近于“无破裂”的抗冲击特性。特别地，本发明尝试提供一种制品的注射成型，其中，该制品的悬臂梁缺口冲击强度超过250J/m，优选为300J/m或更高，同时仍然具有高的抗拉强度和挠曲模量。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种含有热塑性材料和纤维的注射成型制品：

其中，所述纤维以按质量计25％至50％的量存在于所述成型制品中；

其中，在所述成型制品中，超过70％的所述纤维具有超过5mm的长度；并且

其中，所述热塑性材料在与所述纤维结合之后具有在23℃下大于250J/m的悬臂梁缺口冲击强度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造制品的方法，所述方法包括：

通过使热塑性材料与纤维结合来制备合成物，使得该合成物含有按质量计25％至50％的所述纤维；并且

通过注射成型来成型所述制品；

其中，所述热塑性材料具有在23℃下大于250J/m的悬臂梁缺口冲击强度；并且

其中，在注射成型之后，超过70％的所述纤维具有超过5mm的长度。

在所述成型制品中，超过50％的所述纤维可以具有超过10mm的长度。

所述纤维可以包括玻璃纤维和/或碳纤维。

所述热塑性材料可以包括：诸如聚丙烯的聚烯烃；诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚酯；或者诸如尼龙、聚碳酸酯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的工程聚合物(engineering polymer)。

具体实施方式

为了更好地理解本发明并说明如何实施本发明，现在将通过非限制性实例来描述本发明。

方法1：

利用长玻璃纤维(LGF)来强化PP，该长玻璃纤维即：在直接长纤维技术(D-LFT)工艺中纤维长度为5mm或更长、优选是10mm或更长的玻璃纤维，并通过使用大的注射成型浇口(injection moulding gates)的工艺(“Lomold”工艺)将该PP成型为一个部件。按重量计，用玻璃纤维强化的该PP的名义玻璃纤维含量为28％。在双螺杆挤出机的后部供给该PP和添加物，并且，在连续的玻璃纤维无捻纱(rovings)被供给到60毫米双螺杆挤出机(TSE)的后三分之一之前，该PP和添加物充分混合。该连续的纤维无捻纱被从独立式绕线筒拉出，经过红外加热部分并穿过所述TSE的筒中的狭缝，从而在所述TSE中形成预熔融并混合的聚合物共混物(blend)。通过所述螺杆和筒的相互作用，该连续的玻璃纤维无捻纱被切割成较短的长度，其中，进入所述模具的纤维中的70％具有超过5mm的长度。

在转换为所述Lomold工艺的、Chuan Lih Fa机械工程有限公司的180吨注射成型机上成型出试验部件。

所使用的上述PP是密度为0.906g/cm3的80MFI(熔体流动指数)材料，并且所述玻璃纤维是Owens Corning Vetrotex SE 4121。