[发明专利]用于制备纤维增强聚合物组合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备纤维增强聚合物组合物的方法，其中非织造织物被进料到配混装置。

背景技术

纤维增强聚合物组合物通常使良好的机械性能(例如，刚性和抗冲击性等)与低重量结合，使得它们特别适用于汽车应用、飞行器和船舶结构、风力涡轮机等。此外，基于应用所需的性能(例如耐化学性、加工性等)，可以选择聚合物。

通过纤维在聚合物中的均匀分布，通常可以容易地实现将来自环状粗纱的纤维加入到聚合物。

根据纤维的化学性质或来源，粗纱的制备是不可能的。例如，天然纤维不能加工成环状粗纱，或者来源于再生材料的纤维会已经作为较短纤维而存在。在这些情况下，使用粗纱的进料技术不能被应用。以纯纤维形式添加纤维(即其中纤维相对于彼此可以或多或少地自由移动)会导致纤维在聚合物中分布不均匀，这是因为纤维会粘在一起导致不均匀分布和/或进料部件的堵塞。通过在与纤维组合之后更充分地混合聚合物来补偿该不均匀性是不合需要的，因为在该配混步骤期间纤维容易断裂，导致纤维的平均长度降低，因此会不能达到所需的性能特征。

发明内容

因此，需要一种方法，其中纤维可以与聚合物组合，使得获得具有高均匀性的分布。

令人惊讶地发现，以非织造织物的形式进料纤维适合于实现均匀分布。

因此，本发明提供一种用于制备纤维增强聚合物组合物的方法，包括以下步骤：

a)提供聚合物组合物(A)；

b)在配混装置中使聚合物组合物(A)熔融；

c)在熔融的聚合物组合物(A)的存在下，使非织造织物进料到配混装置中；

d)从配混装置取出纤维增强聚合物组合物。

已经令人惊奇地发现，通过使用增强纤维作为非织造织物，纤维可以容易地进料到配混装置中。此外，可以容易地实现恒定的给料，导致纤维在纤维增强聚合物组合物中的均匀分布。因此，用以获得所需分布所要求的混合程度较低。此外，通过调节非织造织物的进料速度，可以容易地调节所需的纤维含量。因此，允许制备具有不同最终纤维含量的纤维增强聚合物组合物，而没有设备的停机时间或仅存在设备的短暂停机时间。

配混装置优选为挤出机。

非织造织物优选通过侧进料口进料到配混装置、优选地挤出机中。在该情况下，通常使用本领域中公知的侧进料器。该侧进料器优选地包含一个或多个螺杆，该螺杆优选地具有在10至150mm的范围内、更优选地在10至100mm的范围内、最优选地在20至60mm的范围内直径。

通过调节侧进料器螺杆的速度，可以调节给料到配混装置中的非织造织物的量。

例如，合适的侧进料器是Coperion ZSB40双螺杆侧进料器。

根据本发明的方法关于聚合物的生产量优选地在25至4000kg/h的范围内。生产量通常取决于用于该工艺的生产线。

步骤c)期间的温度取决于聚合物的熔融温度，例如由DSC测量来确定。优选地，步骤c)期间的温度不高于400℃、更优选地不高于350℃、最优选地不高于300℃。在挤出机用作配混装置的情况下，步骤c)期间的温度被确定作为料筒温度。

在本发明中，非织造织物包括通常选自碳纤维、玻璃纤维或其混合物的增强纤维。

基于非织造织物的总重量，根据本发明的非织造织物中的碳纤维和玻璃纤维的总含量优选地为至少65重量％、更优选地至少75重量％、最优选地至少80重量％。

在本发明的一个变型中，基于非织造织物的总重量，非织造织物包含至少50重量％的玻璃纤维、更优选地至少75重量％的玻璃纤维、最优选地至少80重量％的玻璃纤维。在该变型中，基于非织造织物的总重量，碳纤维通常可以以15重量％以下、更优选地10重量％以下、最优选地5.0重量％以下的量存在。

在另一个优选的变型中，基于非织造织物的总重量，非织造织物包括至少50重量％的碳纤维、更优选地至少75重量％的碳纤维、最优选地至少80重量％的碳纤维。

根据本发明的该另一个优选的变型，玻璃纤维可以通常以少量被包括在非织造织物中。如果在根据本发明的该另一个优选的变型中存在玻璃纤维，则基于非织造织物的总重量，玻璃纤维的量通常为15重量％以下、更优选地10重量％以下、最优选地5.0重量％以下。

以下适用于本发明的所有变型，除非另外明确地相反指示。

碳纤维(如果存在)优选地具有0.5至300cm、更优选地1.0至250cm、最优选地1.5至200cm的平均长度。