[发明专利]利用带有增强纤维的无定形化学改性聚合物生产纤维复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种生产热塑性纤维复合材料的方法，所述热塑性纤维复合材料包含作为一种聚合物基体(M)的一种热塑性模塑物料(A)、增强纤维(B)和可任选的添加剂(C)。所述方法包括以下工序：i)利用以硅烷浆料处理过的增强纤维(B)制造的平坦结构(F)，ii)将平坦结构(F)加入一种包含至少0.3mol％(相对于组分(A))的化学活性基团的一种热塑性模制物料(A)中，iii)在聚合物基体(M)中将热塑性模制物料(A)的化学活性基团与经过处理的增强纤维(B)的极性基团进行反应，iv)以任选方式加入至少一种添加剂(C)，v)冷却。所述方法特别适用于生产纤维复合材料。

技术领域

本发明涉及一种生产纤维复合材料(也被称为有机板)的工艺，该工艺中使用一种热塑性模制物料A以及至少一层增强纤维B，所述增强纤维B与热塑性模制物料A被一起嵌入基体中，热塑性模制物料A有至少一个化学活性基团(chemically reactivefunctionality)，已用一种硅烷浆料(silane size)处理了增强纤维B的表面，功能基(化学活性基团)的浓度为至少0.3mol％。

背景技术

纤维复合材料或有机板通常由嵌入聚合物基体中的大量增强纤维组成。纤维复合材料的应用领域多种多样。例如，纤维复合材料被用于汽车和航空航天行业。在这种情况下，纤维复合材料的作用在于防止基体发生破裂或其它形式的断裂，从而降低发生分散的组件碎片造成的事故的危险。许多纤维复合材料都能在完全失效(failing totally)之前，吸收受力时产生的相当大的力。同时，纤维复合材料与常规的未增强材料相比，具有高强度和高刚度以及低密度的特点，还具有(例如)抗老化和抗腐蚀的优越性质。

纤维复合材料的强度和刚度能与应力和方向和应力的类型相适应。纤维是造就纤维复合材料的高强度和高刚度的主要原因。此外，这种排列也决定了相关纤维复合材料的机械性质。相比之下，基体的主要作用是将待吸收的力引导至各个单独的纤维，并且维持纤维在所需取向上的三维排列。由于纤维和基体材料都是可变的，存在为数众多的纤维和基体材料的可能组合方式。

在生产纤维复合材料时，将纤维和聚合物基体彼此粘合非常关键。纤维嵌入聚合物基体(纤维-基体粘合)的强度对于纤维复合材料的性质也有相当大的影响。

为优化纤维-基体的粘合以及对于纤维表面与周围的聚合物基体之间的“低化学相似性”进行补偿，对增强纤维进行有规则的预处理。为此向被称为浆料(size)的材料中加入助粘剂。在生产期间有规则地在纤维上使用这种浆料(上浆剂)，以提高纤维的进一步可加工性(诸如编织、敷设、缝合的性质)。如果在后续进一步处理中不需要浆料，则首先必须采在一个额外的工序中采用(例如)燃烧方法将其清除。在某些情况下，也使用未施胶形式的玻璃纤维。

在这种情况下，在生产纤维复合材料时，需要在一个额外的工序中使用更多的助粘剂。浆料和/或助粘剂在纤维表面上形成一个薄层，它基本上决定了纤维与环境的相互作用。现在有大量的不同助粘剂可以利用。擅长此技术的人员可以根据使用领域、使用的基体以及使用的纤维，选择与基体和纤维相容的合适的助粘剂。

面临的一个技术挑战是，纤维复合材料在出现完全失效时会发生脆性断裂。因此举例来说，在对曝露于高应力的组件进行施工时，存在破损组件造成事故的显著危险。

因此应当选用在各种各样应力下不可能发生完全失效的复合材料。人们希望复合材料同时具有格外好的光学性质，例如能够利用纤维复合材料生产具有光滑表面的各种不同元件的性质。

专利WO 2008/058971介绍使用增强纤维束的模制物料。每个增强纤维束使用能够实现不同的纤维-基体粘合不同的助粘剂组分。纤维-基体的第二次粘合力低于纤维-基体的第一次粘合力，形成了靠近表面的由第一束纤维中的增强纤维组成的增强纤维层，其纤维-基体的粘合较强。建议采用的基体材料为热固材料，例如聚酯和热塑性塑料聚酰胺和聚丙烯。