[发明专利]成型体及其制备方法

说明书

本发明涉及纤维增强复合材料(K)在热成型方法中的用途。此外，公开了一种将纤维增强复合材料(K)热成型为成型体(M)的方法，该方法包括至少以下步骤：(i)提供本文所述的纤维增强复合材料(K)；(ii)将纤维增强复合材料(K)加热至温度(T3)，在该温度下至少一种基本上无定形的基质聚合物组合物(B)基本上被软化；(iii)在模具中在模具表面温度(T4)下将纤维增强组合物(K)热成型以获得成型体(M)；(iv)将所述成型体(M)从模具中脱模；其中所述模具表面温度(T4)≥50℃。

发明内容

纤维增强复合材料由嵌埋在聚合物基质中的多个增强纤维组成。复合材料的应用领域是多种多样的。例如，纤维增强复合材料被用于汽车和航空业。在此，纤维增强复合材料可防止基质的破裂或其他碎裂，从而降低了分散的组件碎片造成事故的风险。许多纤维增强复合材料在材料完全失效之前能够在载荷下吸收较高的力。同时，与传统的非增强材料相比，纤维增强复合材料的区别在于高强度、高刚性，并结合低密度以及其他有利特性，例如良好的抗老化性和耐腐蚀性。

纤维增强复合材料的强度和刚性可适应载荷方向和载荷类型。在此，首先，纤维负责纤维增强复合材料的强度和刚度。另外，纤维的排列决定了纤维增强复合材料的机械性能。相比之下，基质主要用于将大部分待吸收的力引入单个纤维中，并用于将纤维的空间排列保持在所需的方向上。由于纤维和基质材料都可以变化，因此纤维和基质材料的多种组合是可能的。

在纤维增强复合材料的制备中，纤维与基质的良好平衡组合起着至关重要的作用。同样，纤维在聚合物基质中的嵌埋强度(纤维-基质粘合)会对纤维增强复合材料的性能产生显著影响。

为了优化纤维-基质粘合并补偿纤维表面与周围聚合物基质之间的“低化学相似性”，对增强纤维进行了定期预处理。为此，定期添加所谓的上浆剂(sizing agent)。通常在制备过程中将这种上浆剂施加到纤维上以改善纤维的可加工性(例如编织、缝纫)。如果上浆剂对于随后的进一步处理是不利的，则必须在另外的加工步骤(如焚烧步骤)中将其除去。在某些情况下，纤维也会在不上浆的情况下进行加工。

为了制造纤维增强复合材料，通常在另外的加工步骤中施加另外的粘合剂。上浆剂和/或粘合剂在纤维表面上形成层，所述层基本上决定了纤维与环境的相互作用。如今有各种各样的粘合剂可用。技术人员可以根据应用领域选择合适的粘合剂与基质纤维和相容的聚合物基质结合使用，以及与纤维结合使用。

包含热塑性基质聚合物的纤维增强复合材料通常可以在热成型过程中成形。该过程通常包括将复合材料的温度升高至基质聚合物充分软化以允许复合材料成型的温度的步骤。该步骤通常伴随着基质材料的部分分解。如果选择较高的温度，则由于在给定温度下基质聚合物的粘度太低，可能会发生气体材料从基质材料中释放(尤其是水和低分子添加剂，例如脱模剂)，或者基质材料从复合材料中大量滴下。然后通常将软化的复合材料转移到模具中并成型为所需的形状。然而，进行该热成型的温度范围对于常规的基质聚合物而言通常很小。例如，对于聚酰胺6作为基质聚合物，用于热成型过程的温度范围通常为约220至290℃。在该温度范围以下会发生固化，而在该温度范围以上会发生聚合物分解。因此，所需的温度较高并且仅在较窄的温度范围内变化。