[发明专利]生产热塑性地可变形的纤维增强半成品的方法

说明书

本发明涉及由包含热塑性纤维和增强纤维的混纺的无纺织物来生产热塑性地可变形的纤维增强半成品的方法。

包含增强纤维(特别是玻璃纤维)的热塑性地可变形的半成品，越来越广泛地应用于模制品(特别是汽车零件)的生产。这样的“塑料板”的特征在于高强度和韧性。GMT半成品通过将连续的玻璃纤维束(strand)毡和熔融热塑性膜在双带压力机中结合来进行大规模的工业化制造。这一工艺消耗显著量的能量，因为粘性熔体必须在远高于1巴的压力下压成毡子。因此实践上通过这一方法来达到纤维含量大于45wt％和单位面积重量(areal weight)在2000g/m²以下是格外困难的。因为玻璃毡子一般由纤维束或“股(strand)”制成，所以使用热塑性物质的浸渍从来没有彻底完成和均匀，并且因而存在微小的不均匀区，从而造成在机械性能上的高的标准偏差。这也是使用热膨胀的GMT平板的情况，由于针织(needle)在一起的玻璃纤维的回复力，其包含气孔，然而，该气孔在基体之内是不规则地进行分布的。

DE-A3614533描述了生产包含增强嵌入物的热塑性塑料的模塑制品的方法。根据纺织品纤维技术，热塑性纤维和增强纤维的混纺的无纺织物由梳理法或空气压条(air-laying)法来生产，并且其通过如针织来加固(consolidate)。将这一混纺的无纺织物的裁减部分进行加热并且在没有预先加固的情况下直接压制成三维模制品。完全浸渍是非常难以获得的，特别是对于具有复杂形状的组件的情况下，因此模制品的机械性能还有许多待改进之处。

根据WO98/3508，在一种复杂的方法中，首先生产增强纤维和热塑性纤维的混纺的束，然后由它们来生产无纺织物。此无纺织物在双带压力机上在高温和高压下进行压制来形成半成品。

WO02/062563描述了由热塑性物质和由长的增强纤维来生产热塑性地可变形的薄的半成品的连续方法。该方法包括以下步骤：

A.对热塑性纤维和增强纤维进行干混纺(blending)以形成混纺的无纺织物(blended nonwoven)，

B.通过针织来使得该无纺织的混纺物致密化，

C.加热该致密化的混纺的无纺织物，以及

D.在压延机或压力设备上进行压制以形成半成品，

E.任选地压制到各功能层(functional layers)上。

WO02/076711描述了生产厚的混纺的无纺织物的相似方法，其中在步骤D中的压制也能在层压设备上以1-10巴的压力实施。然而所发现的是：在这样的高压下，气孔几乎完全地从该柔软的混纺的无纺织物中被压出来，并且熔体在长度和宽度上分开流动，这造成在单位面积重量上的不受控制的变化，并且造成半成品的变形，其结果是：半成品的边界是波形的而不是光滑的和直的。

相似的问题在根据EP-B593716和US-A4,978,489的方法中出现，其中，混纺的无纺织物通过彼此面对的压辊来进行压缩模制。在此方法中，对该毡子进行强烈地压紧使得所得的半成品只包含最大20体积％和优选10-15体积％的气孔。在根据US-A4,948,661的方法中，混纺的无纺织物在加热的压板或双带压力机之间进行压紧，直到空气从该加固的产物中完全地被消除为止。

在压延机中或由压辊所进行的混纺的无纺织物的压紧具有另外的缺点：仅能使用低生产速度，并且由在辊之间的间隙中的突然的压缩导致形成凸起，其会导致强的扭曲，甚至形成孔。

WO03/086725描述了制造纤维增强的复合材料的装置和方法。在此方法中，对热塑性纤维和增强纤维的针织的混纺的无纺织物毡子进行加热和如在连续的带状压力机中进行模制。没有关于必需使用的压力的可靠信息。尽管其阐明了能形成“仿泡沫复合材料片材”，但是没有关于气孔含量的信息。而且，该复合材料将有超过60wt％的热塑性纤维含量。

因此，本发明的目标是提供生产热塑性材料和增强纤维的无变形的半成品的一种简单而又连续的方法，该半成品包含具有均匀分布的气孔并且可以容易地改变该半成品的形状，以便提供在所有方向都有优秀和高度地可再现的性能的成品零件。

此目标由本发明的方法来完成。本发明的方法包括以下步骤：