[发明专利]模塑材料，预浸料和纤维增强复合材料，以及生产纤维增强模塑基材的方法

说明书

本申请是由东丽株式会社于2008年2月22日提交的国际申请号为PCT/JP2008/053014的发明名称为“模塑材料，预浸料和纤维增强复合材料，以及生产纤维增强模塑基材的方法”的国际申请的分案申请。该国际申请PCT/JP2008/053014进入中国国家阶段的日期为2009年11月18日，国家申请号为200880016615.6。 

技术领域

本发明涉及长纤维增强热塑性树脂模塑材料，用于得到高性能纤维增强复合材料的预浸料，使用该预浸料的适用于航空和一般工业应用的纤维增强复合材料，以及一种生产纤维增强模塑基材的方法。 

背景技术

多种构型如热塑性预浸料、纱线或玻璃纤维毡(GMT)已知为包含连续的增强纤维束和热塑性树脂作为基体的模塑材料。此类模塑材料的特征在于由于热塑性树脂的特征而模塑容易，它没有像热固性树脂那样的存储负担，这点不像，得到的模制品的韧性高，并且其循环效率卓越。尤其是，已经加工为颗粒形式的模塑材料能应用于在经济效率和产率上都卓越的模塑技术，如注射模塑或冲压模塑。因此，此类材料用作工业材料。 

然而，为了在模塑材料生产过程中将热塑性树脂浸渍到连续的增强纤维束中，此类材料在经济效率和产率方面是有问题的。因此，其应用目前不是非常广泛。例如，众所周知随着树脂的熔体粘度增高，将树脂浸渍到增强纤维束中变得更加困难。尤其是，具有卓越动态性 能如韧性或延性的热塑性树脂是聚合物，其具有比热固性树脂更高的粘度且要求更高的加工温度。因此，为了容易地以良好产率生产模塑材料，此类材料不适合。 

当低分子量即低粘性热塑性树脂因为易于浸渍而用作基体树脂时，所得模制品的动态性能将不利地显著恶化。已经公开了包含低分子量热塑性聚合物和连续的增强纤维的复合物和与其接触的高分子量热塑性树脂的模塑材料(例如日本专利申请(kokai)No.H10-138379A(1998))。 

模塑材料涉及使用低分子量化合物浸渍到作为基体树脂的连续的增强纤维束和高分子量化合物中。因此，此类模塑材料在经济效率、产率和动态性能方面是令人满意的。当该模塑材料进行注射模塑时，此类材料易于与基体树脂掺合，同时最小化模塑过程中材料增塑时对增强纤维的损害。因此可以生产具有卓越的纤维分散性的模制品。从而，得到的模制品具有比传统模制品更长的增强纤维，并且此类模制品有令人满意的动态性能和卓越的外观质量。 

然而，纤维增强复合材料在近几年已经引起很多关注，其应用更加广泛且专业化，渴望具有卓越的模塑性能、可处理性和所得模制品动态性能的模塑材料，工业水平上要求更高的经济效率和产率。已经要求多项技术开发。例如，有待增强低分子量化合物的浸渍性能以降低操作负担，有待提议具有更高耐热性的模塑材料，有待更大地改进模塑时的纤维分散性以进一步增加纤维长度从而改进动态性能，以及有待进一步改善表面外观。 

在这些情况下，不利的是低分子量热塑性树脂在模塑加工过程中在加工温度下经受热解，树脂产生裂解气，这又污染了环境，并且裂解气成为模制品中的空隙，且恶化了动态性能。因此，已经等待开发具有卓越耐热性并且不会在模塑设备周围造成环境污染的模制材料。 

包含增强纤维和基体树脂的纤维增强复合材料的重量轻，能产生卓越的强度性能。通过调节纤维取向还可以实现任意强度。因此，此类材料广泛用于运动应用如高尔夫球杆和钓鱼杆，航空应用如航空器 部件和卫星部件，一般工业应用如汽车和小船以及大船、电动/电子设备底盘、机器人部件、风车、罐、浴缸和头盔。在生产纤维增强复合材料时，广泛进行涉及使用均包含已经预先用基体树脂浸渍的增强纤维的预浸料材料作为中间基材来制备预浸料层压材料的方法，因为该方法通常易于增加纤维含量并且相对容易完成。作为待浸渍到预浸料中增强纤维中的基体树脂，通常使用热固性树脂如不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂，因为它们易于浸渍到纤维束中。热固性树脂通过固化成为具有三维网络结构的不溶且难熔性聚合物，此类聚合物难以循环且更加不好处置。 

多种树脂如聚乙烯、聚酯、聚酰胺或聚碳酸酯用作用于预浸料的热塑性基体树脂。在要求高性能的航空应用或类似应用的情况下，优选使用具有卓越耐热性、化学耐性和机械性能的聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚或类似物。尤其优选使用聚芳硫醚如聚苯硫醚。 

然而，在其中用基体树脂浸渍纤维束的生产过程中，此类热塑性树脂预浸料的分子量高于热固性树脂的分子量。因此，此类热塑性树脂的加工需要在高温和高压下进行，并且难以生产具有高纤维含量的预浸料。而且，通常不浸渍生产的预浸料，且其机械性能不令人满意。