[发明专利]由天然纤维制成的热塑性复合材料

说明书

本发明涉及基于天然纤维的热塑性复合材料的制造、涉及产品和方法、涉及用于该制造的前体组合物和预浸渍的纤维材料、以及涉及与这些材料作为结构部件有关的用途。

在使用具有能再生和可持续来源的原料的复合物作为基于不能再生的化石来源的原料的材料的代替物时，在热塑性复合物中使用天然纤维是一直被越来越多感兴趣的。而且，此外，对于代替合成纤维(通常为了环境保护)以制造具有高含量的能再生和可持续的原料的复合物，天然纤维例如亚麻纤维是令人感兴趣的。由其产生的更轻的材料因此有助于减少在机动车辆构造、航空学、造船和铁路领域中的能量消耗，其中复合物部件以改善的每单位重量的机械性能的比率使用。

另一方面，在复合材料中更广泛的使用天然纤维的重要限制是在高于230℃、特别地高于250℃的温度下它们缺乏热稳定性。更特别地，在热塑性复合物的情况中，为了热塑性基体成功地浸渍所述纤维，降低处于熔融状态的热塑性聚合物的粘度以使得该聚合物可浸渍纤维的集合体是必需的。降低该粘度的一种方式是提高浸渍温度以使该熔融聚合物更具流动性，但为高的且高于230℃的温度经常是必需的，由此使得这样的使用与高度热敏性的天然纤维的热稳定性是不相适应的，结果，所述天然纤维可使得它们的结构和性能水平从230℃开始受影响。同样地，设法为了熔融状态中的浸渍而在较强的压力下、甚至在较低的温度下工作未使得可获得浸渍的良好折衷，而没有避免这些纤维的性能水平的劣化和破坏。在包括热塑性基体的复合物的制造中用于合成纤维的浸渍的其它现有技术解决方案推荐如FR 2 603 891中描述的通过缩聚使用反应性的低Mw预聚物，FR 2 603 891描述用于制造由用长的增强纤维增强的聚酰胺基体组成的复合材料的方法。这些纤维用聚酰胺预聚物或低聚物浸渍，所述聚酰胺预聚物或低聚物包括能够通过加热相互反应以使聚合物链延长的反应性末端官能团。所述低聚物或预聚物具有低的分子量，但所述反应性官能团通过缩聚进行反应，结果，形成挥发性缩合副产物(水)。这样的挥发性副产物的存在限制该类型的化学反应的利益(兴趣，interest)，如果反应副产物不被除去的话，但即使在后一情况中，也需要额外的工艺步骤，由此使其复杂化并降低其生产率且提高其成本。如果这些产物不被除去，则微泡在材料中形成，这可将复合材料的最终性能水平影响到使其使用令人不感兴趣的程度。同样地，在FR 2 936 441中推荐使用低Mw非反应性聚合物，但在这种情况中，由于在热塑性基体的聚合物中不存在链伸长，基体的机械性能水平受到限制。

在天然纤维的情况中，为了通过处于熔融状态的热塑性树脂良好地浸渍这些纤维，浸渍温度必须被良好地控制且低于230℃和优选低于200℃和更优先不超过190℃(取决于暴露于这些温度的时间和在该时间被控制的情况下)，以避免纤维的结构和它们的性能水平的热劣化的风险。因此本发明的挑战是找到用于浸渍不是非常热稳定的天然纤维的解决方案，该解决方案使得实现在<230℃、优选<200℃和更优先<190℃的温度下的浸渍，以不使它们热劣化和不因此影响这些天然纤维和由其产生的复合材料的机械强度。这在保证具有高到足以保证复合材料在机械应力期间具有最好的机械性能水平的分子量的最终热塑性基体的同时获得。实际上，该热塑性基体的作用是将由复合物承受的机械应力转移到所述天然增强纤维。当该基体对所述纤维的浸渍和粘附也是最佳的时，该应力传送或转移是最优的。当用具有低粘度的所述基体实施浸渍时，这是可能的。显然，对于高分子量的最终热塑性基体获得低的粘度是不可能的，这是由于该分子量且尤其是由于由所述天然纤维的低的热稳定性施加的最大浸渍温度的限制。使用较低分子量的所述热塑性聚合物不能令人满意地解决该问题，因为较低分子量不使得实现在使用范围内、特别是在冲击期间的高的机械强度。