[发明专利]包含碳纤维和天然纤维的成型制品,其制造方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及包含碳纤维和天然纤维的轻质成型制品的制造，以及相关的工艺和制造方法。

背景技术

具有环保意识的制造可试图通过回收/再生材料、以及源自可再生资源的材料的使用来降低其产物的碳足迹。

在运输工业中，许多制品由纤维增强复合物形成，其中纤维通常被嵌入于固化树脂中。特别地，航空工业将碳纤维增强复合制品用于许多结构部件会利用，因为这样的材料的强度-重量比高。

制造碳纤维增强复合制品的过程必然会产生工艺废料。来自碳纤维增强复合制品制造的工艺废料可能包括未使用的(新的)碳纤维，以及经多种的表面处理(例如粘结剂)和树脂浸渍的碳纤维。这样的废料通常为边角废料或者不合格的(存在缺陷的)成型制品的形式。

此外，碳纤维增强复合制品自身同样地会在其使用期限终止时变为废料。与制造废料相反，期限终止(EOL)废料可能包括嵌于已被暴露于环境中的固化树脂中的碳纤维。EOL废料可能包括在制造之后添加至碳纤维增强复合制品的其它组件(例如涂层、紧固件)以及污染物。

已研发工艺从而在多个制造阶段以及在制品的使用期限终止时由纤维增强复合制品再生碳纤维。然而，考虑到再生碳纤维的特性被认为劣于新的碳纤维，在航空业中，将这样的再生碳纤维再次掺混至航空部件中存在着阻力。

另一方面，在汽车工业中，汽车的制造并不广泛利用新的碳纤维。除了在要求碳纤维增强复合制品的强度-重量比的有限应用之外，出于经济利用的原因通常认为新的碳纤维过于昂贵。相反地，汽车制造许多年来使用玻璃纤维，并且最近才更多地使用某些天然纤维、特别地是用于重量降低。然而，天然纤维通常并不会提供玻璃纤维的物理特性或尺寸稳定性。

对于某些汽车应用需要改善的纤维增强物，其将进一步降低重量，并提供物理特性和尺寸稳定性的增强，同时没有明显不利的成本影响。

发明内容

在本发明的一种实施方式中，本发明的应用提供了包含第一纤维层的纤维毡，所述的第一纤维层通过将45-55wt％的合成聚合物纤维、35-45wt％的天然纤维、和5-15wt％的碳纤维组合而形成。

在本发明的另一种实施方式中，本发明提供了包含夹在第一纤维层和第二纤维层之间的芯层的纤维毡；所述第一纤维层通过将45-55wt％的合成聚合物纤维、35-45wt％的天然纤维、和5-15wt％的碳纤维组合而形成；并且所述第二纤维层通过将45-55wt％的合成聚合物纤维、35-45wt％的天然纤维、和5-15wt％的碳纤维组合而形成。

在本发明的另一种实施方式中，本发明提供了包含由纤维毡形成的模制基体的成型制品，所述纤维毡包含通过将45-55wt％的合成聚合物纤维、35-45wt％的天然纤维、和5-15wt％的碳纤维组合而形成的第一纤维层。

附图说明

本发明如上所述的和其它的特征，以及获得它们的方式，将通过参考下文结合附图描述的实施方式的说明而变得更加明显并被更好地理解，其中：

图1为根据本发明的第一纤维毡的横截面图；

图2为根据本发明的第二纤维毡的横截面图；

图3为由图1或2的纤维毡来制造成型制品的制造工艺的流程图；并且

图4为由图1或2的纤维毡来制造成型制品的另一种制造工艺的流程图。

具体实施方式

应当理解的是，本发明并不限于其在下文的说明中提出的或者在附图中描述的部件的结构和配置的细节应用。本发明在这里还可以是其它的实施方式并且能够以多种方式来实施或执行。而且，可以理解的是，在这里使用的表述和术语仅用于说明的目的，并且不应当被认为是限定，其可被本领域技术人员所理解。

现在参考附图，图1示出根据本发明的平坦的纤维毡10的第一示例性的实施方式。所示的纤维毡10包含第一纤维层12。纤维层12可特别地包含如下的不同材料组成的纤维：

·45-55wt％的纤维层12可由聚合物纤维、并且更特别是合成聚合物纤维形成。示例性的合成聚合物纤维可以包括聚丙烯纤维，其可以进一步包括一种或多种聚丙烯均聚物和/或一种或多种聚丙烯共聚物(例如聚丙烯-马来酸酐共聚物)的纤维。聚合物纤维可以具有8mm至40mm、并且更特别是12mm至25mm的长度。特别地，聚合物纤维可以具有根据ASTM D1238-13在230℃、在2.16kg负载下测得的0.1g/10min-10g/10min，并且更特别地根据ASTM D1238-13在230℃、在2.16kg负载下测得的0.6g/10min-6g/10min的熔体流动指数。