[发明专利]增强的聚合物模塑组合物

说明书

本发明涉及纤维增强的聚合物模塑组合物，其包含热塑性聚合物和纤维增强剂，并涉及由其制造的组件。

具体地，本发明涉及具有改进的机械特征的聚合物模塑组合物。这是通过热塑性聚合物和特定的玻璃纤维混合物的组合实现的。本文所发明的模塑组合物可以用来生产模塑部件，其可以是半成品也可以是成品，或可以用作组装产品的组件。特别地，所述热塑性聚合物是热塑性聚酰胺。

热塑性聚合物，如热塑性聚酰胺，主要由于它们的优异机械特征，如强度和刚度，被广泛地用作室内应用和室外应用的结构元件。这些机械特征的改进可以特别通过加入纤维状增强材料如玻璃纤维来实现。包含热塑性聚合物和纤维增强剂的增强的聚合物模塑组合物是本领域公知的。

增强剂被应用在模塑组合物中来增强热塑性聚合物的机械性能，如拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率和冲击性能。已被开发和应用了不同级别的纤维作为纤维增强剂，以优化和改进其在模塑组合物的机械性能上的效果。这些包括碳纤维，以及不同级别的玻璃纤维，如A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、E-玻璃、M玻璃纤维、Q-玻璃、R-玻璃、S-玻璃。E玻璃纤维一般是优选的且最广泛使用的。

根据US20080167415A1，E-玻璃纤维通常提供拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率和冲击性能方面的最佳性能。此外，根据US2014/0066561A1，当用玻璃纤维增强聚酰胺模塑复合物时，几乎专门使用具有圆形横截面的E-玻璃纤维。如果对机械特征，尤其是耐冲击性或横向强度或变形，有更高的要求，则具有非圆形横截面的E-玻璃纤维，所谓的扁平玻璃纤维，提供了可能的解决方案。存在横截面轴的轴率(axial ratio)在2-4的范围内的扁平玻璃纤维。预计该轴率的横截面几何的进一步优化仅带来机械特征和变形的略微改进。

正如US2014/0066561A1所提到，如果考虑具有相等的横向横截面面积和直径的玻璃纤维，那么改进只能通过改进玻璃长丝的强度、拉伸性能和刚性的玻璃原材料(raw glass material)的不同组成实现。一个这样的例子是S-玻璃纤维，其目前以粗纱(连续长丝)形式几乎专门用于军事应用并且在玻璃长丝特征方面优于E-玻璃纤维。根据ASM Handbook，Vol.21：Composites(¹06781G)，S-玻璃纤维相比E-玻璃纤维表现出12％更高的刚性，25％更高的拉伸强度以及20％更高的最终伸长率。但是，US2014/0066561A1还提到，用S-玻璃纤维增强的聚酰胺模塑复合物的试验表明，这些玻璃纤维的优点不能被转移至玻璃纤维增强的聚酰胺模塑复合物，或者转移的程度有限，即使是对这些模塑复合物优化上浆(sizing)。在许多不含有任何微粒填充剂材料的复合物中，具有圆形或扁平横截面的E-玻璃纤维甚至优于高效能的S-玻璃纤维。

随着许多应用发生微型化(miniaturization)，部件变得更薄并且像伸长率和拉伸强度的机械性能变得更为关键。需要具有更好性能的组合物，特别是具有更大断裂伸长率而在拉伸强度或模量上不会让步过多的组合物，或者反之具有更好的拉伸强度或模量而在伸长率上不会让步过多的组合物。然而，已经难以在一定程度上改进多个机械性能中的一个，与此同时还需要注意不在其他性能上让步过多。例如，拉伸强度的增加一般以伸长率为代价来达到，而伸长率的增加一般发生在以拉伸强度为代价的情况下。

本发明的一个目的是提供在机械性能上有更好的全面平衡的，特别地断裂伸长率和/或拉伸强度更好的纤维增强的聚合物组合物。

该目的通过本发明的组合物达到，其中所述组合物包含热塑性聚合物和有E-玻璃制造的玻璃纤维和由高强度(HS)玻璃制造的玻璃纤维的混合物。

令人惊讶地，已经表明，由E-玻璃制造的玻璃纤维和由高强度玻璃制造的玻璃纤维的混合物对由本发明的增强的聚合物模塑组合物制造的模塑部件的机械性能有协同效应。一般地，断裂伸长率表现出远高于平均值，或更特别地高于单个使用的每一个玻璃类型的值。同时，包含所述混合物的增强的聚合物组合物的拉伸强度保持在良好的水平，在具有单个纤维增强剂的组合物的拉伸强度之间。在其他实施方案中，本发明的增强的聚合物组合物的拉伸强度远高于单个使用的E-玻璃和高强度玻璃。与此同时，包含所述混合物的增强的聚合物组合物的断裂伸长率保持在良好的水平，比得上那些具有单个纤维增强剂的组合物的断裂伸长率。