[发明专利]用热塑性聚合物浸渍的纤维材料

说明书

本发明涉及一种经浸渍的纤维材料，其包括由连续纤维制成的纤维材料和至少一种热塑性聚合物基质，其特征在于，所述至少一种热塑性聚合物是非反应性无定形聚合物，其玻璃化转变温度为Tg≥80℃，典型地Tg≥100℃，特别地≥120℃，典型地≥140℃，或非反应性半结晶聚合物，其熔化温度为Tf≥150℃，在条带或带的至少70％的体积中，典型地在条带或带的至少80％的体积中，特别是在条带或带的至少90％的体积中，更具体地在条带或带的至少95％的体积中，纤维体积比率是恒定的，在纤维材料的两侧上经预浸渍的纤维材料中的纤维比率为45至65体积％，优选50至60体积％，典型地为54至60体积％，并且经预浸渍的纤维材料中的孔隙率小于10％，典型地小于5％，特别地小于2％。

技术领域

本发明涉及一种用热塑性聚合物浸渍的纤维材料，特别是单层材料。

更具体地，本发明涉及一种用热塑性聚合物浸渍的纤维材料，特别是单层材料，特别地碳纤维的纤维数大于或等于30K，特别地大于或等于50K，其中玻璃纤维(纤维玻璃)的克重大于1200Tex，并且对于其而言，以体积计的纤维水平特别地是恒定的，特别地以体积计的纤维水平是恒定的并且为条或带的体积的至少70％(在条或带的至少70％的体积中是恒定的)。

在本说明书中，“纤维材料”应理解为意指增强纤维的集合体(组装件，assembly)。在成型之前，其具有纱束(粗纱，roving)的形式。在成型之后，其具有条(或条带)、带或层的形式。当增强纤维是连续的时，其集合体产生单向增强物或织造或非织造织物(NCF)。当纤维是短的时，其集合体产生毡或纤维垫。

这种经浸渍的纤维材料特别地旨在用于实现轻质复合材料，该轻质复合材料用于生产具有三维结构并且具有良好的机械和热性质的机械部件。当纤维是碳或树脂中填充有合适的添加剂时，这些纤维材料能够消散静电荷。使用耐火树脂或在不耐火的树脂中使用耐火添加剂使得经浸渍的纤维材料具有耐火性。因此，其具有与部件的生产兼容的性质，特别是以下领域中的部件：机械，航空，海军，汽车，油(石油，oil)和气体(天然气，gas)，特别是海上，储气，能源，健康和医疗，体育和娱乐，以及电子产品领域。

这种经浸渍的纤维材料也称为复合材料。其包括由增强纤维制成的纤维材料以及由浸渍纤维的聚合物形成的基质。这种材料的首要作用是使增强纤维保持密实的形状，并且使最终产品具有期望的形状。该基质还在纤维之间转移载荷，因此改进复合材料的机械抗性。这样的基质还用于保护增强纤维免受磨损和侵蚀性环境，控制表面外观并且在纤维之间分散可能的载荷。该基质的作用对于复合材料的长期抗性很重要，特别是因为其与疲劳和流动有关。

背景技术

由经浸渍的纤维材料生产的高品质三维复合材料部件通常是由于掌握了用热塑性聚合物浸渍增强纤维的方法，因此掌握了所得的经浸渍的纤维材料。

在本说明书中，术语“条(strip)”用于表示宽度大于或等于400mm的纤维材料的条。术语“带(ribbon)”用于表示校准宽度小于或等于400mm的带。

术语“纱束”也用于表示纤维材料。

迄今为止，根据几种方法来生产通过用热塑性聚合物或热固性聚合物浸渍来增强的纤维材料条，所述方法特别地取决于聚合物的性质、期望的最终复合材料的类型及其应用的领域，其中这些方法中的一些由浸渍步骤(随后是经浸渍的纤维材料的热压延步骤)或干燥步骤(其可随后是使热塑性聚合物熔融的步骤)组成。

因此，如专利WO 2012/066241A2中所述，用于以湿法或通过液体或非常低粘度的前体浸渍、原位聚合的技术经常用于以热固性聚合物(例如环氧树脂)浸渍增强纤维。这些技术通常不直接适用于用热塑性聚合物浸渍，因为它们很少具有液体前体。

通过十字头挤出熔融聚合物来浸渍的方法仅适用于使用低粘度热塑性聚合物。热塑性聚合物，特别是那些具有高玻璃化转变温度的聚合物的熔融状态的粘度太高而不能实现令人满意地浸渍纤维，以及高品质的半成品或成品。