[发明专利]稳定化的含纤维的复合材料

说明书

本发明描述了包含不含金属氧化物除酸剂的含纤维的复合材料、含纤维的复合材料的制备方法及其用途。含纤维的复合材料可以包含聚合物基质和纤维。聚合物基质可以包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂、热塑性聚合物、任选的炭黑、抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂或其组合。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月28日提交的美国临时专利申请第62/564571号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。

发明背景

A.发明领域

本发明一般地涉及稳定化的含纤维的复合材料。具体而言，与包含含金属氧化物(例如氧化锌)的除酸剂而不包含不含金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，本发明的稳定化的含纤维的复合材料可以包含至少一种不含金属氧化物的除酸剂，并且可以具有提高的拉伸强度。

B.相关技术的描述

与由常规材料形成的类似结构相比，热塑性复合材料可用于形成具有有利结构特性的结构，例如高强度、高刚度和/或相对低的重量。因此，热塑性复合材料用在各种行业的各种应用中，包括例如汽车、航空航天、船舶、热塑性增强管和消费电子产品行业。

一些复合材料可以包含纤维，其可以通过用热塑性基质材料浸渍纤维束来制备。在传统的浸渍技术中，较高黏度的基质材料被迫使通过干燥且相对低渗透率的纤维束。结果是传统的浸渍技术可以产生纤维增强的材料，其具有相对低和/或不可预测的纤维体积分数、纤维在材料内相对不均匀地分布和/或基质材料过量等。这会导致纤维增强的复合材料具有不希望的和/或不可预测的结构特性。举例来说，Prins等人的国际专利申请WO2016142781、WO2016142784和WO2016142784描述了单向带及其制造方法。

在加工过程中，热塑性复合材料在用于最终应用之前，可以在转化过程中(有些是开放过程，这意味着暴露于空气)暴露于多个热循环。另外，在热塑性复合材料的使用寿命期间，包括热塑性复合材料的制品可能会暴露于例如高温、(UV)光、水分等环境条件下。这些转化和暴露条件会导致热塑性基质降解，从而进一步损害复合材料的结构完整性。解决这种基质降解问题的一种方案是将稳定剂掺入聚合物基质中，以通过防止或减少基质降解来帮助稳定基质。例如，金属氧化物如氧化锌已被用作除酸剂，以帮助防止或减少由基质中存在的酸引起的基质降解。

尽管已经进行了各种尝试来制备具有热和环境稳定性的热塑性复合材料，但是向热塑性基质中添加稳定剂例如金属氧化物(例如氧化锌)会损害所得热塑性复合材料的机械性能。

发明内容

已经发现了与含纤维的热塑性复合材料有关的至少一些问题的解决方案。该发现的前提是在含纤维的复合材料的热塑性聚合物基质中使用不含金属氧化物的除酸剂。如实施例中所示，出人意料地发现含金属氧化物的除酸剂如氧化锌会损害复合材料内所含纤维的结构完整性。这种纤维损害会不利影响复合材料的拉伸强度。相比之下，当使用不含金属氧化物的除酸剂(例如硬脂酸钙、硬脂酸锌、水滑石)时，纤维损害被减少或完全避免，由此与使用基于金属氧化物的除酸剂的相同复合材料相比，热塑性复合材料具有增加的拉伸强度。