[发明专利]用最佳分子质量和粘度的热塑性聚合物浸渍的纤维质材料及其制造方法

说明书

本发明涉及经浸渍的纤维质材料，其包括至少一种以一根粗纱或多根平行粗纱形式的连续纤维纤维质材料和至少一种热塑性聚合物基质，特征在于，所述至少一种热塑性聚合物为具有使得Tg≥40℃、尤其是Tg≥100℃、特别是≥120℃的玻璃化转变温度的无定形或半结晶性聚合物，所述经浸渍的纤维质材料的纤维含量为45‑65％体积、优选50‑60％体积、尤其是54‑60％体积，所述热塑性聚合物的数均分子质量Mn为11,000‑25,000g/mol，所述热塑性聚合物的熔体粘度为80‑1500Pa.s，如通过平板‑平板流变学在Tg+220℃的温度下在1Hz和2％变形下测量的。

技术领域

本发明涉及用无定形或半结晶性热塑性聚合物浸渍的纤维质材料，所述聚合物具有使得Tg≥40℃、尤其是Tg≥100℃、特别是≥120℃的玻璃化转变温度，所述经浸渍的纤维质材料具有45-65％体积、优选地50-60％体积、尤其是54-60％体积的纤维含量，所述热塑性聚合物的数均分子质量Mn为11,000-25,000g/mol，所述热塑性聚合物的熔体粘度为80-1500Pa.s，如通过平板-平板流变学在Tg+220℃的温度下在1Hz和2％变形下测量的。

更特别地，本发明目的在于提出如以上定义的经浸渍的纤维质材料，其中所述热塑性聚合物的多分散性指数Ip为2-6、特别是2-3.5、尤其是2.5-3.5。

本发明还涉及用于制备所述纤维质材料的方法以及其用于制造复合部件、特别是通过经由自动机械(机器人)进行自动铺放或者通过长丝缠绕的方法而制造复合部件的用途。

在本发明中，“纤维质材料”指的是多个单独的增强纤维的组装体(集合)。在用树脂浸渍之后，其呈现出条带(ribbon)(带(tape))或者层片(ply)或拉挤成型板的形式。

术语“条带”(或带)指的是：作为低厚度、在宽度上和在厚度上未经校准并且由纤维的单根粗纱制成的半成品的条(strip)；或者由一根或多根纤维粗纱制成、在厚度上和在宽度上经校准的纤细(thin)带体(束，band)。

该纤维质材料也可仅用树脂预浸渍，从而导致通常为布(fabrics)或NCF形式的半成品，将其组装和固结以制造可热成形的复合板或者将其直接安置在模具中以制造最终部件。

这样的经预浸渍或者浸渍的纤维质材料特别适合于生产用于制造具有三维结构并且具有良好的机械和热性质的机械部件的轻质复合材料。当纤维由碳制成和/或树脂用合适添加剂填充时，这些纤维质材料能够放出静电荷。在不是阻燃性的树脂中使用阻燃性树脂或阻燃性添加剂容许经浸渍的纤维质材料耐火。因此，它们具有与特别是在机械、航空、航海、机动车辆、油气(特别是海上)、储气、能量、健康和医疗、运动和休闲、和电子产品领域中的部件的生产相容的性质。

这样的经浸渍的纤维质材料也称作复合材料。它们包括：由增强纤维构成的纤维质材料，和由浸渍纤维的聚合物构成的基质。该基质的第一个作用是将增强纤维保持为紧凑形状和赋予最终产品以期望的形状。该基质还确保纤维之间的电荷转移，并且因此调节复合物的机械强度。这样的基质还用于保护增强纤维免受磨损和侵蚀性环境，控制表面外观和将任何电荷分散在纤维之间。该基质的作用对于复合材料的长期保持性(特别是关于疲劳和蠕变而言)是重要的。

背景技术

由经浸渍的纤维质材料生产的三维复合部件的良好品质通常是通过掌握用于将增强纤维用热塑性聚合物预浸渍或浸渍的方法并且因此所得最终经浸渍的纤维质材料而实现的。

现有技术的缺点在于，难以获得纤维的良好浸渍，同时具有良好的机械性质。这样的平衡难以获得，因为为了具有良好的机械性质，摩尔质量必须高，这意味着高的粘度。

因此，摩尔质量影响树脂的Tg并且Tg随着摩尔质量而升高，直至其达到如下的恒定等级：在该恒定等级处Tg不再显著变化。Tg对树脂的机械性质、特别是其模量以及该模量的温度稳定性具有一阶影响(first-order impact)：通常实践是，将该复合物仅最高使用至等于Tg-10至-30℃的最大温度。