[发明专利]复合材料、制备和其制品

说明书

本发明涉及复合材料、它们的制备方法以及该方法所用的水分散体和纸状的片材或卷材（web），还涉及复合结构和用这些复合材料制成的物品。

本文所用的“复合材料”一词是指片材或卷材形式的二种或二种以上材料所组合而成的材料，它包括一种连续的基质相，该基质相包裹着由分散的增强成分所组成的增强相。复合材料可用于制造各种物品，包括汽车簧片、制动器垫片、化学加工设备、飞机的机翼和机身结构、直升飞机桨叶、船壳和运动器材，如高尔夫球球杆（柄）、棒球球棒、滑雪板和网球拍框架。这些结构通过采用称之为连续的纤维加工方法来生产，该加工方法必须通过加压和抽真空使复合材料得到仔细加固，以减少孔隙率并确保基质相完全聚结，从而避免最终产品出现非均匀性。这些加工方法常常需要特殊的设备，该设备增加了制造这些结构的基建投资和加工成本。

近年来，据说采用常规造纸设备和方法、通过含水方法由固体聚合物、增强材料和胶乳粘结剂已制得复合材料。例如美国专利4，426，470，该专利详细地描述了使用高密度聚乙烯作固体聚合物、玻璃纤维作增强材料和各种或具有阴离子连接电荷或具有阳离子连接电荷的基本上不溶于水的有机聚合物的胶乳粘结剂制备复合片材的方法。据说用造纸技术生产复合材料所用的水性桨料必须仔细加工以获得满意的产品。必须特别注意避免松散的粉状聚合物或树脂聚集在制备复合材料的纸状卷材的表面。例如由于粉末状的聚合物会沉积和粘合在造纸操作期间与湿的卷材或片材相接触的干燥设备的加热表面，松散的粉末状聚烯烃的表面聚集会干扰造纸设备的正常作用。

有人建议采用特殊的絮凝剂和分散助剂以减轻由粉末状聚合物或树脂的表面聚集所引起的问题。但使用这类添加剂会增加复合材料的生产成本。此外，根据复合材料所用的具体组合的组分，某些分散助剂会损害物理完整性或对最终产品所需的特性产生不利影响。例如，当使用浓硫酸作生产含玻璃纤维的复合材料的分散助剂时，最终的卷材非常易脆;当使用中性助剂（如Lubrizol^TM或Katapol^TM）时，将复合材料制成层压产品，该产品的各层往往会剥离开。

迄今采用的造纸技术所生产的复合材料的另一不希望有的特性是发生“边缘渗漏”，这表现在树脂流过复合材料内增强材料网的边缘。这些缺点使得迄今提出的复合材料的湿层制备方法和所得的复合材料缺乏商业利用的吸引力。

业已发现，根据本发明，采用造纸技术，通过向在制备复合材料所用的加热易熔的片材或卷材中加入的聚合物微片可有效地生产复合材料。该聚合物微片基本上抑制了粉末状聚合物或树脂在片材或卷材上聚集并保持复合材料中的所有组分均匀分散在整个最终产品中。聚合物微片的使用还有效地抑制了边缘渗漏的发生。

本发明一方面提供了以片材或卷材形式存在的复合材料，它包含一种连续的基质相，该基质相包裹由分散的增强成分所组成的增强相，该连续的基质相包含热熔聚合物微片，该微片由一种膨胀的、疏水的、热塑性聚合物制得，该膨胀状态的聚合物不易脆，聚合物微片基本上没有生产该微片的膨胀或发泡聚合物的完整孔隙。这些复合材料具有各种应用，包括（但并不局限于此）家具板、磨光轮、低磨擦的轴承和外壳、防弹护罩和各种运动器材。

本发明另一方面提供了一种以均匀的水分散体形式存在的组合物，它包括前面所述的聚合物微片和一种或多种复合材料所用的增强成分，采用常规的造纸设备和方法，用该组合物作为制备复合材料的配料。含聚合物微片的水分散体能形成相当均匀的热熔片材或卷材，这些材料能容易加工成最终复合材料。

本发明的再一方面提供了在生产复合材料的中间步骤所形成的热熔片材或卷材。

本发明还有一方面提供了生产上述复合材料的方法，该方法包括使上述水分散体的分散相形成一种湿的片材或连续卷材，干燥该片材或卷材，加热片材或卷材足以使聚合物微片转化成包裹着增强成分的连续基质相，由此得到复合材料。

本发明的其它方面和优点对阅读过下列详细描述部分的本领域熟练技术人员来说是显而易见的。

实施本发明所用的各组分的具体组合物获得了具有许多所需性能（包括热成型性、相当轻的重量、高强度、尺寸稳定和抗形变）的复合材料。这些特性在温度和湿度变化较宽时仍能保持。本发明的复合材料还具有极好的抗吸水性。

复合材料中的主要成分是聚合物微片和粉碎的、疏水的和热塑性树脂（这些成分形成基质相）以及至少一种构成增强相的增强成分。其它组分如粘结剂也可用于生产复合材料，如下所述。

A.基质相