[发明专利]纤维强化聚合物成型体

说明书

本发明涉及纤维强化聚合物成型体及其制作方法，更具体地说，涉及由聚合物的基体和以所说的基体上层压乃至埋设的分子取向以及以硅烷交联的超高分子量聚乙烯纤维的增强层构成的且具有良好的高弹性率及高强度等力学性能的还具有良好的电气性能的纤维强化聚合物成型体。本发明还涉及其制作方法。

在特开昭58-171951号公报中，业已公开了由超高分子量的聚乙烯纤维或者聚丙烯纤维的网状组织以及具有聚乙烯结晶区间或者聚丙烯结晶区间的熔点或者粘着点比聚乙烯纤维的熔点至少低3℃的聚合物组成的基体构成的复合结构物，还公开了这种复合物具有比理论估计值还高的实测强度，这种复合物的强度提高的原因是基于某种良好的作用，即足以补偿成型时产生的纤维的结晶性损失。

超高分子量聚乙烯的延伸纤维具有高的弹性率及高的拉伸强度，但是仍旧具有聚乙烯原来的缺点，即耐热性差。

一般来说，通过聚乙烯的分子取向或者通过聚乙烯的交联，可提高聚烯烃耐热性，这点本身是公知的。而现有技术在耐热性的提高上有其自己的限界，归根到底，聚乙烯的熔点被限制在较低的温度范围内，即110乃至140℃，这点基本上是不可避免的。据本发明人所知，当聚乙烯的成型体在180℃温度下暴露10分钟后，几乎全部熔化，而失去其强度。

这样，使聚烯烃纤维与比其融点温度还高的聚合物的基本进行复合，在这种复合结构物中，聚烯烃纤维能在原来的取向结晶化状态下存在的纤维强化聚合物成型体至今尚未被人们所知。

因此，本发明的目的在于提供一种具有聚合物的基体与在其上层压乃至埋设的聚烯烃纤维的增强层的复合结构，在这种复合结构中聚烯烃纤维以原来的取向结晶化状态存在，结果使其具有相当高弹性率和机械强度的纤维强化聚合物成型体及其制作方法。

本发明提供的纤维强化聚合物成型体的制作方法，其特征在于由加工温度在220℃以下的聚合物的基体与在所说的基体上层压乃至埋设的分子取向以及硅烷交联高分子量聚乙烯纤维的至少一层增强层构成，所说的增强层实质上保持高分子量聚乙烯纤维的取向结晶结构。

另外，本发明提供的纤维强化聚合物成型体的制作方法，其特征在于使分子取向及硅烷交联超高分子量聚乙烯的长丝或者由长丝构成的不织布、织布或者编布，以面方向配置且限制其端部的状态下与加工温度在220℃以下的聚合物结合成一体。

在本说明书中，所谓聚合物的加工温度，对热塑树脂，是指其熔点乃至软化点，对热硬化性树脂，是指其硬化温度，而对橡胶，是指其硫化温度，所谓热塑性树脂的熔点乃至软化点，对具有熔点的，则仅指熔点，而对不具有熔点的，则是指软化点。

附图的简单说明：

图1所示为在以实施例1的方法调整过的硅烷交联延伸超高分子量聚乙烯纤维的限制条件下测定的示差扫描热量计中第一次升温时的吸热曲线;

图2所示为以实施例1所用的超高分子量聚乙烯粉末在200℃下形成厚度为100μ压制片材的第一次升温时的吸热曲线;

图3所示为以比较例1调整过的未接枝延伸超高分子量聚乙烯纤维的第一次升温时的吸热曲线;

图4所示为以实施例1硅烷接枝的未延伸丝的石蜡在常温下用己烷提取，接着使其浸含二月桂酸二丁基锡，进而以实施例1的方法交联的试样的第一次升温时的吸热曲线;

图5所示为图1的硅烷交联延伸超高分子量聚乙烯纤维的第2次升温时（第二次试验）的吸热曲线。

图6以及图7所示为成型的纤维强化树脂成型体的示意图（与实施例的层压数不同）;

图8所示为以实施例1及比较例1调整过的延伸取向超高分子量聚乙烯纤维的蠕变性能的曲线图，这是在以室温下测定的断裂载荷的30%的载荷下，70℃的气氛下测定的结果。

图9所示为在以实施例1调整的、硅烷交联延伸超高分子量聚乙烯纤维和以比较例1调整过的取向超高分子量聚乙烯纤维的粘接性试验中埋入长度与拉拔力的关系。

本发明是基于以下的新发现：如果使超高分子量聚乙烯的分子取向硅烷交联纤维在限制性的条件下与加工温度在220℃以下的聚合物在该加工温度下结合成复合结构，或者在结合成一体后进行硫化或硬化等加工，则在形成的复合结构中实质上保持着上述纤维的取向结晶结构。