[发明专利]分散的玻璃短纤维与热塑纤维紧密混合组成的预制层制造方法及产品

说明书

本发明涉及分散的玻璃短纤维和热塑纤维紧密混合组成的预制层及其制造方法，所述预制层由经长度大于约1厘米的分散玻璃纤维增强的热塑性塑料树脂组成，还涉及用含水淤浆法制备所述预制层。

获得高度均匀分布的玻璃纤维和热塑性塑料树脂基质的一个途径，是在加热加压条件下用熔融树脂浸渍玻璃纤维毡或束，另一个途径是形成玻璃纤维与粉状树脂基质的混合物。在后一种情况下，是将玻璃纤维和粉状树脂一起在水中制成淤浆，并将其沉积在金属丝网上，然后进行脱水和干燥，从而制成无纺湿法成型板。为使润湿的玻璃纤维达到理想的分散状态，采用这种方法时需要对淤浆的pH进行调整，或向淤浆混合物中添加表面活性分散助剂。在其它情况下，是向淤浆中添加聚合物胶乳、浆粕和絮凝剂，以便克服在水中分散固体聚合物颗粒和增强玻璃纤维时所遇到的问题。然而，这些分散助剂和工艺对所形成的复合结构的性质有害，这就需要一种改进的方法，使得所制备的产品的性能不会受损害。因而，希望能开发一种制备层状料坯的方法，采用常规湿法成型设备或造纸装置可以将这种料坯方便地转变为玻璃纤维增强的热塑性塑料结构复合材料，这种方法具有以下综合效应：

（1）可以使涂有能提高粘合性及其它性能的切段玻璃纤维股增强材料，（a）在热塑性塑料复合材料中，（b）在与热塑性塑料颗粒的均质混合物中，达到极好的分散状态。

（2）可以消除在高或低pH条件下及在表面活性分散剂和发泡剂存在下进行的分散工艺中所产生的，以及使用胶乳、合成浆粕和聚乙烯醇纤维所造成的双复合材料性能的不利影响。

本发明目的是提供玻璃纤维增强的热塑性塑料复合材料的预制层，其中增强玻璃纤维的长度约为1-8厘米，将由大量涂有上浆剂的顺序排列的玻璃纤维束组成的润湿的玻璃纤维股切段，以细旦可润湿切段短纤维的形式，在中性pH的含水淤浆中与热塑性树脂颗粒共分散，使它们达到密切混合状态。本发明目的还包括提供一种方法，可制备一种具有优异的加工性能和料片强度的复合材料预制层，其中增强纤维和热塑性塑料纤维达到非常均匀的分布。重要的是无需使用如胶乳、合成浆粕或聚乙烯醇之类的加工助剂，即可得到良好的料片强度，本发明者已经发现上述现有技术所采用的加工助剂对最终的复合材料性能是有害的。此外，本发明所公开的制备复合材料预制层的方法无需大幅度调整含水淤浆的pH，无需向淤浆混合物中添加分散助剂，也无需使用发泡剂，即可很好地分散润湿玻璃纤维切段，而上述助剂或添加剂的残余物对复合材料的性能是有害的。本发明方法制备的热塑性结构复合材料是以聚酯、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯基质树脂为基础，这种复合材料显示出意想不到的性能。我们意外地发现，只要将上述树脂颗粒制成易于在中性含水淤浆中分散的细纤维形式，润湿的玻璃纤维股切段就可以很好地分散在具有理想的中性pH在含水淤浆中，所述玻璃纤维股切段是由纤维束组成的，纤维束则是由许多经工业上所用的“与热塑性复合材料可相容的上浆剂”粘合在一起的玻璃纤维所组成。如果上述热塑性纤维的表面上任选地预先涂上可以提高该热塑性纤维分散性能的润湿剂，则上述效果还可以进一步提高。热塑性纤维中最好含有一部分熔点稍低的纤维，这些纤维可以起到粘结纤维的作用，从而在加工过程中可以使预制层具有良好的整合性，且不再需要现有技术中所用的胶乳和浆粕。在本发明的方法中，由于增强纤维分散度较高，而且去除了现有技术中的不利因素，所以最终性能得到了本质性地改善。

图1和1A是本发明湿法成型方法一个实施例的示意说明。

图2是本发明湿法成型方法另一实施例的示意说明。

图3是玻璃纤维和热塑性纤维断面分布显微照片的示意图。

参见图1，本发明的湿法成型方法采用了造纸装置，通常包括碎浆机10，搅拌供料罐12，倾斜网造纸机16的网前箱14，脱水部分18，绕缠或驱动轴20。操作时将玻璃纤维和热塑性纤维分散在盛于碎浆机10的水中。用泵11将淤浆从碎浆机泵至搅拌供料罐12。原料从该供料罐泵至（通过泵13）网前箱14，于此处通过罐15添加稀释水，将浆料稠度降低五分之四。按常规方式将淤浆通过造纸网，并通过脱水部分的空吸缝18进行脱水。然后，将脱水的薄片19在潮湿状态绕缠在驱动轴20上。绕在轴20上的薄片如图1A所示解缠为层17并风干。

在另一个用于大规模生产的实施例中，在淤浆被泵至供料罐12后，即用稀释水将其稠度降低到三至五分之一，如图2所示，通过泵16b从脱水箱16a和管路16c补加稀释水使稠度进一步降低到八至十分之一。薄片19经过空吸缝18后，通过板式压缩空气干燥机30于约500°F进行干燥。然后，薄片19从红外干燥装置40下面通过，并通过夹辊由缠绕器20′缠到辊上。

造纸装置