CN101180349A - 纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板 - Google Patents

纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板 Download PDF

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Abstract

纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板。该内部装饰盖板由包含以下物质的组合物模塑制成：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯型树脂，10－60wt％有机纤维，0－40wt％无机填料，和非必要的润滑剂；该内部装饰盖板具有外表面和内表面。还提供了车辆的内部装饰盖板的制造方法。该方法包括将组合物注射模塑以形成车辆内部装饰盖板的步骤，该内部装饰盖板至少具有外表面和内表面，其中该组合物包含：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯，10－60wt％有机纤维，0－40wt％无机填料，和非必要的0－0.1wt％润滑剂。

Description

纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板
发明人：Arnold Lustiger
        Jeffrey Valentage
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年3月23日提交的美国专利申请序列号11/387,496的优先权，该美国专利申请序列号11/387,496是2005年12月23日提交的美国专利申请序列号11/318,363的部分继续申请，该美国专利申请序列号11/318,363是2005年12月13日提交的美国专利申请序列号11/301,533的部分继续申请，并且要求2005年5月17日提交的美国临时申请序列号60/681,609的权益，每篇文献的内容在此引入供参考。
发明领域
本发明大体上涉及由纤维增强的聚丙烯组合物制备的内部装饰盖片等。本发明还涉及由纤维增强的聚丙烯组合物制备的内部装饰盖板的模塑。
发明背景
可膨胀气囊充分地被接受用于机动车辆并且已经为防止许多死亡和伤害作出贡献。一些统计数据估算前气囊在迎头碰撞中将使用安全带的驾驶员的死亡率降低了25％并将未系安全带的驾驶员的死亡率降低大于30％。统计数据进一步提示，采用安全带和气囊的结合，严重的胸部伤害在正面碰撞中可以降低65％，严重的头部伤害降低高达75％。
现代气囊设备可以包括电控元件(ECU)和一个或多个气囊模件。ECU通常安装在汽车的中部，在客舱和机舱之间。如果车辆仅具有驾驶员气囊，则ECU可以装在方向盘上。ECU包括连续监测车辆加速和减速的传感器并且将这种信息发送给处理器，该处理器处理算法以测定车辆是否处于事故情况中。
当所述处理器确定存在事故情况时，ECU传输电流到气囊模件中的引发器。该引发器触发充气机或气体发生器的运行，该充气机或气体发生器在一些实施方案中使用压缩气体和固体燃料的组合。该充气机为织物气囊充气，该气囊在冲击过程中使乘客得到缓冲以防止乘客受到伤害。在一些气囊体系中，气囊可以在千分之50秒内完全充气并且在十分之二秒内泄气。
气囊体系主要设计用于在乘坐者前面，在乘坐者的上躯干和头部与挡风玻璃或仪表板之间展开。常规气囊如驾驶员或乘客气囊保护乘坐者的上躯干和头部不与挡风玻璃或仪表板相撞。
气囊技术已经进步到包括在侧面冲撞或翻车事故过程中保护乘坐者的气囊体系。在这些事故中，乘坐者可能被抛到车辆的窗体、门和侧壁上。这些气囊体系称为帘式气囊。通常地，该帘式气囊与沿着车辆顶板的侧面运转的薄长框架构件附贴。
通常，帘式气囊体系的气囊充气并从框架构件下降以覆盖乘坐者和车辆内部侧面之间的大部分区域。该充气的气囊看起来非常像覆盖车辆窗体的窗帘。帘式气囊可以保护乘坐者防止与侧窗、玻璃的飞行碎片及其它抛射体冲撞。帘式气囊还可以用来在翻车事故中将乘坐者保持在车辆内部。
通常地，帘式气囊安装在由顶部框架构件限定的非常有限的细小空间中。充气机可以是延伸帘式气囊一部分长度的细小圆柱形构件。这样，帘式气囊充气机能够提供足够的吹胀气体以适当地为该帘式气囊充气。该气体由烟火材料的快速燃烧产生。该气体在高速度和温度下逸出充气机中的出口孔。由于有限空间，织物袋子通常靠着充气机折叠存储。
气囊盖(也称作装饰盖板)覆盖容纳气囊模件的隔舱并且可以存在于方向盘、仪表板、门上，沿着车辆顶部横梁、车辆壁、车辆柱或在仪表板下方。气囊盖通常由硬质塑料制成并且可以被展开气囊的压力强制打开。在气囊的展开中，优选保持气囊盖以防止该气囊盖在客舱中飞散。如果该气囊盖自由地移动到客舱中，则它可能伤害乘客。此外，为了确保没有飞行碎片射入客舱中，在该部件的背面上需要布料“稀松织物”以将碎片保持在适当位置。
目前与气囊体系结合使用的内部装饰盖板通常由非常软且柔性的橡胶改性材料制成，以在气囊展开过程中抵御此类部件的冲撞和弯曲。如上所讨论，当气囊展开时，内部装饰盖板必须经得起冲撞和弯曲而不妨碍气囊的适当展开。目前，具有1000MPA或更小的挠曲模量的橡胶改性聚丙烯仅有使用的聚丙烯型材料。然而，这些制品产生其它问题。该材料的低挠曲模量必须通过用肋条或其它类型的增强材料增强该部件来补尝。采用更低模量的材料，还损害热变形温度，这导致在高温下或暴露于高温下对部件进行试验时的配合和表面光洁问题。
聚烯烃在工程应用中具有受限的应用，这归因于韧性和刚性之间的折衷。例如，聚乙烯普遍认为是较韧性的，但是刚性低。聚丙烯通常显示相反的倾向，即较刚性，但是韧性低。
已经介绍了解决该韧性问题的一些熟知的聚丙烯组合物。例如，已知的是通过添加橡胶颗粒(或反应器内添加产生抗冲共聚物，或通过反应器后共混进行添加)来增加聚丙烯的韧性。然而，虽然改进了韧性，但是使用这种途径显著降低了刚性。
在汽车部件，如内部装饰盖板的模塑中，已经采用了注射模塑和压缩模塑方法。热塑性树脂的注射模塑已用于许多小型制品。用短切纤维填充的热固性聚酯已被压缩模塑成较大的片材或板材。尽管人们为了制造具有高质量表面光洁度的内部装饰盖板进行了许多尝试，但是所获得的表面光洁度仍不特别好。
已经介绍玻璃纤维增强的聚丙烯组合物来改进刚性。然而，玻璃纤维具有在典型的注塑设备中断裂的倾向，导致降低的韧性和刚性。此外，玻璃增强的制品具有在注射模塑之后翘曲的倾向。
采用玻璃纤维的热塑性树脂已经以片材形式挤出。玻璃纤维还以热塑性树脂片材形式用作层压件。然后可以将该片材压缩模塑成特定的形状。如本领域技术人员可以领会的那样，压缩模塑具有某些限制，因为压缩塑模部件不能深拉并因此必须具有较浅的构型。此外，这样的部件不特别强并且当用于制备车身板时要求结构增强材料。此外，玻璃填充的树脂的表面光洁度通常是差的。
汽车工业通常要求所有消费者可见的表面具有“A级”表面质量。由玻璃填充的组合物制成的元件通常要求大规模的表面处理并涂覆可固化涂料以提供具有可接受质量和外观的表面。要求制备此类表面的步骤可能是昂贵和耗时的并且可能影响机械性能。
虽然玻璃填充的元件的所模塑的表面质量继续改善，但是它们的表面中的由于暴露的玻璃纤维、玻璃纤维的可见等引起的缺陷常常发生。这些表面缺陷可能进一步导致施加到此类表面上的涂层产生缺陷。玻璃填充的组合物的表面和施加到该玻璃填充的组合物的表面上的固化涂层中的缺陷可以表示为漆膜爆开、高的长期和短期波扫描值、桔皮表面、光泽变化等。
已经建议了一些技术来提供具有可接受外观和质量的表面。例如，薄、预成形漆膜的重叠注塑(overmolding)可以提供所需的A级表面。然而，这种重叠注塑通常只适用于能够提供不要求任何二次表面处理操作的原始模塑表面的那些组合物。模内涂覆可以回避这些操作，但却以大大增加的循环时间和成本为代价。这些方法使用可以涂覆到部件表面的昂贵的油漆体系，与此同时再次稍微打开该模具，然后封闭以使涂料分布和固化。
作为使用玻璃纤维的替代方案，改进聚烯烃性能的另一种已知的方法是有机纤维增强。例如，在EP专利申请号0397881中，公开了通过将100重量份聚丙烯树脂和10-100重量份聚酯纤维熔融混合然后将所得的混合物模塑而制备的组合物，该聚酯纤维具有1-10旦尼尔的纤维直径、0.5-50mm的纤维长度和5-13g/d的纤维强度。此外，Gray，Jr.等人的美国专利号3,639,424公开了一种组合物，其包括聚合物(如聚丙烯)，和均匀分散在其中的占该组合物重量的至少大约10％的短纤长度纤维，该纤维是人造聚合物，如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)或聚(1，4-亚环己基二亚甲基对苯二甲酸酯)。
纤维增强的聚丙烯组合物还在PCT公开物WO02/053629中被公开。更具体地说，WO02/053629公开了一种聚合物配混物，其包含在熔体加工过程中具有高流动性的热塑性基体和长度为0.1mm-50mm的聚合物纤维。该聚合物配混物包含0.5wt％-10wt％润滑剂。
有机纤维增强的聚丙烯组合物的各种改性也是已知的。例如，被马来酸酐或丙烯酸改性的聚烯烃已经用作基体组分来改进合成有机纤维和聚烯烃之间的界面强度，其被认为增强了由其制得的模塑制品的机械性能。
其它背景参考文献包括PCT公开物WO90/05164；EP专利申请0669372；Kadowaki等人的美国专利号6,395,342；EP专利申请1075918；Yasukawa等人的美国专利号5,145,891，Yasukawa等人的美国专利号5,145,892；和EP专利0232522，它们的全部公开内容在此引入作为参考。
Cadus等人的美国专利号3,304,282公开了玻璃纤维增强的高分子量热塑性塑料的制备方法，其中将该塑料树脂供给挤出机或连续捏合机，将环形玻璃纤维引入熔体中并在其中破碎，以及将该混合物均化和通过模头排出。将玻璃纤维以环形粗纱形式供给挤出机进料斗下游的注射口或排气口。
Sargent的美国专利号5,401,154公开了制造纤维增强的热塑性材料以及由该材料形成部件的设备。该设备包括挤出机，后者具有第一进料口、位于该第一进料口下游的第二进料口，和出口。在该配混挤出机的第一进料口供给热塑性树脂材料，在第二进料口供给第一纤维增强材料，该挤出机在挤出机出口排出熔融的无规纤维增强的热塑性材料。该纤维增强材料可以包括由许多单丝纤维形成的连续纤维束。公开的纤维类型包括玻璃、碳、石墨和Kevlar。
Schlarb等人的美国专利号5,595,696公开了纤维复合塑料及其制备方法并且尤其涉及包含连续纤维和塑料基体的复合材料。纤维类型包括玻璃、碳和天然纤维，并且可以以切短纤维或连续纤维形式供给挤出机。在树脂进料斗的下游将所述连续纤维供给挤出机。
Kadowaki等人的美国专利号6,395,342公开了制备合成有机纤维增强的聚烯烃的粒料的浸渍方法。该方法包括以下步骤：在比聚烯烃熔点高出40℃或更多至低于合成有机纤维的熔点的温度下将该聚烯烃加热以形成熔融聚烯烃；在6秒内让包含该合成有机纤维的增强用纤维连续地穿过该熔融聚烯烃以形成聚烯烃浸渍的纤维；和将该聚烯烃浸渍的纤维切割成粒料。有机纤维类型包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺6和聚酰胺66。
Scheur ing等人的美国专利号6,419,864公开了通过在双螺杆挤出机中混合聚合物、添加剂、填料和纤维而制备填充、改性和纤维增强的热塑性塑料的方法。在位于聚合物树脂进料斗下游的纤维进料区将连续纤维粗纱供给该双螺杆挤出机。公开的纤维类型包括玻璃和碳。
2005年12月23日提交的申请序列号11/318,363指出了将PET纤维不断地供入配混挤出机是在聚丙烯(PP)-PET纤维复合材料的制备过程中遇到的问题。用于将聚合物、填料和添加剂计量并输送到挤出配混过程中，同时在输送粒料或粉末方面也有效的常规计重或振动喂料器在输送短纤维方面不是有效的。在PP-PET纤维复合材料的制备过程中遇到的另一个问题是将PET纤维充分地分散到PP基体中与此同时仍然维持由于PET纤维的引入赋予的有利的机械性能。更具体地说，挤出配混螺杆构型可能影响PET纤维在PP基体内的分散，并且挤出配混加工条件可能不但影响基体聚合物的机械性能，而且影响PET纤维的机械性能。2005年12月23日提交的申请序列号11/318,363提出了这些问题的解决方案。
尽管在本领域中有所进步，但是仍需要具有改进的刚性、表面光洁度、耐冲击性和挠曲模量特性的复合材料内部装饰盖板，以及此类纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板的制造方法。
发明概述
提供了纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板。该内部装饰盖板由包含以下物质的组合物模塑制成：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯型树脂，10-60wt％有机纤维和0-40wt％无机填料，该内部装饰盖板具有外表面和内表面。
在另一个方面中，还提供了车辆内部装饰盖板的制造方法。该方法包括将组合物注射模塑以形成车辆内部装饰盖板的步骤，该内部装饰盖板至少具有外表面和内表面，其中该组合物包含：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯，10-60wt％有机纤维，0-40wt％无机填料，和非必要的润滑剂(通常以0-0.1wt％存在)。
在又一个方面中，提供了纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板的制造方法，包括以下步骤：将至少大约25wt％熔体流动速率为大约20-大约1500g/10分钟的聚丙烯型树脂供入双螺杆挤出机料斗；通过从一个或多个卷轴展开连续地将大约5wt％-大约40wt％有机纤维供入该双螺杆挤出机料斗；将大约10wt％-大约60wt％无机填料供入双螺杆挤出机；通过该双螺杆挤出机挤出该聚丙烯型树脂、有机纤维和无机填料，以形成纤维增强的聚丙烯复合材料熔体；将该纤维增强的聚丙烯复合材料熔体冷却以形成固态纤维增强的聚丙烯复合材料；将该纤维增强的聚丙烯复合材料注射模塑以形成车辆内部装饰盖板，该内部装饰盖板具有外表面和内表面。
已令人惊奇地发现，高质量复合材料内部装饰盖板可以由基本上无润滑剂的纤维增强的聚丙烯组合物制备，所得内部装饰盖板具有至少300,000psi的挠曲模量并在仪器化(instrumented)冲击试验过程中显示延性。尤其令人意外的是能够使用各种各样的聚丙烯(包括在没有纤维的情况下非常脆的一些聚丙烯)作为基体材料制造此类复合材料内部装饰盖板。
还令人惊奇地发现，可以通过连续地从一个或多个卷轴展开进入双螺杆挤出机的进料斗而将有机纤维供入该双螺杆配混挤出机，然后通过该双螺杆切短成1/4英寸至1英寸的长度以形成用于制造高质量复合材料内部装饰盖板的纤维增强的聚丙烯型复合材料。
由本文公开的复合材料内部装饰盖板和制备方法以及由此获得的用途/应用产生了许多优点。
例如，在本公开内容的示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板显示改进的仪器化耐冲击性。
在本公开内容的另一个示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板显示改进的挠曲模量。
在本公开内容的另一个示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板在仪器化冲击试验过程中不破裂。
在本公开内容的又一个示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板在仪器化冲击试验过程中显示纤维拔出而不需要润滑添加剂。
在本公开内容的又一个示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板与橡胶增韧的聚丙烯相比显示更高的热变形温度。
在本公开内容的又一个示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板与橡胶增韧的聚丙烯相比显示更低的流动和错流线性热膨胀系数。
在本公开内容的又一个示例性实施方案中，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板显示能够提供A级表面光洁度。
根据随后的详细描述、尤其是当结合所附的附图阅读时，所公开的聚丙烯纤维复合材料内部装饰盖板和本公开内容的制备方法以及它们的有利应用和/或用途的这些及其它优点、特征和属性将变得显而易见。
附图简述
为了协助有关技术领域中的普通技术人员制造和使用本文的主题，对附图进行参考，其中：
图1是说明在车辆内采用本发明内部装饰盖板的在展开状态下的帘式气囊体系的透视图；
图2是从图1的1b部分取得的本发明A-柱内部装饰盖板的展开剖视图；
图3是示出封装在本发明内部装饰盖板内在封装状态下的帘式气囊体系的侧视图；
图4是沿着图3的线3-3取得的剖视图；
图5是示出帘式气囊体系的展开位置的侧视图；
图6是沿着图5的线5-5取得的示出在帘式气囊体系展开之后本发明内部装饰盖板的剖视图；
图7描绘了本发明的纤维增强的聚丙烯复合材料的制造方法的示例性示意图；
图8描绘了制造本发明纤维增强的聚丙烯复合材料的具有下游进料口的双螺杆挤出机的示例性示意图；和
图9描绘了制造本发明的纤维增强的聚丙烯复合材料的双螺杆挤出机螺杆构型的示例性示意图。
发明详述
现参照图1-9，其中类似的编号自始至终用来表示类似的部件。
本文公开的是改进的纤维增强的聚丙烯复合材料车辆内部装饰盖板及其制造方法。本文考虑的那类复合材料车辆内部装饰盖板在图1-6中相对于车辆10进行了一般性描述。参照图1，示出了车辆10，其中帘式气囊体系在展开状态下，这示出了此类体系可以在碰撞发生时保护车辆乘坐者的方式。
图3给出了从车辆10内部取得的侧视图并且示出了在封装状态下的帘式气囊体系以更好地观察本文考虑的示例性纤维增强的聚丙烯复合材料车辆内部装饰盖板。图4给出了沿着图3的线3-3取得的剖视图。参照图3-4，下文将说明根据本文考虑的一个示例性形式的气囊体系(当在封装状态下时)和纤维增强的聚丙烯复合材料车辆内部装饰盖板，这仅是出于举例目的的说明并不进行限制。如图3所示，用来举例并非进行限制，示出了一类具有较宽侧窗60和高车身的车辆10，如乘用厢型车、微型车或运动型多用途车。帘式气囊12从车辆10的前柱部分(A柱部分)14(还参见图2)顺着延伸到顶部侧轨部分16，并且以折叠的状态存储在顶部侧轨构件(车身元件)18(图4所示)和纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20之间。顶部侧轨构件18(图4中所示)附贴到顶部侧轨部分16上，如图4所示，并且附贴纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20从而与顶板一起覆盖顶部侧轨构件18的表面。通过在一些位置用带子22卷绕保持该气囊12处于其折叠状态。经由在一些位置处的布置在气囊12上端部分中的凸起24将该气囊12固定到顶部侧轨构件18上。还将气囊12容纳在纤维增强的聚丙烯复合材料前柱装饰盖板26中以致从该顶部侧轨部分16的前端部分延伸到A柱部分14的下端部分。对于补充细节，参见图2。
在气囊12的下端部分中，将气囊位移构件28(图4所示)布置在气囊12的内侧。将位移构件28(图4所示)保持处于在顶部侧轨构件18侧面上在气囊12下的位置中。布置在顶部侧轨部分16的后端部分中的是充气机30，其与该气囊12的后端部分连接。
纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20可以经配置以便通过使用中柱部分(B柱部分)34的纤维增强的聚丙烯复合材料中柱覆盖装饰物32和后侧柱部分(C柱部分)38的纤维增强的聚丙烯复合材料后侧柱覆盖装饰物36提供可分离固定到顶部侧轨构件18上的末梢。通过使用例如门孔装饰物(没有示出)将纤维增强的聚丙烯复合材料前柱装饰盖板26的末梢可分离地固定。
图1是示出上述类型的示例性展开的帘式气囊体系的透视图，图5是示出上述类型的示例性展开的帘式气囊体系的侧视图，图6是沿着图5的线5-5取得的剖视图。
如图1和图5所示，气囊12由可膨胀部分40、可膨胀部分42和织物部分44、可膨胀部分46和48以及织物部分50和52组成，该可膨胀部分40沿着位于顶端部分中的顶部侧轨部分16提供，该可膨胀部分42和织物部分44两者位于前座侧面上，可膨胀部分46和48以及织物部分50和52都位于后座侧面上。
可膨胀部分40和46是按车辆的纵向延伸的圆柱形可膨胀型体，可膨胀部分42和48由按车辆垂直方向延伸的许多圆柱形可膨胀型体形成，但是一些构型应被考虑。可膨胀部分40与可膨胀部分42和48的可膨胀型体的每一个内部连通，而可膨胀部分46与该可膨胀部分46位于它们之间布置的可膨胀部分42和48的可膨胀型体内部连通。
三角形织物部分44下端部分的前端固定到A柱部分14上，而其后端的一侧与可膨胀部分42的前端的一侧连接。四侧织物部分50的每一侧分别与可膨胀部分40、42、46和48连接。三角形织物部分52的上端的一侧与可膨胀部分40连接，并且前端的一侧与可膨胀部分48连接。
位移构件28还可以由纤维增强的聚丙烯复合材料形成并且设计用来具有必要量的重量、刚性和弹性。位移构件28可以具有圆截面，如所示。
在操作中，如果将在侧面冲碰等中预定的或较大的侧面冲击施加到车辆10的侧车身上，则气囊激活传感器(在图5中没有示出，图1中的1b)发送信号到控制单元(也没有示出)。响应该信号，控制单元发送激活信号到充气机30，该充气机30然后将气体注入气囊12。来自充气机30的气体流入气囊12的可膨胀部分40，该气体使该可膨胀部分40膨胀。可膨胀部分40的膨胀使带子22断裂并且气体顺序地流入可膨胀部分48、42和46以使可膨胀部分48、42和46膨胀。同时，织物部分44 50和52也被展开。
在这一过程中，气囊12通过使用包含在其下端部分中的位移构件28对纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20施压，并且从纤维增强的聚丙烯复合材料中柱覆盖装饰物32(未显示)和纤维增强的聚丙烯复合材料后侧柱覆盖装饰物36(未显示)和门孔覆盖装饰物释放该纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20的末梢，以使该纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20的末梢与顶部侧轨构件18分离，如图6所示。该气囊12然后展开同时朝向车辆的内侧推动并使该纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20弯曲，如图5所示。因而，该纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20的末梢可以容易地借助于位移构件28与顶部侧轨构件18分离，这使气囊12能够迅速且可靠的展开。
如所示，虽然纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20的末梢通过使用位移构件28与顶部侧轨构件18分离，但是体系可以按许多备选设计进行构型并仍从本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板受益。
一种这样的备选构型是其中位移构件28直接地突破纤维增强的聚丙烯复合材料顶部装饰盖板20的构型。这是可接受的，只要没有破裂产生。有利地，本文公开的纤维增强的聚丙烯复合材料不破裂并且，因而，比用于此种设计的其它材料优越得多。代替粉碎，在冲击载荷下，由本文公开的组合物制成的纤维增强的聚丙烯复合材料内部盖板显示“铰链效果”而不是断裂，这使对乘坐者的伤害减小到最低。所谓的“铰链效果”是指组合物的纤维在冲击之后有效地连接其它破裂的碎片。本文公开的纤维增强的聚丙烯复合材料的附加益处是可以获得A级表面，该表面不含美学瑕疵和缺陷。此外，这些材料的热变形温度为130-140℃，比橡胶改性的聚丙烯的80-100℃的热变形温度高得多。
如可以领会的那样，由本文公开的纤维增强的聚丙烯复合材料模塑其它内部装饰盖板应被预期并且在本发明范围内。这些内部装饰盖板包括方向盘罩、仪表板、内门装饰板、车辆顶部横梁盖，不论是否与气囊关联，其它车辆内壁板，或在仪表板下方的板。
此外，预期的是，本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板可以用作基材用于进一步加工，如通过二次(two-shot)/2K注射模塑。例如，可以使用二次/2K注射模塑将热塑性硫化橡胶(TPV)的密封件模塑到复合材料内部装饰盖板上。此外，在一些豪华车辆应用中，出于外观或美学目的，覆盖一个或多个布料形式的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板可能是合乎需要的，尽管存在可能产生具有不可接受的表面光洁度的部件的事实。
有利地，本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板由包含聚丙烯型基体与有机纤维和无机填料的结合物的组合物模塑制成，其结合地有利产生具有至少300,000psi的挠曲模量和在仪器化冲击试验(15mph，-29℃，25lbs)过程中具有延性的车体板。纤维增强的聚丙烯内部装饰盖板采用聚丙烯型基体聚合物，该基体聚合物具有有利的高熔体流动速率但没有牺牲耐冲击性。此外，本文公开的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板在仪器化冲击试验过程中不破裂。
本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板同时具有合乎需要的刚性(如由具有至少300,000psi的挠曲模量证明)和韧性(如由在仪器化冲击试验过程中具有延性证明)。该纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板具有至少350,000psi、或至少370,000psi、或至少390,000psi、或至少400,000psi或至少450,000psi的挠曲模量。仍然更特别地，该纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板具有至少600,000psi或至少800,000psi的挠曲模量。还相信所述纤维增强的聚丙烯复合材料车身板的聚丙烯基体和纤维之间的弱界面有助于纤维拔出；并因此可以增强韧性。因此，不必添加改性的聚丙烯来增强纤维和聚丙烯基体之间的粘结，但是使用改性的聚丙烯对增强填料如滑石或硅灰石和基体之间的粘结可能是有利的。此外，在一个实施方案中，不必添加润滑剂来减弱聚丙烯和纤维之间的界面以进一步增强纤维拔出。一些实施方案也不在仪器化落镖冲击试验过程中显示破裂，这产生了进一步的优点，即不会使紧靠着冲击的人经受可能有害的破裂碎片。
本文公开的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板由组合物形成，该组合物包括以该组合物的总重量计至少30wt％聚丙烯作为基体树脂。在一个特定的实施方案中，以该组合物的总重量计，该聚丙烯以至少30wt％、或至少35wt％、或至少40wt％、或至少45wt％或至少50wt％的量存在；或者以在具有30wt％、或35wt％、或40wt％、或45wt％或50wt％的下限，和75wt％或80wt％的上限的范围内的量存在。在另一个实施方案中，聚丙烯以至少25wt％的量存在。
用作在本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板中使用的基体树脂的聚丙烯不受特别限制并且通常选自丙烯均聚物、丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-α-烯烃无规共聚物、丙烯嵌段共聚物、丙烯抗冲共聚物和它们的组合。在一个特定的实施方案中，聚丙烯是丙烯均聚物。在另一个特定的实施方案中，聚丙烯是丙烯抗冲共聚物，以该抗冲共聚物的总重量计，其包含78-95wt％均聚聚丙烯和5-22wt％乙烯-丙烯橡胶。在这一实施方案的一个特定方面中，该丙烯抗冲共聚物以该抗冲共聚物的总重量计包含90-95wt％均聚聚丙烯和5-10wt％乙烯-丙烯橡胶。
基体树脂的聚丙烯可以具有大约20-大约1500g/10min的熔体流动速率。在一个特定的实施方案中，聚丙烯基体树脂的熔体流动速率大于100g/10min，更尤其大于或等于400g/10min。在又一个实施方案中，聚丙烯基体树脂的熔体流动速率为大约1500g/10min。更高的熔体流动速率使得可加工性、产出率以及更高的有机纤维和无机填料的装载水平得到改进，而不会不利地影响挠曲模量和耐冲击性。
在一个特定的实施方案中，基体聚丙烯以该聚丙烯的总重量计包含小于0.1wt％改性剂。典型的改性剂包括例如，不饱和羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸或其酯、马来酸酐、衣康酸酐和它们的衍生物。在另一个特定的实施方案中，基体聚丙烯不包含改性剂。在又一个特定的实施方案中，聚丙烯型聚合物还包括大约0.1wt％至小于大约10wt％被接枝剂改性的聚丙烯型聚合物。所述接枝剂包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸或其酯、马来酸酐、衣康酸酐和它们的组合。
所述聚丙烯可以进一步包含本领域中通常已知的添加剂，如分散剂、润滑剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗静电剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、炭黑、成核剂、增塑剂和着色剂如染料或颜料。添加剂(如果存在)在聚丙烯基体中的量以该基体的总重量计通常为0.1wt％、或0.5wt％或2.5wt％至7.5wt％或10wt％。添加剂在加工过程中的扩散可以引起一部分添加剂将存在于纤维中。
本发明不受制备基体聚丙烯的任何特定的聚合方法限制，并且本文所述的聚合方法不受任何特定类型的反应容器限制。例如，可以使用任何熟知的溶液聚合、淤浆聚合、本体聚合、气相聚合和其组合的方法制备基体聚丙烯。另外，本发明不限于制造聚丙烯的任何特定的催化剂，并且可以例如包括齐格勒-纳塔或金属茂催化剂。
本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板由还通常包括至少10wt％有机纤维的组合物形成，以该组合物的总重量计。在一个特定的实施方案中，以该组合物的总重量计，该纤维以至少10wt％、或至少15wt％或至少20wt％的量存在；或者以在具有10wt％、或15wt％或20wt％的下限，以及50wt％、或55wt％、或60wt％或70wt％的上限的范围内的量存在。在另一个实施方案中，有机纤维以至少5wt％到至多40wt％的量存在。
用作纤维的聚合物不受特别限制并且通常选自聚亚烷基对苯二甲酸酯、聚亚烷基萘二甲酸酯、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯腈和它们的组合。在一个特定的实施方案中，所述纤维包含选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺和丙烯酸类树酯的聚合物。在另一个特定的实施方案中，所述有机纤维包括PET。
在一个实施方案中，所述纤维是单组分纤维。在另一个实施方案中，所述纤维是多组分纤维，其中该纤维由如下方法形成：其中，从分离的挤出机中挤出至少两种聚合物并熔喷或纺丝在一起形成一种纤维。在这一实施方案的一个特定的方面中，用于多组分纤维的聚合物基本上是相同的。在这一实施方案的另一个特定的方面中，用于多组分纤维的聚合物彼此不同。该多组分纤维的构型可以是例如皮/芯型布置、并列型布置、派型布置、海包岛型布置或它们的变体。纤维还可以经由取向进行拉伸以增强机械性能，并随后在升高的温度但小于晶体熔点的温度下退火，以降低收缩和改进在升高的温度下的尺寸稳定性。
用于本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料车身板的纤维的长度和直径不受特别限制。在一个特定的实施方案中，纤维具有1/4英寸的长度；或者具有在下限为1/8英寸或1/6英寸，上限为1/3英寸或1/2英寸的范围内的长度。在另一个特定的实施方案中，纤维的直径在下限为10μm和上限为100μm的范围内。
所述纤维可以进一步包含本领域中通常已知的添加剂，如分散剂、润滑剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗静电剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、炭黑、成核剂、增塑剂和着色剂，如染料或颜料。
本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板中使用的纤维不受任何特定纤维形式限制。例如，所述纤维可以呈连续长丝纱、部分取向纱或短纤维形式。在另一个实施方案中，所述纤维可以是连续复丝纤维或连续单丝纤维。
用于本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板的组合物任选地包括无机填料，以该组合物的总重量计，该无机填料的量为至少1wt％、或至少5wt％或至少10wt％；或者以在下限为0wt％、或1wt％、或5wt％、或10wt％或15wt％和上限为25wt％、或30wt％、或35wt％或40wt％的范围内。在又一个实施方案中，该无机填料可以以10wt％-大约60wt％存在于该聚丙烯纤维复合材料中。在一个特定的实施方案中，该无机填料选自滑石、碳酸钙、氢氧化钙、硫酸钡、云母、硅酸钙、粘土、高岭土、二氧化硅、氧化铝、硅灰石、碳酸镁、氢氧化镁、镁含氧硫酸盐(magnesium oxysulfate)、氧化钛、氧化锌、硫酸锌和它们的组合。所述滑石可以具有大约1-大约100微米的尺寸。
在用于本文考虑的纤维增强的聚丙烯复合材料内部装饰盖板的组合物中优选使用高纵横比滑石。虽然可以使用常规显微镜法通过用滑石的平均粒径除以平均厚度计算纵横比，但是这是困难且冗长的技术。纵横比的特别有用的指标本领域中称为“薄层指数(lamellarity index)”，它是颗粒尺寸测量值的比率。因此，本文所使用的“高纵横比”滑石是指平均薄层指数大于或等于大约4或者大于或等于大约5的滑石。用于本文公开的组合物中的滑石优选具有至少14平方米/克的比表面积。
在一个特定的实施方案中，在至多大约60wt％的高滑石加入量下，聚丙烯纤维复合材料显示至少大约750,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验(15mph，-29℃和25lbs)过程中不显示破裂。在另一个特定的实施方案中，在低到10wt％的低滑石加入量下，聚丙烯纤维复合材料显示至少大约325,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验(15mph，-29℃和25lbs)过程中不显示破裂。此外，在聚丙烯纤维复合材料中加入5wt％-60wt％的硅灰石产生耐冲击性和刚性的优异结合。
在另一个特定的实施方案中，包括熔体流动速率为80-1500的聚丙烯型树脂，10-15wt％聚酯纤维和50-60wt％无机填料的纤维增强的聚丙烯组合物显示850,000-1,200,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验(在-29℃下，在25磅和15英里/小时下进行试验)过程中不破碎。所述无机填料包括、但不限于滑石和硅灰石。刚性和韧性的这一结合难以在聚合物基材料中达到。此外，所述纤维增强的聚丙烯组合物具有在66psi下大于100℃的热变形温度，以及分别为2.2×10-5和3.3×10-5/℃的流动和错流线性热膨胀系数。相比之下，橡胶增韧的聚丙烯具有94.6℃的热变形温度，以及分别为10×10-5和18.6×10-5/℃的流动和错流热膨胀系数。
本发明的复合材料内部装饰盖板如下制造：形成纤维增强的聚丙烯组合物然后将该组合物注射模塑以形成该内部装饰盖板。本发明不受形成该组合物的任何特定方法限制。例如，可以按拉挤配混或挤出配混的任何熟知的方法通过使聚丙烯、有机纤维和任选的无机填料接触来形成该组合物。在一个特定的实施方案中，以挤出配混方法形成该组合物。在这一实施方案的一个特定的方面中，在加入挤出机料斗之前将所述有机纤维切割。在这一实施方案的另一个特定的方面中，从一个或多个卷轴将所述有机纤维直接地供入挤出机料斗中。
现参照图7，其示出了本发明纤维增强的聚丙烯复合材料的制造方法的一个示例性示意图。将聚丙烯型树脂110、无机填料112和从一个或多个卷轴116连续展开的有机纤维114供入双螺杆配混挤出机120的挤出机料斗118。挤出机料斗118位于双螺杆配混挤出机120的进料喉119上方。挤出机料斗118可以备选地装备有螺旋推运器(未显示)，用来在进入双螺杆配混挤出机120的进料喉119之前混合聚丙烯型树脂110和无机填料112。在一个可选实施方案中，如图8所示，可以在位于挤出机料斗118下游的挤出机机筒126中的下游进料口127处，将无机填料112加入该双螺杆配混挤出机120，同时仍将聚丙烯型树脂110和无机纤维114计量加入挤出机料斗118并且经由进料喉119进入。
再次参照图7，为了精确地控制加料速度，经由喂料系统130向挤出机料斗118计量加入聚丙烯型树脂110。类似地，为了精确地控制加料速度，经由喂料系统132向挤出机料斗118计量加入无机填料112。喂料系统130、132可以是、但不限于计重喂料系统或计体积喂料系统。为了精确地控制正在加入挤出机料斗118的聚丙烯型树脂110和无机填料112的重量百分数，计重喂料系统是尤其优选的。有机纤维114向挤出机料斗118的加料速度由以下方面的组合控制：挤出机螺杆速度、在给定纤维卷轴中的纤维长丝的数目和每根长丝的厚度，正同时向挤出机料斗118展开的纤维卷轴116的数目。挤出机螺杆速度(以转/分钟(rpm)量度)越高，则将有机纤维114加入双螺杆配混挤出机120的速率将越大。向挤出机料斗加入有机纤维114的速率也随着以下条件增加：正在从单个纤维卷轴116展开的有机纤维114内更大的长丝数目，更大的长丝厚度，正在同时展开的更大的纤维卷轴116的数目，和挤出机的每分钟转数。
所述双螺杆配混挤出机120包括驱动马达122、齿轮箱124、用于容纳两个螺杆(未显示)的挤出机机筒126和线材模头128。挤出机机筒126分段成许多加热温度控制区128。如图7所示，挤出机机筒126包括总共十个温度控制区128a。在双螺杆配混挤出机120的挤出机机筒126内的两个螺杆可以是啮合或非啮合的，并且可以按同一个方向旋转(同向旋转)或按相反方向旋转(反向旋转)。从加工来看，熔融温度必须维持在聚丙烯型树脂110的熔融温度之上，且远低于有机纤维114的熔化温度，以致由有机纤维赋予的机械性能将在混入聚丙烯型树脂110时得到维持。在一个示例性实施方案中，当挤出PP均聚物和PET纤维时，挤出机区段的机筒温度不超过154℃，这产生了大于PP均聚物熔点、但远低于PET纤维熔点的熔融温度。在另一个示例性实施方案中，挤出机区段的机筒温度设置在185℃或更低。
用于制造纤维增强的聚丙烯复合材料的双螺杆配混挤出机120螺杆构型的示例性示意图在图9中描述。进料喉119允许将聚丙烯型树脂、有机纤维和无机填料引入双螺杆配混挤出机120的进料区。无机填料可以任选地在下游进料口127加入挤出机120。双螺杆130包括互连螺杆部分的布置，该互连螺杆部分包括输送元件132和捏合元件134。捏合元件134用来使聚丙烯型树脂熔融，纵向的切割有机纤维，和将聚丙烯型熔体、切短有机纤维和无机填料混合以形成均匀共混物。更特别地，捏合元件用来将有机纤维破碎成大约1/8英寸-大约1英寸的纤维长度。一系列互连捏合元件34还称为捏合块。Haring等人的美国专利号4,824,256(在此全文引入供参考)公开了具有捏合元件的同向旋转双螺杆挤出机。位于进料喉下游的捏合元件134的第一部分还称为双螺杆配混挤出机120的熔化区。输送元件132用来输送固体组分，熔融聚丙烯型树脂，和向下游输送聚丙烯型聚合物、无机填料和有机纤维的熔融混合物到处于正压下的线材模头128(图8中所示)。
从挤出机螺杆130的起始端136用直径(D)的数目表示的每个螺杆部分的位置也在图9中进行了描述。图9中的挤出机螺杆具有40/1的长径比，并且在与螺杆130的起始端136相距32D的位置，布置了捏合元件134。捏合和输送部分的特定布置不限于图9中所述那样，然而，由互连捏合元件134的布置构成的一个或多个捏合块可以在将有机纤维和无机填料引入挤出机机筒的地方的下游点处布置于双螺杆130中。双螺杆130可以具有相等的螺杆长度或不相等的螺杆长度。其它类型的混合段也可以包括在双螺杆130中，其包括但不限于Maddock混合器和销针式混合器。
再次参照图7，通过挤出机螺杆将包含聚丙烯型聚合物110、无机填料112和有机纤维114的均匀混合的纤维增强的聚丙烯复合材料熔体计量到线材模头128，以形成纤维增强的聚丙烯复合材料熔体的一个或多个连续线材140。然后让该一个或多个连续线材140通入水浴142以将它们冷却到纤维增强的聚丙烯复合材料熔体的熔点以下，从而形成固体纤维增强的聚丙烯复合材料线材144。通常将水浴142冷却并控制到远远低于聚丙烯型聚合物的熔点的恒温。然后将固体纤维增强的聚丙烯复合材料线材144通入造粒机或造粒装置146，以将它们切割成纤维增强的聚丙烯复合材料树脂148，它们的长度测量为大约1/4英寸-大约1英寸。然后可以在容器150中收集该纤维增强的聚丙烯复合材料树脂148或者备选地输送到料仓以储存并且最后输送到注射模塑生产线200(未显示)。
利用以下非限制性实施例进一步说明本发明及其优点。
试验方法
在2300psi的压力下，所有加热区以及注嘴为401℃下注射模塑本文描述的纤维增强的聚丙烯组合物，其中模具温度为60℃。
使用ISO 178标准程序对由本文描述的纤维增强的聚丙烯组合物制备的注射模塑样品产生挠曲模量数据。
使用ASTM D3763对由本文描述的纤维增强的聚丙烯组合物制备的注射模塑样品产生仪器化冲击试验数据。在仪器化冲击试验(15mph，-29℃，和25lbs的试验条件)过程中的延性定义为样品的不破裂。
实施例
PP3505G是可从ExxonMobil Chemical Company(Baytown，Texas)的商购的丙烯均聚物。PP3505G的MFR(2.16kg，230℃)根据ASTM D1238测量为400g/10min。
PP7805是可从ExxonMobil Chemical Company(Baytown，Texas)商购的80 MFR丙烯抗冲共聚物。
PP8114是包含乙烯-丙烯橡胶和塑性体的22 MFR丙烯抗冲共聚物，并且可从ExxonMobil Chemical Company(Baytown，Texas)商购。
PP8224是包含乙烯-丙烯橡胶和塑性体的25 MFR丙烯抗冲共聚物，并且可从ExxonMobil Chemical Company(Baytown，Texas)商购。
PO1020是包含0.5-1.0wt％马来酸酐的430MFR马来酸酐官能化的聚丙烯均聚物。
Cimpact CB7是表面改性的滑石，V3837是高纵横比滑石，Jetfine700C是高表面积滑石，都可以从Luzenac America Inc.(Englewood，Colorado)获得。
说明性实施例1-8
在Haake单螺杆挤出机中在175℃下将不同量的PP3505G和从Invista Corporation获得的0.25″长的聚酯纤维混合。将离开挤出机的线材切割成0.5″长度并且使用Boy 50M吨注射模塑机在205℃下注射模塑到保持在60℃的模具中。将注射压力和注嘴压力维持在2300psi。根据ASTM D3763的几何形状模塑样品并且在用于内部部件的标准汽车条件下(25 lbs，在15MPH下，在-29℃下)测试仪器化冲击。在表1中给出了所吸收的总能量和冲击结果。
表1
 实施例# wt％PP3505G   wt％纤维   总能量(ft-lbf)   仪器化冲击试验结果
 1 65   35   8.6±1.1   延性*
 2 70   30   9.3±0.6   延性*
 3 75   25   6.2±1.2   延性*
 4 80   20   5.1±1.2   延性*
 5 85   15   3.0±0.3   延性*
 6 90   10   2.1±0.2   延性*
 7 95   5   0.4±0.1   脆性**
 8 100   0   ＜0.1   脆性***
*实施例1-6：样品不由于冲击而破碎或裂开，没有来自试样的碎片。
**实施例7：由于冲击，样品的碎片脱落。
***实施例8：由于冲击，样品完全地破碎。
说明性实施例9-14
在实施例9-11中，在Haake双螺杆挤出机中在175℃下将35wt％PP7805、20wt％Cimpact CB7滑石和45wt％从Invista Corporation获得的0.25″长的聚酯纤维混合。将离开挤出机的线材切割成0.5″长度并且使用Boy 50M吨注射模塑机在205℃下注射模塑到保持在60℃的模具中。将注射压力和注嘴压力维持在2300psi。根据ASTM D3763的几何形状模塑样品并且测试仪器化冲击。在表2中给出所吸收的总能量和冲击结果。
在实施例12-14中，在与实施例9-11的那些相同的条件下挤出并注射模塑PP8114。在表2中给出所吸收的总能量和冲击结果。
表2
  实施例# 冲击条件/施加的能量     总能量(ft-lbf)   仪器化冲击试验结果
  35wt％PP7805(70MFR)，20wt％滑石，45wt％纤维
  9 -29℃，15MPH，25lbs/192ft-lbf     16.5   延性*
  10 -29℃，28MPH，25lbs/653ft-lbf     14.2   延性*
  11 -29℃，21MPH，58lbs/780ft-lbf     15.6   延性*
  100wt％PP8114(22 MFR)
  12 -29℃，15MPH，25lbs/192ft-lbf     32.2   延性*
  13 -29℃，28MPH，25lbs/653ft-lbf     2.0   脆性**
  14 -29℃，21MPH，58lbs/780ft-lbf     1.7   脆性**
*实施例9-12：样品不由于冲击而破碎或裂开，没有来自试样的碎片。
**实施例13-14：样品由于冲击破碎。
说明性实施例15-16
具有长径比为40∶1的Leistritz ZSE27 HP-60D 27mm双螺杆挤出机在与模头出口相距12″处装备有六对捏合元件以形成捏合块。该模头的直径为1/4″。直接地从卷轴将连续27,300旦尼尔PET纤维的丝束连同PP7805和滑石供入挤出机的料斗。在挤出机捏合块中的捏合元件就地将纤维破碎。挤塑机速度是400转/分，整个挤出机的温度保持在190℃。在与针对实施例1-14描述的那些条件类似的条件下进行注射模塑。测量样品的机械和物理性能并且在表3中与PP8224的机械和物理性能进行比较。
仪器化冲击试验表明，在这两个实施例中，没有裂开或破碎的迹象，没有来自试样的碎片。在缺口卡毕试验中，PET纤维增强的PP7805试样仅部分地断裂，PP8224试样完全地断裂。
表3
试验(方法)     实施例15含滑石的PET纤维增强的PP7805     实施例16PP8224
挠曲模量，Chord(ISO 178)     525,190psi     159,645psi
在-30℃下的仪器化冲击到最大载荷的能量100lbs在5MPH下(ASTM D3763)     6.8J     27.5J
在-40℃下的缺口卡毕冲击(ISO 179/1eA)     52.4kJ/m2     5.0kJ/m2
在0.45Mpa下的热挠曲温度，在边缘上(ISO 75)     116.5℃     97.6℃
线性热膨胀系数，-30℃至100℃，流动/错流(ASTM E831)     2.2/12.8(E-5/℃)     10.0/18.6(E-5/℃)
说明性实施例17-18
在实施例17-18中，在Haake双螺杆挤出机中在175℃下将30wt％PP3505G或PP8224、15wt％从Invista Corporation获得的0.25″长的聚酯纤维、和45wt％V3837滑石混合。将离开挤出机的线材切割成0.5″长度并且使用Boy 50M吨注射模塑机在205℃下注射模塑到保持在60℃的模具中。将注射压力和注嘴压力维持在2300psi。根据ASTM D3763的几何形状模塑样品并且测试挠曲模量。挠曲模量结果在下表4中给出。
表4
  实施例     聚丙烯   挠曲模量，Chord，psi(ISO 178)     在-30℃下的仪器化冲击到最大载荷的能量25lbs在15MPH下(ASTM D3763)，ft-lb
  17     PP8224   433840     2
  18     PP3505   622195     2.9
具有PET纤维和滑石的橡胶增韧的PP8114基体显示比PP3505均聚物低的冲击值。这种结果是令人意外的，因为在任何冲击条件下在所有温度下单独的橡胶增韧的基体远比单独的低分子量PP3505均聚物更具有韧性。在上述两个实施例中，材料不显示破裂。
说明性实施例19-24
在实施例19-24中，在Haake双螺杆挤出机中在175℃下将25-75wt％PP3505G、15wt％从Invista Corporation获得的0.25″长的聚酯纤维、和10-60wt％V3837滑石混合。将离开挤出机的线材切割成0.5″长度并且使用Boy 50M吨注射模塑机在205℃下注射模塑到保持在60℃的模具中。将注射压力和注嘴压力维持在2300psi。根据ASTM D3763的几何形状模塑样品并且测试挠曲模量。挠曲模量结果在下表5中给出。
表5
    实施例     滑石组成     挠曲模量，Chord，psi(ISO 178)
    19     10％     273024
    20     20％     413471
    21     30％     583963
    22     40％     715005
    23     50％     1024394
    24     60％     1117249
注意到以下事实是重要的，在实施例19-24中，样品在落锤试验(-29℃，15英里/小时，25磅)中不显示破裂。
说明性实施例25-26
在Haake双螺杆挤出机中在175℃下模塑两种材料：一种包含10％1/4英寸聚酯纤维、35％PP3505聚丙烯和60％V3837滑石(实施例25)；另一种包含10％1/4英寸聚酯纤维、25％PP3505聚丙烯均聚物(实施例26)、10％PO1020改性的聚丙烯。将它们注射模塑成标准ASTM A370 1/2英寸宽的薄片型拉伸试样。在张力下对试样进行测试，其中最小载荷与最大载荷的比率为0.1，在最大应力的70和80％的挠曲应力下进行。
表6
    到屈服点的最大应力的百分率     实施例25，断裂的循环次数     实施例26，断裂的循环次数
    70     327     9848
    80     30     63
添加改性的聚丙烯显示增加这些材料的疲劳寿命。
说明性实施例27-29
在这些试验中使用长径比为40∶1的Leistritz 27mm同向旋转双螺杆挤出机。使用的工艺构型如图8所示。使用的螺杆构型在图10中进行了描述，并且包括输送和捏合元件的布置。将滑石、聚丙烯和PET纤维都供入挤出机进料斗中，该进料斗的位置大致与挤出机螺杆的开始端相距两个直径(图10中的19)。通过连续地从多个卷轴供入3100根长丝的纤维束而将PET纤维供入挤出机料斗，其中每根长丝具有大致7.1的旦尼尔。每根长丝的直径为27微米，比重为1.38。
在603转/分钟下运行所述双螺杆挤出机。使用两个计重喂料器，以20磅/小时的速度将PP7805聚丙烯供入挤出机料斗，同时以15磅/小时的速度将CB7滑石供入挤出机料斗。以12磅/小时将PET纤维供入挤出机，这由螺杆速度和丝束厚度支配。十个区段的挤出机温度分布是：区段1-3为144℃，区段4为133℃，区段5为154℃，区段6为135℃，区段7-9为123℃，区段10为134℃。挤出机出口处的线材模头直径为1/4英寸。
在8英尺长水槽中将挤出物骤冷并造粒到1/2英寸的长度以形成PET/PP复合粒料。挤出物显示均匀的直径并且可以容易地穿过骤冷浴而不会在水浴中或在仪器化冲击试验过程中断裂。所制备的PET/PP复合粒料的组成为42.5wt％PP，25.5wt％PET和32wt％滑石。
将制备的PET/PP复合材料树脂注射模塑并显示以下性能：
表7
                        实施例27
比重                    1.3
拉伸模量，Chord@23℃    541865psi
拉伸模量，Chord@85℃    257810psi
挠曲模量，Chord@23℃    505035psi
挠曲模量，Chord@85℃    228375psi
HDT@0.45MPA             116.1℃
HDT@1.80MPA             76.6℃
仪器化冲击@23℃         11.8JD**
仪器化冲击@-30℃        12.9JD**
**具有径向破裂的延性破坏
在实施例28中，使用相同的材料、组成和工艺装备，不同之处在于对于所有挤出机机筒区段将挤出机温度增加到175℃。这种材料在23℃和-30℃下的仪器化冲击试验中都显示完全断裂。因此，在175℃的机筒温度分布下，PET纤维的机械性能在挤出配混过程中受到负面影响，以致PET/PP复合材料树脂具有差的仪器化冲击试验性能。
在实施例29中，将纤维供入布置在挤出机下游14个直径处的料斗(图10中的527)中。在这种情况下，制备的挤出物的直径是不规则的并且当它穿过骤冷水浴时平均每分钟断裂一次。当在挤出机料斗的下游连续地供给PET纤维束时，PET在PP基体中的分散受到负面影响以致不能制造均匀的挤出物，从而导致不规则的直径和挤出物断裂。
说明性实施例30
使用与实施例27-29一样的具有相同尺寸和螺杆设计的挤出机。挤出机的所有区段最初加热到180℃。然后使用计重喂料器在50磅/小时下将与Jetfine700 C和PO1020干混合的PP3505供入挤出机料斗，该挤出机料斗的位置大致与挤出机螺杆的开始端相距两个直径。通过同一料斗供给旦尼尔为7.1且厚度为3100根长丝的聚酯纤维。然后将挤出机的螺杆速度设置到596转/分，这导致加料速度为12.1磅纤维/小时。在获得均匀的挤出物之后将所有温度区段降低到120℃，并且在达到稳态温度之后将挤出物造粒。共混物的最终组成是48％PP3505、29.1％Jetfine 700 C、8.6％PO 1020和14.3％聚酯纤维。
当将挤出机的所有温度区段设置到120℃时，将所制备的PP复合材料树脂注射模塑并显示以下性能：
表8
                        实施例30
挠曲模量，Chord@23℃    467,932psi
仪器化冲击@23℃         8.0JD**
仪器化冲击@-30℃        10.4JD**
**具有径向破裂的延性破坏
在另一个实施方案中，本发明涉及：
1.纤维增强的复合材料内部装饰盖板，所述内部装饰盖板由包含以下物质的组合物模塑制成：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯型树脂，10-60wt％有机纤维，0-40wt％无机填料和非必要的润滑剂(通常以0-0.1wt％存在)；所述内部装饰盖板具有外表面和内表面。
2.段落1的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述聚丙烯型树脂选自聚丙烯均聚物、丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-α-烯烃无规共聚物、丙烯抗冲共聚物和它们的组合。
3.段落1或2的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述聚丙烯型树脂是熔体流动速率为大约20-大约1500g/10分钟的聚丙烯均聚物。
4.段落1、2或3的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述聚丙烯型树脂还包含大约0.1wt％至小于大约10wt％被接枝剂改性的聚丙烯型聚合物，其中所述接枝剂选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸或它们的酯、马来酸酐、衣康酸酐和它们的组合。
5.段落1-4中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述润滑剂选自硅油、硅胶、脂肪酰胺、石蜡油、石蜡和酯油。
6.段落1-5中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述有机纤维选自聚亚烷基对苯二甲酸酯、聚亚烷基萘二甲酸酯、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯腈和它们的组合。
7.段落1-6中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述无机填料选自滑石、碳酸钙、氢氧化钙、硫酸钡、云母、硅酸钙、粘土、高岭土、二氧化硅、氧化铝、硅灰石、碳酸镁、氢氧化镁、氧化钛、氧化锌、硫酸锌和它们的组合。
8.段落1-7中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板具有至少300,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验过程中显示延性。
9.段落1-8中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述内部装饰盖板在冲击载荷下显示“铰链效果”。
10.段落1-9中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述车辆内部装饰盖板是顶部装饰盖板。
11.段落1至9中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板是柱装饰盖板。
12.段落1至9中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板选自方向盘罩、仪表板、内门装饰板、车辆顶部横梁盖和仪表下板。
13.段落1-12中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板的至少所述外表面具有A级表面光洁度。
14.车辆内部装饰盖板的制造方法，该方法包括将组合物模塑以形成该车辆内部装饰盖板，该内部装饰盖板至少具有外表面和内表面；其中该组合物包含：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯，10-60wt％有机纤维，0-40wt％无机填料，和非必要的润滑剂。
15.段落14的方法，其中所述内部装饰盖板具有至少300,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验过程中显示延性。
16.段落14或15的方法，其中所述内部装饰盖板是顶部装饰盖板。
17.段落14或15的方法，其中所述内部装饰盖板是柱装饰盖板。
18.段落14或15的方法，其中所述内部装饰盖板选自方向盘罩、仪表板、内门装饰板、车辆顶部横梁盖和仪表下板。
19.段落14到18中任一项的方法，其中所述内部装饰盖板在冲击载荷下显示“铰链效果”。
20.段落14至19中任一项的方法，还包括以下步骤：
(a)将至少大约25wt％熔体流动速率为大约20-大约1500g/10分钟的聚丙烯型树脂供入双螺杆挤出机料斗；
(b)通过从一个或多个卷轴展开连续地将大约5wt％-大约40wt％有机纤维供入该双螺杆挤出机料斗；
(c)将大约10wt％-大约60wt％无机填料供入双螺杆挤出机；
(d)通过该双螺杆挤出机挤出该聚丙烯型树脂、有机纤维和无机填料，以形成纤维增强的聚丙烯复合材料熔体；和
(e)将该纤维增强的聚丙烯复合材料熔体冷却，以形成固态纤维增强的聚丙烯复合材料；
其中在所述注射模塑步骤之前进行步骤(a)-(e)。
本文引用的所有专利、试验程序和其它文件(包括优先权文件)在此公开物与本发明一致并且针对允许这种引入的所有权限的程度上充分引入供参考。
尽管已经具体描述了本发明的示例性实施方案，但是应当理解不脱离本发明精神和范围的各种其它修改对本领域那些技术人员来说是显而易见且容易达到的。因此，不希望在此所附的权利要求受到在这里列出的实施例和说明的限制，而是认为权利要求包括属于本发明专利新颖性的所有特征，包括本发明所属领域那些技术人员认为是它们的等同物的所有特征。
当多个下限和多个上限在此列出时，从任一下限到任一上限的范围应被考虑。

Claims (20)

1.纤维增强的复合材料内部装饰盖板，所述内部装饰盖板由包含以下物质的组合物模塑制成：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯型树脂，10-60wt％有机纤维，0-40wt％无机填料和非必要的润滑剂(通常以0-0.1wt％存在)；所述内部装饰盖板具有外表面和内表面。
2.权利要求1的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述聚丙烯型树脂选自聚丙烯均聚物、丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-α-烯烃无规共聚物、丙烯抗冲共聚物和它们的组合。
3.权利要求1或2的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述聚丙烯型树脂是熔体流动速率为大约20-大约1500g/10分钟的聚丙烯均聚物。
4.权利要求1、2或3的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述聚丙烯型树脂还包含大约0.1wt％至小于大约10wt％被接枝剂改性的聚丙烯型聚合物，其中所述接枝剂选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸或它们的酯、马来酸酐、衣康酸酐和它们的组合。
5.权利要求1-4中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述润滑剂选自硅油、硅胶、脂肪酰胺、石蜡油、石蜡和酯油。
6.权利要求1-5中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述有机纤维选自聚亚烷基对苯二甲酸酯、聚亚烷基萘二甲酸酯、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯腈和它们的组合。
7.权利要求1-6中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述无机填料选自滑石、碳酸钙、氢氧化钙、硫酸钡、云母、硅酸钙、粘土、高岭土、二氧化硅、氧化铝、硅灰石、碳酸镁、氢氧化镁、氧化钛、氧化锌、硫酸锌和它们的组合。
8.权利要求1-7中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板具有至少300,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验过程中显示延性。
9.权利要求1-8中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述内部装饰盖板在冲击载荷下显示“铰链效果”。
10.权利要求1-9中任一项的纤维增强的复合材料内部装饰盖板，其中所述车辆内部装饰盖板是顶部装饰盖板。
11.权利要求1至9中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板是柱装饰盖板。
12.权利要求1至9中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板选自方向盘罩、仪表板、内门装饰板、车辆顶部横梁盖和仪表下板。
13.权利要求1-12中任一项的纤维增强的复合材料车身板，其中所述内部装饰盖板的至少所述外表面具有A级表面光洁度。
14.车辆内部装饰盖板的制造方法，该方法包括将组合物模塑以形成该车辆内部装饰盖板，该内部装饰盖板至少具有外表面和内表面；其中该组合物包含：以该组合物的总重量计，至少30wt％聚丙烯，10-60wt％有机纤维，0-40wt％无机填料，和非必要的润滑剂。
15.权利要求1 4的方法，其中所述内部装饰盖板具有至少300,000psi的挠曲模量并且在仪器化冲击试验过程中显示延性。
16.权利要求14或15的方法，其中所述内部装饰盖板是顶部装饰盖板。
17.权利要求14或15的方法，其中所述内部装饰盖板是柱装饰盖板。
18.权利要求14或15的方法，其中所述内部装饰盖板选自方向盘罩、仪表板、内门装饰板、车辆顶部横梁盖和仪表下板。
19.权利要求14到18中任一项的方法，其中所述内部装饰盖板在冲击载荷下显示“铰链效果”。
20.权利要求14至19中任一项的方法，还包括以下步骤：
(a)将至少大约25wt％熔体流动速率为大约20-大约1500g/10分钟的聚丙烯型树脂供入双螺杆挤出机料斗；
(b)通过从一个或多个卷轴展开连续地将大约5wt％-大约40wt％有机纤维供入该双螺杆挤出机料斗；
(c)将大约10wt％-大约60wt％无机填料供入双螺杆挤出机；
(d)通过该双螺杆挤出机挤出该聚丙烯型树脂、有机纤维和无机填料，以形成纤维增强的聚丙烯复合材料熔体；和
(e)将该纤维增强的聚丙烯复合材料熔体冷却，以形成固态纤维增强的聚丙烯复合材料；
其中在所述注射模塑步骤之前进行步骤(a)-(e)。
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