CN1031345C - 在纤维增强塑性材料薄片方面的改进 - Google Patents

Abstract

一种适用于深冲传递模压的纤维增强的坚固的塑性材料薄片，包含20%至60%以重量计的增强纤维和40%至80%以重量计的塑性材料，所说增强纤维至少有95%是单根离散纤维，其弹性模数高于10,000兆帕斯卡，长度介于7与50毫米之间，直径为13微米或小于13微米。

Description

在纤维增强塑性材料薄片方面的改进

本发明与纤维增强塑性材料薄片有关。

由热塑性树脂制成的塑料薄片材料被广泛地用来制造模压制品。然而，这样的材料其强度或刚性并不大，于是在那些需要有这样特性的地方，就采用纤维增强的办法。

因而，举例来说，在制造这样一种材料时，将一层层玻璃纤维毡片夹在一层层热塑性材料之间，将这个复合的结构缝合起来，产生某种程度的层叠集合物，然后在压力下加热来生产固化了的坚实的薄片，供模压之用。

然而，当用于深冲压模时，发现这样的材料不能够被用来制成具有均匀结构强度的模制品。这是因为玻璃纤维毡片是由很长的玻璃纤维缕(即纤维束)所组成，大概是200厘米或更长，它以无规扭曲的形态，充塞在整个薄片之中，这就极大地限制了它们在模压时的移动。因为它们不能与结构中其余部分的已溶化的热塑性材料一起流动。结果，模制品比较薄的部分，像加强筋处就缺乏纤维增强了。

本发明的一个目的在于提供纤维增强的塑性材料，用这种材料来模压纤维增强的塑料制品，它克服或减轻了上述已知材料的缺点。

所以本发明提供了一种坚固的纤维增强的塑料薄片，该薄片包含具有高弹性模数(如下文所定义)，比例相当大的长度介于7与50毫米之间，直径是13微米或小于13微米的20％至60％以重量计的增强的纤维和40％至80％以重量计的热塑性材料。

最好，所说纤维是单根的离散形式的玻璃纤维。因为纤维在供应时往往粘着在一起，成为短切纤维缕，若要制成薄片，它们必须先被破开成为单根的纤维。

高弹性模数的意思就是它的弹性模数显著地高于薄片的弹性模数。符合这种类型的纤维包括玻璃纤维，碳纤维及陶瓷纤维，例如以Kevlar及Momex为商业名称出售的芳族聚酰胺；同时也广泛地包括了具有高于10,000兆帕斯卡的任何纤维。

所说离散的玻璃纤维不应短于约7毫米，直径不应大于13微米，否则，不能胜任用来增强塑料基质。其它材料的单根纤维至少要具有同玻璃纤维一样高的增强效能，才能供选择使用。

现在进一步的描述本发明，请参阅附图：

图1是本发明的纤维增强的塑性材料薄片的截面放大图，图2是按本发明用纤维增强的塑性材料薄片压制的制品的截面细部图。

参阅图1，这里显示由热塑性材料的基质2所组成，通过加热与加压而固化成坚固的连续形状的薄片1。无规地分布于整个基质的是纤维3，它相当大的部分是长度介于7及50毫米之间，直径则小于13微米。最好，至少要有95％的纤维是在指定的尺寸之内。

现在参阅图2，这里显示一个用热模塑技术由图1中所示的薄片制成的模压制品的截面图。模制品4有一个主要网膜5，加强筋6从该网膜中突出来。可以看出在模压时，纤维3已与塑性材料挤压在一起，进入加强筋6之中，这样就显著地提高了它们的强度。

对比实例

这个实例是两种薄片的对比试验。其中一种薄片是按照本发明由长度为12毫米，直径为11微米以50％单根玻璃纤维以及50％聚丙烯热塑性塑料制成的，另一种薄片是市上能买到的含有连续纤维缕，用如本文前面所叙述的层压及固化法制得的玻璃纤维/聚丙烯薄片。这种市上能买到的薄片是由30％的玻璃纤维与70％的聚丙烯组成的。两种薄片的厚度是相同的。这两种薄片经过模压工艺，制得大盘状的模制品，它的冲压深度约12公分。并且内面有细的加强筋。起初，将这薄片放进一个特殊结构的红外线炉子里。它可让加热材料的温度受到控制，直到各个整薄片的温度超过200℃，聚丙烯完全融化为止。当它们柔软易弯曲时，将每张薄片用人工转移到一个温度保持在90℃敞开的压模工具的下半部，接着对这个工具的上半部用液压机施加压力，并在闭模后施加25巴的全压力6秒钟。然后将模制品移出，并经冷却后切去溢料毛边。

按照本发明由薄片制得的模制品，它的轮廓外形与所要求的接近相符，但用市场买到的材料制得的则不然。主要是由于后者所得到模压的压力不足以达到所要求的充分拉伸。

从每件模制品不同部位的相应位置上切下五个一平方英寸的小块。这些小块连同每个模制品的残余部分一起放进一个膛式炉中。在这炉子中，挥发性的有机成分在700℃被烧掉，留下的是玻璃纤维的残余物。

结果示于下表中：

                         表

方块号             玻璃纤维含量      玻璃纤维含量

                      本发明           商品材料

  1                     52                35

  2                     49                28

  3                     51                34

  4                     50                17

  5                     50                27

薄片                    51                30

从表中所表示的结果，可以看得很清楚，在模压过程中遗留的玻璃纤维含量与本发明的模制材料的一致性比遗留的玻璃纤维含量与买到的商品材料的一致性大得多，尽管后者含有较高比例的热塑性材料，而且在模压过程中较少变形。相信这是由于本发明的薄片中的纤维在模压过程中有较大的移动性和较大的挠曲性。

合适的热塑性塑料包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物，聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚氯乙烯，它们是增塑的或未增塑的。可从预料，不受水的化学侵蚀及在被加热后能有足够的柔软性而不会发生化学分解的任何热塑性材料都可用。热后成形的热固性材料也可包括在内，只是薄片形成后，要在一段极短的时间内进行模压的条件是可以接受的。

许多的已知技术可以用来生产本发明的薄片。因此可以用英国专利号1129757，及1329409所描述的方法以纤维网膜和塑料粉来生产薄片，而随后立即用热压法来进行固化。另一方面，也可生产含有树脂颗粒的纤维。然后将这种纤维模压成薄片，或者将纤维散布在液体树脂中以生产一种面团状的物质，然后将它一层层地放在一个热的砑光滚上来生产该种薄片。

本发明还提供一种复合材料，其中本发明的几张由不同成分组成的薄片层压在一起。

再举例来说，用英国专利号1129757及1329409的方法制备的每张重500克/米²的4张薄片，其中两张的玻璃纤维含量是40％以重量计，另两张是60％以重量计，各自的剩余部分是聚丙烯粉末。

这四张薄片和含有高含量光泽纤维的作为叠片芯子的薄片层叠在一起，放进热板压呢机中。合成的叠片与同样厚度含有50％玻璃纤维的同质薄片相比，它的抗挠劲度增大了。

Claims (5)

1.一种适用于深冲传递模压的纤维增强的坚固的塑性材料薄片，包含20％至60％以重量计的增强纤维和40％至80％以重量计的塑性材料，所说增强纤维是单根离散纤维，其弹性模数高于10,000兆帕斯卡，长度介于7与50毫米之间，直径为13微米或小于13微米，且至少要有95％的纤维是在指定的尺寸之内。

2.按照权利要求1纤维增强的坚固的塑性材料薄片，其特征在于纤维是玻璃纤维。

3.按照权利要求1或2的纤维增强的坚固的塑性材料薄片，其特征在于塑性材料是热塑性的。

4.按照权利3的纤维增强的坚固的塑性材料薄片，其特征在于热塑性材料是聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氯乙烯，所说材料是增塑的或未增塑的。

5.按照权利要求1或2的纤维增强的坚固的塑性材料薄片，其中可塑性材料是一种可于热后成形的热固性材料。

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