CN107531961A - 聚丙烯‑碳纤维复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括聚丙烯、碳纤维和作为偶联剂的极性改性聚丙烯的纤维增强聚合物组合物，以及包括所述纤维增强聚合物组合物的制品。

Description

聚丙烯-碳纤维复合材料
技术领域
本发明涉及包括聚丙烯、碳纤维和作为偶联剂的极性改性聚丙烯的纤维增强聚合物组合物，以及包括所述纤维增强聚合物组合物的制品。
背景技术
在聚丙烯的机械性能方面的要求越来越高。特别期望在刚度和抗冲击性方面实现良好平衡的性能特性。聚合物设计和模态是改变材料性质的重要工具，但在这方面存在某些固有的物理限制。特别地，减小厚度成为了减少部件重量的常用方法。然而，通过这样做，必须增加所用材料的刚度以补偿较小的横截面。因此，通常将诸如滑石和玻璃纤维的填料掺入聚丙烯基体中，从而使得所获得的增强材料能够实现所需的机械性能。然而，所述填料具有相对高的密度，因此再次增加了聚丙烯的整体密度。
因此，行业寻求与玻璃纤维填充材料相比满足增加聚丙烯的刚度并降低纤维增强组合物的密度的严苛要求的纤维增强组合物。还希望改善纤维增强组合物的抗冲击性相关性能。
发明内容
本发明的发现是在聚丙烯基体中使用包括碳纤维与特定极性改性聚丙烯组合的纤维增强聚合物组合物。
因此，本发明涉及纤维增强聚合物组合物，包括
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
在一个实施方案中，聚丙烯(PP)具有
(a)根据ISO 1133测量的不大于75g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)在160至170℃的范围内的熔融温度Tm。
在另一个实施方案中，聚丙烯(PP)为丙烯均聚物(H-PP1)和/或丙烯共聚物(C-PP1)，优选为丙烯均聚物(H-PP1)。
在一个实施方案中，无纺布包括基于无纺布的总重量的至少50重量％的碳纤维(CF)。
在另一个实施方案中，碳纤维(CF)包括上浆剂。
在再另一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物不含有选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。
在一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)包括衍生自选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物、以及还有离子化合物组成的组的极性基团的基团。
在另一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐的丙烯聚合物。
在再另一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐的丙烯共聚物，优选地，接枝有马来酸酐的丙烯共聚物包括作为共聚单体单元的乙烯。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物还包括基于纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％的量的至少一种添加剂。
在另一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物还包括基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2至15重量％的包括衍生自乙烯和C4至C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)。
在再另一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物具有
(a)根据ISO 1133测量的5至75g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)等于或小于1.200g/cm3的密度；和/或
(c)+23℃下的≥5.5kJ/m2的简支梁缺口冲击强度；和/或
(d)根据ISO 527-2的至少100MPa的拉伸强度。
本发明的另一方面涉及包括本文所定义的纤维增强聚合物组合物的制品。优选地，制品是模塑制品，更优选注塑制品或发泡制品。进一步优选的是，制品是清洗机或洗碗机或汽车制品的部件，特别是汽车内饰件和汽车外饰件，例如仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内部饰件等。
在本说明书和权利要求书中使用术语“包括(comprising)”的情况下，其不排除其它元件。为了本发明的目的，术语“由…组成(consisting of)”被认为是术语“包括”的优选实施方案。如果在下文中将组定义为包括至少一定数量的实施方案，则这也应理解为公开了优选仅由这些实施方案组成的组。
当提及单数名词时使用不定冠词或定冠词，例如“一个(a)”，“一种(an)”或“所述(the)”，除非另有明确说明，否则包括复数个该名词。
诸如“能够获得的(obtainable)”或“能够定义的(definable)”和“获得(obtained)”或“定义(defined)”之类的术语可互换使用。例如意思是，除非上下文另有明确规定，术语“获得”并不意图表示例如实施方案必须通过例如术语“获得”之后按顺序的步骤而获得，尽管这种有限的理解通常被包括在术语“获得”或“定义”中作为优选实施例。
在下文中，更详细地定义本发明。
具体实施方式
纤维增强聚合物组合物
根据本发明的纤维增强聚合物组合物包括聚丙烯(PP)、碳纤维(CF)和作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)。
因此，纤维增强聚合物组合物，包括
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
另外，纤维增强聚合物组合物可以包括至少一种添加剂。
因此，优选的是，纤维增强聚合物组合物包括
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％的至少一种添加剂，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
纤维增强聚合物组合物可以包括包含衍生自乙烯和C4至C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)。
因此，优选的是，纤维增强聚合物组合物包括
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2至15重量％的包括衍生自乙烯和C4至C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
因此，特别优选的是，纤维增强聚合物组合物包括以下，由以下组成，
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％的至少一种添加剂；和/或
(e)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2至15重量％的包括衍生自乙烯和C4-C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
例如，纤维增强聚合物组合物包括，优选由以下组成，
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％的至少一种添加剂；或
(e)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2至15重量％的包括衍生自乙烯和C4-C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
可选地，纤维增强聚合物组合物包括，优选由以下组成，
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的衍生自极性基团的基团；
(d)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％的至少一种添加剂；和
(e)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2至15重量％的包括衍生自乙烯和C4-C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
在一个实施方案中，根据本发明的纤维增强聚合物组合物不包括选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。更优选地，根据本发明的纤维增强聚合物组合物不包括除碳纤维(CF)以外的纤维(F)。
在一个实施方案中，基于纤维增强聚合物组合物的总重量，根据本发明的纤维增强聚合物组合物不包括总共超过10重量％、优选总共超过5重量％的量的与纤维增强聚合物组合物中存在的聚合物不同的(即与聚丙烯(PP)、极性改性聚丙烯、(PMP)和任选的弹性体共聚物(ECP)不同的)(a)其它聚合物。通常，如果存在另外的聚合物，则这种聚合物是用于添加剂的载体聚合物，因此对所要求保护的纤维增强聚合物组合物的改进性能没有贡献。
因此，在一个具体实施方案中，纤维增强聚合物组合物由聚丙烯(PP)、极性改性聚丙烯(PMP)、碳纤维(CF)、任选的弹性体共聚物(ECP)和任选的至少一种添加剂组成，可能含有少量的聚合性载体材料。然而，基于纤维增强聚合物组合物的总重量，存在于所述纤维增强聚合物组合物中的这种聚合性载体材料不超过10重量％，优选不超过5重量％。
因此，本发明特别涉及包括以下、优选由以下组成的纤维增强聚合物组合物，
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％、更优选45至90重量％、最优选55至80重量％、例如60至70重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％、更优选10至50重量％、最优选12.5至40重量％、例如15至25重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％、更优选2至8重量％、最优选3至7重量％、例如4至6重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
例如，本发明涉及包括以下、优选由以下组成的纤维增强聚合物组合物，
(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％、更优选45至90重量％、最优选55至80重量％、例如60至70重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％、更优选10至50重量％、最优选12.5至40重量％、例如15至25重量％的碳纤维(CF)；
(c)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％、更优选2至8重量％、最优选3至7重量％、例如4至6重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)包括基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量的1至5重量％、例如1.0至5.0重量％的量的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％、更优选0.1至10重量％、最优选0.1至5重量％、例如0.1至2重量％的至少一种添加剂；和/或
(e)基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2至15重量％、更优选4至15重量％、最优选6至13重量％、例如8至12重量％的包括衍生自乙烯和C4-C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)，
其中优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
应当理解，本发明的纤维增强组合物具有优异的机械性能，例如在低密度下增加的刚度和抗冲击性，特别是与玻璃纤维填充材料相比。
因此，纤维增强聚合物组合物优选具有
(a)根据ISO 1133测量的5至75g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)等于或小于1200kg/m3的密度；和/或
(c)+23℃下的≥5.5kJ/m2的简支梁缺口冲击强度；和/或
(d)根据ISO 527-2的至少100MPa的拉伸强度。
例如，纤维增强聚合物组合物具有
(a)根据ISO 1133测量的5至75g/10min、更优选5至50g/10min、最优选7.5至30g/10min，例如10至15g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；或
(b)等于或小于1.200g/cm3、更优选在0.800至1.200g/cm3的范围内、最优选在0.850至1.150g/cm3的范围内、例如在0.900至1.100g/cm3的范围内的密度；或
(c)+23℃下的≥5.5kJ/m2、更优选在5.5至18kJ/m2的范围内、最优选在6至15kJ/m2的范围内、例如在6至10kJ/m2的范围内的简支梁缺口冲击强度；或
(d)根据ISO 527-2的至少100MPa、更优选在100至140MPa的范围内，最优选在100至130MPa的范围内、例如在106至120MPa的范围内的拉伸强度。
可选地，纤维增强聚合物组合物具有
(a)根据ISO 1133测量的5至75g/10min、更优选5至50g/10min、最优选7.5至30g/10min、例如10至15g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和
(b)等于或小于1.200g/cm3、更优选在0.800至1.200g/cm3的范围内、最优选在0.850至1.150g/cm3的范围内、例如在0.900至1.100g/cm3的范围内的密度；和
(c)+23℃下的≥5.5kJ/m2、更优选在5.5至18kJ/m2的范围内、最优选在6至15kJ/m2的范围内、例如在6至10kJ/m2的范围内的简支梁缺口冲击强度；和
(d)根据ISO 527-2的至少100MPa、更优选在100至140MPa的范围内，最优选在100至130MPa的范围内、例如在106至120MPa的范围内的拉伸强度。
此外，本发明还涉及制备如上所述纤维增强聚合物组合物的方法，并且在下文中对该方法进行更详细地描述，该方法包括将以下加入挤出机并将其挤出而得到所述纤维增强组合物的步骤
(a)聚丙烯(PP)；
(b)碳纤维(CF)；
(c)极性改性聚丙烯(PMP)；
(d)任选的至少一种添加剂；
(e)任选的包括衍生自乙烯和C4-C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)。
根据本发明的纤维增强聚合物组合物可以利用树脂配混领域中众所周知且惯常使用的各种混合和共混机器和方法中的任何一种进行混合和造粒。然而，优选的是使用不影响碳纤维尺寸的混合和共混方法。
为了共混本发明组合物的各个组分，可以使用常规的混合或共混装置，例如班伯里密炼机、双辊橡胶磨、布氏共混捏合机(Buss-co-kneader)或双螺杆挤出机。从挤出机/混合机回收的聚合物材料通常是颗粒形式。然后优选地进一步处理这些颗粒，例如通过注塑以产生本发明组合物的制品和产品。
在下文中，更详细地描述纤维增强聚合物组合物的各个组分。
聚丙烯(PP)
纤维增强聚合物组合物需要包括聚合物组分。为了实现平衡良好的机械性能，例如在低密度下的高刚度和抗冲击性，聚合物需要含有特定的聚丙烯。由于聚丙烯(PP)的存在，可以特别实现良好的密度值。优选地，具有高分子量的聚丙烯(PP)。
在本发明中，术语“聚丙烯(PP)”包括丙烯均聚物和/或丙烯共聚物。
此外，术语“丙烯共聚物”包括丙烯无规共聚物、多相聚合物及其混合物。
如本领域技术人员所知，无规丙烯共聚物不同于多相聚丙烯，多相聚丙烯是包括丙烯均聚物或无规共聚物基体组分(1)和丙烯与乙烯和C4-C8α-烯烃共聚物中的一种或多种的弹性体共聚物组分(2)的丙烯共聚物，其中弹性体(无定形)共聚物组分(2)分散在所述丙烯均-或无规共聚物基体聚合物(1)中。
在本发明的一个实施方案中，存在于纤维增强聚合物组合物中的聚丙烯(PP)是丙烯均聚物(H-PP1)和/或丙烯共聚物(C-PP1)。例如，纤维增强聚合物组合物包括丙烯均聚物(H-PP1)和丙烯共聚物(C-PP1)。可选地，纤维增强聚合物组合物包括丙烯均聚物(H-PP1)或丙烯共聚物(C-PP1)。
在一个具体实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的丙烯均聚物(H-PP1)。
优选的是，聚丙烯(PP)具有根据ISO 1133测量的不超过100g/10min、更优选在2至50g/10min的范围内、还优选在5至30g/10min的范围内、例如在10至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)。
另外地或可选地，聚丙烯(PP)具有在160至170℃的范围内、例如在162至170℃的范围内的熔融温度Tm。
例如，聚丙烯(PP)具有根据ISO1133测量的不超过100g/10min、更优选在2至50g/10min的范围内，还更优选在5至30g/10min的范围内、例如在10至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)，或在160至170℃的范围内、例如在162至170℃的范围内的熔融温度Tm。
优选地，聚丙烯(PP)具有根据ISO 1133测量的不超过100g/10min、更优选在2至50g/10min的范围内、还更优选在5至30g/10min的范围内、例如在10至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)，和在160至170℃的范围内、例如在162至170℃的范围内的熔融温度Tm。
在下文中，将对作为纤维增强聚合物组合物的一部分的聚丙烯(PP)进行更详细的定义。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括丙烯均聚物(H-PP1)。
贯穿本发明使用的丙烯均聚物的表述涉及基本上由，即大于99.5重量％、还更优选至少99.7重量％、例如至少99.8重量％的丙烯单元组成的聚丙烯。在优选的实施方案中，在丙烯均聚物中仅丙烯单元是可检测的。
在优选的实施方案中，由于具有适度高分子量的丙烯均聚物(H-PP1)的存在，实现了良好的刚度。因此，优选的是，丙烯均聚物(H-PP1)具有根据ISO 1133测量的不超过100g/10min、更优选在2至50g/10min的范围内、还更优选在5至30g/10min的范围内、例如在10至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)。
另外地或可选地，丙烯均聚物(H-PP1)具有在160至170℃的范围内、例如在162至170℃的范围内的熔融温度Tm。
优选地，丙烯均聚物(H-PP1)具有根据ISO 1133测量的不超过100g/10min、更优选在2至50g/10min的范围内、还更优选在5至30g/10min的范围内、例如在10至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和在160至170℃的范围内、例如在162至170℃的范围内的熔融温度Tm。
优选地，丙烯均聚物(H-PP1)的特点为少量的二甲苯冷可溶物(XCS)，即≤4.0重量％，优选在0.1至4.0重量％的范围内，更优选在0.1至3.0重量％的范围内，并且最优选在0.1至2.5重量％的范围内的二甲苯冷可溶物(XCS)。
优选地，丙烯均聚物(H-PP1)为全同立构丙烯均聚物。因此，应当理解的是，丙烯均聚物(H-PP1)具有相当高的全同立构五单元组浓度，即高于90摩尔％、更优选高于92摩尔％、还更优选高于93摩尔％、并且仍更优选高于95摩尔％，例如高于97摩尔％的全同立构五单元组浓度。
丙烯均聚物(H-PP1)是现有技术并且是市售可得的。合适的丙烯均聚物是例如Borealis AG的Bormed HF955MO。
另外地或可选地，聚丙烯(PP)是丙烯共聚物(C-PP1)。
术语“丙烯共聚物(C-PP1)”涵盖无规丙烯共聚物(RC-PP1)以及复合结构，例如多相体系。
术语“无规丙烯共聚物”表示丙烯单体单元和共聚单体单元的共聚物，其中共聚单体单元在聚合物链中无规分布。因此，如下面所详细描述的，无规共聚物不同于包括基体相和分散在其中的弹性体相的多相共聚物。因此，无规丙烯共聚物(RC-PP1)不含分散在其中的弹性体聚合物相，即是单相的并且仅具有一个玻璃化转变温度。然而，无规丙烯共聚物(RC-PP1)可以是多相丙烯共聚物(HECO)的基体相。第二相或所谓的夹杂物(inclusions)的存在例如通过高分辨率显微镜(如电子显微镜或原子力显微镜)、或通过动态机械热分析(DMTA)是可见的。具体地，在DMTA中，多相结构的存在可以通过存在至少两个不同的玻璃化转变温度来鉴定。
因此，无规丙烯共聚物(RC-PP1)优选包括衍生自以下的单元，优选由衍生自以下的单元的单元组成，
(i)丙烯和
(ii)乙烯和/或至少一种C4-C20α-烯烃，优选至少一种选自由乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃，更优选乙烯和/或1-丁烯，还更优选乙烯。
因此，无规丙烯共聚物(RC-PP1)可以包括衍生自丙烯、乙烯和任选的至少另一种C4-C10α-烯烃的单元。在本发明的一个实施方案中，无规丙烯共聚物(RC-PP1)包括衍生自丙烯、乙烯和任选的至少另一种选自由C4α-烯烃、C5α-烯烃、C6α-烯烃、C7α-烯烃、C8α-烯烃、C9α-烯烃和C10α-烯烃组成的组的α-烯烃的单元。更优选地，无规丙烯共聚物(RC-PP1)包括衍生自丙烯、乙烯和任选的至少另一种选自由1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-庚烯、辛烯，1-壬烯和1-癸烯组成的组的α-烯烃的单元，其中1-丁烯和1-己烯是优选的。特别优选的是，无规丙烯共聚物(RC-PP1)由衍生自丙烯和乙烯的单元组成。优选地，可衍生自丙烯的单元构成丙烯共聚物(C-PP1)的主要部分，即基于无规丙烯共聚物(RC-PP1)的总重量的至少80重量％、更优选至少85重量％、还更优选80至99.5重量％、仍更优选85至99.5重量％、还更优选90至99.2重量％。因此，基于无规丙烯共聚物(RC-PP1)的总重量，无规丙烯共聚物(RC-PP1)中除丙烯以外的衍生自C2至C20α-烯烃的单元的量在0.5至20重量％、更优选在0.5至15重量％、还更优选在0.8至10重量％的范围内。特别值得理解的是，基于无规丙烯共聚物(RC-PP1)的总重量，特别是无规丙烯共聚物(RC-PP1)仅包括可衍生自丙烯和乙烯的单元的情况下，无规丙烯共聚物(RC-PP1)中的乙烯的量在0.5至20重量％、优选在0.8至15重量％、更优选在0.8至10重量％的范围内。
此外，应当理解的是，无规丙烯共聚物(RC-PP1)具有至少130℃、优选在130至160℃的范围内、更优选在135至158℃的范围内、例如在140至155℃的范围内的熔融温度Tm。
关于熔体流动速率MFR2(230℃)，可以理解的是，无规丙烯共聚物(RC-PP1)优选具有根据ISO 1133测量的不超过100g/10min、更优选在2.0至50g/10min的范围内、还更优选在5.0至30g/10min的范围内、例如在8.0至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃)。
在本发明的一个具体实施方案中，聚丙烯(PP)是多相丙烯共聚物(HECO)或者多相丙烯共聚物(HECO)与丙烯均聚物(H-PP1)的混合物和/或无规丙烯共聚物(RC-PP1)，更优选地，聚丙烯(PP)是多相丙烯共聚物(HECO)或者多相丙烯共聚物(HECO)与丙烯均聚物(H-PP1)的混合物。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)包括
a)聚丙烯基体(M-HECO)，和
b)弹性体丙烯共聚物(E)。
表述“多相”表示弹性体共聚物(E)优选至少(精细地)分散在多相丙烯共聚物(M-HECO)的聚丙烯基体(M-HECO)中。换句话说，弹性体共聚物(E)在聚丙烯基体(M-HECO)中形成夹杂物。因此，聚丙烯基体(M-HECO)含有(精细地)分散的夹杂物，该夹杂物不是基体的一部分，并且所述夹杂物含有弹性体共聚物(E)。根据本发明的术语“夹杂物”应优选表示基体和夹杂物在多相丙烯共聚物(M-HECO)内形成不同的相，所述夹杂物例如通过高分辨率显微镜(例如电子显微镜或扫描力显微镜)可见。
此外，多相丙烯共聚物(HECO)优选仅包括聚丙烯基体(M-HECO)和弹性体共聚物(E)作为聚合物组分。换句话说，多相丙烯共聚物(HECO)可以含有其它添加剂，但不含有基于总的多相丙烯共聚物(HECO)、更优选基于存在于多相丙烯共聚物(HECO)中的聚合物的超过5重量％、更优选超过3重量％、例如超过1重量％的量的其它聚合物。可以如此少量存在的一种另外的聚合物是聚乙烯，其是通过制备多相丙烯共聚物(HECO)获得的反应产物。因此，应当特别理解的是，如在本发明中定义的多相丙烯共聚物(HECO)仅含有聚丙烯基体(M-HECO)、弹性体共聚物(E)和任选的如本段所述量的聚乙烯。
弹性体共聚物(E)优选为弹性体丙烯共聚物(E1)。
如上所述，多相丙烯共聚物(HECO)包括其中分散有弹性体共聚物(E)例如弹性体丙烯共聚物(E1)的聚丙烯基体(M-HECO)。
聚丙烯基体(M-HECO)可以是丙烯均聚物(H-PP2)或无规丙烯共聚物(RC-PP2)。
然而，优选的是，丙烯基体(M-HECO)为丙烯均聚物(H-PP2)。
为丙烯均聚物(H-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)具有相当低的二甲苯冷可溶物(XCS)含量，即具有基于聚丙烯基体(M-HECO)的总重量的不超过3.5重量％，优选不超过3.0重量％，例如不超过2.6重量％的二甲苯冷可溶物(XCS)含量。因此，基于丙烯均聚物(H-PP2)的总重量，优选的范围是0.5至3.0重量％，更优选为0.5至2.5重量％。
在本发明的一个实施方案中，聚丙烯基体(M-HECO)是具有2.0至700g/10min、更优选为4.0至400g/10min、还更优选为15.0至200g/10min、并且最优选为20.0至100g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)的丙烯均聚物(H-PP2)。
如果聚丙烯基体(M-HECO)是无规丙烯共聚物(RC-PP2)，则无规丙烯共聚物(RC-PP2)优选包括衍生自以下的单元，优选由衍生自以下的单元组成
(i)丙烯和
(ii)乙烯和/或至少一种C4至C8α-烯烃，优选至少一种选自由乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃，更优选乙烯和/或1-丁烯，还更优选乙烯。
因此，无规丙烯共聚物(RC-PP2)可以包括衍生自(i)丙烯和(ⅱ)乙烯和/或至少一种C4至C8α-烯烃的单元。在本发明的一个实施方案中，无规丙烯共聚物(RC-PP2)包括衍生自(i)丙烯和(ii)至少一种选自由乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃的单元。特别优选的是，无规丙烯共聚物(RC-PP2)由衍生自丙烯和乙烯的单元组成。优选地，可衍生自丙烯的单元构成无规丙烯共聚物(RC-PP2)的主要部分，即基于无规丙烯共聚物(RC-PP2)的总重量的至少92重量％、优选至少95重量％、更优选至少98重量％、还更优选92至99.5重量％、仍更优选95至99.5重量％、还更优选98至99.2重量％。
此外，应当理解的是，为无规丙烯共聚物(RC-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)的含量相当低。因此，优选的是，丙烯共聚物(C-PP2)具有根据ISO6427(23℃)测量的基于丙烯共聚物(C-PP2)的总重量的不超过14重量％、更优选不超过13重量％，还更优选不超过12重量％、例如不超过11.5重量％的二甲苯冷可溶物(XCS)级分。因此，基于丙烯共聚物(C-PP2)的总重量，优选的范围是1至14重量％，更优选1.0至13重量％，还更优选1.2至11重量％。
在本发明的一个实施方案中，无规丙烯共聚物(C-PP2)具有2.0至700g/10min、更优选4.0至400g/10min、还更优选15.0至200g/10min、并且最优选20.0至100g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)。
多相丙烯共聚物(HECO)的第二组分是弹性体共聚物(E)。如上所述，弹性体共聚物(E)优选为弹性体丙烯共聚物(E1)。在下文中，更精确地定义了两种弹性体。
优选地，弹性体丙烯共聚物(E1)包括衍生自(i)丙烯和(ii)乙烯和/或C4至C20α-烯烃的单元，优选衍生自(i)丙烯和(ii)选自由乙烯、1丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的单元。优选地，弹性体丙烯共聚物(E1)中的丙烯含量为至少40重量％，更优选至少45重量％。因此，在一个优选实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E1)包括40.0至85.0重量％、更优选45.0至80重量％的可衍生自丙烯的单元。存在于弹性体丙烯共聚物(E1)中的共聚单体优选为乙烯和/或C4至C20α-烯烃，例如乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。在一个具体实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E1)是丙烯-乙烯聚合物。在本发明的一个实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E1)是具有本段中给出的量的乙丙橡胶(EPR1)。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)内的弹性体共聚物(E)，例如弹性体丙烯共聚物(E1)的量在15至45重量％的范围内，更优选在20至40重量％的范围内，例如在25至35重量％的范围内。
多相丙烯共聚物(HECO)的二甲苯冷溶物(XCS)级分的特性粘度(IV)优选是适度的。因此，应当理解的是，多相丙烯共聚物(HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)级分的特性粘度低于3.3dl/g，更优选低于3.1dl/g，并且最优选低于3.0dl/g。甚至更优选的是，多相丙烯共聚物(HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)级分的特性粘度在1.5至3.3dl/g的范围内，更优选在2.0至3.1dl/g的范围内，还更优选2.2至3.0dl/g。
特别优选的是，多相丙烯共聚物(HECO)包括作为聚丙烯基体(M-HECO)的丙烯均聚物(H-PP2)和作为弹性体丙烯共聚物(E1)的乙丙橡胶(EPR1)。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)具有不超过100g/10min、更优选在2至50g/10min的范围内、还优选在5.0至30g/10min的范围内、例如在8.0至25g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃)。
如果本发明的纤维增强聚合物组合物仅包括作为聚丙烯(PP)的丙烯均聚物(H-PP1)，则可以获得在诸如刚度和抗冲击性等机械性能方面的特别好的结果。
因此，优选的是，本发明的纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的丙烯均聚物(H-PP1)。
聚丙烯(PP)可以包括成核剂，成核剂优选为聚合性成核剂，更优选为α-成核剂，例如聚合性α-成核剂。
聚丙烯(PP)或其组分之一(优选聚丙烯(PP))的(α)成核剂含量优选为多达5.0重量％。在优选的实施方案中，聚丙烯(PP)或其组分之一(优选聚丙烯(PP))包括不超过3000ppm、更优选1至2000ppm的(α)成核剂，特别是选自由二亚苄基山梨醇(例如1,3:2,4二亚苄基山梨醇)、二亚苄基山梨醇衍生物，优选二甲基二亚苄基山梨醇(例如1,3:2,4-二(甲基亚苄基)山梨醇)、或取代的诺尼醇(nonitol)衍生物例如1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O-[(4-丙基苯基)亚甲基]-诺尼醇、乙烯基环烷烃聚合物、乙烯基烷烃聚合物及其混合物组成的组的成核剂。
在优选的实施方案中，聚丙烯(PP)或其组分之一含有作为优选的α-成核剂的乙烯基环烷烃如乙烯基环己烷(VCH)的聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物。优选地，在该实施方案中，聚丙烯(PP)含有乙烯基环烷烃、例如乙烯基环己烷(VCH)的聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物，优选乙烯基环己烷(VCH)。
成核剂可以作为母料引入。可选地，本发明中所定义的一些α-成核剂也可以通过如下所述的BNT-技术引入。
成核剂可以例如在聚丙烯(PP)或其组分之一的聚合过程中被引入至聚丙烯(PP)或其组分之一，或者可以以母料(MB)的形式与例如载体聚合物一起被掺入到丙烯共聚物中。
在母料(MB)掺入的实施方案的情况下，母料(MB)含有如上或如下所定义的成核剂，成核剂优选为聚合性成核剂，更优选为α-成核剂，最优选为乙烯基环烷烃例如乙烯基环己烷(VCH)的聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物，优选乙烯基环己烷(VCH)聚合物，基于母料(MB)的重量(100重量％)，成核剂的量不超过500ppm，更优选1至200ppm，还更优选5至100ppm。在该实施方案中，更优选地，基于聚丙烯(PP)的总量，所述母料(MB)以不超过10.0重量％、更优选不超过5.0重量％、并且最优选不超过3.5重量％的量存在，母料(MB)的优选量为1.5至3.5重量％。最优选地，母料(MB)包括根据如下所述的BNT-技术已经成核的丙烯均聚物或丙烯共聚物、优选包括丙烯均聚物，优选地由根据如下所述的BNT-技术已经成核的丙烯均聚物或丙烯共聚物组成、优选由丙烯均聚物组成。
优选的是，在聚丙烯(PP)的组分之一的聚合过程中将成核剂引入聚丙烯(PP)中。优选地，通过首先在包括固体催化剂组分优选固体齐格勒纳塔催化剂组分、助催化剂和任选的外部给体的存在下，将上述定义的乙烯基化合物，优选如上或如下所定义的乙烯基环烷烃聚合，然后将所获得的乙烯基化合物的聚合物、优选乙烯基环己烷(VCH)聚合物的反应混合物和催化剂体系用于生产聚丙烯(PP)或其组分之一，而将成核剂引入聚丙烯(PP)或其组分之一中。在所述丙烯共聚物的聚合过程中，上述将聚合性成核剂掺入聚丙烯(PP)被称为如下所述的BNT-技术。
所述获得的反应混合物在本文中可互换地称为改性催化剂体系。
优选地，乙烯基环烷烃是乙烯基环己烷(VCH)聚合物，将其通过BNT技术引入丙烯共聚物中。
更优选地，在该优选的实施方案中，聚丙烯(PP)或其组分之一(优选聚丙烯(PP))中的乙烯基环烷烃如乙烯基环己烷(VCH)的聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物、更优选乙烯基环己烷(VCH)聚合物的量不超过500ppm，更优选为1至200ppm，最优选为5至100ppm。
关于BNT技术，参考国际申请WO 99/24478、WO 99/24479和特别是WO 00/68315。根据该技术，催化剂体系，优选为齐格勒-纳塔主催化剂，在包含专用齐格勒-纳塔主催化剂、外部给体和助催化剂的催化剂体系存在下，通过使乙烯基化合物聚合进行改性，乙烯基化合物具有通式：
CH2＝CH-CHR3R4
其中R3和R4一起形成5或6元饱和的、不饱和的或芳族的环或独立地表示含有1至4个碳原子的烷基基团，并且改性催化剂用于制备根据本发明的聚丙烯(PP)。经过聚合的乙烯基化合物用作α-成核剂。在催化剂改性步骤中，乙烯基化合物与固体催化剂组分的重量比优选为多达5(5:1)，优选多达3(3:1)，最优选0.5(1:2)至2(2:1)。最优选的乙烯基化合物是乙烯基环己烷(VCH)。
碳纤维(CF)
应当理解的是，纤维增强聚合物组合物应具有良好平衡的机械性能，例如高刚度和高抗冲击性。为了确保良好的刚度，纤维增强聚合物组合物包括碳纤维(CF)。因此，纤维增强聚合物组合物的一个主要组分是碳纤维(CF)。
纤维增强聚合物组合物中使用的碳纤维(CF)具有优选为0.5至300mm、更优选为1.0至250mm，例如为1.5至200mm的平均长度。更优选地，纤维增强聚合物组合物中使用的碳纤维(CF)优选为无端碳纤维(CF)。碳纤维具有优选2至30μm、更优选3至25μm、并且最优选5至20μm的平均直径。
优选碳纤维(CF)具有1.3至2.2g/cm3、更优选1.4至2.1g/cm3、最优选1.5至1.9g/cm3的密度。
优选地，碳纤维(CF)为无纺布的形式。
优选地，基于无纺布的总重量，无纺布包括至少50重量％的碳纤维(CF)，更优选至少65重量％的碳纤维，甚至更优选至少75重量％的碳纤维(CF)并且最优选至少80重量％。。
根据本发明的无纺布可以包括聚合性化合物，例如上浆剂和/或缝纫线。
可以理解的是，无纺布可以是再生材料，其可以含有除了优选的碳纤维之外少量其它化合物，例如，上胶剂、玻璃纤维、缝纫线等，这取决于预期的第一用途。
在一个实施方案中，无纺布不含聚合性材料。碳纤维不被认为是聚合性材料。
如果存在，基于无纺布的总重量，缝纫线的量通常在0.25至10重量％的范围内，优选在0.5至7.5重量％的范围内，并且最优选在1.0至3.0重量％的范围内。合适的缝纫线例如是聚酯纤维。
在一个实施方案中，碳纤维(CF)，优选无纺布，包括上浆剂以改善其润湿性和与聚合物基体的偶联性。优选地，碳纤维(CF)，优选无纺布，包括在纤维的表面上的上浆剂。优选地，碳纤维(CF)，优选无纺布，包括选自环氧树脂、聚醚改性环氧树脂、聚氨酯、氨基硅烷接枝的聚丙烯的上浆剂。
在一个特别优选的实施方案中，碳纤维(CF)，优选无纺布，包括作为上浆剂的环氧树脂，更优选聚醚改性环氧树脂。合适的上浆剂例如是由Cytec销售的Duroxy SEF 968w。上胶剂中也可以包括成膜剂、润滑剂、稳定剂和抗静电剂。
通常，基于碳纤维(CF)、优选无纺布的总重量，上浆剂的量为15重量％或更少，更优选为10重量％或更少，并且最优选为7.5重量％或更少。
无纺布可以是再生材料，其除了优选的碳纤维之外还可以含有这些(以及可能还有其它的)另外的化合物。
在碳纤维(CF)为无纺布的形式的情况下，无纺布优选是条状物的形式。
通常条状物的宽度不超过300mm。优选地，条状物具有10至300mm的宽度，优选地25至250mm的宽度，并且最优选40至200mm的宽度。另外地或可选地，条状物优选具有至少50cm、更优选至少150cm、并且最优选至少250cm的长度。
条状物可以是卷的形式。因此，长度没有特别限定。然而，长度没有特别限定，即条状物可以是所谓的“无端条状物”。
无纺布的平均重量优选在100至1000g/m2的范围内，更优选在150至800g/m2的范围内，最优选在250至650g/m2的范围内。
无纺布还以每面积恒重为特点。因此，具有相同面积的两部分无纺布之间的重量差异(表述为具有较高重量的部分比具有较低质量的部分的商)优选在10％以内，更优选在5％以内。
从碳纤维(CF)例如粗纱或可以是幅面(laid web)形式的再生材料制备成无纺布在本领域中是众所周知的。合适的方法是例如针刺法。
优选地，无纺布是以优选通过针刺法获得的无纺布的形式。
应当理解的是，碳纤维(CF)优选是本发明的纤维增强聚合物组合物中存在的唯一纤维。因此，纤维增强聚合物组合物优选不含选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。更优选地，纤维增强聚合物组合物不含除碳纤维(CF)以外的纤维(F)。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物不含具有大于15μm、优选大于12μm、并且最优选大于9μm的平均直径的纤维(F)。另外地或可选地，纤维增强聚合物组合物不含具有小于2μm、优选小于3μm、并且最优选小于5μm的平均直径的纤维(F)。
作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)
为了实现碳纤维(CF)在纤维增强聚合物组合物中起基体作用的聚合物组分中更容易且更均匀的分散，纤维增强聚合物组合物包括特定的偶联剂。
根据本发明的偶联剂是特定的极性改性聚丙烯(PMP)。
极性改性聚丙烯(PMP)优选为含有极性基团的聚丙烯。聚丙烯将在下文中更精确地进行限定，随后被改性为如下面详细描述的极性改性聚丙烯(PMP)。
聚丙烯优选为丙烯均聚物或无规丙烯共聚物，如(i)丙烯和(ii)乙烯和/或C4至C12α-烯烃的共聚物，优选(i)丙烯和(ii)选自由乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃。关于“无规”的定义，参考上面提供的信息。
在一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是经过改性的无规丙烯共聚物，其中所述无规丙烯共聚物包括作为唯一的共聚单体单元的乙烯。
优选地，可衍生自丙烯的单元构成无规丙烯共聚物的主要部分，即基于丙烯共聚物的总重量，至少90.0重量％，更优选在92.0至99.5重量％、，还更优选92.5至98.0重量％、甚至更优选在93.0至96.0重量％的范围内。因此，基于无规丙烯共聚物的总重量，无规丙烯共聚物中衍生自乙烯和/或C4至C12α-烯烃、优选衍生自乙烯的单元的量为至多10.0重量％，更优选在0.5至8.0重量％、还更优选在2.0至7.5重量％、甚至更优选在4.0至7.0重量％的范围内。特别值得注意的是，无规丙烯共聚物仅包括可衍生自丙烯和乙烯的单元。本段中给出的共聚单体的量优选属于未改性的无规丙烯共聚物。
另外，可以理解的是，无规丙烯共聚物具有在125至140℃的范围内、更优选在128至138℃范围内、并且最优选在131至136℃范围内的熔融温度Tm。本段中给出的熔融温度是未改性的无规丙烯共聚物的熔融温度。
另外地或可选地，无规丙烯共聚物，即未改性的无规丙烯共聚物，具有根据ISO1133测量的在1至30g/10min的范围内、优选在1至20g/10min的范围内、更优选在1至10g/10min的范围内、并且最优选为2至6g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(230℃)。
应当理解的是，极性改性聚丙烯(PMP)包括衍生自极性基团的基团。在本文中，优选给出的是包括衍生自极性化合物的基团的极性改性聚丙烯(PMP)，极性化合物特别选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物、以及还有离子化合物组成的组。
所述极性基团的具体示例是不饱和环状酸酐及其脂肪族二酯、和二酸衍生物。特别地，可以使用马来酸酐和选自C1至C10直链和支化的马来酸二烷基酯、C1至C10直链和支化的富马酸二烷基酯、衣康酸酐、C1至C10直链和支化的衣康酸二烷基酯、马来酸、富马酸、衣康酸及其混合物的化合物。
在结构方面，优选地，极性改性聚丙烯(PMP)选自聚丙烯的接枝或嵌段共聚物，优选上述定义的聚丙烯的接枝或嵌段共聚物，例如上述定义的无规丙烯共聚物的接枝或嵌段共聚物。
优选地，极性改性聚丙烯(PMP)，即偶联剂，是接枝有这种极性基团的聚丙烯，例如在“作为偶联剂的极性改性丙烯(PMP)”部分中所定义的无规丙烯共聚物的聚丙烯。
特别优选给出的是使用接枝有马来酸酐的聚丙烯，例如接枝有马来酸酐的在“作为偶联剂的极性改性丙烯(PMP)”部分中所定义的无规丙烯共聚物的聚丙烯，作为极性改性聚丙烯(PMP)，即偶联剂。
在一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐的如上述定义的无规丙烯共聚物。因此，在一个具体的优选实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐接枝的无规丙烯乙烯共聚物，更优选地，其中基于无规丙烯乙烯共聚物的总量，乙烯含量在2.0至7.5重量％的范围内，更优选在4.0至7.0重量％的范围内。
为了实现所需的碳纤维(CF)在聚合物组分中分散性以确保纤维增强聚合物组合物提供良好平衡的机械性能，例如在低密度下的高刚度和抗冲击性，可以理解的是，极性改性聚丙烯(PMP)包括一定量的衍生自极性基团的基团，其高于针对聚丙烯而考虑的通常用于极性改性聚丙烯中的量。
基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，在极性改性聚丙烯(PMP)中所需的衍生自极性基团的基团的量因此为0.5至5.0重量％。优选地，基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)中衍生自极性基团的基团的量为1.5至4.0重量％，更优选为2.0至3.0重量％，最优选为2.0至2.8重量％，例如为2.2至2.4重量％。
因此，在一个具体的优选实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐的无规丙烯乙烯共聚物，更优选地，其中基于无规丙烯乙烯共聚物的总量，乙烯含量在2.0至7.5重量％的范围内，更优选在4.0至7.0重量％的范围内，和/或基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)中衍生自马来酸酐的基团的量为1.5至4.0重量％，更优选为2.0至3.0重量％，最优选为2.0至2.8重量％，例如为2.2至2.4重量％。
根据ISO 1133的一般定义而测量的极性改性聚丙烯(PMP)的熔体流动指数MFI(170℃；1.2kg)的优选值为10至150g/10min，例如在30至120g/10min的范围内。例如，极性改性聚丙烯(PMP)具有根据ISO 1133的一般定义而测量的50至100g/10min、60至80g/10min的熔体流动指数MFI(170℃；1.2kg)。
极性改性聚丙烯(PMP)的熔体流动速率MFR2(230℃；2.16kg)的优选值为350至600g/10min，例如在400至550g/10min的范围内。
另外地或可选地，应当理解的是，极性改性聚丙烯(PMP)优选具有在120至150℃的范围内、更优选在125至145℃的范围内、并且最优选在130至140℃的范围内的熔融温度Tm。
极性改性聚丙烯(PMP)可以通过两步接枝方法以简单的方式制备，两步接枝方法包括作为第一步的固体阶段和作为第二步的熔融阶段。这些方法步骤是本领域公知的。
极性改性聚丙烯(PMP)是本领域已知的并且是市售可得的。合适的示例是BYK的SCONA TSPP 3598GB。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括如上所定义的极性改性聚丙烯(PMP)作为唯一的极性改性聚丙烯(PMP)。
可选组分
术语“添加剂”还包括作为含有如上所述的聚合性载体材料的母料而提供的添加剂。然而，术语“添加剂”不包括成核剂，例如α-成核剂。典型的添加剂是酸清除剂、抗氧化剂例如酚类抗氧化剂(AO)和受阻胺光稳定剂(HALS)、着色剂、颜料如滑石、抗刮剂、分散剂和载体。
术语“至少一种”添加剂在本发明中含义的是指添加剂包括一种或多种添加剂，优选由一种或多种添加剂组成。
在本发明的一个实施方案中，至少一种添加剂包括一种添加剂，优选由一种添加剂组成。可选地，所述至少一种添加剂包括两种或更多种添加剂的混合物，优选由两种或更多种添加剂的混合物组成。例如，至少一种碱土金属碳酸氢盐包括两种或三种添加剂的混合物，优选由两种或三种添加剂的混合物组成。
优选地，所述至少一种添加剂包括两种或更多种添加剂的混合物，更优选由两种或更多种添加剂的混合物组成。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括滑石和任选的其它添加剂。如果纤维增强聚合物组合物包括滑石，则基于纤维增强聚合物组合物的总重量，滑石优选以0.1至2重量％、更优选0.1至0.5重量％、并且最优选0.3至0.5重量％的量存在。滑石优选具有本领域中通常使用的粒径。例如，滑石具有在0.1至5μm、优选在0.5至4.5μm、更优选在1至4μm、并且最优选在1.5至3.5μm的范围内的中值粒径d50。另外地或可选地，滑石具有在5至25μm、优选在8至20μm、更优选在9至18μm、并且最优选在10至15μm的范围内的粒径d99。作为聚合物组合物中的添加剂的滑石可从各种来源获得，例如来自意大利的IMI-Fabi。
在本发明的含义中，除非另有说明，否则将粒径指定为重量中值粒径d50。因此，d50值是重量中值粒径，即所有颗粒的50重量％的粒径大于该d50值，剩余的50重量％的颗粒的粒径小于该d50值。为了确定重量中值粒径d50值，可以使用Sedigraph，即沉降法。
此外，纤维增强聚合物组合物优选含有α-成核剂。甚至更优选地，本发明的纤维增强聚合物组合物不含β-成核剂。因此，成核剂优选选自由以下组成的组：
(i)一元羧酸和多元羧酸的盐，例如苯甲酸钠或叔丁基苯甲酸铝，和
(ii)二亚苄基山梨醇(例如1,3:2,4二亚苄基山梨醇)和C1-C8-烷基取代的二亚苄基山梨醇衍生物，例如甲基二亚苄基山梨醇、乙基二亚苄基山梨醇或二甲基二亚苄基山梨醇(例如1,3：2,4-二(甲基亚苄基)山梨醇)、或取代的诺尼醇衍生物例如1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O-[(4-丙基苯基)亚甲基)-诺尼醇，和
(iii)磷酸二酯的盐，例如2,2'-亚甲基双(4,6,-二叔丁基苯基)磷酸钠或羟基-双[2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝]，和
(iv)乙烯基环烷烃聚合物和乙烯基烷烃聚合物，和
(v)其混合物。
优选地，纤维增强聚合物组合物含有作为α-成核剂的乙烯基环烷烃聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物。
这些添加剂和成核剂通常是市售可得的，并且在例如Hans Zweifel的“PlasticAdditives Handbook”，第5版，2001年中进行了描述。
根据本发明的纤维增强聚合物组合物任选地包括弹性体共聚物(ECP)。
应当理解的是，在纤维增强聚合物组合物包括基于纤维增强聚合物组合物的总重量的低于70重量％的量的聚丙烯(PP)的情况下，弹性体共聚物(ECP)优选存在于纤维增强聚合物组合物中。
例如，在纤维增强聚合物组合物包括基于纤维增强聚合物组合物的总重量的39至70重量％、更优选45至70重量％、最优选55至70重量％、例如60至70重量％的范围内的量的聚丙烯(PP)的情况下，弹性体共聚物(ECP)存在于纤维增强聚合物组合物中。
在纤维增强聚合物组合物包括弹性体共聚物(ECP)的情况下，弹性体共聚物(ECP)优选以基于纤维增强聚合物组合物的总重量的2.0至15.0重量％、更优选5.0至12.5重量％、并且最优选7.5至12.5重量％的范围内的量存在。
弹性体共聚物(ECP)优选具有根据ISO 1133测量的在0.25至45.0g/10min范围内、优选在0.25至30.0g/10min范围内、并且最优选在0.25至10.0g/10min的范围内的熔体流动速率MFR2(190℃；2.16kg)。
弹性体共聚物(ECP)通常具有等于或小于0.935g/cm3、优选等于或小于0.920g/cm3、更优选等于或小于0.910g/cm3、还更优选在0.850至0.910g/cm3、例如在0.850至0.905g/cm3的范围内的密度。
优选的是，弹性体共聚物(ECP)为具有选自C4至C8α-烯烃的共聚单体的乙烯共聚物。例如，弹性体共聚物(ECP)包括能够与乙烯共聚的选自由丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的单体，特别是由能够与乙烯共聚的选自由丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的单体组成。
更具体地，除了乙烯，弹性体共聚物(ECP)包括-可衍生自1-己烯和1-辛烯的单元。在优选的实施方案中，弹性体共聚物(ECP)仅包括可衍生自乙烯和1-辛烯的单元。
另外地，应当理解的是，弹性体共聚物(ECP)优选具有基于弹性体共聚物(ECP)的总重量的在15.0至55.0重量％的范围内、更优选在25.0至40.0重量％的范围内的共聚单体含量。
应当理解的是，纤维增强聚合物组合物包括弹性体共聚物(ECP)，因为它分散在聚丙烯(PP)中。
优选的是，与纤维增强聚合物组合物中的聚丙烯(PP)和/或碳纤维(CF)相比，弹性体共聚物(ECP)以特定重量比存在。
例如，聚丙烯共聚物(PP)与弹性体共聚物(ECP)的重量比[PP/ECP]至少为3。优选地，聚丙烯(PP)与弹性体共聚物(ECP)的重量比[PP/ECP]为20:1至3:1，更优选为15:1至4:1，并且最优选为10:1至5:1。
另外地或可选地，碳纤维(CF)与弹性体共聚物(ECP)的重量比[CF/ECP]低于8。优选地，碳纤维(CF)与弹性体共聚物(ECP)的重量比[CF/ECP]为8:1至1:1，更优选为5:1至1:1，并且最优选为3:1至1:1。
制品
本发明还涉及包括根据本发明的纤维增强聚合物组合物的制品。优选地，制品包括至少80重量％例如80至99.9重量％、更优选至少90重量％例如90至99.9重量％、还更优选至少95重量％，例如95至99.9重量％的本发明的纤维增强聚合物组合物。在一个实施方案中，制品由根据本发明的纤维增强聚合物组合物组成。
优选地，制品是模塑制品，优选注塑制品或发泡制品。
该制品可以是清洗机或洗碗机或汽车制品的部件，特别是汽车内饰和汽车外饰的汽车制品。
优选的汽车制品选自由仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内装饰件等组成的组。
汽车制品通常是模塑制品，优选注塑制品以及发泡制品。优选地，汽车制品，特别是前面段落中定义的那些是注塑制品。
本发明的纤维增强聚合物组合物也可以用于制品、优选模塑制品、更优选注塑制品以及发泡制品的制造。
在另一方面，本发明还涉及本发明的纤维增强聚合物组合物用于生产制品的用途，该制品诸如为清洗机或洗碗机以及汽车制品的部件，汽车制品特别是汽车内饰件和汽车外饰件，例如仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内部装饰件等。
在下文中，将更详细地描述本发明。
示例
定义/测量方法
除非另外定义，以下术语的定义和测定方法适用于本发明的上述一般描述以及以下示例。
通过NMR光谱对微观结构定量化
采用定量核磁共振(NMR)光谱来定量聚丙烯均聚物的全同立构规整度和区域规律性。
采用对1H和13C分别以400.15和100.62兆赫下操作的Bruker Advance III 400NMR光谱仪在溶液状态中记录定量的13C{1H}NMR光谱。所有光谱使用13C优化的10mm延长温度探头在125℃下记录，对所有气动装置使用氮气。
对于聚丙烯均聚物，将约200mg的物质溶解在1,2-四氯乙烷-d2(TCE-d2)中。为了确保均匀的溶液，在热块中的初始样品的制备后，将NMR管在旋转烘箱中进一步加热至少1小时。插入磁体后，管以10Hz旋转。选择该设置主要为了立体分布量化所需的高分辨率(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443；Busico,V.；Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。利用NOE和双水平WALTZ16解耦方案而采用标准的单脉冲激发(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225；Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.RapidCommun.2007,28,11289)。每个光谱获得共8192(8k)瞬变。
对定量13C{1H}NMR光谱进行处理、积分，并且使用专用计算机程序从积分来确定相关量化性能。
对于聚丙烯均聚物，所有化学位移在内部参考在21.85ppm处的甲基全同立构五单元组(mmmm)。
观察到对应于区域缺陷(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253；Wang,W-J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157；Cheng,H.N.,Macromolecules17(1984),1950)或共聚单体的特征信号。
通过对23.6-19.7ppm之间的甲基区域积分(对任何与感兴趣的立构序列无关的位点进行校正)来量化立构规整度分布(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443；Busico,V.,Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。
具体来说，区域缺陷和共聚单体对立构规整度分布的量化的影响通过从立构序列的特定积分区中扣除代表性区域缺陷和共聚单体的积分来校正分布。
在五单元组级别测量全同立构规整度，并被报告为全同立构五单元组(mmmm)序列相对于所有五单元组序列的百分比：
[mmmm]％＝100*(mmmm/所有五单元组的总和)
2,1-赤式区域缺陷的存在通过17.7和17.2ppm处存在的两个甲基位点指示，并通过其它特征位点确认。没有观察到与其它类型的区域缺陷相对应的特征信号(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253)。
2,1-赤式区域缺陷的数量利用17.7和17.2ppm处的两个特征甲基位点的平均积分来量化：P21e＝(Ie6+Ie8)/2
1,2主要插入丙基的量基于甲基区域进行量化，其中对该区域中与主要插入无关的位点进行校正以及对不包含在该区域的主要插入位点进行校正：
P12＝ICH3+P12e
丙烯的总量被量化为主要插入丙烯和存在的全部其它位置缺陷的总和：
P全部＝P12+P21e
2,1-赤式区域缺陷的摩尔百分比相对于全部丙烯进行量化：
[21e]摩尔％＝100*(P21e/P全部)
观察到对应于乙烯掺入的特征信号(如在Cheng,H.N.,Macromolecules 1984,17,1950中所描述的)，并且将共聚单体级分计算为聚合物中乙烯相对于聚合物中所有共聚单体的分数。
采用W-J.Wang,W-J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157的方法通过在13C{1H}光谱中整个光谱区域上的多个信号的积分对共聚单体级分进行定量。选择这种方法是因为其在需要时考虑到区域缺陷的存在的稳健的性质和能力。轻微调整积分区域以提高在遇到的共聚单体含量的整个范围内的适用性。
由摩尔分数计算共聚单体掺入的摩尔百分数。
由摩尔分数计算共聚单体掺入的重量百分比。
MFR2(230℃)是根据ISO 1133(230℃，2.16kg载荷)测量的。
MFR2(190℃)是根据ISO 1133(190℃，2.16kg载荷)测量的。
MFR(170℃)是根据ISO 1133(170℃，1.2kg载荷)的一般定义而测量的。
DSC分析、熔融温度(Tm)和熔融焓(Hm)、结晶温度(Tc)和结晶焓(Hc)：采用TA仪器Q200差示扫描量热法(DSC)测量5至7mg的样品。根据ISO 11357/第3部分/方法C2以的热/冷/热循环在-30至+225℃的温度范围中以10℃/min的扫描速率运行DSC。从冷却步骤确定结晶温度和结晶焓(Hc)，同时从第二加热步骤确定熔融温度和熔融焓(Hm)。
玻璃化转变温度Tg通过根据ISO 6721-7的动态机械分析来确定。在-100℃和+150℃之间以2℃/分钟的升温速率和1Hz的频率在扭转模式下对压缩模制样品(40×10×1mm3)进行测量。
聚合物组合物的密度根据ISO 1183-187测量。按照ISO 1872-2:2007通过压缩成型进行样品制备。
二甲苯冷可溶物(XCS，重量％)：二甲苯冷可溶物(XCS)的含量根据ISO 16152；第一版；2005-07-01在25℃下测量
特性粘度根据DIN ISO 1628/1，1999年10月(在135℃的十氢化萘中)测量。
拉伸模量；拉伸强度利用如EN ISO 1873-2中所描述的注塑试样(狗骨形状，4mm厚度)根据ISO 527-2(十字头速度＝1mm/min；23℃)测量。
简支梁缺口冲击强度根据ISO 179-1eA在+23℃下使用根据ISO 1873-2:2007注塑的80×10×4mm3的测试棒确定。
平均纤维直径根据ISO 1888:2006(E)，方法B、1000的显微镜放大倍数来确定。
2、示例
通过在同向旋转双螺杆挤出机(Coperion的ZSK 40)上混合制备下列发明示例IE1和对比例CE1和CE2。使用以下过程参数：
-通量为100kg/h
-螺杆转速为100-150rpm
-压辊温度250℃
-具有5mm孔的模板，其中3个孔是打开的。
将聚合物和与碳纤维不同的组分进料到挤出机中并在挤出机的第4压辊中熔融捏合，挤出机由三个捏合块(两个KB 45/5/40，然后是KB 45/5/20LH)和左旋输送元件组成。利用侧进料器将碳纤维加入第6压辊中。利用位于第8压辊中并由三个捏合块(KB45/5/20)组成的第二捏合区用于均匀分布碳纤维。此外，利用位于第8和第9压辊之间的两个TME元件(一个TME 22.5/20和一个TME 22.5/20HL)进一步分布碳纤维。
表1总结了本发明示例和对比例的组成及其性能
表1：发明示例和对比例的组成和力学概述
*至100重量％的剩余部分是典型的添加剂，如抗氧化剂、载体等。
“PP”是Borealis AG市售的具有19.5g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)和167℃的熔融温度的丙烯均聚物HF955MO；
“PP-1”是Borealis AG市售的具有125g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)和165℃的熔融温度的丙烯均聚物HK060AE；
“碳纤维”是包括80重量％的碳纤维并且已经通过针刺法制造的无纺布：碳纤维具有7μm的平均直径。
“玻璃纤维”是具有17μm的平均直径的玻璃纤维，在制备前是无端粗纱，造粒后约10mm长；
“ECP1”是Dow Elastomers(USA)的市售产品Engage 8100，它是具有0.870g/cm3的密度、1.0g/10min的熔体流动速率MFR2(190℃)和25重量％的1-辛烯含量的乙烯-1-辛烯共聚物；
“ECP2”是Borealis Plastomers的市售产品Queo 8230，它是具有0.882g/cm3的密度、30g/10min的熔体流动速率MFR2(190℃)和17重量％的1-辛烯含量的乙烯-1-辛烯共聚物；
“PMP”是德国BYK有限公司的具有71g/10min的MFI(170℃)和2.2-2.4重量％的马来酸酐含量的乙烯聚丙烯共聚物(用马来酸酐功能化的)“TSPP3598GB”，其中乙烯聚丙烯共聚物另外具有5.6重量％的乙烯含量；
“PMP2”是得过BYK有限公司的具有大于80g/10min的MFR2(190℃；2.16kg)和1.4重量％的马来酸酐含量的聚丙烯(用马来酸酐功能化)“TPPP8112FA”；
“PMP2a”是德国BYK有限公司的具有50-110g/10min的MFR2(190℃；2.16kg)和大于0.9％的马来酸酐含量的聚丙烯(马来酸酐官能化)“TPPP9012GA”。
从表1可以看出，包括碳纤维与聚丙烯基体中的特定的极性改性聚丙烯的组合的本发明示例IE1在较低密度下具有良好平衡的机械性能如刚度和抗冲击性。此外，与对比例CE1和CE2相比，使用通常用作聚丙烯中的偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，获得了抗冲击性相关性能的显著改善，但保持了相当的模量值。

Claims (15)

1.一种纤维增强聚合物组合物，包括
(a)基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量的39至94重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量的5至60重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量的1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中所述极性改性聚丙烯(PMP)包括基于所述极性改性聚丙烯(PMP)总重量的1至5重量％的量的衍生自极性基团的基团，
其中所述碳纤维(CF)为无纺布的形式。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述聚丙烯(PP)具有
(a)根据ISO 1133测量的不大于100g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)在160至170℃的范围内的熔融温度Tm；和/或
(c)1至10的重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)的比值[Mw/Mn]。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述聚丙烯(PP)为丙烯均聚物(H-PP1)和/或丙烯共聚物(C-PP1)，优选为丙烯均聚物(H-PP1)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述无纺布包括基于所述无纺布的总重量的至少50重量％的碳纤维(CF)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述碳纤维(CF)包括上浆剂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述纤维增强聚合物组合物不含有选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)包括衍生自选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物、以及还有离子化合物组成的组的极性基团的基团。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐的丙烯聚合物。
9.根据权利要求8所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)是接枝有马来酸酐的丙烯共聚物，优选地，所述接枝有马来酸酐的丙烯共聚物包括作为共聚单体单元的乙烯。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述纤维增强聚合物组合物还包括基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量的多达20重量％的量的至少一种添加剂。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述纤维增强聚合物组合物还包括基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量的2.0至15.0重量％的包括衍生自乙烯和C4至C8α-烯烃的单元的弹性体共聚物(ECP)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述纤维增强聚合物组合物具有
(a)根据ISO 1133测量的5至75g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)等于或小于1.200g/cm3的密度；和/或
(c)+23℃下的≥5.5kJ/m2的简支梁缺口冲击强度；和/或
(d)根据ISO 527-2的至少100MPa的拉伸强度。
13.一种制品，包括根据前述权利要求1至12中任一项所述的纤维增强聚合物组合物。
14.根据权利要求13所述的制品，其中所述制品为模塑制品，优选为注塑制品或发泡制品。
15.根据权利要求13或14所述的制品，其中所述制品是清洗机或洗碗机或汽车制品的部件，特别是汽车内饰和汽车外饰的汽车制品，例如仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内装饰件等。
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