CN110944818A - 在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的方法 - Google Patents

在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的方法，其中将至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在模具中加热并加压至高于热塑性塑料的软化点的温度，其中结构化纹理已施用在模具的内侧。所述至少一种纤维材料包含连续的纤维且采取规则排列的织物片材的形式。织物片材和模具内侧上的结构化纹理彼此之间以这样的方式取向，即，使得在压制过程中，织物片材和模具内侧上的结构化纹理相互重叠。在压制过程后，将模具中的至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物冷却至低于热塑性塑料的软化点的温度，其中在热塑性塑料的表面上形成结构化纹理。本发明还涉及通过织物片材连续纤维增强的且在表面上具有结构化纹理的热塑性塑料，并且所述热塑性塑料通过本发明的方法获得。

Description

在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结 构化纹理的方法
本发明涉及一种在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的方法，其中将至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在模具中加热并加压至高于热塑性塑料的软化点的温度，其中结构化纹理已施用在模具的内侧。所述至少一种纤维材料包含连续的纤维且采取规则排列的织物片材的形式。织物片材和模具内侧上的结构化纹理彼此之间以这样的方式取向，即，使得在压制过程中，织物片材和模具内侧上的结构化纹理相互重叠。在压制过程后，将模具中的至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物冷却至低于热塑性塑料的软化点的温度，其中在热塑性塑料的表面上形成结构化纹理。本发明还涉及通过织物片材连续纤维增强的且在表面上具有结构化纹理的热塑性塑料，并且所述热塑性塑料通过本发明的方法获得。
由纤维增强的热塑性塑料制成的部件特别受到航空航天或汽车领域中轻质应用的关注，这是因为他们显示出高的能量吸收和比刚度，并且在相对低重量的情况下还显示出高的强度，且还具有良好的可成型性和良好的保存期限。这里的强度和刚度尤其由支撑性纤维材料的性质和布置决定。这些部件中的热塑性塑料充当纤维材料的支撑基质，并保护纤维材料免受外部物理和化学作用的影响。
然而，在车辆的可视区域中使用由纤维增强的热塑性塑料制成的部件是成问题的，这是因为纤维材料导致不平坦的表面纹理，这因此无法满足对部件的质量要求。
例如，M.Blinzler在“
Figure BDA0002373556130000011
bei
Figure BDA0002373556130000012
Thermoplasten”[织物增强的热塑性塑料的表面纹理],Kunststoffe11/1999,第128-130页中公开了热塑性塑料的织物增强在表面上产生了清晰可见的纹理；尽管涂漆为所述纹理提供了高的光泽度，但同时其进一步增加了表面不规则性的可见性。
由于纤维增强的热塑性塑料中的纤维材料和热塑性材料的分布是不均匀的，因此它们的表面也通常显示出纤维的位置。此外，在冷却时，热塑性材料的收缩大于纤维材料的收缩，这导致其他的表面缺陷。
M.Blinzler在“Werkstoff-und prozessseitige
Figure BDA0002373556130000021
zurOptimierung der
Figure BDA0002373556130000022
Kunststoffe”[材料和方法对优化连续纤维增强的塑料表面质量的可能的影响],Dissertation,TUKaiserslautern,2002,第12、13、46、47、120和121页中公开了用于由连续纤维增强的塑料制成的涂漆部件上的外层的不同方法，例如通过降低纤维材料的含量来增加部件的外层中热塑性塑料的比例、在不影响热塑性部件的内部区域的情况下施用外层、通过另外的填料层或增加所用面漆的量或施用干漆膜来增加涂漆体系的层厚度。
上面提到的关于纤维增强的热塑性塑料经常具有不令人满意的表面质量的问题以及用于改善其的方法尤其公开于网页www.maschinenmarkt.vogel.de/faserverstaerkte-thermoplaste-mit-entwicklungsansaetzen-fuer-class-a-faehige-oberflaechen-a-814/，检索日为2016年12月14日。
因此，本发明的目的是提供一种避免了现有技术中所述缺点的改进的方法。
所述目的通过一种在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的方法而实现，所述方法包含步骤a)至c)：
a)将至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，其中所述至少一种纤维材料包含连续的纤维且采取规则排列的织物片材的形式，
b)在模具中，将在步骤a)中加热的混合物进行压制，其中规则排列的结构化纹理已施用在模具的内侧，
c)在模具中，将步骤b)中压制的混合物冷却至低于热塑性塑料的软化点的温度，其中在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上形成结构化纹理，
其中模具内侧上的结构化纹理和模具中的织物片材在步骤b)中彼此之间取向以使得规则排列的织物片材和模具内侧上规则排列的结构化纹理相互重叠。
本发明的方法可以将结构化纹理施用于通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面，该结构化纹理改善了表面的感知质量，这是因为由于结构化纹理的原因，使得表面不再被感觉是不均匀的。此外，可以以简单的方式实现连续纤维增强的热塑性塑料表面上的结构化纹理，使得不再需要使用其他表面处理。结构化纹理可以有效地覆盖连续纤维增强的热塑性塑料表面上的缺陷，这里的目的是实现连续纤维增强的热塑性塑料的外观的显著改善。
下文将详细说明本发明。
对于本发明的目的而言，表述“结构化纹理”是指表面上的结构化图案，即，规则排列的结构化凹陷和/或凸起。结构化图案由至少一种结构单元构成。
对于本发明的目的而言，表述“结构单元”是指结构化图案中最小的单元。结构化单元通常包含限定数量的任何所需几何形状的凹陷和/或凸起，这些凹陷和/或凸起本身和/或相对于结构化图案中的其他结构单元具有规则的排列。这种类型的结构单元例如可以包括钻石形、菱形、矩形、正方形或线形。结构单元可任选地交替和/或彼此进行组合。因此，可以想到由多个具有不同厚度(宽度)和/或深度的各种线构成的图案。
对于本发明的目的而言，表述“规则排列”描述了以限定的间隔重复的单元，优选根据固定的图案排列。这些单元可以是结构化纹理中的结构单元，也可以是织物片材中的重复单元。
表面上结构化凹陷的各个结构化单元之间的距离可以采用任何所需的值(大小)，例如300μm。优选结构化凹陷的各个结构化单元之间的距离为至多1200μm(横跨整个图案的平均值)，距离特别为50至1200μm。结构单元的宽度，例如点的直径(在点状结构中)或线的宽度(在线状或格子型结构)可为任意值，优选为60至800μm，更优选70至600μm，尤其是80至400μm。
凹陷本身(即，结构化深度)同样可为任何所需的值(大小)。因此，表面的子区域可包含相同但深度不同的结构单元/图案。凹陷的大小(深度)(就平均值而言)通常不大于纤维增强的热塑性塑料的厚度的25％，但是该值也可任选地更高。
在本发明方法的步骤a)中，将至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，其中所述至少一种纤维材料包含连续纤维且采取规则排列的织物片材的形式。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物原则上可采取本领域技术人员认为合适的任何所需的形式。所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物通常为纤维复合材料，其中所述至少一种纤维材料采取连续纤维的形式，且所述至少一种热塑性塑料采取被所述至少一种纤维材料包围的聚合物基质的形式。相应的(连续-)纤维复合材料是本领域技术人员已知的。
对于本发明的目的而言，表述“通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料”和“连续纤维增强的热塑性塑料”同义使用。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物优选采取半成品的形式。对于本发明的目的而言，表述“半成品”是指用于热成型方法的片材形式的起始材料，其包括由织物片材制成的芯。半成品优选采取挤出的膜、型材或片材的形式，特别优选采取半成品片材的形式。
这种类型的半成品的表面通常将是非常平坦的，但是，根据特定应用的要求，该表面也可以具有曲率。
该半成品的厚度优选为0.1至50mm，更优选为0.5至25mm且特别优选为1至4mm。
在本发明的上下文中，表述“至少一种纤维材料”是指恰好一种纤维材料或两种以上的不同纤维材料的混合物。在本发明中，纤维材料原则上可使用本领域技术人员已知的任何纤维材料。
在本发明中，所述至少一种纤维材料包含连续纤维。对于本发明的目的而言，术语“连续纤维”和“长丝”同义使用。对于本发明的目的而言，术语“连续纤维”是指纤维(关于其长度)在所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物中是不间断的。
所述至少一种纤维材料优选包含至少50重量％，更优选至少75重量％，还更优选至少85重量％，特别优选至少98重量％，非常特别优选100重量％的连续纤维，在每种情况下基于至少一种纤维材料的总重量计。
所述至少一种纤维材料优选包含玻璃纤维、天然纤维、合成纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、金属纤维(例如钢纤维或铜纤维)、矿物纤维(例如玄武岩纤维、硼纤维、钛酸钾纤维)或其组合。特别优选玻璃纤维或碳纤维。
所述至少一种纤维材料的纤维直径优选为1至100μm，更优选5至50μm且特别优选为7至30μm。
所述至少一种纤维材料采取规则排列的织物片材的形式。对于本发明的目的而言，表述“织物片材”是指例如由织物材料如纤维或长丝制成的片状材料。规则排列的织物片材具有以限定的间隔重复的单元，优选地根据固定的图案排列。这类织物片材原则上是本领域技术人员已知的。
规则排列的织物片材通常具有取向结构，其中所述至少一种纤维材料在限定数量的取向方向上取向。特别地，规则排列的织物片材不具有例如在非织造织物或毡中发现的不规则和无序的纤维。
优选规则排列的织物片材为机织纤维织物、无纬纤维稀松布、针织纤维织物或编织纤维织物，或者采取由平行纤维制成的单向或双向纤维结构的形式。
织物片材特别优选为机织纤维织物或无纬纤维稀松布，非常特别为机织纤维织物。
所用的机织纤维织物原则上可为任何所需的机织纤维织物。机织织物的优选类型包含平纹组织、斜纹组织或缎纹组织。更优选使用以斜纹组织形式的机织纤维织物。
所述至少一种纤维材料的线密度优选为100至10 000tex，更优选400至5000tex且特别优选800至2000tex。
所述至少一种纤维材料的结构密度还优选为1至10根粗纱/厘米，更优选1.5至5根粗纱/厘米且非常特别优选为2至4根粗纱/厘米。
所述至少一种纤维材料可由一层或多层织物片材构成。所述至少一种纤维材料优选由至少一层和至多30层，更优选至少两层和至多10层，特别优选至少两层和最多五层织物片材构成。
如果平行取向的纤维层彼此成角度地使用，则优选各个层具有双向结构并且彼此之间的角度为90°。当使用三层或三层的倍数时，也可以将单个层彼此成60°的角度排列，并且在四层或四层的倍数的情况下，各个层可以彼此成45°的角度排列。
此外，还可以提供多于一层的具有相同取向的纤维。这里同样可能的是，层彼此成一定角度，并且这里在纤维的每个取向中具有相同取向的纤维的层的数量可以不同，例如在第一方向上是四层而在与其成例如90°角(具有优选方向的双向结构)的方向上是一层。此外，还存在一种已知的准各向同性结构，其中第二层的纤维相对于第一层的纤维成90°角排列，而第三层的纤维相对于第二层的纤维成45°角排列。
所述至少一种纤维材料的各层的单位面积重量优选为100至1000g/m2，更优选200至800g/m2且非常特别优选500至700g/m2 auf。
在一个特别优选的实施方案中，织物片材的线密度为800至2000tex且其结构密度为2至4根粗纱/厘米，且该织物片材的各层的单位面积重量为500至700g/m2。
在一个非常特别优选的实施方案中，所述织物片材是由纤维直径为10至30μm的玻璃纤维制成的机织纤维织物，其为2/2斜纹组织形式，其线密度为800至2000tex且其结构密度为2至4粗纱/厘米，织物片材的各层的单位面积重量为500至700g/m2。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物优选包含至少20体积％，特别优选至少45体积％的至少一种纤维材料，基于混合物的总体积计。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物还包含至多80体积％，优选至多60体积％的至少一种纤维材料，基于混合物的总体积计。
在一个优选的实施方案中，所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物包含20至80体积％，优选45至60体积％的至少一种纤维材料，基于混合物的总体积计，其中混合物的总体积总是为100体积％。
该混合物还包含至少一种热塑性塑料。在本发明的上下文中，表述“至少一种热塑性塑料”是指恰好一种热塑性塑料或两种以上不同的热塑性塑料的混合物。本发明中使用的热塑性塑料原则上可为本领域技术人员已知的任何热塑性塑料。
对于本发明的目的而言，术语“热塑性塑料”是指在确定的温度范围内可(热塑性)变形的聚合物塑料。该过程原则上是可逆的，即，该过程可以通过冷却和再加热至熔融状态重复多次。
优选所述至少一种热塑性塑料为软化点大于100℃的耐热的热塑性塑料。
优选所述至少一种热塑性塑料选自聚烯烃、聚乙烯聚合物、苯乙烯聚合物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、(甲基)丙烯酸的聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯、聚环氧烷烃、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酮、聚酰亚胺、聚喹噁啉、聚喹啉、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、多异氰酸酯、多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇及其混合物。
合适的聚烯烃包括例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)和卤代聚烯烃，例如聚四氟乙烯。
适用于本发明方法的聚乙烯基聚合物包括例如聚乙烯卤化物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醚、聚乙烯醇、聚乙烯内酰胺和聚乙烯胺。
合适的聚丙烯酸酯的实例为丙烯酸和甲基丙烯酸的烷基酯、碱金属和碱土金属的聚合物。
聚环氧烷烃包含例如聚甲醛(POM)和聚乙二醇(PEG)。
合适的聚酰胺包含例如聚酰胺4.6、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺10.10、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺12.12、聚酰胺13.13、聚酰胺66、聚酰胺6.T、聚酰胺9.T、聚酰胺MXD.6、聚酰胺6/6.6、聚酰胺6/6.T、聚酰胺6.I/6.T、聚酰胺6/6.6/6.10及其混合物。
适用于本发明方法的聚酯包含例如脂族聚酯，以及芳族聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
特别优选所述至少一种热塑性塑料选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺4.6、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺10.10、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺12.12、聚酰胺13.13、聚酰胺66、聚酰胺6.T、聚酰胺9.T、聚酰胺MXD.6、聚酰胺6/6.6、聚酰胺6/6.T、聚酰胺6.I/6.T、聚酰胺6/6.6/6.10及其混合物。
非常特别优选所述至少一种热塑性塑料选自聚酰胺4.6、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺10.10、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺12.12、聚酰胺13.13、聚酰胺66、聚酰胺6.T、聚酰胺9.T、聚酰胺MXD.6、聚酰胺6/6.6、聚酰胺6/6.T、聚酰胺6.I/6.T、聚酰胺6/6.6/6.10及其混合物。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物优选包含至少20体积％，特别优选至少40体积％的至少一种热塑性塑料，基于所述混合物的总体积计。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物还包含至多80体积％，优选至多55体积％的至少一种热塑性塑料，基于所述混合物的总体积计。
在一个优选的实施方案中，所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物包含20至80体积％，优选45至55体积％的至少一种热塑性塑料，基于所述混合物的总体积计，其中所述混合物的总体积总是为100体积％。
为调节连续纤维增强的热塑性塑料的特性，所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物还可包含施用在规则排列的结构化纹理上的添加剂。对于本发明的目的而言，在其中提及所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物的所有实施方案中还包括这样的混合物，其除了至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料外，还包含添加剂。
合适的添加剂包括例如稳定剂、润滑剂、成核剂、染料、硬化剂、增塑剂以及与其他聚合物的共混物；它们还包含本领域技术人员已知的任何所需的其他添加剂。
合适的稳定剂包括例如位阻酚、仲芳族胺、对苯二酚、间苯二酚、维生素E及与其结构相似的化合物、卤化铜(I)、含镍的自由基清除剂、三嗪、苯并噁嗪酮、苯并三唑、二苯甲酮、苯甲酸酯、甲脒、丙酸酯、芳族丙二酮、苯并咪唑、脂环族酮、甲酰苯胺、氰基丙烯酸酯、苯并吡喃酮和水杨酸酯。
润滑剂包括例如硬脂酸、硬脂醇、硬脂酸酯、亚乙基双(硬脂酰胺)(EBS)、高级脂肪酸及其衍生物，以及具有12至30个碳原子的脂肪酸的脂肪酸混合物、硅油、低聚异丁烯和类似化合物。
合适的成核剂包括例如苯基次膦酸钠、氧化铝、二氧化硅、尼龙-2.2和滑石。
可以使用例如以下物质作为着色剂：有机染料，如苯胺黑，或颜料，如群青、酞菁、二氧化钛、硫化镉、硒化镉、颜料黑或苝四羧酸的衍生物。
增塑剂包括例如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二苄酯、邻苯二甲酸丁苄酯、N-(正丁基)苄基磺酰胺、邻甲苯基乙基磺酰胺和对甲苯基乙基磺酰胺或含烃油。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物中的至少一种添加剂的比例为优选0至10体积％，特别优选0至5体积％，基于所述混合物的总体积计。
在一个优选的实施方案中，所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物包含：
20至80体积％的至少一种热塑性塑料，
20至80体积％的至少一种纤维材料，和
0至10体积％的其他添加剂，
其中所述混合物的总体积总是为100体积％。
在进一步优选的实施方案中，所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物包含：
40至55体积％的至少一种热塑性塑料，
45至60体积％的至少一种纤维材料，和
0至5体积％的其他添加剂，
其中所述混合物的总体积总是为100体积％。
所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物原则上可通过本领域技术人员已知的方法以任何所需的方式进行制备。例如，所述纤维材料可使用至少一种热塑性塑料饱和浸透而产生至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物。
作为上述方法的替代方案，纤维材料也可以用用于制备至少一种热塑性塑料的单体饱和浸透，然后例如通过加热使所述单体聚合而制备至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物。适用于制备至少一种热塑性塑料的单体原则上是本领域技术人员已知的。
用于制备所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物的其他可能的方法包含例如粉末浸渍法，将至少一种纤维材料与热塑性膜进行层压，或将至少一种纤维材料与热塑性纤维进行混合并然后使聚合物膜和/或热塑性纤维熔融并压制。
在步骤a)中，将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物加热至高于所述至少一种热塑性塑料的软化点的温度。
对于本发明的目的而言，表述“软化点”是指无定形或(半)结晶热塑性塑料由玻璃态或硬弹性态变成熔融或橡胶弹性态的温度或温度范围。这种变化与相应材料的硬度降低有关。在(半)结晶热塑性塑料的情况下，软化点对应于热塑性塑料的熔点或熔点范围。在无定形热塑性塑料的情况下，软化点对应于无定形热塑性塑料的玻璃化转变温度或玻璃化转变范围。
可使用本领域技术人员已知的任何所需方法来加热所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物。
优选在模具中，可将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物优选加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，在该模具中还进行本发明方法的步骤b)。
作为上述方法的替代方案，也可首先将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在单独的装置中加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，然后将加热的混合物转移至进行步骤b)的压制步骤的模具中。
还可首先将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在单独的装置中预加热至低于所述至少一种热塑性塑料的软化点的温度，并然后将混合物转移至模具中，在该模具中还进行本发明方法的步骤b)，其中将模具中的混合物加热至高于所述至少一种热塑性塑料的软化点的温度。
如果将混合物在插入模具中之前进行加热，则加热优选在烤箱中进行，特别优选在对流烤箱中进行，或通过红外辐射进行。
优选将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在步骤a)中加热至高于至少一种热塑性塑料的软化点至少5℃，更优选至少10℃且特别优选至少15℃的温度。
如果所述至少一种热塑性塑料为两种以上不同热塑性塑料的混合物，则优选将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在步骤a)中加热至高于具有最高软化点的热塑性塑料的软化点的温度。
优选将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物加热至100℃至450℃，更优选120℃至400℃且特别优选140℃至350℃的温度。
在步骤b)中，将在步骤a)中加热的混合物在模具中进行压制，其中规则排列的结构化纹理已施用在模具的内侧上。
本发明方法中使用的模具本身是本领域技术人员已知的。优选地是组合的压制/注射成型，其中例如不仅可以进行模塑(压制)步骤，而且可以进行加热步骤以及用于模制注入的材料(例如聚酰胺)的步骤。为此，模具不仅可以具有用于容纳所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物的腔体，而且还可以具有用于容纳注射成型聚合物的腔体。这种类型的模具优选具有多个这种腔体。
压制本身是本领域技术人员已知的。在压制步骤的过程中，连续纤维增强的热塑性塑料的几何形状因压力的作用而改变，例如完全或至少部分地改变弯曲。由步骤b)得到的连续纤维增强的热塑性塑料的几何形状由模具的形状决定。
步骤b)中的压制步骤优选在至少3巴绝对压力，更优选至少5巴绝对压力和特别优选至少10巴绝对压力的压力下进行。
在一个优选的实施方案中，步骤b)在3至50巴绝对压力，更优选5至30巴绝对压力且特别优选10至25巴绝对压力的压力下进行。
步骤b)中的温度优选为100℃至450℃，优选120℃至400℃且特别优选140℃至350℃。压制步骤可进一步增加所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物的温度。
如果在步骤a)中，所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物已在模具中进行了加热，则在步骤b)中，用于压制的温度优选与步骤a)中的温度相同。
步骤b)中的压制步骤为用于在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的实际生产步骤。连续纤维增强的热塑性塑料的厚度优选在步骤b)中调节至0.1mm至10mm，更优选0.5mm至3mm；或者，在步骤b)的下游存在另一步骤，其中通过压制将成品部件的厚度调节至0.5至10mm，更优选0.5mm至3mm。
在本发明方法中使用的模具的内侧具有规则排列的结构化纹理。结构化纹理已施用在模具壁的内侧，因此，通过压制步骤将模具内侧上的结构化纹理的形状模制到连续纤维增强的热塑性塑料的表面上；优选将结构化纹理的形状完全模制到通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上。
对于本领域技术人员显而易见的是，模具内侧上的结构化纹理已经通过凹陷和/或凸起构造，以允许模制到连续纤维增强的热塑性塑料的表面上。例如，如果要在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上形成一个圆形凹陷，则模具的内侧必须具有与其类似的凸起形式的结构化纹理，反之亦然。
原则上，可使用任何所需的方法来将结构化纹理施用在模具的内侧上。结构化纹理优选通过蚀刻、激光结构化、喷砂、轮廓铣削或腐蚀在模具中产生，使得模具的内侧具有带有凹陷和/或凸起的表面。
模具内侧上的结构化纹理优选在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生以由至少一种结构单元构成的结构化图案形式的结构化纹理。模具内侧上的结构化纹理原则上可在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生任何所需的结构化图案。
规则排列的结构化纹理优选以使得在连续纤维增强的热塑性塑料的可见侧上产生结构化纹理的方式施用到模具的内侧上。
模具内侧上的规则排列的结构化纹理以及模具中的织物片材在本发明的步骤b)中彼此以使得规则排列的织物片材和模具内侧上的规则排列的结构化纹理相互重叠的方式取向。因此，优选规则排列的织物片材和模具内侧上的规则排列的结构化纹理完全相互重叠。
这里对于本领域技术人员显而易见的是，在步骤b)中，织物片材和模具内侧上规则排列的结构化纹理优选彼此以使得连续纤维增强的热塑性塑料的表面上所需的结构化纹理存在于模具的可见侧上的方式取向。在随后用作如车辆部件的连续纤维增强的热塑性塑料的区域是在不可见区域中时，则不必实现织物片材和模具内侧上结构化纹理的重叠。
连续纤维增强的热塑性塑料的表面通常是不平坦的，这种不平坦是由织物片材引起的且具有以连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理所覆盖的凸起和凹陷的形式。
因此，优选模具中的织物片材和模具内侧上的规则排列的结构化纹理在步骤b)中彼此以使得模具内侧上的结构化纹理与连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的不平坦形态最大可能地重叠的方式取向。在步骤b)中，将凸起和/或凹陷根据模具内侧上的规则排列的结构化纹理的结构化图案模制到连续纤维增强的热塑性塑料的表面。
在步骤c)中，将步骤b)中压制的混合物在模具中冷却至低于热塑性塑料的软化点的温度，其中在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上形成结构化纹理。
步骤c)中的冷却可以本领域技术人员已知的任何方法进行。例如，冷却可以通过模具内的内部冷却来进行，或者通过不将模具进一步加热至高于热塑性塑料的软化点的温度来缓慢冷却在步骤b)中压制的混合物。
在步骤c)中，优选将连续纤维增强的热塑性塑料完全硬化，但也可任选地将仅部分硬化的连续纤维增强的热塑性塑料在压制步骤后从模具中移出。对于连续纤维增强的热塑性塑料从模具中的移出，本领域的技术人员也可使用术语“脱模”。
在本文中，模具在脱模过程中的温度原则上可为任意所需的值，其条件是温度低于连续纤维增强的热塑性塑料的软化点。
优选将在步骤b)中压制的混合物在模具中冷却至低于至少一种热塑性塑料的软化点至少5℃，更优选至少10℃且特别优选至少15℃的温度。
如果所述至少一种热塑性塑料为两种以上不同热塑性塑料的混合物，则优选在步骤a)中，将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物冷却至低于具有最低软化点的热塑性塑料的软化点的温度。
优选将在步骤b)中压制的混合物加热至-20℃至40℃，更优选0℃至35℃且特别优选10℃至30℃的温度。
在脱模后可任选地进行其他步骤，例如根据所需用途的需要对连续纤维增强的热塑性塑料进行进一步处理。
连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理优选由重复和规则排列的结构单元构成，所述结构单元可根据需要具有不同的排列。
在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的本发明结构化纹理优选地特别地不为例如在皮革中遇到的不规则排列的纹理。
在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的结构化图案可包含结构单元，该结构单元原则上可具有任何所需数量的凸起和/或凹陷。
在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的结构化图案可例如包含规则排列的具有凸起的结构单元。
在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的结构化图案还可包含规则排列的具有凹陷的结构单元。
还可想到包含规则排列的具有凸起和凹陷的结构单元的结构化图案。
在一个实施方案中，在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的至少两个相邻的结构化图案的结构单元以这样的方式排列，即，将一个结构化图案的所有结构单元相对于相邻结构化图案的结构单元反向排列，使得在日光或在人工照明下观察时出现的表面反射(对于观察者而言)产生相邻组之间具有高度差的感觉。
优选在该实施方案中，连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的各(第一)结构化图案与多个相邻的其他结构化图案邻接，并且各相邻的结构化图案的所有结构单元相对于(第一)结构化图案的结构单元反向排列。因此可以产生规则的宏观图案和结构，例如不涉及互相对准重复的棋盘图案或基于网格的图案。
进一步优选地，在该实施方案中，连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的相邻结构化图案之间的过渡贯穿结构单元本身，并且借助于各个构成部分(element)的突然反转，与各结构化图案有关的过渡形成了结构化图案之间的清晰可见的边缘。
同样还可以想到的是，在该实施方案中，在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的相邻结构化图案之间的过渡贯穿结构单元本身，且结构化图案之间的过渡是连续的。
对于本发明的目的而言，表述“连续过渡”是指两个或更多个结构化图案之间的过渡，其中肉眼无法辨别结构化图案之间的任何边界。
在一个实施方案中，在步骤a)之前，将热塑性薄膜施用于所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物。
该热塑性薄膜的厚度原则上可为任何厚度。该热塑性薄膜的厚度通常以使得不再能够看出连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的不平坦的方式进行选择。该热塑性薄膜的厚度优选为40至250μm，特别优选50至150μm。
该热塑性薄膜优选包含至少一种选自以下的热塑性塑料：聚烯烃、聚乙烯聚合物、苯乙烯聚合物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、(甲基)丙烯酸的聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯、聚环氧烷烃、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酮、聚酰亚胺、聚喹噁啉、聚喹啉、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、多异氰酸酯、多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇及其混合物。
特别优选热塑性薄膜包含至少一种选自以下的热塑性塑料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺4.6、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺10.10、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺12.12、聚酰胺13.13、聚酰胺66、聚酰胺6.T、聚酰胺9.T、聚酰胺MXD.6、聚酰胺6/6.6、聚酰胺6/6.T、聚酰胺6.I/6.T、聚酰胺6/6.6/6.10及其混合物。
非常特别优选热塑性薄膜包含至少一种选自以下的热塑性塑料：聚酰胺4.6、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺10.10、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺12.12、聚酰胺13.13、聚酰胺66、聚酰胺6.T、聚酰胺9.T、聚酰胺MXD.6、聚酰胺6/6.6、聚酰胺6/6.T、聚酰胺6.I/6.T、聚酰胺6/6.6/6.10及其混合物。
优选热塑性薄膜包含与所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物相同的热塑性塑料。
该热塑性薄膜还可包含其他添加剂。合适的添加剂通常是本领域技术人员已知的且包含也可在所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物中所包含的添加剂。
该热塑性薄膜的熔融粘度原则上可为任意值。然而，优选热塑性薄膜的熔融粘度大于在步骤a)中加热的混合物中的至少一种热塑性塑料的熔融粘度。
对于本发明的目的而言，表述“熔融粘度”是指在热塑性塑料的软化点下，热塑性塑料的熔融相中的粘度。熔融粘度的测定原则上是本领域技术人员已知的，并且例如根据DIN 53735来实现。
优选该热塑性薄膜的熔融粘度比在步骤a)中加热的混合物中的至少一种热塑性塑料的熔融粘度高至少10％且至多60％。
在另一实施方案中，本发明的方法包含步骤d)，其中在步骤b)中压制的混合物通过使用至少一种注射成型聚合物注射以连接在另一材料上而功能化。
功能化本身是本领域技术人员已知的。这优选被理解为是指连接所需的元件，例如连接用于稳定性和强度的肋条、装配辅助装置、地图袋等。这些元件通过将另一材料注射以连接在步骤b)中压制的混合物上而由注射成型聚合物获得。
用于连接另一材料的注射本身同样也是本领域技术人员已知的。该方法优选将由注射成型聚合物形成的元件提供到连续纤维增强的热塑性塑料的表面的一个或多个区域。合适的元件已在术语“功能化”的上下文中进行了说明。对于本发明的目的而言，用于连接另一材料的注射的方法优选以这样的方式进行，即，在步骤d)中，将注射成型聚合物装入模具中存在的空腔中。这些空腔决定了通过注射以连接另一材料而施用于连续纤维增强的热塑性塑料的相应表面上的元件的具体成形。
在步骤d)中使用的注射成型聚合物本身是本领域技术人员已知的。注射成型聚合物优选为耐热的热塑性塑料，其与在步骤a)中加热的所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物中所包含的至少一种热塑性塑料相同。因此，用于至少一种热塑性塑料的所有优选的聚合物相应地适用于步骤d)中使用的注射成型聚合物。
该注射成型聚合物还可进行改性，使其用至多70重量％，优选至多50重量％，特别优选至多30重量％的材料进行强化，基于注射成型聚合物的总重量计，所述材料选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、天然纤维、玻璃球或其混合物。
在注射成型聚合物包含增强材料的情况下，模具中存在的且填充注射成型聚合物的自由腔可任选地同样具有结构化纹理。
当将在步骤d)中使用的注射成型聚合物引入模具中从而通过用于连接另一材料的注射而实现功能化时，其通常是熔融的。在这里，优选当在步骤d)中将注射成型的聚合物引入到模具中时，所述聚合物已被加热到至少160℃的温度，优选地被加热到至少250℃的温度，特别优选地被加热到300℃的温度。
其中进行步骤b)、c)和d)的顺序(时间顺序)没有严格的限定，而是可以在以下三种选项i)、ii)和iii)中进行选择。在选项i)中，步骤d)可在步骤b)过程中开始。同样地，在选项ii)中，步骤d)可在步骤b)已经结束后的步骤c)的过程中开始，或在选项iii)中，步骤d)在步骤b)已经结束后且在步骤c)之前开始。优选步骤d)在步骤b)已经结束且在步骤c)之前开始。
各步骤b)、c)和/或d)的持续时间原则上是可自由选择的且是本领域技术人员已知的。各步骤b)、c)和d)通常持续到所需的结果已经实现，即，在步骤b)中，在步骤a)中加热的混合物的压制已结束；在步骤c)中，经压制的混合物的冷却已结束；在步骤d)中，在用于该目的的位置处已完成了将注射成型聚合物提供到纤维增强的热塑性塑料的表面。
在步骤b)中的压制步骤之后，在步骤c)中的冷却之后，以及任选地在步骤d)中的功能化之后，可以从模具中移出连续纤维增强的热塑性塑料。
本发明还提供了这样一种热塑性塑料，其通过织物片材进行了连续纤维增强，且在表面上具有结构化纹理，并且该热塑性塑料通过本发明的方法获得。
借助于结构化纹理，通过本发明的方法制备的连续纤维增强的热塑性塑料适用于例如车辆中的可见的部件。
本发明还提供了通过织物片材连续纤维增强的且具有结构化纹理热塑性塑料在可见部件，优选在车辆的可见部件中的用途。

Claims (14)

1.一种在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生结构化纹理的方法，其包含步骤a)至c)：
a)将至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，其中所述至少一种纤维材料包含连续的纤维且采取规则排列的织物片材的形式，
b)在模具中，将在步骤a)中加热的混合物进行压制，其中规则排列的结构化纹理已施用在模具的内侧，
c)在模具中，将步骤b)中压制的混合物冷却至低于热塑性塑料的软化点的温度，其中在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上形成结构化纹理，
其中模具内侧上的结构化纹理和模具中的织物片材在步骤b)中彼此之间取向,以使得规则排列的织物片材和模具内侧上规则排列的结构化纹理相互重叠。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热塑性塑料为软化点大于100℃的耐热的热塑性塑料，
所述热塑性塑料优选选自聚烯烃、聚乙烯聚合物、苯乙烯聚合物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、(甲基)丙烯酸的聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯、聚环氧烷烃、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酮、聚酰亚胺、聚喹噁啉、聚喹啉、聚苯并咪唑、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、多异氰酸酯、多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇及其混合物，
所述热塑性塑料特别优选选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺4.6、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺10.10、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺12.12、聚酰胺13.13、聚酰胺66、聚酰胺6.T、聚酰胺9.T、聚酰胺MXD.6、聚酰胺6/6.6、聚酰胺6/6.T、聚酰胺6.I/6.T、聚酰胺6/6.6/6.10及其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中
i)所述至少一种纤维材料包含至少50重量％，优选至少75重量％，更优选至少85重量％，特别优选至少98重量％，非常特别优选100重量％的连续纤维，在每种情况下基于所述至少一种纤维材料的总重量计，和/或
ii)所述规则排列的织物片材为机织纤维织物、无纬纤维稀松布、针织纤维织物或编织纤维织物，或者采取由平行纤维制成的单向或双向纤维结构的形式，和/或
iii)所述纤维材料包含玻璃纤维、天然纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、金属纤维、聚合物纤维、钛酸钾纤维、硼纤维或矿物纤维，和/或
iv)所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物采取半成品片材的形式。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
i)在进行步骤b)的模具中，将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，或
ii)首先将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在单独的装置中，优选在烤箱中，或通过红外辐射加热至高于热塑性塑料的软化点的温度，然后将所述混合物转移至根据步骤b)进行压制步骤的模具中，或
iii)首先将所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物在单独的装置中预加热至低于所述至少一种热塑性塑料的软化点的温度，然后将该混合物转移至进行步骤b)的模具中，并将该混合物在模具中加热至高于所述至少一种热塑性塑料的软化点的温度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中
i)将所述至少一种纤维材料用至少一种热塑性塑料饱和浸透而制备所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物，或
ii)所述纤维材料使用用于制备所述至少一种热塑性塑料的单体饱和浸透，然后使所述单体聚合而制备所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中结构化纹理在模具中通过蚀刻、激光结构化、喷砂、轮廓铣削或腐蚀产生，使得模具的内侧具有带有凹陷和/或凸起的表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中压制步骤将模具内侧上的结构化纹理的形状模制到通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上，优选将结构化纹理的形状完全模制到通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中模具内侧上的结构化纹理在通过织物片材连续纤维增强的热塑性塑料的表面上产生以由至少一种结构单元构成的结构化图案形式的结构化纹理。
9.根据权利要求8所述的方法，其中
i)在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的结构化图案包含规则排列的具有凸起的结构单元，和/或
ii)在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的结构化图案包含规则排列的具有凹陷的结构单元，和/或
iii)在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的结构化图案包含规则排列的具有凸起和凹陷的结构单元。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中
i)在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的至少两个相邻的结构化图案的结构单元为这样的构型，即，将一个结构化图案的所有结构单元相对于相邻结构化图案的结构单元反向排列，和/或
ii)在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的相邻结构化图案之间的过渡贯穿结构单元本身，且结构化图案之间的过渡是连续的，和/或
iii)在连续纤维增强的热塑性塑料的表面上的结构化纹理的相邻结构化图案之间的过渡贯穿结构单元本身，并且借助于各个构成部分的反向，与各结构化图案有关的过渡形成了结构化图案之间的清晰可见的边缘。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物
i)包含20至80体积％，优选40至55体积％的至少一种热塑性塑料，和/或
ii)包含20至80体积％，优选45至60体积％的至少一种纤维材料，和/或
iii)包含0至10体积％，优选0至5体积％的其他添加剂，
其中所述混合物的总体积总是为100体积％。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中
i)在步骤a)之前，将热塑性薄膜施用于所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物，和/或
ii)所述热塑性薄膜包含与所述至少一种纤维材料和至少一种热塑性塑料的混合物相同的热塑性塑料，和/或
iii)所述热塑性薄膜的熔融粘度比在步骤a)中加热的混合物中的所述至少一种热塑性塑料的熔融粘度高至少10％且至多60％。
13.通过织物片材连续纤维增强的且在表面上具有结构化纹理的热塑性塑料，其可通过权利要求1至12中任一项所述的方法获得。
14.通过织物片材连续纤维增强的且具有结构化纹理的热塑性塑料——其可通过权利要求1至12中任一项所述的方法获得——在可见的部件，优选在车辆的可见的部件中的用途。
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