CN112135866A - 增强的聚酯结构组件 - Google Patents
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Abstract
一种包括聚酯组合物的制品,所述制品包括,根据ASTM D3418通过差示扫描量热法以首次加热时每分钟20℃的加热速率测量的,至少两个不同的晶体熔融温度,其中第一晶体熔融温度和第二晶体熔融温度各自独立地为200‑290℃;和各自独立地为至少3J/g的第一熔化热和第二熔化热,优选其中所述第一熔化热与所述第二熔化热的比率为1:5‑5:1,其中所述聚酯组合物包含基于所述聚酯组合物的总重量计具有大于或等于20ppm的含磷量的第一聚酯、第二聚酯和5‑50重量百分数的多条纤维,其中所述多条纤维具有5‑25微米的直径。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月11日向美国专利局提交的美国临时申请号62/670,400的优先权和权益,所述专利的全部内容以引用的方式并入本文。
发明背景
汽车制造商不断减轻客车的重量以符合对燃料效率和减少排放日益严格的政府法规。通常被称为白车身(BIW)的车辆结构体是车辆的最大结构,并因此是理想的减重考虑因素。BIW指的是形成将连接其他组件(即发动机、车底盘、外部和内部装修、座位等)的车辆结构的焊接板式金属组件。但减轻车体重必须仔细地平衡所需车体刚度和强度,是影响车辆动力学、耐久性和耐撞性的关键特性。
因此仍需要提供具有合适的机械性质的更轻BIW。
发明内容
在一个实施方案中,包括聚酯组合物的制品包括,根据ASTM D3418通过差示扫描量热法以首次加热时每分钟20℃的加热速率测量的,至少两个不同的晶体熔融温度,其中第一晶体熔融温度和第二晶体熔融温度各自独立地为200-290℃;和各自独立地为至少3J/g的第一熔化热和第二熔化热,优选其中第一熔化热与第二熔化热的比率为1:5-5:1,其中聚酯组合物包含基于聚酯组合物的总重量计具有大于或等于20ppm的含磷量的第一聚酯、第二聚酯和5-50重量百分数的多条纤维,其中多条纤维具有5-25微米的直径。
聚酯预浸体包括本文所述的制品。聚酯复合物通过使聚酯预浸体固结来生产,优选呈通过在热和压力下使至少二层、更优选二至一百层聚酯预浸体固结生产的层压件形式。
聚合物增强件包括本文所述的制品,其中聚合物增强件具有中空多室结构,所述中空多室结构具有六边形几何形状。结构体包括中空组件和聚合物增强件,中空组件包括界定具有长轴的通道的壁,其中聚合物增强件位于通道中,并且其中中空多室结构包括垂直或平行于长轴定向的次级通道。
制造聚酯复合物的方法包括:用包含第一聚酯和第二聚酯的共混物涂布基材以形成经涂布基材,其中基材包括多条纤维;在第一温度下加热经涂布基材以形成聚酯预浸体;层叠多个聚酯预浸体;并且在压力下在第二温度下加热多个聚酯预浸体以形成聚酯复合物。
通过以下详细描述、附图、实施例和权利要求来例示上述和其他特征。
附图简述
图1是根据半连续熔融法形成固结层压件的方法的示意性图示。
图2是根据等容双带熔融法形成固结层压件的方法的示意性图示。
发明详述
在车辆各处采用中空金属结构元件(例如梁、轨、柱、摇杆、棒或类似物)。每种元件的壁厚足以赋予该元件所需的结构完整性以满足其所需功能和各种法规要求。已在车辆结构体中使用了塑料增强件,例如塑料增强的机动车中空金属部件。这种混合金属-塑料解决方案提供了包含具有塑料增强件(例如局部化塑料增强件)的金属通道的可变形单元。混合金属-塑料增强件还可包括具有用金属和连续纤维树脂浸渍的织物、带材或它们的组合增强的短切玻璃的热塑性聚酯。在一些情况下,局部化塑料多室增强件可用来向中空金属组件提供结构完整性。
已发现由包含聚酯组分和多条纤维的组合物制造的外室可用作BIW结构的中空金属部件的替代物。由这种组合物制成的外室可提供足够的强度,并且内部多室结构可防止外室塌陷以及损失刚度和强度。因此,整体的塑料-塑料结构提供了具有更轻重量设计的类似结构完整性。各自具有不同增强纤维长度的聚合物组合物的组合还可例如通过层压、胶粘、包覆成型或类似方式相互共连接,以提供结构特性改进的制品。这些结构聚酯构造将注射模塑技术的对部件设计的庞大可能性和制造速度与长纤维增强组合物的结构模量和强度益处进行了组合。使用热塑性聚酯、例如PET还可允许并入来自纤维、膜和包装操作的寿命终止的回收聚酯树脂和消费后再生(PCR)材料以在各种应用中再利用。
热塑性聚酯共混物相比于通常用于多室增强件的高温尼龙材料可对湿气更不敏感。改进的湿气性能可在不同的湿气暴露条件下提供给这些承载部件更一致的性质。在另一种情况下,还可允许这些承载结构对动态环境条件更不敏感。在又一个情况下,增强的聚酯承载结构可在车辆的随机振动期间提供更好的性能,因为它们比高温玻璃填充尼龙重。
本文提供了一种包括聚酯组合物的制品,聚酯组合物包含第一和第二聚酯组分以及多条纤维。使用增强的聚酯共混物提供了能够耐受高温暴露持续延长的时间段并具有机械性质和形状的良好保持的制品。例如,包括聚酯组合物的制品可具有耐受在180-220℃汽车涂装操作、诸如电涂装的耐热能力。聚酯组合物还可并入添加剂,例如提供适合用于车辆中的阻燃性。例如,改进的阻燃性和抗引燃性在电动车中可为重要的,其中电动车的更大重量也可使得聚酯组合物尤其有用。
聚酯组合物包括第一聚酯和不同于第一聚酯的第二聚酯。第一聚酯与第二聚酯间的重量比可基于聚酯组合物的所需性质而变化。例如,第一聚酯与第二聚酯的重量比为80:20至20:80,或优选60:40至40:60。例如,重量比为75:25至25:75,70:30至30:70,65:35-35:65,55:45至45:55,或50:50。
聚酯组合物可包括基于聚酯组合物的总重量计10-60重量百分数(重量%)、优选20-50重量%的第一聚酯。聚酯组合物可包括基于聚酯组合物的总重量计10-85重量%、优选20-60重量%的第二聚酯。例如,聚酯组合物可包括基于聚酯组合物的总重量计20-50重量%的第一聚酯和20-60重量%的第二聚酯。
第一聚酯和/或第二聚酯可为聚对苯二甲酸亚烷基酯。第一聚酯和/或第二聚酯可各自独立地包括一种或多种聚对苯二甲酸亚烷基酯。聚对苯二甲酸亚烷基酯的亚烷基可包含2-18个碳原子。示例性亚烷基包括亚乙基,1,3-亚丙基,1,4-亚丁基,1,5-亚戊基,1,6-亚己基,1,4-亚环己基,1,4-环己烷二亚甲基,或它们的组合。例如,亚烷基可为亚乙基、1,4-亚丁基或它们的组合。
聚对苯二甲酸亚烷基酯可为衍生自对苯二甲酸(或对苯二甲酸和至多10摩尔%间苯二甲酸的组合)以及包含直链C2-C6脂族二醇(诸如乙二醇或1,4-丁二醇)和C6-C12环脂族二醇诸如1,4-环己烷二醇、1,4-环己烷二甲醇、二甲醇萘烷、二甲醇二环辛烷、1,10-癸二醇或它们的组合的混合物的共聚酯。包含两种或更多种类型二醇的酯单元可作为无规的单个单元或作为同一类型单元的嵌段存在于聚合物链中。示例性酯包括聚(对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯-co-乙二醇酯),其中大于50摩尔%的酯基衍生自1,4-环己烷二甲醇;和聚(对苯二甲酸乙二醇酯-co-1,4-环己烷二甲醇酯),其中大于或等于50摩尔%的酯基衍生自亚乙基。
聚对苯二甲酸亚烷基酯可包括至多10重量%、优选至多5重量%的不同于亚烷基二醇和对苯二甲酸的单体的残基。例如,聚对苯二甲酸亚烷基酯可包括间苯二甲酸或衍生自诸如丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、1,4-环己烷二羧酸或它们的组合的脂族酸的单元的残基。
聚对苯二甲酸亚烷基酯可为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,聚萘二甲酸乙二醇酯,聚萘二甲酸丁二醇酯,聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯,聚对苯二甲酸丙二醇酯,或它们的组合。在一些实施方案中,聚对苯二甲酸亚烷基酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或它们的组合。例如,聚对苯二甲酸亚烷基酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯。在一个方面中,第一聚酯包含第一聚对苯二甲酸丁二醇酯和第二聚对苯二甲酸丁二醇酯,并且第二聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。
可使用二羧酸(例如脂族二羧酸、脂环族二羧酸、芳族二羧酸和它们的组合)和二醇(例如脂族二醇、脂环族二醇、芳族二醇和它们的组合)来制备聚酯。还可使用二羧酸的化学等效物(例如酸酐、酰基氯、酰基溴、羧酸盐或酯)和二醇的化学等效物(例如酯,优选C1-C8酯,诸如乙酸酯)来制备聚酯。
示例性芳族二羧酸包括间苯二甲酸,对苯二甲酸,1,2-二(对羧基苯)乙烷,4,4'-二羧基二苯醚,4,4'-双苯甲酸,和类似物,和1,4-或1,5-萘二甲酸以及类似物。可使用间苯二甲酸和对苯二甲酸的组合。间苯二甲酸与对苯二甲酸的重量比可为例如91:9至2:98,或25:75至2:98。可用来制备聚酯的含有稠环的二羧酸包括1,4-、1,5-和2,6-萘二甲酸。示例性环脂族二羧酸包括十氢萘二羧酸,降冰片烯二羧酸,二环辛烷二羧酸,和1,4-环己烷二羧酸。
示例性脂族二醇包括1,2-乙二醇,1,2-和1,3-丙二醇,2,2-二甲基-1,3-丙二醇,2-乙基-2-甲基-1,3-丙二醇,1,3-和1,5-戊二醇,二丙二醇,2-甲基-1,5-戊二醇,1,6-己二醇,二甲醇萘烷,二甲醇二环辛烷,1,4-环己烷二甲醇和其顺反异构体,三乙二醇,1,10-癸二醇,和类似物,以及它们的组合。二醇可为具有0.5至5重量%二乙二醇的乙二醇。示例性芳族二醇包括间苯二酚,氢醌,1,5-萘二醇,2,6-萘二醇,1,4-萘二醇,4,4'-二羟基联苯,双(4-羟苯基)醚,双(4-羟苯基)砜,或类似物,以及它们的组合。
聚对苯二甲酸亚烷基酯可为通过使包含至少70摩尔%、优选至少80摩尔%的四亚甲基二醇(1,4-丁二醇)的二醇组分和包含至少70摩尔%、优选至少80摩尔%的对苯二甲酸的酸组分或其聚酯形成性衍生物聚合获得的聚对苯二甲酸1,4-丁二醇酯。PBT的商品实例包括可作为VALOX 315和VALOX 195树脂购得的那些(由SABIC制造)。
聚对苯二甲酸亚烷基酯可包括改性的聚对苯二甲酸丁二醇酯,其部分来源于聚对苯二甲酸乙二醇酯再生的PET,例如来自用过的软饮料瓶。PET衍生的PBT聚酯(“改性PBT”)可衍生自诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物或它们的组合的聚对苯二甲酸乙二醇酯组分。改性PBT还可来源于生物质衍生的1,4-丁二醇,例如玉米衍生的1,4-丁二醇或来源于纤维素材料的1,4-丁二醇。不同于含有纯PBT(衍生自1,4-丁二醇和对苯二甲酸单体的PBT)的常规模塑组合物,改性PBT含有衍生自乙二醇和间苯二甲酸的单元。使用改性PBT可提供一种在PBT热塑性模塑组合物中有效使用未充分利用的废弃PET(来自消费后或后工业流)的有价值方式,从而节省了不可再生资源并减少了例如二氧化碳的温室气体形成。
改性PBT树脂的商品实例包括可以商品名VALOX iQ树脂购得的那些(由SABIC制造)。改性PBT可衍生自聚对苯二甲酸乙二醇酯组分,通过聚对苯二甲酸乙二醇酯组分解聚并使解聚的聚对苯二甲酸乙二醇酯组分与1,4-丁二醇聚合以提供改性PBT。
组合物可包含纯聚对苯二甲酸亚烷基酯和改性聚对苯二甲酸亚烷基酯的组合,包括纯和改性聚对苯二甲酸1,4-丁二醇酯的组合,改性聚对苯二甲酸1,4-丁二醇酯由再生PET获得。
组合物可包括一种或多种液晶聚酯(LCP),例如衍生自芳族羟基羧酸、芳族二羧酸、芳族二醇或它们的组合的那些。芳族羟基羧酸可包括对羟基苯甲酸,6-羟基-2-萘酸,或类似物。芳族二羧酸包括萘二甲酸,联苯二甲酸,对苯二甲酸,或类似物。芳族二醇包括4,4′-二羟基联苯或类似物。
聚合物组合物可包含基于聚酯组合物的总重量计10-60重量%、优选20-50重量%的为聚对苯二甲酸乙二醇酯的第一聚酯和10-85重量%、优选20-60重量%的为聚对苯二甲酸丁二醇酯的第二聚酯。例如,第二聚酯包含第一聚对苯二甲酸丁二醇酯和第二聚对苯二甲酸丁二醇酯,其中第一和第二聚对苯二甲酸丁二醇酯互不相同。第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度可不同于第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度。第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量(Mw)可不同于第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的Mw。例如,固有粘度和Mw均可不同。
聚酯可通过界面聚合或熔融法缩合、溶液相缩合或酯交换聚合获得,在例如酯交换聚合中,使用酸催化,诸如对苯二甲酸二甲酯的二烷基酯可与乙二醇酯交换生成聚对苯二甲酸乙二醇酯。可使用已并入例如具有三个或更多个羟基的二醇或者三官能或多官能羧酸的支化剂的分支聚酯。此外,取决于组合物的最终用途,有时期望聚酯上具有各种浓度的酸和端羟基。
催化剂组分促进反应,并且可选自锑化合物、锡化合物、钴化合物、钛化合物、它们的组合以及已在文献中公开的多种其他金属催化剂和金属催化剂的组合。催化剂的量将视手边的特定需求而变化。催化剂的合适量为以重量计1至5,000ppm。
聚酯组合物和包括聚酯组合物的制品在根据ASTM D3418通过差示扫描量热法(DSC)以首次加热时每分钟20℃的加热速率测量时可具有至少两个不同的晶体熔融温度。熔融温度或熔点指的是当加热聚酯组合物或制品时DSC温谱图中熔融(吸热)峰的相对于DSC基线的最小峰值的温度。即使当熔点由包括多组分的组合物获得时,熔点也可由一个点表示。如果DSC温谱图中出现两个或更多个峰,熔融温度就是每个熔融峰的最小峰值的温度。术语“峰”意指可归因于单一过程、例如组合物的特定组分或分子部分的熔融的加热曲线的部分。峰可相互充分靠近,一个峰具有界定另一个峰的曲线的肩的外观,但它们仍被视为单独的峰,因为它们表示相异过程的熔点。
聚酯组合物中的第一和第二聚酯可保持它们相异的结晶度,如由单独的熔融温度所示。例如,首次加热时聚酯组合物或制品可具有至少两个不同的晶体熔融温度。第一晶体熔融温度和第二晶体熔融温度可各自独立地为200-290℃。例如,第一晶体熔融温度可为200-260℃,优选200-250℃,更优选210-240℃;并且第二晶体熔融温度可为240-290℃,优选245-290℃,更优选250-290℃。
首次加热时聚酯组合物或制品可具有两个熔化热(熔化焓),各自对应于熔融温度之一。第一熔化热和第二熔化热可各自独立地为至少3焦耳/克(J/g),优选3-40J/g,更优选6-40J/g,甚至更优选9-40J/g。第一熔化热与第二熔化热的比率可为1:5-5:1,优选1:4-4:1,更优选1:3-3:1。
聚酯组合物和包括聚酯组合物的制品在根据ASTM D3418通过DSC以首次冷却时20℃/分钟的冷却速率测量时可具有至少两个不同的结晶温度。结晶温度指的是当在首次加热后冷却聚酯组合物或制品时DSC温谱图中结晶(放热)峰的相对于DSC基线的最大峰值的温度。即使当结晶点由包括多组分的组合物获得时,结晶点也可由一个点表示。如果DSC温谱图中出现两个或更多个峰,结晶温度就是每个结晶峰的最大峰值的温度。峰可相互充分靠近,一个峰具有界定另一个峰的曲线的肩的外观,但它们仍被视为单独的峰,因为它们表示相异过程的结晶点。
首次冷却时聚酯组合物或制品可具有至少两个不同的结晶温度。第一结晶温度和第二结晶温度可各自独立地为180-290℃。例如,第一结晶温度可为190-270℃,并且第二结晶温度为200-260℃。第二结晶温度可高于第一结晶温度。例如,第一结晶温度可为180-230℃,优选200-230℃,更优选210-225℃;并且第二结晶温度可为225-290℃,优选240-270℃,更优选240-250℃。
首次冷却时聚酯组合物或制品可具有两个结晶热(结晶焓),各自对应于结晶温度之一。第一结晶热和第二结晶热可各自独立地为-3J/g或更低,优选-3至-40J/g,更优选-6至-40J/g,甚至更优选-9至-40J/g。第一结晶热与第二结晶热的比率可为1:5至5:1,优选1:4至4:1,更优选1:3至3:1。
第一聚酯可具有以重量计大于或等于20ppm、例如20-200ppm、优选20-100ppm、更优选20-60ppm的含磷量。例如,第一聚酯可为具有20-200ppm、优选20-100ppm、更优选20-60ppm的含磷量的聚对苯二甲酸乙二醇酯。在不受理论约束的情况下,大于或等于20ppm的含磷量抑制在升高的温度下第一聚酯与第二聚酯之间的酯交换。酯交换形成共聚物可降低结晶速率并且还可导致模塑后尺寸稳定性问题。另外,磷化合物可使熔体粘度稳定并使聚合催化剂失活。
聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯)可具有如在25℃在60:40苯酚/四氯乙烷混合物中测量的0.4-2.0分升/克(dl/g)的固有粘度。例如,聚酯可具有如在25℃在60:40苯酚/四氯乙烷混合物中测量的0.5-1.5dl/g、优选0.6-1.2dl/g的固有粘度。
第一聚酯和第二聚酯具有不同的固有粘度。例如,第二聚酯可包括第一聚对苯二甲酸丁二醇酯和第二聚对苯二甲酸丁二醇酯,其中第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度不同于第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度,优选其中第一聚对苯二甲酸丁二醇酯具有0.6-0.8dl/g的固有粘度并且第二聚对苯二甲酸丁二醇酯具有1.0-1.4dl/g的固有粘度,各自如在25℃在60:40苯酚/四氯乙烷混合物中测量的。
聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯)可具有如通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用聚苯乙烯标准品测量的10,000-200,000克/摩尔(g/mol)、优选50,000-150,000g/mol的重均分子量(MW)。如果使用MW小于10,000g/mol的聚对苯二甲酸亚烷基酯,由聚酯组合物模塑的制品的机械性质可能不能令人满意。另一方面,如果使用MW大于200,000g/mol的聚对苯二甲酸亚烷基酯,可模塑性可能不足。聚对苯二甲酸亚烷基酯还可包含具有不同固有粘度和/或Mw的两种或更多种聚对苯二甲酸亚烷基酯的混合物。
例如,第一聚酯可具有15,000-80,000g/mol的Mw,并且例如第一聚酯可为具有15,000-80,000g/mol的Mw的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯)可具有1-70毫摩尔当量/千克(meq/kg)、优选5-60meq/kg、更优选10-50的端羧基COOH(CEG)含量,可具有大于20meq/kg、优选20-70meq/kg、更优选20-60meq/kg的CEG含量。例如,第一聚酯可为具有大于20meq/kg、优选20-70meq/kg、更优选20-60meq/kg的CEG含量的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯)可具有如例如由红外光谱法或根据ASTMD4273测定的1-70meq/kg、优选5-60meq/kg、更优选10-50meq/kg的端羟基OH(HEG)含量。例如,第一聚酯可具有大于20meq/kg、优选20-70meq/kg、更优选20-60meq/kg的HEG含量。例如,第一聚酯可为具有大于20meq/kg、优选20-70meq/kg、更优选20-60meq/kg的HEG含量的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
在一个方面中,聚酯具有1-70meq/kg的CEG含量和1-70meq/kg的HEG含量。HEG与CEG的比率可为至少1.3:1,例如1.3:1、1.2:1或1.1:1。例如,第一聚酯可为具有1-70meq/kg的CEG含量和1-70meq/kg的HEG含量的聚对苯二甲酸乙二醇酯,其中HEG与CEG的比率为至少1.3:1,例如1.3:1、1.2:1或1.1:1。
聚酯还可包括以重量计大于10ppm且小于200ppm的金属含量,其中金属为钛、锆、锌、锑、锗、钴、锡或它们的组合。例如,第一聚酯可为具有大于10ppm且小于200ppm、例如10-180ppm的金属含量的聚对苯二甲酸乙二醇酯,其中金属为钛、锆、锌、锑、锗、钴、锡或它们的组合。聚酯可具有小于1ppm的铅、汞、砷、镉、铊或它们的组合。
聚酯组合物还包括多条纤维。例如,聚酯组合物可包括基于聚酯组合物的总重量计5-50重量%、优选10-50重量%、更优选20-50重量%、甚至更优选30-50重量%的多条纤维。
多条纤维可包括短切玻璃纤维、长玻璃纤维、玻璃纤丝、织造玻璃纤维、碳纤维、织造碳纤维、陶瓷纤维或它们的组合。纤维材料可具有高于或等于聚酯组合物的加工条件、例如200-380℃的熔点。
玻璃纤维可为E、A、C、ECR、R、S、D或NE玻璃,或类似物,或它们的组合。玻璃纤维可通过标准方法制成,例如通过蒸汽或空气吹拉、火焰吹拉和机械牵拉。示例性玻璃纤维是通过机械牵拉制成的。
玻璃纤维可为上浆或未上浆的。上浆玻璃纤维在其表面上涂布有经选择与聚酯组分相容的上浆组合物。上浆组合物促进聚酯对纤维束的浸湿和濡湿,并且有助于实现聚酯组合物中所需的物理性质。示例性涂布剂包括氨基、环氧、酰胺或巯基官能化硅烷。还可使用有机金属偶联剂,例如基于钛或锆的有机金属化合物。例如,玻璃纤维可用涂布剂上浆,其中涂布剂以基于玻璃纤维的重量计0.1-5重量%、优选0.1-2重量%的量存在。优选纤维涂布以提供更好的短切玻璃处理和与聚酯粘附,进而提供优良的机械性质。
在玻璃纤维的制备过程中,可同时形成多条纤丝,用涂布剂上浆,并随后捆成被称为束的东西。或者束自身可首先由纤丝形成并随后上浆。所用的上浆量为足以使玻璃纤丝结合成连续束的任何量,例如基于玻璃纤维的重量计0.1-5重量%、优选0.1-2重量%。
多条纤维包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维或它们的组合。纤维可为连续或短切的。短切束形式的纤维可具有0.3毫米(mm)至10厘米(cm)、优选0.5mm至5cm、更优选1.0mm至2.5cm的长度。例如,纤维可具有0.2-20mm、优选0.2-10mm、更优选0.7-7mm的长度。纤维可具有任何截面,诸如圆形(或环状)、扁平或不规则的截面。例如,纤维具有环状截面。纤维的直径可为1-25微米(μm),优选3-20μm,更优选4-18μm,甚至更优选5-17μm。例如,纤维可为具有10μm直径的短玻璃纤维。扁平玻璃或双叶纤维可用来提供例如低翘曲-高强度制品。
多条纤维可以单丝或多丝纤维的形式提供,并且可单独或与其他类型的纤维组合使用,例如共织造或芯/鞘、并列、桔子型或矩阵和原纤维构造,或通过其他纤维制造方法、包括本领域技术人员已知的那些来使用。示例性共织造结构包括玻璃纤维-碳纤维,碳纤维-芳族聚酰亚胺(芳族聚酰胺)纤维,芳族聚酰亚胺纤维玻璃纤维,或类似物。纤维填料可呈如下形式:粗纱,织造纤维增强件,诸如0-90度织物或类似物;非织造纤维增强件,诸如连续束毡、短切束毡、纸巾、纸和毛毡或类似物;或三维增强件,诸如穗带。
纤丝可通过标准方法制成,例如通过蒸汽或空气吹拉、火焰吹拉和机械牵拉。用于塑料增强件的优选纤丝是通过机械牵拉制成的。为了实现最优机械性质,可使用6-20微米之间的纤维直径,优选10-15微米的直径。在制备聚酯组合物的过程中,便利的是使用呈约1/8英寸(3mm)至约1/2英寸(13mm)长的短切束形式的纤维,但也可使用粗纱。在由聚酯组合物模塑的制品中,由于组合物配混期间的纤维破碎,纤维长度通常可推测地更短。存在于制品中的这类短纤维的长度可小于约4mm。
例如,可使用长纤维,其中将包含数千条具有6-24微米、优选8-18微米直径的纤维单丝的连续纤维丛用熔融的聚酯共混物浸渍。在冷却后,经浸渍的丛被切成长度>5mm、具体地>9mm的粒料,如通过应用被称为拉出或拉挤成型法的方法制备的。通过这种方法制备的模塑组合物中存在的长纤维的长度通常大于通过并入短纤维制备的,并且模塑部件中存在的长纤维的主要部分具有>4mm的长度。这类长纤维增强的组合物可用于诸如注射模塑、压缩模塑、热成型或类似方式的不同模塑技术。与短纤维的情况一样,长纤维也可用各种上浆剂和/或偶联剂处理以改进与树脂的粘附。用于在高流动聚酯组合物中直接并入长纤维的诸如推挤成型(pushtrusion)的连续法也是可能的。纤维可首先与聚酯共混物共混,并随后进料至挤出机,并且将挤出物切成粒料,或它们可分别地进料至挤出机的进料斗。纤维可在挤出机中下游进料,以使多条纤维的磨耗降到最低。挤出机可维持在230-280℃的温度。在切割挤出物时如此制备的粒料可为四分之一英寸长或更短。这类粒料含有细碎的均匀分散的纤维。分散的纤维由于在挤出机机筒中对短切束的剪切作用而长度减小。
示例性陶瓷纤维包括金属氧化物,金属碳化物,金属氮化物,金属氢氧化物,具有氢氧化物涂层的金属氧化物,金属碳氮化物,金属氮氧化物,金属硼化物,金属硼碳化物,或类似物,或它们的组合。金属阳离子可为过渡金属,碱金属,碱土金属,稀土金属,或类似物,或它们的组合。
聚酯组合物可包括一种或多种通常并入这种类型的聚合物组合物的添加剂,条件是一种或多种添加剂经选择不对聚酯组合物的所需性质有明显不利影响。这类添加剂可在组分混合期间以合适的时间混合形成组合物。添加剂包括填料,增强填料,抗氧化剂,冲击改性剂,热稳定剂,光稳定剂,紫外(UV)光稳定剂,塑化剂,诸如环氧化物和聚环氧化物的稳定剂,润滑剂,脱模剂,抗静电剂,诸如炭黑、钴和有机染料的着色剂,表面效应添加剂,辐射稳定剂,阻燃剂和防滴剂。可使用添加剂的组合,例如脱模剂、稳定剂和成核剂的组合。以周知有效的量来使用添加剂。例如,添加剂的总量可为基于聚酯组合物的总重量计0.01-10重量%。
示例性冲击改性剂可为衍生自烯烃、单乙烯基芳族单体、丙烯酸和甲基丙烯酸和它们的酯衍生物以及共轭二烯的一种或多种材料。由共轭二烯形成的聚合物可完全或部分地氢化。弹性体材料可呈均聚物或共聚物的形式,包括无规、嵌段、星形嵌段、接枝和核-壳共聚物。
具体类型的冲击改性剂是弹性体改性的接枝共聚物,其包含(i)Tg低于10℃、优选低于-10℃、或更优选-40至-80℃的弹性体(即橡胶状)聚合物基材,和(ii)接枝于弹性体聚合物基材的刚性聚合物覆盖物。适合用作弹性相的材料包括例如:共轭二烯橡胶,例如聚丁二烯和聚异戊二烯;共轭二烯与少于50重量%的可共聚单体的共聚物,单体例如单乙烯化合物,诸如苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸正丁酯或丙烯酸乙酯;烯烃橡胶,诸如乙烯丙烯共聚物(EPR)或乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM);乙烯-乙酸乙烯酯橡胶;硅酮橡胶;弹性体(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯;(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯与丁二烯或苯乙烯的弹性体共聚物;或它们的组合。适合用作刚性相的材料包括例如单乙烯基芳族单体,诸如苯乙烯和α-甲基苯乙烯;和单乙烯单体,诸如丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸以及丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-C6酯,优选甲基丙烯酸甲酯。
具体的弹性体改性的接枝共聚物包括由以下者形成的那些:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS),ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS),和苯乙烯-丙烯腈(SAN)。例如,冲击改性剂可为(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物,(甲基)丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,苯乙烯-丁二烯,苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯,聚(醚酯)嵌段共聚物,聚乙烯-α烯烃共聚物,苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,或它们的组合。
冲击改性剂可以基于聚合物组合物的总重量计1-30重量%、优选1-20重量%、更优选1-15重量%的量存在。
增强填料可包括:玻璃球,诸如中空和实心玻璃球,硅酸盐球,或类似物;高岭土,包括硬高岭土、软高岭土、煅烧高岭土、包含本领域已知促进与聚合物基质相容的各种涂层的高岭土或类似物;片状填料,诸如玻璃薄片、片状碳化硅、氧化铝或类似物;有机填料,诸如聚四氟乙烯;由诸如聚醚酮、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚苯硫醚、液晶聚酯(LCP)、聚乙烯、芳族聚酰胺、芳族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯或类似物的能够形成纤维的有机聚合物形成的增强有机纤维填料;和云母,粘土,长石,伊利石,石英,石英岩,珍珠岩,硅藻岩,硅藻土,炭黑,或类似物,或它们的组合。在一些实施方案中,例如在用作各向同性较低的填料时,增强填料包括磨制玻璃、玻璃薄片、玻璃或陶瓷泡,并且玻璃球也可用作各向同性较低的填料。聚酯组合物可包括玻璃纤维和诸如玻璃薄片、云母或它们的组合的板状填料的组合。在不受理论约束的情况下,相较于使用圆柱形玻璃纤维,玻璃纤维与板状填料的组合可有益地生产强度更大和翘曲更低且平坦性更好和尺寸稳定性改进的模塑制品。
热稳定添加剂包括有机亚磷酸酯(例如亚磷酸三苯酯,三-(2,6-二甲基苯基)亚磷酸酯,三-(混合单和二壬基苯基)亚磷酸酯或类似物),膦酸酯(例如二甲基苯膦酸酯或类似物),或它们的组合。
塑化剂、润滑剂和脱模剂中有相当大的重叠,包括例如:三硬酯酸甘油酯(GTS),邻苯二甲酸酯(例如辛基-4,5-环氧-六氢邻苯二甲酸酯),三-(八氧羰基乙基)异氰脲酸酯,三硬脂精,二或多官能芳族磷酸酯(例如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP),氢醌的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯);聚α-烯烃;环氧化大豆油;有机硅,包括硅油(例如聚二甲基二苯基硅氧烷);酯,例如脂肪酸酯(例如硬脂酸烷基酯,诸如硬脂酸甲酯、硬脂酸硬脂醇酯和类似物);烷基酰胺,诸如亚乙基双硬脂酰胺(EBS);蜡(例如蜂蜡、蒙丹蜡、石蜡或类似物),或它们的组合。在具体实施方案中,脱模剂为线性低密度聚乙烯(LLDPE)。
聚酯组合物还可包括抗氧化剂或稳定剂,例如受阻酚、亚磷酸酯、亚膦酸酯、硫酯或它们的组合。稳定剂或抗氧化剂包括:亚磷酸酯,诸如三(壬基苯基)亚磷酸酯,三(2,4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯,双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯,二硬脂酰季戊四醇二亚磷酸酯,三月桂基亚磷酸酯,三(十八烷基)亚磷酸酯,二异癸基季戊四醇二亚磷酸酯,三硬脂酰山梨醇三亚磷酸酯,和四(2,4-二-叔丁基苯基)-4,4′-二亚苯基二亚膦酸酯;亚膦酸酯,诸如四(2,4-二-叔丁基苯基)4,4′-二亚苯基二亚膦酸酯;位阻酚,诸如十八烷基-3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯,四[亚甲基(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷,1,3,5-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)-s-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮,1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)苯,和双(3,3-双(4-羟基-3-叔丁基苯基)丁酸)二醇酯;硫酯,诸如双-十二烷基3,3′-硫代二丙酸酯,双-十八烷基3,3′-硫代二丙酸酯,二肉豆蔻基硫代二丙酸酯,二(十三烷基)硫代二丙酸酯,硫代二丙酸的(月桂基和硬脂基)混合酯,季戊四醇四(3-(十二烷基硫代)丙酸酯),和二、三或四羧酸的硫酯;膦酸酯、诸如二甲基苯膦酸酯或类似物,有机磷酸酯、诸如磷酸三甲酯;对甲酚或二聚环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯醚;烷叉基双酚;苄基化合物;β-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)-丙酸与一羟基或多羟基醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一羟基或多羟基醇的酯;β-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)-丙酸的酰胺,或它们的组合。聚酯组合物可包括基于聚酯组合物的总重量计0.01-0.5重量%、优选0.01-0.3重量%的抗氧化剂或稳定剂。
单独或组合地用来增强聚酯结晶的添加剂,诸如碱金属和碱土金属羧酸盐,例如硬脂酸钠、油酸钾或硬脂酸钙和滑石,可被包括在聚酯组合物中。在不受理论约束的情况下,更快的结晶可产生具有更好和更一致的性质、并且可使用更短、更有效的模塑周期制备的模塑制品。
示例性阻燃剂包括包含磷的有机化合物,例如有机磷酸酯和含有磷-氮键的有机化合物。
阻燃的芳族磷酸酯包括:磷酸三苯酯,磷酸三甲酚酯,异丙基化磷酸三苯酯,苯基双(十二烷基)磷酸酯,苯基双(新戊基)磷酸酯,苯基双(3,5,5'-三甲基己基)磷酸酯,乙基二苯基磷酸酯,2-乙基己基二(对甲苯基)磷酸酯,双(2-乙基己基)对甲苯基磷酸酯,磷酸三甲苯酯,双(2-乙基己基)苯基磷酸酯,三(壬基苯基)磷酸酯,双(十二烷基)对甲苯基磷酸酯,二丁基苯基磷酸酯,2-氯乙基二苯基磷酸酯,对甲苯基双(2,5,5'-三甲基己基)磷酸酯,和2-乙基己基二苯基磷酸酯。二或多官能芳族含磷化合物也是可用的,例如分别地间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP),氢醌的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯,以及它们的低聚和聚合物对应部分。含有磷-氮键的阻燃剂化合物包括:聚磷腈,红磷,磷酯酰胺,磷酸酰胺,膦酸酰胺,次膦酸酰胺,和三(氮丙啶基)氧化膦。
卤代材料也可用作阻燃剂,例如双酚,诸如2,2-双-(3,5-二氯苯基)-丙烷,双-(2-氯苯基)-甲烷,1,2-双-(2,6-二氯苯基)-乙烷,1,1-双-(2-氯-4-甲基苯基)-乙烷,1,1-双-(3,5-二氯苯基)-乙烷,2,2-双-(3-苯基-4-溴苯基)-乙烷,和2,2-双-(3,5-二氯-4-羟苯基)-丙烷,2,2双-(3-溴-4-羟苯基)-丙烷。其他卤代材料包括:1,3-二氯苯,1,4-二溴苯,1,3-二氯-4-羟基苯,和联苯,诸如2,2'-二氯联苯、多溴化1,4-二苯氧基苯、2,4'-二溴联苯和2,4'-二氯联苯,以及低聚和聚合的卤代芳族化合物,诸如碳酸酯前体如碳酰氯和四溴双酚A和双酚A的共聚碳酸酯。在一些实施方案中,使用非卤代阻燃剂。例如氧化锑的金属增效剂也可与阻燃剂一起使用。
替代地,聚酯组合物可基本上不含氯和溴,本文中定义为具有基于聚酯组合物的总重量计100ppm或更少、75ppm或更少或者50ppm或更少的溴或氯含量。
也可在组合物中使用防滴剂,例如形成原纤维或形成非原纤维的含氟聚合物,诸如聚四氟乙烯(PTFE)。防滴剂可被如上文所描述的刚性共聚物、例如苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)包封。包封于SAN中的PTFE被称为TSAN。可在含氟聚合物、例如水性分散体的存在下使包封聚合物聚合来制得包封的含氟聚合物。
可存在不同于第一和第二聚酯的热塑性聚合物。示例性热塑性聚合物包括:聚丙烯酸C1-6烷基酯,聚丙烯酰胺,聚酰胺(例如脂族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和聚芳酰胺),聚酰胺酰亚胺,聚酐,聚芳酯,聚亚芳基醚(例如聚苯醚),聚芳硫醚(例如聚苯硫醚),聚亚芳基砜(例如聚苯砜),聚苯并噻唑,聚苯并噁唑,聚碳酸酯(包括聚碳酸酯共聚物,诸如聚碳酸酯-硅氧烷、聚碳酸酯-酯和聚碳酸酯-酯-硅氧烷),聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,聚芳酯,和聚酯共聚物、诸如聚酯-醚),聚醚醚酮,聚醚酰亚胺(包括共聚物、诸如聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物),聚醚酮酮,聚醚酮,聚醚砜,聚酰亚胺(包括共聚物、诸如聚酰亚胺-硅氧烷共聚物),聚甲基丙烯酸C1-6烷基酯,聚甲基丙烯酰胺,聚降冰片烯(包括含有降冰片烯基单元的共聚物),聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和它们的共聚物、例如乙烯-α-烯烃共聚物),聚氧化甲烯,聚苯酞,聚硅氮烷,聚硅氧烷,聚苯乙烯(包括共聚物、诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)),聚硫化物,聚磺酰胺,聚磺酸酯,聚砜,聚三嗪,聚脲,或它们的组合。在一个方面中,不存在另外的热塑性聚合物。
聚酯组合物可不含聚氯乙烯(PVC)或其他脂族氯化聚合物。例如,聚酯组合物包括基于聚酯组合物的总重量计少于0.1重量%的PVC。例如,聚酯包括具有少于0.1重量%的PVC的PCR PET。
聚酯组合物可不含二氧化钛(例如包括少于0.1ppm的TiO2)。在不受理论约束的情况下,少量较硬的矿物质(例如莫氏硬度>5.0)可造成玻璃纤维断裂,从而导致机械性质降低。
可使用任何技术来进行制备聚酯组合物的方法。一种便利的方法包括:将粉末或颗粒形式的聚酯、增强填料、无机填料和其他任选成分共混,在足以熔融聚酯的温度下挤出共混物,并且粉碎成粒料或其他合适的形状。以任何常用方式组合成分,例如通过干混,或通过在挤出机中、加热磨机上或其他混合器中以熔融状态混合。
这类熔融加工方法中所用设备的例示性实例包括:同向旋转和反向旋转挤出机,单螺杆挤出机,共捏合机,盘组加工装置和各种其他类型的挤出设备。本方法中熔融温度优选被降到最低以避免树脂过度降解。通常期望将熔融聚酯组合物中的熔融温度维持在230℃与350℃之间,但可使用更高的温度,前提是使加工设备中聚酯的停留时间短。在一些实施方案中,熔融的加工聚酯组合物经过模口中的小出口孔离开诸如挤出机的加工设备。通过使束经过水浴将所得熔融树脂束冷却。束可被切成粒料并进一步干燥,之后模塑。
还提供了一种包括聚酯组合物的制品。聚酯组合物可通过诸如注射模塑、挤出、旋转模塑、吹塑和热成型的各种方法模塑成可用的成形制品。例如,在例如80吨Van Dorn型注塑机中获得了良好的结果,其中温度取决于利用的具体聚酯共混物。需要时,取决于聚酯的模塑性质、添加剂的量和聚酯组分的结晶速率,本领域技术人员将能够在模塑周期中进行所需调整以适应聚酯组合物。
包括聚酯组合物的制品可具有如根据ASTM D638在23℃以每分钟50mm的十字头速度测量的至少6,000MPa、优选6,000-24,000MPa的拉伸模量。
包括聚酯组合物的制品可具有如根据ASTM D638在23℃以每分钟50mm的十字头速度测量的至少70MPa、优选70-180MPa的屈服拉伸强度。
包括聚酯组合物的制品可具有如根据ASTM D648在0.45MPa测量的至少180℃、优选180-220℃的热变形温度(HDT)。
包括聚酯组合物的制品可具有如根据ASTM D1238在265℃以2.16kg负荷持续6分钟测量的每10分钟10-80立方厘米(cc/10min)的熔体体积流动速率(MVR)。
包括聚酯组合物的制品可具有6,000-24,000MPa的拉伸模量、70-180MPa的屈服拉伸强度、180-220℃的HDT和/或10-80cc/10min的MVR中的一者或多者。例如,包括聚酯组合物的制品可具有6,000-24,000MPa的拉伸模量,70-180MPa的屈服拉伸强度,180-220℃的HDT,和10-80cc/10min的MVR。
本文还提供了一种包括本文所公开的制品的聚酯预浸体。预浸体可以任何形式制备,其中形式一般由多条纤维的形状规定。例如,织物或者一个或多个连续纤维丝束可提供纤维材料层。在包含连续单向纤维的纤维丝束被预浸的情况下,预浸体一般被称为单向带材。这类层或带材的厚度可广泛变化,例如5微米至1mm,且甚至更高,例如至多2mm。
可通过以本领域已知的方法使聚酯预浸体固结来制备复合物。例如,层压件可通过在足以使预浸体固结的热和压力条件下使至少二层预浸体接触来制备。有效的温度可包括225-550℃,压力为例如20-2000PSI。层压件可包括至少二层、优选二至一百层的聚酯预浸体。层压件的所有层由聚酯预浸体形成,或层压件可包括其他层、例如不同的预浸体。替代地,用来形成层压件的所有预浸体层可为如本文所述生产的聚酯预浸体。
还提供了一种制造聚酯复合物的方法。方法包括用包含第一聚酯和第二聚酯的共混物涂布基材以形成经涂布基材,其中基材包括多条纤维。然后在第一温度下加热经涂布基材以形成聚酯预浸体。然后可将多个聚酯预浸体层叠并且在压力下在第二温度下加热以形成聚酯复合物。
可存在非预浸体层,诸如释放层、铜箔或增强两层间粘合的粘附剂。粘附剂可使用例如摊涂、喷涂和浸涂的任何方法来施加。粘附剂可为提供预浸体或带材的一个或多个层之间所需粘附的任何粘附剂。粘附剂可为聚乙烯丁醛(PVB),乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA),环氧树脂,可紫外(UV)或水固化的粘附剂,诸如有机硅,氰基丙烯酸酯或其他丙烯酸树脂,或包含前述中至少一种的组合。
预浸体可为包括多条单向纤维、优选连续单向纤维的带材。在由带材形成层压件的过程中,连续单向纤维增强的聚酯带材可用大致上平行的纤维定向,其中一层的纤维与另一层的纤维是平行的,或相较于垂直而言更平行。替代地,连续单向纤维增强的聚酯带材可用大致上非平行的纤维定向,其中一层的纤维与另一层的纤维相较于垂直而言不太平行。在其他实施方案中,连续单向纤维增强的聚酯带材用大致上非平行的纤维、大致上平行的纤维或包括前述中至少一种的组合来定向。
聚酯复合物、特别是层压件可热成型、例如真空热成型以形成形状。
聚酯复合物、特别是单向纤维增强的聚酯复合物可具有以下中的一者或多者:如根据ASTM D7264测量的,独立地高于20MPa、优选20-60MPa的纵向和横向上的挠曲强度,其中纵向上挠曲强度与横向上挠曲强度的比率低于2:1;如根据ASTM D7264测量的,独立地大于200GPa、优选200-600GPa的纵向和横向上的挠曲模量,其中纵向上挠曲模量与横向上挠曲模量的比率低于2:1;15-80%、优选25%至70%的纤维体积分数;和/或如根据ASTM D792测量的,1.3-2.4g/cm3、优选1.4-2.2g/cm3的平均密度。
聚酯复合物可基于所需用途具有任何尺寸。例如,聚酯复合物可具有1-30mm、优选2-25mm、更优选2-20mm的总厚度。替代地,复合物可具有10-300mm、优选20-250mm、更优选20-200mm的长度。复合物可具有10-300mm、优选20-250mm、更优选20-200mm的宽度。优选长度和宽度是相同或不同的,并且各自独立地为比总厚度大至少一个数量级(即十倍大)。
复合物可具有1-30mm的厚度,10-300mm的长度和10-300mm的宽度。例如,复合物可具有2-25mm的厚度、20-250mm的长度和20-250mm的宽度。例如,复合物可具有2-20mm的厚度、20-200mm的长度和20-200mm的宽度。在又一个实例中,复合物可具有1-5mm的厚度以及各自独立地为10-200mm的长度和宽度。例如,复合物可具有1-3mm的厚度以及各自独立地为10-100mm的长度和宽度。
还提供了一种包括如本文所述的制品的塑料增强件。塑料增强件可具有中空多室结构,所述中空多室结构具有六边形几何形状。结构体可包括中空组件和塑料增强件,中空组件包括界定具有长轴的通道的壁。例如,塑料增强件可位于通道中,并且内室结构包括垂直或平行于长轴定向的次级通道。例如,中空组件的塑料壁可包括塑料增强件。结构体可包括第一塑料增强件和第二塑料增强件,其中中空组件的壁包括第一塑料增强件,并且内室包括第二塑料增强件。例如,中空组件的壁可具有2至20mm的厚度。壁厚可沿通道的长轴变化。
塑料增强件可具有中空多室结构,该结构具有多个互连的内室,也被称为“蜂窝体”(例如柱和通道的阵列)。结构的内室可为任何多边形或圆形,诸如环状、椭圆形、正方形、矩形、三角形、菱形、五边形、六边形、七边形、八边形几何形状,或它们的组合。塑料增强件可包括多个相同或不同的互连内室,内室各自独立地具有例如3至12个侧面和2至10mm的室壁厚。在其他实施方案中,室壁厚小于或等于中空组件的壁厚。例如,中空组件可在一个外侧具有开放结构,诸如具有多个互连内室的C-通道构造。
中空组件可在两个外侧上具有开放结构,例如具有多个互连内室的H-或I-梁截面。内室可尤其通过将挤出的塑料管结合在一起、使内室的材料注塑、挤出内室结构来制成。例如,塑料增强件可为具有相同或不同材料的内室的共挤出组件,即相邻的内部结构可具有不同的材料组成。任选地,内部结构的一些或全部在其中具有泡沫。换言之,内部结构可单独地为中空或填充的,使得可通过填充特定内部结构、针对特定内部结构使用不同的塑料或它们的组合来改良结构完整性。可能的填充材料可为泡沫,例如聚氨酯泡沫。
通过以下非限制性的实施例进一步说明本发明。
实施例
实施例所用材料提供于表1中。除非另外指出,配方中材料的量以重量百分数给出。
表1.
如下制备样品。将组分在漆摇动器中预混并随后在最小真空下在30mm同向旋转双螺杆挤出机上挤出。挤出条件示于表2中。在强制空气循环炉中于120℃干燥所得粒料3-4小时。在挤出前不预干燥组合物。使用所得粒料的注塑在240-265℃在80吨van Dorn注塑机上进行。
表2.
区1温度 | ℃ | 200 |
区2温度 | ℃ | 240 |
区3温度 | ℃ | 260 |
区4温度 | ℃ | 260 |
区5温度 | ℃ | 250 |
模口区温度 | ℃ | 250 |
螺杆速度 | rpm | 300 |
在测试前在50%相对湿度下调节所有模塑部件至少40小时(hrs)。熔体体积流动速率(MVR)是根据ASTM D1238在265℃用2.16kg负荷持续6或18分钟测量的。端羧基(CEG)浓度是根据ASTM D7409-15,由一般当量点滴定,通过用0.01N四丁基氢氧化铵/2,2,2-三氟乙醇滴定测定的。端羟基(HEG)浓度是使用傅立叶变换红外(FTIR)光谱法测定的。凝胶渗透色谱法(GPC)是通过以下步骤进行的:将样品溶解于六氟异丙醇(HFIP)和氯仿的混合物(体积比1:19)中,并且使用配备有PL HFIP凝胶柱(300mm×4.6mm)和UV检测器的Agilent 1260型GPC仪进行分析,并且通过使用基于单分散性聚苯乙烯标准品的校准曲线报告相对于聚苯乙烯的分子量。比重(Sp.G.)是按照ASTM D 792对注塑样品测量的。切口Izod冲击(NI)是在23℃按照ASTM D256使用10lb锤对3.2mm厚棒测量的。拉伸性质是按照ASTM方法D638,在23℃用切向5mm/min的十字头速度对3.2毫米I型棒测量的。拉伸强度是屈服下测量的。挠曲模量和强度是根据ASTM D7264对纤维增强聚酯带材在纵向(MD)和横向(TD)上测定的。纤维增强聚酯带材的平均密度是根据ASTM D792测定的。
结晶度、熔融和凝固是按照ASTM D3418-15通过差示扫描量热法(DSC)以20℃/min的加热速率测量的。首次加热时检查样品以判定是否存在任何冷结晶(样品的不完全结晶,Tc1)。然后加热样品至熔融,并且以摄氏度记录单独的聚酯熔融峰的温度(Tm1),并且以J/g度量近似熔化热(dH-M1)。然后以120℃/min冷却熔融样品,并且结晶(凝固)热被再编码为峰温度(Tc)和所指结晶热(dH-Tc)。然后第二次加热样品,并且记录熔点(Tm2)和熔化热(dH-M2)。PET-PBT制品在首次和第二次加热时对每种聚酯显示两个单独的熔融峰,但结晶(凝固)在相同区域出现为更宽的未分辨峰。
热变形温度(HDT)是按照ASTM D648在0.45MPa(66psi)或1.82MPa(264psi)应力下以120℃/hr的加热速率使用3.2mm厚注塑棒测量的。玻璃化转变温度(Tg)是通过固态流变学(动态力学分析,DMA)在1赫兹(Hz)的恒定频率和加热速率为3℃/min的挠曲模式下以随温度变化的模量测定的。热下垂是对19×3.2mm拉力试棒进行的,棒在浇口端被夹紧,3.8mm负荷且13.9cm突出(顶出销面朝下,扁平侧朝上),加热至200和220℃2小时以使棒在其自重下下垂。
PET的目标元素(包括磷、钴和锑)是使用电感耦合等离子体-发射光谱测定法(ICP-OES)分析的。通过在Anton-Paar微波炉中酸解来制备用于ICP-OES分析的每个样品。进行两步酸解,样品首先在浓硫酸中(95%)焦化,并随后通过将浓硝酸或30%过氧化氢加入微波样品容器来完全消化。然后使用去离子水将所得溶液稀释至固定体积,并且使用Agilent ICP-OES仪进行分析以相对于起始样品重量来量化目标元素。
表2示出对实施例中所用PET通过DSC测量的结晶度、熔融和凝固性质,以及通过ICP-OES测定的元素分析(金属含量)。PET的Tm1略高于PET-PBT共混物中对PET组分观测到的值。
表2.
短切玻璃纤维
作为实施例1-5和比较实施例1,由PBT和PET与30-40重量%短切玻璃纤维的组合制备制品(表3)。PET与PBT的重量比为33:67-57.8:42.2。共混物还包含小粒度滑石以实现成核和EBS蜡润滑剂以实现晶体生长和脱模。组成提供于表3中,其中组分以重量百分数(重量%)表示。
表3.
组分 | C1 | E1 | E2 | E3 | E4 | E5 |
PBT-1 | 51.4 | 34.4 | 25.7 | 21.7 | 23.4 | 20 |
PBT-2 | 12.8 | 8.6 | 6.4 | 5.4 | 5.8 | 5 |
PET | - | 21.2 | 32.1 | 37.1 | 40.0 | 34.2 |
GF | 35 | 35 | 35 | 35 | 30 | 40 |
滑石 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
EBS蜡 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
总PET(重量%) | 0 | 33 | 50 | 57.8 | 57.8 | 57.8 |
实施例1-5和比较实施例1的性质提供于表4中。熔融温度(Tm1和/或Tm2)和熔化热(dH-M1和/或dH-M2)的多个条目指示第一和第二峰的值。首次加热时,未观测到初始结晶(Tc1)。
表4.
性质(单位) | C1 | E1 | E2 | E3 | E4 | E5 |
6min时MVR(cc/10min) | 35.4 | 29.8 | 36.2 | 34.8 | 37.3 | 34.2 |
Tc1(℃) | - | - | - | - | - | - |
dH(J/g) | - | - | - | - | - | - |
Tm1(℃) | 224 | 222/255 | 222/256 | 221/255 | 222/256 | 222/256 |
dh-M1(J/g) | 27 | 18/11 | 11/16 | --/31 | 10/21 | 9/19 |
Tc2(℃) | 201 | 192 | 203 | 206 | 205 | 205 |
dH-TC(J/g) | -30 | -27 | -28 | -28 | -30 | -28 |
Tm2(℃) | 223 | 213/240 | 212/243 | 212/244 | 213/245 | 212/244 |
dH-M2(J/g) | 31 | 7/22 | 8/25 | 7/15 | 7/21 | 8/14 |
Sp.G.(g/cc) | 1.6080 | 1.6033 | 1.6095 | 1.6240 | 1.5752 | 1.6679 |
拉伸模量(MPa) | 8,612 | 8,676 | 8,006 | 7,926 | 6,908 | 9,590 |
拉伸强度(MPa) | 101 | 100 | 97 | 94 | 89 | 101 |
无切口Izod(J/m) | 549 | 450 | 483 | 346 | 357 | 506 |
挠曲模量(MPa) | 8,190 | 8,140 | 7,440 | 7,460 | 6,430 | 8,940 |
挠曲强度(MPa) | 161 | 151 | 142 | 135 | 131 | 148 |
DMA所测Tg(℃) | 65 | 74 | 78 | 79 | 77 | 77 |
在0.45MPa HDT(℃) | 215 | 210 | 194 | 199 | 189 | 208 |
Vicat(℃) | 219 | 218 | 222 | 223 | 224 | 225 |
在220℃热下垂(mm) | 19 | 18 | 18 | 17 | 24 | 12 |
实施例1-5示出PET与更快结晶、更低热PBT以及另外的成核剂和塑化剂/润滑剂的组合提供的模塑制品具有良好的尺寸稳定性,包括高于80MPa的屈服拉伸强度和高于120MPa的挠曲强度,以及高耐热性(HDT≥180℃)。意外地,在挤出和模塑的两次加热史中PET和PBT未经受明显的酯交换,因为每种组分如发现时保留以保持其自身结晶特性。实施例1-5在首次和第二次加热时示出一个凝固时宽吸热(Tc2)和每种聚酯两个相异单独的熔点(Tm1和Tm2)。在不受理论约束的情况下,酯交换被认为是通过PET≥20ppm的含磷量而抑制的。
因PET相比于PBT而言更高的熔点(约245℃)、更好的机械性质和作为消费后再生流的立即可用性,期望包含PET。在诸如注塑的快速制造实践中,PET相对更慢地由熔体结晶。PET的不完全结晶可产生在使用或组装期间经受另外的结晶的制品。这种另外的结晶可导致收缩,从而使部件变形、诸如翘曲,而在最终使用时配合不良。高分子量和低分子量PBT(PBT-1和PBT-2)的混合物允许所得GF-PET-PBT共混物的熔体粘度被调节以满足特定模塑条件的需求,从而根据需要给出更高或更低的熔体流动。
实施例6-8是由PBT和PET与35重量%短切玻璃纤维的组合制备的制品。PET与PBT的重量比为30:70至80:20。共混物还包含小颗粒滑石以实现成核和EBS蜡润滑剂以实现晶体生长和脱模。
实施例6-8的组成提供于表5中,其中组分以重量百分数(重量%)表示。
表5.
组分 | E6 | E7 | E8 |
PBT-1 | 27.0 | 15.4 | 7.7 |
PBT-2 | 18.0 | 10.3 | 5.1 |
PET | 19.2 | 38.5 | 51.4 |
GF | 35 | 35 | 35 |
滑石 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
EBS蜡 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
总PET(重量%) | 30 | 60 | 80 |
实施例6-8的性质提供于表6中。熔融温度(Tm1和/或Tm2)和熔化热(dH-M1和/或dH-M2)的多个条目指示第一和第二峰的值。
表6.
性质(单位) | E6 | E7 | E8 |
6min时MVR(cc/10min) | 22.4 | 24.6 | 27.7 |
18min时MVR(cc/10min) | 31.2 | 30.9 | 31.2 |
6-18min变化% | 39.3% | 25.6% | 12.6% |
Tc1(℃) | - | - | - |
dH(J/g) | - | - | - |
Tm1(℃) | 222/255 | 221/256 | 223/255 |
dh-M1(J/g) | 11/21 | 9/21 | 3/29 |
Tc2(℃) | 192 | 205 | 208 |
dH-TC(J/g) | -28 | -30 | -23 |
Tm2(℃) | 214/230 | 225/244 | 222/247 |
dH-M2(J/g) | 10/18 | 6/23 | 4/25 |
Sp.G.(g/cc) | 1.6077 | 1.6260 | 1.6259 |
拉伸模量(MPa) | 9,046 | 8,847 | 8,450 |
拉伸强度(MPa) | 106 | 104 | 103 |
无切口Izod(J/m) | 8,574 | 8,296 | 7,929 |
挠曲模量(MPa) | 156 | 150 | 147 |
挠曲强度(MPa) | 69 | 76 | 79 |
DMA所测Tg(℃) | 214 | 204 | 195 |
在0.45MPa HDT(℃) | 163 | 87 | 72 |
Vicat(℃) | 219 | 232 | 243 |
在200℃热下垂(mm) | 1 | 3 | 3 |
在220℃热下垂(mm) | 24 | 18 | 11 |
在实施例6和7中,基于缺乏Tc1,未观测到冷结晶。实施例8具有更高的PET含量,示出少量的冷结晶(Tc1),这可导致模塑后尺寸稳定性问题。在260℃另外12分钟后,260℃的熔体体积流动速率(MVR)在实施例6中提高少于40%,且在实施例7和8中提高少于30%。结果表明更高的PET含量改进了熔体稳定性。
长玻璃纤维
作为实施例9和10,由PBT和PET与分别35和50重量%的长短切玻璃纤维的组合制备制品。PET与PBT的重量比为35:65。制品还包括炭黑、受阻酚抗氧化剂、烯烃蜡和DPIDP。组成提供于表7中,其中组分以重量百分数(重量%)表示。
表7.
组分 | E9 | E10 |
PBT-1 | 49.7 | 49.7 |
PBT-2 | 15.6 | 15.6 |
PET | 33.2 | 33.2 |
炭黑 | 1.0 | 1.0 |
AO | 0.4 | 0.4 |
DPIDP | 0.05 | 0.05 |
烯烃蜡 | 0.1 | 0.1 |
长GF | 35 | 50 |
总PET(重量%) | 35 | 35 |
实施例9和10的性质提供于表8中。熔融温度(Tm1和/或Tm2)和熔化热(dH-M1和/或dH-M2)的多个条目指示第一和第二峰的值。
表8.
性质(单位) | E9 | E10 |
Tc1(℃) | - | - |
dH(J/g) | - | - |
Tm1(℃) | 222/255 | 221/256 |
dh-M1(J/g) | 9/23 | 9/21 |
Tc2(℃) | 192 | 200 |
dH-TC(J/g) | -27 | -28 |
Tm2(℃) | 214/231 | 221/245 |
dH-M2(J/g) | 7/18 | 6/21 |
拉伸模量(MPa) | 15,400 | 18,000 |
拉伸强度(MPa) | 122 | 135 |
挠曲模量(MPa) | 10400 | 13400 |
挠曲强度(MPa) | 175 | 178 |
切口Izod(J/m) | 582 | 564 |
在1.82MPa HDT(℃) | 217 | 219 |
对于实施例9和10,将纤维玻璃的连续粗纱用5PET-PBT配方(表7)熔融浸渍并且固结成圆柱形束,在水浴中冷却,并且短切成约1.5cm粒料以提供具有长玻璃纤维的制品。对连续玻璃粗纱进行熔融浸渍的合适方法描述于例如US RE 32,722、4,864,964、4,939,002和它们中的参考文献中。
在实施例9和10中,玻璃纤维的长度可与挤出粒料一样长,从而在注塑成制品以用于分析期间导致有限的磨耗。更长的纤维长度导致更好的机械性质,诸如改进的拉伸模量(≥15000MPa)和切口Izod冲击强度(≥500J/m),和更高的载荷热量(HDT>215℃)。
纤维玻璃层压带材
通用程序包括使包含10-12微米的织造纤维材料的多向编织的织造玻璃织物与通过对实施例11的PET-PBT进行低温机械研磨制备的350微米磨碎粉末接触。使磨碎的粉末与几片织物接触(约320℃)以形成半浸体,使用运送带通过在压力下加热固结,并随后冷却以形成PET-PBT玻璃织物层压件。玻璃纤维被大致上润湿并且被熔融PET-PBT树脂包封。
表9示出实施例11的组成,其中组分以重量百分数(重量%)表示。
表9.
组分 | E11 |
PBT-1 | 49.45 |
PBT-2 | 14.7 |
PET | 33.3 |
炭黑 | 2.0 |
AO | 0.4 |
DPIDP | 0.05 |
烯烃蜡 | 0.1 |
总PET(重量%) | 34 |
在实施例12-17中,实施例11的组合物与织造纤维材料组合形成纤维玻璃层压带材。表10示出实施例12-17的织造纤维材料的性质。
表10.
在表10中,“FAW”意指纤维面积重量,以克/平方米(gsm)计,并且为织物的面积单位内织造纤维材料的量(质量);“EPI”意指每英寸经数,并且为织造织物的经向上每英寸线的数量;“PPI”意指每英寸纬数,并且为纬向(填充向)上每英寸织造织物的线的数量;“织造模式”是平纹或线束应变(harness strain),如下文提供的;“RC”意指实施例11的以组合物(树脂粉末和织物)的重量计的树脂含量;“TAW”意指未固结层压件的总平均重量,单位为gsm;“密度”意指预浸体的密度,并且为具有在固结前添加的树脂粉末的织造织物的重量;“CPT”意指固结层压件的固化片厚度(mm);并且“Vf”意指固结层压件中纤维体积的量(%)。
实施例12-17如下制备。实施例11的组合物被磨碎成平均粒度为350微米的粉末并且使用如图1中所示的半连续熔融法(实施例12、14和16)和如图2中所示的连续等容熔融法(实施例13、15和17)与表10的织造纤维材料组合,其中任一方法的温度为约320℃。预定数量的织物层被放在一起并随后用PET-PBT组合物覆盖,并且然后将样品进料至半连续压缩层压机(SC)或连续等容双带层压机(CI)中。在实施例12-17中,各个层在相同方向上定向(0度排列),但可使用其他定向排列,例如层方向交替90或45度旋转或其他排列。半连续层压使用恒定压力并且允许体系的体积随着织物层和树脂粉末熔融和固结而变化。等容层压机使用具有受限边缘的固定间隙,以在用熔融聚酯树脂固结织物期间实现恒定体积。固结层压件被冷却并切成试样。
表11示出实施例12-17的组分和性质。
表11.
对所得层压件截面的光学显微检查显示非常好的无空隙的纤维浸湿和极佳的单纤维覆盖。固结层压件的厚度为1.7-2.2mm,并且密度为2.00-2.07g/cc。实施例16和17的CF层压件具有更低的密度(分别为1.58和1.56g/cc)。固结前在125℃干燥实施例12的组合物2hr未产生明显不同的值。
最终层压件中的树脂含量(RC)为32-38重量%(表10)。层压件的拉伸性质在纵向(MD)和横向(TD)上按照ASTM D7264测试,并且示出大于200GPA的MD模量和高于20MPa的MD强度。实施例12、13和15-17具有低于2.0的MD/TD模量比和低于2.0的MD/TD强度比。使用等容双带法制备的层压件(实施例13和15)比来自半连续固结法的层压件(实施例12和14)具有更高的模量值。CF织物层压件(实施例16和17)的模量类似并且不依赖于方法。
复合通道部件
使用实施例6、7或8的组合物模塑复合多室通道(CMCC)部件。试验部件具有以下尺寸:长41cm,高5cm,且宽5cm。部件的顶部和底部为开放的六边形和梯形通道。内室包括连接两个相对实心侧的20个交替排。排是具有共同侧面的两个六边形,与具有融合至相对实心侧的两个梯形的中央六边形交替。部件的末端排具有中央六边形,六边形的相对侧面上有两个融合梯形。六边形长度为25mm且宽度为20mm,长轴与复合通道部件的长度对准。六边形和梯形壁厚为2.0-3.5mm,中间三个六边形/梯形排的壁更厚。部件具有正方形截面周边,高5cm且厚3mm的相对实心侧之间有交替角形(W/M形)连接。
测试了上述复合多室通道部件模塑时和在220℃热处理(老化)30分钟后的最大挠曲强度和冲击负荷。还评估了热处理部件的翘曲。如下测定复合通道最大挠曲负荷。试验夹具(35×10cm)中的样品以0.5cm/min经受施加于样品中央的挠曲负荷,来测定样品破裂所需的力。挠曲负荷以磅-力(lbf)报告。如下测定复合通道最大冲击负荷。将如上述复合通道几何形状的样品置于试验夹具上(35×10cm),经受14kg负荷从39cm高度下降至样品中央上的冲击。冲击件具有15cm直径圆形尖端。冲击负荷以磅-力(lbf)报告。
还测量了实施例18-20的炉老化后翘曲。在冷却至环境温度后,将部件的开放长侧置于扁平表面上,力施加于一端。部件底部相对末端处相对于扁平表面的位移被报告为翘曲(cm)。
实施例18-20的CMCC部件的组成和性质示于表12中。
表12.
实施例18、19和20示出超过500lbf的最大挠曲负荷和超过1,200lbf的最大冲击负荷。热处理后这两种性质被大部分(>80%)保留。部件还具有极佳的尺寸稳定性,显示小于0.05cm翘曲。
混合部件
实施例12-17的PET-PBT-GF层压件可进一步结合至包含短切玻璃、长玻璃或短切玻璃和长玻璃的混合物的复合注塑GF-PET-PBT共混物,以形成适合于车辆构造的刚性结构部件。这些混合部件在用于涂装、诸如电涂装的高温(180-220℃)炉中暴露(1-6h)后也可保持其形状。
层压件与注塑共混物之间的结合可通过手工成型、压缩模塑、振动模塑、激光焊接、用层压插件注塑或类似的方法来实现。
具有含类似热塑性树脂的层压件/带材和基材部件可促进材料的良好熔融粘附(如结合),并且还可促进废弃部件的回收和再利用或从车辆回收寿命终止的材料。将至少一些区域中覆盖的复合自增强注塑部件设计与连续纤维层压件或带材组合的混合构造的机械性质可提供适合于构造轻量车辆的强轻量部件。
例如,强热塑性结构混合部件可通过用短玻璃或长玻璃PET-PBT共混物使连续纤维层压件包覆成型以形成具有连续纤维层压外表面的复合多室通道(CMCC)部件来制成。CMCC部件的一个、两个或三个外侧面可为层压增强的。
制造可例如通过以下步骤来实现:将实施例12-17的层压件中的任何者置于注塑模具中,并且加热同时注入熔融塑料、例如实施例1-8的短玻璃PET-PBT共混物或实施例9和10的长玻璃PET-PBT共混物,从而形成如实施例18-20中的复合多室通道部件,其中层压件被整体地结合至CMCC。
本发明进一步涵盖以下方面。
方面1:一种包括聚酯组合物的制品,该制品包括,根据ASTM D3418通过差示扫描量热法以首次加热时每分钟20℃的加热速率测量的,至少两个不同的晶体熔融温度,其中第一晶体熔融温度和第二晶体熔融温度各自独立地为200-290℃;和各自独立地为至少3J/g的第一熔化热和第二熔化热,优选其中第一熔化热与第二熔化热的比率为1:5-5:1,其中聚酯组合物包含基于聚酯组合物的总重量计具有大于或等于20ppm的含磷量的第一聚酯、第二聚酯和5-50重量百分数的多条纤维,其中多条纤维具有5-25微米的直径。
方面2:如方面1所述的制品,其还包括如根据ASTM D3418通过差示扫描量热法以首次冷却时每分钟20℃的冷却速率测量的,至少两个不同的结晶温度,其中第一结晶温度和第二结晶温度各自独立地为180-290℃,优选其中第二结晶温度为225-290℃并高于第一结晶温度;和各自独立地为-3J/g或更低的第一结晶热和第二结晶热,优选其中第一结晶热与第二结晶热的比率为1:5-5:1。
方面3:如方面1或方面2所述的制品,其中制品具有以下中的一者或多者:如根据ASTM D638在23℃以每分钟50mm的十字头速度测量的至少6,000MPa、优选6,000-24,000MPa的拉伸模量;如根据ASTM D638在23℃以每分钟50mm的十字头速度测量的至少70MPa、优选70-180MPa的屈服拉伸强度;如根据ASTM D648在0.45MPa测量的至少180℃、优选180-220℃的热变形温度;和如根据ASTM D1238在265℃以2.16kg负荷持续6分钟测量的每10分钟10-80立方厘米的熔体体积流动速率。
方面4:如先前方面中任一项或多项所述的制品,其中第一聚酯具有:如通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准品测量的15,000-80,000克/摩尔的重均分子量;大于20毫摩尔当量/千克的端羧基COOH含量;大于20毫摩尔当量/千克的端羟基OH含量;至少1.3:1的端羟基与端羧基的比率;和大于10ppm且小于200ppm的金属含量,其中金属为钛、锆、锌、锑、锗、钴、锡或它们的组合。
方面5:如先前方面中任一项或多项所述的制品,其中聚酯组合物包含基于聚酯组合物的总重量计10-60重量百分数、优选20-50重量百分数的第一聚酯,其中第一聚酯包含聚对苯二甲酸乙二醇酯;和基于聚酯组合物的总重量计10-85重量百分数、优选20-60重量百分数的第二聚酯,其中第二聚酯包含聚对苯二甲酸丁二醇酯,优选其中第二聚酯包含第一聚对苯二甲酸丁二醇酯和第二聚对苯二甲酸丁二醇酯,更优选其中第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度不同于第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度;或第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量不同于第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量;或固有粘度和重均分子量均不同。
方面6:如先前方面中任一项或多项所述的制品,其中多条纤维包括多条短切玻璃纤维、长玻璃纤维、玻璃纤丝、织造玻璃纤维、碳纤维、织造碳纤维、陶瓷纤维或它们的组合。
方面7:如先前方面中任一项或多项所述的制品,其中聚酯组合物还包含基于聚酯组合物的总重量计0.01-0.5重量百分数的稳定剂,优选0.01-0.3重量百分数的受阻酚、亚磷酸酯、亚膦酸酯、硫酯或它们的组合;基于聚酯组合物的总重量计0.01-8重量百分数的成核剂,优选0.05-5重量百分数的滑石、二氧化硅、硅氧烷、粘土、碱金属羧酸盐或它们的组合;基于聚酯组合物的总重量计0.01-2重量百分数的脱模剂,优选0.1-0.8重量百分数的脂肪酸酯、蜡、聚烯烃或它们的组合;和基于聚酯组合物的总重量计0-5重量百分数的着色剂,优选0.1-5重量百分数的炭黑、染料、颜料或它们的组合。
方面8:如先前方面中任一项或多项所述的制品,其中聚酯组合物还包含基于聚酯组合物的总重量计1-30重量百分数的冲击改性剂;优选1-15重量百分数的(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯、聚醚酯嵌段共聚物、聚乙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或它们的组合。
方面9:一种包括如先前方面中任一项或多项所述的制品的聚酯预浸体。
方面10:一种通过使方面9所述的聚酯预浸体固结生产的聚酯复合物,优选呈通过在热和压力下使至少二层、更优选二至一百层聚酯预浸体固结生产的层压件的形式。
方面11:方面10所述的聚酯复合物,其中预浸体层呈连续单向纤维增强的聚酯带材的形式。
方面12:如方面11所述的聚酯复合物,其中连续单向纤维增强的聚酯带材在相同方向上定向,并且复合物具有以下中的一者或多者:如根据ASTM D7264测量的,独立地高于20MPa、优选20-60MPa的纵向和横向上的挠曲强度,其中纵向上挠曲强度与横向上挠曲强度的比率低于2:1;如根据ASTM D7264测量的,独立地大于200GPa、优选200-600GPa的纵向和横向上的挠曲模量,其中纵向上挠曲模量与横向上挠曲模量的比率低于2:1;15-80%、优选25-70%的纤维体积分数;和如根据ASTM D792测量的1.3-2.4克/立方厘米、优选1.4-2.2克/立方厘米的平均密度。
方面13:一种包括方面1-8中任一项或多项所述制品的聚合物增强件,其中聚合物增强件具有中空多室结构,所述中空多室结构具有六边形几何形状。
方面14:一种包括中空组件和方面13所述聚合物增强件的结构体,中空组件包括界定具有长轴的通道的壁,其中聚合物增强件位于通道中,并且其中中空多室结构包括垂直或平行于长轴定向的次级通道。
方面15:一种制造如方面10-12中任一项或多项所述聚酯复合物的方法,方法包括:用包含第一聚酯和第二聚酯的共混物涂布基材以形成经涂布基材,其中基材包括多条纤维;在第一温度下加热经涂布基材以形成聚酯预浸体;层叠多个聚酯预浸体;并且在压力下在第二温度下加热多个聚酯预浸体以形成聚酯复合物。
组合物、方法和制品可替代地包括、包含、由或基本上由本文中公开的任何适当材料、步骤或组分组成。另外或替代地,组合物、方法和制品可被配制以缺乏或大致上不含对实现组合物、方法和制品的功能或目的非必需的任何材料(或种类)、步骤或组分。
本文所公开的所有范围均包括端点,并且端点可独立地相互组合。“组合”包括了共混物、混合物、合金、反应产物和类似物。术语“第一”、“第二”和类似物不表示任何次序、数量或重要性,而是用来将一个要素与另一个进行区分。除非本文中另外指出或明显与上下文矛盾,术语“一种”、“一个”和“所述”不表示对数量的限制,并且被解释为涵盖单数和复数。除非另外清楚地规定,“或”意指“和/或”。“它们的组合”是开放式的,并且包括所列项目以及未列的类似项目的组合。
除非本文中相反地规定,所有试验标准是截至本申请的申请日、或者出现试验标准的最早优先申请的申请日(在要求了优先权的情况下)生效的最新标准。本文中使用的技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员所通常理解的相同的含义。所有引用的专利和专利申请以引用的方式整体并入本文。
化合物是使用标准命名法描述的。本文中所使用的术语“烃基”和“烃”指的是包含氢和碳的任何化学基团。“烷基”意指支链或直链的单价饱和烃基,例如甲基、乙基、异丙基和正丁基。“亚烷基”意指直链或支链的饱和二价烃基(例如亚甲基(-CH2-)或亚丙基(-(CH2)3-))。“烯基”和“亚烯基”分别意指单价或二价的具有至少一个碳碳双键的直链或支链的不饱和烃基(例如乙烯基(-HC=CH2)或亚丙烯基(-HC(CH3)=CH2-))。“炔基”意指具有至少一个碳-碳三键的直链或支链的单价不饱和烃基(例如乙炔基)。“烷氧基”意指经由氧连接的烷基(即烷基-O-),例如甲氧基、乙氧基和仲丁氧基。“环烷基”和“环亚烃基”意指单价和二价环烃基。“芳基”意指可为单环或多环(例如1至3个环)(其稠合在一起或共价连接)的单价芳族烃基。“亚芳基”意指二价芳基。“烷基亚芳基”意指被烷基取代的亚芳基。“芳基亚烷基”意指被芳基取代的亚烷基(例如苄基)。术语“卤”意指包括氟、氯、溴或碘取代基中的一种或多种的本文中的基团或化合物。可存在不同卤基(例如溴和氟)的组合,或仅氯基。术语“杂”意指本文中的化合物或基团是包括为杂原子的至少一个成员(例如1、2或3个杂原子)的稳定基团,其中一种或多种杂原子各自独立地为N、O、S、Si或P。
除非取代基以其他方式特别地指示,前述基团中每一者可为未取代或取代的,前提是取代原子的正价不被超过并且取代物不对化合物的合成、稳定性或使用有明显不利影响。“取代”意指化合物、基团或原子被至少一个(例如1、2、3或4个)取代基代替氢而取代,其中每个取代基独立地为硝基(-NO2)、氰基(-CN)、羟基(-OH)、卤素、硫醇(-SH)、氰硫基(-SCN)、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C1-6卤烷基、C1-9烷氧基、C1-6卤烷氧基、C3-12环烷基、C5-18环烯基、C6-12芳基、C7-13芳基亚烷基(例如苄基)、C7-12烷基亚芳基(例如甲苯甲酰基)、C4-12杂环烷基、C3-12杂芳基、C1-6烷基磺酰基(-S(=O)2-烷基)、C6-12芳基磺酰基(-S(=O)2-芳基)或甲苯磺酰基(CH3C6H4SO2-)。在化合物被取代时,所指碳原子数是取代前化合物或基团中碳原子的总数。例如,-CH2CH2CN是氰基取代的C2烷基。
尽管已描述了具体的方面,但可由申请人或本领域其他技术人员提出当前未预见或可能未预见的替代方案、修改、变型、改进和实质等效物。因此,所提交和可能被修正的随附权利要求意图包括所有这类替代方案、修改、变型、改进和实质等效物。
Claims (15)
1.包括聚酯组合物的制品,所述制品包括,根据ASTM D3418通过差示扫描量热法以首次加热时每分钟20℃的加热速率测量的,
至少两个不同的晶体熔融温度,其中第一晶体熔融温度和第二晶体熔融温度各自独立地为200-290℃;和
各自独立地为至少3J/g的第一熔化热和第二熔化热,优选其中所述第一熔化热与所述第二熔化热的比率为1:5-5:1,
其中所述聚酯组合物包含:
基于所述聚酯组合物的总重量计具有以重量计大于或等于20ppm的含磷量的第一聚酯,
第二聚酯,和
基于所述聚酯组合物的总重量计5-50重量百分数的多条纤维,其中所述多条纤维具有5至25微米的直径。
2.根据权利要求1所述的制品,其还包括,根据ASTM D3418通过差示扫描量热法以首次冷却时每分钟20℃的冷却速率测量的,
至少两个不同的结晶温度,其中第一结晶温度和第二结晶温度各自独立地为180至290℃,优选其中所述第二结晶温度为225至290℃并高于所述第一结晶温度;和
各自独立地为-3J/g或更低的第一结晶热和第二结晶热,优选其中所述第一结晶热与所述第二结晶热的比率为1:5至5:1。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的制品,其中所述制品具有以下中的一者或多者:
根据ASTM D638在23℃以每分钟50mm的十字头速度测量的至少6,000MPa、优选6,000至24,000MPa的拉伸模量;
根据ASTM D638在23℃以每分钟50mm的十字头速度测量的至少70MPa、优选70至180MPa的屈服拉伸强度;
根据ASTM D648在0.45MPa测量的至少180℃、优选180至220℃的热变形温度;和
根据ASTM D1238在265℃以2.16kg负荷持续6分钟测量的10至80cm3/10分钟的熔体体积流动速率。
4.根据前述权利要求中任一项或多项所述的制品,其中所述第一聚酯具有:
通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准品测量的15,000-80,000克/摩尔的重均分子量;
大于20毫摩尔当量/千克的端羧基COOH含量;
大于20毫摩尔当量/千克的端羟基OH含量;
至少1.3:1的端羟基与端羧基的比率;和
以重量计大于10ppm且以重量计小于200ppm的金属含量,其中所述金属为钛、锆、锌、锑、锗、钴、锡或它们的组合。
5.根据前述权利要求中任一项或多项所述的制品,其中所述聚酯组合物包含:
基于所述聚酯组合物的总重量计10至60重量百分数、优选20至50重量百分数的所述第一聚酯,其中所述第一聚酯包含聚对苯二甲酸乙二醇酯;和
基于所述聚酯组合物的总重量计10-85重量百分数、优选20-60重量百分数的所述第二聚酯,其中所述第二聚酯包含聚对苯二甲酸丁二醇酯,
优选其中所述第二聚酯包含第一聚对苯二甲酸丁二醇酯和第二聚对苯二甲酸丁二醇酯,更优选其中
所述第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度不同于所述第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度;或
所述第一聚对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量不同于所述第二聚对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量;或
所述固有粘度和所述重均分子量均不同。
6.根据前述权利要求中任一项或多项所述的制品,其中所述多条纤维包括多条短切玻璃纤维、长玻璃纤维、玻璃纤丝、织造玻璃纤维、碳纤维、织造碳纤维、陶瓷纤维或它们的组合。
7.根据前述权利要求中任一项或多项所述的制品,其中所述聚酯组合物还包含:
基于所述聚酯组合物的总重量计0.01至0.5重量百分数的稳定剂,优选0.01至0.3重量百分数的受阻酚、亚磷酸酯、亚膦酸酯、硫酯或它们的组合;
基于所述聚酯组合物的总重量计0.01至8重量百分数的成核剂,优选0.05至5重量百分数的滑石、二氧化硅、硅氧烷、粘土、碱金属羧酸盐或它们的组合;
基于所述聚酯组合物的总重量计0.01至2重量百分数的脱模剂,优选0.1至0.8重量百分数的脂肪酸酯、蜡、聚烯烃或它们的组合;和
基于所述聚酯组合物的总重量计0至5重量百分数的着色剂,优选0.1至5重量百分数的炭黑、染料、颜料或它们的组合。
8.根据前述权利要求中任一项或多项所述的制品,其中所述聚酯组合物还包含基于所述聚酯组合物的总重量计1至30重量百分数的冲击改性剂;
优选1-15重量百分数的(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯、聚醚酯嵌段共聚物、聚乙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或它们的组合。
9.包括根据前述权利要求中任一项或多项所述的制品的聚酯预浸体。
10.通过使根据权利要求9所述的聚酯预浸体固结生产的聚酯复合物,优选呈通过在热和压力下使至少二层、更优选二至一百层所述聚酯预浸体固结生产的层压件的形式。
11.根据权利要求10所述的聚酯复合物,其中所述预浸体层呈连续单向纤维增强的聚酯带材的形式。
12.根据权利要求11所述的聚酯复合物,其中所述连续单向纤维增强的聚酯带材在相同方向上定向,并且所述复合物具有以下中的一者或多者:
根据ASTM D7264测量的,独立地高于20MPa、优选20至60MPa的纵向和横向上的挠曲强度,其中纵向上的挠曲强度与横向上的挠曲强度的比率低于2:1;
根据ASTM D7264测量的,独立地大于200GPa、优选200至600GPa的所述纵向和横向上的挠曲模量,其中纵向上的挠曲模量与横向上的挠曲模量的比率低于2:1;
15至80%、优选25至70%的纤维体积分数;和
根据ASTM D792测量的1.3至2.4g/cm3、优选1.4-2.2g/cm3的平均密度。
13.包括根据权利要求1-8中任一项或多项所述的制品的聚合物增强件,其中所述聚合物增强件具有中空多室结构,所述中空多室结构具有六边形几何形状。
14.结构体,其包括:
中空组件,其包括界定具有长轴的通道的壁,和
根据权利要求13所述的聚合物增强件,
其中所述聚合物增强件位于所述通道中,和
其中所述中空多室结构包括垂直或平行于所述长轴定向的次级通道。
15.制造根据权利要求10至12中任一项或多项所述的聚酯复合物的方法,所述方法包括:
用包含所述第一聚酯和所述第二聚酯的共混物涂布基材以形成经涂布基材,其中所述基材包括多条纤维;
在第一温度下加热所述经涂布基材以形成聚酯预浸体;
层叠多个聚酯预浸体;并且
在压力下在第二温度下加热所述多个聚酯预浸体以形成所述聚酯复合物。
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