CN112172207A - 制造轻质热塑性复合片材的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造轻质热塑性复合片材的系统。所述系统包括：双带机构、轻质材料施加机构、树脂施加器、烘炉和冷却机构。本发明还公开了一种形成热塑性复合片材的方法，所述方法包括：分散轻质材料以在所述下带的顶上形成轻质材料层；将树脂施加至所述轻质材料层；使所述轻质材料层和所述树脂通过烘炉；以及按压所述树脂和所述轻质材料使所述树脂分散于所述轻质材料层中并用所述树脂使所述轻质材料完全饱和；以及冷却所述树脂和所述轻质材料以形成所述热塑性复合片材。所述轻质材料具有0.1g/cm³至1.0g/cm³的密度；并且所述热塑性复合片材基本上不含增强纤维。

Description

制造轻质热塑性复合片材的系统

技术领域

本发明涉及轻质热塑性复合片材的领域。

背景技术

与热固性片材相比，热塑性复合片材由于其优异的性能如抗冲击性、热成型性和可回收性而在复合材料行业中引起关注。一类常规的热塑性复合片材是基于织物的有机片材，其通过将纤维束或粗纱编织在一起而形成。由于织物中纤维取向的方向性，常规的热塑性有机片材表现出与方向有关的各向异性机械性能，这给设计复合部件以替代现有的各向同性材料(如钢和铝)时带来了重大挑战。另外，基于织物的热塑性复合片材具有有限的适形性，这极大地增加了形成具有深拉和复杂几何形状的复合部件的难度。

另一类热塑性复合片材被称为玻璃毡热塑性塑料(GMT)。GMT是基于具有无规取向纤维的玻璃毡。为了生产GMT，首先形成玻璃毡如针刺毡，接着将热塑性树脂施加到玻璃毡的一个或多个表面上。由于熔融的热塑性树脂从玻璃毡的表面到内部的流动长度长，因此需要高压和长的浸渍时间来使熔融的热塑性树脂浸渍玻璃毡。

常规的热塑性复合片材采用两步法工艺生产。在第一步骤中，生产纤维基底，如织物或毡。织物或毡中的纤维是以机械方式或化学方式结合的。在第二步骤中，将热塑性树脂施加到纤维基底上，接着进行树脂浸渍。所述两步法工艺增加了常规热塑性复合片材的生产成本和加工时间。

发明内容

本文描述的实施方案提供了热塑性复合片材，并且具体地提供了制造所述热塑性复合片材的系统和方法。根据一个方面，制造热塑性复合片材的系统包括具有上带和下带的双带机构。所述上带位于所述下带的顶上，并且所述下带的纵向长度显著长于所述上带的纵向长度。所述双带机构被配置为按压通过双带机构的材料。所述系统还包括轻质材料施加机构，所述机构位于下带的顶上。所述轻质材料施加机构被配置为在下带的顶上施加轻质材料施加，以在下带的顶上形成轻质材料层。所述系统还包括位于下带的顶上的树脂施加器。所述树脂施加器被配置为将树脂施加至所述轻质材料层。所述系统另外包括烘炉，所述烘炉被配置为当轻质材料和树脂移动通过烘炉时加热树脂，以使树脂聚合或使树脂熔融。所述系统另外包括冷却机构，所述冷却机构被配置为冷却树脂和轻质材料以形成热塑性复合片材。当轻质材料和树脂通过烘炉时，采用双带机构按压轻质材料和树脂，使得树脂分散于整个轻质材料层中并使轻质材料饱和。轻质材料的密度在0.1g/cm³至1.0g/cm³之间，并且热塑性复合片材不含增强纤维。

在一些实施方案中，轻质材料施加机构和树脂施加器彼此紧邻布置，使得在下带的顶上同时分散轻质材料和树脂基本上，使得树脂被分散于整个轻质材料层中。树脂施加器可以是纤维切碎机和/或纤维散布装置，其被配置为在下带的顶上分散聚合物树脂纤维以形成聚合物树脂纤维的料片(web)或网(mesh)。在这样的实施方案中，聚合物树脂纤维可以被配置为在烘炉内熔融以使树脂能够与轻质材料混合并分散于整个轻质材料层中。轻质材料施加机构可以紧邻纤维切碎机和/或纤维散布装置布置，使得当在下带的顶上分散聚合物树脂纤维时在下带的顶上施加轻质材料。或者，纤维散布装置可以被配置为在下带的顶上分散聚合物树脂纤维并且同时施加轻质材料，因而，纤维散布装置可以兼作轻质材料施加机构和树脂施加器。

在其它实施方案中，树脂施加器可以是缠绕热塑性树脂膜的辊。在这样的实施方案中，可以通过在下带的顶上展开热塑性树脂膜而将树脂施加至轻质材料，使得热塑性树脂膜位于轻质材料的下方、轻质材料的顶上、或者轻质材料的下方和顶上。在其它实施方案中，树脂施加器可以是挤出机装置，其被配置为在轻质材料的顶上挤出熔融热塑性树脂片材，或者其被配置为挤出包括轻质材料的熔融热塑性树脂片材。在其它实施方案中，树脂施加器可以是粉末施加装置，其被配置为将粉末热塑性树脂施加至轻质材料层。所述粉末施加装置可以被配置为同时施加粉末轻质材料与粉末热塑性树脂，因而，所述粉末施加装置可以兼作轻质材料施加机构和树脂施加器。

所述树脂可以包括一种或多种以下热塑性树脂或由一种或多种以下热塑性树脂组成：聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。所述系统可以另外包括干燥机构，所述干燥机构被配置为当轻质材料移动通过干燥机构时从轻质材料中去除残留水分。

在其它实施方案中，树脂施加器可以是被配置为将单体或低聚物施加至轻质材料层的模头，其中所述单体或低聚物在烘炉中聚合以形成其中布置有轻质材料的聚合物材料基质。在这样的实施方案中，轻质材料可以与单体或低聚物均匀地混合，并且模头可以兼作树脂施加器和轻质材料施加机构，从而在下带的顶上同时施加树脂和轻质材料以形成其中分散有树脂的轻质材料层。当所述系统采用单体或低聚物时，所述系统还可以包括干燥机构和/或气体施加机构，所述干燥机构被配置为当轻质材料移动通过干燥机构时从轻质材料中去除残留水分，所述气体施加机构被定位成将不含水分的气体吹到轻质材料层的一个或多个表面上，以基本上防止单体或低聚物暴露于周围环境中的环境湿气。

所述系统还可以包括将单体或低聚物与催化剂和/或活化剂中的至少一者混合的混合部件，其中所述催化剂和/或活化剂促进单体或低聚物的聚合以形成聚合物材料基质。所述单体或低聚物可以包括以下或由以下组成：内酰胺、内酯、环烯烃、环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、热塑性聚氨酯的前体，或它们的混合物。在这样的实施方案中，内酰胺可以包括以下或由以下组成：己内酰胺、月桂内酰胺或它们的混合物。

所述轻质材料可以包括具有促进轻质材料与树脂之间的结合的偶联剂的施胶组合物(sizing composition)。所述系统可以另外包括切割机构，所述切割机构将热塑性复合片材切割成单个片材。所述切割机构可以位于烘炉之后。轻质材料可以包括以下或由以下组成：空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。

根据另一方面，一种形成热塑性复合片材的方法包括在双带压制机构的下带的顶上分散轻质材料，以在下带的顶上形成轻质材料层。所述方法还包括将树脂施加至轻质材料层，并使轻质材料层和树脂通过烘炉，所述烘炉被配置为当轻质材料和树脂移动通过烘炉时加热树脂。所述方法还可以包括使轻质材料层和树脂在双带压制机构的下带与上带之间通过以压制树脂和轻质材料，从而使树脂分散于整个轻质材料层并用树脂使轻质材料完全饱和。轻质材料层和树脂可以同时或以任何顺序依次通过烘炉和双带压制机构。所述方法可以另外包括冷却树脂和轻质材料以形成热塑性复合片材。轻质材料可具有0.1g/cm³至1.0g/cm³的密度，并且热塑性复合片材可以不含增强纤维。

在一些实施方案中，可以在下带的顶上同时施加树脂与轻质材料，以使树脂分散于整个轻质材料层中。所述方法可以另外包括当轻质材料移动通过干燥机构时经由所述干燥机构干燥轻质材料以从轻质材料中去除残留水分。

在一些实施方案中，施加树脂可以包括经由纤维切碎机和/或纤维散布装置在下带的顶上分散聚合物树脂纤维，以形成聚合物树脂纤维的料片或网。聚合物树脂纤维可以被配置为在烘炉内熔融以使树脂能够与轻质材料混合并分散于整个轻质材料层中。轻质材料可以紧邻纤维切碎机和/或纤维散布装置分散，使得当在下带的顶上分散聚合物树脂纤维时施加轻质材料。或者，纤维散布装置可以被配置为在下带的顶上分散聚合物树脂纤维并同时施加轻质材料。

在另一个实施方案中，施加树脂可以包括从辊上展开热塑性树脂膜，以使热塑性树脂膜位于下带的顶上，并且位于轻质材料的下方、轻质材料的顶上、或者轻质材料的下方和顶上。在又一个实施方案中，施加树脂可以包括在轻质材料的顶上挤出熔融热塑性树脂片材，或者挤出包括轻质材料的熔融热塑性树脂片材。在又一个实施方案中，施加树脂可以包括经由粉末施加装置将粉末热塑性树脂施加至轻质材料层。所述粉末施加装置可以被配置为同时施加粉末轻质材料与粉末热塑性树脂，从而在形成轻质材料层时将树脂施加至轻质材料。所述树脂可以包括一种或多种以下热塑性树脂或由一种或多种以下热塑性树脂组成：聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。

在其它实施方案中，施加树脂可以包括将单体或低聚物施加至轻质材料层，其中单体或低聚物在烘炉中聚合以形成其中布置有轻质材料的聚合物材料基质。轻质材料可以与单体或低聚物均匀混合，从而在下带的顶上同时施加树脂和轻质材料，以形成其中分散有树脂的轻质材料层。当使用单体或低聚物时，所述方法还可以包括当轻质材料移动通过干燥机构时经由所述干燥机构干燥轻质材料以从轻质材料中去除残留水分，以及经由气体施加机构将不含水分的气体吹到轻质材料层的一个或多个表面上以基本上防止单体或低聚物暴露于周围环境中的环境湿气。所述方法可以另外包括经由混合部件将单体或低聚物与催化剂和/或活化剂中的至少一者混合，其中所述催化剂和/或活化剂促进单体或低聚物聚合形成聚合物材料基质。单体或低聚物可以包括以下或由以下组成：内酰胺、内酯、环烯烃、环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、热塑性聚氨酯的前体，或它们的混合物。内酰胺可以包括以下或由以下组成：己内酰胺、月桂内酰胺或它们的混合物。

在一些实施方案中，所述方法可以另外包括将施胶组合物施加至轻质材料。所述施胶组合物可以具有促进轻质材料与树脂之间的结合的偶联剂。所述方法可以另外包括经由切割机构将热塑性复合片材切割成单个片材。轻质材料可以包括以下或由以下组成：空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。

根据另一方面，热塑性复合片材包括具有一定长度、宽度和厚度的复合片材。所述复合片材由聚合物材料基质组成，所述聚合物材料基质在复合片材的整个长度、宽度和厚度上连续延伸。聚合物材料基质是完全聚合的热塑性材料。热塑性复合片材还包括轻质材料，所述轻质材料布置在整个聚合物材料基质中，使得轻质材料被聚合物材料基质的热塑性材料完全饱和。所述复合片材包含50重量％至99重量％的热塑性材料和1重量％至50重量％的轻质材料。所述复合片材不含增强纤维。

在一些实施方案中，轻质材料的密度在0.1g/cm³至1.0g/cm³之间。轻质材料可以包括以下或由以下组成：空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。轻质材料可以包括具有促进聚合物材料与轻质材料之间的结合的偶联剂的施胶组合物。聚合物材料可以包括以下或由以下组成：尼龙、聚烯烃、PBT、PMMA、热塑性聚氨酯和它们的组合。聚合物材料可以以下或由以下组成：聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈或它们的组合。热塑性复合片材可以具有1.1克/立方厘米或更低的密度。

附图说明

结合附图描述本技术：

图1-3示出了使用反应性树脂生产热塑性复合片材的系统。

图4-6示出了使用完全聚合的树脂生产热塑性复合片材的系统。

图7示出了热塑性复合片材。

图8示出了形成热塑性复合片材的方法。

在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的数字参考标记。此外，可以通过在参考标记之后加上区分相似部件和/或特征的字母来区分相同类型的多个部件。如果在说明书中仅使用第一数字参考标记，则该描述适用于具有相同第一数字参考标记的类似部件和/或特征中的任何一者，而与字母后缀无关。

具体实施方式

本文所述的实施方案涉及热塑性复合片材产品，其包括以下或由以下组成：聚合物材料基质和分散于所述聚合物材料基质内的轻质材料(下文称为热塑性复合片材)。热塑性复合片材通常不包括任何增强纤维或其它类型的纤维，例如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、金属纤维、陶瓷纤维、纤维素纤维、天然纤维、芳族聚酰胺纤维、无机纤维、聚合物纤维或它们的组合。如本文所用，术语“纤维”是指纵横比大于1的任何纤维样材料，其中所述纵横比是以纤维样材料的长度与纤维样材料的宽度之比来测量的。

与包括增强纤维和其它材料的常规的预浸料、有机片材或复合片材相比，热塑性复合片材的密度显著更低。这些热塑性复合片材在其中重量成问题或受关注的应用中可能特别有用。热塑性复合片材的一个特别有用的应用是在汽车或航空航天工业中，其中部件的密度和重量对于燃料效率目的来说非常重要。

通过将轻质材料添加到聚合物材料基质中，热塑性复合片材的密度显著降低。术语“轻质材料”是指密度在0.1g/cm³至1.0g/cm³之间的材料。轻质材料的密度根据ISO 12154(2014)测试方法确定。在一个具体的实施方案中，轻质材料可以是空心玻璃微球，其通常也被称为玻璃泡。在其它实施方案中，轻质材料可以是珍珠岩或其它轻质材料。空心玻璃微球的密度通常在0.10g/cm³至0.60g/cm³的范围内，因此比常规预浸料、有机片材和复合片材中常用的纤维和聚合物材料显著更轻。在一些具体的实施方案中，空心玻璃微球可以具有大约0.40g/cm³或小于0.40g/cm³的密度。

由于轻质材料就密度而言比聚合物材料显著更轻，因此将相当量的轻质材料添加到热塑性复合片材中会大大降低热塑性复合片材的总密度。轻质材料通过占据热塑性复合片材内的体积或空间来降低热塑性复合片材的整体密度，否则所述体积或空间将由较重的聚合物材料和/或其它材料填充或占据。在一些实施方案中，基于热塑性复合片材的总重量，空心玻璃微球在热塑性复合片材中的重量百分比可以在1％至50％之间，优选在2％至40％之间，并且更优选在5％至30％之间。轻质材料的重量百分比经由遵循ISO 1172(1996)的煅烧方法确定。

在一些实施方案中，热塑性复合片材的聚合物材料基质可以通过聚合反应性树脂如单体和低聚物而形成。术语热塑性聚合物是指能够多次熔融和模制或形成为各种形状的聚合物。包括热塑性材料的热塑性复合片材能够在模具中成形并且形成或模制成各种期望的形状。

可以经由反应性树脂的原位聚合形成聚合物材料基质。因为反应性树脂在熔融状态下的粘度通常非常低，因此在反应性树脂聚合之前，可以容易地将轻质材料添加到反应性树脂中。例如，反应性树脂的粘度通常低于500mPa-s，低于100mPa-s，或者甚至低于10mPa-s。反应性树脂的低粘度使得轻质材料能够容易地与反应性树脂混合并被施加至复合片材形成系统的带。可以使用例如狭缝模头(slot die)、幕式涂布机、辊涂机、喷嘴或机构等各种装置或机构来施加反应性树脂。

在其它实施方案中，轻质材料的施加可以与将反应性树脂施加至复合片材形成系统的部件分开进行和在后者之前进行。例如，可以将粉末施加机构定位在系统的带的上方，并且可以在施加反应性树脂之前将轻质材料施加在带的顶上。由于反应性树脂的低粘度，因此可以在短时间内轻松实现轻质材料的完全饱和，从而确保了制造过程的高速化。

在使用反应性树脂的实施方案中，轻质材料通常均匀地分散于整个热塑性复合片材中，尽管在一些实施方案中，轻质材料可以形成朝着聚合物材料基质的表面集中或位于其顶上的层。轻质材料也可以夹在相对的聚合物材料基质层之间。关于轻质材料在热塑性复合片材中的均匀分散，应当认识到，在热塑性复合片材的底部上通常存在更多的热塑性材料，这主要是由于在热塑性复合片材的形成过程中反应性树脂向片材的底部沉降或迁移和/或这是由于在形成期间轻质材料向复合片材的上表面迁移或漂浮。通过使用适当的轻质材料/反应性树脂材料比率和/或通过经由双带机构对轻质材料和/或反应性树脂施加适当量的压力，可以提高材料的均质性。

在一些实施方案中，热塑性复合片材的聚合物材料基质可以通过熔融和冷却完全聚合的热塑性树脂来形成。完全聚合的热塑性树脂的粘度显著大于前述反应性树脂的粘度。可以将热塑性树脂添加到轻质材料中，使得形成轻质材料和热塑性树脂的均质混合物。当热塑性树脂熔融时，热塑性树脂围绕轻质材料流动，使得轻质材料分散于聚合物材料基质内。在热塑性树脂熔融和冷却时，聚合物树脂的高熔体粘度有助于将轻质材料保持在聚合物材料基质内。因而，与反应性树脂体系相比，对热塑性材料和轻质材料的分离的关注要少得多。

将热塑性材料和轻质材料均匀混合的一种方法是将轻质材料粉末和热塑性树脂粉末混合。换句话说，可以将轻质材料粉末与粉末热塑性树脂混合。可以将两种粉末在料斗中混合，或者可以通过同时分散来自彼此紧邻布置的各单独的粉末施加机构的粉末来进行混合。在后一种情况下，当粉末从各自的粉末施加机构下落时，粉末可以发生混合。将热塑性材料和轻质材料均匀混合的另一种方法是将轻质材料与聚合物树脂纤维混合。轻质材料可以在料斗中与聚合物树脂纤维混合，或者可以通过将纤维切碎机或纤维散布装置紧邻轻质材料施加器布置并且通过同时分散所述材料以使得所述材料在它们从各自的装置下落时混合而进行混合。

在其它实施方案中，可以将完全聚合的热塑性树脂添加到轻质材料中，从而形成分开的轻质材料层和热塑性树脂层。在这种情况下，轻质材料与热塑性树脂分开施加。例如，轻质材料施加器可将轻质材料施加在复合片材形成系统的带的顶上，然后可将热塑性树脂施加在轻质材料的顶上。可以经由粉末施加机构、纤维切碎机或纤维散布装置，将热塑性树脂膜展开，或将熔融的热塑性树脂挤出，将热塑性树脂施加在轻质材料的顶上。在这样的情况下，通常将热塑性树脂熔融并按压，以迫使熔融的树脂在轻质材料内部和周围流动，从而将轻质材料分散于聚合物材料基质中。然后可以利用位于聚合物材料基质内的轻质材料来冷却和硬化热塑性树脂。

在反应性树脂体系或完全聚合的树脂体系中，轻质材料可以包括促进轻质材料与树脂之间的结合的涂层。换句话说，可以用施胶组合物处理轻质材料，所述施胶组合物包括促进轻质材料与树脂之间的结合的偶联剂。一种或多种偶联剂可将树脂共价键合至轻质材料。例如，可将硅烷涂层添加到空心玻璃微球的表面以增加微球与树脂材料之间的界面结合。在反应性树脂体系中，硅烷涂层可引发反应性树脂的聚合。

示例性偶联剂可包括具有含硅部分和活化剂部分的偶联活化剂化合物。偶联活化剂化合物的具体实例包括2-氧代-N-(3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基)氮杂环庚烷-1-甲酰胺。示例性偶联剂还可以包括具有含硅部分和封端异氰酸酯部分的封端异氰酸酯偶联化合物。示例性偶联剂还可以包括具有可与反应性树脂反应形成共价键的官能团的偶联化合物。具有官能团的偶联化合物的具体实例包括具有氨基、环氧基、羟基或脲基官能团的硅烷偶联剂。

空心玻璃微球除了重量轻之外，还表现出优异的强度性能，因此，在热塑性复合片材中使用空心玻璃微球赋予复合片材以特定的强度性能，例如抗压强度。在一些实施方案中，除了轻质材料之外或作为轻质材料的替代，可将填充材料添加到热塑性复合片材中。可以添加一种或多种填充材料以改善热塑性复合片材的特定性能和/或降低热塑性复合片材的成本。例如，一种或多种填充材料可以影响热塑性复合片材的强度、韧性、耐热性、阻燃性、颜色等。可以添加到热塑性复合片材中的填充材料包括但不限于碳酸钙、高岭土、滑石、二氧化硅、二氧化钛、三水合氧化铝、炭黑和纳米填充剂如碳纳米管和石墨烯。

为了便于描述本文中的实施方案，本公开将提及轻质材料和轻质材料施加机构。然而，应当理解，术语“轻质材料”和“轻质材料施加机构”可以代替上述的任何其它填充材料。例如，术语“轻质材料”可以代替碳酸钙材料、高岭土材料、滑石材料、二氧化硅材料、二氧化钛材料、三水合氧化铝材料、炭黑材料和/或纳米填充材料如碳纳米管材料和石墨烯材料，并且术语“轻质材料施加机构”可以代替碳酸钙材料施加机构、高岭土材料施加机构、滑石材料施加机构、二氧化硅材料施加机构、二氧化钛材料施加机构、三水合氧化铝材料施加机构、炭黑材料施加机构和/或纳米填充材料施加机构如碳纳米管材料施加机构和石墨烯材料施加机构。在其它实施方案中，除了术语“轻质材料”和“轻质材料施加机构”之外，可以使用以上术语中的任何一者或任何组合。因而，可以随时更正或修改这些术语以包括或列举这些其它术语之一。

总体上已经描述了热塑性复合片材，将从下文提供的各种附图的描述中实现热塑性复合片材的其它特征和方面。

反应性树脂体系

如前所述，在一些实施方案中，热塑性复合片材的聚合物材料基质可以通过使反应性树脂(如单体和低聚物)聚合而形成。为了使用单体或低聚物材料获得商业上可行的复合片材产品，反应性树脂至聚合物的转化率需要大于90重量％并且更通常大于95重量％。复合片材中残留单体或低聚物的含量可以经由溶剂提取法测量，所述方法涉及使用热水或有机溶剂从磨碎的复合片材粉末中提取未反应的单体或低聚物(例如己内酰胺)。可以基于残余单体或低聚物的含量推断反应性树脂的转化率。

本文所述的系统和方法能够实现大于90重量％并且更通常大于95重量％的树脂转化率。在大多数实施方案中，反应性树脂的转化率大于98重量％或甚至大于99重量％。热塑性复合片材的聚合物材料基质中的热塑性聚合物是经由反应性树脂的原位聚合形成的。在其中反应性树脂包含己内酰胺的特定实施方案中，将系统设计为包括干燥机构和气体施加机构，以便在连续过程中实现该高转化率。该连续工艺极大地提高了制造过程的效率，从而降低了最终热塑性复合片材产品的总成本。在施加反应性树脂与形成热塑性复合片材产品之间的制造时间可以小于20分钟，更通常小于10分钟，并且在一些实施方案中可以小于5分钟。

在一个示例性的实施方案中，用于形成热塑性复合片材的反应性树脂是己内酰胺。己内酰胺对水分极为敏感，因此即使少量的水分也会影响己内酰胺的阴离子聚合。水分的存在可以阻止或干扰己内酰胺阴离子聚合成聚酰胺-6聚合物。例如，树脂中的水分含量大于200ppm可以显著干扰聚合过程并将己内酰胺材料的转化率降低至低于90重量％。由于这些材料对水分的敏感性高，因此很难实现反应性树脂材料向聚合物的高转化率。因而，在采用己内酰胺或其它对水分敏感的树脂的系统中，将系统设计为使得所述系统在反应性树脂附近基本上是不含水分的。关于水分或湿气的术语“基本上不含水分”或“基本上为零”承认空气中可能存在一定程度或数量的水分。但是，如本文所用，该术语是指空气中存在的任何水分都可以忽略不计、少量、微不足道或在以其他方式无关紧要，并且不足以干扰对水分敏感的反应性树脂的聚合。在一个具体的实施方案中，可以通过采用湿气吹扫机构来创建“基本上不含水分”的环境，所述湿气吹扫机构可操作以在5-35℃的温度范围下将环境中的相对湿度保持低于1％。

所述系统利用反应性树脂组分的混合，接着将反应性树脂组分施加到移动带上，并且通常施加至轻质材料。然后将反应性树脂组分在烘炉中固化以形成聚合物复合材料的聚合物材料基质。

所述系统中通常使用的反应性树脂可以包括以下或由以下组成：内酰胺，内酯，环烯烃，环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)，热塑性聚氨酯的前体和/或它们的混合物。内酰胺可以包括以下或由以下组成：己内酰胺、月桂内酰胺、内酯和/或它们的混合物。在一个示例性的实施方案中，反应性树脂包括己内酰胺。在一些实施方案中，可以使用单体和/或低聚物的混合物。例如，可以使用己内酰胺和月桂内酰胺的混合物，其将在固化炉中共聚以形成具有定制性能的共聚物。活化剂可以是活化和加速单体或低聚物聚合的任何材料。用于己内酰胺的阴离子聚合的示例性活化剂包括封端的异氰酸酯和N-酰基己内酰胺。催化剂可以是催化单体或低聚物聚合的任何材料。用于己内酰胺的阴离子聚合的示例性催化剂包括己内酰胺的碱性盐，例如己内酰胺钠。所得的热塑性聚合物包括以下或由以下组成：尼龙、聚烯烃、PBT、PMMA、热塑性聚氨酯和/或它们的组合。

参考图1，示出了可用于生产如本文所述的热塑性复合片材的系统。图1的系统能够以连续过程生产热塑性复合片材，其中所述系统的下带31基本上连续或持续地移动通过系统。

所述系统可以包括两个容器或储罐(即21和22)。至少一个储罐用作反应性树脂的储存和输送罐，所述反应性树脂通常是可聚合成热塑性材料的单体或低聚物。在一些实施方案中，单体或低聚物可以包括以下或由以下组成：内酰胺、内酯、环烯烃、环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)、甲基丙烯酸甲酯、热塑性聚氨酯的前体，或它们的混合物。可以将储罐21和22加热并用氮气吹扫以确保除去任何水分，否则会降低原料的反应性，并因此降低树脂向聚合物的转化。储罐之一(例如储罐21)可以包含树脂和催化剂的混合物。在一个具体的实施方案中，储罐(例如罐21)可以包括己内酰胺和催化剂，例如己内酰胺酸钠或任何其它催化剂。另一个储罐(例如罐22)可以包含树脂和活化剂的混合物。在一个具体的实施方案中，另一个储罐(例如罐22)包括己内酰胺和活化剂，例如N,N'-己烷-1,6-二基双(六氢-2-氧代-1H-氮杂卓-1-甲酰胺)或任何其它活化剂。可以将储罐21和22加热到允许反应物熔融的温度，例如对于包括己内酰胺的反应性树脂来说，在约70℃至120℃之间。如前所述，熔融的反应物(例如树脂和活化剂或催化剂)具有非常低的粘度。熔融反应物的粘度可以根据测试方法ISO 3104(1999)进行测量。举例来说，熔融的己内酰胺在80℃的温度下具有8.5mPa-s的粘度，使用ISO 3104(1999)测得。

通常将来自两个储罐21和22的反应物计量加入静态混合器或混合头25中，以确保输送恰当比率的单体和/或低聚物、活化剂和催化剂。在一个实施方案中，来自两个储罐21和22的混合物可以以1/1的比率提供给静态混合器。来自两个储罐21和22的混合物在静态混合器25中充分混合成基本上均质的混合物。可以将静态混合器25加热到允许反应物保持液态非聚合状态的温度，例如对于包括己内酰胺的反应性树脂来说，在约70℃至120℃之间。

下带31与上带32结合使用，并且这两个部件形成双带机构，所述双带机构用于在反应性树脂聚合期间按压反应性树脂和轻质材料。具体地，上带32位于下带31的顶上，并且两个带被配置为按压或挤压通过双带机构的反应性树脂、轻质材料和任何其它材料。双带机构的至少一部分位于固化炉30内。在一些实施方案中，上带32完全封闭在固化炉30内。下带31的纵向长度显著长于上带32的纵向长度。下带31可以自上带32向外延伸2至15英尺，并且更通常延伸3至10英尺。在一个具体的实施方案中，下带31自上带32延伸6至9英尺，并且更具体地延伸约8英尺。

下带31通常自上带32向外延伸，使得系统的一个或多个部件可以位于下带31的顶上。例如，轻质材料施加机构37位于下带31的顶上。轻质材料施加机构37被配置为将轻质材料施加在下带31的顶上，以在下带31的顶上形成轻质材料层。施加到下带31上的轻质材料可以包括以下或由以下组成：空心玻璃微球、珍珠岩、其它轻质材料和/或它们的任何组合。

当下带31移动通过轻质材料施加机构37并且通常位于轻质材料施加机构37下方时，轻质材料施加机构37将轻质材料施加到下带31。在一些实施方案中，可以施加轻质材料以形成厚度为0.5mm至10mm并且厚度更通常为1mm至5mm的层。可以基于轻质材料的堆积密度、轻质材料的施加速率以及下带31的速度来估计厚度。轻质材料层的厚度和/或密度取决于下带31的速度、轻质材料施加机构37的分配速度、轻质材料的堆积密度等。

轻质材料施加机构37可以包括料斗，轻质材料位于所述料斗中。轻质材料通常是粉末形式，并且轻质材料施加机构37通常是粉末施加器，其被配置为将轻质材料的粉末P分散于下带31的顶上。当希望在热塑性复合片材中包括填充材料时，额外的填充材料可被包括在轻质材料施加机构37的料斗中。在其它实施方案中，可以采用分开的施加机构60，并且可以从分离的施加机构60分散一种或多种填充材料F或第二轻质材料(参见图2)。一种或多种填充材料F或第二轻质材料可以分散于轻质材料的顶上，并且可以在轻质材料层的顶上形成单独的层。在其它实施方案中，分开的施加机构60可以紧邻轻质材料施加机构37布置，并且轻质材料P和一种或多种填充材料F或第二轻质材料可以同时从各自的施加机构进行分散。在这样的情况下，两种材料可以在它们下落在下带31的顶上时混合并结合，并且可以形成两种材料的单一均质层。

下带31将轻质材料层朝向系统的其它部件和/或朝向固化炉30的入口运送或输送。轻质材料层可以经受干燥机构28，该干燥机构28从轻质材料的表面去除残留水分。干燥机构28可以位于下带31的顶上，使得其位于轻质材料层的上方。当轻质材料层在干燥机构28下方移动时，干燥机构28将轻质材料干燥。干燥机构28可以是红外加热器，其升高轻质材料层的温度，从而去除任何残留的不定水分。干燥机构28确保在施加反应性树脂之前将轻质材料层充分干燥。干燥机构还使轻质材料保持相对高温，因此当施加反应性树脂时，反应性树脂不会冷却并硬化。干燥机构28可以从轻质材料去除痕量的表面水分。

在经由干燥机构28干燥轻质材料层之后，使用树脂施加器33将反应性树脂施加至轻质材料层，所述树脂施加器33位于下带31的顶上并且在轻质材料层的上方或附近。当轻质材料层移动通过树脂施加器33并通常在树脂施加器33下方时，树脂施加器33将通常为聚合物材料的单体和/或低聚物的反应性树脂R施加至轻质材料。在一些实施方案中，树脂施加器33是具有反应性树脂R流过的狭窄开口的狭缝模头，例如约1.0mm或更小的开口。反应性树脂R经由管道29从静态混合器25输送到树脂施加器33，所述管道29可以被加热以保持反应性树脂的温度。

可以将反应性树脂R施加到靠近固化炉30的轻质材料层上，以使反应性树脂对周围空气和环境的暴露最小化。在一些实施方案中，树脂施加器33可以位于固化炉30的入口的10英寸内，并且更通常位于固化炉入口的5.0英寸或甚至1.0英寸内。在其它实施方案中，树脂施加器33的远端或输送端可以位于固化炉30的罩或盖内，如图1所示。可以将树脂施加器33的温度控制在期望的温度范围内，例如对于包括己内酰胺的反应性树脂来说，在70℃至120℃的温度之间。树脂施加器33可以包括热电偶和加热套或其它加热部件，以确保树脂施加器33保持在期望的温度范围内。

作为狭缝模头的替代方案，树脂施加器33还可以包括喷涂、幕涂、接触辊施加、刮刀施加或甚至预研磨的固体树脂的粉末涂布，其中固化炉使反应性组分熔融。

储罐、静态混合器和树脂施加器之间的液体处理管线29通常被绝缘和/或加热，使得当树脂混合物流过处理管线时的热损失最小化。控制液体材料的温度可确保树脂R在处理管线内不会固化和/或过早反应。通常还将反应性树脂的温度保持在期望的温度范围内，以将反应性树脂保持为液态或熔融态，同时防止在烘炉中材料固化之前树脂的过早聚合。一旦轻质材料层涂布有反应性树脂R，就通常控制轻质材料层附近的周围环境，以确保反应性树脂不暴露于环境中的环境湿气中。反应性树脂R暴露于环境湿气可降低反应性树脂的转化率，这可导致聚合度小于90％。

可以通过将系统容纳或封闭在保持环境基本上不含水分的房间或区域中来控制周围环境。也可以使用各种去湿技术从房间或区域中的环境空气中去除水分。示例性的去湿技术包括干燥剂去湿、制冷剂去湿和静电去湿。更通常地，所述系统采用湿气吹扫机构，所述湿气吹扫机构可操作以确保轻质材料涂层周围的空气中的湿度基本上为零。例如，所述系统可以采用湿气吹扫机构，所述湿气吹扫机构可操作以将轻质材料涂层周围的空气中的相对湿度保持低于1％。通常，仅在树脂施加器33附近采用湿气吹扫机构，因为轻质材料层在树脂施加器33之前不含反应性树脂R。湿气吹扫机构可根据需要位于树脂施加器33的近侧或在树脂施加器33的远侧。然而，在任一种情况下，湿气吹扫机构都应相对靠近树脂施加器33布置，以使反应性树脂暴露于周围空气的可能性最小。

湿气吹扫机构包括空气/气体增压室或管34，其将不含水分的气体G吹到轻质材料层上。空气/气体增压室或管34位于下带31的顶上和轻质材料层的顶上。如图1所示，空气/气体增压室或管34可直接位于树脂施加器33附近，从而当轻质材料层涂布有来自树脂施加器33的反应性树脂R时，将不含水分的气体G直接吹到轻质材料层上。在一个具体的实施方案中，空气/气体增压室或管34将干燥的氮气吹到轻质材料层上。空气/气体增压室或管34确保轻质材料涂层周围或附近和/或邻近固化炉入口的区域或附近基本上没有水分。空气/气体增压室或管34应提供足够量的不含水分的气体G，以保持轻质材料涂层周围的区域基本上没有水分，但是所施加的不含水分的气体G不应太强，以致于轻质材料层因不含水分的气体G变形或者使得一些轻质材料被吹走。

在轻质材料层上涂布反应性树脂R和/或将吹扫气体G施加至轻质材料涂层之后，轻质材料涂层随后受到压制结构的作用，以确保通过反应性树脂完全润湿轻质材料层和/或确保反应性树脂保持分散于轻质材料层内。压制机构功能由形成双带压制机构的上带32和下带31执行。如图1所示，上带32的远端可位于固化炉入口的近侧，该距离可确保有足够的空间使树脂施加器33的远端和空气/气体增压室或管34位于固化炉30内的上带32与固化炉入口之间。当这些材料穿过固化炉30时，上带32和下带31按压轻质材料涂层。轻质材料涂层的按压促进反应性树脂(例如，单体和/或低聚物)使轻质材料完全饱和，因此，所有轻质材料都被反应性树脂完全浸湿。上带32与下带31之间的轻质材料涂层的按压还使轻质材料涂层对周围环境中的环境湿气的暴露最小化。在一些实施方案中，可以通过一个或多个压延机或辊来实现按压功能，所述压延机或辊按压或挤压反应性树脂于轻质材料层中。

下带31和上带32使轻质材料涂层通过固化炉30。固化炉30的温度保持在确保反应性树脂完全聚合的温度。换句话说，将固化炉30保持在单体和/或低聚物开始聚合的聚合温度下，该温度通常为约100℃或更高。对于包括己内酰胺的反应性树脂组合物，聚合温度可以为约120℃或更高(例如，约120℃至约220℃)。对于其中聚合树脂基质不熔融的预浸料制造工艺，单体和/或低聚物的聚合温度的上限可以是聚合物的熔融温度。例如，包括己内酰胺的反应性树脂组合物可以具有的聚合温度上限是聚酰胺-6的熔融温度(即约220℃)。轻质材料涂层可以暴露于固化炉30中持续一段时间，该时间足以确保反应性树脂材料完全聚合。例如，对于包括己内酰胺的反应性树脂组合物，轻质材料涂层在固化炉中的停留时间可以为约3分钟，以确保己内酰胺的完全聚合。在反应性树脂聚合后，形成其中布置有轻质材料的聚合物材料基质。轻质材料被锁定在聚合物材料基质中，并且聚合物材料基质和轻质材料形成热塑性复合片材36。热塑性复合片材还可以包括在制造过程中添加的任何其它填充材料。

在一些实施方案中，固化炉30的远端包括冷却机构35，其被配置为冷却完全固化的热塑性复合片材36。冷却机构35可以冷却热塑性复合片材36，出于减小或防止热塑性复合片材36的翘曲，或出于任何其它原因，以允许热塑性复合片材36被切成一定尺寸，由个体操作。冷却机构35通常将热塑性复合片材36冷却至低于50℃，并且更通常地冷却至环境温度或接近环境温度，这允许热塑性复合片材36由个体操作而不烧伤或伤害所述个体。冷却机构35可以包括冷水冷却。

所述系统还可以包括切割机构38，所述切割机构38被配置为将热塑性复合片材36切割成可以彼此堆叠的单个片材。图1的系统被设计成使得该过程在20分钟或更少并且更通常10分钟或更少的时间内执行。在一些实施方案中，该过程可以在5分钟或更少的时间内执行。

尽管下带31被示为从固化炉30的入口延伸，但是在一些实施方案中，下带31可以完全封闭在固化炉30内，或者在固化炉的罩或盖内。在这样的实施方案中，下带31延伸超过上带32的远端或前缘，使得系统的其它部件能够保持位于下带31上方。在这样的实施方案中，通常将所述系统的其它部件密封在固化炉30内，或者密封在固化炉30的罩或盖内。

轻质材料可以包括具有促进轻质材料与热塑性树脂之间的结合的偶联剂的施胶组合物。例如，施胶组合物可以包含将聚合活化剂部分共价键合至轻质材料的偶联活化剂。在这些情况下，轻质材料与由此产生的热塑性材料之间的结合可以显著加强或增强。在一个具体的实施方案中，所述施胶组合物含有硅烷偶联剂、聚合物成膜剂和其它添加剂的混合物，所述混合物被设计成增强轻质材料与聚酰胺-6基质之间的界面结合。在一些情况下，可以使用反应性硅烷，其允许一些聚合直接从轻质材料表面被引发。反应性硅烷可以改善轻质材料与树脂基质之间的偶联。

在一些实施方案中，活化剂可以被包括在轻质材料的表面上。在这些情况下，可以在系统中仅使用含有树脂和催化剂的单个储罐(例如罐21)，或者可以在第二储罐(例如罐22)中将减少量的活化剂与树脂混合。在一些实施方案中，两个储罐21和22可以各自包含不同的树脂材料。例如，第一储罐21可以包含己内酰胺，而第二储罐22包含月桂内酰胺。在这些情况下，可以将两种或更多种类型的反应性单体和/或低聚物的组合施加至轻质材料层。

在一些实施方案中，轻质材料施加机构37可被从系统移除。在这样的实施方案中，树脂施加器33可以被配置为当下带31移动通过树脂施加器33并且通常在树脂施加器33下方时，将反应性树脂和轻质材料(例如空心玻璃微球)同时施加至下带31。图3中示出了这种系统，其中移除了轻质材料施加机构37。在一个实施方案中，轻质材料可以与反应性树脂R或其它材料一起被容纳在任一个或两个储罐21和22中。在这样的实施方案中，反应性树脂R和轻质材料的混合物被不断地搅拌以确保材料在储槽内保持均匀地混合在一起。

反应性树脂R和轻质材料从任一个或两个储罐21和22被输送到混合头25，使得来自储罐21和22的所有材料被充分地混合。然后将反应性树脂R和轻质材料的均质混合物经由树脂施加器33被施加到下带31上。可以将反应性树脂R和轻质材料的混合物施加到离固化炉30足够近的地方，使得在将反应性树脂R和轻质材料的混合物施加到下带31上之后，基本上立即引发聚合。立即引发聚合有助于将轻质材料锁定或捕获在聚合物材料基质内，并减少或防止两种材料的分离或分层。

另外或可替代地，反应性树脂R与轻质材料的比率可以在确保两种材料不会分离和/或分层的范围内。具体地，使用适量的反应性树脂R可以确保树脂保持大部分被涂布在轻质材料上(例如，在空心玻璃微球的表面上)并且不会与轻质材料分离。由于毛细作用力，反应性树脂R也可以保持与轻质材料接触。当使用适当比率的轻质材料和反应性树脂R时，涂层力和/或毛细作用力可足以确保反应性树脂R与轻质材料保持接触，直至引发聚合反应，从而形成热塑性聚合物，其用于将轻质材料结合或粘着在一起。轻质材料与反应性树脂R的适当比率可以是液态树脂的量，其导致反应性树脂R在空心玻璃微球上形成涂层，从而在空心玻璃微球上形成薄的涂层，而基本上没有任何过量的液态树脂。该树脂量将确保树脂与空心玻璃微球保持接触。这些施加技术也可用于图1和图2的系统中，以确保轻质材料和反应性树脂R不分离和/或不分层。

在一些实施方案中，轻质材料可以与树脂材料分开地保持在储槽21和22中，并且可以直接引入到混合头25中以与反应性树脂R均匀混合。混合头25可被特别设计为均匀混合轻质材料和反应性树脂R。然后，均匀混合的轻质材料和反应性树脂R可以流入树脂施加器33并被施加在下带31的顶上。在其它实施方案中，树脂施加器33可以被配置为将反应性树脂R和轻质材料彼此紧邻分散或施加。例如，树脂施加器33可以包括粉末施加机构，所述粉末施加机构紧邻分配反应性树脂R的开口或狭槽布置。随着所述组分被树脂施加器33分散或施加在下带31的顶上，反应性树脂R和轻质材料可混合。图1-3的系统不包括被配置为将增强纤维、其它纤维或纤维状材料分散或施加到下带31的装置或机构(例如，纤维切碎机、纤维散布装置等)。因而，图1-3的系统没有施加增强纤维、其它纤维或纤维状材料，因此，所得的热塑性复合片材36不含增强纤维或其它纤维状材料。

完全聚合的树脂体系

如前所述，在一些实施方案中，热塑性复合片材的聚合物材料基质可以通过熔融完全聚合的热塑性树脂来形成。本文所用的完全聚合是指热塑性树脂不包括任何未聚合或部分聚合的材料，例如单体或低聚物。换句话说，热塑性复合片材不包括未聚合或部分聚合的材料，例如部分聚合的b阶树脂或通常用于热固性预浸料中的材料。部分聚合的b阶预浸料可以增加树脂在预浸料中的流动性，但是这些材料通常需要特殊处理(例如冷藏)，并且通常具有b阶材料将开始降解的有效期。部分聚合的b阶预浸料通常是粘的，并且通常需要使用两个位于预浸料相对侧的剥离衬里。相比之下，完全聚合的热塑性复合片材可基本上无限期地在环境温度下储存，并且在处理时需要注意的事项很少。

完全聚合的热塑性树脂可以包括但不限于聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺(包括PA6和PA6,6)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)树脂，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的任何组合。在优选的实施方案中，聚丙烯由于其低成本和低密度而被用作热塑性树脂。

可以以各种方式将热塑性树脂施加至轻质材料层，包括呈粉末形式、呈膜形式、呈熔融热塑性树脂片材形式、呈聚合物树脂纤维形式或它们的任何组合。在一个具体的实施方案中，将粉末热塑性树脂施加至轻质材料层。轻质材料通常也是粉末，因而，两种粉末可以分散于下带的顶上，使得两种粉末容易混合。例如，施加每种粉末的粉末施加器可以彼此紧邻布置，并且热塑性树脂粉末和轻质材料粉末可以同时分散于下带的顶上。在其它实施方案中，热塑性树脂粉末和轻质材料粉末可以混合在一起并经由单个粉末施加器分散。在其它实施方案中，轻质材料粉末可以与聚合物树脂纤维混合，热塑性膜可以位于轻质材料的一个表面上，或者热塑性材料可被挤出到轻质材料上。在下面将更详细地描述这些传输方法中的每一种。

参考图4-6，示出了被配置为使用完全聚合的热塑性树脂形成热塑性复合片材的系统。所述系统类似于图1-3的系统，因此，相似的附图标记用于表示相似的部件。具体地，所述系统包括烘炉30、下带31、上带32、冷却机构35和切割机构38。所述系统还可以包括干燥机构28，该干燥机构28被配置为当轻质材料和/或树脂移动通过干燥机构时，从轻质材料和/或树脂中去除残留水分。

上带32和下带31是如本文所述的双带压制机构的部件。然而，烘炉30并非旨在固化反应性树脂，而是旨在将完全聚合的热塑性树脂熔融。因而，烘炉30的温度保持在高于用于形成热塑性复合片材的一种或多种特定热塑性树脂的熔点的温度。所述系统不包括储液罐、混合头或被设计用于施加液态反应性树脂的模头，因为这些部件是反应性树脂系统所特有的。所述系统也不包括将不含水分的气体施加至轻质材料和树脂的气体吹扫机构，因为当使用完全聚合的热塑性材料时，环境湿气不再是问题。

所述系统确实包括轻质材料施加机构37，该轻质材料施加机构37位于下带31的顶上，并且其被配置为将轻质材料施加到下带31上。轻质材料通常为粉末或颗粒形式P，因此，轻质材料施加机构37通常是能够分散或施加粉末或颗粒状轻质材料P的机构。粉末/颗粒施加器可以包括粉末/颗粒进料装置、漏斗形料斗和/或散布辊，其被配置为从料斗获得粉末/颗粒，并且还可以包括刮刀，这确保粉末/颗粒在整个施加宽度上的均匀分配。轻质材料施加机构37将轻质材料粉末P施加在下带31的顶上，以形成轻质材料层。

所述系统还包括树脂施加器70，该树脂施加器70被配置为将热塑性树脂R施加在下带31的顶上以及轻质材料层上。树脂施加器70可以是被配置为分散热塑性树脂粉末或被配置为分散聚合物树脂纤维的装置。例如，在一些实施方案中，树脂施加器70是将热塑性树脂粉末分散或施加在下带31的顶上的粉末施加装置，而在其它实施方案中，树脂施加器70是将聚合物树脂纤维分散或施加在下带31的顶上的纤维切碎机或纤维散布装置。在其它实施方案中，树脂施加器70可以是粉末施加装置、纤维切碎机和/或纤维散布装置的任何组合。纤维切碎机可以包括安装有多个刀片的切割辊和支撑辊。切割辊的旋转可切割抵靠支撑辊的粗纱并使短切粗纱分散。纤维散布装置可以包括纤维进料装置、料斗、散布辊和/或刷除辊。热塑性树脂粉末和聚合物树脂纤维被配置为在烘炉30内熔融，以使热塑性树脂能够与轻质材料混合并分散于整个轻质材料层中。

为了易于描述实施方案，本公开内容通常将提及树脂施加器70，但应认识到，该名称可以指粉末施加装置、纤维切碎机和/或纤维散布装置中的任何一种或它们的任何组合。类似地，本公开内容通常将提及热塑性树脂R，但应认识到，该名称可以指热塑性树脂粉末、聚合物树脂纤维或它们的任何组合。另外，轻质材料施加机构37被示出为位于树脂施加器70附近，但应认识到，树脂施加器70和轻质材料施加机构37的位置可被切换，使得树脂施加器70位于轻质材料施加机构37附近。

在一些实施方案中，轻质材料施加机构37和树脂施加器70彼此紧邻布置，使得轻质材料P和热塑性树脂R基本上同时分散于下带31的顶上。轻质材料施加机构37和树脂施加器70的这种布置以及轻质材料和热塑性树脂R的同时分散有助于确保热塑性树脂R更均质或均匀地分散在整个轻质材料层中。例如，在一个实施方案中，轻质材料施加机构37可以紧邻粉末施加装置布置，使得轻质材料P随着热塑性树脂粉末R同时分散于下带31的顶上而被施加在下带31的顶上。热塑性树脂粉末R和轻质材料P可以随着材料下落在下带31的顶上而混合。或者，轻质材料施加机构37可以紧邻纤维切碎机或纤维散布装置布置，使得轻质材料P随着聚合物树脂纤维R同时分散于下带31的顶上而被施加在下带31的顶上。聚合物树脂纤维R和轻质材料P可随着材料下落在下带31的顶上而混合。

在其它实施方案中，轻质材料P可以被施加到下带31上，并且热塑性树脂R可以被施加在轻质材料P层的顶上。在其它实施方案中，聚合物树脂纤维R可以被施加在下带31的顶上，形成聚合物树脂纤维R的料片或网，并且轻质材料P可以被施加至聚合物树脂纤维R的料片或网。在任何实施方案中，热塑性树脂R可以渗透进轻质材料P层，反之亦然，使得热塑性树脂R至少部分地布置在轻质材料P层内。

在将轻质材料P和热塑性树脂R施加至下带31之后，将所述材料输送到烘炉30和双带压制机构。烘炉使热塑性树脂R熔融，从而使熔融的树脂在轻质材料层内流动。为了促进热塑性树脂R在轻质材料P层中的流动，下带31和上带32按压热塑性树脂R和轻质材料P层。这种按压迫使熔融的热塑性树脂R在轻质材料层内流动，并使该轻质材料层完全饱和。然后经由冷却机构35冷却所述材料，使得热塑性树脂硬化并形成其中分散有轻质材料的聚合物材料基质。硬化的材料形成热塑性复合片材36，然后经由切割机构38将其切割成单个片材。如前所述，所述系统可以包括干燥机构，该干燥机构被配置为当轻质材料P和/或热塑性树脂R移动通过干燥机构时，从轻质材料P和/或热塑性塑料R中去除残留水分。从轻质材料P和/或热塑性树脂R中去除残留水分可以防止或消除在热塑性复合片材36中形成空隙和/或增强热塑性复合片材36的形成过程中热塑性树脂R的熔融过程。

图5示出了类似的系统，区别在于树脂施加器70已被移除。在图5中，单一装置或机构39用于同时施加热塑性树脂R和轻质材料P。在一个具体的实施方案中，单一装置或机构39是粉末施加装置。所述粉末施加装置被配置为同时施加粉末轻质材料P与粉末热塑性树脂R。在这样的实施方案中，粉末施加装置兼作轻质材料施加机构37和树脂施加器70。粉末轻质材料P和粉末热塑性树脂R可以存储在粉末施加装置的单一料斗中，或者可以存储在粉末施加装置的分开的料斗中。单一装置或机构39的使用以及粉末轻质材料P和粉末热塑性树脂R的同时分散有助于确保将粉末轻质材料P和粉末热塑性树脂R均匀或均质地混合在形成于下带31的顶上的材料层中。所述材料的这种均匀或均质混合有助于确保轻质材料均匀地分布在热塑性复合片材的聚合物材料基质内。

在其它实施方案中，单一装置或机构39是纤维散布装置，其被配置为同时将聚合物树脂纤维R和轻质材料P分散于下带31的顶上。在这样的实施方案中，纤维散布装置兼作轻质材料施加机构37和树脂施加器70。轻质材料P和聚合物树脂纤维R可以存储在纤维散布装置的单一料斗中，或者可以存储在纤维散布装置的分开的料斗中。单一装置或机构39的使用以及轻质材料P和聚合物树脂纤维R的同时分散有助于确保轻质材料P和聚合物树脂纤维R均匀或均质地混合在形成于下带31的顶上的料片或网中。所述材料的这种均匀或均质混合有助于确保轻质材料均匀地分布在热塑性复合片材的聚合物材料基质内。基于热塑性复合片材的总重量，热塑性复合片材中的空心玻璃微球的重量百分比可以在1％至50％之间，优选在2％至40％之间，并且更优选在5％至30％之间。基于热塑性复合片材的总重量，聚合物树脂纤维R和/或粉末热塑性树脂R的重量百分比可以在50％至99％之间，优选在60％至98％之间，并且更优选在70％至95％之间。

图6示出了类似的系统，区别在于树脂施加器是缠绕热塑性树脂膜74的辊72。在图6的系统中，通过在下带31的顶上展开热塑性树脂膜74来将热塑性树脂施加至轻质材料P上，使得将热塑性树脂膜74位于轻质材料P的下方、轻质材料P的顶上或者轻质材料P的下方和顶上。为了将热塑性树脂膜74施加在轻质材料P层的顶上，将辊72布置在轻质材料施加机构37之后，从而在轻质材料P的顶上展开热塑性树脂膜74。热塑性树脂膜74被配置为以类似于粉末热塑性树脂和/或聚合物树脂纤维的方式在烘炉30内熔融。如本文所述，将熔融的热塑性材料经由下带31和上带32压入轻质材料P层内。热塑性树脂膜74可以与粉末热塑性树脂和/或聚合物树脂纤维组合使用或作为其替代物。在一些实施方案中，树脂施加器可以是挤出机装置(未示出)，该挤出机装置被配置为在轻质材料P的顶上挤出熔融的热塑性树脂片材，或者其被配置为挤出包括轻质材料的熔融热塑性树脂片材。

图4-6中使用的热塑性树脂能够使轻质材料层完全饱和。双压制机构有助于通过热塑性树脂润湿轻质材料层。按压功能由上带32和下带31执行，在轻质材料层和热塑性树脂通过烘炉30时，上带32和下带31按压轻质材料层的热塑性树脂涂层。轻质材料层的完全饱和意味着热塑性树脂从轻质材料层的一个表面到轻质材料层的相对表面浸渍轻质材料层。换句话说，轻质材料层的完全饱和意味着热塑性树脂被设置在轻质材料层或热塑性复合片材的整个厚度上。

在一些实施方案中，轻质材料P包括施胶组合物，其具有促进轻质材料P与热塑性树脂之间的结合的偶联剂。在这些情况下，热塑性树脂与轻质材料P之间的结合可以显著加强或增强。在具体的实施方案中，所述施胶组合物含有硅烷偶联剂、聚合物成膜剂和其它添加剂的混合物，所述混合物被设计成增强轻质材料P与聚合物材料基质之间的界面结合。

图4-6的系统不包括被配置为将例如增强纤维或纤维状材料的非聚合物树脂纤维分散或施加到下带31上的装置或机构。因而，非聚合物树脂纤维如增强纤维或纤维状材料不由图4-6的系统施加。因此，所得的热塑性复合片材36不含增强纤维、其它纤维或纤维状材料。另外，由于最初在图4-6的系统中使用的任何聚合物树脂纤维都用轻质材料熔融和按压，因此在热塑性复合片材中聚合物树脂纤维不是纤维状形式。而是，聚合物树脂纤维转变成固体热塑性材料，其形成热塑性复合片材的聚合物材料基质。因而，经由图4-6的系统形成的热塑性复合片材不包括增强纤维、其它纤维或纤维状材料。

示例性热塑性复合片材

上述系统可以用于制造如本文所述的热塑性复合片材。所述热塑性复合片材可以由以下构成或由以下组成：聚合物材料基质和布置在整个聚合物材料基质中的轻质材料。聚合物材料基质在热塑性复合片材的整个长度、宽度和厚度上连续延伸。聚合物材料基质是完全聚合的热塑性材料，这意味着热塑性复合片材不包括未聚合的预聚物材料或树脂(例如单体或低聚物)、B阶材料等。而是，热塑性树脂在热塑性复合片材内完全聚合。

轻质材料被布置在整个聚合物材料基质中，使得轻质材料被聚合物材料基质的热塑性材料完全饱和。在一个具体的实施方案中，轻质材料是空心玻璃微球、珍珠岩或这些材料的组合。当将热塑性复合片材加热到高于热塑性树脂的熔融温度时，热塑性树脂和轻质材料移动、流动并顺应模具或型腔。换句话说，当对热塑性复合片材进行加热和/或加压处理时，热塑性树脂软化或熔融，从而允许热塑性复合片材成型或形成为复合部件。在一些实施方案中，热塑性复合片材可以包括一种或多种填充材料。但是，热塑性复合片材不包括增强纤维、其它纤维或其它纤维状材料。

参考图7，示出了可以通过本文描述的系统和/或方法之一形成的热塑性复合片材。热塑性复合片材包括聚合物材料基质50和分散于整个聚合物材料基质50内的轻质材料51。轻质材料51通常均匀或均质地分散于聚合物材料基质50中，但在一些实施方案中，轻质材料51可以集中在热塑性复合片材的一个表面上或朝向热塑性复合片材的一个表面。当轻质材料51集中在热塑性复合片材的一个表面上或朝向热塑性复合片材的一个表面时，可以形成第二聚合物材料基质层(未示出)，使得轻质材料51被夹在两个聚合物材料基质层(未示出)之间。

热塑性复合片材包括50重量％至99重量％的热塑性材料并且包括1重量％至50重量％的轻质材料。热塑性复合片材可以包括一种或多种填充材料，但是热塑性复合片材不含或不包括增强纤维、其它纤维或其它纤维状材料。具体地，热塑性复合片材不包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、金属纤维、陶瓷纤维、纤维素纤维、天然纤维、芳族聚酰胺纤维、无机纤维、聚合物树脂纤维或它们的组合。

轻质材料的密度在0.1g/cm³至1.0g/cm³之间。轻质材料包括以下或由以下组成：空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。也可以使用其它轻质材料。在一个具体的实施方案中，轻质材料是空心玻璃微球。在这样的实施方案中，空心玻璃微球的密度可以在0.10g/cm³至0.60g/cm³之间，并且更通常为大约或低于0.40g/cm³。轻质材料包括具有促进聚合物材料与轻质材料之间的结合的偶联剂的施胶组合物。

形成聚合物材料基质的热塑性树脂可以包括以下或由以下组成：尼龙，PBT，PMMA，热塑性聚氨酯，聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。热塑性复合片材可以基本上具有任何长度、宽度和/或厚度，但热塑性复合片材通常具有在0.2mm至10mm之间的厚度，并且更通常具有在0.5mm至5mm之间的厚度。

热塑性复合片材可以具有0.5g/cm³至1.1g/cm³的密度。可以基于轻质材料的典型负载来计算密度范围。热塑性复合片材的密度可以根据ISO 1183(2019)来确定。热塑性复合片材可以包含：a)50重量％至99重量％的热塑性树脂；b)1重量％至50％重量的轻质材料；和c)1重量％至30重量％的填充材料。在优选的实施方案中，热塑性复合片材可以包含：a)70重量％至99重量％的热塑性树脂和b)1重量％至30重量％的轻质材料。在一些实施方案中，热塑性复合片材可以具有1.0克/立方厘米或更低的密度。

可以将热塑性复合片材切割成任何期望的长度和宽度。热塑性复合片材可以随后形成为复合部件。例如，可以将一层或多层热塑性复合片材压缩成型为期望的复合部件。热塑性复合片材可以与有机片材、预浸料或其它复合片材组合，所述有机片材、预浸料或其它复合片材可能包括或可能不包括纤维或纤维状材料。用于将热塑性复合片材形成为复合制品的示例性技术包括将单一复合片材或多个复合片材压缩成型为制品。在将热塑性复合片材压缩成型以形成最终制品的形状之前，通常使用预热来熔融热塑性树脂。

可以将热塑性复合片材放置在工具或模具的选定部分中以增强制品和/或在热固性和/或热塑性树脂难以触及的地方提供材料。例如，热塑性复合片材可以被施加至反应注塑成型工艺(RIM)、结构反应注塑成型工艺(SRIM)、树脂传递成型工艺(RTM)、真空辅助树脂传递成型工艺(VARTM)、喷涂成型工艺、长丝缠绕工艺和长纤维注塑成型工艺等中使用的模具或叠层的尖角和其它高度结构化区域。热塑性复合片材还可以用作局部增强材料，或在包括LFT(长纤维热塑性塑料)和D-LFT(直接长纤维热塑性塑料)的注塑和压缩成型过程中用于包覆成型(overmolding)。

可以由热塑性复合片材形成的示例性复合产品包括：汽车部件，风力涡轮机叶片部件，建筑和构建部件，电气部件，运动和休闲部件，和/或其它部件。示例性汽车部件包括：驾驶舱，座椅，仪表板，侧梁，底板，底板侧梁，车门饰板，车身板，开口，车身底部，前/后模块，发动机舱，发动机盖，电池托盘，油底壳，发动机罩/引擎盖，挡泥板，扰流板等。

方法

图8示出了形成热塑性复合片材的方法200。在框210，将轻质材料分散于双带压制机构的下带的顶上，以在下带的顶上形成轻质材料层。在框220，将树脂施加至所述轻质材料层。在框230，使轻质材料层和树脂通过烘炉，该烘炉被配置为当轻质材料和树脂移动通过烘炉时加热树脂。在框240，使轻质材料层和树脂在双带压制机构的下带与上带之间穿过，以按压树脂和轻质材料，从而使树脂分散于轻质材料层中并用树脂使轻质材料完全饱和。在框230和240处示出的步骤通常同时或几乎同时发生，但所述步骤可以依序进行，其中框230的步骤在框240的步骤之前发生，或者框240的步骤在框230的步骤之前发生。例如，轻质材料和树脂可以在这些材料进入烘炉时、在这些材料进入烘炉之前或者在这些材料进入烘炉之后不久在下带与上带之间穿过。在框250，将树脂和轻质材料冷却以形成热塑性复合片材。轻质材料的密度可以在0.1g/cm³至1.0g/cm³之间，并且热塑性复合片材不含增强纤维、其它纤维或纤维状材料。

在一些实施方案中，将树脂与轻质材料同时施加在下带的顶上，使得树脂分散于整个轻质材料层中。在一个实施方案中，树脂施加可以包括经由纤维切碎机或纤维散布装置将聚合物树脂纤维分散于下带的顶上，以形成聚合物树脂纤维的料片或网。聚合物树脂纤维被配置为在烘炉内熔融以使树脂能够与轻质材料混合并分散于整个轻质材料层中。在这样的实施方案中，轻质材料可以紧邻纤维切碎机或纤维散布装置分散，使得轻质材料随着聚合物树脂纤维分散于下带的顶上而被施加在下带的顶上，或者纤维散布装置可以被配置为分散聚合物树脂纤维并且同时将轻质材料施加在下带的顶上。

在另一个实施方案中，施加树脂可以包括从辊上展开热塑性树脂膜，以使热塑性树脂膜位于下带的顶上并且位于轻质材料的下方、轻质材料的顶上或者轻质材料的下方和顶上。在又一个实施方案中，施加树脂可以包括在轻质材料的顶上挤出熔融的热塑性树脂片材，或者将挤出包含轻质材料的熔融热塑性树脂片材。在又一个实施方案中，施加树脂可以包括经由粉末施加装置将粉末热塑性树脂施加至轻质材料层。在这样的实施方案中，粉末施加装置可以被配置为同时施加粉末轻质材料与粉末热塑性树脂，使得在形成轻质材料层时将树脂施加至轻质材料。所述树脂可以包括一种或多种以下热塑性树脂或由一种或多种以下热塑性树脂组成：聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。

在另一个实施方案中，施加树脂可以包括将单体或低聚物施加至轻质材料层。单体或低聚物可经由烘炉聚合以形成其中布置有轻质材料的聚合物材料基质。轻质材料可以与单体或低聚物均匀混合，从而将树脂和轻质材料同时施加至下带的顶上，以形成其中分散有树脂的轻质材料层。轻质材料和单体或低聚物可以经由树脂模头或树脂施加器同时施加。当树脂包括单体或低聚物或由单体或低聚物组成时，所述方法还可以包括当轻质材料移动通过干燥机构时经由所述干燥机构干燥轻质材料以从轻质材料中去除残留水分，以及经由气体施加机构将不含水分的气体吹到轻质材料涂层的一个或多个表面上以基本上防止单体或低聚物暴露于周围环境中的环境湿气。所述方法还可以包括经由混合部件将单体或低聚物与催化剂和活化剂中的至少一者混合。所述催化剂和活化剂可以促进单体或低聚物聚合以形成聚合物材料基质。单体或低聚物可以包括以下或由以下组成：内酰胺，内酯，环烯烃，环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)，热塑性聚氨酯的前体，或它们的混合物。内酰胺可以包括以下或由以下组成：己内酰胺、月桂内酰胺或它们的混合物。

在一些实施方案中，所述方法可以包括将施胶组合物施加至轻质材料。所述施胶组合物可以具有促进轻质材料与树脂之间的结合的偶联剂。所述方法还可以包括经由切割机构将热塑性复合片材切割成单个片材。轻质材料可以包括以下或由以下组成：空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。所述方法还可以包括当轻质材料和/或树脂移动通过干燥机构时经由所述干燥机构干燥轻质材料和/或树脂以从轻质材料和/或树脂中去除残留水分。

本文的说明书和/或权利要求书可以在描述实施方案的特征或方面时使用相对术语。例如，本说明书和/或权利要求书可以使用例如相对、约、基本上、之间、大约等的术语。这些相对术语意在解释可能导致实践和/或产生本文所述实施方案的偏差。例如，本说明书将来自两个储罐的混合物描述为混合成“基本上均质的混合物”。本公开还描述了用“基本上不含水分的气体”进行吹扫并且下带在起点和终点之间处于“基本上恒定的运动”。在这些描述中使用术语“基本上”以说明与完全均质的混合物、完全不含水分的气体或完全恒定的运动的微小偏差或差异。例如，本领域技术人员将认识到，不含水分的气体可以包括一些可忽略不计量的水分，并且在均质混合物内可存在一些可忽略不计量的非均质性。本领域技术人员还将认识到，在不脱离本文公开内容的精神的情况下，下带可能会发生一些轻微的停止或不运动。这些差异的偏差可能高达约10％，但通常小于5％，或甚至1％。类似的原理适用于本文中使用的任何其它相对术语。

在提供值的范围的情况下，应理解的是，除非上下文另外明确指出，否则也具体公开了在所述范围的上限和下限之间的每个中间值(精确到下限的单位的十分之一)。涵盖了规定范围内的任何规定值或中间值与该规定范围内的任何其它规定值或中间值之间的每个较小范围。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在所述范围内或排除在所述范围外，并且在较小范围内包括任一个、无一个或者两个极限值的每个范围也涵盖在本发明内，经受所述范围内的任何明确排除的限制。在所述范围包括一个或两个极限值的情况下，还包括排除那些已包括极限值中的一个或两个的范围。

除非上下文另外明确指出，否则如本文和权利要求书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指示物。因此，例如，对“一种方法”的提及包括多种这样的方法。为了清楚和理解的目的，现在已经详细描述了本发明。但是，应当理解，在权利要求的范围内可以进行某些改变和修改。

同样，当在本说明书和权利要求书中使用时，词语“包含”和“包括”旨在指定存在所述特征、整数、部件或步骤，但它们并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、部件、步骤、操作或群组。

Claims (45)

1.制造热塑性复合片材的系统，所述系统包括：

双带机构，其包括上带和下带，所述上带位于所述下带的顶上，并且所述下带的纵向长度显著长于所述上带的纵向长度，所述双带机构被配置为按压通过所述双带机构的材料；

轻质材料施加机构，其位于所述下带的顶上，所述轻质材料施加机构被配置为在所述下带的顶上施加轻质材料以在所述下带的顶上形成轻质材料层；

树脂施加器，其位于所述下带的顶上，所述树脂施加器被配置为将树脂施加至所述轻质材料层；

烘炉，其被配置为当所述轻质材料和所述树脂移动通过所述烘炉时加热所述树脂，以使所述树脂聚合或熔融；和

冷却机构，其被配置为冷却所述树脂和所述轻质材料以形成所述热塑性复合片材；

其中：

当所述轻质材料和所述树脂通过所述烘炉时，所述双带机构按压所述轻质材料和所述树脂，使所述树脂分散于整个所述轻质材料层中并使所述轻质材料饱和；

所述轻质材料具有0.1g/cm³至1.0g/cm³的密度；并且

所述热塑性复合片材基本上不含增强纤维。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述轻质材料施加机构和所述树脂施加器彼此紧邻布置，以便在所述下带的顶上基本上同时分散所述轻质材料和所述树脂，使得所述树脂分散于整个所述轻质材料层中。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述树脂施加器是纤维切碎机或纤维散布装置，其被配置为在所述下带的顶上分散聚合物树脂纤维以形成聚合物树脂纤维的料片或网，其中所述聚合物树脂纤维被配置为在所述烘炉内熔融以使所述树脂与所述轻质材料混合并分散于整个所述轻质材料层中。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述轻质材料施加机构紧邻所述纤维切碎机或纤维散布装置布置，以便当在所述下带的顶上分散所述聚合物树脂纤维时在所述下带的顶上施加所述轻质材料，或者其中所述纤维散布装置被配置为在所述下带的顶上分散所述聚合物树脂纤维并同时施加所述轻质材料，使得所述纤维散布装置兼作所述轻质材料施加机构和所述树脂施加器。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述树脂施加器是缠绕热塑性树脂膜的辊，并且其中通过在所述下带的顶上展开所述热塑性树脂膜而将所述树脂施加至所述轻质材料，使得所述热塑性树脂膜位于所述轻质材料的下方、位于所述轻质材料的顶上或位于所述轻质材料的下方和顶上。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述树脂施加器是挤出机装置，其被配置为在所述轻质材料的顶上挤出熔融的热塑性树脂片材，或者其被配置为挤出包含所述轻质材料的熔融热塑性树脂片材。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述树脂施加器是粉末施加装置，其被配置为将粉末热塑性树脂施加至所述轻质材料层。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述粉末施加装置被配置为同时施加粉末轻质材料与所述粉末热塑性树脂，使得所述粉末施加装置兼作所述轻质材料施加机构和所述树脂施加器。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述树脂包括以下热塑性树脂中的一种或多种：聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括干燥机构，所述干燥机构被配置为当所述轻质材料移动通过所述干燥机构时从所述轻质材料中去除残留水分。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述树脂施加器是被配置为向所述轻质材料层施加单体或低聚物的模头，其中所述单体或低聚物可经由烘炉聚合以形成其中布置有所述轻质材料的聚合物材料基质。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述轻质材料与所述单体或低聚物均匀混合，并且其中所述模头兼作所述树脂施加器和所述轻质材料施加机构，使得在所述下带的顶上同时施加所述树脂和所述轻质材料，以形成其中分散有所述树脂的所述轻质材料层。

13.如权利要求11所述的系统，其中所述系统还包括：

干燥机构，其被配置为当所述轻质材料移动通过所述干燥机构时从所述轻质材料中去除残留水分；和

气体施加机构，其被布置成将不含水分的气体吹到所述轻质材料层的一个或多个表面上，以基本上防止所述单体或低聚物暴露于周围环境中的环境湿气。

14.如权利要求11所述的系统，其中所述系统还包括将所述单体或低聚物与催化剂和/或活化剂中的至少一者混合的混合部件，其中所述催化剂和/或活化剂促进所述单体或低聚物聚合以形成所述聚合物材料基质。

15.如权利要求11所述的系统，其中所述单体或低聚物包括内酰胺、内酯、环烯烃、环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、热塑性聚氨酯的前体，或它们的混合物。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述内酰胺包括己内酰胺、月桂内酰胺或它们的混合物。

17.如权利要求1所述的系统，其中所述轻质材料包括施胶组合物，所述施胶组合物具有促进所述轻质材料与所述树脂之间的结合的偶联剂。

18.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括切割机构，所述切割机构将所述热塑性复合片材切割成单独片材，所述切割机构位于所述烘炉之后。

19.如权利要求1所述的系统，其中所述轻质材料包括空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。

20.形成热塑性复合片材的方法，所述方法包括：

在双带压制机构的下带的顶上分散轻质材料，在所述下带的顶上形成轻质材料层；

将树脂施加至所述轻质材料层；

使所述轻质材料层和所述树脂通过烘炉，所述烘炉被配置为当所述轻质材料和所述树脂移动通过所述烘炉时加热所述树脂；以及

使所述轻质材料层和所述树脂在所述双带压制机构的下带与上带之间通过，以按压所述树脂和所述轻质材料，从而使所述树脂分散于所述轻质材料层中并用所述树脂使所述轻质材料完全饱和；以及

冷却所述树脂和所述轻质材料以形成所述热塑性复合片材；其中：

所述轻质材料具有0.1g/cm³至1.0g/cm³的密度；并且

所述热塑性复合片材基本上不含增强纤维。

21.如权利要求20所述的方法，其中在所述下带的顶上同时施加所述树脂与所述轻质材料，使得所述树脂分散于整个所述轻质材料层中。

22.如权利要求20所述的方法，其中施加所述树脂包括经由纤维切碎机或纤维散布装置在所述下带的顶上分散聚合物树脂纤维以形成聚合物树脂纤维的料片或网，其中所述聚合物树脂纤维被配置为在所述烘炉内熔融，以使所述树脂能够与所述轻质材料混合并分散于整个所述轻质材料层中。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述轻质材料紧邻所述纤维切碎机或纤维散布装置被分散，以便当在所述下带的顶上分散所述聚合物树脂纤维时在所述下带的顶上施加所述轻质材料，或者其中所述纤维散布装置被配置为在所述下带的顶上分散所述聚合物树脂纤维并同时施加所述轻质材料。

24.如权利要求20所述的方法，其中施加所述树脂包括从辊的周围展开热塑性树脂膜，使得所述热塑性树脂膜位于所述下带的顶上并且位于所述轻质材料的下方、位于所述轻质材料的顶上或位于所述轻质材料的下方和顶上。

25.如权利要求20所述的方法，其中施加所述树脂包括在所述轻质材料的顶上挤出熔融的热塑性树脂片材或者挤出包含所述轻质材料的熔融的热塑性树脂片材。

26.如权利要求20所述的方法，其中施加所述树脂包括经由粉末施加装置将粉末热塑性树脂施加至所述轻质材料层。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述粉末施加装置被配置为施加粉末轻质材料并同时施加所述粉末热塑性树脂，以便当形成所述轻质材料层时将所述树脂施加至所述轻质材料。

28.如权利要求20所述的方法，其中所述树脂包括以下热塑性树脂中的一种或多种：聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。

29.如权利要求20所述的方法，其中施加所述树脂包括将单体或低聚物施加至所述轻质材料层，其中所述单体或低聚物可经由所述烘炉聚合以形成其中布置有所述轻质材料的聚合物材料基质。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述轻质材料与所述单体或低聚物均匀混合，以便在所述下带的顶上同时施加所述树脂和所述轻质材料，以形成其中分散有所述树脂的所述轻质材料层。

31.如权利要求29所述的方法，所述方法还包括：

当所述轻质材料移动通过干燥机构时经由所述干燥机构干燥所述轻质材料以从所述轻质材料中去除残留水分；以及

经由气体施加机构将不含水分的气体吹到所述轻质材料层的一个或多个表面上以基本上防止所述单体或低聚物暴露于周围环境中的环境湿气。

32.如权利要求29所述的方法，所述方法还包括经由混合部件将所述单体或低聚物与催化剂和/或活化剂中的至少一者混合，其中所述催化剂和/或活化剂促进所述单体或低聚物聚合以形成所述聚合物材料基质。

33.如权利要求29所述的方法，其中所述单体或低聚物包括内酰胺、内酯、环烯烃、环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、热塑性聚氨酯的前体，或它们的混合物。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述内酰胺包括己内酰胺、月桂内酰胺或它们的混合物。

35.如权利要求20所述的方法，所述方法还包括将施胶组合物施加至所述轻质材料，所述施胶组合物具有促进所述轻质材料与所述树脂之间的结合的偶联剂。

36.如权利要求20所述的方法，所述方法还包括经由切割机构将所述热塑性复合片材切割成单独片材。

37.如权利要求20所述的方法，其中所述轻质材料包括空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。

38.如权利要求20所述的方法，所述方法还包括当所述轻质材料移动通过干燥机构时经由所述干燥机构干燥所述轻质材料以从所述轻质材料中去除残留水分。

39.一种热塑性复合片材，所述热塑性复合片材包括：

具有长度、宽度和厚度的复合片材，所述复合片材由在所述复合片材的整个长度、宽度和厚度上连续延伸的聚合物材料基质组成，所述聚合物材料基质是完全聚合的热塑性材料；和

轻质材料，所述轻质材料布置在整个所述聚合物材料基质中，使得所述轻质材料被所述聚合物材料基质的所述热塑性材料完全饱和；其中：

所述复合片材包含50重量％至99重量％的所述热塑性材料；

所述复合片材包含1重量％至50重量％的所述轻质材料；并且

所述复合片材基本上不含增强纤维。

40.如权利要求39所述的热塑性复合片材，其中所述轻质材料具有0.1g/cm³至1.0g/cm³的密度。

41.如权利要求40所述的热塑性复合片材，其中所述轻质材料包括空心玻璃微球、珍珠岩或它们的组合。

42.如权利要求39所述的热塑性复合片材，其中所述轻质材料包括施胶组合物，所述施胶组合物具有促进所述聚合物材料与所述轻质材料之间的结合的偶联剂。

43.如权利要求39所述的热塑性复合片材，其中所述聚合物材料包括尼龙、聚烯烃、PBT、PMMA、热塑性聚氨酯和它们的组合。

44.如权利要求39所述的热塑性复合片材，其中所述聚合物材料包括聚烯烃，聚丙烯(PP)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯(PC)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，PC/ABS，热塑性聚氨酯(TPU)，聚苯硫醚(PPS)，缩醛(聚甲醛或POM)，聚乙烯亚胺(PEI)，聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯腈，包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的共聚丙烯腈，或它们的组合。

45.如权利要求39所述的热塑性复合片材，其中所述热塑性复合片材具有1.0g/cm³或更低的密度。

Images