CN113861552A - 用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料 - Google Patents

用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料 Download PDF

Info

Publication number
CN113861552A
CN113861552A CN202110725254.XA CN202110725254A CN113861552A CN 113861552 A CN113861552 A CN 113861552A CN 202110725254 A CN202110725254 A CN 202110725254A CN 113861552 A CN113861552 A CN 113861552A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer
reinforcing
matrix polymer
reinforcing fibers
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110725254.XA
Other languages
English (en)
Inventor
S·阿佩尔特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN113861552A publication Critical patent/CN113861552A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/046—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with synthetic macromolecular fibrous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0005—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor using fibre reinforcements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/201—Pre-melted polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L77/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L77/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/22—Thermoplastic resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2423/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2423/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2423/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2423/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2467/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2467/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2477/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2477/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料。本发明的主题是聚合物复合材料(1)，其包含至少一种热塑性基体聚合物(2)和至少一种增强纤维(3)，其中所述增强纤维(3)包含至少一种聚合物材料，其特征在于，所述增强纤维(3)包含至少一种交联聚合物材料；所述增强纤维(3)具有1至10 mm的平均纤维长度；和所述增强纤维(3)具有10至20μm的平均纤维直径。本发明的主题还是用于制造聚合物复合材料(1)的方法，以及所述聚合物复合材料(1)用于制造纤维增强成型体的用途。

Description

用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料
技术领域
本发明的主题是聚合物复合材料，其包含至少一种基体聚合物和至少一种增强纤维，所述聚合物复合材料可以在注射成型法中使用并且是可再循环的。
背景技术
塑料废料的材料再利用和处理变得越来越重要。对此的前提条件是遵循再循环塑料的高品质标准。为了设定所需的性能状况，常规的塑料通常包含添加剂，尤其填料和添加物质，以及增强材料。对于工程塑料的再利用而言的巨大障碍是玻璃或碳纤维增强材料。这种增强塑料当前不进行材料再循环，而是经受热处置。
US 2017/0173861 A1公开了一种用于制造热塑性树脂复合物的方法，其中该方法提供了基体树脂层和增强树脂层的层压体。
WO 2013/174943 A1涉及一种用于制造纤维复合材料的方法，其中增强纤维和基体都基于聚酰胺，其中作为基于聚酰胺的增强结构，使用单丝或复丝、纱线、捻纱、粗纱、垫、无纺布、机织物、铺设物或针织物，它们仅基于聚酰胺并且本身由拉伸纤维制成。
EP 2 818 297 A1涉及一种注射成型方法，其中使用基于聚酰胺的模塑料与基于聚酰胺的增强结构的组合以制造单纯类别、低温抗冲韧性的纤维复合材料。作为基于聚酰胺的增强结构，可以使用由聚酰胺连续纤维、聚酰胺线、聚酰胺粗纱、基于聚酰胺的编织网(其优选在交叉点处焊接)、聚酰胺无纺布或聚酰胺非织造物制成的基于聚酰胺的纺织增强材料。
WO 2009/127864 A1涉及一种用于制造自增强塑料材料的方法，其中该方法包括：
(a)形成第一类塑料材料与第二类塑料材料的混合物，其中至少所述第二类塑料材料以细长元件的形式存在，并且所述第一类塑料材料是可选择性加热的，和
(b)处理如此形成的混合物，以使得所述第一类塑料材料熔融以产生连续相，而所述第二类塑料材料的细长元件保持完整或基本完整，其中这些元件分散在所述连续相中。
发明内容
本发明的主题是聚合物复合材料，其包含至少一种热塑性基体聚合物和至少一种增强纤维，其中所述增强纤维包含至少一种聚合物材料，其特征在于
所述增强纤维包含至少一种交联聚合物材料；
所述增强纤维具有1至10 mm的平均纤维长度；和
所述增强纤维具有10至20μm的平均纤维直径。
所述聚合物复合材料包含至少一种热塑性基体聚合物。所述基体聚合物包含至少一种热塑性聚合物。优选地，所述至少一种基体聚合物包含至少一种选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮及其混合物的热塑性聚合物。
合适的聚烯烃的实例特别包括衍生自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的重复单元的聚合物。换句话说，合适的聚烯烃尤其可由选自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的聚烯烃尤其是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物(聚(乙烯-共-丙烯))和聚苯乙烯及其混合物。在一个优选的实施方案中，所述基体聚合物至少包含聚丙烯。
合适的聚酰胺的实例尤其包括衍生自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的重复单元的聚合物。换句话说，合适的聚酰胺尤其可由选自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的聚酰胺尤其是聚酰胺6.6、聚酰胺6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺11和聚酰胺12以其混合物。在一个优选实施方案中，基体聚合物至少包含聚酰胺6.6、聚酰胺6及其混合物。
合适的聚酯的实例特别包括衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚A及其混合物的重复单元的聚合物。换句话说，合适的聚酯特别是由选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚-A及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的聚酯特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯及其混合物。在一个优选的实施方案中，所述基体聚合物至少包含其中的聚对苯二甲酸丁二醇酯。
聚苯硫醚可以例如通过1,4-二氯苯与硫化钠的缩聚而获得。聚醚醚酮可以例如通过4,4'-二氟二苯甲酮与氢醌钠盐的反应而获得。
此外，所述基体聚合物可以包含通常使用的助剂和添加剂。用于调适基体聚合物或聚合物复合材料的性能的合适添加剂是本领域技术人员已知的。可以示例性提及的是粘附优化剂、阻燃剂、抗冲改性剂、颜料、染料、填料、抗氧化剂、UV稳定剂、过氧化物破坏剂、抗静电剂、润滑剂、脱模剂和它们中两种或更多种的组合。
在本发明的一个实施方案中，热塑性基体聚合物包含至少一种助剂和/或至少一种添加剂。
在本发明的一个替代实施方案中，热塑性基体聚合物不包含填料。
在本发明的另一替代实施方案中，热塑性基体聚合物不包含助剂和/或添加剂。
在本发明的一个替代实施方案中，热塑性基体聚合物除了根据本发明的增强纤维之外不包含其它增强纤维或纤维状填料，尤其不包含玻璃纤维和/或碳纤维。
在本发明的一个实施方案中，基体聚合物除了上述衍生自单体的重复单元之外还包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。其对此能够改善基体聚合物和增强纤维的聚合物材料之间的粘附性。合适的粘附优化剂例如衍生自马来酸酐。
在本发明的一个替代优选实施方案中，基体聚合物除了上述衍生自单体的重复单元之外不包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。在这种情况下，基体聚合物和增强纤维的聚合物材料基本上由相同的重复单元构成，以使得不需要改善粘附性。
聚合物复合材料除了所述至少一种热塑性基体聚合物之外还包含至少一种增强纤维，该增强纤维包含至少一种交联聚合物材料。增强纤维的聚合物材料优选包含至少一种选自交联聚烯烃、交联聚酰胺、交联聚酯、交联聚苯硫醚、交联聚醚醚酮及其混合物的聚合物。
合适的交联聚烯烃的实例特别包括衍生自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的重复单元的交联聚合物。换句话说，合适的交联聚烯烃尤其可由选自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的交联聚烯烃尤其是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物(聚(乙烯-共-丙烯))和聚苯乙烯及其混合物。在一个优选的实施方案中，增强纤维的聚合物材料至少包含交联聚丙烯。
合适的交联聚酰胺的实例特别包括衍生自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的重复单元的交联聚合物。换句话说，合适的交联聚酰胺尤其可由选自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的交联聚酰胺尤其是聚酰胺6.6、聚酰胺6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺11和聚酰胺12及其混合物。在一个优选实施方案中，增强纤维的聚合物材料至少包含交联聚酰胺6.6、交联聚酰胺6及其混合物。
合适的交联聚酯的实例特别包括衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚A及其混合物的重复单元的交联聚合物。换句话说，合适的交联聚酯特别可由选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚A及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的交联聚酯特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯及其混合物。在一个优选的实施方案中，增强纤维的聚合物材料至少包含其中的交联聚对苯二甲酸丁二醇酯。
交联聚苯硫醚可以例如通过1,4-二氯苯与硫化钠的缩聚而获得。交联聚醚醚酮可以例如通过4,4'-二氟二苯甲酮与氢醌钠盐的反应而获得。
此外，增强纤维的聚合物材料可以包含通常使用的助剂和添加剂。用于调适基体聚合物或聚合物复合材料的性能的合适添加剂是本领域技术人员已知的。可以示例性提及的是交联剂、粘附优化剂、阻燃剂、抗冲改性剂、颜料、染料、填料、抗氧化剂、UV稳定剂、过氧化物破坏剂、抗静电剂、润滑剂、脱模剂和它们中两种或更多种的组合。
在本发明的一个实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外还包含衍生自至少一种交联剂的重复单元。合适的交联剂尤其是具有至少两个，优选至少三个可聚合官能团的化合物。其实例包括二烯烃、三烯烃、三胺、三醇、三羧酸及其混合物。
在本发明的一个替代优选实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外不包含衍生自至少一种交联剂的重复单元。在这种情况下，聚合物材料的交联通过辐射交联进行。
在本发明的一个实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外还包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。其对此能够改善基体聚合物和增强纤维的聚合物材料之间的粘附性。合适的粘附优化剂例如衍生自马来酸酐。
在本发明的一个替代优选实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外不包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。在这种情况下，基体聚合物和增强纤维的聚合物材料基本上由相同的重复单元构成，以使得不需要改善粘附性。
热塑性基体聚合物和增强纤维的聚合物材料可以基本上彼此相同或不同。这意味着，热塑性基体聚合物和增强纤维的聚合物材料可以基本上由衍生自相同单体的重复单元构成，或可由衍生自彼此不同的单体的重复单元构成。
在本发明的一个实施方案中，所述热塑性基体聚合物和所述增强纤维的聚合物材料彼此不同。在这种情况下，至少所述热塑性基体聚合物和/或增强纤维的聚合物材料优选至少包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。
在本发明的一个替代的特别优选的实施方案中，所述热塑性基体聚合物和所述增强纤维的聚合物材料相同。这意味着，热塑性基体聚合物和增强纤维的聚合物材料基本上由衍生自相同单体的重复单元构成。在这种情况下，可以省略用于粘附优化的共聚单体、添加剂和助剂。
增强纤维的聚合物材料是交联聚合物。原则上，本领域技术人员已知的用于交联聚合物的所有方法都是合适的。要强调的是，交联是通过聚合物中的自由基的再组合而实现的，所述自由基通过加入自由基形成剂或通过高能辐射(所谓的辐射交联)而产生；交联是在有或没有加入额外交联剂的情况下通过聚合物中的合适官能团的缩聚反应而实现的；交联是在有或没有加入额外交联剂的情况下通过聚合物中的合适官能团的加聚反应而实现的，以及它们的组合。
在本发明的一个优选的实施方案中，增强纤维的聚合物材料借助辐射交联而交联。聚合物的辐射交联是本领域技术人员已知的方法，其中用高能辐射，优选高能β-和/或γ-辐射来照射聚合物。通过辐射能量，在聚合物内产生自由基，其通过组合反应而导致形成交联点。原则上，可以使用各种辐射交联方法。在一个优选的实施方案中，首先提供由聚合物材料制成的增强纤维并且随后使其通过辐射交联而交联。与交联聚合物材料的情况相比，由未交联聚合物材料形成纤维可以通过更简单的方法来实现。
所述增强纤维是短纤维，并且具有1至10 mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径。增强纤维优选具有1000:1至50:1，优选500:1至100:1的纤维长度与纤维直径的比率。纤维长度可以通过切割连续纤维而有针对性地调节。
根据本发明的聚合物复合材料优选通过将所述至少一种基体聚合物和所述至少一种增强纤维彼此混合而获得，以获得均匀的聚合物复合材料。原则上，组分彼此的混合可以以各种对此合适的方式和在各种合适的温度下进行。优选在100℃至400℃，更优选150℃至350℃，特别是200℃至300℃的温度下进行组分的混合。替代地，也可以在15℃至100℃的温度下，例如在(约) 20℃下进行配混。例如，组分可以在任选加热的捏合反应器(例如内捏合机)、任选加热的挤出机或任选加热的双轴螺杆机中彼此混合。在升高的温度下混合在此也可以称为熔体配混或熔体挤出。组分彼此的混合可以相继地或同时地进行。因此，组分可以全部同时加入或依次加入。
聚合物复合材料优选借助在任选加热的挤出机中熔体配混或熔体挤出而获得。在一个特别优选的实施方案中，在此将组分依次添加到熔体配混或熔体挤出过程中。为此，优选首先将基体聚合物熔融，然后添加增强纤维以及任选的添加剂和/或助剂。
根据本发明的聚合物复合材料优选包含
基于所述聚合物复合材料的总重量计30-90重量%，优选40-85重量%，特别是50-80重量%的所述至少一种热塑性基体聚合物；
基于所述聚合物复合材料的总重量计10-70重量%，优选15-60重量%，特别是20-50重量%的所述至少一种增强纤维；和
基于所述聚合物复合材料的总重量计0-10重量%，优选0-7重量%，特别是0-5重量%的助剂和/或添加剂。
因此，本发明的主题还是用于制造聚合物复合材料的方法，所述聚合物复合材料包含至少一种热塑性基体聚合物和至少一种增强纤维，其中所述增强纤维包含至少一种聚合物材料，其特征在于，所述方法至少包括以下方法步骤：
(i)提供至少一种基体聚合物；
(ii)提供至少一种增强纤维，其中所述增强纤维具有1至10 mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径并且包含至少一种交联聚合物材料；
(iii)加热所述至少一种基体聚合物，以获得所述至少一种基体聚合物的聚合物熔体；
(iv)将所述基体聚合物的聚合物熔体与所述至少一种增强纤维混合，以获得均匀的聚合物复合材料。
在第一方法步骤(i)中，提供至少一种热塑性基体聚合物。可以应用之前对基体聚合物作出的说明。基体聚合物可以通过各种已知的聚合方法获得。如果应将上述助剂和/或添加剂之一添加到基体聚合物中，则这可以在方法步骤(i)中通过例如在加热的捏合反应器中混合基体聚合物和助剂和/或添加剂来进行。助剂和/或添加剂也可以在实施方法步骤(i)之前或之后，例如在实施根据方法步骤(iv)的配混之前、期间和/或之后进行。
在第二方法步骤(ii)中，提供至少一种增强纤维，其中所述增强纤维具有1至10mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径并且包含至少一种交联聚合物材料。之前所涉的增强纤维的定义和优选实施方案相应地适用。纤维可由上述聚合物材料通过所有已知方法作为连续纤维制成，随后将其切割成所需长度。纤维可任选地在切割之前或之后用添加剂和/或助剂涂覆。
增强纤维的聚合物材料在实施方法步骤(ii)之前、期间或之后借助上述方法之一交联。优选地，为此使用辐射交联方法。
在进一步的方法步骤(iii)中，加热该至少一种基体聚合物，以获得该至少一种基体聚合物的聚合物熔体。这可以通过供应热能来实现。然而，通过例如在挤出机或捏合反应器中引入机械能，基体聚合物的温度已经可以如此强烈地升高，以使得在不必引入额外热能的情况下获得聚合物熔体。
在进一步的方法步骤(iv)中，将在方法步骤(iii)中获得的基体聚合物的聚合物熔体与所述至少一种增强纤维混合，以获得均匀的聚合物复合材料。如前所述，混合可以在任选加热的捏合反应器(例如内捏合机)、任选加热的挤出机或任选加热的双轴螺杆机中进行。优选使用任选加热的挤出机。
方法步骤(iii)和方法步骤(iv)可同时进行，或方法步骤(iv)在实施方法步骤(iii)之后进行。在一个优选的实施方案中，方法步骤(iv)在实施方法步骤(iii)之后进行。
如果使用挤出机来制造聚合物复合材料，首先在挤出机的熔融区中提供基体聚合物的聚合物熔体，并且优选仅在挤出机的随后混合区中才通过侧向供应而加入所述至少一种增强纤维。
根据本发明的方法可以包括进一步的任选方法步骤，例如添加其它添加剂和/或助剂。这种添加优选在方法步骤(i)至(iv)之一之前、期间或之后进行。
此外，在方法步骤(iv)中获得的所得聚合物复合材料可以被加工成条料或粒料并且随后被进一步加工，或在实施根据本发明的方法之后直接被加工成成型体。这种成型体可以例如通过注射成型、挤出和吹塑成型方法来制造。加工的另一种形式是通过由先前制造的板材或膜的深拉和膜后注塑方法来制造成型体。这种成型体的实例是各种类型的膜、型材、壳体部件。
聚合物复合材料优选用于在注射成型法中制造纤维增强成型体。此外，聚合物复合材料优选用于制造可再循环的成型体。根据本发明的聚合物复合材料在此尤其适合于基本上无损坏地进行塑料废料再利用的必要处理方法，如尤其是塑料熔体的过滤和多次配混和挤出。
本发明的优点
本发明提供聚合物复合材料，其可以毫无问题地进行材料再循环。本发明归因于使用聚合物增强纤维来增强基体聚合物。聚合物增强纤维的优点是，与常规的刚性且脆的碳纤维或玻璃纤维相比，它们在聚合物熔体中具有更高的柔性，并因此由于在配混时和在注射成型中的多次机械负荷而较不显著变短。此外，在再处理时的熔体过滤中，过滤器不被阻塞，并且聚合物复合材料的组成不会由于不受控地过滤出增强纤维而改变。在再处理时获得的再生粒料的特征在于高的产品品质。
通过使用由相同单体构成的聚合物增强纤维(基体聚合物也由这些单体构成)，可以放弃使用额外的粘附优化剂。使用交联增强纤维在此确保了增强纤维的熔点相对于基体聚合物而言提高，并且增强纤维在配混和进一步加工时保持其结构和形状。
与玻璃纤维增强塑料相比，根据本发明的聚合物复合材料具有明显更低的密度，并因此可以用作轻质结构中的材料。
用于制造根据本发明的聚合物复合材料的方法可以通过常规方法和工具进行。与根据现有技术的方法相比，所述制造以明显更低的使用能量进行。此外，根据本发明的聚合物复合材料具有较少的磨蚀性，由此显著减少了加工机器(粉碎机、配混机和注射成型机器)和注射成型工具由于维护操作所致的停工时间。
根据本发明的聚合物复合材料可以在常规的注射成型法中加工。因此，可以制造具有复杂几何形状和高负荷的部件，这类似于用常规增强塑料制造的。与其不同的是在本发明中已知的其中使用无纺布或机织物用于增强的自增强塑料。
附图说明
借助附图和以下描述详细解释本发明的实施方案。
其中：
图1示意性地示出了用于制造根据本发明的聚合物复合材料的方法。
具体实施方式
在本发明的实施方案的以下描述中，相同或相似的元件用相同的附图标记表示，其中在个别情况下不重复描述这些元件。附图仅示意性地示出本发明的主题。
图1示意性地示出了用于制造根据本发明的聚合物复合材料1的根据本发明的方法的实施。在该实施例中，该方法借助挤出机10进行，该挤出机包括至少一个挤出机螺杆11并且具有至少一个进料区12、至少一个熔融区13、至少一个混合区14和至少一个出料区15。在此，挤出机10此外具有压缩区16。所述挤出机螺杆11通过沿朝着输送方向17的旋转运动来输送引入到挤出机10中的组分。基体聚合物2优选以粒料或粉末的形式引入挤出机10的进料区12中并且通过挤出机螺杆11输送到熔融区13中。例如，基体聚合物2是聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺6.6或聚对苯二甲酸丁二醇酯。在熔融区13中，基体聚合物2通过供应热能或仅通过借助挤出机螺杆11引入的机械能的热引入而熔融。在随后的压缩区16中，聚合物熔体被压缩。任选地，聚合物熔体可以在该挤出机区或另一挤出机区中脱气。在混合区14中，将增强纤维3以及任选的助剂和/或添加剂通过侧向供应18供入所述聚合物熔体中。增强纤维3根据本发明由交联聚合物材料组成并且具有1至10 mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径。增强纤维3的聚合物材料例如是交联的聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺6.6或聚对苯二甲酸丁二醇酯。优选地，基体聚合物2和增强纤维3的聚合物材料包含相同单体的重复单元或基本上由其组成。在混合区14中，将组分均匀混合，以获得聚合物复合材料1。其通过出料区15从挤出机10中输送出去并且可以被加工成条料、粒料或被直接加工成成型体。
本发明不限于这里描述的实施例和其中强调的方面。相反，在通过权利要求给出的范围内，可实现处于本领域技术人员行事范围内的多种变型。

Claims (10)

1.聚合物复合材料(1)，其包含至少一种热塑性基体聚合物(2)和至少一种增强纤维(3)，其中所述增强纤维(3)包含至少一种聚合物材料，其特征在于，
所述增强纤维(3)包含至少一种交联聚合物材料；
所述增强纤维(3)具有1至10 mm的平均纤维长度；和
所述增强纤维(3)具有10至20μm的平均纤维直径。
2.根据权利要求1所述的聚合物复合材料(1)，其中所述热塑性基体聚合物(2)和所述增强纤维(3)的聚合物材料基本上由衍生自相同单体的重复单元构成。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物复合材料(1)，其中所述热塑性基体聚合物(2)和所述增强纤维(3)的聚合物材料包含选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯及其混合物的聚合物。
4.根据权利要求3所述的聚合物复合材料(1)，其中所述热塑性基体聚合物(2)和所述增强纤维(3)的聚合物材料包含选自聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其混合物的聚合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物复合材料(1)，其中所述增强纤维(3)的聚合物材料借助辐射交联而交联。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚合物复合材料(1)，其通过将所述至少一种热塑性基体聚合物(2)和所述至少一种增强纤维(3)混合而获得。
7.用于制造聚合物复合材料(1)的方法，所述聚合物复合材料包含至少一种热塑性基体聚合物(2)和至少一种增强纤维(3)，其中所述增强纤维(3)包含至少一种聚合物材料，其特征在于，所述方法至少包括以下方法步骤：
(i)提供至少一种基体聚合物(2)；
(ii)提供至少一种增强纤维(3)，其中所述增强纤维(3)具有1至10 mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径并且包含至少一种交联聚合物材料；
(iii)加热所述至少一种基体聚合物(2)，以获得所述至少一种基体聚合物(2)的聚合物熔体；
(iv)将所述基体聚合物(2)的聚合物熔体与所述至少一种增强纤维(3)混合，以获得均匀的聚合物复合材料(1)。
8.权利要求7所述的用于制造根据聚合物复合材料(1)的方法，其中借助挤出机(10)将所述基体聚合物(2)的聚合物熔体与所述至少一种增强纤维(3)混合。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的聚合物复合材料(1)用于在注射成型法中制造纤维增强成型体的用途。
10.根据权利要求9所述的聚合物复合材料(1)的用途，其中所述成型体是可再循环的纤维增强成型体。
CN202110725254.XA 2020-06-30 2021-06-29 用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料 Pending CN113861552A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020208150.6A DE102020208150A1 (de) 2020-06-30 2020-06-30 Polymerkompositmaterial für Spritzgussanwendungen mit hervorragender Rezyklierbarkeit
DE102020208150.6 2020-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113861552A true CN113861552A (zh) 2021-12-31

Family

ID=78826859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110725254.XA Pending CN113861552A (zh) 2020-06-30 2021-06-29 用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113861552A (zh)
DE (1) DE102020208150A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0806796D0 (en) 2008-04-15 2008-05-14 Netcomposites Ltd Improvements in or relating to self-reinforced plastics
EP2666805B1 (de) 2012-05-25 2014-10-22 LANXESS Deutschland GmbH Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werkstoffs
EP2818297B1 (de) 2013-06-25 2016-08-10 LANXESS Deutschland GmbH Spritzgießverfahren
KR101905555B1 (ko) 2015-12-16 2018-11-21 현대자동차 주식회사 열가소성 수지 복합재 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020208150A1 (de) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11235513B2 (en) Method for manufacturing three-dimensional structure
US6709995B1 (en) Method of prepregging with resin and novel prepregs produced by such method
FI97786C (fi) Pitkäkuituvahvisteisten kestomuovien valmistusprosessi
FI93327C (fi) Ruiskutetuista tai pursotetuista muovijätteistä valmistettu muotokappale ja menetelmä sen valmistamiseksi
CN101935420B (zh) 一种lft-d材料的汽车底部导流板及其制造方法
JP7209248B2 (ja) 繊維強化ポリプロピレン複合材料の製造方法及び繊維強化ポリプロピレン複合材料
CN108138408B (zh) 用于生产纤维基质半成品的方法
CN1688428A (zh) 含有纤维增强的热塑性聚合物组合物的制品
KR20060116199A (ko) 개선된 유리 매트 열가소성 복합재료
JP2006511366A (ja) ニアネットシェイププリプレグ
CN1872913A (zh) 缩聚反应型长纤维增强热塑性树脂的制备方法
JP2019155634A (ja) 複合材中間材料の製造方法
KR102080206B1 (ko) 두 플라스틱 부재를 연결하여 하나의 부품을 제공하는 방법
CN113861552A (zh) 用于注射成型应用的具有优异可再循环性的聚合物复合材料
JP2018507128A (ja) 繊維強化プラスチック部品のプロセス装置及び製造方法
EP3974138A1 (en) Method of producing long fibre thermoplastic material
Tohidi et al. Mechano-morphological studies of polyamide 6 based single polymer laminate composites prepared by different reactive processing techniques
US20010008322A1 (en) Thermoplastic and thermoset composite articles processes and apparatus for their preparation
WO2009127864A1 (en) Improvements in or relating to self-reinforced plastics
CN113698696A (zh) 一种基于3d打印降低聚烯烃类高分子制件翘曲度的方法
CN112243406A (zh) 纤维强化热塑性树脂的成型物及其制造方法
CN216942137U (zh) 一种热塑性玻璃纤维布
JP2019077754A (ja) 成形品の製造方法
KR100937231B1 (ko) 섬유강화 플라스틱 성형체의 제조방법
JP6783882B2 (ja) 繊維強化樹脂成型体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination