CN116601233A - Uv稳定的纤维增强聚合物组合物 - Google Patents

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Abstract

提供了一种纤维增强聚合物组合物，其包含聚合物基体、稳定剂体系和分布在聚合物基体内的多个长增强纤维。稳定剂体系包含抗氧化剂、紫外光稳定剂和包含碳颗粒的碳材料。聚合物组合物限定了表面，根据SAE J2527_2017092，在以2500kJ/m2的总曝光水平暴露于UV光后，该表面表现出约0.6至约3的ΔE值。

Description

UV稳定的纤维增强聚合物组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2020年12月16日的美国临时专利申请63/126,028号的申请权益，其内容通过引用整体并入本文。
背景技术
长纤维增强聚合物组合物通常用于模制部件以提供改进的机械性能。通常，此类组合物通过涉及将聚合物通过浸渍模具挤出到多个连续长度的增强纤维上的方法来形成。聚合物和增强纤维被拉扯通过模具，使树脂完全浸渍单个纤维束。尽管它们有好处，但当制造商在某些产品应用(例如汽车零件)中尝试使用此类材料时面临的常见问题之一是，由于存在未润湿的纤维束、零件表面的纤细纤维、可见的流线、降解的材料等，它们往往会出现表面缺陷。这种颜色缺陷在暴露于紫外光后会变得特别明显，并导致零件颜色发生不良变化。因此，目前需要一种尤其是在暴露于紫外光之后具有改进的表观和颜色稳定性的纤维增强聚合物组合物。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种纤维增强聚合物组合物，其包含：聚合物基体；包含抗氧化剂、紫外光稳定剂和包含碳颗粒的碳材料的稳定剂体系；以及分布在聚合物基体内的多个长增强纤维。聚合物基体包含热塑性聚合物，并且聚合物基体占组合物的约30wt.％至约90wt.％。纤维占组合物的约10wt.％至约70wt.％。此外，聚合物组合物限定了表面，根据SAE J2527_2017092，所述表面在暴露于总曝光水平为2500kJ/m2的UV光后表现出约0.6至约3的ΔE值，所述ΔE值根据以下等式确定：
ΔE＝[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
其中，ΔL*为UV暴露前表面的亮度值L*减去UV暴露后表面的亮度值L*，Δa*为UV暴露前表面的红/绿轴值a*减去UV暴露后表面的红/绿轴值a*；Δb*为UV暴露前表面的黄/蓝轴值b*减去UV暴露后表面的黄/蓝轴值b*，其中L*、a*和b*是根据ASTM D2244-16使用CIELAB单位计算的。
本发明的其他特征和方面在下面更详细地阐述。
附图说明
在包括参考附图的说明书的其余部分中，更具体地阐述了包括对本领域技术人员而言的最佳实施方式在内的本公开的完整且可行的公开，其中：
图1是可用于形成本发明的纤维增强聚合物组合物的系统的一个实施例的示意图；
图2是可用于图1所示系统的浸渍模具的横截面图。
图3是汽车内饰的一个实施例的透视图，该汽车内饰可以包含一个或多个由本发明的纤维增强聚合物组合物形成的部件；以及
图4是图3所示且可由本发明的纤维增强聚合物组合物形成的门模块的透视图。
在本说明书和附图中，重复使用的附图标记旨在表示本发明中相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
本领域普通技术人员将理解，本文的讨论仅仅是描述示例性实施方式，不意在限制本发明的更宽泛的方面。
一般而言，本发明涉及一种用于成型部件(例如，模制部件)的纤维增强组合物，其包含分布在聚合物基体中的多个长增强纤维。例如，长纤维可以占组合物的约10wt.％至约70wt.％，在一些实施例中约15wt.％至约65wt.％，在一些实施例中约20wt.％至约60wt.％。同样，聚合物基体通常占组合物的约30wt.％至约90wt.％，在一些实施例中约35wt.％至约85wt.％，并且在一些实施例中约40wt.％至约80wt.％。该组合物还包含稳定剂体系，该体系包括抗氧化剂、UV稳定剂和碳材料的协同组合。
通过对这些组分中每一种组分的特定性质和浓度的选择性控制，本发明人发现所得组合物即使在暴露于紫外光之后也可以能够保持其颜色。这种UV颜色稳定性可以通过用分光光度计测量暴露于紫外光(例如，总暴露水平为1250小时或2500kJ/m2)之前和之后的组合物(或由其形成的成型部件)的表面的吸光度来量化。可以根据SAE J2527_2017092(外部循环)使用氙弧老化计(例如，Ci4000)提供紫外光，其采用如下光循环和暗循环：无喷雾光照40分钟，有正面标本喷雾光照20分钟，无喷雾光照60分钟，背面标本喷雾黑暗60分钟。光循环在0.55W/m2辐照、70℃黑板温度和50％相对湿度下进行，暗循环在38℃黑板温度和95％相对湿度下进行。可以使用分光光度计(例如DataColor 600)进行颜色测量，并且可以根据ASTM D2244-16在光源D65、10°观察者(包括高光模式)下使用CIELAB单位计算颜色坐标。该方法定义了三个颜色坐标L*、a*和b*，对应于基于颜色感知对立理论的感知颜色的三个特征，并且定义如下：
L*＝亮度值，范围从0到100，其中0＝黑色，100＝白色；
a*＝红/绿轴，范围从-150到100；正值呈红色，负值呈绿色；以及
b*＝黄/蓝轴，范围从-100到100；正值呈黄色，负值呈蓝色。
由于CIELAB颜色空间在某种程度上在视觉上一致，因此可以使用以下等式计算代表人类所感知的两种颜色(例如，在UV老化前和老化后，未清洗)之间的总绝对色差的delta值(ΔE)：
ΔE＝[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
其中，ΔL*为UV暴露前表面的亮度值减去UV暴露后表面的亮度值，Δa*为UV暴露前表面的红/绿轴值减去UV暴露后表面的红/绿轴值；Δb*为UV暴露前表面的黄/蓝轴值减去UV暴露后表面的黄/蓝轴值。在CIELAB颜色空间中，每个ΔE单位大约等于两种颜色之间“刚好可察觉”的差异，因此对于可用于表达颜色差异的客观的与设备无关的颜色规范体系来说是一个很好的衡量标准。根据SAEJ2527_2017092，在以2500kJ/m2的总曝光水平暴露于紫外光后，本发明的聚合物组合物(或由其形成的成型部件)的表面可例如表现出约0.6至约3、在一些实施例中约0.7至约2.5、在一些实施例中约0.8至约2并且在一些实施例中约0.9至约1.4的ΔE值。
通常，认为在暴露于紫外光后具有这种稳定表面外观的组合物不会也具有良好的机械性能。然而，本发明人已发现聚合物组合物能够保持优异的机械性能。例如，聚合物组合物可以表现出根据ISO测试号179-1:2010(技术上等同于ASTM D256-10e1)在不同温度(例如-30℃、23℃或80℃)下所测定的约15kJ/m2或更大、在一些实施例中约20kJ/m2至约80kJ/m2以及在一些实施例中约30kJ/m2至约60kJ/m2的夏比缺口冲击强度。拉伸和弯曲机械性能也可以是好的。例如，聚合物组合物可以表现出：约20MPa至约300MPa，在一些实施例中为约30MPa至约200MPa，在一些实施例中为约40MPa至约150MPa的拉伸强度；约0.5％或更大，在一些实施例中为约0.6％至约5％，在一些实施例中为约0.7％至约2.5％的拉伸断裂应变；和/或约3500MPa至约20000MPa，在一些实施例中为约6000MPa至约15000MPa，在一些实施例中为约8000MPa至约15000MPa的拉伸模量。拉伸性能可以根据ISO测试号527:2019(技术上等效于ASTM D638-14)在-30℃、23℃或80℃下测定。聚合物组合物也可以表现出：约50MPa至约500MPa，在一些实施例中为约80MPa至约400MPa，以及在一些实施例中为约100MPa至约250MPa的弯曲强度；约0.5％或更大，在一些实施例中为约0.6％至约5％，以及在一些实施例中为约0.7％至约2.5％的弯曲断裂应变；和/或约3500MPa至约20000MPa，在一些实施例中为约3000MPa至约15000MPa，以及在一些实施例中为约6000MPa至约12000MPa的弯曲模量。弯曲性能可以根据ISO测试号178:2019(技术上等效于ASTM D790-17)在-30℃、23℃或80℃下测定。
本发明人还发现聚合物组合物在高温下对老化不高度敏感。例如，组合物可以在温度为约100℃或更高、在一些实施例中为约120℃至约200℃并且在一些实施例中为约130℃至约180℃(例如，150℃)的气氛中老化约100小时或更长时间、在一些实施例中约300小时至约3000小时，并且在一些实施例中约400小时至约2500小时(例如，500或1000小时)。即使在老化之后，机械性能(例如冲击强度、拉伸性能和/或弯曲性能)也可以保持在上述范围内。例如，在150℃下“老化”1000小时后的特定机械性能(例如，夏比无缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等)与这种老化之前的初始机械性能之比可以约为0.6或更大，在一些实施例中为约0.7或更大，以及在一些实施例中为约0.8至1.0。类似地，聚合物组合物对紫外光不高度敏感。例如，聚合物组合物可暴露于如上所述的一个或多个紫外光循环。即使经过这样的暴露(例如，根据SAE J2527_2017092，总暴露水平为2500kJ/m2)，机械性能(例如，冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等)和这些性能之比可仍保持在上面提到的范围内。
聚合物组合物还可以表现出低程度的挥发性有机化合物的排放。如本文所用，术语“挥发性化合物”或“挥发物”通常是指具有相对高蒸气压的有机化合物。例如，此类化合物在大气压力(1个大气压)下的沸点可以为约80℃或更低，在一些实施例中为约70℃或更低，并且在一些实施例中为约0℃至约60℃。这种化合物的一个例子是2-甲基-1-丙烯。与传统想法相反，通过选择性控制聚合物组合物中所用材料的性质以及将它们组合在一起的特定方式，所得组合物可表现出低挥发性排放。例如，聚合物组合物可以表现出如根据VDA277:1995测定的约100微克当量碳/克组合物(“μgC/g”)或更少，在一些实施例中约70μg/g或更少，在一些实施例中为约50μg/g或更少，并且在一些实施例中为约为40μg/g或更少的总挥发物含量(“VOC”)。该组合物还可以表现出约250微克当量甲苯/克组合物(“μg/g”)或更少，在一些实施例中约150μg/g或更少，并且在一些实施例中约100μg/g或更少的甲苯当量挥发物含量(“TVOC”)，以及约500微克十六烷/克组合物(“μg/g”)或更少，在一些实施例中约350μg/g或更少，并且在一些实施例中约300μg/g或更少的雾化含量(“FOG”)，每一个都可以根据VDA 278:2002来测定。
鉴于上述性质，例如良好的表面外观、良好的机械强度和柔韧性以及低排放，该聚合物组合物特别适用于汽车内饰和外饰部件(例如注塑成型部件)。合适的汽车外饰部件可包括风扇罩、天窗系统、门板、前端模块、侧车身板、车底护板、保险杠板、覆层(例如，靠近后门牌照)、整流罩、喷嘴主体、捕获软管组件、立柱罩、门槛板等。同样，可由本发明的聚合物组合物形成的合适的汽车内饰部件可包括例如踏板模块、仪表板(例如仪表盘)、扶手、控制台(例如，中控台)、座椅结构(例如，后排长椅的靠背或座套)、内部模块(例如，装饰件、车身面板或车门模块)、升降门、内部收纳件、踏板辅助装置、烟灰缸、杂物箱、变速杆等。参考图3，例如，示出汽车内饰1000的一个实施例，其具有内门模块100a和仪表板100b，其中之一或两者可完全或部分地由本发明的聚合物组合物形成。例如，图4描绘了内部汽车模块100a的特定实施例，其包括扶手组件110a、第一衬垫组件110b、第二衬垫组件110c和装饰组件110d。门模块100a还可以包括基底组件120a和装饰组件120b。基底组件120a可以围绕汽车模块100a的每个组件形成。
现将更详细地描述本发明的各种实施方式。
I.聚合物基体
A.热塑性聚合物
聚合物基体用作组合物的连续相并且包含一种或多种热塑性聚合物，例如丙烯聚合物、聚酰胺、聚亚芳基硫醚、聚芳醚酮(例如，聚醚醚酮)、聚酰亚胺等。丙烯聚合物是特别合适的。就这一点而言，聚合物基体中通常可以采用多种丙烯聚合物或丙烯聚合物的组合中的任一种，例如丙烯均聚物(例如，间同立构、无规立构、全同立构等)、丙烯共聚物等。在一个实施例中，例如，可以使用是全同立构或间同立构均聚物的丙烯聚合物。术语“间同立构”通常是指这样一种立构规整度，其中即使不是全部，也有相当大一部分的甲基沿着聚合物链在相对侧交替。另一方面，术语“全同立构”通常指的是这样一种立构规整度，其中即使不是全部，也有相当一部分甲基位于聚合物链的同一侧。这样的均聚物可以具有约160℃至约170℃的熔点。在又一些实施例中，可以使用丙烯与α-烯烃单体的共聚物。合适的α-烯烃单体的具体实例包括：乙烯；1-丁烯；3-甲基-1-丁烯；3,3-二甲基-1-丁烯；1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-己烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬烯；乙基、甲基或二甲基取代的1-癸烯；1-十二烯；及苯乙烯。这种共聚物的丙烯含量可为约60摩尔％至约99实施例％，在一些实施例中为约80摩尔％至约98.5摩尔％，且在一些实施例中为约87摩尔％至约97.5摩尔％。α-烯烃含量同样可以为约1摩尔％至约40摩尔％，在一些实施例中为约1.5摩尔％至约15摩尔％，并且在一些实施例中为约2.5摩尔％至约13摩尔％。
通常可以使用多种已知技术中的任何一种来形成丙烯均聚物和丙烯/α-烯烃共聚物。例如，烯烃聚合物可以使用自由基或配位催化剂(例如齐格勒-纳塔)来形成。然而，共聚物通常由单点配位催化剂(如茂金属催化剂)形成，以帮助最大限度地减少挥发性有机物排放的程度。这种催化剂体系产生这样的共聚物，其中共聚单体随机分布在分子链内并均匀分布在不同的分子量部分。茂金属催化剂的实例包括双(正丁基环戊二烯基)二氯化钛、双(正丁基环戊二烯基)二氯化锆、双(环戊二烯基)氯化钪、双(茚基)二氯化锆、双(甲基环戊二烯基)二氯化钛、双(甲基环戊二烯基)二氯化锆、二茂钴、环戊二烯基三氯化钛、二茂铁、二氯二茂铪、异丙基(环戊二烯基，-1-芴基)二氯化锆、二氯二茂钼、二茂镍、二氯二茂铌、二茂钌、二氯二茂钛、氢氯二茂锆、二氯二茂锆等。使用茂金属催化剂制备的聚合物通常具有较窄的分子量范围。例如，茂金属催化的聚合物可具有低于4的多分散性数(Mw/Mn)、受控的短链支化分布和受控的全同立构规整度。
应当注意，聚合物基体可以包含丙烯聚合物与一种或多种另外的聚合物的组合，这些聚合物本身可以是或可以不是丙烯聚合物。在一些实施例中，例如，可以使用丙烯聚合物的共混物，例如丙烯均聚物和丙烯/α-烯烃共聚物的共混物、多种丙烯均聚物的共混物或多种丙烯/α-烯烃共聚物的共混物。在一个特定的实施例中，例如，聚合物基体包含至少一种丙烯均聚物，其通常是茂金属催化的。在此类实施例中，聚合物基体可仅包含丙烯均聚物。可替代地，聚合物基体可以包含丙烯均聚物(例如，茂金属催化的)和丙烯/α-烯烃共聚物的共混物，其可以是茂金属催化的或由其他类型的工艺形成的(例如，齐格勒纳塔催化的)。在一个实施例中，可以使用含有以下的共混物：占基体约30wt.％至约70wt.％、在一些实施例中约35wt.％至约65wt.％以及在一些实施例中约40wt.％至约60wt.％的丙烯均聚物，和占基体约30wt.％至约70wt.％、在一些实施例中约35wt.％至约65wt.％以及在一些实施例中约40wt.％至约60wt.％的丙烯α-烯烃共聚物。
组合物中采用的热塑性聚合物通常具有高度流动性，以有助于促进将组合物模塑成小部件。高流动性丙烯聚合物可例如具有相对高的熔体流动指数，如根据ISO 1133-1:2011(技术上等同于ASTM D1238-13)在2.16kg负载和230℃温度下测定的，例如约每10分钟150克或更大，在一些实施例中每10分钟约180克或更大，并且在一些实施例中，每10分钟约200至约500克。
B.稳定剂体系
如上所述，聚合物基体还包含稳定剂体系，以帮助即使在暴露于紫外光和高温之后也能保持所需的表面外观和/或机械性能。更具体地，稳定剂体系包括至少一种抗氧化剂(例如，位阻酚抗氧化剂、亚磷酸酯抗氧化剂、硫酯抗氧化剂等)、紫外光稳定剂、碳材料，以及各种其他可选的光稳定剂、可选的热稳定剂，等等。
i.抗氧化剂
可用于聚合物组合物中的一类抗氧化剂是位阻酚。当使用时，位阻酚通常以聚合物组合物的约0.01至约1wt.％的量存在，在一些实施例中为约0.02wt.％至约0.5wt.％，并且在一些实施例中为约0.05wt.％至约0.3wt.％。虽然可以使用各种不同的化合物，但特别合适的位阻酚化合物是具有以下通式(IV)、(V)和(VI)之一的化合物：
其中，
a、b和c独立地为1至10，并且在一些实施例中，为2至6；
R8、R9、R10、R11和R12独立地选自氢、C1至C10烷基和C3至C30支链烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或叔丁基基团；以及
R13、R14和R15独立地选自以下通式(VII)和(VIII)之一表示的基团：
其中，
d为1至10，并且在一些实施例中，为2至6；
R16、R17、R18和R19独立地选自氢、C1至C10烷基和C3至C30支链烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或叔丁基基团。
具有上述通式的合适的受阻酚的具体实例可包括，例如，2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚；2,4-二叔丁基苯酚；季戊四醇四(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯；十八烷基-3-(3',5'-二叔丁基-4'-羟基苯基)丙酸酯；四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基肉桂酸酯)]甲烷；双-2,2'-亚甲基-双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)对苯二甲酸酯；1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)苯；三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)异氰脲酸酯；1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮；1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷；1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮；1,3,5-三[[3,5-双-(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯基]甲基]；4,4',4”-[(2,4,6-三甲基-1,3,5-苯三基)三-(亚甲基)]三[2,6-双(1,1-二甲基乙基)]；6-叔丁基-3-甲基苯基；2,6-二叔丁基对甲酚；2,2'-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)；4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-间甲酚)；4,4'-硫双(6-叔丁基-间甲酚)；4,4'-二羟基二苯基-环己烷；烷基化双酚；苯乙烯化苯酚；2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；正十八烷基-3-(3',5'-二叔丁基-4'-羟基苯基)丙酸酯；2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)；4,4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯基)；4,4'-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)；硬脂酰-β-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯；1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷；1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)苯；四[亚甲基-3-(3',5'-二叔丁基-4'-羟基苯基)丙酸酯]甲烷；硬脂酰3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯(stearyl3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydocinnamate)；等等，以及它们的混合物。
特别合适的化合物是具有通式(VI)的化合物，例如三(3，5-二-叔丁基-4-羟基苄基)异氰脲酸酯，其可以商品名3114购得。
另一种合适的抗氧化剂是亚磷酸酯抗氧化剂。当使用时，亚磷酸酯抗氧化剂通常以聚合物组合物的约0.02至约2wt.％的量存在，在一些实施例中为约0.04wt.％至约1wt.％，并且在一些实施例中为约0.1wt.％至约0.6wt.％。亚磷酸酯抗氧化剂可以包括多种不同的化合物，例如芳基单亚磷酸酯、芳基二亚磷酸酯等，以及它们的混合物。例如，可以使用具有以下通式(IX)的芳基二亚磷酸酯：
其中，
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10独立地选自氢、C1至C10烷基和C3至C30支链烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或叔丁基基团。
此类芳基二亚磷酸酯化合物的实例包括例如双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(可以S-9228商购获得)和双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(可以/>626商购获得)。同样，合适的芳基单亚磷酸酯可包括三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(可以/>168商购获得)；双(2,4-二叔丁基-6-甲基苯基)亚磷酸乙酯(可以/>38商购获得)；等等。
另一种合适的抗氧化剂是硫酯抗氧化剂。当使用时，硫酯抗氧化剂通常以聚合物组合物的约0.04至约4wt.％的量存在，在一些实施例中为约0.08wt.％至约2wt.％，并且在一些实施例中为约0.2wt.％至约1.2wt.％。用于本发明的特别合适的硫酯抗氧化剂是硫代羧酸酯，例如具有以下通式的那些：
R11-O(O)(CH2)x-S-(CH2)y(O)O-R12
其中，
x和y独立地为1至10，在一些实施例中为1至6，并且在一些实施例中为2至4(例如，2)；
R11和R12独立地选自直链或支链C6至C30烷基，在一些实施例中选自C10至C24烷基，并且在一些实施例中，选自C12至C20烷基，例如月桂基、硬脂基、辛基、己基、癸基、十二烷基、油基，等等。
合适的硫代羧酸酯的具体实例可以包括，例如硫代二丙酸二硬脂酯(以PS 800商购获得)、硫代二丙酸二月桂酯(以/>PS 802商购获得)、二-2-乙基己基-硫代二丙酸酯、二异癸基硫代二丙酸酯等。
在本发明特别合适的实施例中，可以使用抗氧化剂的组合以帮助提供对组合物性质的协同作用。例如，在一个实施例中，稳定剂体系可以使用至少一种位阻抗氧化剂、亚磷酸酯抗氧化剂和硫酯抗氧化剂的组合。当使用时，亚磷酸酯抗氧化剂与受阻酚抗氧化剂的重量比可以在约1:1至约5:1的范围内，在一些实施例中为约1:1至约4:1，并且在一些实施例中为约1.5:1至约3:1(例如，约2:1)。硫酯稳定剂与亚磷酸酯抗氧化剂的重量比通常也为约1:1至约5:1，在一些实施例中为约1:1至约4:1，并且在一些实施例中为约1.5:1至约5:1约3:1(例如，约2:1)。同样，硫酯抗氧化剂与受阻酚抗氧化剂的重量比也通常为约2:1至约10:1，在一些实施例中为约2:1至约8:1，并且在一些实施例中为约3:1至约6:1(例如，约4:1)。在这些选择的比例内，据信该组合物能够实现即使在暴露于高温和/或紫外光之后仍保持稳定的独特能力。
ii.UV稳定剂
聚合物组合物还含有一种或多种UV稳定剂。合适的UV稳定剂可以包括，例如，二苯甲酮(例如，(2-羟基-4-(辛氧基)苯基)苯基、甲酮(81)、苯并三唑(例如，2-(2-羟基-3，5-二-α-枯基苯基)-2H-苯并三唑(/>234),2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)-2H-苯并三唑(/>329),2-(2-羟基-3-α-枯基-5-叔辛基苯基)-2H-苯并三唑(/>928)等)、三嗪类(如2,4-二苯基-6-(2-羟基-4-己氧基苯基)-s-三嗪(/>1577))、位阻胺(例如双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(/>770)或琥珀酸二甲酯和1-(2-羟乙基)-4-羟基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶(/>622))的聚合物，等等，以及它们的混合物。二苯甲酮特别适用于聚合物组合物。当使用时，这种UV稳定剂通常构成组合物的约0.05wt.％至约2wt.％，在一些实施例中为约0.1wt.％至约1.5wt.％，在一些实施例中为约0.2wt.％至约1.0wt.％。
iii.碳材料
稳定剂体系还包含碳材料，以有助于在暴露于紫外光和/或高温后赋予所需程度的颜色稳定性。碳材料通常包括多个碳颗粒，例如炭黑、碳纳米管等。炭黑可能是特别合适的，例如炉黑、槽法炭黑、乙炔黑或灯黑。碳颗粒可以具有任何所需的形状，例如粒状、片状(鳞片状)等。碳颗粒的平均尺寸(例如直径)可以相对较小，例如为约1纳米至约200纳米，在一些实施例中为约5纳米至约150纳米，并且在一些实施例中为约10纳米至约100纳米。通常还希望碳颗粒是相对纯的，例如含有约百万分之一(ppm)或更少的多核芳烃(例如苯并[a]芘、萘等)，并且在一些实施例中为约0.5ppm或更少。例如，碳颗粒可以包含约十亿分之十(ppb)或更少的苯并[a]芘，并且在一些实施例中为约5ppb或更少。如果需要，颗粒还可具有高比表面积，例如约20平方米/克(m2/g)至约1000m2/g，在一些实施例中为约25m2/g至约500m2/g，并且在一些实施例中，为约30m2/g至约300m2/g。表面积可根据ASTM D6556-19a通过物理气体吸附(BET)方法(氮气作为吸附气体)测定。不受理论的限制，据信具有如此小尺寸、高纯度和/或高表面积的颗粒可提高对许多自由基的吸附能力，这可使热塑性聚合物的氧化最小化。
如果需要，碳材料可以包括能够包封碳颗粒的载体树脂，从而提供多种益处。例如，载体树脂可增强颗粒被处理和掺入聚合物基体中的能力。虽然为此目的可以使用任何已知的载体树脂，但在特定实施例中，载体树脂可以是如上所述的烯烃聚合物(例如，丙烯聚合物)，其可以与聚合物基体中使用的烯烃聚合物相同或不同。如果需要，可以将载体树脂与碳颗粒预混合以形成母粒，然后可将其与聚合物基体结合。当使用时，载体树脂通常构成母粒的约40wt.％至约90wt.％，在一些实施例中为约50wt.％至约80wt.％，并且在一些实施例中为约60wt.％至约70wt.％，并且碳颗粒通常构成母粒的约10wt.％至约60wt.％，在一些实施例中为约20wt.％至约50wt.％，并且在一些实施例中为约30wt.％至约40wt.％。在本发明中可以选择性地控制碳颗粒和载体树脂的相对浓度以实现所需的抗氧化行为而不会对聚合物组合物的机械性能产生不利影响。例如，碳颗粒通常以整个聚合物组合物的约0.2wt.％至约2wt.％的量使用，在一些实施例中为约0.25wt.％至约1.5wt.％，并且在一些实施例中为约0.3wt.％至约1wt.％。碳材料(其可以包含载体树脂)同样可以构成聚合物组合物的约0.4wt.％至约4wt.％，在一些实施例中为约0.5wt.％至约3wt.％，在一些实施例中为约0.6wt.％至约2wt.％。
C.其他组分
除了上述组分外，聚合物基体还可以包含多种其他组分。此类可选组分的实例可包括，例如，增容剂、颗粒填料、润滑剂、着色剂、流动改性剂、颜料和添加以增强性能和可加工性的其他材料。合适的颜料可包括例如二氧化钛、群青、钴蓝、酞菁、蒽醌、黑色颜料、金属颜料等。当使用黑色颜料时，上述碳材料也可用作颜料和/或或可以使用其他的黑色颜料。也可以使用增溶剂来增强长纤维与聚合物基体之间的粘合程度。当使用时，这些增容剂通常构成聚合物组合物的约0.1wt.％至约15wt.％，在一些实施例中为约0.5wt.％至约10wt.％，在一些实施例中为约1wt.％至约5wt.％。在某些实施例中，增容剂可以是包含用极性官能团改性的聚烯烃的聚烯烃增容剂。聚烯烃可以是烯烃均聚物(例如聚丙烯)或共聚物(例如乙烯共聚物、丙烯共聚物等)。官能团可以接枝到聚烯烃主链上或作为聚合物(例如，嵌段或无规共聚物)的单体成分并入，等等。特别合适的官能团包括马来酸酐、马来酸、富马酸、马来酰亚胺、马来酰肼、马来酸酐与二胺的反应产物、二氯马来酸酐、马来酸酰胺等。
不管所用的具体组分如何，原料(例如，热塑性聚合物、稳定剂、增容剂等)通常在用长纤维增强之前熔融共混在一起以形成聚合物基体。原料可同时或依次供应至分散共混材料的熔融共混装置。可以采用分批和/或连续熔融共混技术。例如，可以使用混合机/捏合机、班伯里(Banbury)混合机、法雷尔(Farrel)连续混合机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、辊磨机等来共混材料。一种特别合适的熔体共混装置是同向旋转双螺杆挤出机(例如，ZSK-30双螺杆挤出机，其可从Werner&Pfleiderer Corporation of Ramsey,N.J.获得)。这种挤出机可以包括进料口和排料口，并提供高强度的分布和分散混合。例如，可将丙烯聚合物进料至双螺杆挤出机的进料口并熔融。此后，可将稳定剂注入聚合物熔体中。可替代地，可将稳定剂在沿挤出机的长度的不同点处分别进料到挤出机中。无论选择何种特定的熔融共混技术，原料都是在高剪切/压力和热量下共混，以确保充分混合。例如，熔融共混以在约150℃至约300℃、在一些实施例中约155℃至约250℃、并且在一些实施例中约160℃至约220℃的温度下进行。
如上所述，本发明的某些实施例考虑在聚合物基体内使用聚合物共混物(例如，丙烯均聚物和/或丙烯/α-烯烃共聚物)。在这样的实施例中，共混物中使用的每种聚合物可以以上述方式熔融共混。然而，在又一些实施例中，可能需要将第一聚合物(例如，丙烯聚合物)熔融共混以形成浓缩物，然后以下述方式用长纤维增强该浓缩物以形成前体组合物。然后可以将前体组合物与第二聚合物(例如丙烯聚合物)共混(例如干混)以形成具有所需性质的聚合物组合物。还应当理解，也可以在用长纤维增强聚合物基体之前和/或期间添加其他的聚合物。
II.长纤维
为了形成本发明的纤维增强组合物，通常将长纤维嵌入聚合物基体中。术语“长纤维”通常是指不连续且长度为约1至约25毫米、在一些实施例中为约1.5至约20毫米、在一些实施例中为约2至约15毫米、并且在一些实施例中为约3至约12毫米的纤维、长丝、纱线或粗纱(例如，纤维束)。即使在形成为成型部件(例如注塑成型)之后，大部分纤维仍可保持相对较大的长度。即，组合物中纤维的中值长度(D50)可为约1毫米或更大，在一些实施例中为约1.5毫米或更大，在一些实施例中为约2.0毫米或更大，且在一些实施例中为约2.5毫米至约8毫米。不管它们的长度如何，可以选择性地控制纤维的标称直径(例如，粗纱内纤维的直径)以帮助改进所得聚合物组合物的表面外观。更具体地，纤维的标称直径可以在约20至约40微米的范围内，在一些实施例中为约20至约30微米，并且在一些实施例中为约21至约26微米。在此范围内，纤维在成型部件表面“结块”的趋势会降低，这使得部件的颜色和表面外观主要源于聚合物基体。除了提供改进的美学一致性外，它还允许在暴露于紫外光后更好地保持颜色，因为可以更容易地在聚合物基体中使用稳定剂体系。当然，应当理解可以采用其他标称直径，例如约1至约20微米的那些，在一些实施例中为约8至约19微米，并且在一些实施例中为约10至约18微米。
纤维可由本领域已知的任何常规材料形成，例如金属纤维；玻璃纤维(例如，E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、S1-玻璃、S2-玻璃)、碳纤维(例如，石墨)、硼纤维、陶瓷纤维(例如氧化铝或二氧化硅)、芳族聚酰胺纤维(例如)、合成有机纤维(例如聚酰胺、聚乙烯、对苯撑(paraphenylene)、对苯二甲酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚)，以及已知用于增强热塑性组合物的各种其他天然或合成无机或有机纤维材料。玻璃纤维和碳纤维是特别理想的。纤维可以是加捻的或直的。如果需要，纤维可以是包含单一纤维类型或不同类型纤维的粗纱(例如，纤维束)的形式。不同的纤维可以包含在单独的粗纱中，或者可选地，每根粗纱可以包含不同的纤维类型。例如，在一个实施例中，某些粗纱可包含碳纤维，而其他粗纱可包含玻璃纤维。每根粗纱中所含的纤维数量可以是恒定的，也可以随粗纱的不同而不同。通常，粗纱可包含约1000根纤维至约50000根单根纤维，并且在一些实施例中，包含约2000根至约40000根纤维。
通常可以采用多种不同技术中的任何一种将纤维结合到聚合物基体中。长纤维可以随机分布在聚合物基体中，或者可选地以对齐方式分布。例如，在一个实施例中，连续纤维最初可浸渍到聚合物基体中以形成线束，随后将其冷却，然后切成粒料，使得所得纤维具有长纤维所需的长度。在此类实施例中，聚合物基体和连续纤维(例如，粗纱)通常通过浸渍模具拉挤成型以实现纤维与聚合物之间的所需接触。拉挤成型还可以帮助确保纤维间隔开并在相同或基本上相似的方向上排列，例如平行于粒料主轴的纵向方向(例如，长度)，这进一步增强了机械性能。参见图1，例如，显示了拉挤工艺10的一个实施例，其中聚合物基体从挤出机13供应到浸渍模具11，同时连续纤维12经由拉挤装置18被拉过模具11以生成复合结构14。典型的拉挤装置可包括例如履带式拉挤器和往复式拉挤器。尽管是可选的，复合结构14也可以被拉过与挤出机16连接的涂层模具15，涂层树脂通过该挤出机16施加以形成涂层结构17。如图1所示，涂层结构17然后被拉动通过牵引组件18并被供应到造粒机19，该造粒机19将结构17切割成用于形成长纤维增强组合物的所需尺寸。
可以选择性地改变在拉挤成型过程中使用的浸渍模具的性质，以帮助实现聚合物基体和长纤维之间的良好接触。在授予Hawley的32,772号再颁专利、授予Regan等人的9,233,486号再颁专利以及授予EaStep等人的9,278,472号再颁专利中详细描述了合适的浸渍模具系统的实例。例如，参见图2，显示了这种合适的浸渍模具11的一个实施例。如图所示，聚合物基体127可以通过挤出机(未显示)供应到浸渍模具11。更具体地，聚合物基体127可通过机筒法兰128离开挤出机并进入模具11的模具法兰132。模具11包含与下半模136配合的上半模134。连续纤维142(例如，粗纱)从卷轴144通过进料口138供应到模具11的上半模134。类似地，连续纤维146也通过进料口140从卷轴148供应。基体127在半模134和136内被安装在上半模134和/或下半模136中的加热器133加热。模具通常在足以引起热塑性聚合物熔化和浸渍的温度下操作。通常，模具的操作温度高于聚合物基体的熔化温度。当以这种方式处理时，连续纤维142和146变得嵌入基体127中。然后将混合物拉过浸渍模具11以产生纤维增强组合物152。如果需要，压力传感器137也可以检测浸渍模具11附近的压力，以允许通过控制螺杆轴的旋转速度或进料器的进料速度(federate)来控制挤出速率。
在浸渍模具内，通常希望纤维接触一系列冲击区。在这些区域，聚合物熔体可横向流过纤维以产生剪切力和压力，从而显著提高浸渍度。这在由高纤维含量的带形成复合材料时特别有用。通常，模具将包含每根粗纱至少2个、在一些实施例中至少3个、并且在一些实施例中4至50个冲击区以产生足够程度的剪切和压力。尽管它们的特定形式可以变化，但是冲击区通常具有弯曲表面，例如弯曲的叶片、杆等。冲击区通常也由金属材料制成。
图2显示了浸渍模具11的一部分的放大示意图，该浸渍模具11包含呈叶片182形式的多个冲击区。应当理解，可以使用多个进料口来实施本发明，这些进料口可以可选地与机器方向同轴。所使用的进料口的数量可随一次在模具中处理的纤维的数量而变化，并且进料口可安装在上半模134或下半模136中。进料口138包括安装在上半模134中的套筒170。进料口138可滑动地安装在套筒170中。进料口138被分成至少两部分，如部分172和174所示。进料口138具有纵向穿过其中的孔176。孔176可以成形为远离上半模134开口的正圆柱锥体。纤维142穿过孔176并进入上半模134和下半模136之间的通道180。一系列叶片182也形成在上半模134和下半模136中，使得通道210采用回旋路线。叶片182使纤维142和146经过至少一个叶片，使得通道180内的聚合物基体与每根纤维充分接触。以这种方式，确保了熔融聚合物与纤维142和146之间的充分接触。
为了进一步促进浸渍，纤维还可以在存在于浸渍模具内时保持在张力下。张力例如可以在约5至约300牛顿每束纤维、在一些实施例中为约50至约250牛顿每束纤维、并且在一些实施例中为约100至约200牛顿每束纤维的范围内。此外，纤维还可以以曲折路径通过冲击区以增强剪切力。例如，在图2所示的实施例中，纤维以正弦型路径横穿冲击区。粗纱从一个冲击区横穿到另一个冲击区的角度通常足够高以增强剪切力，但又不会高到导致会破坏纤维的过大力。因此，例如，该角度可以在约1°至约30°的范围内，并且在一些实施例中，约5°至约25°。
上面显示和描述的浸渍模具只是可用于本发明的各种可能构造中的一种。在可供选择的实施例中，例如，可将纤维引入十字头模具中，该模具相对于聚合物熔体的流动方向成一定角度定位。当纤维移动通过十字头模具并到达聚合物从挤出机机筒中排出的位置时，聚合物被迫与纤维接触。还应当理解，也可以采用任何其他挤出机设计，例如双螺杆挤出机。更进一步地，也可以可选地使用其他组件来帮助纤维的浸渍。例如，在某些实施例中可以使用“气体喷射”组件以有助于贯穿合并的束的整个宽度均匀地铺展单个纤维的集束或束(它们可以各自含有高达24000根纤维)。这有助于在带中实现强度特性的均匀分布。这种组件可以包括压缩空气或另一种气体的供应源，压缩空气或另一种气体以大体垂直的方式撞击穿过出口端口的移动纤维束。然后可将展开的纤维束引入模具中用于浸渍，例如如上所述。
纤维增强聚合物组合物通常可用于使用多种不同技术来形成成型部件。合适的技术可以包括例如注射成型、低压注射成型、挤压压缩成型、气体注射成型、泡沫注射成型、低压气体注射成型、低压泡沫注射成型、气体挤压压缩成型、泡沫挤压压缩成型、挤压成型、泡沫挤压成型、压缩成型、泡沫压缩成型、气体压缩成型等。例如，可采用包括模具的注射成型系统，模具中可注入纤维增强组合物。可以对注射器内部的时间进行控制和优化以使得聚合物基体不被预固化。当达到循环时间并且筒充满用于排出时，可以使用活塞将组合物注射至模腔。也可以使用压缩成型系统。如同注射成型，将纤维增强组合物成型为所需制品也发生在模具内。可以使用任何已知技术，例如通过自动化机器人臂拾取将组合物置放于压缩模具中。模具的温度可以维持在聚合物基体的凝固温度或高于该凝固温度持续所需时间段以允许凝固。然后可以通过使模压产品达到低于熔融温度的温度来使其凝固。所得产品可以经脱模。可以调节各模制工艺的循环时间以适合聚合物基体，以获得充分结合并提高总体工艺产率。由于纤维增强组合物的独特性能，可以容易地由其形成相对薄的成型部件(例如注塑成型部件)。例如，这样的部件可以具有约4毫米或更小的厚度，在一些实施例中约2.5毫米或更小，在一些实施例中约2毫米或更小，在一些实施例中约1.8或更小，并且在一些实施例中，约0.4至约1.6毫米(例如1.2毫米)。
参考以下实施例可以更好地理解本发明。
测试方法
熔体流动指数：聚合物或聚合物组合物的熔体流动指数可根据ISO 1133-1:2011(技术上等同于ASTM D1238-13)在2.16kg的负载和230℃的温度下测定。
挥发性有机物含量(“VOC”)：总挥发性有机物含量可根据称为VDA 277:1995的汽车行业标准测试来测定。在这个测试中，例如，气相色谱(GC)装置可以与内径为0.25mm且长度为30m的WCOT-毛细管柱(蜡型)一起使用。GC设置可以如下：50℃等温3分钟，以12K/min加热至200℃，200℃等温4分钟，注射温度200℃，检测温度250℃，载气为氦气，流动模式分流1:20，平均载体速度为22-27cm/s。可以采用火焰离子化检测器(“FID”)来测定总挥发物含量并且也可以可选地采用质谱法(“MS”)检测器来测定单个挥发性组分。测试后，挥发物的量(微克碳当量)除以组合物的重量(克)计算出VOC量。
甲苯挥发性有机物含量(“TVOC”)：甲苯当量挥发性有机物含量可根据称为VDA278:2002的汽车行业标准测试来测定。更具体地，可以使用热解吸分析仪(“TDSA”)对样品进行测量，例如由Gerstel提供，使用氦气5.0作为载气和HP Ultra 2柱(长度为50m，直径为0.32mm，涂层为0.52μm的5％苯基甲基硅氧烷)。例如，可以使用装置设置1和以下参数执行分析：不分流流动模式，最终温度90℃；最后时间为30min，速率为60K/min。冷阱可以在-150℃至+280℃的温度范围内以1:30的流动模式分流进行吹扫，加热速率为12K/sec，最终时间为5min。对于分析，气相色谱(“GC”)设置可以为：40℃等温2分钟，以3K/min加热至92℃，然后以5K/min加热至160℃，然后以10K/min加热至280℃，等温10分钟，流速为1.3ml/min。测试后，通过将挥发物的量(微克甲苯当量)除以组合物的重量(克)来计算TVOC量。
起雾含量(“FOG”)：起雾含量可根据称为VDA 278:2002的汽车行业标准测试来测定。更具体地，可以使用热解吸分析仪(“TDSA”)对样品进行测量，例如由Gerstel提供，使用氦气5.0作为载气和HP Ultra 2柱(长度为50m，直径为0.32mm，涂层为0.52μm的5％苯基甲基硅氧烷)。例如，可以使用装置设置1和以下参数执行分析：不分流流动模式，最终温度120℃；最后时间为60min，速率为60K/min。冷阱可以在-150℃至+280℃的温度范围内以1:30的流动模式分流进行吹扫，加热速率为12K/sec。对于分析，气相色谱(“GC”)设置可以为：50℃等温2分钟，以25K/min加热至160℃，然后以10K/min加热至280℃，等温30分钟，流速为1.3ml/min。测试后，通过将挥发物的量(微克十六烷当量)除以组合物的重量(克)来计算FOG量。
拉伸模量、拉伸应力和拉伸伸长率：可以根据ISO测试号527:2019(技术上等同于ASTM D638-14)来测试拉伸特性。可以在长度为170/190mm、厚度为4mm和宽度为10mm的狗骨形测试条样品上进行模量和强度测量。测试温度可以为-30℃、23℃或80℃，以及测试速度可以为1或5mm/min。
弯曲模量、弯曲断裂伸长率和弯曲应力：可以根据ISO测试号178:2019(技术上等同于ASTM D790-17)来测试弯曲特性。可以在64mm支撑跨度上进行该测试。可以在未切割的ISO 3167多用途棒的中心部分上进行测试。测试温度可以为-30℃、23℃或80℃，以及测试速度可以为2mm/min。
缺口夏比冲击强度：夏比特性可以根据ISO测试号ISO 179-1:2010(技术上等同于ASTM D256-10，方法B)来测试。可以使用1型试样尺寸(80mm长度、10mm宽度和4mm厚度)进行该测试。当测试缺口冲击强度时，缺口可以为A型缺口(0.25mm基圆半径)。可以使用单齿铣机从多用途棒的中心切割试样。测试温度可以为-30℃、23℃或80℃。
载荷挠曲温度(“DTUL”)：可以根据ISO测试号75-2:2013(技术上等同于ASTMD648-07)来测定载荷挠曲温度。更具体地，可以对长度为80mm、宽度为10mm和厚度为4mm的测试条带样品进行沿边三点弯曲测试，其中指定载荷(最大外层纤维应力)为1.8兆帕。可以使试样降低进入硅酮油浴中，其中温度每分钟升高2℃直至其偏转0.25mm(对于ISO测试号75-2:2013为0.32mm)。
实施例1
形成的样品包含约54.9wt.％的丙烯均聚物(熔体流动指数为65g/10min，密度为0.902g/cm3)、1.2wt.％的偶联剂、3.9wt.％的稳定剂体系和40wt.％的连续玻璃纤维粗纱(2400Tex，长丝直径为16μm)。稳定剂体系包含9.0wt.％B 225、30.6wt.％944、15.8wt.％/>1010、3.6wt.％/>168、7.2wt.％/>234、15.8wt.％/>626和18wt.％碳酸钙。样品在单螺杆挤出机(90mm)中进行熔融加工，其中熔体温度为265℃，模具温度为330℃，区域温度范围为160℃至320℃，螺杆转速是160rpm。
实施例2
形成的样品包含约56.9wt.％的丙烯均聚物(熔体流动指数为65g/10min，密度为0.902g/cm3)、1.2wt.％的偶联剂、1.9wt.％的稳定剂体系和40wt.％的连续玻璃纤维粗纱(2400Tex，长丝直径为16μm)。稳定剂体系包含9.2wt.％3114、25.8wt.％81、18.4wt.％/>626、36.7wt.％/>PS 102、0.9wt.％碳材料和9wt.％碳酸钙。碳材料是/>Black PP，包含35wt.％的炭黑颗粒和65wt.％的聚丙烯。样品在单螺杆挤出机(90mm)中进行熔融加工，其中熔体温度为265℃，模具温度为330℃，区域温度范围为160℃至320℃，螺杆转速是160rpm。
实施例3
形成的样品包含约56.8wt.％的丙烯均聚物(熔体流动指数为65g/10min，密度为0.902g/cm3)、1.2wt.％的偶联剂、2wt.％的稳定剂体系和40wt.％的连续玻璃纤维粗纱(2400Tex，长丝直径为16μm)。稳定剂体系包含9.2wt.％3114、25.7wt.％81、18.4wt.％/>626、36.6wt.％/>PS 102、1.1wt.％碳材料和9.0wt.％碳酸钙。碳材料是PXC 14759PP Black，包含30wt.％的炭黑颗粒和70wt.％的聚丙烯。样品在单螺杆挤出机(90mm)中进行熔融加工，其中熔体温度为265℃，模具温度为330℃，区域温度范围为160℃至320℃，螺杆转速是160rpm。
实施例4
形成的样品包含约57.0wt.％的丙烯均聚物(熔体流动指数为65g/10min，密度为0.902g/cm3)、1.2wt.％的偶联剂、1.9wt.％的稳定剂体系和40wt.％的连续玻璃纤维粗纱(2400Tex，长丝直径为16μm)。稳定剂体系包含9.2wt.％3114、25.8wt.％81、18.4wt.％/>626、36.8wt.％/>PS 102、0.8wt.％碳材料和9.0wt.％碳酸钙。碳材料是PXC 0109245 PP Black，包含40wt.％的炭黑颗粒和60wt.％的聚丙烯。样品在单螺杆挤出机(90mm)中进行熔融加工，其中熔体温度为265℃，模具温度为330℃，区域温度范围为160℃至320℃，螺杆转速是160rpm。
实施例5
形成的样品包含约56.4wt.％的丙烯均聚物(熔体流动指数为65g/10min，密度为0.902g/cm3)、1.2wt.％的偶联剂、2.4wt.％的稳定剂体系和40wt.％的连续玻璃纤维粗纱(2400Tex，长丝直径为16μm)。稳定剂体系包含9.1wt.％3114、25.5wt.％81、18.2wt.％/>626、36.4wt.％/>PS 102、1.9wt.％碳材料和8.9wt.％碳酸钙。碳材料是/>Black PP。样品在单螺杆挤出机(90mm)中进行熔融加工，其中熔体温度为265℃，模具温度为330℃，区域温度范围为160℃至320℃，螺杆转速是160rpm。
实施例6
形成的样品包含约56.1wt.％的丙烯均聚物(熔体流动指数为65g/10min，密度为0.902g/cm3)、1.2wt.％的偶联剂、2.8wt.％的稳定剂体系和40wt.％的连续玻璃纤维粗纱(2400Tex，长丝直径为16μm)。稳定剂体系包含9.0wt.％3114、25.4wt.％81、18.1wt.％/>626、36.2wt.％/>PS 102、2.4wt.％碳材料和8.9wt.％碳酸钙。碳材料是PXC 0109245 PP Black。样品在单螺杆挤出机(90mm)中进行熔融加工，其中熔体温度为265℃，模具温度为330℃，区域温度范围为160℃至320℃，螺杆转速是160rpm。
在150℃下长期热老化1000小时之前和之后以及暴露于2500kJ/m2紫外光之后，测试实施例1至6的样品的机械性能和颜色稳定性。平均结果如下表所示。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以对本发明进行这些和其他修改和变型。另外，应当理解的是，各个实施方式的方面可以全部互换或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解，前述描述仅是示例性的，并且不意在限制如所附权利要求中进一步描述的本公开。

Claims (43)

1.一种纤维增强聚合物组合物，包括：
包含热塑性聚合物的聚合物基体，其中所述聚合物基体占所述组合物的约30wt.％至约90wt.％；
包含抗氧化剂、紫外光稳定剂和包含碳颗粒的碳材料的稳定剂体系；和
分布在所述聚合物基体内的多个长增强纤维，其中所述纤维占所述组合物的约10wt.％至约70wt.％；
其中，所述聚合物组合物限定了表面，根据SAE J2527_2017092，所述表面在暴露于总曝光水平为2500kJ/m2的UV光后表现出约0.6至约3的ΔE值，所述ΔE值根据以下等式确定：
ΔE＝[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
其中，ΔL*为UV暴露前所述表面的亮度值L*减去UV暴露后所述表面的亮度值L*，Δa*为UV暴露前所述表面的红/绿轴值a*减去UV暴露后所述表面的红/绿轴值a*；Δb*为UV暴露前所述表面的黄/蓝轴值b*减去UV暴露后所述表面的黄/蓝轴值b*，其中L*、a*和b*是根据ASTM D2244-16使用CIELAB单位计算的。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述抗氧化剂包括位阻酚抗氧化剂。
3.根据权利要求2所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述位阻酚抗氧化剂具有以下通式(IV)、(V)和(VI)之一：
其中，
a、b和c独立地为1至10；
R8、R9、R10、R11和R12独立地选自氢、C1至C10烷基和C3至C30支链烷基；并且
R13、R14和R15独立地选自由以下通式(VII)和(VIII)之一表示的基团：
其中，
d为1至10；以及
R16、R17、R18和R19独立地选自氢、C1至C10烷基和C3至C30支链烷基。
4.根据权利要求3所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述位阻酚抗氧化剂具有通式(VI)。
5.根据权利要求2所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述位阻酚抗氧化剂包括三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-异氰脲酸酯。
6.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述抗氧化剂包括亚磷酸酯抗氧化剂。
7.根据权利要求6所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述亚磷酸酯抗氧化剂是具有以下通式(IX)的芳基二亚磷酸酯：
其中，
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10独立地选自氢、C1至C10烷基和C3至C30支链烷基。
8.根据权利要求7所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述芳基二亚磷酸酯包括双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或其组合。
9.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述抗氧化剂包括硫酯抗氧化剂。
10.根据权利要求9所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述硫酯抗氧化剂是具有以下通式的硫代羧酸酯：
R11-O(O)(CH2)x-S-(CH2)y(O)O-R12
其中，
x和y独立地为1至10；以及
R11和R12独立地选自直链或支链C6至C30烷基。
11.根据权利要求10所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述硫代羧酸酯是硫代二丙酸二硬脂醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二-2-乙基己酯、硫代二丙酸二异癸酯或其组合。
12.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述稳定剂体系包括位阻酚抗氧化剂、亚磷酸酯抗氧化剂和硫酯抗氧化剂。
13.根据权利要求12所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述亚磷酸酯抗氧化剂与所述位阻酚抗氧化剂的重量比为约1:1至约5:1，所述硫酯抗氧化剂与所述位阻酚抗氧化剂的重量比为约2:1至约10:1，和/或所述硫酯抗氧化剂与所述位阻酚抗氧化剂的重量比为约2:1至约10:1。
14.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述UV稳定剂包括二苯甲酮。
15.根据权利要求12所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述二苯甲酮是2-羟基二苯甲酮。
16.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述碳颗粒包括炭黑。
17.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中，所述碳颗粒占所述聚合物组合物的约0.2wt.％至约2wt.％。
18.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中，所述碳颗粒占所述聚合物组合物的约0.3wt.％至约1wt.％。
19.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述碳材料包括载体树脂。
20.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，还包含增容剂，所述增容剂包括用极性官能团改性的聚烯烃。
21.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，根据SAE J2527_2017092，在以2500kJ/m2的总曝光水平暴露于UV光之后，所述表面表现出约0.8至约2的ΔE值。
22.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，如根据ISO测试号179-1:2010在23℃的温度下测定的，所述组合物表现出约15kJ/m2或更高的夏比缺口冲击强度。
23.根据权利要求22所述的纤维增强聚合物组合物，其中，在150℃的温度下老化1000小时后，如根据ISO测试号179-1:2010在23℃的温度下测定的，所述组合物表现出约15kJ/m2或更高的夏比缺口冲击强度。
24.根据权利要求23所述的纤维增强聚合物组合物，其中，老化后的夏比缺口冲击强度与老化前的夏比缺口冲击强度之比为约0.6或更大。
25.根据权利要求22所述的纤维增强聚合物组合物，其中，在根据SAE J2527_2017092以2500kJ/m2的总曝光水平暴露于UV光后，如根据ISO测试号179-1:2010在23℃的温度下测定的，所述组合物表现出约15kJ/m2或更高的夏比缺口冲击强度。
26.根据权利要求25所述的纤维增强聚合物组合物，其中，暴露于UV光后的夏比缺口冲击强度与暴露于UV光前的夏比无缺口冲击强度之比为约0.6或更大。
27.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，如根据ISO测试号527-1:2019在23℃的温度下测定的，所述组合物表现出约20MPa至约300MPa的拉伸强度。
28.根据权利要求27所述的纤维增强聚合物组合物，其中，在150℃的温度下老化1000小时后，如根据ISO测试号527-1:2019在23℃的温度下测定的，所述组合物表现出约20MPa至约300MPa的拉伸强度。
29.根据权利要求28所述的纤维增强聚合物组合物，其中，老化后的拉伸强度与老化前的拉伸强度之比为约0.6或更大。
30.根据权利要求27所述的纤维增强聚合物组合物，其中，在根据SAE J2527_2017092以2500kJ/m2的总曝光水平暴露于UV光后，如根据ISO测试号527-1:2019在23℃的温度下测定的，所述组合物表现出约20MPa至约300MPa的拉伸强度。
31.根据权利要求28所述的纤维增强聚合物组合物，其中，暴露于UV光后的拉伸强度与暴露于UV光前的拉伸强度之比为约0.6或更大。
32.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述纤维是玻璃纤维。
33.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述热塑性聚合物包括丙烯聚合物。
34.根据权利要求33所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述丙烯聚合物包括均聚物。
35.根据权利要求34所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述均聚物是金属茂催化的。
36.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中，所述纤维间隔开并沿基本上相似的方向排列。
37.一种成型部件，包含权利要求1的纤维增强聚合物组合物。
38.根据权利要求28所述的成型部件，其中，所述部件是注塑成型的。
39.一种汽车部件，包括权利要求37所述的成型部件。
40.根据权利要求39所述的汽车部件，其中，所述部件是汽车内饰部件。
41.根据权利要求40所述的汽车部件，其中，所述部件是踏板模块、仪表板、扶手、控制台、座椅结构、内部模块、升降门、内部收纳件、踏板辅助装置、烟灰缸、杂物箱、变速杆或其组合。
42.根据权利要求39所述的汽车部件，其中，所述汽车部件是汽车外饰部件。
43.根据权利要求42所述的汽车部件，其中，所述汽车外饰部件是风扇罩、天窗系统、门板、前端模块、侧车身板、车底护板、保险杠板、覆层、整流罩、喷嘴主体、捕获软管组件、立柱罩、门槛板或其组合。
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