[发明专利]纳米粒子挤拉成型加工助剂

说明书

技术领域

本公开涉及挤拉成型加工助剂。具体来讲，本公开描述了纳米粒子（包括表面改性的纳米粒子）、加工助剂和这种纳米粒子在挤拉成型过程中的用途。

发明内容

简而言之，在一方面，本公开提供了一种形成经纤维增强的聚合物复合材料的方法，所述方法包括用包含液体树脂和纳米粒子的树脂体系浸渍连续纤维，将经树脂浸渍的纤维拉引通过模具，以及在所述模具中将树脂体系至少部分固化（例如交联）。在一些实施例中，所述方法还包括将经树脂浸渍的纤维拉引通过预成形机，以及压实所述纤维。合适的纤维包括芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维和碳纤维。合适的树脂包括可交联树脂，如环氧树脂、乙烯基酯树脂和聚酯树脂。

在一些实施例中，所述纳米粒子包含芯部和与所述芯部相连的至少一个表面改性剂，例如，包含二氧化硅芯部和共价结合至所述芯部的表面改性剂的二氧化硅纳米粒子，以及包含方解石芯部和与所述芯部离子相连的表面改性剂的方解石纳米粒子。在一些实施例中，所述纳米粒子包括经反应性表面改性的纳米粒子，所述经反应性表面改性的纳米粒子包含芯部和与所述芯部相连的反应性表面改性剂，其中将树脂固化包括使树脂与反应性表面改性剂反应。

在一些实施例中，形成经纤维增强的聚合物复合材料所需的拉引力与在相同条件但无纳米粒子的情况下形成同样的经纤维增强的聚合物复合材料所需的拉引力相比降低至少30%。在一些实施例中，在比基本线速度大至少20%的线速度下形成经纤维增强的聚合物复合材料所需的拉引力小于在基本速度且无纳米粒子情况下形成同样的经纤维增强的聚合物复合材料所需的拉引力。

在另一方面，本公开提供了一种根据前述权利要求中任一项所述的方法制得的挤拉成型的经纤维增强的聚合物复合材料。

在又一方面，本公开提供了一种挤拉成型的经纤维增强的聚合物复合材料，其包含嵌入树脂体系中的连续纤维，所述树脂体系包含经固化的树脂和纳米粒子。在一些实施例中，所述挤拉成型的经纤维增强的聚合物复合材料包含至少66体积%的连续纤维。在一些实施例中，所述连续纤维包括石墨纤维和/或玻璃纤维。

本公开的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个和多个实施例的细节还在下面的描述中示出。本发明的其他特征、目标和优点根据描述和权利要求将显而易见。

附图说明

图1示出了一个示例性的挤拉成型过程。

图2示出了一个示例性的挤拉成型的经纤维增强的聚合物复合材料。

图3为含有纳米粒子的挤拉成型部件的SEM图像。

图4为含有纳米粒子的挤拉成型部件的另一SEM图像。

具体实施方式

一般来讲，“挤出”涉及将材料推送通过配备一个或多个加热螺杆的圆筒，以及在材料通过例如模具而离开圆筒之前进行混合，所述一个或多个加热螺杆提供大量的剪切力。相比之下，在“挤拉成型”过程中，材料被拉引通过模具。挤拉成型法常用于形成具有均匀横截面的连续的经纤维增强的聚合物复合材料。在典型的挤拉成型过程中，连续纤维和树脂被拉引通过加热模具，在所述加热模具中复合材料部件成形，且树脂硬化。所得的经纤维增强的聚合物复合材料可随后被冷却，并切削至所需长度以制得挤拉成型部件。示例性的挤拉成型部件包括杆件、柱子、柄部、棒材、管材、横梁（例如I形梁）、甲板、箭杆、撑条等。

一个示例性的挤拉成型过程示于图1中。纤维105的卷轴104支承于例如经轴架102上。每个纤维105常常为一束纤维，例如丝束或粗纱。尽管未显示，但纤维也可作为含有连续和/或不连续纤维的垫提供。在一些实施例中，纤维与另外的纤维层，例如连续原丝毡106组合。

当纤维被拉引通过导向装置110时，它们如特定的挤拉成型部件所需而排列和分布。然后纤维105进入树脂浴120，在所述树脂浴中所述纤维由树脂体系130饱和或“润湿”。当离开所述树脂浴时，纤维进入预成形机140，在所述预成形机中饱和平坦的纤维片材被预成形，且在称为“压实”的过程中，过量树脂被去除。

在一些实施例中，可在树脂浴之后施用连续原丝毡和/或面纱，以例如改进挤拉成型部件的强度和/或表面性质。一般来讲，当添加的面纱从预成形机140中的饱和纤维中挤出时，其由过量树脂的一部分饱和。在一些实施例中，可将预热器，例如射频预热器设置于预成形机140和模具150之间，以升高温度并降低树脂的粘度。