[发明专利]具有高平滑度的碳纤维增强塑性材料

说明书

提供一种纤维增强塑性材料和制造这种材料的方法。该纤维增强塑性材料包括多个碳纤维，以及含有至少一种低线性热膨胀系数(CLTE)填料的乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。

发明领域

本公开涉及一种增强材料和制造此类材料的方法。更具体地，本公开涉及一种具有高表面平滑度的碳纤维增强材料。

发明背景

在许多情况下，可有效地使用塑性材料来代替较重且较昂贵的材料，例如钢。然而，当这样的材料将被用于代替较重且较昂贵的材料时，强度和光洁度可能特别令人关注。这样的情景的一个实例是用于例如汽车构造中的钢板，其中可对表面涂漆并且需要高光泽度而没有明显的图案。

碳纤维增强材料提供优异的强度重量比并且非常适合于替换较重且较昂贵的材料。然而，这样的碳纤维增强塑性材料当用于需要美观光洁度的区域时具有缺点。例如，当示例性的钢材料可提供约0.15μm的粗糙度R_a时，示例性的碳纤维增强塑性材料可提供高75％或高达0.60μm的粗糙度R_a。当随后对材料进行整饰例如涂漆和任选地固化时，该效果进一步加剧。

连续或短切的碳纤维增强塑料部件的表面品质是差的(例如高的粗糙度)，因为纤维在表面平滑度方面产生了一些畸变。当对这些部件涂漆时，纤维图案清晰可见，这在本领域中被称为“纤维印透”。

这种现象至少部分地是由在模塑过程的冷却阶段期间围绕碳纤维和/或碳纤维束的热固性树脂的收缩造成的。这在本领域中称为模塑收缩。

此外，在涂漆板的情形中，在涂漆和固化(例如在约140℃)期间，热固性树脂再次膨胀，并且该膨胀大于碳纤维。当冷却时，在碳纤维和碳纤维束周围，树脂再次回缩。

这些材料之间的热膨胀系数差异是涂漆过程中表面畸变的原因之一。上述两种现象导致比通常使用的钢材料更高的粗糙度和更低的光洁度品质。

市场上目前可获得的形成板件(panel)的碳纤维材料是热固性固化材料并且它们需要大量的后处理以实现与钢相同的桔皮值(wave scan value)。这样的后处理可能是昂贵、耗时以及劳动密集的，并且可能仍无法达到钢的表面品质。因此，有益的是仍然改善光洁度品质且同时还降低在这些材料表面上获得合适光洁度所需的资源。

DE 10 2012007839公开了一种使用热固性树脂的多层纤维塑性复合材料部件。该复合材料部件具有由基质树脂和内含碳纤维的纤维材料制成的至少一个纤维塑性层。可见的表面设有透明玻璃层，该透明玻璃层通过基质树脂与纤维塑性层连接。如上所述，这种材料需要大量的后处理以使其可用于需要美观的光洁度的应用中。

JP 2010-163536描述了一种用于生产片状模塑化合物的方法，包括从多个碳纤维束的卷绕体中抽出多个碳纤维束(所述卷绕体是通过卷绕多个碳纤维束而获得，所述碳纤维束各自在单个线筒上具有捆扎性能而非平行排列)、通过粗纱切割器切割碳纤维束并且同时对每个纤维束将碳纤维束分开、将切割后的碳纤维束与树脂组合物混合并将混合物形成片材。

WO 2015/113585公开了一种纤维增强塑性材料，其包括：含多个连续的碳纤维增强热塑性薄片的纤维层、包含选自玻璃纤维和碳纤维中至少一种的纤维的罩层、以及包含树脂膜的树脂层，其中所述罩层被树脂膜的至少一部分浸渗。

发明概述

发明人已经认识到，期望改进纤维增强塑性片材的平滑度。本公开的实施方案旨在克服发明人所认识到的当前技术水平中的缺点。

根据本公开的实施方案，提供一种纤维增强塑性材料，其包括多个碳纤维和乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂以及至少一种低线性热膨胀系数(CLTE)的填料。

通过提供这样的材料，可以减小因树脂和纤维层之间的不同热膨胀系数所致的收缩率变化，使得纤维印透减少或甚至消除。