[发明专利]用呈干粉末形式的热塑性聚合物预浸渍的纤维材料的制造方法

说明书

制造预浸渍的纤维材料的方法，所述预浸渍的纤维材料具有连续纤维和热塑性聚合物基质，所述预浸渍的纤维材料以单个单向条带或多个平行单向条带制备。所述方法包括用呈粉末形式的所述热塑性聚合物浸渍呈一根粗纱或若干平行粗纱的形式的所述纤维材料的步骤。热塑性聚合物颗粒的D90/D10体积比为1.5至50，并且热塑性聚合物颗粒的体积平均直径(D50)与所述纤维材料的单个纤维的平均直径的比为3至40。

技术领域

本发明涉及制造用呈干粉末形式的热塑性聚合物预浸渍的纤维材料的方法。

更具体而言，本发明涉及制造预浸渍的纤维材料的方法，该方法包括制备预浸渍的纤维材料的浸渍步骤，尤其是在其芯处，所述预浸渍的纤维材料具有降低和受控的孔隙率，以获得校准尺寸的预浸渍的纤维材料带材，其可直接用于制造三维复合材料部件。

在本说明书中，术语“纤维材料”是指增强纤维的集合。在成形之前，其为粗纱的形式。在成形之后，其变为丝束(或条带)或片材的形式。当增强纤维是连续的时，其集合构成织物或非织造物(NCF)。当纤维是短的时，其集合构成毛毡或非织造材料。

这类预浸渍的纤维材料尤其旨在用于生产轻质复合材料，其用于制造具有三维结构和良好的机械和热性质的机械部件。当纤维为碳或当树脂负载有合适的添加剂时，这些纤维材料能够放出静电荷。因此，其具有与部件的制造相容的性质，特别是在机械、民用或军用航空和航海、机动车辆、油(石油)和气体(天然气)、特别是海上油或气体、储存气体、能源、健康和医疗、军队和武器装备、运动和休闲以及电子产品的领域。

这类预浸渍的纤维材料也称为复合材料。其包括由增强纤维构成的纤维材料和由浸渍聚合物制成的基质。该基质的主要作用是使增强纤维保持紧凑(密实)的形式并赋予最终产品期望的形状。该基质还确保了纤维之间的电荷(负荷)转移，因此调节了复合材料的机械强度。这种基质还用于保护增强纤维免受磨损和侵蚀性环境影响，以监控表面外观并分散纤维之间的任何填料。该基质的作用对于复合材料的长期性质是重要的，特别是在疲劳和蠕变方面。

背景技术

由预浸渍的纤维材料制造的良好质量的三维复合材料部件特别地通过监控用热塑性聚合物浸渍增强纤维的方法来实现。

在本说明书中，术语“条带”用于表示宽度大于或等于400mm的纤维材料的条带。术语“带材”用于表示具有校准宽度且低于或等于400mm的带材。

术语“粗纱”也用于指纤维材料。

到目前为止，通过浸渍热塑性聚合物或热固性聚合物增强的纤维材料的条带的制造根据几种方法来进行，这些方法特别地取决于聚合物的性质、最终的期望的复合材料的类型和其应用范围。粉末浸渍或在熔融聚合物十字头上的挤出技术通常用于用热固性聚合物(如环氧树脂，例如如专利WO2012/066241A2中所描述)浸渍增强纤维。这些技术通常不直接适用于用热塑性聚合物浸渍，尤其是具有高玻璃化转变温度的那些，其熔体粘度太高而无法获得令人满意的对纤维的浸渍和半成品或良好质量的成品。

另一种已知的浸渍方法是使纤维连续通过聚合物粉末的水分散体或聚合物颗粒的水分散体或乳液或水性聚合物悬浮液。例如，可参考文献EP0324680。在该方法中，使用微米尺寸粉末(约20μm)的分散体。浸泡在水溶液中之后，用聚合物粉末浸渍纤维。该方法然后涉及干燥步骤，其使浸渍的纤维通过第一炉以使在浸泡期间吸收的水蒸发。然后需要热处理步骤，其使浸渍和干燥的纤维通过处于高温下的第二加热区，以使聚合物熔化，从而使其粘附、铺散并覆盖纤维。

该方法的主要缺点是沉积的均匀性，其有时不完美。该方法的另一个问题是干燥时间和能量消耗，这极大地影响了生产成本。另外，所使用的粉末的粒度通常很细(通常以体积计的D50为20μm)，并且这也增加了预浸渍的带材或幅材(web，网)的最终成本。

此外，该方法的干燥步骤通过水的蒸发在预浸渍的纤维中产生孔隙。

然后，预浸渍的纤维材料需要成形为例如带材。