[发明专利]用于制造复合制品的方法

说明书

本发明涉及热塑性聚合物组合物用于浸渍呈织物或工业织物形式的增强材料以制造复合材料的用途。本发明的领域是复合材料以及模制/固结方法和所获得的零件的领域。本发明更具体地涉及一种通过注射模制制造复合制品的方法，该方法至少包括以下步骤：将至少一种增强织物引入预加热的模具中，模具的部分闭合，模具的升温步骤，任选地在注入热塑性聚合物组合物之前保持模具的温度的步骤，将热塑性聚合物组合物注入模具中的步骤，模具闭合至最终零件厚度以使树脂流动穿过增强织物的步骤，所获得的复合制品的冷却步骤和回收步骤。

技术领域

本发明涉及热塑性聚合物组合物用于浸渍呈织物或工业织物形式的增强材料以制造复合材料的用途。本发明的领域是复合材料以及模制/固结方法和所获得的零件的领域。本发明更具体地涉及一种通过注射模制制造复合制品的方法，该方法至少包括以下步骤：将至少一种增强织物引入预加热的模具中，模具的部分闭合，模具的升温步骤，任选地保持模具的温度的步骤，将热塑性聚合物组合物注入模具中的步骤，闭合模具以使聚合物流动穿过增强织物并使制品达到其最终厚度的步骤，所获得的复合制品的冷却步骤和回收步骤。

背景技术

在高性能材料领域，由于复合材料的性能以及它们带来的重量减轻，复合材料已经占据主导地位。迄今为止最为人所知的高性能复合材料是由热固性树脂获得的，热固性树脂的使用限于低至中系列应用，主要在航空、能源和赛车运动中，并且制造时间范围从在最好情况下数十分钟至数个小时，制造时间包括固化热固性树脂所需要的时间。这些材料的成本和/或制造时间使得它们难以与大规模使用相容。另外，热固性树脂的使用经常涉及溶剂和反应性前体(单体、催化剂等)的存在。最后，这些复合材料难以再循环。

热塑性聚合物相对于热固性材料具有许多优点，这些优点使它们被认为对于开发复合结构有非常令人关注的机会，特别是在大众市场(如汽车、铁路、能源、运动和休闲)或更有限但正在开发的市场(如航空)中。这些优点尤其包括良好的固有机械性能(包括延展性、耐冲击性和疲劳)、良好的化学稳定性(包括针对溶剂)以及固结零件的完全可循环性。

当前，具有连续增强材料的基于热塑性聚合物的制品的开发特别地受限于工艺问题，包括生产率和成本。市场上可获得的聚合物具有高熔体粘度，典型地大于250Pa·s，这使得难以浸渍增强织物，特别当纤维含量是按体积计大于50％时。与市场上可获得的热塑性基质有关的浸渍难度需要延长的浸渍时间或者很大的操作压力，这在大型零件的情况下导致问题。在大多数情况下，由这些基质获得的复合材料可能具有微空隙和浸渍差的区域。当材料由数层增强材料(层压材料)组成时，这些微空隙可能导致机械故障、材料过早老化以及分层问题。

如果人们试图减少用于制造复合制品的周期时间，则机械特性损失的现象变得甚至更突出。聚合物的高粘度水平对成形技术施加了限制，并且不允许生产具有复杂几何形状的零件。

为了克服与高树脂粘度有关的问题，已经开发了各种各样的方法，如混合技术或纤维股的涂覆，将聚合物更靠近增强材料放置以获得适当的增强；或者使用低粘度反应性前体(例如己内酰胺、月桂内酰胺、树脂)在浸渍后在增强材料中通过原位聚合；或者在扩链剂的存在下使用粘度降低的低聚物(预聚物)，以及在增强材料浸渍后进行原位聚合物扩链。此外，已经开发了具有非常低熔体粘度的热塑性聚合物，允许获得原位聚合的替代途径并采用树脂传递模制(RTM TP)或拉挤成型(注射-拉挤成型TP)技术(参见例如，US2011/231249 A1、US 2012/322326 A1、US 2012/238164 A1、US 2013/115836 A1、 US2017/342267 A1和US 2017/342268 A1)。然而，这些方法具有一定数量的缺点，这些缺点在可加工性、最终性能或成本方面，这限制了它们的应用，特别是用于大众市场。仅具有小于50Pa·s的熔体粘度的热塑性聚合物适合于在所述 RTM TP方法中使用，因为否则聚合物熔体穿过增强纤维材料的流动变得困难，需要注射压力升高并导致有缺陷的产品。