專利名稱：將環(huán)狀低聚物加工成熱塑性聚對苯二甲酸丁二酯塑料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分用于制備含有PBT或者PBT共混物的纖維增強(qiáng)塑料制品的方法。本發(fā)明還涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的含有PBT或者PBT合金的纖維增強(qiáng)塑料制品。
迄今仍然難于在設(shè)計用于加工熱固性塑料體系(例如RTM方法或者預(yù)浸料工藝)的制備方法中加工用于制備纖維增強(qiáng)塑料制品的熱塑性塑料體系。加工熱塑性塑料體系的難點尤其在于提供不僅化學(xué)上穩(wěn)定，而且為進(jìn)一步加工而能轉(zhuǎn)化為低粘度狀態(tài)的合適反應(yīng)性原材料。
因此，一段時間以來，人們已經(jīng)致力于開發(fā)能夠類似于熱固型塑料進(jìn)行加工的熱塑性塑料。一種已知的這類體系是例如基于聚酰胺(PA)，例如以內(nèi)酰胺作為原材料的PA-12。另一非常有前景的體系基于聚酯，例如聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)。用于制備聚酯或者PBT的反應(yīng)性原材料以所謂環(huán)狀或者大環(huán)狀低聚物形式存在，它們與對應(yīng)的聚合反應(yīng)催化劑相混合。這種體系的特點在于，所述反應(yīng)性原材料能轉(zhuǎn)換為低粘度熔體，這使得其適用于借助注射方法(例如LCM方法)的加工。
LCM稱為“液體復(fù)合物模塑”。在本文中，LCM方法或LCM技術(shù)是指這樣一種方法，即向多部件模塑工具、特別是兩部件模塑工具的腔室中填充單組分或者多組分纖維坯體或者纖維結(jié)構(gòu)，并向該封閉的模塑工具的腔室中進(jìn)給或者注射熱固性或者熱塑性塑料基體，這些塑料基體流過并浸漬纖維坯體而形成纖維復(fù)合構(gòu)件并填充模塑工具的腔室，并在模填充完成后使該纖維復(fù)合構(gòu)件固化或聚合并隨后脫模。所述的LCM方法當(dāng)然也包括具有熔融芯體或者永久芯體(例如泡沫材料芯體)的變型方案，其中熔融芯體或者永久芯體與纖維機(jī)構(gòu)一起置入到打開的模塑工具中。
如果在LCM方法中加工熱固型的塑料基體體系，則涉及樹脂傳遞模塑(RTM)法。因此，對于上述的注射方法，LCM方法被理解為RTM方法的上位概念，其除了熱固性塑料基體體系之外還包括熱塑性塑料基體體系。RTM方法在例如Ktte，“Der Resin-Transfer-Molding-Prozess-Analyse eines Harzinjektionsverfahrens”，Verlag TVRheinland，1991中有詳細(xì)描述。
然而，在利用LCM技術(shù)加工熱塑性基體體系時也常提到RTM方法。
然而，所述環(huán)狀低聚物的低粘度性能對于在其它方法中加工也是有利的，因為低粘度的反應(yīng)性原材料起到對纖維的最佳飽和或者浸漬作用，這對于稠密纖維結(jié)構(gòu)形式的高纖維含量的塑料制品具有特別重大的意義。
US 6369157示例性描述了一種合適的反應(yīng)性原材料，其可以被加工為PBT塑料或者PBT塑料合金。作為加工方法可以提及例如預(yù)浸漬工藝、RTM方法、拉擠方法、擠出方法以及壓模法。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出用于加工PBT塑料體系或者屬于前者的基于環(huán)狀低聚物的反應(yīng)性PBT原材料的具體方法。本發(fā)明的另一主題還在于由此所得的含PBT塑料的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分得以實現(xiàn)。改進(jìn)的實施方案在從屬權(quán)利要求中記載，它們由此成為說明書的一部分。
定義反應(yīng)性原材料根據(jù)下面定義的反應(yīng)性原材料尤其包括聚酯(尤其是PBT)的環(huán)狀或者大環(huán)狀低聚物(稱為CPBT)，其與聚合反應(yīng)催化劑共混。此外，反應(yīng)性原材料還包括含有例如在聚合反應(yīng)結(jié)束后獲得PBT共混物(PBT塑料合金)的上述材料的共混物(合金)。用于制備聚酯或者PBT塑料的所述反應(yīng)性原材料在US 6369157中有詳細(xì)描述，其內(nèi)容在此成為本公開的一部分。環(huán)狀低聚物形式的特別合適的反應(yīng)性PBT原材料是Cyclics公司以CBTTM(環(huán)狀對苯二甲酸丁二酯)名稱制備的那些。聚合反應(yīng)催化劑可以例如是鋅催化劑或者其它合適的催化劑。
聚酯根據(jù)下面定義的聚酯尤其包括塑料例如PET(聚對苯二甲酸乙二酯)以及相關(guān)共混物和特別是PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)或者PBT共混物(PBT塑料合金)。
纖維結(jié)構(gòu)根據(jù)下面定義的纖維結(jié)構(gòu)是平面狀的結(jié)構(gòu)，并尤其包括紡織平面結(jié)構(gòu)，例如纖維網(wǎng)(Vliese)、“無紡布”、不形成網(wǎng)眼的體系，例如紡織物、單向或者雙向紡粘織物(Gelege)、編織物或者氈等，或者例如形成網(wǎng)眼的體系，例如編結(jié)物或者針織物以及刺繡結(jié)構(gòu)。
纖維根據(jù)下面定義的纖維結(jié)構(gòu)中的纖維是例如3-150mm纖維長度的長纖維或者連續(xù)纖維并且例如以粗紗形式加工成纖維結(jié)構(gòu)。
所述纖維可以是玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、碳纖維、塑料纖維、天然纖維或者它們的混合物。塑料纖維特別可以是聚酯纖維，例如PET、PBT或者PBT共混物。對于無機(jī)纖維而言優(yōu)選使用玻璃纖維，因為與芳族聚酰胺纖維或者碳纖維相比，在回收利用纖維增強(qiáng)的塑料制品時，玻璃纖維可以相對低的費(fèi)用從塑料基體分離出來，而且玻璃纖維也相對廉價。
PBT纖維的特征在于，由于生產(chǎn)工藝其在纖維方向上具有結(jié)晶取向，而纖維之間的基體基本上不具有晶體取向，即是非晶態(tài)的。
板根據(jù)下面定義的板是指具有特定的抗彎剛度和厚度相對小于長度和寬度的平面物體。所述的板具有例如0.5mm或者更大的厚度，優(yōu)選1mm或者更大的厚度，尤其是2mm或者更大的厚度和10mm或者更小、優(yōu)選6mm或者更小，特別是4mm或者更小的厚度。
覆層方法為了制備預(yù)浸漬的纖維結(jié)構(gòu)(預(yù)浸漬)，通常是纖維氈，迄今用反應(yīng)性塑料基體浸透(浸漬)或者用反應(yīng)性粉末涂覆纖維結(jié)構(gòu)，其中該粉末(尤其是經(jīng)加熱的粉末)本身具有粘附性能并由此保持粘附在纖維結(jié)構(gòu)上。
已知的是，將反應(yīng)性原材料(即環(huán)狀低聚物)以薄膜形式施加到纖維結(jié)構(gòu)上，其中通過該薄膜熔融，由于該反應(yīng)性原材料在熔融狀態(tài)下的低粘度而發(fā)生纖維結(jié)構(gòu)的浸漬。
因為預(yù)浸漬體通常是粘性的，按照已知技術(shù)這些預(yù)浸漬體通常在一面或者兩面具有剝離層，也即分離薄膜。這種剝離層使得可以將連續(xù)制備的預(yù)浸漬體在所謂滾筒上形成軋制產(chǎn)品，以在進(jìn)一步加工成纖維增強(qiáng)板材料之前進(jìn)行中間存儲，而不會發(fā)生彼此粘合。另一方面，該剝離層在其它加工工藝中也具有意義，因為其在生產(chǎn)經(jīng)固化或者經(jīng)聚合的板材料時防止裝置(即壓榨機(jī)或者輥)與預(yù)浸漬體粘合。在預(yù)浸漬體固化或者聚合成板材料(也稱為有機(jī)片材)后，除去剝離層。因此，剝離層不是最終產(chǎn)物的一部分，而僅是生產(chǎn)的輔助物。
本發(fā)明的理念在于改善制備和進(jìn)一步加工所謂預(yù)浸漬體半成品的方法，和在更廣泛的意義上，在于改善由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)在使用反應(yīng)性原材料的情況下制備板材料的方法。
為此，在第一步驟中用反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆纖維結(jié)構(gòu)。為此，該纖維結(jié)構(gòu)可以用液態(tài)的反應(yīng)性原材料浸漬，例如借助將纖維結(jié)構(gòu)浸沒到溶液浴中，其中在浸漬后再次將溶劑除去。此外，液態(tài)原材料也可以經(jīng)噴霧、抹平、澆涂、輥涂或者刮刀涂覆到纖維結(jié)構(gòu)上。
在一個可供選擇的變型方案中，可用粉末形式或者薄膜形式的反應(yīng)性原材料涂覆該纖維結(jié)構(gòu)，在這兩種情況下反應(yīng)性原材料均在生產(chǎn)工藝過程中熔融以浸漬纖維結(jié)構(gòu)。如果該反應(yīng)性原材料以粉末形式施加到纖維結(jié)構(gòu)上，那么為了改善粘附性能可以對其進(jìn)行加熱，由此粉末可以甚至軟化或者熔融。作為備選方案或者與之相結(jié)合，可以對纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)熱并用粉末涂覆。該粉末涂覆可以在水平或者垂直通過的纖維網(wǎng)上進(jìn)行，其中粉末相應(yīng)地以垂直或者水平形式供給到纖維網(wǎng)上。所述粉末可以借助重力和/或借助氣流或者空氣流供給。氣流或者空氣流優(yōu)選經(jīng)加熱，使得粉末在撞擊到纖維網(wǎng)時產(chǎn)生粘附性能。此外，粉末也可以借助靜電方法供給。
在上述方法中，纖維結(jié)構(gòu)的兩層或者多層也可以如上所述進(jìn)行浸漬或者涂覆和合并成多層纖維網(wǎng)。
在接下來的步驟中，經(jīng)反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆的一層或者多層纖維網(wǎng)在一面或者兩面用塑料膜或塑料箔形式的覆層涂覆。該塑料膜或塑料箔由此成為待制備的纖維增強(qiáng)板材料的一體化組成部分。
所述塑料膜或者塑料箔可以由熱塑性塑料或者熱固性塑料構(gòu)成。優(yōu)選該覆層是由聚酯，例如PET和尤其是PBT或者PBT共混物制成的聚合熱塑性膜。
所述塑料膜具有例如大于50μm、優(yōu)選大于100μm且小于2000μm、尤其是小于1000μm的厚度。由于該反應(yīng)性原材料的粘附性，所述塑料膜保持粘附在經(jīng)浸漬或者經(jīng)涂覆的纖維結(jié)構(gòu)上。塑料膜可以作為從滾筒上展開的固態(tài)薄膜或者借助擠出機(jī)作為熔融的部分固態(tài)或者固態(tài)的薄膜進(jìn)行施加。
所述施加在纖維網(wǎng)上的覆層也可以是具有上述組成的不含纖維的(聚合)塑料外層的纖維增強(qiáng)的網(wǎng)狀塑料材料。
纖維網(wǎng)的纖維優(yōu)選由玻璃或者聚酯，例如PET和特別是PBT或者PBT共混物制成。通過應(yīng)用聚酯纖維(例如PBT纖維)實現(xiàn)了單一類型的板材。
為了進(jìn)一步加工，在壓力和熱作用下使具有所施加覆層的預(yù)浸漬體聚合為聚酯(例如PET和特別是PBT或PBT共混物)，由此使覆層和纖維結(jié)構(gòu)的聚合塑料基體緊密結(jié)合，和使得覆層成為板狀纖維復(fù)合體的一體化組成部分。
在此，覆層和熔點或者分解點高于反應(yīng)性原材料的聚合溫度。因而在塑料基體的聚合過程中該覆層不會受損。
因為PBT的熔點(約220℃)高于所用反應(yīng)性原材料的聚合溫度(約180-190℃)，由PBT膜構(gòu)成的覆層不會由于在塑料基體聚合時的熱作用而受到不利影響。另外，由聚酯(特別是PBT)制成的覆層產(chǎn)生了按回收利用的標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合材料中的單一類型的塑料。
一體化施加覆層還具有額外的優(yōu)點，即實現(xiàn)了板材料的高表面品質(zhì)，這是由于覆層不含纖維。
纖維網(wǎng)的覆層和塑料基體在聚合狀態(tài)下優(yōu)選由同一種塑料或者彼此相近的塑料或者塑料合金組成。
在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，覆層可以經(jīng)著色，從而使板材已經(jīng)具有經(jīng)著色的外觀。所述著色可以是使得設(shè)置在覆層下的纖維增強(qiáng)層不再可見的類型。由此可以任選地省去后面的刷色漆步驟。
本發(fā)明的板材的生產(chǎn)從纖維結(jié)構(gòu)和原材料的供給直到由壓制機(jī)卸出成品板材優(yōu)選連續(xù)和在線進(jìn)行，即在一個生產(chǎn)線中進(jìn)行。
為此，將一個或者多個纖維結(jié)構(gòu)連續(xù)地或者視需要一起供給到加工裝置中，將這些例如以網(wǎng)輻形式從套筒上打開并用反應(yīng)性原材料在線浸漬或者涂覆。浸漬或者涂覆可以例如借助浸漬浴在進(jìn)料裝置、噴霧裝置、粉末分散裝置、用于將粉末靜電轉(zhuǎn)移到纖維結(jié)構(gòu)上的裝置或者用于將由反應(yīng)性原材料構(gòu)成的液態(tài)、半固態(tài)或者固態(tài)的膜例如通過擠出或者從滾筒上進(jìn)行供給的裝置中連續(xù)地進(jìn)行。
然后在線地將(經(jīng)聚合)的塑料膜或者塑料箔施加到用反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆的纖維網(wǎng)的一面或兩面上，其中塑料膜從滾筒(卷筒)打開或者直接在線擠出并以液態(tài)、部分固態(tài)或固態(tài)施加到經(jīng)浸漬或者經(jīng)涂覆的纖維網(wǎng)上。
在后續(xù)的通過式軋機(jī)中，該復(fù)合體在壓力和/或熱作用下聚合成纖維增強(qiáng)的板材。所述軋制過程可以經(jīng)下游的軋制輥和/或借助軋制板進(jìn)行。軋制裝置可以包括例如相對于上面的固定軋制結(jié)構(gòu)件工作的浮式液壓控制的下軋制板。這種通過式軋機(jī)例如借助帶(例如PTFE帶或者鋼帶)進(jìn)行操作，并依賴于加熱段的長度而允許中等或者高的通過量。
然后，可以沿著通過方向的橫向和/或縱向?qū)⑺鼍W(wǎng)狀的經(jīng)聚合板材剪切成單個板或者條并分批堆疊。由于該覆層，在將預(yù)浸漬體進(jìn)一步加工為板材時，裝置受到保護(hù)。
在本發(fā)明的一個具體實施方案中，在用覆層涂覆之后未導(dǎo)引預(yù)浸漬體通過軋機(jī)，而是使其纏繞到滾筒上或者進(jìn)行剪切和分批堆疊，其中各板由于覆層的剝離功能而不發(fā)生相互粘附。這樣供給到中間存儲過程中的預(yù)浸漬體可以在之后的時間如上所述地進(jìn)一步加工成板材或者以其它路徑(例如在模壓機(jī)中)進(jìn)行加工。
本發(fā)明的纖維增強(qiáng)的板材可以用作平板或者條帶制品。此外，該板材可以例如借助深沖壓進(jìn)一步加工成熱成型制品。此外，上述平板形式的板材可以進(jìn)一步加工成多層復(fù)合體，尤其是夾心復(fù)合體，其中其他層可以包括例如泡沫材料、金屬箔或者金屬板。
這種多層復(fù)合體的制備同樣可以連續(xù)和在線進(jìn)行，其中其它的層(例如泡沫材料層)同樣連續(xù)地供給。在一個優(yōu)選實施方案中多層復(fù)合體的制備在生產(chǎn)纖維增強(qiáng)板材之后在線和直接地進(jìn)行。如果將上述板材進(jìn)一步加工成多層復(fù)合體，在某些情況下足夠的是，預(yù)浸漬體材料僅涂覆一層具有持久塑料膜作為剝離層的覆層，而第二表面用臨時的可剝離層涂覆，該層在制備多層復(fù)合體時再次被去除。在這種情況下，該含持久的塑料膜的覆層構(gòu)成多層復(fù)合體的覆層，而第二表面是與其它復(fù)合層的接觸面。
上述板材或者由其制備的復(fù)合板或者熱成型制品可用于交通運(yùn)輸業(yè)，例如公路交通工具的制造(汽車、客車、卡車、輕型交通工具等)、軌道交通工具的制造(鐵路、有軌電車、快速軌道交通、磁懸浮列車)，航空(飛機(jī)制造、太空飛行)，船舶、艦艇和船只制造以及用于纜車艙。此外，所述板材可以用于高層建筑和地下建筑，室內(nèi)裝飾和特別是建筑工業(yè)以及用于生產(chǎn)運(yùn)動器械。
單一類型的塑料制品本發(fā)明的主題還在于單一類型的纖維增強(qiáng)的塑料制品(在下文中稱為單一類型的塑料制品)，其含有由聚酯(例如PET和尤其PBT或者PBT共混物)制成的纖維和同樣由聚酯(例如PET和尤其是PBT或者PBT共混物)制成的塑料基體。單一類型的塑料制品可以例如是纖維增強(qiáng)的塑料板，其由用反應(yīng)性原材料浸漬或涂覆的預(yù)浸漬體制備，該預(yù)浸漬體在壓力和/或熱作用下聚合成纖維增強(qiáng)的塑料板。該纖維結(jié)構(gòu)可以例如用反應(yīng)性粉末狀原材料涂覆，或者用視需要存在于溶液中的液態(tài)形式的反應(yīng)性原材料浸漬。還可以考慮的是，纖維結(jié)構(gòu)的一面或者兩面用由反應(yīng)性原材料制成的膜進(jìn)行涂覆，其中該膜被低粘度熔融以浸漬纖維。
在壓力和熱量作用下，塑料基體在軋制裝置中聚合，形成纖維增強(qiáng)的塑料板。
用反應(yīng)性原材料涂覆的纖維結(jié)構(gòu)也可以在成型工具中在施加壓力和熱量和塑料基體聚合成為成型的單一類型塑料制品的條件下進(jìn)行加工。
上述板材可以根據(jù)上述覆膜方法制備并另外在一側(cè)或者兩側(cè)含有用聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)制備的覆膜的涂層。
此外，所述單一類型的纖維增強(qiáng)單組分塑料制品還可以是借助前文所述的LCM方法制備的模塑體。為此，將反應(yīng)性原材料合乎目的地進(jìn)料或者注射到設(shè)計為纖維結(jié)構(gòu)的成型工具中。纖維結(jié)構(gòu)中的纖維由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)構(gòu)成。
單組分塑料制品另一加工方法的特征在于所述纖維增強(qiáng)材料完全由聚酯(例如PET和特別是由PBT或者PBT共混物)構(gòu)成。為了制備上述塑料制品，將反應(yīng)性原材料加工成線型纖維，其進(jìn)而聚合成聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)。備選地，纖維也可以直接由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)制備。該纖維的特征在于，其具有取向為纖維方向的結(jié)晶性，因而具有好的機(jī)械性能(例如剛度和抗拉強(qiáng)度)。上述纖維將在后續(xù)的加工步驟中加工成如上面定義的纖維結(jié)構(gòu)。
在后續(xù)的方法步驟中，各纖維或粗紗至少在表面熔融，其中熔融塑料與纖維相結(jié)合或粘合，并在重結(jié)晶條件下硬化成位于纖維間的優(yōu)選各向同性的塑料基體。這一方法步驟的特征在于施加了壓力和/或熱量。這種方法可以例如是熱壓或者熱壓制方法。
結(jié)果獲得了在塑料基體中嵌有同類塑料纖維的自增強(qiáng)的密實塑料制品。所述塑料制品在此具有與用無機(jī)纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的塑料制品相類似的機(jī)械性能。在本文中，同類或者單一類型是指兩個組分都由聚酯構(gòu)成。
上述經(jīng)聚合的塑料制品的特征在于其良好的熱成型能力，并使其在后續(xù)成型方法中利用熱量和/或壓力進(jìn)一步成型或者最終成型。
所述塑料制品(在下文中稱為單組分塑料制品)可以板或者模塑體形式制備，其中板優(yōu)選在相應(yīng)的軋制裝置或者輥壓裝置中連續(xù)制備，而模塑體優(yōu)選在相應(yīng)連接的成型工具(例如模壓機(jī))中逐件制備。
多層復(fù)合體本發(fā)明的主題還在于含有至少一層由開孔和/或閉孔泡沫材料構(gòu)成的層的多層復(fù)合體。該泡沫材料由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)構(gòu)成。在優(yōu)選的實施方案中，多層復(fù)合體的至少一層其它層含有由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)構(gòu)成的塑料基體。該其它層優(yōu)選是纖維增強(qiáng)塑料板。
所述具有泡沫層的多層復(fù)合體可以含有例如由如上所述的板形式的單一類型塑料制品或者單組分塑料制品構(gòu)成的層，尤其是一面或者雙面覆蓋層。此外，所述層也可以由根據(jù)上述覆箔方法制備的板材構(gòu)成。
所述多層復(fù)合體可以例如是由泡沫材料芯體和雙面覆層組成的夾心元件，其中該泡沫材料芯體由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)構(gòu)成，而雙面覆層由具有由聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)構(gòu)成的塑料基體的纖維增強(qiáng)塑料板形成。
根據(jù)一個具體實施方案，為了制備所述的多層復(fù)合體，在連續(xù)或者非連續(xù)方法(例如間歇工藝)中將用反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆的纖維結(jié)構(gòu)(所謂的預(yù)浸漬體)施加到(聚合)泡沫材料層上，其中預(yù)浸漬體利用熱和/或壓力聚合成增強(qiáng)層，其與泡沫材料層形成長效粘合，其中泡沫材料層是芯體材料。
通過反應(yīng)性原材料的粘附性能可以將增強(qiáng)層優(yōu)異地施加到泡沫材料層上?；w材料的聚合導(dǎo)致在增強(qiáng)層和泡沫材料層之間的長效的堅固粘合。
多層復(fù)合體，尤其是三層夾心復(fù)合體可以例如具有大于3mm，優(yōu)選大于5mm，尤其優(yōu)選大于8mm和小于30cm，優(yōu)選小于20cm，特別是小于10cm的總層厚。
泡沫材料的擠出本發(fā)明的另一目的在于連續(xù)地制備多層復(fù)合體，尤其是夾心復(fù)合體。在一個優(yōu)選的連續(xù)方法中，纖維增強(qiáng)的塑料板用由(經(jīng)聚合的)聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)組成的塑料基體制備。一種具有發(fā)泡劑的可發(fā)泡的由(經(jīng)聚合)聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)制備的原材料借助擠出機(jī)由一個或多個噴嘴擠出。原材料在從擠出機(jī)開口離開時隨著壓力釋放膨脹成平板狀的發(fā)泡塑料。
在擠出步驟的優(yōu)選實施方案中，面條狀股線形式的原材料通過孔板擠出，其中股線在從擠出機(jī)出口離開時膨脹并彼此粘合或者熔合成平板狀的發(fā)泡塑料。所述起始材料也可以通過單個的狹縫噴嘴擠出。
可發(fā)泡的原材料可以直接擠出到同樣連續(xù)供給的纖維增強(qiáng)板材上，使得經(jīng)擠出的原材料與板材相粘合并由此與其緊密結(jié)合。
在本發(fā)明的另一實施方案中，將可發(fā)泡的(經(jīng)聚合)原材料擠出到尚未或者僅部分聚合的板材上，其中該反應(yīng)性原材料通過其粘附作用達(dá)到與所擠出的原材料的緊密結(jié)合。在后面的方法步驟中，板材在熱量和/或壓力作用下完全聚合。
所述板材可以例如按照上面描述的覆膜方法制備，其中該板材合乎目的地僅在一面，即在其裸露的未經(jīng)進(jìn)一步涂覆的表面，用上面描述類型的覆層進(jìn)行涂覆。該覆層特別是由聚酯(例如PET和特別是PBT、PBT共混物)制成的塑料膜或者塑料箔。
所述板材也可以以上面描述的單一類型塑料制品形式或者單組分塑料制品形式存在。根據(jù)后一實施方案，存在單一類型夾心復(fù)合體。
混雜纖維結(jié)構(gòu)在PBT塑料或其反應(yīng)性PBT原材料的另一用途中，含有混雜纖維結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)纖維，例如無機(jī)纖維，如玻璃纖維、碳纖維或者芳族聚酰胺纖維以及塑料纖維形式的基體纖維由(a)聚酯(如PET和特別是PBT或者PBT共混物)或者由(b)反應(yīng)性原材料(如CBTTM)制備。增強(qiáng)纖維和基體纖維優(yōu)選被彼此加工成具有盡可能均勻的分布。
通過應(yīng)用熱量和/或壓力使得基體纖維在后面的加工步驟中熔融并變形為增強(qiáng)纖維周圍的或者滲透到由增強(qiáng)纖維構(gòu)成的纖維結(jié)構(gòu)中的塑料基體，而增強(qiáng)纖維保持未受損害?；w纖維和增強(qiáng)纖維可以例如彼此交織或者編織成纖維結(jié)構(gòu)。
由混雜纖維結(jié)構(gòu)制備的塑料制品可以是纖維增強(qiáng)的塑料板，其在壓機(jī)中，特別是通過式壓機(jī)中制備。此外，所述塑料制品可以是模塑體，其在成型工具，特別是壓制工具中在熱量和/或壓力作用下成型。
根據(jù)變型方案(a)，所述的聚酯僅熔融成塑料基體并再次硬化。根據(jù)變型方案(b)，反應(yīng)性原材料經(jīng)熔融、聚合并硬化成塑料基體。
根據(jù)變型方案(b)，由于反應(yīng)性原材料在熔融狀態(tài)的低粘度性能，實現(xiàn)了增強(qiáng)纖維的良好浸透。
在混雜纖維結(jié)構(gòu)的一個具體改進(jìn)方案中，增強(qiáng)纖維可以由PBT或者PBT共混物制備，而混雜纖維結(jié)構(gòu)的基體纖維由所述反應(yīng)性PBT原材料制備。因為與對應(yīng)的反應(yīng)性原材料相比，(經(jīng)聚合)PBT或者PBT共混物具有更高的熔點，增強(qiáng)纖維在基體纖維經(jīng)聚合轉(zhuǎn)化為塑料基體時不會熔融。
通過成型工具制備纖維增強(qiáng)的模塑件用于加工PBT基體體系的另一方法涉及借助成型工具制備纖維增強(qiáng)的模塑體，在下文中稱為壓模法。該成型工具至少包括兩個工具部件，它們可一起形成封閉的成型工具，從而形成給出模塑體外部輪廓的腔室。
在所述方法的第一實施方案中，用纖維結(jié)構(gòu)以及粉末狀的形成塑料基體的反應(yīng)性原材料填充到打開的成型工具的腔室中，其中引入的粉末量根據(jù)所要制備的模塑件的大小確定，使得在后面的成型工藝中盡可能不存在或者根本不存在過量的基體材料。將成型工具關(guān)閉，在應(yīng)用熱量和/或壓力條件下使粉末狀的反應(yīng)性原材料熔融并滲入到纖維結(jié)構(gòu)中并對其進(jìn)行浸漬。同時，塑料基材開始聚合并對其進(jìn)行固化工藝。模塑件幾乎完全聚合和硬化。得到了由PBT制備的纖維增強(qiáng)模塑件，其在達(dá)到其成型穩(wěn)定性時脫模并視需要可以再進(jìn)行回火。代替PBT還可以使用其他聚酯(例如PET或者PBT共混物或其原材料)進(jìn)行加工。
在所述方法的具體實施方案中，該成型工具以多步，優(yōu)選兩步封閉以進(jìn)行成型過程。由此可以逐步降低封閉壓力，使得連續(xù)熔融的粉末材料可以連續(xù)地滲入到纖維結(jié)構(gòu)中，而不會使纖維結(jié)構(gòu)在成型工具封閉時在最大壓力下從它們的預(yù)定位置移開或者變型。此外，成型工具的多步封閉使得可以從腔室中去除任選過量的基體材料。
在所述方法的另一實施方案中，反應(yīng)性PBT原材料也可以以液態(tài)供給到打開的成型工具的腔室中。
本方法具有下面的優(yōu)點可以免去通過分開的裝置在分開的方法步驟中以液態(tài)形式供給或者注入基體材料，因而可以以技術(shù)上更簡單的裝置更經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行生產(chǎn)。
用持久性的泡沫芯體制備塑料制品另一方面是利用由聚酯(例如PET、PBT或者PBT共混物)制成的泡沫材料芯體借助成型工具制備纖維增強(qiáng)的塑料制品。為此將一個或多個分開的泡沫材料芯體用增強(qiáng)纖維包封并置入成型工具中。
在第一個變型方案中，反應(yīng)性原材料、尤其是PBT原材料在應(yīng)用上述壓模方法情況下在其多個可能的變型方案中例如以液態(tài)或者粉末狀形式供給到打開的成型工具中。
在第二個實施方案中，在已知的LCM工藝中將反應(yīng)性原材料，尤其是PBT原材料以液態(tài)注入到成型工具中。
在此，聚合的PBT塑料基體既與增強(qiáng)纖維，又與合乎目的的同類泡沫材料芯體緊密結(jié)合。
成型工具的預(yù)涂覆本發(fā)明的另一方面涉及在LCM或者壓模方法中預(yù)處理成型工具的腔室。用反應(yīng)性原材料涂覆該腔室，該反應(yīng)性原材料在實際成型工藝中聚合成聚酯、PET和特別是PBT或者PBT共混物，形成塑料制品的表面。
涂層可以以粉末形式施加到成型工具的優(yōu)選經(jīng)預(yù)熱的腔壁上，所述粉末涂層在燒結(jié)工藝中熔融成薄膜。涂層也可以以液體形式施加，例如噴霧或者涂刷。此外，該涂層還可以作為固體膜施加。該膜可以利用軟化或者熔融(例如通過加熱)設(shè)置到腔壁的輪廓上。此外，該膜可以還可以借助壓力或真空或者通常借助機(jī)械手段施加到腔壁上。
還可以考慮的是，不使用反應(yīng)性原材料，而是按照上述方式之一將(經(jīng)聚合)的聚酯(例如PET和特別是PBT或者PBT共混物)施加到工具的腔壁上。
聚合形式的涂層優(yōu)選由與成品模塑件的塑料基體相同或者類似的塑料組合物構(gòu)成。該涂層可以例如大于10μm，優(yōu)選大于100μm，特別是大于500μm，并小于5mm、優(yōu)選小于3mm，特別是小于2mm。
在施加上述涂層之前可以另外用合適的剝離膜涂覆工具模，這使得經(jīng)硬化的塑料制品易于脫模。
所述具有塑料的涂層的目的在于制備具有高品質(zhì)表面的纖維增強(qiáng)塑料制品。因此，高的表面品質(zhì)尤其歸因于涂層不含增強(qiáng)纖維。
在下文中將示例性地和參照附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。其中

圖1用于實施覆膜方法的裝置；圖2用于制備多層復(fù)合體的裝置；圖3泡沫材料擠出裝置的孔板；圖4夾心元件的橫截面。
圖1示出了用于從聚酯制備纖維增強(qiáng)板材的裝置。連續(xù)進(jìn)料的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)1借助粉末涂覆裝置3用粉末形狀的反應(yīng)性原材料2進(jìn)行涂覆。施加到纖維結(jié)構(gòu)上的粉末可以經(jīng)加熱以改善粘附性能。備選地，可以對該纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加熱并用粉末涂覆。然后在兩側(cè)連續(xù)進(jìn)料聚酯薄膜形式的覆層4a，4b，并將它們施加到經(jīng)涂覆的纖維結(jié)構(gòu)的裸露表面上。在通過式壓機(jī)5中反應(yīng)性原材料經(jīng)聚合，形成塑料基體并和覆層緊密結(jié)合。經(jīng)硬化的板材在離開通過式壓機(jī)5后進(jìn)料到剪切或者鋸斷裝置6中的輥式輸送機(jī)8上并按長度剪切成各板7。
圖2示出了夾心復(fù)合體的制備，其中通過擠出裝置1的孔板18(圖3)的開口19擠出股線狀的含發(fā)泡劑的聚酯21a、21b。在離開孔板18后被擠出的股線21a、21b膨脹并彼此粘合成板狀泡沫材料體22。仍然是軟的泡沫材料體22在調(diào)節(jié)裝置23中調(diào)節(jié)到理想的厚度和寬度塊體。然后進(jìn)給用反應(yīng)性原材料浸漬或涂覆的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)24a、24b并將它們施加到泡沫材料體22的裸露表面。然后使該層狀復(fù)合體在軋制或者輥壓裝置25中軋制成夾心復(fù)合體，從而使反應(yīng)性原材料聚合為塑料基體且其自身與泡沫材料體22的表面緊密結(jié)合。然后該夾心復(fù)合體在剪切或者鋸斷裝置(未示出)上按長度剪切成各夾心板10。所述夾心板10(圖4)由聚酯泡沫材料芯體12以及設(shè)置在其兩面的由纖維增強(qiáng)PBT塑料制成的覆層11、13構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.用于由經(jīng)熱塑性塑料基體浸漬的含有至少一個平面狀纖維結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)制備纖維增強(qiáng)板材的方法，其特征在于所述一個或者多個纖維結(jié)構(gòu)經(jīng)含有聚酯的環(huán)狀或者大環(huán)狀低聚物的反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆，且所述纖維網(wǎng)含有一個或多個合并的經(jīng)浸漬或涂覆的纖維結(jié)構(gòu)，一面或兩面用含有經(jīng)聚合的聚酯的覆層涂覆，并將該用覆層涂覆的纖維網(wǎng)在軋制裝置中軋制成板材，其中所述反應(yīng)性原材料聚合到在纖維結(jié)構(gòu)周圍并與覆層長效結(jié)合的塑料基體中。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)性原材料含有與聚合反應(yīng)催化劑相共混的PBT(CPBT)的環(huán)狀低聚物。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述覆層含有PET、PBT或者PBT塑料合金或者由它們構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中將所述覆層以純塑料薄膜形式施加到纖維網(wǎng)上。
5.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中將所述覆層以固態(tài)、部分固態(tài)或者液態(tài)形式擠出到纖維網(wǎng)上。
6.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中將所述覆層作為具有由聚酯，優(yōu)選由PET、PBT或者PBT共混物組成的裸露和不含纖維的塑料外層的纖維增強(qiáng)的網(wǎng)狀塑料材料施加到纖維網(wǎng)上。
7.權(quán)利要求1-6中任一項的方法，其中所述板材在供給網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)條件下連續(xù)和在線制備。
8.權(quán)利要求1-7中任一項的方法，其中纖維網(wǎng)的所述一個或者多個纖維結(jié)構(gòu)經(jīng)反應(yīng)性原材料在線浸漬或者涂覆，或者已經(jīng)預(yù)浸漬或者預(yù)涂覆后供給到裝置中。
9.權(quán)利要求1-8中任一項的方法，其中將所述一個或者多個用反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆的纖維結(jié)構(gòu)連續(xù)并以網(wǎng)狀供給和合并成一個纖維網(wǎng)，且該纖維網(wǎng)在一面或者雙面用覆層、優(yōu)選薄膜或者擠出膜形式的覆層在線涂覆。
10.權(quán)利要求1-9中任一項的方法，其中所述一側(cè)或兩側(cè)用覆層涂覆的纖維網(wǎng)在通過式壓機(jī)中在線軋制成板材。
11.用于制備纖維增強(qiáng)塑料制品的方法，其中該纖維增強(qiáng)塑料制品包含嵌入在由聚酯構(gòu)成的塑料基體中的纖維結(jié)構(gòu)，至少用纖維結(jié)構(gòu)和含有與聚合催化劑共混的聚酯的環(huán)狀或大環(huán)低聚物的反應(yīng)性原材料填充成型工具的腔室，并封閉該盛成型工具和在應(yīng)用壓力和/或熱量的情況下使反應(yīng)性原材料聚合成熱塑性塑料基體，其特征在于，用由含有聚酯或者經(jīng)聚合的聚酯例如PET、PBT或者PBT共混物的環(huán)狀或者大環(huán)低聚物的反應(yīng)性原材料制成的膜涂覆所述工具的腔壁。
12.用于制備多層復(fù)合體的方法，該多層復(fù)合體至少含有一層由泡沫材料制成的層和與該層相結(jié)合的由纖維增強(qiáng)板材制成的覆層，其特征在于，所述泡沫材料和板材都含有由聚酯構(gòu)成的塑料基體，且為了制備該多層復(fù)合體，使經(jīng)含有混有聚合反應(yīng)催化劑的聚酯的環(huán)狀或者大環(huán)低聚物的反應(yīng)性原材料浸漬或者涂覆的單層或者多層纖維網(wǎng)與由經(jīng)聚合的聚酯制備的泡沫材料層結(jié)合成層壓體，且使所述反應(yīng)性原材料聚合成聚酯，以形成板材的塑料基體并與泡沫材料層緊密結(jié)合。
13.權(quán)利要求12的方法，其中借助擠出機(jī)將含有發(fā)泡劑的原材料擠出到經(jīng)浸漬或者涂覆的纖維網(wǎng)上，并在釋放壓力條件下膨脹成泡沫材料層，該層與經(jīng)浸漬或者涂覆的纖維網(wǎng)合并并與之相結(jié)合。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述原材料通過孔板以各股線形式擠出，各股線在離開時膨脹成泡沫材料并彼此粘合形成泡沫材料層。
15.權(quán)利要求11-13中任一項的方法，其中在所述泡沫材料層的兩側(cè)涂覆板材。
16.用于制備多層復(fù)合體的方法，該多層復(fù)合體至少含有一層由泡沫材料制備的層和與其相結(jié)合的由纖維增強(qiáng)板材制備的覆層，其特征在于所述泡沫材料和板材都含有由聚酯構(gòu)成的塑料基體，且為了制備該多層復(fù)合體，將含有發(fā)泡劑的原材料擠出到板材上，在壓力釋放時膨脹成泡沫材料層，并與板材合并得到多層復(fù)合體。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述原材料以各股線形式從孔板擠出，各股線在離開時膨脹成為泡沫材料并彼此粘合形成泡沫材料層。
18.權(quán)利要求16或17的方法，其中在所述泡沫材料層的兩側(cè)用板材涂覆。
19.用于制備纖維增強(qiáng)的塑料制品的方法，其特征在于所述纖維結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)纖維和塑料基體都由聚酯構(gòu)成，其中將具有定向結(jié)晶性的聚酯纖維加工成纖維結(jié)構(gòu)，并將纖維結(jié)構(gòu)加工成構(gòu)成塑料基體的纖維增強(qiáng)的塑料制品，其中纖維表面熔融和固化以形成圍繞在纖維未熔融部分周圍的各向同性的塑料基體。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述塑料制品以熱壓方法制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及由用熱塑性塑料基體浸漬的纖維網(wǎng)制備纖維增強(qiáng)的板材的方法，其中該板材含有至少一個平面纖維結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征在于，其中使用含有聚酯的環(huán)狀或者大環(huán)低聚物的反應(yīng)性原材料浸漬或涂覆一個或多個平面纖維結(jié)構(gòu)，且含有一個或多個合并的浸漬或者涂覆纖維結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)的一面或者兩面用含有經(jīng)聚合的聚酯的覆層涂覆，且將該經(jīng)覆層涂覆的纖維網(wǎng)在軋制裝置中軋制成板材，其中反應(yīng)性原材料聚合到在纖維結(jié)構(gòu)周圍和與覆層持久粘合的塑料基體中。
文檔編號B29C70/46GK1925977SQ200580006631
公開日2007年3月7日 申請日期2005年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者M·亨內(nèi), K·貝雷, D·拉庫特, M·欣特曼 申請人:艾爾坎技術(shù)及管理有限公司