多層復(fù)合材料組合物、其制造方法及由其得到的制品的制作方法
【專利說明】多層復(fù)合材料組合物、其制造方法及由其得到的制品
[0001]發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及包括包含熱塑性聚合物A的表面層和包含基于聚合物復(fù)合材料的熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)和作為增強(qiáng)物的纖維狀材料的底材層的多層組合物。所述多層組合物適合具有裝飾性表面外觀的機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品。
[0002]本發(fā)明還涉及制造多層機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品和三維機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件的方法。
[0003]技術(shù)問題
在其使用期間必須吸收高應(yīng)力的機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品由復(fù)合材料廣泛制造。復(fù)合材料為兩種或更多種不混溶材料的宏觀組合。該復(fù)合材料至少由形成用于結(jié)構(gòu)內(nèi)聚的連續(xù)相的基質(zhì)材料和用于機(jī)械性質(zhì)的具有各種構(gòu)造的增強(qiáng)材料構(gòu)成。常將纖維狀材料用作增強(qiáng)材料。
[0004]使用復(fù)合材料的目的在于由該復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)在其單獨(dú)的成分單獨(dú)使用時(shí)無法得到的性能。因此，復(fù)合材料由于與均質(zhì)材料相比其較佳的機(jī)械性能(較高的拉伸強(qiáng)度、較高的拉伸模量、較高的斷裂韌性)及其低密度而顯著地廣泛用于例如建筑、汽車、航空航天、運(yùn)輸、休閑、電子儀器和體育的多個(gè)工業(yè)部門中。
[0005]就在商業(yè)工業(yè)規(guī)模中的體積而言，最重要的一類是具有有機(jī)基質(zhì)的復(fù)合材料，其中該基質(zhì)材料通常為聚合物。聚合物復(fù)合材料的主要基質(zhì)或連續(xù)相為熱塑性聚合物或熱固性聚合物。
[0006]熱固性聚合物基質(zhì)的主要缺點(diǎn)在于其剛性。該基質(zhì)無法容易地成型為其他形式。聚合物一旦固化，該形式就是固定的。這還使得難以再循環(huán)熱固性復(fù)合材料和包含所述熱固性復(fù)合材料的制得的機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品，其被在水泥廠中燒掉或扔進(jìn)廢料堆。
[0007]對(duì)于熱成型和再循環(huán)，優(yōu)選熱塑性聚合物。
[0008]然而，由基于纖維的復(fù)合材料制造的這類結(jié)構(gòu)部件或制品的表面沒有美觀性或裝飾性。在表面上可見到纖維或纖維狀底材的結(jié)構(gòu)。該表面不是平面或該結(jié)構(gòu)部件或制品的表面在均質(zhì)表面粗糙度的意義上不是均質(zhì)的。
[0009]為了在纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的可見表面上提供品質(zhì)精整性，施用額外的表面層。這可為凝膠漆層或油漆層。
[0010]凝膠漆層通常基于環(huán)氧化物或不飽和聚酯化學(xué)，將其固化以在復(fù)合材料的背面形成交聯(lián)聚合物。
[0011]由于表面層的交聯(lián)，包含熱塑性復(fù)合材料的多層組合物無法再循環(huán)和熱成型。
[0012]熱固性聚合物由交聯(lián)的三維結(jié)構(gòu)組成。該交聯(lián)通過固化在所謂的預(yù)聚物內(nèi)的反應(yīng)性基團(tuán)實(shí)現(xiàn)。固化例如可通過加熱聚合物鏈以使該材料永久地交聯(lián)并硬化來實(shí)現(xiàn)。
[0013]為了制備聚合物復(fù)合材料，將預(yù)聚物與例如玻璃珠或纖維的另一組分或潤濕或浸漬的另一組分混合，然后固化。熱固性聚合物的預(yù)聚物或基質(zhì)材料的實(shí)例為不飽和聚酯、乙烯基酯、環(huán)氧化物或酚類材料。
[0014]本發(fā)明的目的在于解決上述缺點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)目的在于具有滿足表面外觀、掩藏由熱塑性復(fù)合材料組成的層的纖維狀外觀的包含熱塑性復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)部件。
[0016]本發(fā)明的另一目的在于具有在相應(yīng)層之間具有粘附性、特別是避免額外膠粘劑的包含熱塑性復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)部件。
[0017]本發(fā)明的另一目的在于具有由于各層的某一撓性而可轉(zhuǎn)化并成型為形式的包含熱塑性復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)部件。
[0018]本發(fā)明的另一目的在于包含復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)部件或不滿足品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的多層結(jié)構(gòu)部件或磨損的多層結(jié)構(gòu)部件的再循環(huán)。應(yīng)理解在再循環(huán)時(shí)回收所使用的原料的至少一部分。這意指磨碎或再次使用相應(yīng)層的熱塑性聚合物。這還意指例如可回收來自熱塑性基質(zhì)或復(fù)合材料和/或其他相應(yīng)層的單體。
[0019]本發(fā)明的另一目的在于提供可以低成本進(jìn)行并能夠大規(guī)模制造以生成包含本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)部件的方法。另外，所述方法包括應(yīng)當(dāng)使用市售組分容易且簡單地進(jìn)行。并且，部件的制造應(yīng)該可重現(xiàn)且快速意指短循環(huán)時(shí)間。
[0020]發(fā)明背景。
現(xiàn)有技術(shù)
[0021]文獻(xiàn)W02012/088569描述改善復(fù)合材料的表面品質(zhì)的生產(chǎn)方法。
[0022]文獻(xiàn)W02012/136235描述生產(chǎn)具有A類表面的復(fù)合纖維多涂層機(jī)身的方法。該表面通過在模具的內(nèi)部噴霧施用模具內(nèi)涂覆體系和脫模劑并將其固化而得到。該涂料不是熱塑性的且因此不能熱成型或再循環(huán)。
[0023]文獻(xiàn)W02007/021797描述用于涂覆熱塑性復(fù)合材料的表面的粉末涂料組合物。該粉末涂料包含乙酸乙烯酯共聚物和熱塑性粘合劑和/或熱固性粘合劑。
[0024]在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有描述包括包含熱塑性復(fù)合材料作為底材層和熱塑性裝飾性表面層的根據(jù)本發(fā)明的多層組合物的機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品。
[0025]發(fā)明簡述
令人驚奇地發(fā)現(xiàn)用于生產(chǎn)機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物包括:
a)包含熱塑性聚合物A的表面層；
b)包含聚合物復(fù)合材料的底材層，
其特征在于所述聚合物復(fù)合材料包含聚合物熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)和作為增強(qiáng)物的纖維狀材料，其中所述纖維狀材料包含具有至少1000的纖維縱橫比的纖維或所述纖維狀材料具有解決上述技術(shù)問題的二維宏觀結(jié)構(gòu)。
[0026]還發(fā)現(xiàn)制造用于機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物的方法包括以下步驟:
a)使包含熱塑性聚合物A的表面層熱成型；
b)將纖維狀底材定位在所述熱成型表面層的一側(cè)上；
c)用液態(tài)(甲基)丙烯酸類漿浸漬所述纖維狀底材；
d)使浸漬所述纖維狀底材的所述液態(tài)(甲基)丙烯酸類漿聚合，
產(chǎn)生用于解決上述技術(shù)問題的機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物。
[0027]另外，還發(fā)現(xiàn)制造用于機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物的方法包括以下步驟:
a)用液態(tài)(甲基)丙烯酸類漿浸漬纖維狀底材； b)使浸漬所述纖維狀底材的所述液態(tài)(甲基)丙烯酸類漿聚合；
c)將包含熱塑性聚合物A的表面層層壓到在步驟b)中的聚合之后得到的層的至少一側(cè)上，
產(chǎn)生用于解決上述技術(shù)問題的機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物。
[0028]發(fā)明詳述
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及用于制造機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物，其包括:
a)包含熱塑性聚合物A的表面層；
b)包含聚合物復(fù)合材料的底材層，
其特征在于所述聚合物復(fù)合材料包含聚合物熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)和作為增強(qiáng)物的纖維狀材料，其中所述纖維狀材料包含具有至少1000的纖維縱橫比的纖維或所述纖維材料具有二維宏觀結(jié)構(gòu)。該多層組合物呈現(xiàn)在圖1中。
[0029]根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及用于制造機(jī)械或結(jié)構(gòu)部件或制品的多層組合物，其包括:
a)包含熱塑性聚合物A的表面層；
b)包含熱塑性聚合物B的中間層；
c)包含聚合物復(fù)合材料的底材層，
其特征在于所述聚合物復(fù)合材料包含聚合物熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)和作為增強(qiáng)物的纖維狀材料，其中所述纖維狀材料包含具有至少1000的纖維縱橫比的纖維或所述纖維材料具有二維宏觀結(jié)構(gòu)。該多層組合物呈現(xiàn)在圖2中。
[0030]所使用的術(shù)語“表面層”指示該層為多層組合物的暴露于環(huán)境的頂層或外層。
[0031]所使用的術(shù)語“底材層”指示該層包含多層組合物的熱塑性聚合物復(fù)合材料。
[0032]所使用的術(shù)語“中間層”指示該層在多層組合物的表面層和底材層之間。該中間層可鄰近于這兩個(gè)其他層中的任一個(gè)，但這并不是必須的。
[0033]所使用的術(shù)語“纖維狀底材”指示可以條、毛條頭、編織帶、鎖(lock)或片段形式的織物、氈或無紡布。
[0034]所使用的術(shù)語“(甲基)丙烯酸類樹脂”指示所有種類的丙烯酸類和甲基丙烯酸類單體。
[0035]所使用的術(shù)語“聚合物熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)”指示聚合物熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)主要包含包含構(gòu)成聚合物熱塑性(甲基)丙烯酸類基質(zhì)的50重量％或更多的(甲基)丙烯酸類單體的聚合物。
[0036]所使用的術(shù)語“PMMA”指示甲基丙烯酸甲酯(MMA)的均聚物或共聚物，對(duì)于MMA共聚物而言，在PMMA內(nèi)MMA的重量比為至少70重量％。
[0037]所使用的術(shù)語“單體”指示可進(jìn)行聚合的分子。
[0038]所使用的術(shù)語“聚合”指示將單體或單體混合物轉(zhuǎn)化成聚合物的方法。
[0039]所使用的術(shù)語“熱塑性聚合物”指示在加熱時(shí)變成液體或變得更具流動(dòng)性或粘性更低且通過施加熱(熱成型)和壓力而呈現(xiàn)新形狀的聚合物。在冷卻之后，聚合物再次變硬且保持所形成的形狀。
[0040]所使用的術(shù)語“聚合物復(fù)合材料”指示包含多個(gè)不同相域的多組分材料，其中