復(fù)合材料和包含該復(fù)合材料的模制品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說明書設(shè)及復(fù)合材料和包含該復(fù)合材料的模制品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本說明書的一個目的是為了提供輕質(zhì)（低密度）同時具有優(yōu)異的剛度（彎曲模 量）和抗沖擊性的復(fù)合材料，該復(fù)合材料尤其在低溫（例如，-15°c)下具有優(yōu)異的抗沖擊 性。
[0003] 本說明書的一個方面設(shè)及包含基體樹脂W及分散在基體樹脂中的玻璃纖維和玻 璃泡的復(fù)合材料，其中至少70%的玻璃纖維具有至少1.0mm的纖維長度，并且玻璃泡的中 位徑為至少10ym并且不超過40Jim。
[0004] 用該類型的復(fù)合材料可W同時實(shí)現(xiàn)低密度和優(yōu)異的機(jī)械性能，諸如彎曲模量和抗 沖擊性，并且尤其在低溫（例如，-15°C)下可W產(chǎn)生優(yōu)異的抗沖擊性。
[0005] 在一個實(shí)施例中，玻璃泡的含量（在本文指示為Ce)與玻璃纖維的含量（在本文 指示為Cp)的質(zhì)量比Ce/Cp可W為至少0.1并且不超過10。通過包含該質(zhì)量比的前述特定 玻璃纖維和玻璃泡，獲得在低溫下具有甚至更好的抗沖擊性的復(fù)合材料。
[0006] 另外，在一個實(shí)施例中，基于復(fù)合材料的總量計(jì)，玻璃纖維的含量可為至少1質(zhì) 量％并且不超過40質(zhì)量％。而且，在一個實(shí)施例中，基于復(fù)合材料的總量計(jì)，玻璃泡的含量 可為至少1質(zhì)量％并且不超過30質(zhì)量％。用運(yùn)些復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了在重量減輕和機(jī)械性能 上的甚至更大的改善。
[0007] 而且，在一個實(shí)施例中，玻璃泡的90 %體積殘余壓縮強(qiáng)度可為50MPa或更大。該類 型的玻璃泡可更加確定地實(shí)現(xiàn)在重量減輕和機(jī)械性能兩者上的改善。
[0008] 另外，在一個實(shí)施例中，玻璃泡的真密度可為至少0. 3g/cm3并且小于0. 9g/cm3。此 類玻璃泡可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的甚至更大的重量減輕。
[0009] 而且，在一個實(shí)施例中，通過將樹脂粒料與包含玻璃泡的樹脂材料烙融捏合可W 獲得復(fù)合材料，在所述樹脂粒料中用基料樹脂浸潰玻璃纖維的纖維束。該烙融捏合可使玻 璃纖維分散到復(fù)合材料中，同時保持其纖維長度。因此，W運(yùn)種方式獲得的復(fù)合材料產(chǎn)生甚 至更優(yōu)異的機(jī)械性能（尤其在低溫下的抗沖擊性）。
[0010] 而且，在一個實(shí)施例中，復(fù)合材料也可W通過將樹脂粒料和樹脂材料的烙融捏合 材料注塑制成。在其中具有長纖維長度的大量玻璃纖維分散在復(fù)合材料中的情況下，該注 塑可易于模制復(fù)合材料。因此，W運(yùn)種方式獲得的復(fù)合材料能夠W期望形狀模制，并且可具 有甚至更優(yōu)異的機(jī)械性能（尤其在低溫下的抗沖擊性）。
[0011] 本說明書的另一方面設(shè)及包含所述復(fù)合材料的模制品。本說明書設(shè)及到的模制品 通過使用復(fù)合材料提供重量減輕，并且具有優(yōu)異的機(jī)械性能。另外，由于所述模制品使用在 低溫下具有優(yōu)異抗沖擊性的復(fù)合材料，因此所述模制品可W適當(dāng)?shù)赜糜诩僭O(shè)在低溫環(huán)境中 使用的應(yīng)用中，諸如在機(jī)動車部件中。
[0012] 因此，本說明書提供可被模制到模制品中并且具有優(yōu)異的彎曲模量和抗沖擊性 (尤其在低溫下的抗沖擊性）同時為輕質(zhì)（低密度）的復(fù)合材料。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本說明書的一個實(shí)施例的復(fù)合材料包含基體樹脂W及分散在基體樹脂中的玻璃 纖維和玻璃泡。另外，在該復(fù)合材料中，至少70%的玻璃纖維具有至少1.Omm的纖維長度， 并且玻璃泡的中位徑為至少IOym并且不超過40ym。
[0014] 因?yàn)檫\(yùn)些類型的特定玻璃纖維和玻璃泡分散在基體樹脂中，所W該實(shí)施例的復(fù)合 材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能（例如，抗彎強(qiáng)度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度和抗沖擊性），同時為輕質(zhì) 的。具體地，該實(shí)施例的復(fù)合材料在低溫（例如，-15°C)下具有優(yōu)異的抗沖擊性，并且可W 適當(dāng)?shù)赜糜诩僭O(shè)在低溫環(huán)境中使用的應(yīng)用中，諸如在機(jī)動車部件中。
[0015] 當(dāng)制造該復(fù)合材料時，在復(fù)合材料中通過執(zhí)行操作（諸如捏合）W使玻璃纖維和 玻璃泡分散到基體樹脂中是常見的，但是通過常規(guī)方法，玻璃纖維在捏合期間斷裂，使得纖 維長度變得比捏合之前明顯較短。相比之下，在該實(shí)施例中，復(fù)合材料是通過下述特定的烙 融捏合制造的，使得至少70%的玻璃纖維的纖維長度為1.Omm或更大。
[0016] 此外，通過常規(guī)方法，認(rèn)為在捏合期間由玻璃纖維斷裂產(chǎn)生的纖維片與玻璃泡接 觸并使玻璃泡破裂。相比之下，在本實(shí)施例中，由于與常規(guī)方法相比抑制了玻璃纖維的斷 裂，因此認(rèn)為也抑制了玻璃泡的斷裂。 陽017]因此，該實(shí)施例的復(fù)合材料被制造成使得其中至少70%的玻璃纖維具有1.Omm或 更大的纖維長度，并且復(fù)合材料具有玻璃泡，該玻璃泡的中位徑為至少10ym并且不超過 40ym。因此，配備有運(yùn)些特征，該實(shí)施例的復(fù)合材料具有實(shí)現(xiàn)在重量減輕和機(jī)械性能（尤 其在低溫下改善的抗沖擊性）兩者上的改善的優(yōu)異效果。
[0018] 包含該實(shí)施例的復(fù)合材料的各種成分將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0019] 基體樹脂是支撐玻璃纖維和玻璃泡的基底材料?；w樹脂可W根據(jù)復(fù)合材料的應(yīng) 用而從各種樹脂中進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇。
[0020] 從通過烙融捏合來促進(jìn)玻璃纖維和玻璃泡的分散來看，優(yōu)選的是基體樹脂為熱塑 性樹脂。
[0021] 優(yōu)選的基體樹脂的示例包括聚締控樹脂（例如，高密度聚乙締樹脂（皿PE)、低密 度聚乙締樹脂（LDPE)、線性低密度聚乙締樹脂化LDPE)、聚丙締樹脂（P巧）、聚締控共聚物 樹脂（例如，乙締-下締樹脂、乙締-辛締樹脂、乙締-乙締醇樹脂）、聚苯乙締樹脂、聚苯乙 締共聚物樹脂（例如，耐沖擊性聚苯乙締樹脂、丙締臘下二締苯乙締共聚物樹脂）、聚丙締 酸醋樹脂、聚甲基丙締酸醋樹脂、聚醋樹脂、聚氯乙締樹脂（PVC)、含氣聚合物樹脂、液晶聚 合物樹脂、聚酷胺樹脂、聚酸酷亞胺樹脂、聚苯硫酸樹脂、聚諷樹脂、聚縮醒樹脂、聚碳酸醋 樹脂、聚苯酸樹脂、聚氨醋樹脂、熱塑性彈性體樹脂、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、=聚氯胺樹脂、酪 樹脂、尿素樹脂和乙締醋樹脂。另外，基體樹脂可使用W上類型中的任一種類型，或可使用 兩種或更多種類型的組合。
[0022] 基體樹脂優(yōu)選地包括聚丙締樹脂。
[0023] 基于復(fù)合材料的總量計(jì)，基體樹脂的含量優(yōu)選為50質(zhì)量％到95質(zhì)量％，更優(yōu)選為 55質(zhì)量％到91質(zhì)量％。
[0024] 玻璃纖維是已被烙融、拉伸并成型為纖維形狀的玻璃。在該實(shí)施例中，包含在復(fù)合 材料中的至少70% (優(yōu)選至少74%)的玻璃纖維具有I.Omm或更大的纖維長度。
[00巧]如上所述，當(dāng)玻璃纖維分散在基體樹脂中時，復(fù)合材料中玻璃纖維的一些或全部 常常斷裂，從而在玻璃纖維被滲合之前縮短其纖維長度。通過調(diào)整斷裂程度，使得具有 1.Omm或更大纖維長度的玻璃纖維構(gòu)成全部玻璃纖維的至少70%，與具有特定中位徑的玻 璃泡結(jié)合，該實(shí)施例可具有上述優(yōu)異效果。
[00%] 具有1. 0皿或更大纖維長度的玻璃纖維相對于全部玻璃纖維的比例（纖維支數(shù)百 分比）可W通過下列方法進(jìn)行測量。首先，燃燒由復(fù)合材料制成的試片，并且收集作為灰分 的玻璃纖維和玻璃泡。接著，將約Ig該灰分添加到約300mL的水中，并經(jīng)受超聲波分散。由 于密度差，因此在僅去除玻璃泡的情況下，該超聲波分散使得玻璃纖維沉淀并使得玻璃泡 浮到水的表面。在通過多次重復(fù)該操作去除玻璃泡后，將設(shè)定量的玻璃纖維移動到載玻片 并干燥。在干燥后，通過數(shù)字顯微鏡觀察來測量玻璃纖維的長度，由此可發(fā)現(xiàn)具有1.Omm或 更大纖維長度的玻璃纖維的百分比（例如，100條玻璃纖維中具有LOmm或更大纖維長度的 玻璃纖維的數(shù)目可被視為具有1.Omm或更大纖維長度的玻璃纖維的百分比（％))。
[0027]還優(yōu)選的是，至少50%的玻璃纖維具有1. 5mm或更大的纖維長度。具有1. 5mm或 更大纖維長度的玻璃纖維相對于全部玻璃纖維的比例優(yōu)選為50%或更大。
[0028] 復(fù)合材料中玻璃纖維的纖維長度的上限沒有特別限制，但其可為例如8mm或更 小。進(jìn)一步地，復(fù)合材料中玻璃纖維的纖維長度的上限可為在滲合之前的玻璃纖維的纖維 長度。
[0029] 玻璃纖維的纖維直徑可為例如Sym或更大，或可為IOym或更大。另外，玻璃纖 維的纖維直徑可為例如30Jim或更小，或可為20Jim或更小。
[0030] 基于復(fù)合材料的總量計(jì)，玻璃纖維的含量優(yōu)選為至