用于纖維基材的浸漬方法、用于該浸漬方法的液體(甲基)丙烯酸類漿料、其聚合方法和由 ...的制作方法
【專利說明】用于纖維基材的浸潰方法、用于該浸潰方法的液體(甲基)丙烯酸類漿料、其聚合方法和由此得到的結(jié)構(gòu)化制品發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于纖維基材的浸漬方法、用于實施該方法的液體組合物和得到的浸漬纖維基材。所述浸漬纖維基材適用于制造機械或結(jié)構(gòu)化的零件或制品。
[0002]具體地，本發(fā)明關(guān)于一種使用主要含有甲基丙烯酸類或丙烯酸類組分的粘稠的液體組合物浸漬纖維基材或長纖維的工業(yè)方法。該粘稠的組合物在下文中稱為液體(甲基)丙烯酸類漿料。本發(fā)明還涉及一種使用所述漿料預(yù)浸漬的纖維基材，其可用于制造機械或結(jié)構(gòu)化的零件或制品。
[0003]更具體地，使用(甲基)丙烯酸類漿料浸漬纖維基材在封閉的模具中實現(xiàn)。
[0004]本發(fā)明還涉及用于制造機械或結(jié)構(gòu)化的零件或制品的制造方法和通過該方法得到的三維機械或結(jié)構(gòu)化零件。
[0005]技術(shù)問題
在使用期間必須吸收高應(yīng)力的機械或結(jié)構(gòu)化的零件或制品廣泛地由復(fù)合材料制造。復(fù)合材料為兩種或更多種非混溶材料的宏觀組合。復(fù)合材料至少由基質(zhì)材料和增強材料組成，所述基質(zhì)材料形成連續(xù)相，用于結(jié)構(gòu)的連結(jié)，所述增強材料具有各種結(jié)構(gòu)，用于機械性質(zhì)。
[0006]使用復(fù)合材料的目的是由復(fù)合材料實現(xiàn)性能，如果單獨使用，由其單獨的組成不能得到該性能。因此，特別是由于它們與均質(zhì)材料相比更好的機械性能(較高的拉伸強度、較高的拉伸模量、較高的斷裂韌性)和它們的低密度，復(fù)合材料廣泛用于若干工業(yè)部門，例如建筑、汽車、航空、運輸、休閑、電子儀器和運動。
[0007]鑒于在工業(yè)規(guī)模中的體積，最重要的一類是具有有機基質(zhì)的復(fù)合材料，其中基質(zhì)材料通常為聚合物。聚合復(fù)合材料的主要的基質(zhì)或連續(xù)相為熱塑性聚合物或熱固性聚合物。
[0008]熱固性聚合物由交聯(lián)的三維結(jié)構(gòu)組成。通過固化在所謂的預(yù)聚物內(nèi)的反應(yīng)性基團，得到交聯(lián)。固化例如可通過加熱聚合物鏈而得到，以便使材料交聯(lián)和永久硬化。
[0009]為了制備聚合復(fù)合材料，將預(yù)聚物與其它組分(例如玻璃珠或纖維或其后潤濕或浸漬和固化的其它組分)混合。用于熱固性聚合物的預(yù)聚物或基質(zhì)材料的實例為不飽和聚酯、乙烯基酯、環(huán)氧或酚類物質(zhì)。
[0010]熱固性聚合物基質(zhì)的一個主要缺點為其剛性?；|(zhì)不能容易地以其它形式成型。一旦聚合物已固化，則形式固定。這也使得熱固性復(fù)合材料和包含所述熱固性復(fù)合材料的制造的機械或結(jié)構(gòu)化零件或制品的再循環(huán)變得困難，它們在水泥廠中燃燒或被棄置到垃圾場中。
[0011]熱塑性聚合物由不交聯(lián)的直鏈或支化聚合物組成。將熱塑性聚合物加熱，以混合生產(chǎn)復(fù)合材料所需的組分，并且冷卻以固化。使用熱塑性聚合物來制造復(fù)合材料的限制是它們在熔融狀態(tài)下的高粘度，以便均質(zhì)浸漬例如纖維基材。如果熱塑性樹脂有足夠流動性，僅可實現(xiàn)通過熱塑性聚合物潤濕或正確浸漬纖維。為了使熱塑性聚合物具有低粘度或足夠的流動性，應(yīng)降低鏈長或分子量。然而，太低的分子量對復(fù)合材料和機械或結(jié)構(gòu)化零件的性能(尤其是它們的機械性質(zhì)，如變形模量)具有不利影響。
[0012]在熱塑性聚合物的重要方式中，降低粘度的另一種方式是提高溫度。因此，連續(xù)工作溫度相對高，超過200°C，由于涉及高能量成本，提高復(fù)合材料和機械或結(jié)構(gòu)化的零件的經(jīng)濟成本。此外，如果溫度太高，熱塑性聚合物傾向于降解，對于具有高熔點的半結(jié)晶熱塑性聚合物尤其如此，例如聚酰胺例如PA6.6、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)。該熱誘導(dǎo)的降解得到在纖維基材上聚合物基質(zhì)的降低分子量，這對于復(fù)合材料和機械或結(jié)構(gòu)化零件的連結(jié)是重要的。
[0013]浸漬纖維基材的另一種方式是在有機溶劑中溶解熱塑性聚合物。然而，該方法需要很多溶劑，這些溶劑必須蒸發(fā)。使用大量溶劑，存在關(guān)于能量和污染的環(huán)境問題。
[0014]制備尤其是具有纖維增強的熱塑性復(fù)合材料、用于纖維基材的浸漬方法和包含所述熱塑性復(fù)合材料的制造的機械或結(jié)構(gòu)化零件或制品存在限制或缺點。
[0015]本發(fā)明的目的是解決以上提及的缺點。
[0016]本發(fā)明的一個目的是具有包含熱塑性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)零件，其具有令人滿意的機械性質(zhì)，例如高剛度和至少15 Gpa的楊氏模量。
[0017]本發(fā)明的另一個目的是具有包含熱塑性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)零件，其具有令人滿意的抗UV性。
[0018]本發(fā)明的另一目的是具有包含熱塑性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)零件，由于一定的柔韌性，其可轉(zhuǎn)換和成型。
[0019]本發(fā)明的再一個目的是在浸漬期間，完全、正確并且采用均質(zhì)方式潤濕纖維基材。例如由氣泡和空隙造成的纖維潤濕的任何缺陷降低結(jié)構(gòu)零件的機械性能。
[0020]本發(fā)明的另一個目的是結(jié)構(gòu)零件的再循環(huán)，包括不滿足品質(zhì)標準的復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)零件或磨損的結(jié)構(gòu)零件。再循環(huán)應(yīng)理解為回收至少一部分用過的原料。這指研磨和再利用熱塑性聚合物。這還意味著例如可回收來自復(fù)合材料的熱塑性基質(zhì)的單體。
[0021]本發(fā)明的另一個目的是提供一種可在低成本下進行并且能大規(guī)模制造的方法，以生產(chǎn)包含本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)零件。此外，使用市售可得的組分，所述方法應(yīng)容易和簡單進行。另外，零件的制造應(yīng)可重現(xiàn)并且快速，意味著短的循環(huán)時間。
[0022]發(fā)明背景。
現(xiàn)有技術(shù)
[0023]文件FR1374046描述了一種使用基于錫的金屬催化劑，由單體-聚合物漿料，使丙烯酸類單體(尤其是甲基丙烯酸類單體)聚合的方法。使用錫催化劑的甲醇溶液浸漬玻璃纖維。隨后，用單體-聚合物漿料浸漬纖維，隨后使組合物聚合。該方法使用金屬催化劑，并且浸漬和聚合不是在封閉的模具或相同的封閉模具中完成。
[0024]文件JP9085841描述了織物基礎(chǔ)復(fù)合材料熱塑性塑料元件的制備。將熱塑性聚合物溶解于揮發(fā)性溶劑中，并且與織物基礎(chǔ)材料混合。將溶劑蒸發(fā)，并將預(yù)浸料切割成一定形狀，隨后再次涂布熱塑性聚合物在溶劑中的溶液，通過蒸發(fā)溶劑而固化。在該實例中，聚甲基丙烯酸甲酯作為熱塑性聚合物以15重量％溶解于由甲醇、二甲苯、四氫呋喃組成的溶劑混合物中，以浸漬纖維材料。該制備方法使用許多蒸發(fā)的溶劑。
[0025]文件EP0796873公開了(甲基)丙烯酸類漿料、用于制備漿料的方法和用于制備含有(甲基)丙烯酸類漿料的模塑材料的方法。主要目的是得到具有優(yōu)良的儲存穩(wěn)定性的漿料。模塑材料可能包括纖維形式的增強材料。然而，增強材料和漿料的混合不是通過在封閉模具中的浸漬過程完成。
[0026]在現(xiàn)有技術(shù)中，未描述用于浸漬纖維基材的浸漬方法，其中根據(jù)本發(fā)明，在聚合前，使纖維基材與液體(甲基)丙烯酸類漿料接觸。
[0027]在現(xiàn)有技術(shù)中，未描述用于制造機械或結(jié)構(gòu)化的零件或制品的制造方法，包括根據(jù)本發(fā)明，使用液體(甲基)丙烯酸類漿料浸漬纖維基材并聚合的浸漬方法。
[0028]發(fā)明概述
意外地，已發(fā)現(xiàn)一種用于浸漬纖維基材的浸漬方法，其中所述纖維基材由長纖維制備，并且所述方法包括使用液體(甲基)丙烯酸類漿料浸漬所述纖維基材的步驟，所述漿料包含:
a)(甲基)丙烯酸類聚合物，
b)(甲基)丙烯酸類單體，
c)用于啟動(甲基)丙烯酸類單體的聚合的至少一種引發(fā)劑或引發(fā)系統(tǒng)，
所述液體(甲基)丙稀酸類楽料的動態(tài)粘度為10mPa*s-10000mPa*s的值，優(yōu)選50mPa*s-5000mPa*s，有利地100mPa*s-1000mPa*s，得到完全和正確的纖維基材浸漬。
[0029]意外地，還發(fā)現(xiàn)用于實施纖維基材浸漬方法的浸漬液體(甲基)丙烯酸類漿料，所述液體(甲基)丙烯酸類漿料包含:
a)(甲基)丙烯酸類聚合物，
b)(甲基)丙烯酸類單體，
c)用于啟動(甲基)丙烯酸類單體的聚合的至少一種引發(fā)劑或引發(fā)系統(tǒng)，
所述液體(甲基)丙稀酸類楽料的動態(tài)粘度為10mPa*s-10000mPa*s的值，優(yōu)選50mPa*s-5000mPa*s，有利地100mPa*s-1000mPa*s，得到完全和正確的纖維基材浸漬。
[0030]意外地，還發(fā)現(xiàn)用于制造機械或結(jié)構(gòu)化的零件或制品的制造方法，所述方法包括以下步驟:
a)使用液體(甲基)丙烯酸類漿料浸漬纖維基材，
b)使浸漬所述纖維基材的液體(甲基)丙烯酸類漿料聚合，
得到具有令人滿意的機械性質(zhì)的制造的機械或結(jié)構(gòu)