重叠注塑的聚酰胺复合结构及其制备方法
2019-11-22

重叠注塑的聚酰胺复合结构及其制备方法

本发明涉及重叠注塑的复合结构及其制备方法的领域,具体地,本发明涉及重叠注塑的聚酰胺复合结构的领域。本发明所公开的重叠注塑的复合结构包含i)第一组件,所述第一组件具有表面并且包含纤维材料,所述表面的至少一部分由表面树脂组合物制成,所述纤维材料选自非织造结构、纺织品、纤维絮以及它们的组合,用基质树脂组合物浸渍所述纤维材料,ii)第二组件,所述第二组件包含重叠注塑性树脂组合物,其中在所述第一组件表面的至少一部分上将所述第二组件粘附到所述第一组件,并且其中所述表面树脂组合物选自包含以下物质的共混物的聚酰胺组合物:(A)选自具有低于230℃的熔点的组(I)聚酰胺的一种或多种全脂族聚酰胺,和(B)选自具有至少250℃的熔点的组(II)聚酰胺的一种或多种聚酰胺,并且其中所述基质树脂组合物独立地选自(B)或独立地选自(A)与(B)的共混物。

优选地,纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、石墨纤维、金属纤维、陶瓷纤维、天然纤维或它们的混合物;更优选地,纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、天然纤维、或它们的混合物;并且还更优选地,纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳族聚酰胺纤维或它们的混合物。所谓天然纤维是指任何植物源或动物源的材料。当使用时,天然纤维优选来源于植物源,例如来源于种毛(例如棉花)、茎杆植物(例如大麻、亚麻、竹子;韧皮纤维和芯纤维)、叶片植物(例如剑麻和麻蕉)、农作物纤维(例如谷类秸杆、玉米芯、稻壳和椰纤维)或木质纤维素纤维(例如木材、木质纤维、木肩、纸材以及与木材相关的材料)。如上文所提及,可使用多于一种的纤维材料。可使用由不同纤维制成的纤维材料的组合,例如这样的复合结构:其包括由玻璃纤维或天然纤维制成的一个或多个中间层,以及由碳纤维或玻璃纤维制成的一个或多个表面层。优选地,纤维材料选自织造结构、非织造结构或它们的组合,其中所述结构由玻璃纤维制成,并且其中所述玻璃纤维为E-玻璃长丝,其具有介于8和30微米之间的直径,并且优选具有介于10至24微米之间的直径。

优选地,第一组件中的纤维材料和聚合物材料(即与基质树脂组合物和表面树脂组合物组合的纤维材料)之间的比率为至少30体积%的纤维材料,并且更优选为介于40体积%和60体积%之间的纤维材料,所述百分比是基于所述第一组件的总体积计的体积百分比。

作为另外一种选择,可采用一步方法,该方法包括在单个模塑工位中成型和重叠注塑第一组件的步骤。该一步方法避免了在模具或压机中压塑或压印第一组件的步骤,避免了任选的预热步骤并将预热的第一组件转移到模塑工位中。在该一步方法期间,将第一组件即复合结构在模塑工位之外、邻近模塑工位或在模塑工位内加热到一定温度,在此温度下第一组件在重叠注塑步骤中为适形的或可成型的。在此类一步方法中,模塑工位包括具有腔体的模具,所述腔体具有最终期望的几何形状。从而,在重叠注塑期间获得第一组件的形状。

制备成型第一组件的方法还包括将第一组件成型的步骤,所述步骤在浸渍步骤之后发生。第一组件的成型步骤可通过压塑、压印或利用热和压力的任何技术完成,优选压塑和压印。优选地,使用液压式压型机来施加压力。在压塑或压印期间,通过加热装置将第一组件预热到高于表面树脂组合物的熔融温度并优选高于基质树脂组合物的熔融温度的温度,并且转移到成形或成型装置例如压型机中,其包括具有腔体的模具,所述腔体具有最终期望的几何形状的形状,从而将第一组件成型为期望的构型,然后在冷却到低于表面聚酰胺树脂组合物的熔融温度并优选低于基质树脂组合物的熔融温度的温度后,从压机或模具中取出。为了进一步改善重叠注塑树脂与表面树脂组合物之间的粘附性,第一组件的表面可为纹理化表面以增加可用于重叠注塑的相对表面,此类纹理化表面可在成型步骤期间通过使用在其表面上具有例如孔隙或缺口的压机或模具获得。

然而其可能在重叠注塑步骤之前,在接近但是低于基质树脂组合物熔融温度的温度下预热第一组件,以改善第一组件表面与重叠注塑性树脂之间的粘附性,然后快速转移加热的复合结构以进行重叠注塑。这个步骤可通过使用重叠注塑性树脂组合物和表面树脂组合物来改善或甚至消除。由于本发明的重叠注塑的复合结构的重叠注塑性树脂和表面树脂组合物之间具有高粘附性和高粘结强度,因此显著降低或甚至消除了对于预热步骤的需要。如果使用预热步骤,转移时间可不与用于常规复合结构的转移时间一样重要,也就是说可延长转移时间,由此增大加工窗口并降低模塑设备和自动化成本。此类预热步骤可通过多种方式来完成,包括接触加热、辐射气体加热、红外线加热、对流或强制对流空气加热、感应加热、微波加热或它们的组合。

制备复合结构

优选地,基质树脂组合物包含(A)-种或多种组(I)全脂族聚酰胺和(B)选自组(II)全脂族聚酰胺的一种或多种聚酰胺的共混物,重量比(A:B)为约1:99至约95:5,更优选为约15:85至约85:15。还更优选地,基质树脂组合物包含(A)-种或多种组(I)全脂族聚酰胺和(B)选自组(II)聚酰胺的一种或多种全脂族聚酰胺的共混物,重量比(A:B)为约20:80至约30:70,或者单独地选自一种或多种聚酰胺B。

机动车应用的例子无限制地包括座椅组件和座椅框架、引擎盖支架(enginecoverbrackets)、引擎架、悬吊臂和架、备胎槽、底盘加强件、车身底板、前端模块转向管柱框架(steeringcolumnsframe)、仪表板、车门系统、车身面板(例如水平车身面板和门面板)、后挡板、硬顶轿车框架结构、敞篷车顶框架结构、顶板结构、引擎盖、传动装置和传能组件的外壳、油底壳、气囊外壳罐、机动车内部撞击结构、引擎支架、交叉车横梁、缓冲梁、行人安全横梁、隔火墙、后置物板、交叉车舱壁、压力容器(例如制冷剂瓶和灭火器以及货车压缩空气制动系统容器)、混合内燃机/电动车电池托架、机动车悬吊横臂和控制臂、悬吊平衡杆接杆、叶片弹簧、车轮、休旅车和摩托车摆臂、挡泥板、车顶框架以及油箱盖板。

所述第一组件可由如下方法制成,所述方法包括用基质树脂组合物浸渍纤维材料的步骤,其中所述第一组件即复合结构表面的至少一部分由表面树脂组合物制成。优选地,通过热压用基质树脂浸渍纤维材料。在热压期间,纤维材料、基质树脂组合物和表面树脂组合物经受热和压力,从而使树脂组合物熔融并渗透穿过纤维材料,从而浸渍所述纤维材料。通常,热压在以下条件下进行:压力介于2和100巴之间,并且更优选介于10和40巴之间,和温度高于基质树脂组合物和表面树脂组合物的熔点,优选高于该熔点至少约20°C,从而能够适当的浸渍。加热可通过多种方式来完成,包括接触加热、辐射气体加热、红外线加热、对流或强制对流空气加热、感应加热、微波加热或它们的组合。

本文所述的表面树脂组合物和/或基质树脂组合物和/或重叠注塑性树脂组合物还可包含一种或多种抗冲改性剂、一种或多种热稳定剂、一种或多种氧化稳定剂、一种或多种紫外线稳定剂、一种或多种阻燃剂或它们的混合物。