本發(fā)明涉及長纖維增強塑料復(fù)合材料及長纖維增強塑料復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

使連續(xù)纖維浸漬于樹脂來制備而成的連續(xù)纖維增強復(fù)合材料可根據(jù)纖維的排列，利用其纖維的突出的機械性物性，因此在汽車、飛機、建筑材料及風(fēng)力領(lǐng)域中，其需求正在持續(xù)性地增加。

使連續(xù)纖維浸漬于樹脂的浸漬方法有多種，其中，最普遍使用的方法為拉住纖維并以高溫溶解樹脂，且在模具內(nèi)使樹脂浸漬的拉擠成型方法。

并且，對由成為基體的樹脂形成的纖維和用作增強材料的連續(xù)纖維進行混砂，從而利用熱和壓力浸漬的精梳膠方式。基于這種精梳膠方式的復(fù)合材料可實現(xiàn)織造，還產(chǎn)生纖維斷裂或向空氣中飛揚的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的一實例提供物性得到提高的長纖維增強塑料復(fù)合材料。

技術(shù)方案

在本發(fā)明的一實例中提供長纖維增強塑料復(fù)合材料，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含熱塑性塑料樹脂及以具有單一方向的取向性的方式分散而成的長纖維，在上述纖維總含量中，上述向單一方向取向的長纖維的含量為70至100重量百分比。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料可包含熱塑性塑料樹脂的基體(matrix)材料及分散于上述基體材料內(nèi)的作為增強材料的長纖維。

上述長纖維的長度可以為1mm至100mm。

上述長纖維的平均直徑可以為5μm至20μm。

上述長纖維的含量可以為總含量的40重量百分比至75重量百分比。

上述長纖維可包含選自由玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、天然纖維及它們的組合組成的組中的至少一種。

上述熱塑性塑料樹脂可包含選自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合金樹脂及它們的組合組成的組中的至少一種。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料可以為具有0.2mm至10mm的厚度的薄片。

在本發(fā)明的另一實例中，提供長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法，包括：制備單一方向連續(xù)纖維增強塑料片的步驟，上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片包含熱塑性塑料樹脂及以具有單一方向的取向性的方式分散而成的連續(xù)纖維；以及從外部向具有單一方向的取向性的上述連續(xù)纖維施加沖擊，在上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片內(nèi)，對上述連續(xù)纖維進行切割來形成長纖維的步驟；在上述長纖維的總含量中，向單一方向取向的上述長纖維的含量為70重量百分比至100重量百分比。

在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法中，對經(jīng)擠壓成型而從擠壓機排出后，向規(guī)定方向移動的連續(xù)纖維增強塑料片，利用具有線性沖擊部的裝置施加線性沖擊，上述線性沖擊部可向相對于上述連續(xù)纖維增強塑料片的移動方向垂直的寬度方向施加線性沖擊。

在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法中，上述線性沖擊部進行往返于上部位置和下部位置的上下運動，當(dāng)來到上述下部位置時，向上述連續(xù)纖維增強塑料片施加線性的沖擊，并通過調(diào)節(jié)上述上下運動的時間，可調(diào)節(jié)由切割上述連續(xù)纖維而形成的上述長纖維的長度。

在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法中，可通過使上述線性沖擊部的上下運動的速度保持規(guī)定速度來形成具有規(guī)定的長度的長纖維。

上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片的步驟可通過長纖維熱塑性指引(LFT-D，Long Fiber Thermoplastic-Directing)工藝進行。

有益效果

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料的機械性物性和加工性均優(yōu)秀。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的長纖維增強塑料復(fù)合材料片的俯視圖。

圖2為表示包含以低的取向性進行分散的長纖維的長纖維增強塑料復(fù)合材料片的示意性俯視圖。

圖3為利用示意圖表示的本發(fā)明的另一實例的長纖維增強樹脂復(fù)合材料的制備方法中的向單一方向連續(xù)纖維增強塑料片施加線性沖擊部來形成長纖維的步驟的一例。

具體實施方式

以下，詳細說明本發(fā)明的實例。這僅僅作為例示而提出，本發(fā)明并不局限于此，并且本發(fā)明僅由后述的發(fā)明要求保護范圍的范疇來進行定義。

在本發(fā)明的一實例中，提供長纖維增強塑料復(fù)合材料，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含熱塑性塑料樹脂及以具有單一方向的取向性的方式分散而成的長纖維，在上述纖維的總含量中，上述向單一方向取向的長纖維的含量為約70重量百分比至約100重量百分比。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含熱塑性塑料樹脂的基體材料及分散于上述基體材料內(nèi)且作為增強材料的長纖維，與熱塑性塑料樹脂相比，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料為強度更加增強的原材料。

通常，可利用長纖維或連續(xù)纖維來用作纖維增強塑料復(fù)合材料的增強材料，使用長纖維的情況與使用連續(xù)纖維的情況相比，雖然纖維增強塑料所要實現(xiàn)的機械性強度等的物性降低，但具有加工性提高的優(yōu)點。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料使上述長纖維以在熱塑性塑料樹脂的基體材料中具有單一方向的取向性的方式進行分散，從而既可確保因使用長纖維而帶來的優(yōu)秀的加工性，同時又可實現(xiàn)優(yōu)秀的物性。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料可作為替代鋼鐵產(chǎn)品的材料來有用地適用于汽車、飛機、建筑材料及風(fēng)力等領(lǐng)域中，由此可實現(xiàn)輕量化。例如，具體地，由于上述長纖維增強塑料復(fù)合材料適合于呈現(xiàn)為肋狀或圓狀，因此上述長纖維增強塑料復(fù)合材料為可適合用于汽車車體的材料的原材料。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含具有單一方向的取向性的長纖維，從而即使適用相同含量的長纖維，也可確保更優(yōu)秀的物性。

通過后述的制備方法制備上述長纖維增強塑料復(fù)合材料，從而單一方向的取向性的程度可非常高。

在本說明書中單一方向是指當(dāng)確定一個特定的長纖維時，上述特定長纖維與其他長纖維形成的角度為小于10度，具體地，包括小于5度的情況，應(yīng)理解為包括當(dāng)用肉眼進行觀察時，難以識別的程度的誤差范圍。

尤其，包含于上述長纖維增強塑料復(fù)合材料的長纖維因具有高取向性，因此可實現(xiàn)更優(yōu)秀的機械性物性。

具體地，在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料中，具有單一方向的取向性的長纖維在總長纖維中可占有約70重量百分比至約100重量百分比。如上所述，包含高取向性的長纖維的上述長纖維增強塑料復(fù)合材料可更優(yōu)秀地實現(xiàn)全部的機械性物性?？赏ㄟ^后述的制備方法實現(xiàn)包含這種高含量的長纖維的長纖維增強塑料復(fù)合材料。更具體地，在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料中，具有單一方向的取向性的長纖維可占有總長纖維中的約80重量百分比至約100重量百分比，并且可通過后述的制備方法實現(xiàn)上述問題。

圖1為本發(fā)明一實施例的長纖維增強塑料復(fù)合材料片的示意性俯視圖。在圖1中，長纖維增強塑料復(fù)合材料片10包含向單一方向的取向性高的長纖維2。

為了助于理解，圖2為表示包含以低的取向性進行分散的長纖維2’的長纖維增強塑料復(fù)合材料片10”的示意性俯視圖。

上述長纖維的長度可以為約1mm至約100mm。在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含具有上述范圍水平的長纖維的情況下，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料均可優(yōu)秀地實現(xiàn)加工性及物性。

上述連續(xù)纖維意味著具有比長纖維更長的長度的纖維，具體地，在本說明書中定義為具有上述長纖維的兩倍以上的長度。

上述長纖維的平均直徑可以為約5μm至約20μm，具體地，可以為約10μm至約20μm。在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含具有上述范圍水平的長纖維的情況下，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料均可優(yōu)秀地實現(xiàn)加工性及物性。

相對于總長纖維增強塑料復(fù)合材料可包含約40重量百分比至約75重量百分比的上述長纖維，具體地可包含約60重量百分比至70重量百分比的上述長纖維。在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料包含上述范圍水平的含量的長纖維的情況下，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料均可優(yōu)秀地實現(xiàn)加工性及物性。

在上述長纖維增強塑料復(fù)合材料中，以具有規(guī)定的取向性的方式配置長纖維，從而可使復(fù)合材料以高含量包含長纖維。如上所述，以高含量包含長纖維含量本身，從而可使復(fù)合材料的機械性物性更加提高。

例如，上述長纖維可包含玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、天然纖維等或它們的組合，但并不局限于此，可無限制地使用可用作熱塑性塑料的增強材料的長纖維的材料。

例如，上述熱塑性塑料樹脂可包含聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合金樹脂等或他們的組合。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料可制備成厚度為約0.2mm至約10mm的薄片。

在本發(fā)明的另一實例中，提供長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法包括：制備單一方向連續(xù)纖維增強塑料片的步驟，上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片包含熱塑性塑料樹脂及以具有單一方向的取向性的方式分散而成的連續(xù)纖維；以及從外部向具有單一方向的取向性的上述連續(xù)纖維施加沖擊，在上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片內(nèi)，對上述連續(xù)纖維進行切割來形成長纖維的步驟，并且在上述長纖維的總含量中，向單一方向取向的上述長纖維的含量為70重量百分比至100重量百分比。

通過上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法可制備上述的長纖維增強塑料復(fù)合材料片。

上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法為通過如下方法來制備上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的方法。首先，制備由連續(xù)纖維在熱塑性塑料樹脂中以單一方向進行取向而形成的單一方向連續(xù)纖維增強塑料片(單向片，Unidirectional Sheet)之后，再進行借助沖擊來對單一方向連續(xù)纖維增強塑料片(單向片)內(nèi)的連續(xù)纖維進行切割的步驟。

單一方向連續(xù)纖維增強塑料片(單向片，Unidirectional Sheet)可利用商業(yè)渠道獲得。

根據(jù)制備上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法，因按取向的方向原樣來對連續(xù)纖維進行切割而形成長纖維，因此長纖維可維持高度的單一方向的取向性。具體地，根據(jù)上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料可制備成使具有單一方向的取向性的長纖維占有總長纖維含量中的約70重量百分比至約100重量百分比。

即，上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片制備方法作為對之前已取向的連續(xù)纖維按原樣進行切割來確保長纖維的取向性的方法，與為了確保長纖維的取向性而使用的剪切誘導(dǎo)取向等的特定加工法的方法相比，可實現(xiàn)高度的取向性。

如上所述，針對于機械性強度等，包含以具有高度的取向性的方式分散而成的長纖維的上述長纖維增強塑料復(fù)合材料片可實現(xiàn)更優(yōu)秀的物性。

圖3為利用示意圖表示的向單一方向連續(xù)纖維增強塑料片施加線性沖擊部來形成長纖維的步驟的一例。

參照圖3，在長纖維增強塑料復(fù)合材料片的制備方法中，對經(jīng)擠壓成型從擠壓機排出后，向規(guī)定方向(在圖3中表示為向薄片移動方向)移動的連續(xù)纖維增強塑料片10’，可利用具有線性沖擊部5的裝置(未圖示整體)來施加線性沖擊，上述線性沖擊部可向相對于上述連續(xù)纖維增強塑料片10’移動的方向垂直的寬度方向施加線性沖擊。借助通過線性沖擊部5施加的沖擊，單一方向連續(xù)纖維增強塑料片10’的內(nèi)部的連續(xù)纖維1切割成長纖維2。

若連續(xù)纖維增強塑料片10’到達線性沖擊部5之后，形成長纖維2，則形成長纖維增強塑料復(fù)合材料片10，接著可切割成適當(dāng)?shù)拈L度，來用作長纖維增強塑料復(fù)合材料片的產(chǎn)品。

上述線性沖擊部5可進行往返于上部位置和下部位置的上下運動，當(dāng)?shù)竭_下部位置時，以基于線性沖擊部形狀的線性向上述連續(xù)纖維增強塑料片10’施加沖擊。并且可通過調(diào)節(jié)上述線性沖擊部5的上下運動的時間，來調(diào)節(jié)由切割連續(xù)纖維1而形成的上述長纖維2的長度。

例如，可通過使上述線性沖擊部5的上下運動的速度保持規(guī)定速度，來形成具有規(guī)定的長度的長纖維2。

使規(guī)定長度的長纖維2制備成具有高度的單一方向的取向性的長纖維增強塑料復(fù)合材料可實現(xiàn)更優(yōu)秀的物性。

可利用公知的方法制備上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片10’，并且對其制備方法不進行限制，例如，可通過長纖維熱塑性塑料指引工藝(LFT-D，Long Fiber Thermoplastic-Directing)制備。

為了制備上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片10’，首先，在第一擠壓機中，對顆粒型的熱塑性樹脂及添加劑進行混合之后，向第二擠壓機移送，在第二擠壓機中，投入作為增強材料的連續(xù)纖維，并進行擠壓，而制備鏈(strand)型的中間材料，并且可利用壓力機對上述中間材料進行成型來將上述單一方向連續(xù)纖維增強塑料片10’制備成所需的結(jié)構(gòu)及形狀。

在根據(jù)如上所述的方法制備而成的長纖維增強塑料復(fù)合材料片中，長纖維可具有在制備工序中與從擠壓機排出的連續(xù)纖維增強塑料片移動的方向相互形成的角度為10度以下的取向性，具體地可具有5度以下的取向性。

以下，對本發(fā)明的實施例及及比較例進行記載。然而，如下所述的實施例僅屬于本發(fā)明的一實施例，本發(fā)明并不局限于如下所述的實施例。

實施例

實施例1

準(zhǔn)備了包含70重量份的平均直徑為17μm的玻璃纖維(SE4121，由美國歐文斯科寧公司制備)及30重量份的聚丙烯、且厚度為3mm的單一方向連續(xù)纖維增強塑料片。如圖3所示，設(shè)置線性沖擊部，并通過以規(guī)定的速度進行上下運動，來向上述連續(xù)纖維增強塑料片施加了線性沖擊部。制備了平均長度為100mm的長纖維規(guī)定地進行取向的長纖維增強塑料復(fù)合材料片。

比較例1

不特別考慮取向性，通過長纖維熱塑性指引工藝制備了含有40重量份的平均直徑為17μm、平均長度為50mm的玻璃纖維(SE4121，由美國歐文斯科寧公司制備)及60重量份的聚丙烯，且厚度為3mm的長纖維增強塑料片。

比較例2

不特別考慮取向性，并通過長纖維熱塑性指引工藝制備了含有70重量份的平均直徑為17μm、平均長度為50mm的玻璃纖維(SE4121，由美國歐文斯科寧公司制備)及30重量份的聚丙烯，且厚度為3mm的長纖維增強塑料片。

評價

實驗例1

對在實施例1及比較例1、比較例2中制備而成的長纖維增強塑料復(fù)合材料片，進行比重、拉伸強度、拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量，缺口沖擊強度(Notched Izod Impact Strength)的測定，并在下列表1中進行了記載。

并且，通過對利用光學(xué)顯微鏡拍攝的實施例1及比較例1中制備而成的長纖維增強塑料復(fù)合材料片的截面的圖像，進行分析，并評價了在實施例1及比較例1中制備而成的長纖維增強塑料復(fù)合材料片的截面的取向度。在圖像中，利用肉眼進行評價，并且計算在整個長纖維數(shù)量中平行的長纖維數(shù)量的百分比含量，并記載于表1中。對平行的長纖維的判斷如下：兩個長纖維相互形成的角度為約5度以內(nèi)。

表1

從上述表1的結(jié)果可確認(rèn)如下內(nèi)容：比較例1因利用長纖維而流動性優(yōu)秀，因此可實現(xiàn)進行肋(rib)等的彎曲形狀的成型，然而與使用連續(xù)纖維的比較例2的情況相比，各個物性值均低，從而機械強度弱。與此相反，實施例1的長纖維增強塑料復(fù)合材料片因使用長纖維而流動性優(yōu)秀，因此既可實現(xiàn)肋等的彎曲形狀的成型，并且各物性值均優(yōu)秀，從而機械性強度也優(yōu)秀。

以上，詳細說明了本發(fā)明優(yōu)選實施例，但本發(fā)明的發(fā)明要求保護范圍并不局限于此，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員利用在以下發(fā)明要求保護范圍中定義的本發(fā)明的基本概念進行的各種變形及改良方式也屬于本發(fā)明的發(fā)明要求保護范圍。

附圖標(biāo)記的說明

1：連續(xù)纖維

2：長纖維

5：線性沖擊部

10：長纖維增強塑料復(fù)合材料片

10’：單一方向連續(xù)纖維增強塑料片