具有低金属含量的复合材料制造技术

本申请涉及具有低金属含量的复合材料。本文所公开的是用于制备固结的或致密的复合材料制品的方法，所述复合材料制品包括聚合物(尤其是含氟聚合物)以及取向的碳纤维，所述复合材料制品提供用于化学-机械应用的适配性。

【技术实现步骤摘要】
具有低金属含量的复合材料本申请为一项专利技术专利申请的分案申请，其母案的申请日为2010年6月30日、申请号为201080029576.0、专利技术名称为“具有低金属含量的复合材料”。
本专利
包括具有低金属含量的复合材料制品。
技术介绍
包括聚合物(通常为连续相，并且可能包括一种或多种含氟聚合物)和纤维(例如玻璃纤维、碳纤维和石墨纤维)或由聚合物和纤维组成的复合材料制品在本领域为人们所熟知。将纤维添加到基体聚合物中能够改善聚合物的某些特性。这些特性可包括蠕变阻力、拉伸强度和模量、以及挠曲强度和模量。所选的强化纤维一般具有比单独的聚合物更高的拉伸模量和强度。如本文所述，当含氟聚合物用作基体聚合物时，所得的复合材料通常具有含氟聚合物的许多特性，例如高的耐温性和耐化学品性，所述特性使得此类复合材料可用作例如用于化学加工工业的部件。本专利技术的目的之一是，提供用于生产此类表现出改善特性的聚合物复合材料的方法并提供由所述方法制成的制品。关于生产聚合物与一种或多种纤维的复合材料的专利技术背景信息可见于JosephC.Salamone的PolymericMaterialsEncyclopedia(1996年7月23日)，ISBN-10：084932470X，ISBN-13：978-0849324703，第8327-8343页。双压带机层压的某个专利技术背景见于A.Trende，B.T.Astrom，A.Woginger，C.Mayer，M.Neitzel的“Modellingofheattransferinthermoplasticcompositesmanufacturing：double-beltpresslaminationin”，CompositesPartA：AppliedScienceandManufacturing，第30卷，第8期，1999年8月，第935-943页。已知的相关方法和制品包括但不必限于1995年11月28日公布的题目为“Processformakingfluoropolymercomposites”的Deakyne等人的美国专利5,470,409，1993年8月3日公布的题目为“Preconsolidationprocessformakingfluoropolymercomposites”的Deakyne的美国专利5,232,975，1979年8月7日公布的题目为“Processandproductpreparedfromtetrafluoroethylenepolymerandgraphitefibers”的Mansure的美国专利4,163,742，1995年6月27日公布的题目为“Compressionmoldingofstructures”的Chesna等人的美国专利5,427,731，以及2006年3月14日公布的题目为“Sealingelementsforcompressorvalves”的Spiegl等人的美国专利7,011,111。附加的已知的相关方法和制品包括但不必限于1998年6月2日公布的题目为“Glass-fiber-containingnon-wovenpolymerweb，andprocessforpreparingsame”的Meeker的美国专利5,759,927，和1995年10月24日公布的题目为“Methodandapparatusformakinghighlydensifiedsheets”的Held的美国专利5,460,764。仍保持对这些领域中任何一种改善或改善的组合的需求，其包括但不限于：简化的制造方法；能够制备稳健的产品和/或可再现产品的稳健的和/或可再现的制造方法；制备增强密度制品的方法；增强密度的制品；制备具有较少金属、金属杂质、离子杂质或相关杂质的产品的方法，尤其是包括溶剂或水的方法；利用维持纤维长度的纤维的方法；制备在整个有用体积内具有均匀特性的产品的方法；制备具有方向特性(例如拉伸强度、压缩强度或断裂伸长率)的复合材料产品的任何方法，所述方向特性无论在哪个测量方向均为均匀的或优异的(或者在一个方向上均匀或优异，或者在两个正交的方向上均匀或优异)，等等。在利用复合材料制品的领域中(例如用于半导体制造的设备中、飞机部件中、机动车部件中、垫圈中、密封件中等)寻求这些改善。附图说明图1示意性地示出了已知领域的一些毛坯。图2示出了根据本公开的一个毛坯及两种复合材料制品的正视图。
技术实现思路
本文所公开的是低金属含量的复合材料制品，所述复合材料制品包括：(a)约70重量％至约90重量％的热塑性聚合物；(b)10至约30重量％的短切碳纤维；(c)0.001％至约10％的上浆剂，所述上浆剂选自：聚乙烯醇、乙烯醇共聚物、醋酸乙烯酯共聚物、乙烯醇-醋酸乙烯酯共聚物和羧甲基纤维素钠，并且还任选地包括(d)每克纤维小于2000纳摩尔的钠、钾、钙和铝的组合。具体实施方式本文所公开的是用于制备包括聚合物和纤维的Dc密度的复合材料制品的方法。本文所公开的方法包括提供毛坯，所述毛坯包括：约1至约91重量％的纤维和约9至约99重量％的所述聚合物。所述毛坯具有Dm的密度，并且小于Dc，其中所述聚合物具有软化温度。通过压缩毛坯使所述毛坯被压实至密度大于1.1倍的Dm且小于0.999倍的Dc，同时所述毛坯的至少一部分处于小于所述软化温度的温度下，以提供压缩的毛坯。其后，压缩的毛坯整体被加热至大于所述软化温度的温度，同时固结密度大于1.1倍的Dm且小于0.999倍的Dc，以提供预固结的毛坯。预固结的毛坯的至少一部分被冷却至小于所述软化温度的温度，以提供固结的毛坯。下一步骤为沿高度堆叠多个固结的毛坯以提供未固结的制品。预固结的制品随后通过如下方式被固结：压缩所述未固结的制品的高度并将其整体加热至大于所述软化温度的温度，以提供固结的复合材料制品。固结的复合材料制品的至少一部分被冷却至小于所述软化温度的温度。在某些实施方案中，本专利技术能够以新的方式组合本领域已知的要素以实现一个或多个意料不到的或不可预测的结果，可能包括意料不到的或不可预测的结果的组合。此类领域的单独要素可包括美国专利5506052、6066395、20090062426、7094468、7150913、5589055、4420512、4975321、4555446、52272385、4448910、4,455,343、20070082199、6444187、4,448,911、或5236982或它们的组合；所有这些专利的公开以引用方式并入本文。复合材料制品的密度可通过ASTMD792-08标准测试方法来测定，所述方法通过替换法来测定塑料的密度和比重(相对密度)。毛坯的厚度可通过纸材、纸板或组合板的TAPPIT411厚度来测定，并且单位体积的重量可通过切割已知的尺寸(例如16cm乘16cm)和厚度(如通过TAPPIT411测定的)的区域并称量毛坯的该已知体积来确定。聚合物薄片或颗粒与纤维的典型毛坯(图1A的17和图1B的17′)或复合材料制品可具有约0.2g/mL或更小至或约1.9g/mL或更大的密度，这在某种程度上取决于所用聚合物和纤维的加权密度。与纤维相组合的聚合物薄片或颗粒的典型的固结毛坯(图1C中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
低金属含量的复合材料制品，所述复合材料制品包括：(a)70重量％至90重量％的热塑性聚合物；(b)10重量％至30重量％的短切碳纤维；(c)0.001重量％至10重量％的上浆剂，所述上浆剂为聚乙烯基吡咯烷酮；并且包括(d)每克纤维小于2000纳摩尔的钠、钾、钙和铝的组合。

【技术特征摘要】
2009.07.02 US 61/222,743;2009.07.02 US 61/222,7021.低金属含量的复合材料制品，所述复合材料制品包括：（a）70重量%至90重量%的热塑性聚合物；（b）10...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD布泽，CK迪基恩，MR施梅克佩珀，H苏祖基，JE魏沙姆佩尔，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：