纤维增强的塑料复合材料及其制造方法、原材料和用途技术

本发明专利技术涉及纤维增强的塑料复合材料，其包含基质材料(1)、用于增强基质材料(1)的许多纤维和用于提高纤维增强的塑料复合材料的断裂韧性的至少一种热塑性添加剂材料(2)，其中所述热塑性添加剂材料(2)溶解在基质材料(1)中。热塑性添加剂材料(2)起初，即溶解在基底材料中之前，可以是粉末或颗粒形式的。另外，本发明专利技术涉及适用于纤维增强的塑料复合材料的塑料复合原材料和制造纤维增强的塑料复合材料的方法。最后，本发明专利技术还涉及包含纤维增强的塑料复合材料的风力涡轮机部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用许多纤维增强的塑料复合材料。另外，本专利技术涉及塑料复合原材料 和制造纤维增强的塑料复合材料的方法。本专利技术最后还涉及风力涡轮机部件，所述部件包 含纤维增强的塑料复合材料。
技术介绍
纤维增强的塑料复合材料用于各种技术产品，如汽车、储槽和风力涡轮机叶片。纤 维增强的塑料复合材料包含基质材料和增强该基质材料的纤维。纤维通常非常适合增强该 基质材料，因为纤维，如玻璃纤维、碳纤维、天然纤维或其它纤维具有高强度和高刚性。纤维 可能呈粗纱束或织物形式或无规取向纤维形式。这些纤维通常位于并固定在基质材料中。 纤维增强的塑料复合材料的一个优点因此在于其相对刚性。但是，纤维增强的塑 料复合材料的一个缺点和问题在于由于本身脆性的基质材料的性质，其相对脆性。 为了确保由纤维增强的塑料复合材料制成的物体的充足强度和断裂韧性，迄今通 常简单地将该物体增大至避免疲劳裂纹的程度。但是，简单的更厚物体需要更多材料和更 多劳力。因此最终物体的成本提高。另外，考虑到制造该物体所需的材料量，简单增大该物 体不是可持续的策略。 因此迫切需要提供具有提高的断裂韧性的纤维增强的塑料复合材料。
技术实现思路
通过独立权利要求实现这一目的。从属权利要求描述了本专利技术的有利扩展和改 良。 根据本专利技术，提供了纤维增强的塑料复合材料，其包含基质材料、用于增强所述基 质材料的许多纤维和用于提高纤维增强的塑料复合材料的断裂韧性的至少一种热塑性添 加剂材料。该热塑性添加剂材料溶解在基质材料中。 复合体，也称作复合材料或组合材料，是由两种或更多种具有不同物理和/或化 学性质的独立材料制成的材料。在合并所述独立材料时，产生具有与所述独立材料不同的 特性的复合材料。所述独立材料在所述复合材料的最终结构内保持分离和相异。 复合材料的实例包括复合建筑材料如水泥或混凝土、增强塑料如纤维增强的聚合 物、金属复合材料或陶瓷复合材料。复合材料的另一实例是金属陶瓷，其是包含陶瓷和金属 的复合材料。 纤维增强的塑料复合材料是用纤维增强的塑料复合材料。 纤维增强的塑料复合材料可通过固化包含塑料复合原材料和许多纤维的混合物 制造。该塑料复合原材料可包含基底材料和用于提高纤维增强的塑料复合材料的断裂韧性 的至少一种热塑性添加剂材料。 术语基质材料因此是指固化的基底材料，即硬化后的基底材料。 此外，基质材料可以部分或完全包封纤维以保护它们免受切断和切口，这些会降 低纤维的强度。最后，基质材料的另一重要用途是向纤维传递力。 所述许多纤维可包含玻璃纤维，例如纺织玻璃纤维。所述许多纤维还可包含通过 聚丙烯腈纤维、浙青树脂或人造丝在高温下的碳化制成的碳纤维。最后，所述许多纤维还可 包含芳族聚酰胺纤维。 该基质材料可包含热塑性基质材料。热塑性添加剂材料和热塑性基质材料在下文 中也简称为热塑性材料。 热塑性材料，也被称作热软化性塑料材料，其是在特定温度以上变柔韧或可模制 并在冷却时恢复固态，即刚性态的材料。换言之，热塑性材料在热能影响下变得可逆地可锻 或可变形。 该纤维增强的塑料复合材料的提高的断裂韧性意味着提高的抗裂性-相对于 现有技术状况-这随后意味着由该改进的纤维增强的塑料复合材料制成的物体的提高 的抗疲劳性-相对于现有技术状况。热塑性添加剂材料起初，即溶解在基底材料中之前， 可以是粉末或颗粒形式的。 该热塑性添加剂材料可包含聚合物。聚合物包含许多单体并排列在聚合物链中。 单体也可以被描述为是化学键合到其它分子上以形成聚合物的分子。 许多聚合物链可通过物理键和/或化学键，例如共价键、范德华键、静电键和/或 氢键互相连接。 在热塑性添加剂材料溶解在基底材料中之前，该热塑性添加剂材料有利地以化学 共价键的网络排列。在溶解后，共价键溶解且该热塑性添加剂材料可能以单聚合物链形式 排列。 包含具有热塑性添加剂材料的纤维增强的塑料复合材料的物体与包含无热塑性 添加剂材料的纤维增强的塑料复合材料的另一物体相比具有几个重要的优点： -与现有技术状况相比，借助该热塑性添加剂材料改进基质材料和因此该物体的断裂 韧性； -与现有技术状况相比改进该物体的疲劳性质，例如抗疲劳性； -该物体可能比现有技术状况更轻； -与现有技术状况相比可以更便宜地制造该物体； -与现有技术状况相比可以提高该物体的阻尼，因为在该热塑性材料中耗散更多能 量。 物体可以完全由含热塑性添加剂材料的纤维增强的塑料复合材料制成。但是，如 果该物体只有一部分或一区段包含所述含热塑性添加剂材料的纤维增强的塑料复合材料， 也是有利的。含热塑性添加剂材料的区段或部分可以被选为是需要高结构阻尼或由添加溶 解的热塑性添加剂材料获得的其它性质的区域。降低的阻尼可能是有利的，因为其可降低 固有振荡，也称作本征振荡。 在第一个实施方案中，该热塑性添加剂材料包含聚合物。 该热塑性添加剂材料特别可以包含许多聚合物链。 在另一实施方案中，该基质材料是热固性材料，特别是热固性聚合物。 热固性材料，也称作热凝物，是不可逆固化的材料。可以通过热、通过化学反应或 通过辐射，如电子束加工进行固化。热固性材料的基底材料在固化前可以是液体和/或可 锻的。其还可以设计为模制成最终形状。一旦固化，热固性材料不可逆硬化。 -般而言，材料无法同时具有热塑性材料和热固性材料的性质。 对许多物体和许多操作条件而言，耐久和非弹性的基质材料是有利的。希望该热 固性基质材料在固化后保持刚性并且无法再熔融或变形。 在另一实施方案中，该基质材料包含选自聚酯、聚氨酯、生物聚合物和树脂，特别 是环氧树脂的至少一种材料。 环氧树脂，也称作聚环氧化物，是含有环氧基的反应性预聚物和/或聚合物。环氧 树脂可以通过催化均聚与自身交联，或与一系列共反应物，包括多官能胺、酸、酚、醇和硫醇 交联。 共反应物被称作硬化剂或固化剂，且交联反应可以被称作固化。环氧树脂的优点 是其有利的机械性质、耐高温性和高的耐化学性。此外，环氧树脂可以容易地获得。 生物聚合物由活生物体产生。生物聚合物包含共价键合形成更大结构的单体单 元。生物聚合物包括例如多核苷酸，如核糖核酸（RNA)或脱氧核糖核酸（DNA)、多肽和多糖。 在另一实施方案中，该基质材料包含热塑性基质材料，特别是丙烯腈丁二烯苯乙 烯和/或尼龙。 该热塑性基质材料可以是固体、可熔的热塑性材料。该热塑性基质材料可熔以使 其能与纤维共混。 在另一实施方案中，该热塑性添加剂材料包含聚乙烯醇缩丁醛（PVB)和/或聚对 苯二甲酸乙二醇酯（PET)。 PVB例如用于层压安全玻璃，其用于例如汽车挡风玻璃。PVB可以是强韧和延性 的。这有利并有益于由纤维增强的塑料复合材料制成的物体。 在一个优选实施方案中，热塑性添加剂材料的重量与基质材料的重量的比率选自 0.0005至0.2的范围，特别是0.001至0. 1的范围。 换言之，热塑性添加剂材料可以以基质材料，例如热固性树脂的重量的0. 05重 量％至20重量％添加。 因此，热塑性添加剂材料相对于基质材料的特定百分比可限定该液体塑料复合原 材料的粘度。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
纤维增强的塑料复合材料，其包含‑ 基质材料(1)，‑ 用于增强所述基质材料的许多纤维，和‑ 用于提高纤维增强的塑料复合材料的断裂韧性的至少一种热塑性添加剂材料(2)；其中‑ 所述热塑性添加剂材料(2)溶解在所述基质材料中。

【技术特征摘要】
2013.03.19 EP 13159974.81. 纤维增强的塑料复合材料，其包含 -基质材料（1)， -用于增强所述基质材料的许多纤维，和 -用于提高纤维增强的塑料复合材料的断裂韧性的至少一种热塑性添加剂材料（2); 其中 -所述热塑性添加剂材料（2)溶解在所述基质材料中。2. 根据权利要求1的纤维增强的塑料复合材料 其特征在于 所述热塑性添加剂材料（2)包含聚合物。3. 根据权利要求1或2任一项的纤维增强的塑料复合材料， 其特征在于 所述基质材料（1)包含热固性材料，特别是热固性聚合物。4. 根据权利要求1至3任一项的纤维增强的塑料复合材料， 其特征在于 所述基质材料（1)包含选自聚酯、聚氨酯、生物聚合物和树脂，特别是环氧树脂的至少 一种材料。5. 根据权利要求1至4任一项的纤维增强的塑料复合材料， 其特征在于 所述基质材料（1)包含热塑性基质材料，特别是丙烯腈丁二烯苯乙烯和/或尼龙。6. 根据权利要求1至5任一项的纤维增强的塑料复合材料， 其特征在于 所述热塑性添加剂材料（2)包含聚乙烯醇缩丁醛和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。7. 根据权利要求1至6任一项的纤维增强的塑料复合材料， 其特征在于 所述热塑性添加剂材料（2)的重量与所述基质材料（1)的重量的比率选自0.0005至 0.2的范围，特别是0.001至0. 1的范围。8. 根据权利要求1至6任一项的纤维增强的塑料复合材料， 其特征在于 所述基质材料（1)的重量与所述热塑性添加剂材料（2)的重量的比率选自0.0005至 〇. 2,特别是0. 001至0. 1的范围。9. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：E格罗夫尼尔森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE