用于塑料复合材料的改进的聚烯烃材料制造技术

本发明专利技术涉及增强的复合制品及其制造方法。该制品和方法使用至少一个细长元件作为增强相。特定的细长元件是多层结构，其中这些层各自是聚烯烃的（例如，至少一层可以是丙烯基聚合物，例如丙烯－乙烯共聚物、全同立构聚丙烯均聚物，或它们的组合）。任选地，至少一层可以包括非迁移加工助剂或表面改性剂。可以制造和加工（例如用固结步骤）包括细长元件的中间形式以形成复合制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及具有聚烯烃增强相的复合材料，更特别涉及包括多层细长元件结构的复合材料，其中这些层各自是聚烯烃的(例如，至少一层可以是丙烯基聚合物，例如丙烯-乙烯共聚物、全同立构聚丙烯均聚物，或它们的组合)。
技术介绍
过去数十年，通过改进的复合材料的发展，工程材料已经获得显著进步。复合材料使设计者能够结合多种组分材料的有利特征以获得通常具有一种或多种与单独组分材料不同的性质的材料。进步特别迅速的一个领域是增强塑料领域。例如，通过掺入无机增强相(例如使用由玻璃、碳、金属或另一无机材料制成的纤维)来改进塑料性质是通行的做法。在许多情况下，提供包含无机增强材料并用热塑性或热固性塑料基质浸渍或以其它方式共混的形式(form)。近年来越发普及的一个具体例子是玻璃纤维毡热塑性塑料(GMT)复合材料，其通常使用用如聚丙烯的热塑性塑料浸渍的玻璃纤维毡。玻璃与热塑性基质之间的材料类型差异往往使这些GMT材料的任何回收和再循环的努力复杂化。近年来，塑料工业还对使用一定织法的一种或多种热塑性纤维(其中还使用或不使用玻璃纤维)的热塑性“织物”的发展进行了实验。通常，这些材料以纺织和固结形式提供，也就是在编织纤维后，将它们加热以熔化其至少一部分外表面。在固化后，相邻纤维固结在一起。迄今为止，提供合适的热塑性增强形式(其易于加工形成所得制品，特别是通过在高温下模制或制造而成型的制品)的努力受到限制。已经观察到，例如，固结步骤(其中将增强形式的单元加热以熔合在一起)要求至少第一热史，而形成所得成型制品的步骤要求至少第二热史。随着每一附加热史的使用，形态改变的可能性增加，并伴随着机械性能，例如冲击强度的损失。因此，这对用于制造复合材料的加工步骤和条件产生实际限制。在复合材料中使用具有良好性能和宽加工范围(processing windows)的塑料增强材料是有吸引力的。在作为参考并入本文的Cabrera的论文“RecycleableAll-Polypropylene CompositesConcept，Properties and Manufacturing”，Technische Universiteit Eindhoven(2004)(ISBN 90-386-2676-2)中提供了各种聚丙烯复合材料技术的综述。在整篇文献中公开了已经作为用于塑料增强复合材料的增强材料提出的材料的例子，并包括WO03/008190A1、WO2004028803、EP 1397236A1、和EP 0776762B1和美国专利5,578,370，这些均作为参考并入本文。专利技术概述本专利技术的各个方面以对材料和/或加工步骤的独特组合的发现为基础——这些组合导致细长元件材料具有相对较高的形态保持程度(与其初始拉伸之后和加工成复合制品之前的初始形态相比)。由此，本文的公开有利地能够有益地保持所得复合制品的如冲击性能的性能。可以看出，本文的公开涉及可用于复合材料领域的新型材料组合，特别是与可以固结并任选成型和加工(例如但不限于包覆成型)以形成复合制品的细长元件有关。从本文的公开中可以看出，以聚烯烃材料阐述各个方面，尽管该说明并不限于此。本专利技术提供的特定进步包括确定在复合材料领域中具有独特适用性的特定聚烯烃材料组合。特别地，本专利技术的一个方面的前提是识别出用作多层细长元件的丙烯基(例如丙烯-乙烯共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物，它们的混合物或其它)共聚物，其熔点低于邻接聚丙烯层，特别是取向聚丙烯层。如本文所述加工以形成制品之后，所得材料(尤其是取向聚丙烯层)表现出此前使用传统材料无法达到的与其初始拉伸状态相比的形态保持程度。因此，本专利技术的各方面以乙烯含量为大约3至25wt％(例如5至15wt％)、熔点范围为大约50至135℃，且弯曲模量为大约8至大约325Mpa或更高(例如至少大约375MPa)的丙烯-乙烯共聚物和包括聚烯烃(例如丙烯基聚合物)的第二热塑性材料的使用为前提。这种丙烯-乙烯共聚物可以具有大约40至90(或更高)的肖氏A硬度、大约1.5至大约4的分子量分布，和至少大约0.3克/10分钟的熔体流动速率，或它们的任何组合。可用的丙烯基聚合物的一个例子通常是全同立构的或相对刚性的。例如，其可以是具有大于大约1000MPA(更特别大于大约2000MPa(例如大约2500MPa或更高))的1％正割弯曲模量和/或大于大约70％(例如大于大约85％)的全同立构五单元组/三单元组比率的聚丙烯均聚物。此外，这种聚丙烯通常具有大于大约160℃(例如大于大约165℃)的最高熔化温度和/或至少大约30％(更特别至少大约50％或甚至70％)的结晶度。本文的公开还以下述认识为前提——通过与上述聚合物或与本文所述的其它聚合物一起使用用量低于细长元件的材料的大约10wt％的任选非迁移加工助剂或表面改性剂，可以获得有利结果。作为例子，非迁移加工助剂或表面改性剂可以包括选自硅氧烷(例如高分子量硅氧烷，例如烷基硅氧烷，例如二甲基硅氧烷)、聚烯烃、卤化聚合物、或它们的任何组合的试剂。附图简述附图说明图1A和图1B显示了本专利技术的可行细长元件的横截面的例子。图2A和图2B分别显示了根据本专利技术的未固结和固结中间形式(intermediate form)的例子。图3是根据本专利技术的示例性成型中间形式的透视图。图4A-4G显示了根据本专利技术的管材结构。图5A和5B显示了可通过本专利技术获得的示例性对比数据。图6A和6B显示了可通过本专利技术获得的示例性数据。专利技术详述在一个特定方面中，本专利技术的方法涉及制造中间形式并包括步骤a)提供第一热塑性材料的至少一个细长元件，其具有能够在邻接或内部部分(例如内部取向部分)熔化之前熔化的表面部分；和b)将细长元件加工成包括多个重复结构单元的中间形式，这些结构单元通常可以彼此相对地自由移动，其中该形式能够被加工形成基本光滑的、无皱成型的最终制品。一般而言，尽管不是在每一情况下均要求(例如对于本文的微层(microlayer)说明)，细长元件包含取向聚烯烃，特别是可以根据本专利技术在基本保持其初始形态的情况下加工的取向聚烯烃。在另一特定方面中，本专利技术的方法涉及用中间形式制造制品。因此，在该方面下，加工步骤包括固结并形成三维中间形式(例如，在单个操作中同时进行或在多个操作中连续进行)的步骤，该中间形式包括至少一个细长元件和第一热塑性材料的多个重复结构单元，其具有能够在邻接部分(例如邻接取向部分)之前熔化的表面部分；将固结和成型的中间形式置于模腔中；在模腔中加入第二热塑性材料；并从模腔中推出包括固结中间形式和第二热塑性材料的增强复合制品。还可以在向模腔中加入第二热塑性材料的步骤中进行部分固结。这种示例性方面当然可以与上述第一示例性方面结合或单独实施。因此，可以由一个制造商制造中间形式和所得制品，或由不同制造商分别制造(例如材料供应商向制品制造商提供中间形式)。此外，可以在向模腔中加入第二热塑性材料之前不将该形式固结的情况下进行上述步骤。由于制品的细长元件部分中的高形态保持程度，根据本文的公开制成的典型制品有利地表现出优异的冲击和相关特性(特别是由于能力、由于使用独特的材料选择或组合，和/或加工条件)。关于材料的新型组合，本文的公开确定了通过在其中使用地球物理纺织材料(例如聚烯烃地球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造成型复合制品的方法，包括下列步骤：　　　　ａ）提供第一热塑性材料和第二热塑性材料的至少一个细长元件，其中第二热塑性材料包含全同立构聚丙烯均聚物；　　　　ｂ）拉伸细长元件；　　　　ｃ）将细长元件加工成包括多个重复结构单元的中间形式，这些结构单元通常可以彼此相对地自由移动，其中该形式能够被加工形成成型复合制品；和　　　　ｄ）将中间形式至少部分固结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H陈，R维弗尔斯，DG麦克劳德，S岑，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]