專利名稱：用于片狀模塑料的聚合物/wucs氈片的制作方法
用于片狀模塑料的聚合物/wucs氈片 本發明的技術領域和工業實用性本發明 一般性涉及增強的復合材料制品，以及更具體地涉及一種 由粘合材料和增強纖維束形成并且可以在片狀模塑料中用作增強材料 的模塑氈片。發明背景玻璃纖維可用于多種技術。例如，玻璃纖維用作聚合物基質中的 增強材料以形成玻璃纖維增強的塑料或復合材料。玻璃纖維已經以連續或短切長絲、股、粗紗、機織物、無紡織物、網和紗布(scrim)形式 使用以增強聚合物。玻璃纖維通常用作聚合物基質中的增強材料以形 成玻璃纖維增強的塑料或復合材料，原因在于它們提供尺寸穩定性， 因為它們不會響應變化的大氣條件發生收縮或伸展。此外，玻璃纖維 具有高的拉伸強度、耐熱性、防潮性和高的導熱性。通常，通過由漏板或孔板將熔融玻璃材料的料流拉細而形成玻璃 纖維。在從漏板抽出纖維之后，通常將包含成膜聚合物、偶聯劑和潤 滑劑的含水施膠組合物施涂于纖維來保護纖維在后續加工過程中免于 斷裂而且改進纖維與將要增強的基質樹脂的相容性。在已經施涂施膠 組合物之后，施膠的纖維可以聚集成單獨的股并巻繞產生玻璃纖維包。 玻璃纖維包然后可以加熱以除去水并以輕微涂布玻璃纖維表面的殘余 物的形式沉積施膠劑。許多得到的干燥的玻璃纖維包可以被硬化并纏 繞在稱為粗紗落軸或包的巻軸上。粗紗包由含許多玻璃纖維束的玻璃 纖維股構成。增強粗紗可以用于片狀模塑料(SMC)方法。在一個示例性的常規 SMC生產方法中，將第一樹脂糊，例如不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯樹 脂預混料的層計量施加到具有非粘性表面的塑性承栽片材上。短切玻 璃纖維粗紗束然后沉積到樹脂糊的第一層上。將樹脂糊的第二層也計 量施加到塑性承載片材上，然后將該片材放置到短切玻璃纖維/第一樹 脂糊層的頂部以形成夾層材料。樹脂糊的第一和第二層通常包含樹脂與例如填料、顏料、uv穩定劑、催化劑、引發劑、抑制劑、脫模劑和/或增稠劑的添加劑的混合物。然后可以將夾層材料壓緊以將聚合物樹脂基質和玻璃纖維束分布到所得到的整個SMC材料中，所述SMC材料 然后可以輥壓或放置在盒子中，隨后用于模塑工藝。在SMC配混料的生產中，理想的是短切玻璃纖維束接觸聚合物基 質材料。這種接觸的一種量度稱為潤濕，其為玻璃纖維束如何充分地 被基質SMC樹脂材料包封的量度。理想的是使玻璃纖維束完全潤濕， 沒有干燥玻璃。這種初始加工過程中的不完全潤濕會不利地影響SMC 配混料的后續加工以及影響最終復合材料制品的表面性能。例如，潤 濕差可能導致片狀模塑料的模塑性能差，導致復合材料強度低以及最 終復合材料部件中的表面缺陷。SMC制造方法的生產量，例如生產線 速度和生產率，受到粗紗短切束如何充分和如何快速地被完全潤濕的 限制。SMC復合材料制品制造商所面對的另 一個問題為將短切玻璃纖維 粗紗均勻分布到樹脂糊上。如果不能形成玻璃纖維的均勻分布，那么 最終的復合材料制品可能具有不合要求的性能。使用短切玻璃纖維粗 紗的常規SMC方法的另 一個問題是在制造工藝過程中添加短切玻璃纖 維是緩慢的和昂貴的。此外，如果纖維接觸到制造SMC配混料的工人， 松散的玻璃纖維具有刺激皮膚的可能性。因此，本領域中對于改進了潤濕和相應地改進了 SMC生產率和復 合材料制品物理性能、具有改進的結構和熱性能以及制造低廉的在 SMC復合材料制品中用作增強材料的無紡氈片存在需要。發明概述本發明的一個目的是提供一種形成模塑氈片的方法，該模塑氈片 包括增強纖維束和粘合纖維。在形成模塑氈片過程中，濕增強纖維束
被部分開松，并通過從增強纖維除去水而至少部分脫水以形成脫水的 增強纖維束。將增強纖維束與粘合纖維混合以形成增強纖維束和粘合 纖維的基本上均勻的混合物。在至少一個示例性實施方案中，粘合纖 維在與脫水的增強纖維束混合之前通過開松設備成絲。增強纖維束和 粘合纖維的混合物然后例如通過使該混合物穿過片材成型機而成型為 片材。任選地，片材可以經歷針刺工藝以將增強纖維束和粘合纖維機 械結合。片材然后可以被加熱到高于粘合纖維熔點但低于增強纖維束 熔點的溫度以將粘合纖維和增強纖維粘合。可以向片材中添加粘合劑 樹脂以促進增強纖維束和粘合纖維的粘合。得到的模塑氈片可以用作 片狀模塑料中的增強材料。本發明的另一個目的是提供一種可以在片狀模塑料中用作增強材 料的模塑氈片。該模塑氈片由基本上均勻分布的脫水的濕增強纖維束 和至少一種粘合材料形成。濕增強纖維可以為提供優良的結構和熱性 能的有機、無機或天然纖維。優選，濕增強纖維為濕法應用的短切玻 璃纖維。粘合材料的熔點低于增強纖維。適合的粘合材料包括聚酯樹 脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酰胺和苯乙烯。模塑氈片的重量分布為400-2000 g/m2。本發明的又一個目的是提供一種形成片狀模塑料材料的方法。將 第 一熱固性樹脂糊經由分配裝置沉積到第 一承載膜上。根據本發明形 成的模塑氈片由輥進料并放置在笫一樹脂糊上。在至少一個示例性實 施方案中，將第二熱固性樹脂糊沉積到第二承載膜上并設置在模塑氈 片層上，使得第二熱固性樹脂糊設置在模塑氈片層上。由此形成的夾 層材料由第一承載膜、第一熱固性樹脂糊、模塑氈片、第二熱固性樹 脂糊和第二承載膜構成。在本發明的可選實施方案中，將第二熱固性 樹脂糊沉積到模塑氈片層上并且將第二承載膜設置在第二熱固性樹脂 糊上。夾層材料然后穿過一系列帶以在模塑氈片中分布第一和笫二熱 固性樹脂糊和增強纖維束，并且形成由分布的熱固性樹脂糊和玻璃纖 維束的混合鉤構成的芯層。由所述帶排出的片狀模塑料(SMC)材料然后 可以纏繞到巻取輥上或者放置在盒子中用于隨后應用。
本發明的一個優點是模塑氈片具有均勻的或基本上均勻的增強纖 維束和粘合纖維的分布，這提供了改進的強度、剛性、耐沖擊性和表 面質量。本發明的又一個優點是與常規短切玻璃纖維氈片相比，本發明的 模塑氈片具有更加均勻的重量一致性和均勻的性能。本發明的另一個優點是當濕法應用的短切玻璃纖維用作增強纖維 時，由于所述玻璃纖維中存在的水分，可以在幾乎不產生靜電的情況 下容易地將玻璃纖維開松。此外，因為干燥纖維通常在切短之前在分 開的步驟中加以干燥和包裝，所以相比干燥短切纖維，濕法應用的短 切玻璃纖維制造相對低廉。因此，在形成模塑氈片過程中使用濕法應用的短切玻璃纖維使得可以更低成本制造SMC復合材料制品。通過考慮以下詳細說明，本發明的上述和其它目的、特征和優點 將更加充分地呈現。但是應清楚地理解，附圖是為了說明性目的，以 及并不被認為是限定本發明的界限。附圖簡述當考慮本發明的以下詳細公開時，特別是當結合附圖考慮時，本 發明的優點將是顯而易見的，其中

圖1為根據本發明的至少一個方面，說明在干法成網工藝中使用 濕增強纖維的步驟的流程圖；圖2為根據本發明的至少一個示例性實施方案，使用濕增強纖維 形成模塑氈片的氣流成網工藝的示意圖；圖3為根據本發明的至少一個示例性實施方案，使用由濕法應用 的短切玻璃纖維形成的模塑氈片的片狀模塑料方法的示意圖；和圖4為根據本發明的至少一個示例性實施方案，熟化的片狀模塑 料材料的示意圖。本發明的詳細說明和優選實施方案除非另外規定，在此使用的所有技術和科學術語具有與由本發明
所屬領域普通技術人員通常理解的相同含義。雖然與在此所述的那些在此描述優選的方法和材料。附圖中，為了清楚性，線、層和區域的粗度可以放大。應當注意 在各附圖中發現的相同數字表示相同元件。僅為了解釋的目的，在此 使用術語"頂部"、"底部"、"側面"等。應理解，當例如層、區 域、或其它材料的元件被稱為在另一個元件"上"時，其可以直接位 于所述另 一個元件上或者也可以存在插入的元件。如果元件或層被描 述為"鄰近"或"靠近"另一個元件或層，那么應理解，該元件或層 可以直接鄰近或直接靠近所述另一個元件或層，或者可以存在插入的 元件。還應理解，當元件或層被稱為在另一個元件之上時，其可以直 接位于所述另一個元件之上，或者可以存在插入的元件。此外，術語 "增強用纖維"和"增強纖維"在此可互換使用。本發明涉及一種可以在片狀模塑料中用作增強材料的由增強纖維 和粘合材料形成的模塑氈片。增強纖維可以為適合提供優良結構質量 以及優良熱性能的任何纖維類型。增強纖維可以為任何類型的有機、 無機或天然纖維。增強纖維的適合實例包括玻璃纖維、羊毛玻璃纖維(wool glass fiber)、天然纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、 碳纖維、石墨纖維、尼龍纖維、人造纖維素纖維和聚合物類熱塑性材 料，例如但不限于聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲 酸乙二醇酯(PET)纖維、聚苯疏醚(PPS)纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維和乙 烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纖維及其混合物，模塑趁片可以完全 由一種類型的增強纖維(例如天然纖維或玻璃纖維)形成，或者可選地， 多于一種類型的增強纖維可以用于形成模塑氈片。如結合本發明使用 的，術語"天然纖維"表示從植物的任何部分，包括但不限于莖、種 子、葉、根或韌皮提取的植物纖維。優選，增強纖維為玻璃纖維。增強纖維可以為具有大約11-75 mm長，優選12-30 mm長的不連 續長度的短切纖維。另外，增強纖維可以具有8-35微米，優選12-23 微米的直徑。此外，增強纖維可以在模塑氈片內具有彼此不同的長度 (長徑比)和直徑。增強纖維可以全部纖維的80-98 wt。/。的量，優選以 85-95 wt。/。的量存在于模塑氈片中。粘合材料可以為熔點低于增強纖維的任何熱塑性或熱固性材料。適合用于模塑氈片的熱塑性和熱固性材料的非限制實例包括聚酯纖 維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維、聚 苯硫醚(PPS)纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯 (EVA/VC)纖維、丙烯酸低級烷基酯聚合物纖維、丙烯腈聚合物纖維、 部分水解的聚乙酸乙烯酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯吡咯烷酮纖維、 苯乙烯丙烯酸酯纖維、聚烯烴、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸酯、人造 纖維、尼龍、酚醛樹脂、環氧樹脂和丁二烯共聚物，例如苯乙烯/丁二 烯橡膠(SBR)和丁二烯/丙烯腈橡膠(NBR)。理想的是一種或多種熱固性 材料用來形成模塑氈片。此外，粘合纖維可以用酸性基團官能化，例如通過用例如馬來酸 或丙烯酸的酸進行羧基化，或者粘合纖維可以通過添加酸酐基團或乙 酸乙烯酯官能化。粘合材料也可以釆取薄片、顆粒、樹脂或粉末形式， 而不是聚合物纖維形式。粘合材料也可以采取多組分纖維的形式，例如雙組分聚合物纖維、 三組分聚合物纖維或塑料涂布的礦物纖維，例如熱固性塑料涂布的玻 璃纖維。雙組分纖維可以殼-芯、并排、天星狀或扇形嵌段結構排列。 優選，雙組分纖維形成殼-芯結構，其中殼由第一種聚合物纖維形成， 其基本上包圍由第二種聚合物纖維形成的芯。并不需要殼纖維完全包 圍芯纖維。第一種聚合物纖維的熔點低于第二種聚合物纖維的熔點， 使得當將雙組分纖維加熱到高于第一種聚合物纖維(殼纖維)的熔點并 且低于第二種聚合物纖維(芯纖維)的熔點的溫度時，第一種聚合物纖維將軟化或熔融，而第二種聚合物纖維保持完好。第一種聚合物纖維(殼纖維)的這種軟化將使第一種聚合物纖維變為粘性的，并且將第一 種聚合物纖維自身以及可能緊密相鄰的其它纖維粘合。很多的材料組合物可用于制備雙組分聚合物纖維，例如但不限于 使用聚酯、聚丙烯、聚疏化物、聚烯烴和聚乙烯纖維的組合物。用于
雙組分纖維的特定聚合物組合物包括聚對苯二曱酸乙二醇酯/聚丙烯、 聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯和聚丙烯/聚乙烯。其它非限制性的雙 組分纖維實例包括共聚聚酯聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚對苯二曱酸乙二醇酯(coPET/PET)、聚對苯二曱酸1，4-環己烷二曱酯/聚丙烯 (PCT/PP)、高密度聚乙烯/聚對苯二曱酸乙二醇酯(HDPE/PET)、高密度 聚乙烯/聚丙烯(HDPE/PP)、線性低密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯 (LLDPE/PET)、尼龍6/尼龍6， 6 (PA6/PA6， 6)和二醇(glycol)改性的聚 對苯二甲酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(6PETg/PET)。雙組分聚合物纖維可以具有約1-18旦尼爾的旦尼爾和2-4 mm的 長度。優選的是第一種聚合物纖維(殼纖維)的熔點為約150-400°F， 和更優選為約170-300°F。第二種聚合物纖維(芯纖維)具有更高的熔 點，優選高于約350°F。粘合材料可以全部纖維的2-20 wt % ,以及優選2-10 wt %的量存 在于模塑氈片中。模塑氈片可以由干法成網方法，例如由Enamul Haque在2003年10 月17曰提交的名為"Development Of Thermoplastic Composites Using Wet Use Chopped Strand Glass In A Dry Laid Process"的US專利 申請No. 10/688, 013中所述的干法成網方法形成，在此將其全文引入作 為參考。在優選實施方案中，用于形成模塑氈片的增強纖維為濕增強纖 維，以及最優選為濕法應用的短切玻璃纖維。用作增強纖維的濕法應用 的短切玻璃纖維可以由本領域已知的常規方法形成。理想的是濕法應用 的短切玻璃纖維的含水量為5-30%,和更優選為5-15%。使用濕法應用的短切玻璃纖維提供了優于常規干法成網玻璃工藝 的成本優勢。例如，因為干燥纖維通常在切短之前在分開的步驟中加 以干燥和包裝，所以相比干燥短切纖維，例如干法應用的短切玻璃纖 維(DUCS)，濕法應用的短切玻璃纖維制造相對廉價。結果，使用濕法 應用的短切玻璃纖維使得可以更低成本制造模塑氈片。形成模塑氈片的示例性工藝在圖1中概括性說明，并且其包括部 分開松增強纖維和粘合纖維(步驟100),使增強纖維和粘合纖維共混(步驟110)，將增強纖維和粘合纖維成型為片材(步驟120),任選地針 刺該片材(步驟130)，以及粘合增強纖維和粘合纖維(步驟140)。增強纖維和形成粘合材料的纖維通常以單根纖維的束的形式聚 集。玻璃纖維通常聚集在單根纖維的"盒狀體(box)"中。由于所述玻 璃纖維中存在的水分，可以在幾乎不產生靜電的情況下容易地將濕增 強纖維束(例如濕法應用的短切玻璃纖維(WUCS)的盒狀體)開松。在形 成模塑氈片的過程中，濕增強纖維束和粘合纖維束由開松系統，例如 工業中常用的束開松系統至少部分開松。開松系統用來分離簇集的纖維并增強纖維-纖維之間的接觸。參見圖2，可以最好地看到濕增強纖維和粘合纖維的開松。濕增 強纖維200被進料到第一開松系統220,粘合纖維210被進料到第二 開松系統230，分別至少部分開松濕增強纖維束和粘合纖維束。理想 的是笫一開松系統220部分開松濕增強纖維200束，但并不使其成絲。 應當注意雖然圖l和2中所繪示例性工藝顯示由第二開松系統230開 松粘合纖維210，但如果粘合纖維210以成絲形式(未示出)存在或得 到，而不是以纖維束形式存在或得到，那么粘合纖維210可以直接進 料到纖維傳輸系統250。這種實施方案被認為在本發明的范圍內。第一和第二開松系統220、 230優選為束開松機，但是可以為適合 開松粘合纖維210束和濕增強纖維200束的任何開松機類型。開松機 的設計取決于待開松的纖維的類型和物理特性。用于本發明的適合的 開松機包括有或者沒有稱重設備的任何常規標準型束開松機。當部分 開松的纖維穿過束開松機時，稱重設備用來對其進行連續稱重，以監 測傳遞到下一個工藝步驟上的纖維量。束開松機可以裝有多個精細開 松機、 一個或多個刺輥轉筒或鋸齒轉筒、進料輥和/或進料輥和凸桿的 組合。在可選實施方案中，其中粘合材料為薄片、顆粒或粉末形式(未示 出)，而不是粘合纖維，第二開松系統230可以用適合于將粉末狀、薄 片狀或顆粒狀粘合材料分配到用于將其與增強纖維200混合的纖維傳 輸系統250的設備替換。適合的設備將是本領域技術人員容易確定的。 在其中除了粘合纖維210之外還使用薄片、顆粒或粉末形式的樹脂的 實施方案(未示出)中，用于分配薄片、顆粒或粉末的設備通常不替換 第二開松系統230。薄片、顆粒或粉末可以直接進料到用于將增強纖 維束和粘合材料混合的纖維傳輸系統250中。部分開松的濕'增強纖維200束(增強纖維束)然后可以由第一開松 系統220計量加入或進料到冷凝裝置240以從濕纖維除去水。在示例 性實施方案中，除去大于70%的游離水(增強纖維外部的水)。但是優 選由冷凝裝置240除去基本上所有的水。應當注意，當在此使用時， 短語"基本上所有的水"用來表示除去所有的或幾乎所有的游離水。 冷凝裝置240可以為本領域已知的任何已知干燥或除水設備，例如但 不限于空氣干燥器、烘箱、輥、抽吸泵、加熱的鼓式干燥器、紅外加 熱源、熱鼓風機或微波發射源。增強纖維200束和粘合纖維210由纖維傳輸系統250共混在一起。 在優選實施方案中，纖維在高速空氣流中共混。纖維傳輸系統250既 用作將粘合纖維210和增強纖維200束輸送到片材成型機270的管道， 又用作在空氣流中將纖維基本上均勻混合的管道。理想的是盡可能均 勻地分布增強纖維200束和粘合纖維210。進入纖維傳輸系統250中 的空氣流的增強纖維200和粘合纖維210的比率可以由以上關于第一 和第二開松系統220、 230所述的稱重設備控制，或者由纖維穿過第一 和第二開松系統220、 230的量和/或速率控制。在優選實施方案中， 存在于空氣流中的增強纖維200和粘合纖維210的比率為90: IO(各自 對應增強纖維200和粘合纖維210)。增強纖維200和粘合纖維210的混合物可以由纖維傳輸系統250 中的空氣流輸送到片材成型機270,在其中纖維成型為片材。 一個或 多個片材成型機可以用于形成模塑氈片。在本發明的一些實施方案中， 共混的纖維在進入片材成型機270之前，由纖維傳輸系統250輸送到 填充箱塔260，其中增強纖維200束和粘合纖維210例如由計算機監 測的電子稱重設備按體積進料到片材成型機270。填充箱塔260可以 位于片材成型機270內部或者其可以設置在片材成型機270外部。填
充箱塔260也可以包括擋板以在進入片材成型機270之前進一步共混 和混合增強纖維200束和粘合纖維210。在一些實施方案中，帶有冷 凝器和分配輸送機的片材成型機270可以用來得到進料到填充箱塔 260的更高纖維進料和穿過填充箱塔260的增加的空氣體積。為了得 到改進的開松纖維的橫向分布(cross-distribution),分配輸送才幾可 以相對片材方向橫向運行。結果，粘合纖維210和增強纖維200束可 以在幾乎沒有或沒有壓力并且最小纖維斷裂的情況下輸送進填充箱塔 260中。由片材成型機270形成的片材以所需比例和重量分布包含均勻或 基本上均勻分布的增強纖維200束和粘合纖維210。特別地，由片材 成型機270形成的片材的重量分布為400-2000 g/m2，優選的重量分布 為約400-1000 g/m2。在本發明的一個或多個實施方案中，離開片材成型機270的片材 在針刺制氈設備280中進行針刺工藝，其中倒刺針或叉形針以向下和/ 或向上運動形式推進穿過片材的纖維以將增強纖維200和粘合纖維 210纏結或纏繞，并賦予氈片機械強度和完整性。針刺制氈設備280 可以包括送網機構、帶有針板的針板橫梁、倒刺制氈針數為每米機寬 約500針到每米機寬約7, 500針、托板、底板和巻取機構。增強纖維 200和粘合纖維210的機械互鎖通過使倒刺制氈針反復穿入和穿出片 材而得到。與選定用于本發明方法的特定增強纖維和聚合物纖維一起 使用的最佳針刺選擇將是本領域技術人員容易確定的。雖然粘合纖維210用來將增強纖維200彼此粘合，但是粘合劑樹 脂285可以在使片材穿過熱粘合系統290之前作為粘合劑添加。粘合 劑樹脂285可以為樹脂粉末、薄片、顆粒、泡沫或液體噴霧形式。粘 合劑樹脂285可以由任何適合的方式添加，例如溢流和提取方法或者 通過在片材上噴涂粘合劑樹脂285。添加到片材的粘合劑樹脂285的 量可以取決于模塑氈片的所需性能而變化。催化劑，例如氯化銨、對 甲苯、磺酸、硫酸鋁、磷酸銨或硝酸鋅可以用來改進固化速率和固化 的粘合劑樹脂285的質量。
單獨的或除了在此所述的其它粘合方法之外，可以用來進一步粘合增強纖維200的方法為膠乳粘合。在膠乳粘合中，由單體，例如乙 烯(T「125。C)、 丁二烯(V78。C)、丙烯酸丁酯(T「52。C)、丙烯酸乙酯 (T「22。C)、乙酸乙烯酯CUO。C)、氯乙烯(Tg80。C)、甲基丙烯酸甲酯 (TJ05。C)、苯乙烯(Tgl05X:)和丙烯腈(Tgl30。C)形成的聚合物用作粘 合劑。較低的玻璃化轉變溫度CU產生較軟質的聚合物。膠乳聚合物 可以在片材進入熱粘合系統290之前以噴霧形式添加。 一旦片材進入 熱粘合系統290，膠乳聚合物熔融并將增強纖維200粘合在一起。可以單獨使用或與在此所述的其它粘合方法結合使用的另一種任 選的粘合方法為化學粘合。液體類粘合劑、粉末粘合劑、泡沫以及在 一些情況下，有機溶劑可以用作化學粘合劑。化學粘合劑的適合實例 包括但不限于丙烯酸酯聚合物和共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙酸 乙烯酯-乙烯共聚物及其結合物。例如，聚乙酸乙烯酯(PVA)、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)、丙烯酸低級烷基酯聚合物、丁苯橡膠、 丙烯腈聚合物、聚氨酯、環氧樹脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、偏二 氯乙烯與其它單體的共聚物、部分水解的聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮、聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂和苯乙烯丙烯 酸酯可以用作化學粘合劑。化學粘合劑可以通過浸漬、涂布或噴涂片 材而均勻施加。在片材離開片材成型機270之后或任選的片材針刺之后，片材可 以穿過熱粘合系統290以將增強纖維200和粘合纖維210粘合并形成 模塑氈片295。但是，應理解如果片材在針刺制氈設備280中針刺而 且增強纖維200和粘合纖維210被機械結合，那么片材可以不需要穿 過熱粘合系統290來形成模塑氈片295。在熱粘合系統290中，片材被加熱至高于粘合纖維210熔點但低 于增強纖維200熔點的溫度。當雙組分纖維用作粘合纖維210時，將 熱粘合系統290中的溫度升高到高于殼纖維的熔融溫度但低于增強纖 維200的炫融溫度的溫度。將粘合纖維210加熱到高于它們的熔點的 溫度，或者在粘合纖維210為雙組分纖維的情況下，將粘合纖維210
加熱到高于殼纖維熔點的溫度，使粘合纖維210變為粘合劑，并使粘 合纖維210自身和使其與增強纖維200粘合。熔融的粘合纖維210起 膠水的作用，使分散的玻璃纖維保持束狀。如果粘合纖維210完全熔 融，那么熔融的纖維可能包封增強纖維200。只要熱粘合系統290內 的溫度不升高到增強纖維和/或芯纖維的熔點，那么這些纖維將在熱粘 合系統290和模塑氈片295內保持纖維形式。熱粘合系統290可以包括本領域已知的任何已知加熱和/或粘合 方法，例如烘箱粘合、使用強制空氣的烘箱粘合、紅外加熱、熱壓延、 帶壓延、超聲波粘合、微波加熱和加熱轉筒。任選地，這些粘合方法 的兩種或更多種可以組合用于將增強纖維200和粘合纖維210粘合。 熱粘合系統290的溫度取決于所使用的特定粘合纖維210、粘合劑樹 脂和/或膠乳聚合物的熔點以及在片材中是否存在雙組分纖維而加以 變化。從熱粘合系統290排出的模塑氈片295包含分散的粘合纖維和 束狀增強纖維。當濕法應用的短切玻璃纖維用作濕增強纖維200時， 從熱粘合系統290排出的模塑氈片295包含均勻或幾乎均勻分散的粘 合纖維210和束狀玻璃長絲。增強纖維200束和粘合纖維210在模塑 氈片295中的均勻或幾乎均勻的分布為最終復合材料制品提供了改進 的強度、改進的熱性能、改進的剛性和改進的耐沖擊性。另外，與常 規短切玻璃纖維氈片相比，模塑氈片295具有更加均勻的重量一致性。 本發明模塑氈片的均勻的重量一致性在最終制品中產生均勻的性能， 例如撓性和沖擊強度。在本發明的模塑氈片中，玻璃含量可變性為大 約+/-1.5%以及重量一致性大約為+/-5%。此外，本發明模塑氈片的 均勻性能使得可以使用比常規短切玻璃纖維氈片更低重量的增強材 料。通過改變用于形成模塑氈片的增強纖維和/或粘合纖維的重量、長 度和/或直徑，模塑氈片295提供了使特定應用所需的物理性能(例如 剛性或強度)最佳化或得到調整的能力。另外，增強纖維的施膠化學過 程可以容易改造以配合各種類型的粘合纖維的性能。結果，可以制得 許多種模塑氈片以及使用該模塑氈片形成的復合材料制品，例如由片
狀模塑料形成的制品。在可選實施方案(未舉例說明)中，模塑氈片由濕法成網方法形成。 例如，增強纖維和粘合纖維分散在包含粘合劑以及分散劑、粘度調節 劑、消泡劑和/或其它化學試劑的水溶液中并且攪拌以形成淤漿。位于 淤漿中的粘合纖維和增強纖維然后沉積到運動篩網上，在其中水被除 去。任選地，該氈片在烘箱中干燥。該氈片然后可以浸入粘合劑組合 物中以用該粘合劑組合物浸漬該氈片。該氈片然后穿過固化烘箱以除 去任何殘留水、固化粘合劑、和至少部分熔融粘合纖維以將增強纖維 和粘合纖維粘合在一起。得到的模塑氈片為分散的粘合纖維和束狀玻 璃長絲的組合體。在本發明的至少一個示例性實施方案中，模塑氈片295用于片狀 模塑料(SMC)方法。引入了本發明的模塑氈片的片狀模塑料方法的一個 實例在圖3中說明。第一承載膜310由第一承載輥320進料到移動式 輸送帶300上。第一熱固性樹脂糊315經由分配裝置325施加到第一 承載膜310上。根據本發明形成的模塑氈片295然后由輥330進料到 位于第一承載膜310上的第一熱固性樹脂糊315上。將第二熱固性樹 脂糊335沉積到由第二承載輥345進料的第二承載膜340上并設置在 模塑氈片層350上，使得第二承載膜340上的第二熱固性樹脂糊335 接觸模塑氈片層350并形成包括第一承載膜310、第一熱固性樹脂糊 315、模塑氈片295、第二熱固性樹脂糊335和第二承載膜340的夾層 材料。在可選實施方案(未示出)中，第二熱固性樹脂糊335可以沉積 到模塑氈片層350上，而且第二承載膜340可以設置在第二熱固性樹 脂糊335上。第一和第二熱固性樹脂糊315、 335可以通過混合一種或多種適合 的熱固性材料和任何所需的添加劑來形成，所述熱固性材料例如聚酯 樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酰亞胺和/或苯乙烯， 所述添加劑例如填料、顏料、UV穩定劑、催化劑、引發劑、抑制劑、 脫模劑、增稠劑等。優選的是填料在形成熱固性樹脂糊315、 335的過 程中與熱固性材料混合。填料的合適實例包括碳酸鉤、三水合氧化鋁、
云母、滑石、玻璃泡(glass bubble)和硅灰石。但是，將填料與第一 和第二熱固性樹脂糊315、 335 —起加入到分配裝置325中也被認為在 本發明范圍內。第一和第二熱固性樹脂糊315、 335可以在混合罐中同 時制得。同樣優選的是熱固性樹脂糊315、 335包括增稠劑，例如氧化 鎂、氫氧化鎂和/或氧化鈣。在將熱固性樹脂糊315、 335輸送到分配 裝置之前，立即地或幾乎立即地將增稠劑(或增稠劑糊)加入到熱固性 樹脂糊中。第一和第二熱固性樹脂糊315、 335可以使用相同的樹脂配 混。用于第一和笫二承載膜310、 340的材料的非限制實例包括聚合物 膜，例如聚乙烯和尼龍。夾層材料然后穿過一系列帶360、 370，在其中夾層材料被壓緊以 在模塑氈片295中分布第一和第二熱固性樹脂糊315、 335和增強纖維 束，而且形成由熱固性樹脂糊315、 335分布在模塑氈片295中的混合 物形成的中間層395。所述帶優選為金屬網帶，以改進增強纖維由于 第一和第二樹脂糊315、 335的浸濕。因為模塑氈片295中的增強纖維 并不成絲而以纖維束的形式存在，所以它們具有由夾層材料中的熱固 性樹脂糊和填料潤濕的能力。如果增強纖維不潤濕片狀模塑料的粘合 組分(一種或多種)，那么最終復合材料制品的機械性能差和/或復合材 料制品中的孔隙率降低。由所述帶360、 370排出的所得片狀模塑料 (SMC)材料380然后可以纏繞到如圖3中說明的巻取輥390上或者放置 在盒子(未示出)中用于隨后應用。SMC材料380然后可以在基本恒溫下儲存2-5天進行熟化。熟化 期間，SMC材料290粘度升高至大約15-40百萬厘泊。隨著粘度升高， 中間層中的第一和第二樹脂糊和模塑氈片中的玻璃纖維束形成整合的 復合材料層。圖4中可以看到熟化的SMC材料的示意性繪圖。特別地， 熟化的SMC材料400包括夾在第一承載膜310和第二承載膜340之間 的整合的復合材料層405。熟化的SMC材料400可以在隨后的模塑工藝中模塑以形成最終的 復合材料制品。例如，熟化的SMC材料400可用于對模模塑工藝(未舉 例說明)。這種模塑工藝中，從熟化的SMC材料400除去第一和第二承
載膜310、 340，并且將熟化的SMC材料400切割成具有預定尺寸(進 料(charge))的片。將熟化的SMC材料400的片放置在具有陰模和陽模 的模具中，將模具的兩半密閉，施加熱和壓力以壓縮該進料，使熱固 性樹脂固化并將熟化的SMC材料400成型為預定形狀。一旦模塑周期完成，打開模具并移出復合材料制品。模具內的壓 力可以為200-1500 psi，優選200-1200 psi，才莫具內的溫度可以為 100-170。C，優選140-16(TC。 SMC材料的模塑周期可以為0. 5-3. 0分 鐘，取決于所使用的特定熱固性樹脂以及最終復合材料部件的厚度。 除了金屬對模模塑(壓縮模塑)之外，熟化的SMC材料400也可以在真 空和壓力袋裝(bagging)、冷壓模塑、注塑和離心鑄塑中用于形成復合 材料制品。應當理解，雖然用于形成片材模塑材料以及將其模塑成為 復合材料制品的上述方法已經以被認為是優選實施方案的形式加以描方案同樣被認為是在本發明的范圍內。模塑氈片295提供給SMC材料380改進的流動和與模具形狀的一 致性。此外，根據本發明的模塑氈片通過提高牽伸比提供改進的模塑 能力，并且因此能夠與模具的形狀 一致并提供給復合材料制品均勻的 性能。SMC材料380可以用來形成許多應用中的復合材料制品，例如在 汽車應用中包括形成門板、裝飾襯板、外部車體板、荷載地板、緩沖 器、前端、車底護罩、踏板、遮光罩、儀表板結構、門內村等。因為 特別是當與由鋼形成的部件相比時，片狀模塑料材料380使形成的復 合材料部件重量減少，為形成的部件提供耐腐蝕性、局部沖擊抗性、 部件強化以及改進的表面質量，所以SMC材料380在汽車應用中特別 有利。因為本發明的模塑氈片295包括聚合物纖維，所以SMC材料380 在改進復合材料部件的伸長率性能和降低微開裂方面占優勢。使用具 有高伸長率性能的聚合物纖維，例如聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)纖 維，進一步降低了由SMC材料380形成的復合材料部件中的微開裂的 產生。SMC材料380的其它優點包括模具交貨時間更短以及形成制品 的加工成本更低。SMC材料380的其它應用包括家俱應用(椅子、桌面 等)、家用電器(洗衣機門、冰箱外殼等)、商業設備(計算機外殼)、水 艇主體、辦公室屏風和隔斷、天花板磚、建筑鑲板、圓盤式衛星電視 天線、電氣箱和檢查孔蓋。本申請的發明已經在以上概括性地和根據特定實施方案加以描 述。雖然本發明已經以被認為是優選實施方案的形式加以闡明，但是 可以在一般公開范圍內選擇本領域技術人員已知的多種可選方案。除 了以下闡明的權利要求的敘述之外，本發明并不另外受到限制。
權利要求
1.一種制造在片狀模塑料中用作增強材料的模塑氈片的方法，包括以下步驟至少部分開松濕增強纖維(200)束；從所述至少部分開松的濕增強纖維束除去水以形成脫水的增強纖維束；混合所述脫水的增強纖維束和粘合纖維(210)以形成所述脫水的增強纖維束和粘合纖維的基本上均勻的混合物；將所述脫水的增強纖維束和粘合纖維的混合物成型為片材；和將所述脫水的增強纖維束和粘合纖維粘合以形成模塑氈片(295)。
2. 權利要求1的方法，其中所述濕增強纖維為濕法應用的短切玻 璃纖維。
3. 權利要求2的方法，進一步包括在所述粘合步驟之前，向所述 片材添加粘合劑(285)的步驟，所述粘合劑選自樹脂粉末、樹脂薄片、 膠乳聚合物、樹脂顆粒、粘合劑泡沫和有機溶劑。
4. 權利要求2的方法，進一步包括在所述粘合步驟之前，針刺(280) 所述片材的步驟，以在所述粘合步驟之前機械結合所述脫水的增強纖維 束和所述粘合纖維。
5. 權利要求2的方法，進一步包括在所述成型步驟之前，將所述的步驟，曰所述i充箱塔按體積將所述混合:進料到所述片材成聖^機。
6. 權利要求2的方法，其中所述粘合步驟包括將所述片材加熱到 高于所述粘合纖維熔點和低于所述脫水的增強纖維束熔點的溫度，以使 所述粘合纖維至少部分熔融，并將至少一部分所述脫水的增強纖維束和 所述粘合纖維粘合。
7. —種形成片狀模塑料材料的方法，包括以下步驟 在第一承載膜(310)上沉積第一熱固性樹脂糊(315); 在所述第一熱固性樹脂糊上設置模塑氈片(295)，所述模塑氈片包 括脫水的增強纖維束和熔點低于所述脫水的增強纖維束熔點的粘合材料；在第二承載膜(340)上沉積第二熱固性樹脂糊(33";設置包含所述第二熱固性樹脂糊的所述第二承載膜，使得所述第二 熱固性樹脂糊設置在所述模塑氈片上以形成夾層材料；和 壓緊所述夾層材料以形成所述片狀模塑料材料(380)。
8. 權利要求7的方法，其中所述壓緊步驟包括使所述夾層材料穿 過一系列帶(360、 370)以分布所述第一和第二熱固性樹脂糊和所述脫水 的增強纖維束。
9. 權利要求7的方法，進一步包括在所述設置步驟之前形成所述 模塑氈片的步驟，所述形成步驟包括至少部分開松濕增強纖維束；從所述至少部分開松的濕增強纖維束除去水以形成所述脫水的增 強纖維束；混合所述脫水的增強纖維束和所述粘合材料以形成所述脫水的增 強纖維束和所述粘合材料的基本上均勻的混合物；將所迷脫水的增強纖維束和所述粘合材料的所述混合物成型為片 材；和將所述脫水的增強纖維束和所述粘合材料粘合以形成所述模塑氈片。
10. 權利要求9的方法，其中所述濕增強纖維為濕法應用的短切玻 璃纖維。
11. 權利要求7的方法，進一步包括混合第一熱固性材料、填料和 添加劑以形成所述第 一熱固性樹脂糊的步驟；和在將所述第 一熱固性樹 脂糊沉積到所述第一承載膜上之前，將所迷第一熱固性樹脂糊輸送到分 配裝置的步驟，所述添加劑選自顏料、UV穩定劑、催化劑、引發劑、抑 制劑、脫模劑、增稠劑及其結合物。
12. 權利要求11的方法，進一步包括混合第二熱固性材料、填料 和添加劑以形成所述第二熱固性樹脂糊的步驟；和在將所述第二熱固性樹脂糊沉積到所述第二承載膜上之前，將所述第二熱固性樹脂糊輸送到第二分配裝置的步驟，所述添加劑選自顏料、uv穩定劑、催化劑、引發劑、抑制劑、增稠劑及其結合物。
13. 由權利要求1的方法制造的模塑氈片。
14. 一種制造模塑的片狀模塑料復合材料制品的方法，包括以下步驟在第 一承栽膜(310)上沉積第 一熱固性樹脂糊(315);在所述第一熱固性樹脂糊上設置模塑氈片(295),所述模塑氈片包 括脫水的增強纖維束和熔點低于所述脫水的增強纖維束熔點的粘合纖 維；在第二承載膜(340)上沉積第二熱固性樹脂糊(335); 設置包含所述第二熱固性樹脂糊的所述第二承載膜，使得所述第二 熱固性樹脂糊設置在所述模塑氈片上以形成夾層材料； 壓緊所述夾層材料以形成片狀模塑料材料(380); 儲存所述片狀模塑料材料以形成熟化的片狀模塑料(400);和 模塑所述熟化的片狀模塑料以形成模塑的片狀模塑料復合材料制品。
15. 權利要求14的方法，進一步包括形成所述模塑氈片的步驟， 所述形成步驟包括至少部分開松濕增強纖維束；從所述至少部分開松的濕增強纖維束除去水以形成所述脫水的增 強纖維束；混合所述脫水的增強纖維束和所述粘合纖維以形成所述脫水的增 強纖維束和所述粘合纖維的基本上均勻的混合物；將所述脫水的增強纖維束和所述粘合纖維的所述混合物成型為片 材；和將所述脫水的增強纖維束和所述粘合纖維粘合以形成所述模塑氈片。
16. 權利要求l5的方法，其中所述濕增強纖維為濕法應用的短切 玻璃纖維。
17. 權利要求.16的方法，其中所述粘合步驟包括將所述片材加熱 到高于所述粘合纖維熔點和低于所述脫水的增強纖維束熔點的溫度，以 使所述粘合纖維至少部分熔融，并將至少一部分所述脫水的增強纖維束 和所述粘合纖維粘合。
18. 權利要求14的方法，進一步包括在所述模塑步驟之前除去所 述第一和第二承栽膜的步驟；和將所述熟化的片狀模塑料切割成為具有 預定尺寸的片的步驟。
19. 權利要求14的方法，進一步包括混合第一熱固性材料、填料 和添加劑以形成所述第一熱固性樹脂糊的步驟；和在將所述第一熱固性 樹脂糊沉積到所述第一承載膜上之前，將所述第一熱固性樹脂糊輸送到 分配裝置的步驟，所述添加劑選自顏料、UV穩定劑、催化劑、引發劑、 抑制劑、脫模劑、增稠劑及其結合物。
20. 權利要求19的方法，進一步包括混合第二熱固性材料、填料 和添加劑以形成所述第二熱固性樹脂糊的步驟；和在將所述第二熱固性 樹脂糊沉積到所述第二承載膜上之前，將所述第二熱固性樹脂糊輸送到 第二分配裝置的步驟，所述添加劑選自顏料、UV穩定劑、催化劑、引發 劑、抑制劑、增稠劑及其結合物。
21. 權利要求14的方法，其中所述壓緊步驟包括使所述夾層材料 穿過一系列帶(360、 370)以分布所述第一和第二熱固性樹脂糊和所述脫 水的增強纖維束。
全文摘要
提供一種形成由增強纖維束和粘合材料形成的模塑氈片(295)的方法。增強纖維優選為濕法應用的短切玻璃纖維(WUCS)。粘合材料可以為熔點低于增強纖維的任何熱固性材料。可以通過部分開松濕法應用的短切玻璃纖維以及使粘合材料成絲、將增強纖維和粘合纖維共混、將增強纖維和粘合纖維成型為片材、以及粘合該片材來形成模塑氈片。粘合過程中，片材被加熱到高于粘合纖維熔點但低于玻璃纖維熔點的溫度。由此形成的模塑氈片可以用作片狀模塑料中的增強材料。
文檔編號B29C70/04GK101166621SQ200580047518
公開日2008年4月23日 申請日期2005年12月6日 優先權日2004年12月29日
發明者E·哈克 申請人:歐文斯-康寧玻璃纖維技術第二有限公司