專利名稱：：待注射成型的材料、其方法及其用途的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明主要涉及復合材料和制備復合材料的方法。更具體地講，本發(fā)明涉及包含由天然纖維增強的新鮮的或者再生的熱塑性聚合物的復合材料，以及制備這種注射成型復合材料的方法。對于本說明書來說，需要用到下面的定義天然纖維或纖維素纖維源于植物的天然纖維，或者含有木質素的木質纖維素纖維，這是天然多朌聚合物。木質纖維素殘渣源于植物的殘渣，含有纖維素和木質素，而且纖維素是主要的化學成分，例如稻殼或木屑。
背景技術：
：復合材料是那些由至少兩種具有具體的力學特性的材料聯(lián)合而成的材料，這樣生成一種具有期望力學性能的笫三材料。通常情況下，復合材料是由聚合物和增強材料聯(lián)合得到，增強材料一般來說是源于礦物的纖維或源于植物的纖維，不管這些纖維是否是合成的?，F(xiàn)有技術水平表明，許多復合材料是由不同種類的聚合物與不同類型的纖維聯(lián)合而成的，這些纖維例如玻璃纖維、巖石纖維、礦物棉以及天然纖維等等。具體來講，現(xiàn)有技術水平公開了由聚烯烴類聚合物如聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯與天然纖維，如劍麻纖維、可可纖維等聯(lián)合得到的復合材料。目前，通過聯(lián)合聚合物和天然纖維制備復合材料的方法通過模塑法進行，這大大限制了復合材料形式，并因此限制了復合材料的商業(yè)應用。本領域技術人員清楚，模塑法允許制備具有有限結構和形式的制品，因此，降低了復合材料的應用。直到今天，注射成型方法仍然沒有有效地用于由聚合物和天然纖維制備的復合材料中。模塑法的該局限性也關聯(lián)到注塑方法的幾個難點。首先，由于天然纖維具有吸濕性和親水性，因此，就會有吸濕的趨勢，進而導致在注塑過程中產生氣體。這是因為，在注塑過程中,當喂料時(螺桿速度x逆壓(speedofthescrewxcontm-pressure))，生成的揮發(fā)性氣體就被密封在注塑裝置的內部(噴嘴和螺桿)，并且在注射成型周期內，這些氣體被密封在模腔內。因此，成型的產品具有類似于膨脹結構的多孔性和微觀結構。此外，孔隙率的分布也受到注塑加工條件的影響(諸如壓力、溫度以及時間)，相應地，也就會影響材料的力學性能。因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術方法缺陷的用于制備復合材料的方法。更詳細地講，本發(fā)明的目的是提供合適的材料通過注射成型方法加工成復合材料。本發(fā)明的另一個目的是用于制備復合材料的方法，所述復合材料包含與天然纖維聯(lián)合的熱塑性聚合物(具體地講聚烯烴)。本發(fā)明的另一個目的是用于復合材料的注塑方法，所述復合材料包含與天然纖維聯(lián)合的熱塑性聚合物(具體地講聚烯烴)。本發(fā)明的另一個目的是根據本發(fā)明的注塑方法制備的復合材料，所述復合材料特別適于制造汽車備件。發(fā)明概述上面提及的目的通過本發(fā)明的待注射成型的合適材料實現(xiàn)，所迷材料包含大約30%至大約90%重量的再生熱塑性聚合物；大約0.01%至大約70%重量的新鮮熱塑性聚合物；和大約0.01%至大約60%重量的天然纖維。具體地講，熱塑性聚合物是聚丙烯均聚物或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。本發(fā)明的復合材料還可含有如下的一種或多種物質(a)當所述熱塑性聚合物是聚丙烯均聚物時大約0.01%至大約60%重量的第二天然纖維；大約0.01%至大約30%重量的木質纖維素殘渣；大約0.01%至大約20%重量的具有中等乙烯含量的聚丙烯共聚物；大約0.01%至大約20%重量的具有高乙烯含量的聚丙烯共聚物；大約0.01%至大約2%重量的用馬來酸酐或離聚物官能化的聚丙烯增容劑；大約0.01%至大約0.5%重量的加工助劑/分散劑；大約0.01%至大約0.3%的主抗氧劑和輔助抗氧劑；大約0.01%至大約2%的一種或多種顏料；以及大約0.01%至大約0.2%的紫外線穩(wěn)定劑。(b)當所述熱塑性聚合物是PET時大約0.01%至大約60%重量的笫二天然纖維；大約0.01%至大約30%重量的木質纖維素殘渣；大約0.01%至大約15%重量的彈性沖擊改性劑；大約0.01%至大約0.5%重量的加工助齊纟/分散劑；以及大約0.01%至大約2%重量的一種或多種顏料。本發(fā)明也涉及用于制備注塑復合材料的方法，所述方法包括以下步驟i-使天然纖維長度均勻；ii-當存在時，表面處理天然纖維和木質纖維素殘渣；iii-預混合復合材料的各組分；iv-將復合材料擠出并造粒，并且V-注射成型來構造部件。當采用PET基質時，干燥天然纖維和木質纖維素殘渣(如果存在)的步驟(vi)可有利地在步驟(iii)之前和步驟(ii)之后進行。具體實施方案描述本發(fā)明提供了一種復合材料和一種含有熱塑性聚合物例如聚烯經和天然纖維的復合材料的制備方法。在這些聚烯烴中，特別有用的是聚丙烯均聚物、聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯等。最好采用聚丙烯均聚物或PET。根據本發(fā)明的一個實施方案，復合材料包含大約30%至大約90%重量的再生聚丙烯均聚物、大約0.01%至大約70%重量的新鮮聚丙烯均聚物以及大約0.01%至大約60%重量的天然纖維。在天然纖維中，特別有用的是劍麻纖維、甘蔗糖蜜纖維、可可纖維、pia^;ava纖維、大豆纖維、黃麻纖維、苧麻纖維和cumud纖維。本發(fā)明復合材料也可以包含大約0.01%至大約60%重量的其它天然纖維，最好選自上面列出的各種天然纖維。此外，復合材料也可以包含大約0.01%至大約30%重量的木質纖維素殘渣。在這些木質纖維素殘渣中，特別有用的是木屑或稻殼。因此，在本發(fā)明復合材料的其它變體中，可以采用一種單一天然纖維、或兩種天然纖維、或一種單一天然纖維與木質纖維素殘渣混合、或兩種天然纖維與木質纖維素殘渣混合，因此，可以制備多種混雜材料。復合材料中可以加入其它組分，例如大約0.01%至大約20%重量的具有中等乙烯含量(含有約4%至8%乙烯)的聚丙烯共聚物；大約0.01%至大約20。/。重量的具有高乙烯含量(含有約8%至12%乙烯)的聚丙烯共聚物；大約0.01%至大約2。/。重量的用馬來酸酐或離聚物官能化的聚丙烯增容劑，所述離聚物基于用鈉中和的乙烯-丙烯酸或乙烯-曱基丙烯酸共聚物；大約0.01%至大約0.5%重量的加工助劑/分散劑；大約0.01%至大約0.3%的主抗氧劑和輔助抗氧劑；大約0.01%至大約2%的一種或多種顏料；和大約0.01%至大約0.2%的紫外線穩(wěn)定劑。根據本發(fā)明的另一個實施方案，復合材料包含大約30%至大約90%重量的再生聚對苯二曱酸乙二醇酯；大約0.01%至大約70%重量的新鮮聚對苯二曱酸乙二醇酯；以及大約0.01%至大約60%重量的天然纖維。根據本發(fā)明的該實施方案，復合材料可以另外含有大約0.01%至大約60%重量的第二天然纖維；以及大約0.01%至大約30%重量的木質纖維素殘渣。在這些天然纖維中，特別有用的是劍麻纖維、甘蔗糖蜜纖維、可可纖維、pia9ava纖維、大豆纖維、黃麻纖維、苧麻纖維以及curau^纖維。在這些木質纖維素殘渣中，特別有用的是木屑或稻殼。本發(fā)明復合材料可以另外包含大約0.01%至大約15%重量的彈性沖擊改性劑；大約0.01%至大約0.5%重量的加工助齊')/分散劑；以及大約0.01%至大約2%重量的一種或多種顏料。本發(fā)明也涉及復合材料的制備方法。根據以上定義范圍選擇復合材料制劑后開始所述方法。確定復合材料制劑后，有必要進行(i)均勻化纖維長度。本領域技術人員熟知天然纖維具有不同的長度，而且有時長度超過期望值，因此均勻化天然纖維長度可有利于在本發(fā)明方法中更好地使用它們。可以通過任何恰當的裝置來進行均勻化纖維長度操作，例如配有一套合適刀具的錘磨機，并且控制操作速度以避免在制備復合物顆粒過程中生成不合需要的細屑。本發(fā)明方法特別合適的纖維長度為約1mm至約8mm,更具體約2mm至約6mm。均勻化長度后，進行(ii)纖維表面的處理。當木質纖維素殘渣連同天然纖維一起使用時，它們的表面必須進行處理。根據本發(fā)明方法，纖維和/或木質纖維素殘渣的表面處理通過使用占天然纖維和/或木質纖維素殘渣總質量的1%的處理劑來進行。在這些處理劑中，具體采用的是硅烷類(二氨基硅烷、曱基丙烯酸酯硅烷、陽離子硬脂胺硅烷(cationicstearylaminicsilanes)、環(huán)氧珪烷、乙烯基硅烷以及氯火克基》圭頭克)；鈥酸鹽(titanates)(monoalcoxy、螯合物、酉己4立體、quaternary和neoalcoxys);鋯酸鹽(zirconate);以及不同比例的石更脂酸和石更脂酸鉤。當使用PET標準物時，如果天然纖維的濕度比不適合本發(fā)明方法，那么進行(vi)干燥復合材料的組分。天然纖維可以通過任何合適的方法干燥，例如配有空氣循環(huán)或高效干燥劑的烘箱，從而濕度不超過約1000ppm。除纖維外，對復合材料的組分進行(iii):在室溫下，用低速旋轉攪拌機預混并物理勻化。然后，進行步驟(iv):將復合材料擠出并造粒。在這一步中，將天然纖維和可能的木質纖維素殘渣加入聚合物基體中，然后將復合材料造粒。對于擠出，按照本發(fā)明方法，具體采用組合式共轉雙螺桿擠出機，具有互穿螺桿，并且配有重量分析高精度計量和進料裝置。適合于本發(fā)明方法的擠出機是一種Werner&Pfleiderer,Dinkelsbiihl,Germany。組合式螺桿的外形，即元件的類型、數目、分布次序以及適當的定位確定了具體適合本發(fā)明方法的擠出。優(yōu)選采用具有預先確定結構的傳送元件的組合式螺桿外形常規(guī)42/42螺桿和常規(guī)螺桿元件20/10LH左旋；軟化元件剪切(sheering)元件KB45/5/42;金屬片元件KB45/5/14LH左旋；以及高剪切元件KB90/5/28,來控制復合材料各組分的熔化和混合(分散和分布)。天然纖維直接注入擠出機的進料斗和/或注入中間位置，其中聚合物基體已經熔融。造粒后，復合材料可進行(V)注塑。注塑最好在注塑機中進行，通過所述注塑機可以控制注塑變量，例如熔融元件的溫度、配料時螺桿速度以及逆壓。當對具有聚丙烯基體的復合材料進行注塑時，優(yōu)選在方法中采用下列范圍注塑壓力為約300-約650bar;注射速度為約20-約40cm3/s;切換為約300-約600bar;包裝壓力為約300-約550bar;包裝時間為約8-約12s;配并牛速度為約6-約10m/min;逆壓為約5-約10bar;冷卻時間為約15-約24s;并且模具溫度為約20-約40。C。當對具有聚對苯二甲酸乙二醇酯基體的復合材料進行注塑時，在注塑過程中采用以下范圍注塑壓力為約600-約850bar;注射速度為約20-約40cm3/s;切換為約600-約800bar;包裝壓力為約400-約750bar;包裝時間為約10-約15s;配料速度為約6-約10m/min;逆壓為約5-約20bar;冷卻時間為約18-約24s;并且模具溫度為約10-約30°C。實施例為了更好的解釋本發(fā)明，以相關的具體實施方案的實施例對本發(fā)明進行闡述，除附屬權利要求外，沒有施加任何限制特征。實施例1按照本發(fā)明方法制備一種復合材料。復合材料制劑如下面表1所示。表l<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</table>將復合材料制劑用于本發(fā)明方法。復合材料的物理-力學性能列于下面表2中表2<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</table>實施例2根據本發(fā)明的方法，按照以下表3中的制劑制備復合材料:表3<table>complextableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>復合材料的物理-力學性能列于以下表4:表4<table>complextableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>實施例3按照本發(fā)明方法制備一種復合材料。復合材料制劑列于下面表5中表5<table>complextableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>復合材料制劑用于本發(fā)明方法。復合材料的物理-力學性能列于下面表6中表6<table>complextableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>因此，可以看出，本發(fā)明解決了關于適用于注射成型的復合材料現(xiàn)有技術水平的不便之處，也提供了用于制備注射成型復合材料的方法。制備的復合材料具有適用于商業(yè)應用的相容的物理-力學性能，尤其是在汽車工業(yè)中的應用。必須理解，盡管本發(fā)明已通過其具體實施方案進行描述，本領類型的應用，但是不會違背本發(fā)明的原理。例如，可將不同實施方案中的數個要素以不同于上述的方式結合。因此，附屬的權利要求必須理解為涵蓋屬于本發(fā)明范圍和特征的所有同等物。權利要求1.一種待注射成型的材料，特征在于所述材料包含約30％-約90％重量的再生熱塑性聚合物；約0.01％-約70％重量的新鮮熱塑性聚合物；和約0.01％-約60％重量的天然纖維。2.權利要求1的材料，特征在于熱塑性聚合物為聚丙烯均聚物或聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)。3.權利要求1或2的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約60%重量的第二天然纖維。4.前i^K利要求中任一項的材料，特征在于天然纖維選自劍麻纖維、甘蔗糖蜜纖維、可可纖維、pia9ava纖維、大豆纖維、黃麻纖維、苧麻纖維和cumuli纖維。5.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約30%重量的木質纖維素殘渣。6.權利要求5的材料，特征在于木質纖維素殘渣選自木屑或稻殼。7.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約20%重量的具有中等乙烯含量的聚丙烯共聚物。8.前ii^又利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.010/。-約20%重量的具有高乙烯含量的聚丙烯共聚物。9.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約2%重量的用馬來酸肝或離聚物官能化的聚丙烯增容劑。10.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約0.5%重量的加工助劑/分散劑。11.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約0.3%重量的主抗氧劑和輔助抗氧劑。12.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約2%重量的一種或多種顏料。13.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約0.2%重量的紫外線穩(wěn)定劑。14.前述權利要求中任一項的材料，特征在于所述材料另外包含約0.01%-約15%重量的彈性沖擊改性劑。15.—種制備復合材料的方法，特征在于所述方法包括以下步驟i使天然纖維長度均勻；ii對存在的天然纖維和木質纖維素殘渣的表面進行處理；iii預混合復合材料的組分；iv將復合材料擠出并造粒；和v將復合材料注射成型來構造部件。16.權利要求15的方法，特征在于所述方法另外包括步驟(vi):當采用聚對苯二甲酸乙二醇酯基體時，在步驟(iii)之前和在步驟(iv)之后對存在的天然纖維和木質纖維素殘渣進行干燥。17.權利要求16的方法，特征在于天然纖維的濕度不超過約1000ppm。18.權利要求15的方法，特征在于纖維長度均勻為約1-約8mm,具體為約2-約6mm。19.權利要求15的方法，特征在于纖維用占天然纖維和/或木質纖維素殘渣總質量的1。/。的試劑來處理。20.權利要求19的方法，特征在于處理劑選自硅烷類(二氨基硅烷、曱基丙烯酸酯硅烷、陽離子硬脂胺硅烷、環(huán)氧硅烷、乙烯基硅烷以及氯烷基硅烷)；鈦酸鹽(monoalcoxy、螯合物、配位體、quaternary和neoalcoxys);鋯酸鹽；不同比例的硬脂酸和石更脂酸4丐。21.權利要求15的方法，特征在于在擠出和造粒步驟中采用具有預先確定結構的傳送元件的組合式螺桿外形常規(guī)42/42螺桿和常規(guī)螺桿元件20/10LH左旋；弛豫元件剪切元件KB45巧/42;剪切元件KB45/5/14LH左旋；以及高剪切元件KB90/5/28。22.權利要求15的方法，特征在于當采用聚丙烯基體時，注塑步驟(vi)在其變量中采用以下范圍注塑壓力為約300-約650bar;注射速度為約20-約40cm3/s;切換為約300-約600bar;包裝壓力為約300-約550bar;包裝時間為約8-約12s;配泮+速度為約6-約10m/min;逆壓為約5-約10bar;冷卻時間為約15-約24s;并且模具溫度為約20-約40。C。23.權利要求15的方法，特征在于當采用聚對苯二曱酸乙二醇酯基體時，注塑步驟(vi)在其變量中采用以下范圍注塑壓力為約600-約850bar;注射速度為約20-約40cm3/s;切換為約600-約800bar;包裝壓力為約400-約750bar;包裝時間為約10-約15s;配料速度為約6-約10m/min;逆壓為約5-約20bar;冷卻時間為約18-約24s;并且模具溫度為約10-約3C)。C。24.—種復合材料，特征在于所述復合材料根據權利要求15至23中任一項的方法制備。25.權利要求1至14中任一項的材料的用途，特征在于所述材料用于制備注塑復合材料。26.權利要求24的復合材料的用途，特征在于所述復合材料用于制備汽車部件。全文摘要本發(fā)明涉及一種待通過注塑方法制備的合適的復合材料以及復合材料的注塑方法。按照本發(fā)明方法，復合材料通過進行以下步驟制備(i)使天然纖維長度均勻；(ii)對天然纖維和木質纖維素殘渣(如果存在)的表面進行處理；(iii)預混合復合材料的組分；(iv)將復合材料擠出并造粒；和(v)將復合材料注射成型來構造部件。文檔編號B29B9/14GK101198451SQ200680021214公開日2008年6月11日申請日期2006年4月13日優(yōu)先權日2005年4月13日發(fā)明者J·A·M·阿格內利,J·F·納西門托,L·P·阿方索,M·D·米蘭達,R·小博默申請人:巴西福特汽車有限公司