專利名稱：含有纖維素漿粕纖維的復(fù)合材料及其制造和使用方法
相關(guān)申請本申請是1998年10月9日備案的美國專利申請序號09/169,663的部分繼續(xù)申請，該專利列為本文參考文獻(xiàn)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及含有分散于聚合物基體材料中的纖維素漿粕纖維的改進(jìn)復(fù)合材料。本發(fā)明也涉及這些復(fù)合材料的熔體摻合與擠塑制造方法，及其在注塑成形應(yīng)用上的使用方法。
相關(guān)技術(shù)的說明本申請中參照了若干出版物。這些參考文獻(xiàn)描述了本發(fā)明所涉及的技術(shù)現(xiàn)狀，而且列為本文參考文獻(xiàn)。
在塑料工業(yè)中，典型地用填料和增強材料來改善塑料的性能。這樣的材料的添加能改善多種性能，例如導(dǎo)電率、強度、模量值、缺口耐沖擊性等。
玻璃纖維是熱固性塑料和熱塑性塑料的最常用增強材料。玻璃纖維賦予塑料復(fù)合材料以高強度、尺寸穩(wěn)定性、和耐熱性。盡管玻璃纖維達(dá)到理想的增強性能，但玻璃纖維成本高、磨蝕加工設(shè)備和提高塑料體系的密度。在某些應(yīng)用上，這些缺點超過了使用玻璃纖維作為增強添加劑的優(yōu)點。
過去，有人對于纖維素漿粕材料作為塑料填料做過評估。Klason等人“熱塑性塑料的纖維素填料”，Polymer Composites(1986)；Klason等人，“常見熱塑性塑料中纖維素填料的效率。第1部分，無加工助劑或偶合劑的填充”，Intern.J.Polymeric Mater.，Vol.10，pp.159-187(1984)；Sniider等人，“聚烯烴和用一年生植物纖維增強的工程塑料”，The Fourth International Conference on WoodFiber-Plastic Composites，PP.181-191。
纖維素漿粕材料有相對低的密度(大約1500kg/m3)，并導(dǎo)致與玻璃和礦物材料相比減少對加工設(shè)備的磨蝕〔例如，硅灰石即一種礦物纖維的密度是2900kg/m3；E(電工用)玻璃纖維的密度是2500kg/m3〕。然而，以前關(guān)于木質(zhì)纖維素漿粕或原木素纖維素資源(例如木粉、蔗渣)在聚合物材料例如熱塑性塑料中的使用的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些材料在200℃以上的溫度使用時發(fā)生該復(fù)合材料顯著變色。進(jìn)而，還發(fā)現(xiàn)，此類漿的使用引起顯著的尾氣排放和不利的異味，主要是由于木質(zhì)素等雜質(zhì)的緣故。再者，以前的研究也發(fā)現(xiàn)，在200℃以上的溫度，纖維素纖維本身甚至與細(xì)磨木和纖維素粉相比也有不良的增強性能〔Klason等人，Intern.J.Po1ymeric Mater.，Vol.10，p.175(1984)〕。這些不利結(jié)果把以前的研究努力引向纖維素材料在熔融溫度低于200℃的聚合物例如聚丙烯和聚乙烯(熔融溫度低于180℃)中的使用，并遠(yuǎn)離更高熔融溫度材料。
提供一種能在熱塑性塑料等聚合物材料中使用的改進(jìn)增強填料，使得該填料有較低成本、較低密度、提高增強特性、降低磨蝕性、而且能在高溫(例如200℃以上)加工，會是理想的。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的一個目的是克服以上確認(rèn)的不足。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種含有纖維素漿粕材料的改進(jìn)復(fù)合材料及其制造與使用方法。
本發(fā)明的一個進(jìn)一步目的是提供含有纖維素漿粕材料、有減少的變色和較低的密度的改進(jìn)復(fù)合材料。
本發(fā)明的一個更進(jìn)一步目的是提供從該改進(jìn)的復(fù)合材料制成的擠塑/注塑成形品及其制造和使用方法。
本發(fā)明的上述及其它目的和優(yōu)點將在以下描述中提出或從以下描述顯而易見。
本發(fā)明概要本申請的發(fā)明者已經(jīng)令人驚訝地和意外地發(fā)現(xiàn)含有纖維素漿粕作為增強材料的改進(jìn)復(fù)合材料。按照本發(fā)明使用的纖維素漿粕纖維有大于80％(重量)的α-纖維素純度。此類纖維素漿粕材料的使用不僅以較低成本和該塑料體系的密度只稍有增大的方式給該復(fù)合材料提供改進(jìn)的結(jié)構(gòu)特征，而且也不顯著磨蝕加工設(shè)備、產(chǎn)生惡臭、或?qū)е虏豢山邮艿膹?fù)合材料變色。因此，按照本發(fā)明的纖維素漿粕材料的使用使得能以較低加工溫度摻合各成分和使所得到復(fù)合材料成形。令人驚訝的是，該復(fù)合材料可以使用比慣常復(fù)合材料所使用的溫度低、甚至比聚合物基體材料本身的熔點低的加工溫度注塑成形。
較好實施方案說明本發(fā)明的一個方面涉及含有分散于基體中的纖維素漿粕纖維的改進(jìn)復(fù)合材料，其中該基體包含一種聚合物材料而且所述纖維素漿粕纖維有80％(重量)以上的α-纖維素純度。較好的是，該復(fù)合材料包含1％以上～60％(重量)以下的纖維素漿粕纖維，更好的是50％(重量)以下的纖維素漿粕纖維，甚至更好的是40％(重量)以下，最好的是30％(重量)左右或更少。較好的是，該纖維實質(zhì)上均勻分散在該復(fù)合材料中。
按照一種實施方案，該纖維素漿粕纖維有90％(重量)以上、較好95％(重量)以上、更好96％(重量)以上、甚至更好98％(重量)以上的α-纖維素純度。
按照另一種實施方案，該纖維素漿粕纖維的木素含量小于2％(重量)、較好小于1％(重量)、更好小于0.5％(重量)。
適用的精制纖維素漿粕包括Ultranier-J，Rayfloc-J-LD，Porosanier-J-HP，Ethenier-F-UHV，Sulfatate-H-J-HD和Placetate-F，其中每一種均可購自Rayonier，Specialty Pulp Protucts(佐治亞州杰薩普和佛羅里達(dá)州費爾南迪納海灘)。所有這些漿的α-纖維素純度均為95％以上，例外的是Rayfloc-J(約86％α-纖維素含量)。除Sulfatate-H-J是從硬木纖維制造的外，均為軟木漿。Placetate和Ethenier等級是亞硫酸鹽漿，其余為硫酸鹽紙漿。這樣的紙漿是市場上容易買到的。來自其它制造商的其它適用纖維素漿粕材料包括Estercell和Viscocell(國際紙公司，密蘇里州納切斯)、Supersoft(國際紙公司，得克薩斯州特克薩卡納)、Borregaard UHV-S(Borregaard公司，挪威薩普斯堡)、Saiccor Acetate和Saiccor Viscose(Saiccor-Umkomass公司，南非)、Weyerhaeuser MAC II(Weyerhaeuser公司，西非科斯莫波利斯)、Buckeye A-5和Buckeye棉絨(Buckeye技術(shù)公司，分別在佛羅里達(dá)州佩里和田納西州曼菲斯)。
該纖維素漿粕纖維可以衍生自軟木漿來源，其起始原料有諸如各種松(南方松、白松、加勒比松)、西方鐵杉、各種云杉(例如北美云杉)、黃杉或這些的混合物，和/或衍生自硬木漿來源，其起始原料有諸如樹脂、槭樹、櫟樹、桉樹、楊樹、山毛櫸、山楊或這些的混合物。
商品漿粕典型地可以片材形式得到。為了便利這些纖維與聚合物材料的摻合，可以把這些纖維片材破壞成個體纖維或纖維的小聚集體。按照一種實施方案，把纖維素漿粕纖維造粒，從而使該纖維能容易地分散在聚合物基體中。造粒步驟可以使用轉(zhuǎn)刀切割機使纖維素漿粕材料破碎來進(jìn)行。然后，該造粒工藝也使該纖維的長度變短。纖維長度變短典型地會降低纖維添加劑的增強沖擊。造粒纖維素纖維典型地具有0.1～6mm的平均長度。
按照另一種實施方案，將纖維素漿粕纖維切粒以形成纖維粒料而不將該纖維造粒，因為纖維素纖維在與聚合物材料摻合之前的造粒步驟使纖維長度縮短。以使用切粒纖維代替造粒步驟在大得多的程度上保存了纖維長度，也使得該纖維能充分進(jìn)料并與該聚合物混合。由于有更大的纖維長度保留，因而該復(fù)合材料的拉伸強度和無缺口伊佐德中擊性能有實質(zhì)性提高。呈切粒形式的纖維與聚合物基體材料混合并進(jìn)料到擠塑機中。在熔體摻合期間，該粒料破碎，使得個體纖維能容易地均勻分散在整個基體中。有利的是，該纖維的切粒并不顯著降低纖維長度，這提高了該纖維的增強性能。
摻合操作期間，纖維長度也可能降低。因此，一個較好的實施方案包括在摻合過程的稍后階段引進(jìn)該粒料。例如，纖維可以在雙螺桿擠塑機的稍后區(qū)域之一引進(jìn)，使得能與該聚合物充分摻合而不發(fā)生纖維長度顯著縮短。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所得到產(chǎn)品的顏色在實施本發(fā)明的這一實施方案時得到明顯改善。
該復(fù)合材料的基體材料包含一種較好在180～270℃之間熔融的聚合物材料。適用的聚合物材料包括聚酰胺、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)、或這些的混合物。其它適用材料包括PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)、ECM(乙烯-一氧化碳)與苯乙烯共聚物摻合物例如苯乙烯/丙烯腈(SAN)和苯乙烯/馬來酐(SMA)熱塑性聚合物。又進(jìn)一步的材料包括聚縮醛、丁酸纖維素酯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、某些甲基丙烯酸甲酯、和聚氯三氟乙烯聚合物。
按照一個較好的實施方案，該聚合物材料是一種其熔點高于180℃、更好高于200℃、甚至更好在220～250℃之間的熱塑性塑料。較好的是，該聚合物材料是一種從尼龍-6、尼龍-12、尼龍-66或其混合物中選擇的熱塑性塑料。
按照另一種實施方案，該復(fù)合材料可以包含一種熱敏添加劑，后者對較高加工溫度敏感而導(dǎo)致一種新型復(fù)合材料產(chǎn)品。由于本發(fā)明的聚合物/纖維復(fù)合材料可以在較低溫度加工，因而可以采用本來由于高加工溫度而與聚合物材料不兼容的熱敏添加劑。例如，一種由于慣常采用的高溫而不能用于尼龍注塑成形應(yīng)用的添加劑，可以按照本發(fā)明與尼龍一起使用，因為可以采用較低加工溫度。其結(jié)果是一種有改善性能和特征的新型注塑成形產(chǎn)品。適用的熱敏添加劑包括抗微生物化合物、著色劑、和香料。
按照本發(fā)明的增強復(fù)合材料有改善的性能和特征。有利的是，本發(fā)明的復(fù)合材料有改善的性能而其聚合物基體材料只有輕微密度增加。更具體地說，本發(fā)明的纖維素纖維可以添加到該聚合物基體材料中而所得到的復(fù)合材料的密度無重大增加，這不同于用當(dāng)量(重量)更大密度玻璃纖維或礦物材料替代物(例如，見實施例1中表IVA)增強時所發(fā)生的情況。
按照一種實施方案，該復(fù)合材料的密度比無填料聚合物材料差不到30％、拉伸強度比無填料聚合物材料大10％。更好的是，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到20％、拉伸強度比該聚合物材料大20％。
按照另一種實施方案，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到30％，拉伸模量比該聚合物大50％。更好的是，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到20％，拉伸模量比該聚合物大80％。
按照又另一個實施方案，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到30％，撓曲強度比該聚合物材料大25％。更好的是，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到20％，撓曲強度比該聚合物材料大45％。
按照又進(jìn)一步的實施方案，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到30％，缺口伊佐德沖擊強度比該聚合物材料差不到30％。更好的是，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料差不到20％，缺口伊佐德沖擊強度等于或大于該聚合物材料。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是所得到復(fù)合材料的變色作用減少。纖維素漿粕纖維的先有技術(shù)使用典型地導(dǎo)致最終產(chǎn)品的實質(zhì)性或嚴(yán)重變色。使用本發(fā)明，顯著減少或避免了這種變化。
該復(fù)合材料可以進(jìn)一步包含至少一種偶合劑或相容劑。適用藥劑包括鈦酸鹽、鋯酸鹽或這些的混合物。較好的是，該偶合劑以0.0001％～3％(重量)的數(shù)量、更好以＜2％(重量)的數(shù)量存在。
該復(fù)合材料可以進(jìn)一步包含至少一種著色劑以改變該復(fù)合材料的顏色。適用著色劑包括碳黑、TiO2等。
本發(fā)明的另一種實施方案涉及一種包含至少5％(重量)纖維分散于一種包含聚合物材料的基體中的復(fù)合材料，其中，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料大不到5％，拉伸強度比所述聚合物材料的拉伸強度大2％。較好的是，該復(fù)合材料的密度比該聚合物材料大不到2％，拉伸強度比所述聚合物材料的拉伸強度大3％。
本發(fā)明的另一個方面涉及包含纖維素漿粕纖維和聚合物材料的改進(jìn)復(fù)合材料的制造方法。按照一個實施方案，該混合物是通過使該聚合物材料的顆粒與該纖維素漿粕纖維摻合以形成一種復(fù)合摻合物來形成的。該纖維素漿粕纖維可以是造粒纖維或切粒纖維。該聚合物材料可以呈顆粒、粒料、微粒、纖維等形式。
一個實施方案涉及一種復(fù)合材料制造方法，包含下列步驟(a)形成一種包含纖維素漿粕纖維和聚合物材料的混合物；和(b)使所述混合物熔體摻合，形成所述復(fù)合材料；其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于80％(重量)。
該聚合物/纖維素漿粕纖維混合物應(yīng)當(dāng)有5％(重量)以下、較好1％(重量)以下的含濕量和/或?qū)嵸|(zhì)上無溶劑的。較好的是，該纖維素漿粕纖維在所述摻合之前是干燥的。
按照一種實施方案，該方法進(jìn)一步包含在形成該混合物之前該纖維素漿粕材料的造粒步驟。適用造粒器具包括轉(zhuǎn)刀切斷機。
按照另一種實施方案，該方法進(jìn)一步包含在形成該混合物之前該纖維的切粒步驟，以形成該纖維的粒料。
一種較好的實施方案涉及一種包含聚合物材料與纖維素漿粕纖維的混合物的熔體摻合/擠塑以形成一種擠塑復(fù)合材料的方法。較好的是，該熔體摻合/擠塑是用雙螺桿擠塑機實現(xiàn)的。
從本發(fā)明產(chǎn)生的一個令人驚訝的優(yōu)點是該聚合物材料與纖維素漿粕纖維在較低溫度熔體摻合的能力。較好的是，該摻合是在該聚合物材料熔融溫度以下的摻合溫度進(jìn)行；更好的是，該摻合是在該聚合物材料熔融溫度以下至少10°F的摻合溫度進(jìn)行；甚至更好的是比該熔融溫度低至少20°F、還要好的是低至少30°F、最好的是低至少50°F。
本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包含該復(fù)合材料摻合物的粉碎步驟，以形成適合用于諸如注塑成形、熔體擠塑、熔體拉擠成型等應(yīng)用的復(fù)合材料顆粒。
本發(fā)明的另一個方面涉及本發(fā)明復(fù)合材料用來形成注塑成形產(chǎn)品的用途。因此，本發(fā)明的一個實施方案涉及一種包含該復(fù)合材料注塑成形步驟的方法，以形成一種注塑成形產(chǎn)品。較好的是，該方法包含該復(fù)合材料顆粒的注塑成形。
令人驚訝的是，本發(fā)明纖維素漿粕纖維的使用使注塑成形能在相對于含有玻璃纖維和礦物填料(例如硅灰石)等填料的復(fù)合材料的注塑成形而言較低的溫度進(jìn)行。
按照一種實施方案，該注塑成形是在有玻璃填料和礦物填料的聚合物的成形加工溫度以下的加工溫度進(jìn)行的。較好的是，該注塑成形加工溫度比該聚合物材料的熔融溫度低至少20°F；更好的是比該聚合物材料的熔融溫度低至少30°F；還要好的是比該聚合物材料的熔融溫度低至少40°F；最好的是比該聚合物材料的熔點低至少50°F。在表VI中所示實例中，纖維素纖維復(fù)合材料是在與有玻璃填料和礦物填料的聚合物相比低大約100°F的注嘴溫度和機筒區(qū)溫度注塑成形的。
本發(fā)明的又另一個方面涉及使用該改進(jìn)復(fù)合材料來形成改進(jìn)產(chǎn)品例如復(fù)合材料顆粒和注塑成形產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的一種實施方案涉及一種復(fù)合材料顆粒，其組成為包含分散于熱塑性材料基體中的多種纖維素漿粕纖維的纖維增強聚合物材料。較好的是，該顆粒的最大尺寸小于10mm。
本發(fā)明的另一種實施方案涉及包含分散于熱塑性材料基體中的纖維素漿粕纖維的纖維增強熱塑性材料的注塑成形產(chǎn)品。該注塑成形產(chǎn)品可以有復(fù)雜形狀并有多個尖銳拐角半徑。
實施例以下實施例說明本發(fā)明范圍內(nèi)的一些產(chǎn)品及其制造方法。當(dāng)然，無論如何，不要認(rèn)為它們是對本發(fā)明的限制。有本門技術(shù)一般技能的人員，都可以對本發(fā)明做許多改變和改良。
實施例1雙螺桿擠塑法復(fù)合材料成形纖維素漿粕纖維/聚合物復(fù)合材料是通過在一臺Davis & Standard(康涅狄格州波卡圖克)雙螺桿擠塑機中摻合造粒的纖維素漿粕纖維和尼龍-6顆粒形成的，該擠塑機是一臺32mm直徑同向旋轉(zhuǎn)擠塑機，其嚙合鑲拼式螺桿的L/D比為32∶1。該擠塑機有七個加熱區(qū)。
復(fù)合材料樣品有以下表I中所列成分表I樣品 成分尼龍6 Ashlene 829La30ULT-0-0-N6 30％Ultranier-J漿\70％尼龍6(Ashlene 829L)30ULT-2-0-N6 30％Ultranier-J漿\2％L44-Nb/68％尼龍6(Ashlene 829L)30ULT-4-0-N6 30％Ultranier-J漿\4％L44-N/66％尼龍6(Ashlene 829L)30WOL-0-0-N6 30％硅灰石\70％尼龍6(Ashlene 829L)30RAY-0-0-N6 30％Rayfloc-J-LD漿/70％尼龍6(Ashlene 829L)30RAY-2-0-N6 30％Rayfloc-J-LD漿\2％L44-N/68％尼龍6(Ashlene 829L)30ULT-0-0-N6 30％Ultranier-J漿\70％尼龍6(Ashlene 829L)30ULT-2-0-N6 30％U1tranier-J漿\2％L44-N/68％尼龍6(Ashlene 829L)30POR-0-0-N6 30％Porosanier-J-HP漿\70％尼龍6(Ashlene 829L)30POR-2-0-N6 30％Porosanier-J-HP漿\2％L44-N/68％尼龍6(Ashlene 829L)30ETH-0-0-N6 30％Ethenier-F-UHV漿\70％尼龍6(Ashlene 829L)30ETH-2-0-N6 30％Ethenier-F-UHV漿\2％L44-N\68％尼龍6(Ashlene 829L)30SUL-0-0-N6 30％Sulfatate-H-J漿\70％尼龍6(Ashlene 829L)30SUL-2-0-N6 30％Sulfatate-H-J漿\2％L44-N\68％尼龍6(Ashlene 829L)30PLA-0-0-N6 30％P1acetate-F漿\70％尼龍6(Ashlene 829L)30PLA-2-0-N6 30％Placetate-F漿\2％L44-N\68％尼龍6(Ashlene 829L)33GLA-0-0-N6 33％玻璃纖維增強尼龍6(Ashlene 830L-33G)a(a)Ashlene 829L和Ashlene 830L-33G可購自Ashley聚合物公司(紐約州布魯克林)。
(b)Ken React L44-N是一種鈦酸鹽相容劑，可購自Kenrich石油化學(xué)公司(新澤西州貝永)。
開始時，擠塑機溫度高于尼龍-6聚合物材料的熔體溫度。然后，隨著該尼龍-6/纖維素纖維摻合物引進(jìn)該擠塑機中，使溫度降低。每一輪樣品實驗的穩(wěn)態(tài)加工條件列于表II中；給出的區(qū)域溫度代表其穩(wěn)態(tài)溫度。請注意，該表中所列后幾輪實驗中多數(shù)使用400°F的區(qū)域1溫度。這是比純尼龍-6(Ashlene 829L)聚合物的熔點低30°F。
表II雙螺桿擠塑機加工縱覽(美國)
a-未經(jīng)由該雙螺桿擠塑機加工。
b-以注塑成形用預(yù)摻合復(fù)合材料形式得至。
該擠塑復(fù)合材料產(chǎn)品隨后進(jìn)行粉碎，以形成適合用于注塑成形等用途的復(fù)合材料顆粒。
以30％填充率制成的樣品注塑成形成等體積的同一“狗骨頭”形狀試樣，并以“制造時”干燥條件測試機械性能，以純尼龍-6(Ashlene829L)以及填充了33％玻璃(作為Ashlene 830L-33G商業(yè)上可得)和填充了30％硅灰石(一種廉價纖維狀礦物材料-這種復(fù)合材料由RTP公司制備)的尼龍-6作為注塑成形對照。
注塑成形是用一臺辛辛那提Milacron-33噸往復(fù)式螺桿-VS 33型、螺桿直徑為32mm、L/D為20∶1、注嘴為3.2mm的28mm框式注塑機進(jìn)行的。每一輪樣品實驗的加工條件列于表III中。
表III注塑成形加工縱覽(美國)
這一特定研究中得到的最好機械性能結(jié)果有一些列于表IVA中。給出最好結(jié)果的這兩種漿是硬木漿Sulfatate-H-J和軟木漿Placetate-F。這兩種漿中，纖維狀硬木漿給出優(yōu)異結(jié)果。這兩種漿都有高纖維素純度(α-纖維素含量均為約98％)。本研究中利用的純度最低的漿(Rayfloc-J-LD)的機械性能測試結(jié)果在實施例3中說明。
表IVA中的結(jié)果也說明用纖維素纖維增強材料，與較重的玻璃或礦物(例如硅灰石)材料相比，能制較低密度(重量較輕)的材料。它們也表明通過摻入一種相容劑例如L-44N鈦酸鹽能導(dǎo)致性能改善(例如，請注意，含有2％L-44N的Placetate和Sulfatate復(fù)合材料，與那些不含有者相比，有改善的數(shù)值)。
表IVA-干燥(“制造時”)注塑成形復(fù)合材料a的機械性能數(shù)據(jù)
a-等體積的同一“狗骨頭”形狀部件。
b-33 GLA-0-0-N6
在表IVB中，列出的是表IVA中給出的最好Sulfatate和Placetate尼龍-6復(fù)合材料的具體機械性能結(jié)果。這些數(shù)據(jù)反映出從等重量而不是等體積注塑成形零部件制造而會產(chǎn)生的機械性能(該復(fù)合材料的密度或比重進(jìn)行因式分解，從而能確定這些數(shù)值-見表IVB的注腳“a”)。
表IVB注塑成形復(fù)合材料a的具體機械性能數(shù)據(jù)
a-表IVA中注釋的等重量-密度或比重差的零部件(“狗骨頭”)的值進(jìn)行因式分解(即表IVA中的值除以該復(fù)合材料的密度就得到這里列出的值)。
b-33 GLA—0-0-N6
顯而易見，按照本發(fā)明制造的復(fù)合材料，相對于無增強的熱塑性材料(即本實施例中的尼龍-6)而言，有實質(zhì)性改善的性能。也顯而易見的是，本實施例中高α-纖維素漿粕Sulfatate-H-J和Placetate-F的增強性能，尤其當(dāng)制造等重量的零部件時，接近于玻璃纖維的增強性能(例如，從表IVB注意到，30％Sulfatate-H-J增強的比撓曲強度和模量值分別是33％玻璃增強尼龍-6的對應(yīng)值的91％和86％)。這些結(jié)果是出色的，并代表著重大技術(shù)進(jìn)展(即，高熔點工程熱塑性塑料例如尼龍-6用纖維素纖維增強所產(chǎn)生的增強性能接近于玻璃纖維的增強性能)。如果將結(jié)果“規(guī)范化”成30％而不是33％玻璃纖維，則30％Sulfatate和Placetate的結(jié)果似乎會更好一些。
此外，本發(fā)明的復(fù)合材料對加工設(shè)備的磨蝕性也小于玻璃材料或礦物材料。
實施例2注塑成形試驗各輪注塑成形試驗是用一臺1980年代初期型號的Engel注塑成形機(165噸-7盎司-3加熱區(qū))進(jìn)行的。模型是Westinghouse電纜導(dǎo)線/分離產(chǎn)品的水加熱(190°F)、單一注道、雙腔模型。該成形部件是50mm×135mm，有復(fù)雜的幾何形狀，能完全充滿該模型。該產(chǎn)品有11個小垂片和20個尖銳的拐角半徑，這需要充分填充才能使產(chǎn)品峻工。該部件是聚合物復(fù)合材料流動能力的良好示范。
來自實施例1的兩種不同纖維素聚酰胺復(fù)合材料(CPC)和兩種礦物聚酰胺復(fù)合材料(MPC)摻合物，連同以類似方式與馬來酸聚丙烯相容劑(1％)的碳黑著色劑(1％)熔體摻合的Rayfloc-J一起，進(jìn)行注塑成形，以確定用中小型商用注塑成形機進(jìn)行注塑成形的可行性。該復(fù)合材料摻合物按其注塑成形的順序排列如下樣品號 復(fù)合材料組成實驗#1-30ULT-2-0-N630％Ultranier-J\2％L44-N\68％尼龍-6實驗#2-30ULT-0-0-N630％Ultranier-J\70％尼龍-6實驗#3-30RAY-1-1-N630％Rayfloc-J-LD\1％MP1000\1％碳黑\68％尼龍-6實驗#4-33GLA-0-0-N630％玻璃纖維\67％尼龍-6實驗#5-30WOL-0-0-N630％硅灰石\70％尼龍-6
實驗#1-樣品30ULT-2-0-N6本實驗開始時，加熱區(qū)溫度設(shè)定值處在515°F范圍內(nèi)，因為這是尼龍-6復(fù)合材料的預(yù)期常規(guī)加工溫度。并不令人驚訝的是，來自該注塑模型的第一批產(chǎn)品有焦燒斑。
結(jié)果，把溫度降低到注嘴450°F、三個加熱區(qū)域全面達(dá)到460°F。做了使第一種纖維素漿粕復(fù)合材料注塑成形的嘗試。它在填充該模型方面是成功的，但顏色上有點暗，這是溫度設(shè)定值太高的指示。隨著成形繼續(xù)進(jìn)行，溫度繼續(xù)設(shè)定得越來越低，而該復(fù)合材料循序漸進(jìn)地從黑色變成褐色又變成高質(zhì)量部件。
把溫度進(jìn)一步降低到注嘴420°F、三個筒體加熱區(qū)域全部為390°F。隨著溫度降低，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度改善。對成品的表面質(zhì)量有一些“桔皮”效應(yīng)。相信，如果該模型是用油\水蒸汽加熱的，則會產(chǎn)生高光澤表面光潔度。進(jìn)而，該模型是鋼的而不是不銹鋼的。不銹鋼有助于表面光潔。如果想達(dá)到高光澤表面光潔度，則這是要做的一個重要注釋。從漏斗向注射螺桿進(jìn)料有一定難度。結(jié)果，用高RPM(轉(zhuǎn)/分鐘)螺桿速度來把該材料傳送到注嘴。這可能誘發(fā)了該聚合物的某種剪切加熱，以及某種纖維降解。
實驗#2-樣品30ULT-0-0-N6利用已經(jīng)從實驗#1建立起來的加工參數(shù)，30ULT-0-0-N6樣品實驗進(jìn)行得很好。無偶合CPC顏色較淺，因為配混期間沒有使用L-44N。L-44N能使該復(fù)合材料的顏色變成褐色。該復(fù)合材料又由于水加熱模型而不是油\水蒸汽加熱而且有較高的溫度可供模型加熱用而有某種桔皮效應(yīng)。總而言之，這是在中小型商業(yè)規(guī)模注塑成形機上利用無偶合復(fù)合材料體系進(jìn)行的成功實驗。
實驗#3-樣品30RAY-1-1-0N6選擇30RAY-1-1-0-N6樣品(不來自實施例1)來評估黑色著色劑如何影響該復(fù)合材料的加工和產(chǎn)品外觀。加工條件是用實驗#2的條件設(shè)定的。該材料開始在頭幾個零部件上過度溢料，顯然，該著色劑可以起到加工助劑\內(nèi)含潤滑的作用。由于該著色劑起到加工助劑的作用，因注嘴溫度從420°F降低到400°F，注塑壓力也是如此。一個令人感興趣的觀察是，注嘴和三個加熱區(qū)全都設(shè)定在400°F及其以下，即尼龍-6(Ashlene 829L)的熔點以下30°F。所得到復(fù)合材料顯然有均勻的著色，但由于該零部件表面的相同桔皮效應(yīng)而不是絕對的。這輪實驗提供了這些復(fù)合材料可以怎樣著色的良好指示。用一種TiO2添加劑產(chǎn)生一種乳白色復(fù)合材料，會提供從乳白色到黑色的一系列顏色。
實驗#4-比較樣品33GLA-0-0-N6在三個CPC試驗性實驗之后，把33GLA-0-0-N6復(fù)合材料成形為產(chǎn)品。注嘴溫度上升到500°F，三個加熱區(qū)也全都設(shè)定到500°F。用有玻璃填充的尼龍-6成形在這些高溫是容易的，而且該材料極易浸透該模型。同所有其余CPC一樣，這些復(fù)合材料在表面上仍有某種溢流和桔皮。所得到的復(fù)合材料是乳白色到淺灰色。一個令人感興趣的觀察是使玻璃復(fù)合材料成形需要提高溫度。本發(fā)明復(fù)合材料的注塑成形條件是比玻璃纖維復(fù)合材料的注塑成形條件低100°F以上。
實驗#5-比較樣品30WOL-0-0-N6除纖維素和玻璃纖維增強聚酰胺復(fù)合材料外，也采用與33GLA-0-0-N6復(fù)合材料所使用的相同條件(實驗#4)使硅灰石增強復(fù)合材料(30WOL-0-0-N6)成形。頭幾個樣品對模型有點問題，但該零部件能完全充滿，由于模型本身的緣故而有一些溢流。該復(fù)合材料是乳白色到淺灰色的，表面上有一些桔皮。成形的問題依然存在，并確定干燥之后有一些水分?jǐn)z入。只生產(chǎn)了數(shù)目有限的樣品(總共5套)。在確認(rèn)水分問題之后停止了實驗。
關(guān)于實驗#1到#5的總結(jié)和評論在得到165噸-7盎司注塑成形機的合理成形條件之后，電氣布線用電纜導(dǎo)線的注塑成形順利進(jìn)行。利用本發(fā)明復(fù)合材料的加工溫度銳減(即100°F以上)是令人驚訝和意外的。該復(fù)合材料的概要列于表V中。加工條件總結(jié)在以下表VI中。
表V注塑成形樣品確認(rèn)
表VI注塑成形加工縱覽(美國)
總而言之，就得到可接受的注塑成形產(chǎn)品而言，這些注塑成形試驗性實驗是成功的。低溫加工得到了證實，熔合線強度、著色劑作為加工助劑的效果、和模型溫度對表面質(zhì)量的影響也是如此。
實施例3切粒纖維與造粒纖維對比Kajaani加權(quán)平均纖維長度(WAFL)為2.2mm的纖維形式Rayflon-J漿，在一臺Hobart混合機中與水、羧甲基纖維素鈉粘結(jié)劑〔Na-CMC-7H4F型(Hercules Aqualon Division)〕和Berocell 509軟化劑(Eka化學(xué)公司紙化學(xué)分公司)混合。干纖維與CMC粘結(jié)劑和Berocell軟化劑的比例分別為100∶0.5∶0.5。在Hobart混合機中摻合之后，將混合物進(jìn)料到一臺Kahl切粒機中形成圓柱形粒料〔Kahl Pellet Mill，L175型(Amandus Kahl Nachf.，德國漢堡)〕。該漿以約60～70％含濕量用以使粒料能以0.1～0.3kg/分鐘出料的可變進(jìn)料速度運行的Kahl切粒機切粒。粒料在190°F干燥過夜。典型的粒料是直徑6～8mm、長度3～5mm。粒料密度是大約0.6g/cm3。這種密實化改善了材料操作性能和該擠塑設(shè)備的更容易進(jìn)料。
切粒之后，Kajanni纖維長度測量確定WAFL是1.8mm。該粒料(指定為RAY-P)與尼龍-6(Ashlene 829L)以30∶70的重量比摻合。這一總摻合量中，29.7％是纖維，0.15％是CMC，0.15％是Berocell，70％是尼龍-6。
作為一種對照摻合物，讓指定為RAY-G的造粒Rayfloc-J漿纖維(WAFL為1.1mm)與尼龍-6以30∶70的重量比摻合。
以上得到的每一種摻合物(即RAY-P和RAY-G與尼龍-6)都經(jīng)由該雙螺桿擠塑機(Davis-Standard 32mm，同向旋轉(zhuǎn)，嚙合螺桿)用相同條件加工(區(qū)域1～7溫度(°F)分別為450、425、400、225、225、225和225。模面溫度為430°F〕。
然后，該熔體摻合復(fù)合材料用相同條件(450°F，螺桿速度為50rpm，周期時間為35秒)注塑成形(辛辛那提Milicron-33噸往復(fù)式螺桿-VS33型，28mm框)。注塑成形部件用ASTM標(biāo)準(zhǔn)程序評估其機械性能。這些性能的評估是在干燥的“制造時”條件下和在50％相對濕度(RH)于72°F調(diào)節(jié)40小時(ASTM標(biāo)準(zhǔn)條件)之后進(jìn)行的，后者得到的值稱之為經(jīng)調(diào)節(jié)的“服役”值。這些結(jié)果總結(jié)在以下各表中。
注塑成形的30％RAY-G和RAY-P與尼龍-6復(fù)合材料摻合物的機械性能結(jié)果表VII-A干燥的，“制造時”，值
表VII-BRAY-P相對于RAY-G復(fù)合材料(干燥)的％改善
表VII-C調(diào)節(jié)的(50％RH，72°F，40小時)“服役”值
表VII-DRAY-P相對于RAY-G復(fù)合材料(調(diào)節(jié))的％改善
(1)RAY-G的WAFL＝1.1mm(2)RAY-P的WAFL＝1.8mm從表VIIA～D中所列數(shù)據(jù)注意到，其纖維長度比造粒形式者長(1.8mm對1.1mm)的切粒形式纖維的使用導(dǎo)致機械性能全面改善(無論以“干燥”狀態(tài)還是“調(diào)節(jié)”狀態(tài)評估)。改善最大的是拉伸強度和無缺口伊佐德沖擊性能(改善14～28％)?？傊P(guān)于該擠塑機的纖維素進(jìn)料的預(yù)切粒的這樣一些重大增加的發(fā)現(xiàn)，是纖維素聚酰胺復(fù)合材料制備上的一個重大進(jìn)展。
也令人感興趣的是注意到“調(diào)節(jié)”導(dǎo)致絕對機械性能值相對于其“干燥”值而言一般都得到改善(例如，對于RAY-P來說，除缺口伊佐德值外，所有數(shù)值在調(diào)節(jié)時都增大)。由于尼龍-6本身在調(diào)節(jié)時傾向于損失拉伸和撓曲強度與模量性能，因而，這甚至更多地改善纖維素纖維增強尼龍-6的性能(例如，對于RAY-P，見以下表VIII)。這一點，從為了比較目的而在與上述樣品同時制備的注塑成形尼龍-6本身的以下(干燥狀態(tài)和調(diào)節(jié)狀態(tài))數(shù)值的分析，就可以容易地注意到。
注塑成形尼龍-6和30％RAY-P與尼龍-6復(fù)合材料的機械性能表VIII-A尼龍-6，干燥與調(diào)節(jié)狀態(tài)數(shù)值
表VIII-B30％RAY-P與尼龍-6復(fù)合材料，干燥與調(diào)節(jié)狀態(tài)數(shù)值
表VIII-C用30％RAY-P增強的干燥和調(diào)節(jié)狀態(tài)％機械性能改善(從以上表VIII-A和VIII-B計算)
(1)相對于尼龍-6“干燥狀態(tài)”值的結(jié)果例如，對于拉伸強度來說，79.0/60.9×100－100＝29.7％增加。
(2)相對于尼龍-6“調(diào)節(jié)狀態(tài)”值的結(jié)果例如，對于拉伸強度來說，80.0/56.2×100－100＝42.3％增加。
除缺口伊佐德沖擊值外，有30％增強材料(利用RAY-P作為纖維源)的機械性能改善在調(diào)節(jié)狀態(tài)時比干燥下的觀察值增加到甚至更大的程度。從以上表VIII-C注意到，改善最大的是撓曲強度。在干燥狀態(tài)(“制造時”)，30％增強材料有比尼龍-6本身的“干燥狀態(tài)”值大27.6％的值。然而，在調(diào)節(jié)狀態(tài)時，撓曲強度“服役”值增大到比其調(diào)節(jié)狀態(tài)尼龍-6對應(yīng)值高92.4％。以上結(jié)果說明纖維素纖維所具有的改善尼龍-6“服役”機械性能的潛力。
實施例4長纖維形式與短纖維形式(即切粒形式與造粒形式)高純度漿粕的利用這個實施例進(jìn)一步說明利用呈“切粒”形式而不是因與轉(zhuǎn)刀破碎機接觸而損失如此多纖維長度的“造?！毙问降妮^長長度纖維素漿粕纖維(理想的是“原產(chǎn)”纖維)的增強效益。
Placetate-F和Sulfatate-H-J兩者均以類似于實施例3中Rayfloc-J切粒的方式切粒，所不同的是沒有添加Berocell 509軟化劑，因為這些漿由于其高純度(＞95％α-纖維素含量)而已經(jīng)相當(dāng)柔軟。切粒之后，發(fā)現(xiàn)P1acetate-F有1.53mm的Kajanni纖維素長度測量值(WAFL)。切粒之前，Placetate-F纖維的WAFL為1.78mm，因此，切粒過程引起的纖維長度損失是約14％。實施例3中Rayfloc-J的該損失是約18％。對于Sulfatate-H-J來說，切粒后，Kajanni纖維長度是0.82mm，相比之下切粒前WAFL為0.83mm-切粒期間的損失可忽略不計。
這些Placetate-F和Sulfatate-H-J粒料個別地與尼龍-6(Ashlene829L)以33∶67的重量比摻合。利用與尼龍-6的～33％摻合物的理由是最后要與33％玻璃纖維增強的尼龍-6做直接比較。每個總摻合量中，32.84％是纖維，0.16％是CMC粘結(jié)劑，而67％是尼龍-6。每種Placetate-F和Sulfatate-H-J摻合物，以及從它們衍生的復(fù)合材料，在以下分別指定為33-PLA-P和33-SUL-P。
每一種所得到的摻合物都經(jīng)由雙螺桿擠塑機用相同條件加工，其中，區(qū)域1～7溫度(°F)范圍為區(qū)域1的450°F降至區(qū)域7的250°F，模面溫度為425°F。然后，該熔體摻合復(fù)合材料用類似條件注塑成形(470°F，螺桿速度為100 rpm，33-PLA-P和33-SUL-P的周期時間分別為30.2秒和42.5秒)。
然后，對注塑成形部件進(jìn)行機械性能評估?；凇爸圃鞎r”干燥狀態(tài)的性能在以下給出(表IX)，其中，它們與從前面從“造粒”纖維制備的Placetate和Sulfatate制作的注塑成形復(fù)合材料(以下指定為30-PLA-G和30-SUL-G)的對應(yīng)值直接比較。這些“造?！敝凳菍嵤├?的表IV-A中為標(biāo)記30PLA-0-0-N6和30SUL-0-0-N6的樣品給出的相同數(shù)值。這些特定復(fù)合材料是用造粒Placetate和Sulfatate纖維制備的，其中，作為使用轉(zhuǎn)刀破碎機的造粒過程的結(jié)果，Kajanni纖維長度值(WAFL)分別是0.86和0.53mm。顯然，這些纖維當(dāng)與本實施例中所述用纖維切粒的那些(即Placetate和Sulfatate的值分別為1.53mm和0.82mm)比較時長度上有實質(zhì)性縮短。在表IX中，也將結(jié)果與33％玻璃增強尼龍-6(33-GLA；Ashlene 830L-33G)和尼龍-6本身(Ashlene 829L)的對應(yīng)結(jié)果進(jìn)行比較。
表IX干燥狀態(tài)(“制造時”)注塑成形復(fù)合材料的機械性能數(shù)據(jù)
1.纖維源是“造粒”Placetate-F，其WAFL為0.86mm。
2.纖維源是“切?！盤lacetate-F，其WAFL為1.53mm。
3.纖維源是“造粒”Sulfatate-H-J，其WAFL為0.53mm。
4.纖維源是“切?！盨ulfatate-H-J，其WAFL為0.82mm。
33-PLA-P對30-PLA-G的“％改善”在以下表X-A中給出，而33-SUL-P對33-SUL-G的％改善見表X-B。
對于Placetate-F來說，切粒形式的較長纖維的使用導(dǎo)致全面改善，且拉伸模量的改善是更實質(zhì)性的。這些增加遠(yuǎn)大于僅作為使該復(fù)合材料中的纖維含量從30％增加到33％的結(jié)果而會預(yù)料到的那些增加。
對于Sulfatate-H-J來說，較長纖維的使用也導(dǎo)致強度和模量性能的重大改善，但伊佐德沖擊值無一改善。令人感興趣的是注意到，33-SUL-P的“拉伸模量”值已改善到它在這種性能上實際上超過33-GLA的程度(表IX)。
表X-A33-PLA-P對30-PLA-G復(fù)合材料的％改善
表X-B33-SUL-P對30-SUL-G復(fù)合材料的％改善
以下表XI提供了表IX中所示每一種復(fù)合材料相對于尼龍-6而言的機械性能“％改善”。用表IX中給出的數(shù)值計算出以下所示數(shù)值。
表XI 30-PLA-G和33-PLA-P、30-SUL-G和33-SUL-P，以及33-GLA相對于尼龍-6而言的％改善
除對照33-PLA-P和33-SUL-P相對于33-GLA而言表現(xiàn)得有多好外，這些結(jié)果也清楚地顯示向擠塑機中引進(jìn)長度較長的纖維(呈切粒形式)，與引進(jìn)長度較短的纖維(通過“造?！崩w維)相比較，導(dǎo)致實質(zhì)性改善的復(fù)合材料性能。
這些結(jié)果與如下說法的先有技術(shù)教義成顯著反差，即在尼龍-6中，纖維素粉的表現(xiàn)優(yōu)于纖維長度為～0.8mm的纖維素纖維。這可能是由于在擠塑機中分散不良限制了可以摻入的纖維數(shù)量(最多20％)。此外，擠塑所用的溫度也可能過高，從而導(dǎo)致纖維分解。先有技術(shù)上擠塑機是在455°F或235℃保持100秒，而且在一些情況下該摻合物要加工若干次。見Klason等人“纖維素纖維在常用熱塑性塑料中的效率，第1部分，無加工助劑或偶合劑的填充”，Intern.J.Polymeric Mater.，卷10，第159～187頁(1984)。成鮮明對照的是，按照本發(fā)明，在擠塑機中的停留時間典型地是～90秒。
表XII提供33％Placetate和Sulfatate增強尼龍-6復(fù)合材料(利用切粒形式的Placetate和Sulfatate纖維制備)即33-PLA-P和33-SUL-P的比機械性能結(jié)果。也包括了33％玻璃纖維增強尼龍-6復(fù)合材料(33-GLA)、和尼龍-6本身的結(jié)果。如同以上實施例1中提到的，這些數(shù)據(jù)反映出制作等重量而不是等體積注塑成形零部件會產(chǎn)生的機械性能(這些值是通過將表IX中的值除以該注塑成形復(fù)合材料的密度或比重而得到的，這些密度值是33-PLA-P、33-SUL-P、33-GLA、和尼龍-6分別為1.223、1.244、1.371、和1.134)。
表XII 干燥狀態(tài)(“制造時”)注塑成形復(fù)合材料的比機械性能數(shù)據(jù)
表XIII提供表XII中所列每一種復(fù)合材料相對于尼龍-6而言的“％比性能改善”。表XII中所列數(shù)值用來計算以下所示數(shù)值。
表XIII 33-PLA-P、33-SUL-P、和33-GLA相對于尼龍-6的％比性能改善
這些結(jié)果說明這些高純度纖維素纖維當(dāng)用來作為尼龍-6的增強材料以制作等重量復(fù)合材料時與玻璃纖維到底有多大反差。令人驚訝的是，比拉伸模量值顯然等于或優(yōu)于玻璃。與實施例1的表IV-B中看到的復(fù)合材料不同的是，本實施例的復(fù)合材料是不使用(當(dāng)使用時會顯著改善性能-見表IV-A-的)L-44鈦酸鹽等相容劑或加工助劑來制備的。
當(dāng)33％Placetate、Sulfatate、和玻璃纖維增強樣品進(jìn)行調(diào)節(jié)(50％相對濕度(RH)、72°F、40小時)時，所有樣品都正如尼龍-6所經(jīng)歷的一樣(實施例3表VIII-A)損失強度和模量性能。以下(表XIV)提供干燥狀態(tài)和調(diào)節(jié)狀態(tài)值，以及機械性能上發(fā)生的“％變化”。Sulfatate和Placetate的結(jié)果與前面對Rayfloc(使用“切粒”形式的Rayfloc的30％RAY-P)的得到的結(jié)果成鮮明對照，其中，作為調(diào)節(jié)的結(jié)果，注意到有稍微增加(表VIII-B)。這里唯一觀察到增加的是伊佐德沖擊試驗。令人感興趣是注意到，33-GLA調(diào)節(jié)時的損失，與33-PLA和33-SUL調(diào)節(jié)時的損失相比，在拉伸強度和模量性能方面顯小，而在撓曲強度和模量性能方面顯大。
表XIV 33-PLA、33-SUL-P、33-GLA、和尼龍-6的調(diào)節(jié)前后機械性能值以及“％變化”
關(guān)于呈切粒形式的Rayfloc-J纖維(同實施例3)以33％增強水平制備尼龍-6復(fù)合材料(以下指定為33-RAY-P)隨后進(jìn)行干燥狀態(tài)和調(diào)節(jié)狀態(tài)的機械性能測試的附加研究，已經(jīng)確定調(diào)節(jié)時觀察到的性能損失類似于對Placetate和Sulfatate觀察到的損失(見以下表XV)。因此，顯而易見的是，以上對Rayfloc所顯示的調(diào)節(jié)時的總體改善結(jié)果(即，表VIII-B中的“30％RAY-P”)是有疑問的。
表XV 33-RAY-P的調(diào)節(jié)前后機械性能值以及“％變化”
本發(fā)明的以上說明意在說明性而非限制性。有本門技術(shù)一般技藝的人員可以對所描述實施方案做各種改變或修飾。只要不違背本發(fā)明的精神和范圍，就可以做這些。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，含有分散于一種基體中的纖維素漿粕纖維，其中，所述基體包含一種聚合物材料，而所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于80％(重量)。
2.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述復(fù)合材料包含不到50％(重量)纖維素漿粕纖維。
3.權(quán)利要求2的復(fù)合材料，其中，起始纖維素纖維呈松散纖維、造粒纖維、干燥粒狀漿粕、或切粒纖維的形式。
4.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，進(jìn)一步包含至少一種偶合劑或相容劑。
5.權(quán)利要求4的復(fù)合材料，其中，所述偶合劑或相容劑選自由鈦酸鹽、鋯酸鹽或其混合物組成的一組。
6.權(quán)利要求4的復(fù)合材料，其中，所述偶合劑或相容劑的存在量少于3％(重量)。
7.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，進(jìn)一步包含至少一種著色劑。
8.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述纖維素漿粕纖維的平均長度為0.1～6mm。
9.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述纖維素漿粕纖維的木素含量小于2％(重量)。
10.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于90％(重量)。
11.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于95％(重量)。
12.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于98％(重量)。
13.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料包含一種熱塑性塑料。
14.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述熱塑性塑料的熔點大于180℃。
15.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述熱塑性塑料的熔點大于200℃。
16.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述熱塑性塑料的熔點大于250℃。
17.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料包含一種從下列組成的一組中選擇的聚合物聚酰胺(尼龍)、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)、PTT(聚對苯二甲酸-1，3-丙二醇酯)(例如殼牌公司的Corterra)、ECM(乙烯-一氧化碳)(例如殼牌公司的Carilon)、SAN(苯乙烯/丙烯腈)、SMA(苯乙烯/馬來酐)或其混合物。
18.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料包含一種熔融溫度介于180～270℃之間的熱塑性塑料。
19.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料包含尼龍。
20.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料包含一種從尼龍-6、尼龍-12、尼龍-66或其混合物組成的一組中選擇的熱塑性塑料。
21.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料有一定密度和一定拉伸強度(干燥、未調(diào)節(jié)狀態(tài)值)，且所述復(fù)合材料的密度比所述聚合物材料的密度差不到20％，其拉伸強度比所述聚合物材料的拉伸強度大20％。
22.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料有一定密度和一定拉伸模量(干燥、未調(diào)節(jié)狀態(tài)值)，且所述復(fù)合材料的密度比所述聚合物材料的密度差不到20％，其拉伸模量比所述聚合物材料的拉伸模量大80％。
23.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料有一定密度和一定撓曲強度(干燥、未調(diào)節(jié)狀態(tài)值)，且所述復(fù)合材料的密度比所述聚合物材料的密度差不到20％，其撓曲強度比所述聚合物材料的撓曲強度大45％。
24.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中，所述聚合物材料有一定密度和一定缺口伊佐德沖擊強度(干燥、未調(diào)節(jié)狀態(tài)值)，且所述復(fù)合材料的密度比所述聚合物材料的密度差不到20％，其缺口伊佐德沖擊強度小于或等于所述聚合物材料的缺口伊佐德沖擊強度。
25.一種包含至少5％(重量)分散于一種包含聚合物材料的基體中的纖維的復(fù)合材料，其中，所述復(fù)合材料的密度比所述聚合物材料的密度大不到2％，其拉伸強度比所述聚合材料的拉伸強度大3％。
26.一種注塑成形用復(fù)合材料顆粒，由纖維增強熱塑性材料組成，包含分散于熱塑性材料基體中的多種纖維素漿粕纖維，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素含量大于80％。
27.一種纖維增強熱塑性材料的注塑成形產(chǎn)品，該材料包含分散于熱塑性材料基體中的多種纖維素漿粕纖維，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素含量大于80％。
28.一種復(fù)合材料制造方法，包含形成一種包括纖維素漿粕纖維和聚合物材料的混合物，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于80％(重量)。
29.權(quán)利要求28的方法，其中，所述混合物的所述形成包含使所述聚合物材料與所述漿粕纖維摻合而形成一種復(fù)合材料摻合物。
30.權(quán)利要求28的方法，包含所述混合物的熔體摻合和擠塑而形成一種擠塑復(fù)合材料。
31.權(quán)利要求30的方法，其中，所述熔體摻合和擠塑是用雙螺桿擠塑機進(jìn)行的。
32.權(quán)利要求29的方法，其中，所述摻合是在該聚合物材料的熔融溫度或其以上的工藝溫度進(jìn)行的。
33.權(quán)利要求29的方法，其中，所述摻合是在該聚合物材料的熔融溫度以下某一摻合溫度的工藝溫度進(jìn)行的。
34.權(quán)利要求29的方法，其中，所述摻合是在比該聚合物材料的熔融溫度低至少25°F的工藝溫度進(jìn)行的。
35.權(quán)利要求28的方法，其中，所述混合物的含濕量小于10％(重量)。
36.權(quán)利要求28的方法，其中，所述混合物實質(zhì)上是無溶劑的。
37.權(quán)利要求29的方法，其中，所述纖維素漿粕纖維是在所述摻合之前干燥的。
38.權(quán)利要求29的方法，進(jìn)一步包含使所述復(fù)合材料摻合物粉碎而形成復(fù)合材料顆粒的步驟。
39.權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包含使所述復(fù)合材料顆粒注塑成形而形成一種注塑成形產(chǎn)品的步驟。
40.權(quán)利要求28的方法，其中，所述方法包含使包含所述纖維素漿粕纖維和所述聚合物熱塑性材料的所述混合物注塑成形的步驟。
41.權(quán)利要求39的方法，其中，所述注塑成形加工溫度是在該聚合物材料的熔融溫度以上。
42.權(quán)利要求39的方法，其中，所述注塑成形加工溫度是在該聚合物材料的熔融溫度以下。
43.權(quán)利要求39的方法，其中，所述注塑成形加工溫度比該聚合物材料的熔融溫度低至少25°F。
44.一種復(fù)合材料制作方法，包含下列步驟(a)在一臺擠塑機內(nèi)形成一種包含纖維素漿粕纖維和熔融聚合物材料的混合物，其中，把所述纖維素纖維引進(jìn)到該熔融聚合物材料中；和(b)將所述混合物熔體摻合和擠塑而形成所述復(fù)合材料。
45.權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包含使所述復(fù)合材料粉碎而形成復(fù)合材料顆粒的步驟。
46.權(quán)利要求45的方法，進(jìn)一步包含使所述復(fù)合材料顆粒注塑成形而形成一種注塑成形產(chǎn)品的步驟。
47.權(quán)利要求44的方法，其中，所述纖維素纖維呈松散纖維、造粒纖維、干燥粒狀漿粕、或切粒纖維等形式。
48.權(quán)利要求44的方法，其中，所述纖維素纖維是在所述混合物形成之前切粒的。
49.權(quán)利要求44的方法，其中，所述纖維素纖維是從側(cè)孔入口引進(jìn)的。
50.一種復(fù)合材料成形方法，包含使一種包含纖維素漿粕纖維和聚合物熱塑性材料的混合物注塑成形的步驟，其中，所述纖維素漿粕纖維的α-纖維素純度大于80％(重量)。
51.權(quán)利要求50的方法，其中，所述注塑成形加工溫度高于該聚合物材料的熔融溫度。
52.權(quán)利要求50的方法，其中，所述注塑成形加工溫度低于該聚合物材料的熔融溫度。
53.權(quán)利要求50的方法，其中，所述注塑成形加工溫度比該聚合物材料的熔融溫度低至少25°F。
全文摘要
含有分散于一種基體中的纖維素漿粕纖維的增強復(fù)合材料,其中,該基體包含一種在180℃以上熔融的熱塑性聚合物材料,且該纖維素漿粕纖維的α－纖維素純度大于80%(重量)。該增強復(fù)合材料的制造和使用方法。
文檔編號B29B7/92GK1330587SQ99814083
公開日2002年1月9日 申請日期1999年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月9日
發(fā)明者K·D·西爾斯, R·E·雅各布森, D·F·考爾菲爾德, J·翁德伍德 申請人:雷昂尼爾公司, 美國政府農(nóng)業(yè)部