发明内容

本发明的主题是聚合物复合材料，其包含至少一种热塑性基体聚合物和至少一种增强纤维，其中所述增强纤维包含至少一种聚合物材料，其特征在于

所述增强纤维包含至少一种交联聚合物材料；

所述增强纤维具有1至10 mm的平均纤维长度；和

所述增强纤维具有10至20μm的平均纤维直径。

所述聚合物复合材料包含至少一种热塑性基体聚合物。所述基体聚合物包含至少一种热塑性聚合物。优选地，所述至少一种基体聚合物包含至少一种选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮及其混合物的热塑性聚合物。

合适的聚烯烃的实例特别包括衍生自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的重复单元的聚合物。换句话说，合适的聚烯烃尤其可由选自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的聚烯烃尤其是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物(聚(乙烯-共-丙烯))和聚苯乙烯及其混合物。在一个优选的实施方案中，所述基体聚合物至少包含聚丙烯。

合适的聚酰胺的实例尤其包括衍生自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的重复单元的聚合物。换句话说，合适的聚酰胺尤其可由选自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的聚酰胺尤其是聚酰胺6.6、聚酰胺6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺11和聚酰胺12以其混合物。在一个优选实施方案中，基体聚合物至少包含聚酰胺6.6、聚酰胺6及其混合物。

合适的聚酯的实例特别包括衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚A及其混合物的重复单元的聚合物。换句话说，合适的聚酯特别是由选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚-A及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的聚酯特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯及其混合物。在一个优选的实施方案中，所述基体聚合物至少包含其中的聚对苯二甲酸丁二醇酯。

聚苯硫醚可以例如通过1,4-二氯苯与硫化钠的缩聚而获得。聚醚醚酮可以例如通过4,4'-二氟二苯甲酮与氢醌钠盐的反应而获得。

此外，所述基体聚合物可以包含通常使用的助剂和添加剂。用于调适基体聚合物或聚合物复合材料的性能的合适添加剂是本领域技术人员已知的。可以示例性提及的是粘附优化剂、阻燃剂、抗冲改性剂、颜料、染料、填料、抗氧化剂、UV稳定剂、过氧化物破坏剂、抗静电剂、润滑剂、脱模剂和它们中两种或更多种的组合。

在本发明的一个实施方案中，热塑性基体聚合物包含至少一种助剂和/或至少一种添加剂。

在本发明的一个替代实施方案中，热塑性基体聚合物不包含填料。

在本发明的另一替代实施方案中，热塑性基体聚合物不包含助剂和/或添加剂。

在本发明的一个替代实施方案中，热塑性基体聚合物除了根据本发明的增强纤维之外不包含其它增强纤维或纤维状填料，尤其不包含玻璃纤维和/或碳纤维。

在本发明的一个实施方案中，基体聚合物除了上述衍生自单体的重复单元之外还包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。其对此能够改善基体聚合物和增强纤维的聚合物材料之间的粘附性。合适的粘附优化剂例如衍生自马来酸酐。

在本发明的一个替代优选实施方案中，基体聚合物除了上述衍生自单体的重复单元之外不包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。在这种情况下，基体聚合物和增强纤维的聚合物材料基本上由相同的重复单元构成，以使得不需要改善粘附性。

聚合物复合材料除了所述至少一种热塑性基体聚合物之外还包含至少一种增强纤维，该增强纤维包含至少一种交联聚合物材料。增强纤维的聚合物材料优选包含至少一种选自交联聚烯烃、交联聚酰胺、交联聚酯、交联聚苯硫醚、交联聚醚醚酮及其混合物的聚合物。

合适的交联聚烯烃的实例特别包括衍生自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的重复单元的交联聚合物。换句话说，合适的交联聚烯烃尤其可由选自乙烯、丙烯、苯乙烯及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的交联聚烯烃尤其是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物(聚(乙烯-共-丙烯))和聚苯乙烯及其混合物。在一个优选的实施方案中，增强纤维的聚合物材料至少包含交联聚丙烯。

合适的交联聚酰胺的实例特别包括衍生自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的重复单元的交联聚合物。换句话说，合适的交联聚酰胺尤其可由选自六亚甲基二胺、己二酸、十二烷二酸、癸二酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、ε-己内酰胺、月桂内酰胺及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的交联聚酰胺尤其是聚酰胺6.6、聚酰胺6、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺11和聚酰胺12及其混合物。在一个优选实施方案中，增强纤维的聚合物材料至少包含交联聚酰胺6.6、交联聚酰胺6及其混合物。

合适的交联聚酯的实例特别包括衍生自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚A及其混合物的重复单元的交联聚合物。换句话说，合适的交联聚酯特别可由选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、光气、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、1,2-乙二醇、双酚A及其混合物的单体的(共)聚合而获得。合适的交联聚酯特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯及其混合物。在一个优选的实施方案中，增强纤维的聚合物材料至少包含其中的交联聚对苯二甲酸丁二醇酯。

交联聚苯硫醚可以例如通过1,4-二氯苯与硫化钠的缩聚而获得。交联聚醚醚酮可以例如通过4,4'-二氟二苯甲酮与氢醌钠盐的反应而获得。

此外，增强纤维的聚合物材料可以包含通常使用的助剂和添加剂。用于调适基体聚合物或聚合物复合材料的性能的合适添加剂是本领域技术人员已知的。可以示例性提及的是交联剂、粘附优化剂、阻燃剂、抗冲改性剂、颜料、染料、填料、抗氧化剂、UV稳定剂、过氧化物破坏剂、抗静电剂、润滑剂、脱模剂和它们中两种或更多种的组合。

在本发明的一个实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外还包含衍生自至少一种交联剂的重复单元。合适的交联剂尤其是具有至少两个，优选至少三个可聚合官能团的化合物。其实例包括二烯烃、三烯烃、三胺、三醇、三羧酸及其混合物。

在本发明的一个替代优选实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外不包含衍生自至少一种交联剂的重复单元。在这种情况下，聚合物材料的交联通过辐射交联进行。

在本发明的一个实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外还包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。其对此能够改善基体聚合物和增强纤维的聚合物材料之间的粘附性。合适的粘附优化剂例如衍生自马来酸酐。

在本发明的一个替代优选实施方案中，所述增强纤维的聚合物材料除了上述衍生自单体的重复单元之外不包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。在这种情况下，基体聚合物和增强纤维的聚合物材料基本上由相同的重复单元构成，以使得不需要改善粘附性。

热塑性基体聚合物和增强纤维的聚合物材料可以基本上彼此相同或不同。这意味着，热塑性基体聚合物和增强纤维的聚合物材料可以基本上由衍生自相同单体的重复单元构成，或可由衍生自彼此不同的单体的重复单元构成。

在本发明的一个实施方案中，所述热塑性基体聚合物和所述增强纤维的聚合物材料彼此不同。在这种情况下，至少所述热塑性基体聚合物和/或增强纤维的聚合物材料优选至少包含衍生自至少一种粘附优化剂的重复单元。

在本发明的一个替代的特别优选的实施方案中，所述热塑性基体聚合物和所述增强纤维的聚合物材料相同。这意味着，热塑性基体聚合物和增强纤维的聚合物材料基本上由衍生自相同单体的重复单元构成。在这种情况下，可以省略用于粘附优化的共聚单体、添加剂和助剂。

增强纤维的聚合物材料是交联聚合物。原则上，本领域技术人员已知的用于交联聚合物的所有方法都是合适的。要强调的是，交联是通过聚合物中的自由基的再组合而实现的，所述自由基通过加入自由基形成剂或通过高能辐射(所谓的辐射交联)而产生；交联是在有或没有加入额外交联剂的情况下通过聚合物中的合适官能团的缩聚反应而实现的；交联是在有或没有加入额外交联剂的情况下通过聚合物中的合适官能团的加聚反应而实现的，以及它们的组合。

在本发明的一个优选的实施方案中，增强纤维的聚合物材料借助辐射交联而交联。聚合物的辐射交联是本领域技术人员已知的方法，其中用高能辐射，优选高能β-和/或γ-辐射来照射聚合物。通过辐射能量，在聚合物内产生自由基，其通过组合反应而导致形成交联点。原则上，可以使用各种辐射交联方法。在一个优选的实施方案中，首先提供由聚合物材料制成的增强纤维并且随后使其通过辐射交联而交联。与交联聚合物材料的情况相比，由未交联聚合物材料形成纤维可以通过更简单的方法来实现。

所述增强纤维是短纤维，并且具有1至10 mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径。增强纤维优选具有1000:1至50:1，优选500:1至100:1的纤维长度与纤维直径的比率。纤维长度可以通过切割连续纤维而有针对性地调节。

根据本发明的聚合物复合材料优选通过将所述至少一种基体聚合物和所述至少一种增强纤维彼此混合而获得，以获得均匀的聚合物复合材料。原则上，组分彼此的混合可以以各种对此合适的方式和在各种合适的温度下进行。优选在100℃至400℃，更优选150℃至350℃，特别是200℃至300℃的温度下进行组分的混合。替代地，也可以在15℃至100℃的温度下，例如在(约) 20℃下进行配混。例如，组分可以在任选加热的捏合反应器(例如内捏合机)、任选加热的挤出机或任选加热的双轴螺杆机中彼此混合。在升高的温度下混合在此也可以称为熔体配混或熔体挤出。组分彼此的混合可以相继地或同时地进行。因此，组分可以全部同时加入或依次加入。

聚合物复合材料优选借助在任选加热的挤出机中熔体配混或熔体挤出而获得。在一个特别优选的实施方案中，在此将组分依次添加到熔体配混或熔体挤出过程中。为此，优选首先将基体聚合物熔融，然后添加增强纤维以及任选的添加剂和/或助剂。

根据本发明的聚合物复合材料优选包含

基于所述聚合物复合材料的总重量计30-90重量%，优选40-85重量%，特别是50-80重量%的所述至少一种热塑性基体聚合物；

基于所述聚合物复合材料的总重量计10-70重量%，优选15-60重量%，特别是20-50重量%的所述至少一种增强纤维；和

基于所述聚合物复合材料的总重量计0-10重量%，优选0-7重量%，特别是0-5重量%的助剂和/或添加剂。

因此，本发明的主题还是用于制造聚合物复合材料的方法，所述聚合物复合材料包含至少一种热塑性基体聚合物和至少一种增强纤维，其中所述增强纤维包含至少一种聚合物材料，其特征在于，所述方法至少包括以下方法步骤：

(i)提供至少一种基体聚合物；

(ii)提供至少一种增强纤维，其中所述增强纤维具有1至10 mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径并且包含至少一种交联聚合物材料；

(iii)加热所述至少一种基体聚合物，以获得所述至少一种基体聚合物的聚合物熔体；

(iv)将所述基体聚合物的聚合物熔体与所述至少一种增强纤维混合，以获得均匀的聚合物复合材料。

在第一方法步骤(i)中，提供至少一种热塑性基体聚合物。可以应用之前对基体聚合物作出的说明。基体聚合物可以通过各种已知的聚合方法获得。如果应将上述助剂和/或添加剂之一添加到基体聚合物中，则这可以在方法步骤(i)中通过例如在加热的捏合反应器中混合基体聚合物和助剂和/或添加剂来进行。助剂和/或添加剂也可以在实施方法步骤(i)之前或之后，例如在实施根据方法步骤(iv)的配混之前、期间和/或之后进行。

在第二方法步骤(ii)中，提供至少一种增强纤维，其中所述增强纤维具有1至10mm的平均纤维长度和10至20μm的平均纤维直径并且包含至少一种交联聚合物材料。之前所涉的增强纤维的定义和优选实施方案相应地适用。纤维可由上述聚合物材料通过所有已知方法作为连续纤维制成，随后将其切割成所需长度。纤维可任选地在切割之前或之后用添加剂和/或助剂涂覆。

增强纤维的聚合物材料在实施方法步骤(ii)之前、期间或之后借助上述方法之一交联。优选地，为此使用辐射交联方法。

在进一步的方法步骤(iii)中，加热该至少一种基体聚合物，以获得该至少一种基体聚合物的聚合物熔体。这可以通过供应热能来实现。然而，通过例如在挤出机或捏合反应器中引入机械能，基体聚合物的温度已经可以如此强烈地升高，以使得在不必引入额外热能的情况下获得聚合物熔体。

在进一步的方法步骤(iv)中，将在方法步骤(iii)中获得的基体聚合物的聚合物熔体与所述至少一种增强纤维混合，以获得均匀的聚合物复合材料。如前所述，混合可以在任选加热的捏合反应器(例如内捏合机)、任选加热的挤出机或任选加热的双轴螺杆机中进行。优选使用任选加热的挤出机。

方法步骤(iii)和方法步骤(iv)可同时进行，或方法步骤(iv)在实施方法步骤(iii)之后进行。在一个优选的实施方案中，方法步骤(iv)在实施方法步骤(iii)之后进行。

如果使用挤出机来制造聚合物复合材料，首先在挤出机的熔融区中提供基体聚合物的聚合物熔体，并且优选仅在挤出机的随后混合区中才通过侧向供应而加入所述至少一种增强纤维。

根据本发明的方法可以包括进一步的任选方法步骤，例如添加其它添加剂和/或助剂。这种添加优选在方法步骤(i)至(iv)之一之前、期间或之后进行。

此外，在方法步骤(iv)中获得的所得聚合物复合材料可以被加工成条料或粒料并且随后被进一步加工，或在实施根据本发明的方法之后直接被加工成成型体。这种成型体可以例如通过注射成型、挤出和吹塑成型方法来制造。加工的另一种形式是通过由先前制造的板材或膜的深拉和膜后注塑方法来制造成型体。这种成型体的实例是各种类型的膜、型材、壳体部件。

聚合物复合材料优选用于在注射成型法中制造纤维增强成型体。此外，聚合物复合材料优选用于制造可再循环的成型体。根据本发明的聚合物复合材料在此尤其适合于基本上无损坏地进行塑料废料再利用的必要处理方法，如尤其是塑料熔体的过滤和多次配混和挤出。

本发明的优点

本发明提供聚合物复合材料，其可以毫无问题地进行材料再循环。本发明归因于使用聚合物增强纤维来增强基体聚合物。聚合物增强纤维的优点是，与常规的刚性且脆的碳纤维或玻璃纤维相比，它们在聚合物熔体中具有更高的柔性，并因此由于在配混时和在注射成型中的多次机械负荷而较不显著变短。此外，在再处理时的熔体过滤中，过滤器不被阻塞，并且聚合物复合材料的组成不会由于不受控地过滤出增强纤维而改变。在再处理时获得的再生粒料的特征在于高的产品品质。

通过使用由相同单体构成的聚合物增强纤维(基体聚合物也由这些单体构成)，可以放弃使用额外的粘附优化剂。使用交联增强纤维在此确保了增强纤维的熔点相对于基体聚合物而言提高，并且增强纤维在配混和进一步加工时保持其结构和形状。

与玻璃纤维增强塑料相比，根据本发明的聚合物复合材料具有明显更低的密度，并因此可以用作轻质结构中的材料。

用于制造根据本发明的聚合物复合材料的方法可以通过常规方法和工具进行。与根据现有技术的方法相比，所述制造以明显更低的使用能量进行。此外，根据本发明的聚合物复合材料具有较少的磨蚀性，由此显著减少了加工机器(粉碎机、配混机和注射成型机器)和注射成型工具由于维护操作所致的停工时间。

根据本发明的聚合物复合材料可以在常规的注射成型法中加工。因此，可以制造具有复杂几何形状和高负荷的部件，这类似于用常规增强塑料制造的。与其不同的是在本发明中已知的其中使用无纺布或机织物用于增强的自增强塑料。