CN107531965A - 低密度的碳纤维填充材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强聚合物组合物，包括聚丙烯、碳纤维和作为偶联剂的极性改性聚丙烯，并且涉及包括纤维增强聚合物组合物的制品。

Description

低密度的碳纤维填充材料
技术领域
本发明涉及包括聚丙烯、碳纤维和作为偶联剂的极性改性聚丙烯的纤维增强聚合物组合物，且涉及包括该纤维增强聚合物组合物的制品。
背景技术
在需要高刚度的应用中，纯聚丙烯不能满足要求并且需要与高刚性填料配混，以便进入细分市场，否则不能进入。通过使用该纤维增强聚丙烯，与钢材和混凝土材料相比，可以利用聚丙烯的主要优点，即聚丙烯的低密度。通常使用的填料是滑石和玻璃纤维，其使增强材料达到所需的机械性能。然而，所述填料具有高密度，因此再次增加了纤维增强聚丙烯的总体密度。因此，该填料不利地影响了聚丙烯的轻质优点。
发明内容
因此，行业中寻求一种满足在低密度下对良好平衡的机械性能(如高刚度和高抗冲击性)的苛刻要求的纤维增强组合物。
本发明的发现是在聚丙烯基体中使用包括碳纤维与特定的极性改性聚丙烯组合的纤维增强聚合物组合物。
因此，本发明涉及一种纤维增强聚合物组合物，包括
(a)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，65至98.9重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，1至10重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，0.1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中基于该极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，该极性改性聚丙烯(PMP)包括1至5重量％的量的衍生自极性基团的基团。
在一个实施方案中，聚丙烯(PP)具有
(a)不大于100g/10min的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)至少130℃的熔融温度Tm。
在另一个实施方案中，聚丙烯(PP)是丙烯均聚物(H-PP1)和/或丙烯共聚物(C-PP1)。
在还另一个实施方案中，丙烯共聚物(C-PP1)是多相丙烯共聚物(HECO)。
在一个实施方案中，碳纤维(CF)为非织造织物的形式。
在另一个实施方案中，基于非织造织物的总重量，非织造织物包括至少50重量％的碳纤维(CF)。
在还另一个实施方案中，碳纤维(CF)包括上浆剂。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物不含选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。
在另一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)包括衍生自极性基团的基团，该极性基团选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物、以及离子化合物组成的组。
在还另一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的丙烯聚合物。
在一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的丙烯共聚物，优选地该用马来酸酐接枝的丙烯共聚物包括作为共聚单体单元的乙烯。
在另一个实施方案中，基于纤维增强聚合物组合物的总重量，该纤维增强聚合物组合物还包括至少一种高达20重量％的量的添加剂。
在还另一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物具有
(a)等于或小于0.985g/cm3的密度；和/或
(b)至少2500MPa的根据ISO 527-2的拉伸模量；和/或
(c)至少20MPa的根据ISO 527-2的拉伸强度。
本发明的另一方面涉及一种包括本文所限定的纤维增强聚合物组合物的制品。优选地，该制品是模塑制品，更优选地是注塑制品或发泡制品。还优选的是，该制品是洗衣机或洗碗机或汽车制品的部件，尤其是汽车内饰和汽车外饰的部件，例如，仪表托架(instrumental carrier)、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件(side trim)、踏板辅助件(step assist，或称为辅助踏板)、车身板件、扰流板、仪表板、内装饰件等。
具体实施方式
在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”的情况下，其不排除其他元件。为了本发明的目的，术语“由……组成”被认为是术语“包括”的优选实施方案。如果在下文中组被限定为包括至少一定数量的实施方案，则这也应理解为公开了一个组，其优选地仅由这些实施方案组成。
在使用不定冠词和定冠词的情况下，当提及单数名词，例如“一”、“一个(种)”或“所述”时，其也包括该名词的复数形式，除非另有明确说明。
诸如“可获得”或“可限定”和“获得”或“限定”之类的术语可互换使用。这例如是指，除非上下文另有明确规定，术语“获得”并不旨在表示，例如，实施方案必须通过例如术语“获得”之后的步骤次序来获得，即使这一有限理解通常被术语“获得”或“限定”包括作为优选的实施方案。
在下文中，更详细地限定本发明。
纤维增强聚合物组合物
根据本发明的纤维增强聚合物组合物包括聚丙烯(PP)、碳纤维(CF)和作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)。
因此，纤维增强聚合物组合物包括
(a)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，65至98.9重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，1至10重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，0.1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中基于该极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，该极性改性聚丙烯(PMP)包括1至5重量％(例如，1.0至5.0重量％)的量的衍生自极性基团的基团。
另外，纤维增强聚合物组合物可以包括至少一种添加剂。
因此，优选的是，纤维增强聚合物组合物包括
(a)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，65至98.9重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，1至10重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，0.1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中基于该极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，该极性改性聚丙烯(PMP)包括1至5重量％(例如，1.0至5.0重量％)的量的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，高达20重量％的至少一种添加剂。
在一个实施方案中，根据本发明的纤维增强聚合物组合物不包括选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。更优选地，根据本发明的纤维增强聚合物组合物不包括与碳纤维(CF)不同的纤维(F)。
在一个实施方案中，根据本发明的纤维增强聚合物组合物不包括：(a)基于纤维增强聚合物组合物的总重量，总量超过10重量％、优选地总量超过5重量％的与纤维增强聚合物组合物中存在的聚合物不同(即与聚丙烯(PP)以及极性改性聚丙烯(PMP)不同)的其它聚合物。典型地，如果存在另外的聚合物，则该聚合物是针对添加剂的载体聚合物，且因此对改善所要求保护的纤维增强聚合物组合物的性能没有贡献。
因此，在一个具体实施方案中，纤维增强聚合物组合物由聚丙烯(PP)、极性改性聚丙烯(PMP)、碳纤维(CF)和任选的至少一种添加剂组成，其可以包含少量的聚合物载体材料。然而，基于纤维增强聚合物组合物的总重量，该聚合物载体材料以不超过10重量％、优选地不超过5重量％的量存在于所述纤维增强聚合物组合物中。
因此，本发明尤其涉及一种纤维增强聚合物组合物，包括
(a)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，65至98.9重量％、更优选地70至95重量％、最优选地80至93重量％(例如，85至92重量％)的聚丙烯(PP)；
(b)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，1至10重量％、更优选地1.5至8重量％、最优选地2至7重量％(例如，3至6重量％)的碳纤维(CF)；和
(c)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，0.1至10重量％、更优选地1至8重量％、最优选地3至7重量％(例如，4至6重量％)的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中基于该极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)包括1至5重量％(例如，1.0至5.0重量％)的衍生自极性基团的基团。
例如，本发明涉及由以下组成的纤维增强聚合物组合物：
(a)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，65至98.9重量％、更优选地70至95重量％、最优选地80至93重量％(例如，85至92重量％)的聚丙烯(PP)；
(b)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，1至10重量％、更优选地1.5至8重量％、最优选地2至7重量％(例如，3至6重量％)的碳纤维(CF)；
(c)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，0.1至10重量％、更优选地1至8重量％、最优选地3至7重量％(例如，4至6重量％)的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，其中基于该极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)包括1至5重量％(例如，1.0至5.0重量％)的衍生自极性基团的基团；和
(d)基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，高达20重量％、更优选地0.1至10重量％、甚至更优选地0.1至5重量％、最优选地0.1至2重量％(例如，0.1至0.5重量％)的至少一种添加剂。
术语“添加剂”还包括作为母料提供的添加剂，该母料含有如以上所讨论的聚合物载体材料。然而，术语“添加剂”不包括成核剂，例如，α-成核剂。典型的添加剂是除酸剂、抗氧化剂(例如，酚类抗氧化剂(AO)和受阻胺光稳定剂(HALS))、着色剂、颜料(例如，滑石)、抗划剂、分散剂和载体。
本发明的含义中的术语“至少一种”添加剂是指添加剂包括一种或多种添加剂，优选地由一种或多种添加剂组成。
在本发明的一个实施方案中，该至少一种添加剂包括一种添加剂，优选地由一种添加剂组成。可选地，该至少一种添加剂包括两种或更多种添加剂的混合物，优选地由两种或更多种添加剂的混合物组成。例如，该至少一种抗氧化剂包括两种或三种抗氧化剂的混合物，优选地由两种或三种抗氧化剂的混合物组成。
优选地，该至少一种添加剂包括两种或更多种添加剂的混合物，更优选地由两种或更多种添加剂的混合物组成。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括滑石和任选的其它添加剂。如果纤维增强聚合物组合物包括滑石，则基于该纤维增强聚合物组合物的总重量，滑石优选地以0.1至2重量％、更优选地以0.1至0.5重量％、最优选地以0.3至0.5重量％的量存在。滑石优选地具有在该领域中通常使用的粒径。例如，滑石具有在0.1至5μm、优选地0.5至4.5μm、更优选地1至4μm、最优选地1.5至3.5μm范围内的中值粒径d50。另外地或可选地，滑石具有在5至25μm、优选地8至20μm、更优选地9至18μm、最优选地10至15μm范围内的粒径d99。作为聚合物组合物中的添加剂的该滑石可从各种来源获得，例如来自意大利的IMI-Fabi。
在本发明的含义中，除非另有说明，否则粒径被指定为重量中值粒径d50。因此，d50值是重量中值粒径，即，所有晶粒中的50重量％大于该粒径，剩余50重量％的晶粒小于该粒径。为了测定重量中值粒径d50值，可以使用Sedigraph方法，即，沉降法。
此外，纤维增强聚合物组合物优选地包含α-成核剂。甚至更优选地，本发明的纤维增强聚合物组合物不含β-成核剂。因此，成核剂优选地选自由以下物质组成的组：
(i)一元羧酸的盐和多元羧酸的盐，例如苯甲酸钠或叔丁基苯甲酸铝，和
(ii)二亚苄基山梨醇(例如，1,3:2,4二亚苄基山梨醇)和C1-C8烷基取代的二亚苄基山梨醇衍生物，例如，甲基二亚苄基山梨醇、乙基二亚苄基山梨醇或二甲基二亚苄基山梨醇(例如，1,3:2,4-二(甲基亚苄基)山梨醇)，或取代的诺尼醇(nonitol)衍生物，例如1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O-[(4-丙基苯基)亚甲基]-诺尼醇，和
(iii)磷酸二酯的盐，例如，2,2'-亚甲基双(4,6,-二叔丁基苯基)磷酸钠或羟基-双[2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝]，和
(iv)乙烯基环烷烃聚合物和乙烯基烷烃聚合物，和
(v)其混合物。
优选地，纤维增强聚合物组合物包含作为α-成核剂的乙烯基环烷烃聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物。
该添加剂和成核剂通常是市售的，并且例如描述在Hans Zweifel的“PlasticAdditives Handbook”，第5版，2001中。
优选地，纤维增强聚合物组合物具有不超过75g/min、优选地在1至75g/10min范围内、更优选地在1至60g/10min范围内(例如在5至50g/10min范围内)的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)。
在优选的实施方案中，纤维增强聚合物组合物具有
(a)等于或小于0.985g/cm3、更优选地在0.800g/cm3至0.985g/cm3的范围内、最优选地在0.850g/cm3至0.970g/cm3的范围内、例如在0.900g/cm3至0.960g/cm3的范围内的密度；和/或
(b)至少2500MPa、更优选地至少2600MPa、最优选地至少2800MPa、例如在3500MPa至4500MPa的范围内的根据ISO 527-2的拉伸模量；和/或
(c)至少20MPa、更优选地在20至100MPa范围内、最优选地在40至90MPa范围内、如在55MPa至80MPa的范围内的根据ISO 527-2的拉伸强度。
例如，纤维增强聚合物组合物具有
(a)等于或小于0.985g/cm3、更优选地在0.800g/cm3至0.985g/cm3的范围内、最优选地在0.850g/cm3至0.970g/cm3的范围内、例如在0.900g/cm3至0.960g/cm3的范围内的密度；或
(b)至少2500MPa、更优选地至少2600MPa、最优选地至少2800MPa、例如在3500MPa至4500MPa的范围内的根据ISO 527-2的拉伸模量；或
(c)至少20MPa、更优选地在20至100MPa范围内、最优选地在40至90MPa范围内、如在55MPa至80MPa范围内的根据ISO 527-2的拉伸强度。
可选地，纤维增强聚合物组合物具有
(a)等于或小于0.985g/cm3、更优选地在0.800g/cm3至0.985g/cm3的范围内、最优选地在0.850g/cm3至0.970g/cm3的范围内、例如在0.900g/cm3至0.960g/cm3的范围内的密度；和
(b)至少2500MPa、更优选地至少2600MPa、最优选地至少2800MPa、例如在3500MPa至4500MPa的范围内的根据ISO 527-2的拉伸模量；和
(c)至少20MPa、更优选地在20至100MPa范围内、最优选地在40至90MPa范围内、如在55MPa至80MPa范围内的根据ISO 527-2的拉伸强度。
此外，本发明还涉及一种用于制备如上所述且在下文详述的纤维增强聚合物组合物的方法，该方法包括将以下添加到挤出机中以及将其挤出获得所述纤维增强聚合物组合物的步骤：
(a)聚丙烯(PP)；
(b)碳纤维(CF)；
(c)极性改性聚丙烯(PMP)；
(d)任选的至少一种添加剂。
根据本发明的纤维增强聚合物组合物可以使用树脂配混领域中公知和常用的各种配混和共混机器和方法中的任一种进行配混和造粒。然而，优选的是，使用不影响碳纤维尺寸的配混和共混方法。
为了使本发明组合物的各个组分共混，可以使用常规的配混或共混设备，例如，班伯里密炼机、双辊橡胶磨、巴斯共混捏合机或双螺杆挤出机。从挤出机/混合器所回收的聚合物材料通常是丸粒形式。然后这些丸粒优选地被进一步处理，例如，通过注射成型以生成本发明组合物的制品和产品。
在下文中，将更详细地描述纤维增强聚合物组合物的各个组分。
聚丙烯(PP)
纤维增强聚合物组合物必须包括聚合物组分。为了实现在低密度下良好平衡的机械性能，例如高刚度和高抗冲性，聚合物必须包含特定的聚丙烯。由于聚丙烯(PP)的存在，尤其可以实现良好的密度值。优选地，聚丙烯(PP)具有高分子量。
在本发明中，术语“聚丙烯(PP)”包括丙烯均聚物和/或丙烯共聚物。
此外，术语“丙烯共聚物”包括丙烯无规共聚物、多相聚合物及其混合物。
如本领域技术人员所知，无规丙烯共聚物不同于多相聚丙烯，多相聚丙烯是包括丙烯均聚物或无规共聚物基体组分(1)和丙烯与乙烯和C4-C8α-烯烃中的一种或多种的共聚物的弹性体共聚物组分(2)的丙烯共聚物，其中弹性体(无定形)共聚物组分(2)分散在所述丙烯均聚物或无规共聚物基体聚合物(1)中。
在本发明的一个实施方案中，存在于纤维增强聚合物组合物中的聚丙烯(PP)是丙烯均聚物(H-PP1)和/或丙烯共聚物(C-PP1)。例如，纤维增强聚合物组合物包括丙烯均聚物(H-PP1)和丙烯共聚物(C-PP1)。可选地，纤维增强聚合物组合物包括丙烯均聚物(H-PP1)或丙烯共聚物(C-PP1)。
在一个具体实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的丙烯共聚物(C-PP1)、优选地多相丙烯共聚物(HECO)。
在另一个具体实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的丙烯均聚物(H-PP1)和丙烯共聚物(C-PP1)、优选地多相丙烯共聚物(HECO)。
在另一个具体实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的丙烯均聚物(H-PP1)。
优选的是，聚丙烯(PP)具有不超过100g/10min、更优选地在2至50g/10min范围内、还更优选地在5至30g/10min范围内、例如在10至25g/10min范围内的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)。
另外地或可选地，聚丙烯(PP)具有至少130℃、例如130至170℃范围内的熔融温度Tm。
例如，聚丙烯(PP)具有不超过100g/10min、更优选地在2至50g/10min范围内、还更优选地在5至30g/10min范围内、例如在10至25g/10min范围内的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)，或者至少130℃、例如在130至170℃范围内的熔融温度Tm。
优选地，聚丙烯(PP)具有不超过100g/10min、更优选地在2至50g/10min范围内、还更优选地在5至30g/10min范围内、例如在10至25g/10min范围内的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)，和至少130℃、例如在130至170℃范围内的熔融温度Tm。
在下文中，将更详细地限定作为纤维增强聚合物组合物的一部分的聚丙烯(PP)。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括丙烯均聚物(H-PP1)。
在本发明中通篇使用的表述丙烯均聚物涉及基本上，即由大于99.5重量％、还更优选地至少99.7重量％、如至少99.8重量％的丙烯单元组成的聚丙烯。在优选的实施方案中，丙烯均聚物中仅丙烯单元是可检测的。
在优选的实施方案中，由于存在具有适度高的分子量的丙烯均聚物(H-PP1)，故实现了良好的刚度。因此，优选的是，丙烯均聚物(H-PP1)具有不超过100g/10min、更优选地在2.0至50g/10min范围内、还更优选地在5.0至30g/10min范围内、例如在8.0至25g/10min范围内的根据ISO 1133测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)。
另外地或可选地，丙烯均聚物(H-PP1)具有至少140℃、优选地在140至170℃范围内、更优选地在150至170℃范围内、例如在155至170℃范围内的熔融温度Tm。
优选地，丙烯均聚物(H-PP1)具有不超过100g/10min、更优选地在2.0至50g/10min范围内、还更优选地在5.0至30g/10min范围内、例如在8.0至25g/10min范围内的根据ISO1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；以及至少140℃、优选地在140至170℃范围内、更优选地在150至170℃范围内、例如在155至170℃范围内的熔融温度Tm。
丙烯均聚物(H-PP1)优选地特征在于少量的二甲苯冷可溶物(XCS)，即≤4.0重量％、优选地在0.1至4.0重量％的范围内、更优选地在0.1至3.0重量％的范围内、最优选地在0.1至2.5重量％的范围内的二甲苯冷可溶物(XCS)含量。
丙烯均聚物(H-PP1)优选地为全同立构丙烯均聚物。因此，应当理解，丙烯均聚物(H-PP1)具有相当高的全同立构五单元组浓度，即高于90摩尔％、更优选地高于92摩尔％、还更优选地高于93摩尔％、以及再更优选地高于95摩尔％、例如高于97摩尔％的全同立构五单元组浓度。
丙烯均聚物(H-PP1)是现有技术并且是市售的。合适的丙烯均聚物例如是Borealis AG的Bormed HF955MO。
另外地或可选地，聚丙烯(PP)是丙烯共聚物(C-PP1)。
术语“丙烯共聚物(C-PP1)”包括无规丙烯共聚物(RC-PP1)以及复杂结构，如多相体系。优选地，丙烯共聚物(C-PP1)为多相丙烯共聚物(HECO)。
术语“无规丙烯共聚物”表示丙烯单体单元和共聚单体单元的共聚物，其中共聚单体单元随机分布在聚合物链中。因此，无规共聚物不同于包括基体相和分散在基体相中的弹性体相的多相共聚物，如下面所详细描述的。因此，无规丙烯共聚物(RC-PP1)不含分散在其中的弹性体聚合物相，即，无规丙烯共聚物(RC-PP1)是单相的并且仅具有一个玻璃化转变温度。然而，无规丙烯共聚物(RC-PP1)可以是多相丙烯共聚物(HECO)的基体相。例如，通过高分辨率显微镜(例如，电子显微镜或原子力显微镜)或通过动态力学热分析(DMTA)可以看到第二相或所谓的包合物的存在。具体地，在DMTA中，通过存在的至少两个不同的玻璃化转变温度可以确定多相结构的存在。
因此，无规丙烯共聚物(RC-PP1)优选地包括衍生自以下物质的单元，优选地由衍生自以下物质的单元组成：
(i)丙烯，和
(ii)乙烯和/或至少一种C4至C20α-烯烃，优选地至少一种选自由乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃，更优选地乙烯和/或1-丁烯，还更优选地乙烯。
因此，无规丙烯共聚物(RC-PP1)可以包括衍生自丙烯、乙烯和任选的至少另一种C4至C10α-烯烃的单元。在本发明的一个实施方案中，无规丙烯共聚物(RC-PP1)包括衍生自丙烯、乙烯和任选的至少另一种选自由C4α-烯烃、C5α-烯烃、C6α-烯烃、C7α-烯烃、C8α-烯烃、C9α-烯烃和C10α-烯烃组成的组的α-烯烃的单元。更优选地，无规丙烯共聚物(RC-PP1)包括衍生自丙烯、乙烯和任选的至少另一种选自由1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯组成的组的α-烯烃的单元，其中1-丁烯和1-己烯是优选的。特别优选的是，无规丙烯共聚物(RC-PP1)由衍生自丙烯和乙烯的单元组成。优选地，可衍生自丙烯的单元构成丙烯共聚物(C-PP1)的主要部分，即，基于无规丙烯共聚物(RC-PP1)的总重量，至少80重量％、更优选地至少85重量％、还更优选地80至99.5重量％、再更优选地85至99.5重量％、还更优选地90至99.2重量％的可衍生自丙烯的单元。因此，基于无规丙烯共聚物(RC-PP1)的总重量，无规丙烯共聚物(RC-PP1)中衍生自除丙烯以外的C2至C20α-烯烃的单元的量在0.5至20重量％、更优选地在0.5至15重量％、还更优选地在0.8至10重量％的范围内。特别应该理解的是，基于无规丙烯共聚物(RC-PP1)的总重量，无规丙烯共聚物(RC-PP1)(特别是在无规丙烯共聚物(RC-PP1)仅包括可衍生自丙烯和乙烯的单元的情况下)中的乙烯的量在0.5至15重量％、优选地0.8至10重量％、更优选地0.8至8.0重量％的范围内。
此外，应当理解，无规丙烯共聚物(RC-PP1)具有至少130℃、优选地在130至160℃的范围内、更优选地在135至158℃的范围内、例如在140至155℃的范围内的熔融温度Tm。
关于熔体流动速率MFR2(230℃)，应该理解的是，无规丙烯共聚物(RC-PP1)优选地具有不超过100g/10min、更优选地在2.0至50g/10min范围内、还更优选地在5.0至30g/10min的范围内、例如在8.0至25g/10min范围内的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃)。
在本发明的一个具体实施方案中，聚丙烯(PP)是多相丙烯共聚物(HECO)或多相丙烯共聚物(HECO)和丙烯均聚物(H-PP1)和/或无规丙烯共聚物(RC-PP1)的混合物，更优选地，聚丙烯(PP)是多相丙烯共聚物(HECO)或多相丙烯共聚物(HECO)和丙烯均聚物(H-PP1)的混合物。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)包括
a)聚丙烯基体(M-HECO)，和
b)弹性体丙烯共聚物(E)。
表述“多相”表示弹性体共聚物(E)优选地(精细地)至少分散在多相丙烯共聚物(M-HECO)的聚丙烯基体(M-HECO)中。换句话说，弹性体共聚物(E)形成在聚丙烯基体(M-HECO)中的包合物。因此，聚丙烯基体(M-HECO)包含(精细地)分散的包合物，该包合物不是基体的一部分，且所述包合物包含弹性体共聚物(E)。根据本发明的术语“包合物”应优选地表示基体和包合物在多相丙烯共聚物(M-HECO)内形成不同的相，所述包合物例如通过高分辨率显微镜(例如，电子显微镜或扫描力显微镜)是可见的。
此外，多相丙烯共聚物(HECO)优选地仅包括作为聚合物组分的聚丙烯基体(M-HECO)和弹性体共聚物(E)。换句话说，多相丙烯共聚物(HECO)可以包含另外的添加剂，但不包括基于总的多相丙烯共聚物(HECO)，更优选地基于存在于多相丙烯共聚物(HECO)中的聚合物的超过5重量％、更优选地超过3重量％(例如，超过1重量％)的其它聚合物。可以以这样低的量存在的一种另外的聚合物是聚乙烯，该聚乙烯是通过制备多相丙烯共聚物(HECO)获得的反应产物。因此，特别应该理解的是，如本发明中所限定的多相丙烯共聚物(HECO)仅包含本段提及的量的聚丙烯基体(M-HECO)、弹性体共聚物(E)和任选的聚乙烯。
弹性体共聚物(E)优选地为弹性体丙烯共聚物(E1)。
如上所解释的，多相丙烯共聚物(HECO)包括聚丙烯基体(M-HECO)，在该聚丙烯基体(M-HECO)中分散有弹性体共聚物(E)，例如弹性体丙烯共聚物(E1)。
聚丙烯基体(M-HECO)可以是丙烯均聚物(H-PP2)或无规丙烯共聚物(RC-PP2)。
然而，优选的是，丙烯基体(M-HECO)是丙烯均聚物(H-PP2)。
为丙烯均聚物(H-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)具有相当低的二甲苯冷可溶物(XCS)含量，即基于聚丙烯基体(M-HECO)的总重量，具有不超过3.5重量％、优选地不超过3.0重量％，例如，不超过2.6重量％的二甲苯冷可溶物(XCS)含量。因此，基于丙烯均聚物(H-PP2)的总重量，优选的范围是0.5至3.0重量％，更优选地是0.5至2.5重量％。
在本发明的一个实施方案中，聚丙烯基体(M-HECO)是具有2.0至700g/10min、更优选地4.0至400g/10min、还更优选地15.0至200g/10min、最优选地20.0至100g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)的丙烯均聚物(H-PP2)。
如果聚丙烯基体(M-HECO)是无规丙烯共聚物(RC-PP2)，则无规丙烯共聚物(RC-PP2)优选地包括衍生自以下物质的单元，优选地由衍生自以下物质的单元组成：
(i)丙烯，和
(ii)乙烯和/或至少一种C4至C8α-烯烃、优选地至少一种选自由乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃，更优选地乙烯和/或1-丁烯，再更优选地乙烯。
因此，无规丙烯共聚物(RC-PP2)可以包括衍生自(i)丙烯和(ii)乙烯和/或至少一种C4至C8α-烯烃的单元。在本发明的一个实施方案中，无规丙烯共聚物(RC-PP2)包括衍生自(i)丙烯和(ii)至少一种选自由乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃的单元。特别优选的是，无规丙烯共聚物(RC-PP2)由衍生自丙烯和乙烯的单元组成。优选地，可衍生自丙烯的单元构成无规丙烯共聚物(RC-PP2)的主要部分，即，基于无规丙烯共聚物(RC-PP2)的总重量，至少92重量％、优选地至少95重量％、更优选地至少98重量％、还更优选地92至99.5重量％、再更优选地95至99.5重量％、还更优选地98至99.2重量％的可衍生自丙烯的单元。
此外，应当理解，为无规丙烯共聚物(RC-PP2)的聚丙烯基体(M-HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)含量相当低。因此，基于丙烯共聚物(C-PP2)的总重量，丙烯共聚物(C-PP2)优选地具有不超过14重量％、更优选地不超过13重量％、还更优选地不超过12重量％，例如，不超过11.5重量％的根据ISO 6427(23℃)所测量的二甲苯冷可溶物(XCS)分数。因此，基于丙烯共聚物(C-PP2)的总重量，优选的范围是1至14重量％、更优选地1.0至13重量％、还更优选地1.2至11重量％。
在本发明的一个实施方式中，无规丙烯共聚物(C-PP2)具有2.0至700g/10min、更优选地4.0至400g/10min、还更优选地15.0至200g/10min、最优选地20.0至100g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)。
多相丙烯共聚物(HECO)的第二组分是弹性体共聚物(E)。如上所述，弹性体共聚物(E)优选地为弹性体丙烯共聚物(E1)。在下文中，更精确地限定了这两种弹性体。
优选地，弹性体丙烯共聚物(E1)包括衍生自(i)丙烯和(ii)乙烯和/或C4至C20α-烯烃的单元，优选地衍生自(i)丙烯和(ii)选自由乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的单元。优选地，弹性体丙烯共聚物(E1)中的丙烯含量为至少40重量％、更优选地至少45重量％。因此，在一个优选实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E1)包括40.0至85.0重量％、更优选地45.0至80重量％的可衍生自丙烯的单元。存在于弹性体丙烯共聚物(E1)中的共聚单体优选地为乙烯和/或C4至C20α-烯烃，例如，乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。在一个具体实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E1)是丙烯-乙烯聚合物。在本发明的一个实施方案中，弹性体丙烯共聚物(E1)是具有本段中给定的量的乙丙橡胶(EPR1)。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)内的弹性体共聚物(E)(例如，弹性体丙烯共聚物(E1))的量在15至45重量％的范围内、更优选地在20至40重量％的范围内、例如在25至35重量％的范围内。
多相丙烯共聚物(HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)级分的特性粘度(IV)优选地是适度的。因此，应当理解，多相丙烯共聚物(HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)级分的特性粘度低于3.3dl/g、更优选地低于3.1dl/g、最优选地低于3.0dl/g。甚至更优选的是，多相丙烯共聚物(HECO)的二甲苯冷可溶物(XCS)级分的特性粘度在1.5至3.3dl/g的范围内，更优选地在2.0至3.1dl/g的范围内，还更优选地在2.2至3.0dl/g的范围内。
特别优选的是，多相丙烯共聚物(HECO)包括作为聚丙烯基体(M-HECO)的丙烯均聚物(H-PP2)和作为弹性体丙烯共聚物(E1)的乙丙橡胶(EPR1)。
优选地，多相丙烯共聚物(HECO)具有不超过100g/10min、更优选地在2至50g/10min范围内、还更优选地在5.0至30g/10min范围内、例如在8.0至25g/10min范围内的熔体流动速率MFR2(230℃)。
在一个实施方案中，本发明的纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的多相丙烯共聚物(HECO)。
在另一个实施方案中，本发明的纤维增强聚合物组合物包括作为聚丙烯(PP)的多相丙烯共聚物(HECO)和丙烯均聚物(H-PP1)。
在该情况下，应当理解，多相丙烯共聚物(HECO)和丙烯均聚物(H-PP1)以特定重量比存在于本发明的纤维增强聚合物组合物中，以确保在低密度下的良好平衡的机械性能。特别地，优选的是，多相丙烯共聚物(HECO)和丙烯均聚物(H-PP1)以3:1至1:3、更优选地2:1至1:2范围内的、例如约1:1的重量比存在于本发明的纤维增强聚合物组合物中。
在另一个实施方案中，尤其是如果需要非常高的刚度而不是高抗冲性能时，则本发明的纤维增强聚合物组合物仅包括丙烯均聚物(H-PP1)作为聚丙烯(PP)。
聚丙烯(PP)可以包括成核剂，该成核剂优选地为聚合物成核剂、更优选地为α-成核剂，例如，聚合物α-成核剂。
聚丙烯(PP)或其组分之一，优选地聚丙烯(PP)的(α)-成核剂含量优选地为高达5.0重量％。在优选的实施方案中，聚丙烯(PP)或其组分之一，优选地聚丙烯(PP)包含不超过3000ppm、更优选地1至2000ppm的(α)-成核剂，该(α)-成核剂特别地选自由二亚苄基山梨醇(例如1,3:2,4二亚苄基山梨醇)、二亚苄基山梨醇衍生物、优选地二甲基二亚苄基山梨醇(例如1,3:2,4-二(甲基亚苄基)山梨醇)、或取代的诺尼醇衍生物(例如1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O-[(4-丙基苯基)亚甲基]-诺尼醇)、乙烯基环烷烃聚合物、乙烯基烷烃聚合物及其混合物组成的组。
在优选的实施方案中，聚丙烯(PP)或其组分之一包含作为优选的α-成核剂的乙烯基环烷烃(例如乙烯基环己烷(VCH))聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物。优选地，在该实施方案中，聚丙烯(PP)包含乙烯基环烷烃(例如乙烯基环己烷(VCH))聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物，优选地乙烯基环己烷(VCH)。
成核剂可以作为母料引入。可选地，如本发明中所限定的一些α-成核剂也可以通过如下所述的BNT-技术引入。
例如，在聚丙烯(PP)或其组分之一的聚合过程期间，可以将成核剂引入聚丙烯(PP)或其组分之一，或者可以将成核剂以母料(MB)的形式与例如载体聚合物一起掺入到丙烯共聚物。
在母料(MB)掺入的实施方案的情况下，母料(MB)包含基于母料(MB)(100重量％)的重量的不超过500ppm、更优选地1至200ppm、还更优选地5至100ppm的量的如以上和以下限定的成核剂，该成核剂优选地为聚合物成核剂、更优选地为α-成核剂、最优选地为乙烯基环烷烃(例如，乙烯基环己烷(VCH))聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物、优选地为乙烯基环己烷(VCH)聚合物。在该实施方案中，更优选地，基于聚丙烯(PP)的总量，所述母料(MB)以不超过10.0重量％、更优选地不超过5.0重量％、最优选地不超过3.5重量％的量存在，其中母料(MB)的优选的量为1.5至3.5重量％。最优选地，母料(MB)包括根据如下所述的BNT技术已经成核的丙烯的均聚物或共聚物、优选均聚物，母料(MB)优选地由根据如下所述的BNT技术已经成核的丙烯的均聚物或共聚物、优选均聚物组成。
优选的是，在聚丙烯(PP)的组分之一的聚合过程期间，将成核剂引入聚丙烯(PP)中。通过如上文或下文所限定的在包括固体催化剂组分(优选地固体齐格勒-纳塔催化剂组分)、助催化剂和任选的外部给体的催化剂体系的存在下首先将上文限定的乙烯基化合物、优选地乙烯基环烷烃聚合，将成核剂优选地引入聚丙烯(PP)或其组分之一中，然后将所获得的乙烯基化合物的聚合物、优选地乙烯基环己烷(VCH)聚合物和催化剂体系的反应混合物用于制备聚丙烯(PP)或其组分之一。在所述丙烯共聚物的聚合过程期间，上述将聚合物成核剂掺入聚丙烯(PP)中在本文中被称为如下所述的BNT-技术。
所述获得的反应混合物在下文中可互换地称为改性的催化剂体系。
优选地，乙烯基环烷烃是通过BNT技术引入丙烯共聚物中的乙烯基环己烷(VCH)聚合物。
更优选地，在该优选实施方案中，聚丙烯(PP)或其组分之一，优选地聚丙烯(PP)中的乙烯基环烷烃(例如乙烯基环己烷(VCH))聚合物和/或乙烯基烷烃聚合物、更优选地乙烯基环己烷(VCH)聚合物的量不超过500ppm、更优选地为1至200ppm、最优选地为5至100ppm。
关于BNT技术，参考国际申请WO 99/24478、WO 99/24479、特别是WO 00/68315。根据该技术，催化剂体系，优选地齐格勒-纳塔主催化剂可以通过在催化剂体系存在下聚合乙烯基化合物来改性，该催化剂体系特别包括特殊的齐格勒-纳塔主催化剂、外部给体和助催化剂，其中乙烯基化合物具有下式：
CH2＝CH-CHR3R4
其中R3和R4一起形成5元或6元的饱和的、不饱和的或芳族环或独立地表示包含1至4个碳原子的烷基基团，并且经改性的催化剂用于制备根据本发明的聚丙烯(PP)。所聚合的乙烯基化合物用作α-成核剂。在催化剂的改性步骤中乙烯基化合物与固体催化剂组分的重量比优选地为高达5(5:1)、优选地高达3(3:1)、最优选地0.5(1:2)至2(2:1)。最优选的乙烯基化合物是乙烯基环己烷(VCH)。
碳纤维(CF)
应当理解，纤维增强聚合物组合物应该具有良好平衡的机械性能，例如高刚度和高冲击性能。为了确保优异的刚度，纤维增强聚合物组合物包括碳纤维(CF)。因此，纤维增强聚合物组合物的一个必要组分是碳纤维(CF)。
纤维增强聚合物组合物中所使用的碳纤维(CF)优选地具有0.5至300mm、更优选地1.0至250mm、例如1.5至200mm的平均长度。更优选地，纤维增强聚合物组合物中所使用的碳纤维(CF)优选地为环状碳纤维(CF)。碳纤维优选地具有2至30μm、更优选地3至25μm、最优选地5至20μm的平均直径。
优选地，碳纤维(CF)具有1.3至2.2g/cm3、更优选地1.4至2.1g/cm3、最优选地1.5至1.9g/cm3的密度。
优选地，碳纤维(CF)为非织造织物的形式。
优选地，基于非织造织物的总重量，非织造织物包括至少50重量％的碳纤维(CF)、更优选地至少65重量％的碳纤维、甚至更优选地至少75重量％的碳纤维(CF)和最优选地至少80重量％的碳纤维(CF)。
根据本发明的非织造织物可以包括聚合物化合物，例如上浆剂和/或缝纫线。
可以理解，非织造织物可以是再生材料，除了优选的碳纤维之外，其可以包含少量的另外的化合物，例如，上浆剂、玻璃纤维、缝纫线等，这取决于打算的第一用途。
在一个实施方案中，非织造织物不含聚合物材料。碳纤维不被认为是聚合物材料。
如果存在缝纫线，则基于非织造织物的总重量，缝纫线的量通常在0.25至10重量％的范围内、优选地在0.5至7.5重量％的范围内、最优选地在1.0至3.0重量％的范围内。合适的缝纫线例如是聚酯纤维。
在一个实施方案中，碳纤维(CF)、优选地非织造织物，包括上浆剂，以改善其与聚合物基体的润湿性和偶联性。优选地，碳纤维(CF)、优选地非织造织物，包括在纤维表面上的上浆剂。优选地，碳纤维(CF)、优选地非织造织物，包括选自环氧树脂、聚醚改性环氧树脂、聚氨酯、氨基硅烷接枝聚丙烯的上浆剂。
在一个尤其优选的实施方案中，碳纤维(CF)、优选地非织造织物，包括作为上浆剂的环氧树脂、更优选地聚醚改性环氧树脂。合适的上浆剂例如是由Cytec分销的DuroxySEF968w。成膜剂、润滑剂、稳定剂和抗静电剂也可以被包括在上浆剂中。
通常，基于碳纤维(CF)、优选地非织造织物的总重量，该上浆剂的量为15重量％以下、更优选地10重量％以下、最优选地7.5重量％以下。
非织造织物可以是再生材料，该再生材料除了包含优选的碳纤维之外还可以包含这些(以及可能还有其它)另外的化合物。
在碳纤维(CF)为非织造织物的形式的情况下，非织造织物优选地为条带的形式。
通常条带的宽度不超过300mm。优选地，条带具有10至300mm的宽度、优选地25至250mm的宽度、最优选地40至200mm的宽度。另外地或可选地，条带优选地具有至少50cm、更优选地至少150cm、最优选地至少250cm的长度。
条带可以是卷的形式。因此，长度没有特别限制。然而，长度没有特别限制，即，条带可以是所谓的“环状条带”。
非织造织物的平均重量优选地在100至1000g/m2的范围内、更优选地在150至800g/m2的范围内、最优选地在250至650g/m2的范围内。
非织造织物的特征还在于单位面积的恒重。因此，表达成具有较高重量的部分与具有较低重量的部分的商的具有相同面积的非织造织物的两个部分之间的重量差优选地在10％以内、更优选地在5％以内。
从碳纤维(CF)制备非织造织物(例如，粗纱或可以是铺设网形式的再生材料)在本领域中是公知的。合适的方法例如是针刺法。
优选地，非织造织物是优选地通过针刺而获得的非织造织物的形式。
应当理解，碳纤维(CF)优选地是本发明纤维增强聚合物组合物中存在的唯一纤维。因此，纤维增强聚合物组合物优选地不含选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。更优选地，纤维增强聚合物组合物不含与碳纤维(CF)不同的纤维(F)。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物不含平均直径大于15μm、优选地大于12μm、最优选地大于9μm的纤维(F)。另外地或可选地，纤维增强聚合物组合物不含平均直径小于2μm、优选地小于3μm、最优选地小于5μm的纤维(F)。
作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)
为了实现碳纤维(CF)在纤维增强聚合物组合物中用作基体的聚合物组分中更容易且更均匀的分散，纤维增强聚合物组合物包括特定的偶联剂。
根据本发明的偶联剂是特定的极性改性聚丙烯(PMP)。
极性改性聚丙烯(PMP)优选地为包含极性基团的聚丙烯。在下文中，将更精确地限定聚丙烯，其随后被改性成如下文详述的极性改性聚丙烯(PMP)。
聚丙烯优选地为丙烯均聚物或无规丙烯共聚物，例如，(i)丙烯和(ii)乙烯和/或C4至C12α-烯烃的共聚物，优选地(i)丙烯和(ii)选自由乙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组的α-烯烃的共聚物。关于“无规”的定义，参考上文提供的信息。
在一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是改性的无规丙烯共聚物，其中所述无规丙烯共聚物包括作为唯一的共聚单体单元的乙烯。
优选地，可衍生自丙烯的单元构成无规丙烯共聚物的主要部分，即，基于丙烯共聚物的总重量，至少90.0重量％、更优选地在92.0至99.5重量％范围内、还更优选地在92.5至98.0重量％范围内、甚至更优选地在93.0至96.0重量％范围内的可衍生自丙烯的单元。因此，基于无规丙烯共聚物的总重量，无规丙烯共聚物中的衍生自乙烯和/或C4至C12α-烯烃、优选地衍生自乙烯的单元的量为至多10.0重量％、更优选地在0.5至8.0重量％范围内、还更优选地在2.0至7.5重量％范围内、甚至更优选地在4.0至7.0重量％范围内。应该特别理解的是，无规丙烯共聚物仅包括可衍生自丙烯和乙烯的单元。本段中给出的共聚单体用量优选地属于未改性的无规丙烯共聚物。
另外，可以理解，无规丙烯共聚物具有在125至145℃的范围内、更优选地在128至140℃范围内、最优选地在131至138℃范围内的熔融温度Tm。在该段中给出的熔融温度是未改性的无规丙烯共聚物的熔融温度。
另外地或可选地，无规丙烯共聚物(即未改性的无规丙烯共聚物)具有在1至30g/10min范围内、优选地在1至20g/10min范围内、更优选地在1至10g/10min范围内、最优选地在2至6g/10min范围内的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃)。
应当理解，极性改性聚丙烯(PMP)包括衍生自极性基团的基团。在本文中，优选包括衍生自极性化合物的基团的极性改性聚丙烯(PMP)，该极性化合物特别是选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物、以及离子化合物组成的组。
所述极性基团的具体示例是不饱和环状酸酐及其脂肪族二酯、和二酸衍生物。特别地，可以使用马来酸酐和选自C1至C10直链和支链的马来酸二烷基酯、C1至C10直链和支链的富马酸二烷基酯、衣康酸酐、C1至C10直链和支链的衣康酸二烷基酯、马来酸、富马酸、衣康酸及其混合物的化合物。
在结构方面，极性改性聚丙烯(PMP)优选地选自优选地如上所限定的聚丙烯，例如，如上所限定的无规丙烯共聚物的接枝共聚物或嵌段共聚物。
优选地，极性改性聚丙烯(PMP)(即，偶联剂)是如上在“作为偶联剂的极性改性丙烯(PMP)”部分中所限定的用该极性基团接枝的聚丙烯，如无规丙烯共聚物。
特别优选将用马来酸酐接枝的如上在“作为偶联剂的极性改性丙烯(PMP)”部分中所限定的聚丙烯，例如无规丙烯共聚物用作极性改性聚丙烯(PMP)，即偶联剂。
在一个实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的如上所限定的无规丙烯共聚物。因此，在一个特定优选的实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的无规丙烯乙烯共聚物，更优选地，其中基于无规丙烯乙烯共聚物的总量，乙烯含量在2.0至7.5重量％的范围内、更优选地在4.0至7.0重量％的范围内。
为了实现碳纤维(CF)在聚合物组分中所需的分散，确保纤维增强聚合物组合物提供在低密度下良好平衡的机械性能，例如高刚度和高冲击性，可以理解，极性改性聚丙烯(PMP)包括用量高于对聚丙烯所考虑的极性改性聚丙烯中通常使用的量的衍生自极性基团的基团。
基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)中的衍生自极性基团的基团的所需量因此为0.5至5.0重量％。优选地，基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)中的衍生自极性基团的基团的量为1.0至5.0重量％、更优选地1.5至4.0重量％、还更优选地2.0至3.0重量％、最优选地2.0至2.8重量％、例如2.2至2.4重量％。
因此，在一个特定优选的实施方案中，极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的无规丙烯乙烯共聚物，更优选地，其中基于无规丙烯乙烯共聚物的总量，乙烯含量在2.0至7.5重量％的范围内、更优选地在4.0至7.0重量％的范围内，和/或基于极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，极性改性聚丙烯(PMP)中衍生自马来酸酐的基团的量为1.0至5.0重量％、更优选地1.5至4.0重量％、还更优选地2.0至3.0重量％、最优选地2.0至2.8重量％、例如2.2至2.4重量％。
根据ISO 1133的一般定义对极性改性聚丙烯(PMP)所测量的熔体流动指数MFI(170℃；1.2kg)的优选的值为10至150g/10min，例如在30至120g/10min的范围内。例如，极性改性聚丙烯(PMP)具有50至100g/10min、60至80g/10min的根据ISO 1133的一般定义所测量的熔体流动指数MFI(170℃；1.2kg)。
极性改性聚丙烯(PMP)的熔体流动速率MFR2(230℃；2.16kg)的优选的值为350至600g/10min、例如在400至550g/10min的范围内。
另外地或可选地，应当理解，极性改性聚丙烯(PMP)优选地具有在120至150℃的范围内、更优选地在125至145℃的范围内、最优选地在130至140℃的范围内的熔融温度Tm。
极性改性聚丙烯(PMP)可以通过两步接枝方法以简单的方式制备，该两步接枝方法包括作为第一步骤的固体阶段和作为第二步骤的熔体阶段。这些方法步骤在本领域中是公知的。
极性改性聚丙烯(PMP)在本领域中是已知的并且是市售的。合适的示例是BYK的SCONA TSPP 3598GB。
在一个实施方案中，纤维增强聚合物组合物包括如上所限定的极性改性聚丙烯(PMP)作为唯一的极性改性聚丙烯(PMP)。
制品
本发明还涉及包括根据本发明的纤维增强聚合物组合物的制品。优选地，制品包括至少80重量％(例如，80至99.9重量％)、更优选地至少90重量％(例如，90至99.9重量％)、还更优选地至少95重量％(例如，95至99.9重量％)的根据本发明的纤维增强聚合物组合物。在一个实施方案中，制品由根据本发明的纤维增强聚合物组合物组成。
优选地，制品是模塑制品，优选地是注塑制品或发泡制品。
该制品可以是洗衣机或洗碗机或汽车制品的部件，尤其是汽车内饰和汽车外饰的部件。
优选的汽车制品选自由仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内装饰件等组成的组。
汽车制品典型地是模塑制品，优选地是注塑制品以及发泡制品。优选地，汽车制品，尤其是前段中所限定的那些制品是注塑制品。
本发明的纤维增强聚合物组合物也可以用于制备制品、优选地模塑制品、更优选地注塑制品以及发泡制品。
在另一方面中，本发明还涉及本发明的纤维增强聚合物组合物用于制备制品的用途，该制品例如是洗衣机或洗碗机以及汽车制品的部件，尤其是汽车内饰和汽车外饰的部件，例如，仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内装饰件等。
在下文中，将更详细地描述本发明。
实施例
1、定义/测量方法
术语和测定方法的以下定义适用于本发明的以上的一般描述以及以下实施例，除非另有定义。
通过NMR光谱对微结构的定量
定量核磁共振(NMR)光谱用来定量聚丙烯均聚物的全同立构规整度和区域规整度(regio-regularity)。
使用对1H和13C分别在400.15MHz和100.62MHz下操作的Bruker Advance III400NMR光谱仪，在溶液状态下记录定量13C{1H}NMR光谱。对所有气动装置使用氮气，使用13C优化的10mm扩展温度探头(extended temperature probehead)在125℃下记录所有光谱。
对于聚丙烯均聚物，将约200mg的材料溶解在1,2-四氯乙烷-d2(TCE-d2)中。为了确保均匀的溶液，在热块中制备初始样品后，将NMR管在旋转烘箱中进一步加热至少1小时。在***磁体后，以10Hz使管旋转。选择该装置主要是为了立构规整度分布定量所需的高分辨率(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443；Busico,V.；Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。利用NOE和双层WALTZ16去耦方案，采用标准的单脉冲激励(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225；Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.RapidCommun.2007,28,11289)。每个光谱获得总共8192(8k)个瞬变值。
对定量13C{1H}NMR光谱进行处理、积分，以及使用专用计算机程序由积分确定相关的定量性能。
对于聚丙烯均聚物，所有化学位移内部参考21.85ppm处的甲基全同立构五单元组(mmmm)。
观测到对应于区域缺陷的特征信号(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253；；Wang,W-J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157；Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950)或对应于共聚单体的特征信号。
通过在23.6-19.7ppm之间的甲基区域(对与感兴趣的立构序列无关的任何位点的校正)的积分来定量立构规整度分布(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443；Busico,V.,Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。
具体地，通过从立构序列的特定积分区域减去代表性的区域缺陷和共聚单体积分来校正区域缺陷和共聚单体对立构规整度分布的定量的影响。
全同立构规整度在五单元组水平上确定，并且报告为全同立构五单元组(mmmm)序列相对于所有五单元序列的百分数：
[mmmm]％＝100×(mmmm/所有五单元组的总和)
在17.7ppm和17.2ppm处存在两个甲基位点表明2,1赤式区域缺陷的存在，并且其他特征位点确认了2,1赤式区域缺陷的存在。没有观测到对应于其他类型的区域缺陷的特征信号(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253)。
使用在17.7ppm和17.2ppm处的两个特征甲基位点的平均积分定量2,1赤式区域缺陷的量：
P21e＝(Ie6+Ie8)/2
基于甲基区域(其中对包括在该区域中的与主要***无关的位点以及对排除在该区域外的主要***位点进行校正)来定量1,2主要***的丙烯的量：
P12＝ICH3+P12e
丙烯的总量被定量为主要***的丙烯和所有其它存在的区域缺陷的总和：
P总＝P12+P21e
相对于所有丙烯，定量2,1-赤式区域缺陷的摩尔百分数：
[21e]摩尔％＝100×(P21e/P总)
观测到对应于乙烯掺入的特征信号(如在Cheng，H.N.,Macromolecules 1984,17,1950中所述)，以及共聚单体分数计算为聚合物中的乙烯相对于聚合物中的所有单体的分数。
使用W-J Wang和S.Zhu,Macromolecules 2000,33 1157的方法，通过13C{1H}光谱中的整个光谱区域的多重信号的积分对共聚单体分数进行定量。选择该方法是因为其稳定的性质和在需要时解释区域缺陷的存在的能力。积分区域被略微调整以增加在所遇到的共聚单体含量的整个范围内的适用性。
由摩尔分数计算共聚单体掺入的摩尔百分数。
由摩尔分数计算共聚单体掺入的重量百分数。
根据ISO 1133(230℃，2.16kg负荷)测量MFR2(230℃)。
根据ISO 1133(190℃，2.16kg负荷)测量MFR2(190℃)。
根据ISO 1133(170℃，1.2kg负荷)的一般定义测量MFR(170℃)。
DSC分析、熔融温度(Tm)和熔融焓(Hm)、结晶温度(Tc)和结晶焓(Hc)：在5至7mg样品上用TA Instrument Q200差示扫描量热仪(DSC)测量。根据ISO 11357/第3部分/方法C2，在-30至+225℃的温度范围下，扫描速率为10℃/min以加热/冷却/加热周期运行DSC。从冷却步骤测定结晶温度和结晶焓(Hc)，而从第二加热步骤测定熔融温度和熔融焓(Hm)。
根据ISO 6721-7，通过动态力学分析测定玻璃化转变温度Tg。在-100℃和+150℃之间，以2℃/分钟的加热速率和1Hz的频率，以扭转模式在圧缩成型样品(40×10×1mm3)上完成测量。
根据ISO 1183-187测量聚合物组合物的密度。按照ISO 1872-2:2007，通过压缩成型完成样品的制备。
二甲苯冷可溶物(XCS，重量％)：根据ISO 16152(第一版；2005年07月01日)在25℃下测定二甲苯冷可溶物(XCS)的含量
根据DIN ISO 1628/1(1999年10月)(在135℃下，在十氢化萘中)测量特性粘度。
使用如在EN ISO 1873-2中描述的注塑试样(狗骨形状，4mm的厚度)，根据ISO527-2(十字头速度＝1mm/min；23℃)测量拉伸模量；拉伸强度。
根据ISO 179 1eA在-20℃和23℃下使用按照EN ISO 1873-2注塑成型的80×10×4mm3测试样条来测定却贝缺口冲击强度(Charpy notched impact strength)。
根据ISO 1888：2006(E)，方法B，显微镜放大倍数为1000，测定平均纤维直径。
2、实施例
通过在同向旋转双螺杆挤出机(来自Coperion的ZSK 40)上配混来制备以下的本发明的实施例IE1至IE4和比较例CE1至CE3。
使用以下工艺参数：
-生产量为100kg/h
-螺杆转速为100-150rpm
-料筒温度约250℃
-具有5mm孔的模板，其中打开3个孔。
将与碳纤维不同的聚合物和组分进料到挤出机中并在挤出机的由三个捏合块(两个KB45/5/40，随后是KB 45/5/20LH)和左旋输送元件组成的第四料筒中熔融捏合。使用侧进料器将碳纤维加入第六料筒中。使用位于第八料筒中并且由三个捏合块(KB45/5/20)组成的第二捏合区均匀地分散碳纤维。此外，使用位于第8料筒和第9料筒之间的两个TME元件(一个是TME 22.5/20，一个是TME 22.5/20HL)进一步分散碳纤维。
表1总结了本发明实施例和比较例的组合物及其性能
表1：本发明的实施例和比较例的组合物和力学性能概述
IE 1 IE 2 IE 3 IE 4 CE 1 CE 2 CE 3
H-PP1 [重量％] 90 45
HECO [重量％] 90 93 45
PP-2 [重量％] 94 94.9 95
碳纤维 [重量％] 5 5 2 5
玻璃纤维 [重量％] 5
滑石 [重量％] 5 5
NA11 [重量％] 0.1
PMP [重量％] 5 5 5 5
PMP2 [重量％] 1
密度 [g/cm3] 950 950 923 950 987 996 997
拉伸模量 [MPa] 4250 2690 1670 3192 2460 2758 2239
拉伸强度 [MPa] 60.5 33.6 24.1 43.6 50.1 42.6 39.4
却贝缺口冲击强度+23℃ [kJ/m2] 2.2 7.5 8.3 3.9 3.8 2 3.7
“H-PP1”是Borealis AG的市售丙烯均聚物HF955MO，其具有19.5g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)和167℃的熔融温度；
“HECO”是在具有串联连接的预聚合反应器、两个环流反应器和两个气相反应器的设备中，使用来自LyondellBasell的方法制备的。单峰丙烯均聚物基体在两个环流中制备；在两个气相反应器中制备由乙丙橡胶组成的分散相。在聚合中所使用的催化剂是从LyondellBasell可商购的ZN104催化剂，助催化剂是三乙基铝(TEA)，并且二环戊基二甲氧基硅烷被用作外部给体。通常，可进行如EP2 251 375A1中所述的HECO的聚合。HECO的聚合条件和性能可以从下表2中采集。
表2a：HECO的聚合条件
表2b：HECO的聚合条件
“PP-2”是Borealis AG的市售丙烯均聚物HD120MO，其具有8g/10min的熔体流动速率MFR2(230℃)；
“碳纤维”是包括80重量％的碳纤维的非织造织物，并且已经通过针刺法制备：碳纤维具有7μm的平均直径。
“玻璃纤维”是具有17μm的平均直径的玻璃纤维，该玻璃纤维在制备前是环状粗纱，在造粒后具有约10mm的长度；
“滑石”是来自IMIFabi的具有2.4μm的平均直径的滑石；
“PMP”是具有71g/10min的MFI(170℃)和2.2-2.4重量％的马来酸酐含量的德国BYK有限公司的牌号为“TSPP3598GB”的乙烯聚丙烯共聚物(经马来酸酐功能化)，其中进一步地，乙烯聚丙烯共聚物具有5.6重量％的乙烯含量；
“PMP2”是密度为0.9g/cm3、MFR2为430g/10min、MAH含量为2.33摩尔％的埃克森美孚公司(Exxon Mobil)的牌号为“Exxelor PO1020”的市售马来酸酐功能化的聚丙烯；
“NA11”是Adeka公司的α-成核剂2,2'-亚甲基双-(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠。
从表1可以看出，包括与聚丙烯基体中的特定极性改性聚丙烯组合的碳纤维的本发明实施例IE1至IE4，在降低的密度和因此在轻重量下具有良好平衡的机械性能，如刚度和抗冲击性能。
从图1和图2中同样可以看出这一点，其中图1和图2示出了在聚丙烯基体中使用与特定极性改性聚丙烯组合的碳纤维与使用滑石或玻璃纤维相比在机械性能方面的优点。特别地，对于本发明实施例，拉伸和冲击性能处于较高或可比较的水平，但具有显著较低的密度。在图3和图4中，报告了材料的比模量和比强度，即模量和强度通过密度被归一化。在该方面，可以看出，本发明实施例比比较例水平高或与比较例处于相同水平。关于本发明实施例IE3，应该注意，填料水平非常低，从而获得较低的值。

Claims (16)

1.一种纤维增强聚合物组合物，包括
(a)基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量，65至98.9重量％的聚丙烯(PP)；
(b)基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量，1至10重量％的碳纤维(CF)；和
(c)基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量，0.1至10重量％的作为偶联剂的极性改性聚丙烯(PMP)，
其中基于所述极性改性聚丙烯(PMP)的总重量，所述极性改性聚丙烯(PMP)包括1至5重量％的量的衍生自极性基团的基团。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述聚丙烯(PP)具有
(a)不大于100g/10min的根据ISO 1133所测量的熔体流动速率MFR2(230℃，2.16kg)；和/或
(b)至少130℃的熔融温度Tm。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述聚丙烯(PP)是丙烯均聚物(H-PP1)和/或丙烯共聚物(C-PP1)。
4.根据权利要求3所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述丙烯共聚物(C-PP1)是多相丙烯共聚物(HECO)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述碳纤维(CF)为非织造织物的形式。
6.根据权利要求5所述的纤维增强聚合物组合物，其中基于所述非织造织物的总重量，所述非织造织物包括至少50重量％的碳纤维(CF)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述碳纤维(CF)包括上浆剂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述纤维增强聚合物组合物不含选自包括玻璃纤维、金属纤维、矿物纤维、陶瓷纤维及其混合物的组的纤维(F)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)包括衍生自极性基团的基团，所述极性基团选自由酸酐、羧酸、羧酸衍生物、伯胺和仲胺、羟基化合物、噁唑啉和环氧化物、以及离子化合物组成的组。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的丙烯聚合物。
11.根据权利要求10所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述极性改性聚丙烯(PMP)是用马来酸酐接枝的丙烯共聚物，优选地所述用马来酸酐接枝的丙烯共聚物包括作为共聚单体单元的乙烯。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中基于所述纤维增强聚合物组合物的总重量，所述纤维增强聚合物组合物还包括至少一种高达20重量％的量的添加剂。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的纤维增强聚合物组合物，其中所述纤维增强聚合物组合物具有
(a)等于或小于0.985g/cm3的密度；和/或
(b)至少2500MPa的根据ISO 527-2的拉伸模量；和/或
(c)至少20MPa的根据ISO 527-2的拉伸强度。
14.一种制品，包括根据前述权利要求1至13中任一项所述的纤维增强聚合物组合物。
15.根据权利要求14所述的制品，其中所述制品是模塑制品，优选地是注塑制品或发泡制品。
16.根据权利要求14或15所述的制品，其中所述制品是洗衣机或洗碗机或汽车制品的部件，尤其是汽车内饰和汽车外饰的部件，例如，仪表托架、护罩、结构托架、保险杠、侧装饰件、踏板辅助件、车身板件、扰流板、仪表板、内装饰件等。
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