一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材及制备方法 |
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| 申请号 | CN201611060449.2 | 申请日 | 2016-11-28 | 公开(公告)号 | CN106476299A | 公开(公告)日 | 2017-03-08 |
| 申请人 | 杜登汉; | 发明人 | 杜登汉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于热塑性 复合材料 制备技术领域，公开了一种连续 纤维 含量可控的热塑性复合蜂窝板材及其制备方法。本发明制备方法包括以下步骤：将连续纤维和 树脂 纤维分别展开，共混后收卷，得到复合纤维束，将其编织为复合纤维织物， 热处理 ，在蜂窝板的上下各层叠多层热处理后复合纤维织物，一步 热压 复合得到热塑性复合蜂窝板材；热处理指对复合纤维织物进行热烘处理，热烘处理的 温度 为树脂的热 变形 温度和熔融温度之间。本发明解决了纤维在复合材料中的分散均匀问题，实现纤维高达70％的大量填充，制备得到的板材具有优异的强度和 刚度 ，可适应不同领域的要求。通 过热 处理解决了热压时热变形收缩问题，无需热压得片材再得到板材，可一步热压得到板材。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材及制备方法技术领域背景技术[0002] 连续纤维(如玻纤，碳纤等)增强热塑性复合材料，源于碳纤维增强热固性树脂预浸料，但它比预浸料有更好的抗冲击性能和成型加工性能。早期的产品用聚醚醚酮(PEEK)等高性能工程塑料替代热固性树脂用于航空航天和军工产品，近年随着热塑性树脂浸渍技术的扩散，树脂基体从工程塑料扩展到聚丙烯(PP)，聚酯(PET)等通用热塑性塑料，不仅大大降低了塑料片材的价格，也大幅降低了塑料片材对成塑工艺的要求。塑料片材的应用向汽车、运输、建筑建材、体育休闲等领域发展，纤维的种类也从玻纤延伸到碳纤等各种纤维，从而使其成为复合材料市场中发展最快的产品之一。 [0003] 连续纤维增强热塑性复合材料，其生产方法有很多种，但关键是要解决好连续纤维和热塑性塑料的结合，以及连续纤维在热塑性材料中的均匀分布，同时，控制好连续纤维的含量以适应不同的用途。现有的研究主要有三种，(1)为在热塑性树脂片材中间插入纤维毡制成TP/mat/TP夹层材料，再热压得到板材；(2)为将热塑性树脂挤出均匀覆盖在玻璃纤维布(或毡)表面，利用热压辊加热辊压，对玻璃纤维布(或毡)进行预浸渍；(3)为利用熔融树脂对玻璃纤维进行预浸渍，以其编织物为基材用于热压。但是，以上方法均存在各种问题，如方法(1)由于纤维毡与树脂间相容性差，热压得到的板材层与层间结合力弱，容易出现剥离现象；方法(2)中虽然对玻璃纤维布(或毡)进行了预浸渍，以提高其与树脂基体的结合力，但是其浸渍效果主要在表面进行，很难使处于中间位置的玻纤分散而得到浸渍，所以浸渍效果不理想；而方法(3)中虽然对玻纤束先进行浸渍包覆，但是由于单束玻纤束只在面上包覆树脂，纤维束内部的玻纤得不到浸渍，相互作用力弱，且包覆树脂量大，严重影响玻纤的填充量，无法实现大量填充从而获得优异的增强效果。本发明将连续纤维与树脂纤维展开后共混收卷，采用编织织布的方法来生产各类连续纤维增强热塑性复合材料基材，通过热处理后一步热压得到相应的板材，包括中间含蜂窝夹层的复合蜂窝板材，其连续纤维含量可控，可用于不同的领域。 发明内容[0004] 为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材的制备方法。 [0005] 本发明另一目的在于提供上述方法制备的连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材。 [0006] 本发明的目的通过下述方案实现： [0007] 一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材的制备方法包括以下步骤： [0010] 本发明通过对编织得到的复合纤维织物在其树脂的热变形温度和熔融温度之间的温度下进行热处理，有效解决了织物在热压时产生的热变形收缩问题，无需先由基材热压得到片材再热压得到板材，可由基材一步热压得到无收缩变形的板材，且消除了多次高温热压造成的材料性能的影响，进一步保证材料的优异性能。 [0011] 本发明所述的展开、共混后收卷优选为将连续纤维和树脂纤维分别展开后单向上下层叠，采用滚轮进行滚压使其混合均匀再收卷，得到复合纤维束。 [0013] 更进一步的，所述的连续纤维先进行表面处理。所述表面处理为本领域常规的表面处理即可，如采用表面处理剂进行处理。本领域技术人员均知，纤维束与树脂材料相容性极差，其使用前均需要使用表面处理剂进行处理。本发明采用常规的表面处理剂对纤维束进行常规处理即可。 [0014] 进一步的，所述的连续纤维的直径为5～20μm。 [0015] 所述的树脂纤维是由热塑性树脂拉丝制作得到的纤维。所述的热塑性树脂可为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对二苯二甲酸乙二酯醇(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)等。 [0016] 更进一步的，所述的树脂纤维还包括上述热塑性树脂改性后得到的改性树脂纤维，如将热塑性树脂与其他改性助剂混合处理后再进行拉丝得到改性树脂纤维。所述其他助剂可包括但不限于阻燃剂、抗静电剂、抗老化剂等，从而赋予复合蜂窝板材各项性能。 [0017] 所述复合纤维织物可通过机织得到。 [0018] 所述复合纤维织物优选为双轴向织物，采用0°，90°的形式。 [0020] 本发明提供上述方法制备得到的连续纤维增强热塑性复合蜂窝板材。 [0021] 本发明通过将连续纤维与树脂纤维分别展开再进行共混收卷，因利用滚轮滚压使树脂纤维均匀分散于纤维之间，解决了纤维在复合材料中的分散均匀问题，且通过调整使用的连续纤维和树脂纤维的比例有效控制连续纤维的填充量。本发明纤维和树脂纤维展开共混，只需要添加少量树脂纤维即可实现对纤维的充分浸渍，可实现纤维高达70％的大量填充，制备得到的板材具有优异的强度和刚度，可适应不同领域的要求。且由于均匀分布可有效提高其与纤维的结合性，从而实现优异的结合效果，解决了各种纤维与热塑性树脂的界面结合问题。 [0022] 且本发明通过对复合纤维织物介于其树脂纤维的热变形温度和熔融温度间的热处理工艺，有效解决了织物在热压时产生的热变形收缩问题，可一步热压得到无收缩变形的板材，而无需经过先生产片板，再生产板材，简化了材料热压的步骤，大大提高了生产效率，节省了大量能源。 具体实施方式[0023] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0024] 下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。 [0025] 实施例1 [0026] 一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材的制备方法，包括以下步骤： [0027] 对购买回来的直径为5～20μm的连续玻璃纤维采用表面处理剂进行表面处理。 [0028] 将处理后连续玻璃纤维和PP树脂纤维分别展开，单向上下层叠，采用滚轮进行滚压使其混合均匀再收卷，得到复合纤维束。将其利用机织编织采用0°，90°的形式得到双轴向复合纤维织物，在90℃下热烘处理24h，在蜂窝板的上下各层叠3层热烘处理后复合纤维织物，压辊热压复合，得到热塑性复合蜂窝板材。 [0029] 其中，所述连续玻璃纤维和PP树脂纤维的质量比为30：70。 [0030] 对所得板材进行相关性能测试，结果见表1。 [0031] 实施例2 [0032] 一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材的制备方法，包括以下步骤： [0033] 对购买回来的直径为5～20μm的连续玻璃纤维采用表面处理剂进行表面处理。 [0034] 将处理后连续玻璃纤维和PP树脂纤维分别展开，单向上下层叠，采用滚轮进行滚压使其混合均匀再收卷，得到复合纤维束。将其利用机织编织采用0°，90°的形式得到双轴向复合纤维织物，在90℃下热烘处理24h，在蜂窝板的上下各层叠3层热烘处理后复合纤维织物，压辊热压复合，得到热塑性复合蜂窝板材。 [0035] 其中，所述连续玻璃纤维和PP树脂纤维的质量比为60：40。 [0036] 对所得板材进行相关性能测试，结果见表1。 [0037] 实施例3 [0038] 一种连续纤维含量可控的热塑性复合蜂窝板材的制备方法，包括以下步骤： [0039] 对购买回来的直径为5～20μm的连续玻璃纤维采用表面处理剂进行表面处理。 [0040] 将处理后连续玻璃纤维和PP树脂纤维分别展开，单向上下层叠，采用滚轮进行滚压使其混合均匀再收卷，得到复合纤维束。将其利用机织编织采用0°，90°的形式得到双轴向复合纤维织物，在90℃下热烘处理24h，在蜂窝板的上下各层叠3层热烘处理后复合纤维织物，压辊热压复合，得到热塑性复合蜂窝板材。 [0041] 其中，所述连续玻璃纤维和PP树脂纤维的质量比为70：30。 [0042] 对所得板材进行相关性能测试，结果见表1。 [0043] 对比例1 [0044] 在两层PP树脂基材中间插入玻璃纤维毡夹层材料，热压得到片材，其中纤维填充量为50％，在蜂窝板的上下各层叠3层片材，再次压辊热压复合，得到板材。 [0045] 对所得板材进行相关性能测试，结果表明在相同的层数及板材厚度情况下，本发明方法得到的板材各项性能参数得到显著的提高，且对比例1得到的板材存在片层间易剥离的现象。 [0046] 对比例2 [0047] 利用PP对连续玻纤进行单向预浸渍，再利用机织编织采用0°，90°的形式得到双轴向复合纤维织物，在蜂窝板的上下各层叠3层片材，压辊热压复合，得到板材。 [0048] 对所得板材进行相关性能测试，结果表明，在相同的层数及板材厚度情况下，本发明方法得到的板材各项性能参数得到显著的提高，且对比例2的由于浸渍的树脂包覆在纤维束表面，复合纤维织物中玻纤填充量最高只能为50％，其树脂用量大，导致连续玻纤填充量无法提升，而本发明实施例可控制连续玻纤填充量高达70％，从而获得相对于现有技术更优异的技术效果。 [0049] 表1连续纤维增强热塑性复合蜂窝板材的性能参数 [0050] [0051] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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