[发明专利]一种高强度热塑性复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料科学技术领域，涉及一种高强度热塑性复合材料及其制备方法。

背景技术

高强度树脂基复合材料的开发对于实现以塑代钢、节能减排，特别是运输车辆的轻量化起着关键性的作用。连续纤维增强的热塑性复合材料是近年来新研究开发出的一种先进树脂基复合材料，该材料是以连续纤维作为增强材料、以热塑性树脂为基体，通过特殊工艺制造的高强度、高刚性、高韧性的新型复合材料。它具有许多突出的性能优点，例如抗冲击破坏性能好、损伤后易修复、预浸料可以长期保存、制品可以回收重复利用等等。因此近年来得到了巨大的发展，相应的制备技术也得到了很大的突破。但是因为其增强纤维是无编织的，纤维与纤维之间没有束缚作用力，其极限强度仍然没有达到最优。研究表明，制备连续纤维增强热塑性复合材料的关键在于树脂对纤维的浸润。由于热塑性树脂的熔融粘度高（一般大于100Pa.S），给热塑性树脂浸渍纤维带来巨大的技术困难。目前连续纤维增强热塑性树脂复合材料中的连续纤维多为连续纤维丝/束、或连续的单向纤维带。例如中国专利‘连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带的制备设备及其应用’（专利公开号CN101474868）公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料的制造方法，其所用的增强纤维为连续的单向纤维带。该复合材料较传统的长纤维或者短纤维增强的复合材料在性能上有很大的提高。但是由于增强纤维是单向的，做成交替铺层的复合材料后，平行的纤维之间仅靠树脂粘结在一起，在材料收到拉伸作用力时，仅有一半的纤维承受拉力，性能受到很大影响。弯曲强度、冲击强度也会受到不同程度的影响。

要想大幅度提高连续纤维增强热塑性复合材料的强度，必须使增强纤维编织束缚在一起，才能承受较大的外力。目前有人采用树脂纤维和增强纤维混编方法制造连续纤维增强热塑性复合材料的途径，但其工艺复杂，生产周期长，并且成本昂贵，非常不利于大范围推广应用。另外也有人把纤维布直接用热塑性树脂浸渍的办法制造高强度复合材料，但是正如前文所述，纤维布很难完全浸润，复合材料的界面强度非常差，大大影响了增强效果。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种高强度热塑性复合材料，该复合材料的性能稳定。

本发明的另一个目的是提供一种上述高强度热塑性复合材料的制备方法，该方法简单易行，设备投入少，操作容易。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种高强度热塑性复合材料，该复合材料是由以下重量百分含量的组分制成：

热塑性树脂70~80%，

连续纤维20~30%。

所述的热塑性树脂选自聚烯烃、热塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯PC、其它通用塑料或高性能工程塑料中的一种或一种以上；其中：聚烯烃进一步选自聚丙烯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或聚乙烯；热塑性聚酯进一步选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸丙二醇酯；聚酰胺进一步选自尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212或尼龙612；其他通用塑料进一步选自聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯；高性能工程塑料进一步选自聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚或聚醚酰亚胺。

所述的连续纤维长度>0.1米，选自有机纤维、无机纤维、矿物纤维或金属纤维中的一种或一种以上；有机纤维进一步选自芳香族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、粘胶纤维或天然动植物纤维；无机纤维进一步选自玻璃纤维、碳纤维或硼纤维；矿物纤维进一步选自玄武岩纤维或者石棉纤维；金属纤维进一步选自不锈钢纤维、铜纤维、铁铬铝纤维或铝纤维。

本发明还提供了一种上述高强度热塑性复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：首先制备单向纤维浸渍带，然后将单向纤维浸渍带进行分丝，将分丝后的浸渍条进行编织，最后热压成型得到高强度热塑性复合材料。

所述的单向纤维浸渍带的制备方法包括以下步骤：将重量百分含量为20~30%的连续纤维从纱架上引出后经过第一张力调节装置，再经过静电消除装置，然后将连续纤维经预加热烘箱预热，再经第二张力调节装置导到双挤出模头，连续纤维先与一个挤出模头接触，接着连续纤维的另一侧与另一个挤出模头接触，使重量百分含量为70~80%熔融热塑性树脂对连续纤维进行预浸渍；

将预浸渍后的连续纤维导入三辊浸渍装置，浸渍后的连续纤维经冷却辊压装置后导入牵引卷绕装置卷绕成型，得到单向纤维浸渍带。

所述的分丝包括以下步骤：单向纤维浸渍带开卷后，在分丝辊上用分丝刀组进行分丝得到浸渍条。