[发明专利]一种高强度、高抗冲非连续纤维增强热塑性复合材料预制体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度、高抗冲非连续纤维增强热塑性复合材料预制体及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将热塑性树脂、助剂和连续纤维通过熔融浸渍的方式复合成为厚度为0.1～0.2mm的连续纤维增强热塑性片材；将连续片材分切为长宽尺寸为(10～50mm)×(5～10mm)的小片；将分切好的小片材混合均匀以保持纤维分布的各向同性；加热使混匀后的小片材熔融；然后通过低剪切的混炼设备进行混炼，使纤维达到各向同性分布；将处于熔融状态的复合物熔体通过冷压成厚度1～5mm的一定宽度的片材。与现有的制备方法相比，本发明制备出的非连续纤维增强热塑性复合材料各向同性更好，冲击强度更高。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高强度、高抗冲非连续纤维增强热塑性复合材料预制体及其制备方法。

背景技术

纤维增强热塑性复合材料主要有两大类：连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)和非连续纤维增强热塑性复合材料；非连续纤维增强热塑性复合材料又分为三类：短纤维增强热塑性复合材料(SFT)、长纤维增强热塑性复合材料(LFT)及纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)。

连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有媲美金属的强度和抗冲性能，但存在成型加工性能差、制品结构设计自由度低的缺点；非连续纤维增强热塑性复合材料SFT、LFT、GMT虽然成型加工性能好，但存在抗冲性能(缺口冲击强度)太低，与金属相比差得太远，难以实现真正意义上的“以塑代钢”。

在SFT的相关专利中，比如公开号CN101311222B、名称为“一种高抗冲纤维增强工程塑料及制备方法”的专利申请中，采用双螺杆共混挤出制备工艺，其拉伸强度仅为111.1MPa；缺口冲击强度仅为22.2kJ/m²；比如公开号CN10271907B、名称为“一种具有高冲击强度的纤维增强聚碳酸酯树脂及其制备方法”的专利申请中，采用双螺杆共混挤出制备工艺，其拉伸强度仅为114.5MPa；缺口冲击强度仅为118.1J/m(约12kJ/m²)；比如公开号CN106751765A、名称为“一种耐磨高抗冲尼龙复合材料及其制备方法和应用”的专利申请中，采用双螺杆共混挤出制备工艺，其拉伸强度最高仅为151MPa；缺口冲击强度仅为11.9kJ/m²。

在LFT的相关专利中，比如公开号CN105273316A、名称为“一种高抗冲长纤维增强聚乙烯(PE)复合材料及制备方法”的专利申请中，采用熔融浸渍制备工艺，其拉伸强度最高仅为130MPa；缺口冲击强度最高仅为40kJ/m²；比如公开号CN 108219287 A、名称为“一种低翘曲高抗冲长纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法”的专利申请中，采用熔融浸渍制备工艺，其拉伸强度最高仅为86.4MPa；缺口冲击强度仅为31.1kJ/m²。

在公开号CN10931850A、名称为“一种非连续大线长纤维增强热塑性复合材料模压预制体及其制备方法”的专利申请中，采用CFRTP连续片材分切成一定长度和宽度的非连续片材再压制成预制体，冲击强度得到显著提高，但各向异性非常明显，不同方向上的冲击强度相差一倍左右，详见表1。

表1：

从以上非连续纤维增强热塑性复合材料专利申请可以看出，目前还没有拉伸强度超过150MPa、同时各个方向上缺口冲击强度超过150kJ/m²的高强度、高抗冲非连续纤维增强热塑性塑料。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种高强度、高抗冲非连续纤维增强热塑性复合材料预制体的制备方法，旨在解决非连续纤维增强热塑性复合材料的强度和抗冲性能不足、各向异性明显的问题。

本发明的另一目的在于提供了一种由上述制备方法制得的高强度、高抗冲非连续纤维增强热塑性复合材料预制体。

本发明的目的通过下述技术方案实现：