[发明专利]一种可模压的单一纤维长度分布的高性能热塑性复合材料

说明书

本发明提供了一种可模压的单一纤维长度分布的高性能热塑性复合材料，包括以下组分：玻璃纤维丝25‑75份；树脂25‑75份。本发明涉及的工艺路线和最终材料的优势是：相比于传统LFT材料，能够不损伤增强纤维的长度，使纤维保留长度分布单一，完整保留原始LFT‑G粒子中纤维的长度，能最大程度发挥纤维的力学性能优势，纤维保留长度分布单一一般指具有一个长度值的纤维，也可以是两个或两个以上长度值，但最好不多于五个长度值的纤维，过多长度不同的LFT‑G粒子的混合物将恶化该发明所涉及的产品的成本，应该予以避免，即使通过该发明生产具有多个纤维保留长度值的复合材料，仍明显有别于传统LFT复合材料较宽泛的保留纤维长度分布，并具有明显的力学性能的优势。

技术领域

本发明涉及聚丙烯复合材料技术领域，尤其是涉及一种可模压的单一纤维长度分布的高性能热塑性复合材料。

背景技术

短纤维增强热塑性材料(SFT)制品中的纤维保留长度一般＜1mm，而长纤维增强热塑性材料(LFT)制品中的纤维保留长度一般10mm，且纤维长度分布较宽，在10^-1到10¹mm之间。与短纤维增强热塑性复合材料相比，长纤维增强热塑性材料有以下优点：纤维长度较长，能明显提高制品的力学性能，耐蠕变性能提高，尺寸稳定性好，部件成型精度高；比刚度和比强度高，抗冲击性能好，可模压较大的、形状复杂的部件且尺寸稳定性好，广泛应用于汽车结构件或次结构件以及其他主承力结构等。

现在主要有3种加工方式的长纤维增强热塑性材料，第一种是LFT-G(Long-FiberReinforce Thermoplastic Granules)长纤维增强热塑性复合材料粒料，零部件制造商将LFT-G粒料在挤出机中熔融，经过螺杆混炼注塑到模具中成型，得到特定形状的制件。在LFT-G粒料注塑成型过程中，纤维在螺杆剪切作用下，纤维会被打断损伤，相比于LFT-G粒料中纤维长度会进一步降低，制品中纤维保留剩余长度一般5mm，且纤维保留长度分布较宽。第二种是LFT-D-CM(Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct compressionmolding)长纤维增强热塑性复合材料直接在线模压成型。该工艺中树脂经过熔融、混炼再经过螺杆传输与切断的纤维丝束(在线直喂切断或已经离线切断的短纤维)汇合，经过第二阶段的螺杆混炼，挤出LFT高温坯料。LFT坯料通过机械手或人工转移到模具内，经压机模压成型制件。第三种是LFT-D-IM(Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct injectionmolding)长纤维增强热塑性复合材料直接在线挤出注塑成型，树脂经过熔融、混炼被螺杆传输到特定模具里，与直喂丝束并在同一螺杆内切断的纤维汇合，树脂和纤维经过进一步的混炼，直接挤出注塑到模具内，成型制件。

综上所述，无论SFT还是LFT被加工成的制品，其内在纤维均需要经过螺杆挤出机的混炼和剪切，纤维受到断裂损伤，并大大降低纤维原始长度。虽然和SFT材料比，LFT有较长的保留纤维长度以及相对应的力学性能优势，但纤维的性能由于较短的纤维保留长度和较宽的纤维长度分布而并没有得到充分的发挥，进而导致复合材料的性能受到损失而未能完全发挥出来。

专利201410226841.4提供一种复合材料建筑模板的LFT-D成型工艺，包括步骤10、树脂由真空上料系统至矢量式称重系统按照模板重量定量后进入一阶双螺杆挤出机加热熔融后在二阶双螺杆挤出机进料口与玻璃纤维同时进入二阶双螺杆挤出机进行混合塑化，其中，玻纤是由玻纤计量切断装置按设定的初始长度24-25mm切断加入到树脂熔体中，并由树脂熔体的剪切作用进行二次长度变化；步骤20、经二阶双螺杆挤出机塑炼均匀后，生料经二阶螺杆模口切刀按照模板的重量切断后，保温输送至取料位移位置，由机械手将生料取放至压机模具内上模压成型。本发明工艺可使制品内的玻纤长度较长，使制品性能得到有效提升。虽然和其他成型方式相比，该加工方式的纤维长度损失较小，但纤维也同样经过螺杆挤出机混炼剪切断裂。且在最终制品中，纤维保留长度大部分小于10mm，远小于喂入的纤维初始长度。

发明内容