一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)连续纤维增强热塑性浸渍料的制备；2)连续纤维增强热塑性浸渍料的编织，得到编织片材；3)编织片材的成型，得到所述的连续纤维增强热塑性复合材料。本发明专利技术在制备得到浸渍料后先对浸渍料进行编织，然后将编织物铺设后再进行模压成型，这样得到的复合材料整体性更高，力学性能也更加优异；同时本发明专利技术采用预加热软化工艺，加热和模压不在同一设备中进行，可以一直保持加热装置的温度，省去了大量升温和降温的时间，显著降低了时间成本，提升了经济效益。

Preparation of a Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composite

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，属于高分子材料

技术介绍
随着经济的迅速发展和科学的不断进步，可持续发展和绿色发展观念逐渐深入人心。在重视环保的当今世界，纤维增强热塑性塑料因其重量轻、抗冲击性和疲劳韧性好、成型周期短、可循环利用等诸多优点，近年来稳定发展并已进入生活中各大应用市场。连续纤维在制品中的保留长度基本上与制品尺寸一致，因此力学性能、耐疲劳性能和结构强度等得到进一步的提升另外，连续纤维增强热塑性复合材料也具有很好的可设计性，能够根据需要对制品各个方向上的性能进行设计，从而满足不同场合的需求并被广泛用于生活中各个领域，现己成为复合材料领域的研究重点。连续纤维增强热塑性复合材料具有极其优异的力学性能，在某些场合可以作为一种能够有效替代金属材料的结构材料。基于连续纤维增强热塑性复合材料的优势和机遇，研究与开发新型的连续纤维增强热塑性复合材料是十分必要的，尤其是高力学性能的连续纤维增强热塑性复合材料。在现有的一些连续纤维增强热塑性复合材料制备过程中，一般都是通过连续挤出工艺制备得到浸渍料，随后将浸渍料在模具中进行铺设，再进行升温至所需温度，在此之后再保温保压一段时间后将模具冷却至室温从而得到最终的复合材料。首先该技术制备复合材料的过程中只是浸渍料的简单铺设，这样得到的复合材料整体性不高，抗冲击强度也不高；同时该工艺涉及模具的升温和降温，将耗费大量时间，经济效益不高。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，本方法在制备得到浸渍料后先对浸渍料进行编织，然后将编织片材铺设后再进行模压成型，这样得到的复合材料整体性更高，力学性能也更加优异；同时本专利技术采用预加热软化工艺，加热和模压不在同一设备中进行，可以一直保持加热装置的温度，省去了大量升温和降温的时间，显著降低了时间成本，提升了经济效益，可以高效率地制备出性能优异的复合材料。技术方案：本专利技术提供了一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，该连续纤维增强热塑性复合材料以连续纤维作为增强材料、以热塑性塑料为基体，其制备方法包括以下步骤：1)连续纤维增强热塑性浸渍料的制备；2)连续纤维增强热塑性浸渍料的编织，得到编织片材；3)编织片材的成型，得到所述的连续纤维增强热塑性复合材料。其中：步骤1)所述的连续纤维增强热塑性浸渍料的制备采用连续挤出方法：首先将连续纤维置于分散辊上进行分散，随后在干燥装置中干燥并通过浸渍模具；与此同时调整挤出机各段温度，使热塑性塑料通过挤出机熔融挤出进入浸渍模具中，从而对连续纤维进行充分浸渍；随后经由牵引装置拉出充分浸润过热塑性塑料的连续纤维并通过冷却装置进行冷却，得到连续纤维增强热塑性浸渍料；通过控制牵引速度控制得到的连续纤维增强热塑性浸渍料中连续纤维的质量分数含量。步骤1)所述的连续纤维增强热塑性浸渍料为宽度2～20cm、厚度0.1～1.0mm的连续薄带状，其中连续纤维的质量分数为30％～60％。所述连续纤维为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、玄武岩纤维或者碳纤维中的一种或多种。所述热塑性塑料为聚酰胺、聚丙烯或者聚乙烯。步骤2)所述的编织方法包括平纹编织、斜纹编织或者缎纹编织。平纹编织即经线与纬线上的浸渍料一上一下交织而形成的织物；斜纹编织即经线与纬线上的浸渍料以二上一下交织形成的织物、以二上二下交织形成的织物或者以三上一下交织形成的织物；缎纹编织即在编织过程中经线和纬线上的浸渍料至少隔三根才交织一次，最少要有五根经/纬上的浸渍料交错编织才能形成一个完整的缎纹组织。步骤3)所述的编织片材的成型过程包括编织片材的铺设、预先加热软化和模压成型三步。所述的编织片材的铺设采用同向铺设、正交铺设或者两种方式混合铺设后置于软化加热装置中。所述的编织片材的铺设可以是同种编织方法得到的编织片材进行铺设，也可以是不同编织方法得到的编织片材按不同比例混合进行铺设。所述的预先加热软化的温度控制在热塑性塑料熔点之上10℃～20℃之间；所述模压成型采用冷模进行模压，模具温度在40～60℃之间。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：1、与一般采用高温下加入浸渍料、保温加压一段时间并冷却的模压工艺相比，本专利技术提供的方法采用预加热软化工艺，加热和模压不在同一设备中进行，可以一直保持加热装置的温度，节省了大量给模具升温和降温的时间，显著降低了时间成本，能够更高效地制备出复合材料，且可以进行连续生产，大大提升了经济效益；2、此外本专利技术先对制备而成的浸渍料进行编织，然后将编织片材铺设后再进行模压成复合材料，通过浸渍料的编织可以大大提高复合材料的整体性，力学性能也更加优异，在模压时通过各种铺设可以得到满足各种性能需要的复合材料；3、本专利技术制备得到的连续纤维增强热塑性复合材料拉伸强度达到270MPa，弯曲强度达到220MPa，力学性能十分优异，尤其是冲击性能达到240KJ/m2，较短纤维增强热塑性复合材料而言提高了4-6倍，且该制备方法快速高效。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例中，所得产品的拉伸性能按照标准ISO527-2:2012测试，弯曲性能按照标准ISO178:2010测试，缺口冲击强度按照标准ISO179-2:1997测试。实施例1一种连续无碱玻璃纤维增强热塑性复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)连续纤维增强热塑性浸渍料的制备：首先将连续无碱玻璃纤维置于分散辊上进行分散，随后在干燥装置中干燥并通过浸渍模具；与此同时调整挤出机各段温度，使热塑性塑料聚酰胺6(PA6)通过挤出机熔融挤出进入浸渍模具中，从而对连续无碱玻璃纤维进行充分浸渍；随后经由牵引装置拉出充分浸润过聚酰胺6的连续无碱玻璃纤维并通过冷却装置进行冷却，得到宽2mm、厚0.1mm的连续无碱玻璃纤维增强热塑性浸渍料，通过控制牵引速度，使得连续无碱玻璃纤维增强热塑性浸渍料中的连续无碱玻璃纤维的质量分数为30％；2)对步骤1)得到的连续无碱玻璃纤维增强热塑性浸渍料进行裁剪并和按照斜纹编法编织得到边长为30cm的编织片材；3)将步骤2)得到的编织片材同向铺设并置于加热软化装置中，将加热软化装置温度升至230℃、保温5min；4)将模具升温至40℃后，放入已经完全软化的编织片材置于模具中，保温保压5min，即可得性能优异的连续无碱玻璃纤维增强热塑性复合材料。实施例2一种连续中碱玻璃纤维增强热塑性复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)连续纤维增强热塑性浸渍料的制备：首先将连续中碱玻璃纤维置于分散辊上进行分散，随后在干燥装置中干燥并通过浸渍模具；与此同时调整挤出机各段温度，使热塑性塑料聚酰胺(PA)通过挤出机熔融挤出进入浸渍模具中，从而对连续中碱玻璃纤维进行充分浸渍；随后经由牵引装置拉出充分浸润过聚酰胺的连续中碱玻璃纤维并通过冷却装置进行冷却，得到宽8mm、厚0.4mm的连续中碱玻璃纤维增强热塑性浸渍料，通过控制牵引速度，使得连续中碱玻璃纤维增强热塑性浸渍料中的连续中碱玻璃纤维的质量分数为40％；2)对步骤1)得到的连续中碱玻璃纤维增强热塑性浸渍料进行裁剪并和按照斜纹编法编织得到边长为30cm的编织片材；3)将步骤2)得到的编织片材同向铺设并置于加热软化装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：该连续纤维增强热塑性复合材料以连续纤维作为增强材料、以热塑性塑料为基体，其制备方法包括以下步骤：1)连续纤维增强热塑性浸渍料的制备；2)连续纤维增强热塑性浸渍料的编织，得到编织片材；3)编织片材的成型，得到所述的连续纤维增强热塑性复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：该连续纤维增强热塑性复合材料以连续纤维作为增强材料、以热塑性塑料为基体，其制备方法包括以下步骤：1)连续纤维增强热塑性浸渍料的制备；2)连续纤维增强热塑性浸渍料的编织，得到编织片材；3)编织片材的成型，得到所述的连续纤维增强热塑性复合材料。2.如权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的连续纤维增强热塑性浸渍料的制备采用连续挤出方法：首先将连续纤维置于分散辊上进行分散，随后在干燥装置中干燥并通过浸渍模具；与此同时调整挤出机各段温度，使热塑性塑料通过挤出机熔融挤出进入浸渍模具中，从而对连续纤维进行充分浸渍；随后经由牵引装置拉出充分浸润过热塑性塑料的连续纤维，并通过冷却装置进行冷却，得到连续纤维增强热塑性浸渍料。3.如权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的连续纤维增强热塑性浸渍料为宽度2～20cm、厚度0.1～1.0mm的连续薄带状，其中连续纤维的质量分数为30％～60％。4.如权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：所述的连续纤维为无碱玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建勋，杨阳，胡先刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32