專利名稱：連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)玻璃纖維增強的熱塑性復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
在連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中，纖維的存在方式不僅是連續(xù)的，而且還以大致平行的方式排列。纖維在其長度方向上能充分發(fā)揮纖維的高強高模特性。有的能達到合金鋼的水平，所以它在很多方面的使用正在替代鋼材。
現(xiàn)有的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料具有較好的綜合力學(xué)性能，由于其沒有考慮到對樹脂性能的改進，因此其剛性、彎曲強度和拉伸強度往往達不到要求。如中國專利01145415和88102218披露的技術(shù)，由于只考慮到纖維表面與樹脂的粘結(jié)性能和纖維被樹脂的浸透性而忽視了對樹脂的改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)在于公開一種連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的材料剛性、彎曲強度和拉伸強度不高的缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是這樣的本發(fā)明為了提升連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料的剛性、彎曲強度和拉伸強度，在復(fù)合材料中加入了玻璃微珠和成核劑，從而獲得了較為理想的結(jié)果。
纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料，其性能由增強材料和樹脂兩方面的性能決定。連續(xù)纖維及其大致平行的排布方式使其性能在復(fù)合材料中得到充分發(fā)揮，但由于樹脂本身也是材料的重要組成部分，其性能在相當程度上制約了材料的整體性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明所說的連續(xù)纖維增強復(fù)合材料包括以下組分及含量(重量份數(shù))連續(xù)纖維25～80熱塑性樹脂 20～75玻璃微珠0～10成核劑 0.05～1.5所說的熱塑性樹脂包括當今商品化的所有的熱塑性樹脂品種，包括尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯類、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯等中的一種及其混合物，或樹脂合金，以滿足各種不同的需要，優(yōu)選聚丙烯接枝物，如馬來酸酐接枝聚丙烯，或聚丙烯與聚碳酸酯的共混物所說的連續(xù)纖維包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維等其中的一種或幾種，它們在片材中是以連續(xù)的方式存在的。
所說的玻璃微珠是一種獨特而性能穩(wěn)定的無毒無味的非金屬中空微粒，空內(nèi)含有氮和二氧化碳等惰性氣體，主要由二氧化硅和三氧化二鋁等組成，粒徑范圍為10～250um，堆積密度為0.35～0.45g/cm3。空心玻璃微珠因其特殊的結(jié)構(gòu)具有易分散性、流動性好、比重小、耐磨、耐高溫、耐酸堿等特點。所以，加入空心玻璃微珠降低了材料的密度，提高了復(fù)合材料的拉伸和彎曲強度，提高了材料的熱變形溫度。
所說的成核劑可以是無機添加劑，比如滑石粉、二氧化硅、高嶺土；有機化合物成核劑，比如一元或多元羧酸鹽、有機磷酸鹽、二苯亞甲基山梨醇、松香類成核劑；優(yōu)選上海科塑高分子新材料有限公司的NA系列成核劑，比如牌號為NA-45、NA-9930T的成核劑。熱塑性樹脂相對于熱固性樹脂一個最大的弱點就是材料的剛性差。這是因為大多數(shù)熱塑性樹脂都是無定型態(tài)或者半結(jié)晶態(tài)，大分子之間缺乏交聯(lián)的緣故。在本發(fā)明中，通過加入NA系列成核劑，促使其快速成核、結(jié)晶，提高結(jié)晶率并細化晶粒使其排列規(guī)整，達到提高強度和剛性的目的。
本發(fā)明提供的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料由于在樹脂中加入了玻璃微珠和成核劑，加入改性劑之后，使樹脂性能大幅提高。所以本發(fā)明的連續(xù)纖維增強的熱塑性復(fù)合材料具有很高的剛性、拉伸和彎曲強度以及低、高溫下高的抗沖擊性能和高的熱變形溫度，使材料的拉伸強度從220Mpa提高到400Mpa，彎曲模量由15Gpa上升到30Gpa，提高了近100％。
本發(fā)明提供的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料可以常規(guī)的采用粉體靜電吸附法也可以采用常規(guī)的熔融浸漬法和反應(yīng)法制備。連續(xù)纖維經(jīng)過充分浸漬之后，通過烘箱和高溫模頭充分塑化，再經(jīng)多輥壓延機壓制成片狀復(fù)合材料，其厚度最好是在0.3～2.0mm之間。將片材裁成一定長度和寬度，按需要的角度和方式疊放，置于模具中壓制成型，得到需要的制品。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例，對連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂片狀復(fù)合材料的性能作進一步詳細說明。
下列實施例中，抗氧劑1010為四〔β-(3，5-二特丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯；抗氧劑DSTP為硫代二丙酸(十八酯)；成核劑NA-45、NA-9930T為上海科塑高分子新材料有限公司的NA系列成核劑牌號。
實施例1將70公斤的馬來酸酐接枝聚丙烯粉末，1公斤空心玻璃微珠，0.5公斤成核劑NA-45(磷酸鹽系列，上?？扑芨叻肿硬牧嫌邢薰旧a(chǎn))，0.5公斤抗氧劑1010，0.5公斤抗氧劑DSTP，混合均勻，并置于高壓靜電流化床中。將30公斤玻璃纖維連續(xù)地從流化床中通過。調(diào)節(jié)流化床的靜電電壓以調(diào)節(jié)玻璃纖維吸附樹脂的量，使馬來酸酐接枝聚丙烯的重量分數(shù)保持在70。吸附有樹脂的玻璃纖維連續(xù)地從烘箱和高溫模頭通過，再經(jīng)過多輥壓延機，壓制成約1mm厚度的片材。將連續(xù)片材裁成一定長度和寬度的片材，按照縱向和橫向片材層數(shù)比為n∶(n-1)的比例排布，置于模具中，在200℃，16Mpa的壓力下壓制成板。將板按GB加工成拉伸、彎曲和沖擊樣條，測試其性能列于表1中。
實施例2調(diào)節(jié)各個組分的含量，控制馬來酸酐接枝聚丙烯的重量分數(shù)保持在30左右，具體組分如下，其余如同實施例1。測試其性能列于表1中。具體組分如下玻璃纖維70馬來酸酐接枝聚丙烯 30空心玻璃微珠1成核劑NA-45 0.5抗氧劑DSTP 0.5抗氧劑1010 0.5實施例3調(diào)節(jié)聚丙烯接枝物/聚碳酸酯(80/20)的含量為重量分數(shù)30左右，具體組分如下，其余同實施例1。測試其性能列于表1中。具體組分如下玻璃纖維70馬來酸酐接枝聚丙烯/聚碳酸酯 30成核劑NA-9930T 1抗氧劑DSTP 0.5抗氧劑1010 0.5實施例4調(diào)節(jié)馬來酸酐接枝聚丙烯/聚碳酸酯(80/20)的含量為重量分數(shù)30左右，具體組分如下，其余同實施例1。測試其性能列于表1中。具體組分如下玻璃纖維 70馬來酸酐接枝聚丙烯/聚碳酸酯 30空心玻璃微珠 101，32，4-二(亞芐基)-D-山梨醇 0.06抗氧劑DSTP 0.5抗氧劑1010 0.5實施例5將70公斤的尼龍6，1公斤空心玻璃微珠，1.5公斤成核劑NA-45，0.5公斤抗氧劑1010，0.5公斤抗氧劑DSTP，混合均勻，并置于高壓靜電流化床中。將30公斤玻璃纖維連續(xù)地從流化床中通過。調(diào)節(jié)流化床的靜電電壓以調(diào)節(jié)玻璃纖維吸附樹脂的量，使尼龍6的重量分數(shù)保持在70。吸附有樹脂的玻璃纖維連續(xù)地從烘箱和高溫模頭通過，再經(jīng)過多輥壓延機，壓制成約1mm厚度的片材。將連續(xù)片材裁成一定長度和寬度的片材，按照縱向和橫向片材層數(shù)比為n∶(n-1)的比例排布，置于模具中，在210℃，16Mpa的壓力下壓制成板。將板按GB加工成拉伸、彎曲和沖擊樣條，測試其性能列于表1中。
更好地說明加入空心玻璃微珠和成核劑在這種材料中對強度和剛性的作用，特列兩個比較實施例如下。
比較例1在該比較例中沒有加入玻璃微珠和成核劑。其具體組分如下，其余同玻璃纖維 30馬來酸酐接枝聚丙烯 70抗氧劑DSTP 0.5抗氧劑1010 0.5
比較例2在該比較例中沒有加入玻璃微珠和成核劑。其具體組分如下，其余同玻璃纖維 70馬來酸酐接枝聚丙烯 30抗氧劑DSTP 0.5抗氧劑1010 0.5表1各實施例及比較例性能
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于包括以下組分及重量份數(shù)含量連續(xù)纖維 25～80熱塑性樹脂20～75玻璃微珠 0～10成核劑0.05～1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的熱塑性樹脂包括當今商品化的所有的熱塑性樹脂品種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的熱塑性樹脂包括尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯類、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種及其混合物，或樹脂合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的熱塑性樹脂為聚丙烯接枝物或聚丙烯與聚碳酸酯的共混物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的連續(xù)纖維包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，連續(xù)纖維在片材中是以連續(xù)的方式存在。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的玻璃微珠為中空微粒，空內(nèi)含有惰性氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的玻璃微珠粒徑范圍為10～250um，堆積密度為0.35～0.45g/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所述的成核劑包括滑石粉、二氧化硅、高嶺土、一元或多元羧酸鹽、有機磷酸鹽、二苯亞甲基山梨醇或松香中的一種及其混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其特征在于，所說的成核劑為上?？扑芨叻肿硬牧嫌邢薰旧a(chǎn)的NA系列成核劑。
全文摘要
一種連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，包括以下組分及含量(重量份數(shù))連續(xù)纖維25～80，熱塑性樹脂20～75，玻璃微珠0～10，成核劑0.05～1.5。本發(fā)明提供的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料由于在樹脂中加入了玻璃微珠和成核劑，加入改性劑之后，使樹脂性能大幅提高。所以本發(fā)明的連續(xù)纖維增強的熱塑性復(fù)合材料具有很高的剛性、拉伸和彎曲強度以及低、高溫下高的抗沖擊性能和高的熱變形溫度，使材料的拉伸強度從220MPa提高的到300MPa，彎曲模量由15GPa上升到22GPa，提高了近50％。
文檔編號C08L69/00GK1580099SQ0314220
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者李滿成, 梁培亮, 楊桂生 申請人:上海杰事杰新材料股份有限公司