專利名稱：高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱塑性復合材料，尤其涉及一種高性能的采用多種連續(xù)纖維混合增強的熱塑性復合材料及其制備方法。
背景技術：
一般無機纖維，如玻璃纖維、碳纖維和玄武巖纖維等具有良好的抗蠕變性能和粘結性能，但他們在比強度、抗沖擊性能等諸多方面不及超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維。 無機纖維增強復合材料最大的缺點為脆性，斷裂伸長率低，在遭受沖擊后容易引起損傷，并引起復合材料力學性能較大幅度地降低，尤其是沖擊后的剩余壓縮強度明顯降低。因此，提高無機纖維增強復合材料的韌性和抗沖擊性能是其廣泛應用和發(fā)展的關鍵。超高分子量聚乙烯纖維具有良好的力學性能，是比強度最高的商業(yè)化纖維，另外它還具有高模量、高能量吸收能力和抗沖擊能力以及耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點；同樣，芳綸纖維也具有很高的強度和模量，并且表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性以及耐疲勞性、耐摩擦性、電絕緣性等。但是，目前市場上這兩種高性能纖維的價格較為昂貴，難以滿足在工業(yè)上大量應用而又需要將成本控制在較低范圍的要求。經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，如US5240974、EP0491043、CN1775516A等專利公開的技術，現(xiàn)有的纖維增強熱塑性樹脂復合材料，通常采用金屬纖維、碳纖維或玻璃纖維等單一無機纖維作為增強材料，但是在某些領域如軍工、航空、航天等，其強度依然較低而不能達到使用標準，因此目前急需一種強度更高、性能更為優(yōu)越的纖維增強熱塑性復合材料。目前，國內(nèi)外已有關于玻璃纖維等無機纖維與其它纖維進行混合增強的報道，但多以短纖維共混及混合編織為主，還沒有關于連續(xù)無機纖維混合連續(xù)有機纖維直接與樹脂進行復合，以改善單一纖維增強熱塑性復合材料性能的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題而提供一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料及其制備方法，得到的復合材料不僅抗沖擊和耐疲勞性能優(yōu)異，還能以較低的價格達到更好的增強效果，滿足更高的使用要求。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)
一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，包括以下組分及重量份增強填料 35-60，熱塑性樹脂35-60，助劑0. 5_5，所述增強填料為混合纖維，所述混合纖維包括55-95 wt%的無機纖維和5-45 wt%的有機纖維。 所述有機纖維選自超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中的一種或兩種。
所述無機纖維選自玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維中的一種或幾種。所述無機纖維和有機纖維是連續(xù)無捻的，不同的纖維單絲直徑相近，加工過程中可以規(guī)則地均勻地展開。所述熱塑性樹脂為聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯硫醚中的一種或幾種。所述聚烯烴選自聚乙烯或聚丙烯。所述助劑為常用功能助劑，包括相容劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、脫模劑、成核劑、潤滑齊U、抗靜電劑、阻燃劑、色母中的一種或幾種。一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料的制備方法，包括以下步驟
將無機纖維和有機纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置， 然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進行預加熱后導入雙擠出模頭，預加熱溫度為180-220°C，預加熱時間為5-lOs ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將熱塑性樹脂和助劑熔融擠出并對連續(xù)纖維帶進行預浸漬，在復合單元處復合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料；其中，混合纖維35-60重量份，熱塑性樹脂 35-60重量份，助劑0. 5-5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為10-20赫茲，牽引速度為5-10米/分鐘。相關技術可參考公開號為CN101474868A的中國發(fā)明專利。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明采用連續(xù)無機纖維與高性能有機纖維如超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維混合增強熱塑性樹脂基體的方式提高復合材料的抗沖擊和耐疲勞性能，綜合了多種不同纖維的優(yōu)點，改善了單一無機纖維增強熱塑性復合材料韌性差、抗疲勞強度差及有機纖維與其他材料的粘接性能差的弱點，得到一種輕質(zhì)、高強度、高模量，特別是抗沖擊性能和耐疲勞性能有明顯提高的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料，能夠滿足更高的使用要求。本發(fā)明僅采用少量價格昂貴的高性能有機纖維與無機纖維混合，因此能夠在有效降低成本的基礎上達到更好的增強效果，滿足材料更高的使用要求。


圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例詳細描述本發(fā)明。各實施例中所用纖維性能如表1所示。無堿玻璃纖維(4588 2400tex)，PPG公司；玄武巖纖維(BC13-M00)，四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司；超高分子量聚乙烯纖維 (SP165/50)，上海斯瑞聚合體科技有限公司；芳綸纖維(TwaronlOOS)，日本帝人珠式會社。實施例1
生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，將無堿玻璃纖維和芳綸纖維按表2所示的不同重量比放置于紗架上(S11)，并從紗架上共同引入展絲裝置(S12)，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到無堿玻璃纖維和芳綸纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶(S13)，再經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進行預加熱后導入雙擠出模頭，預加熱溫度為200°C，預加熱時間為8s?；w樹脂選為聚丙烯，助劑為相容劑PP-g-MAH，通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將改性樹脂熔融擠出 (S14)并對連續(xù)纖維帶進行預浸漬，在復合單元處復合成型(S15)，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平(S16)、冷卻、切割得到無堿玻璃纖維和芳綸纖維混合增強聚丙烯復合材料預浸帶 (S17)，最后將預浸帶壓制成板材(S18)。其中，混合纖維45重量份，聚丙烯50重量份，相容劑5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制；具體工藝參數(shù)樹脂擠出頻率為15-18赫茲，牽引速度為5-7米/分鐘。將預浸帶壓制成型，將得到的樣品按照GB/T1040、GB/T1043、GB/T9342進行裁樣， 將所制成的樣條在相應的國家標準的條件下進行測試，結果列于表2中。實施例2
實施例2中增強纖維為無堿玻璃纖維和超高分子量聚乙烯纖維；其他操作過程及測試方法與實施例1相同，測試結果列于表3中。實施例3
實施例3中增強纖維為無堿玻璃纖維和芳綸纖維；基體樹脂為尼龍6 ；助劑為抗氧劑 1010和抗氧劑168。其他操作過程及測試方法與實施例1相同，測試結果列于表4中。實施例4
實施例4中增強纖維為無堿玻璃纖維和超高分子量聚乙烯纖維；其他操作過程及測試方法與實施例3相同，測試結果列于表5中。實施例5
實施例5中增強纖維為玄武巖纖維和芳綸纖維；其他操作過程及測試方法與實施例3 相同，測試結果列于表6中。實施例6
將55 wt%的碳纖維和45 wt%的超高分子量聚乙烯纖維按比例配置后放置于紗架上， 并從紗架上共同引入展絲裝置，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進行預加熱后導入雙擠出模頭，預加熱溫度為220°C， 預加熱時間為IOs ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將聚碳酸酯和光穩(wěn)定劑熔融擠出并對連續(xù)纖維帶進行預浸漬，在復合單元處復合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、 冷卻、切割成預浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強聚碳酸酯復合材料；其中，混合纖維 35重量份，聚碳酸酯60重量份，光穩(wěn)定劑5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為20赫茲，牽引速度為5米/分鐘。實施例7
將95襯％的玄武巖纖維和5 wt%的芳綸纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進行預加熱后導入雙擠出模頭，預加熱溫度為180°C，預加熱時間為^ ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將聚酯和抗靜電劑熔融擠出并對連續(xù)纖維帶進行預浸漬，在復合單元處復合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強聚酯復合材料；其中，混合纖維60重量份，聚酯35重量份，抗靜電劑0. 5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為10赫茲，牽引速度為10米/分鐘。實施例8
將50 wt%的玻璃纖維、35 wt%的碳纖維和10 wt%的超高分子量聚乙烯纖維、5 wt%的芳綸纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置，然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進行預加熱后導入雙擠出模頭，預加熱溫度為195°C，預加熱時間為6s ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將聚乙烯和阻燃劑熔融擠出并對連續(xù)纖維帶進行預浸漬，在復合單元處復合成型， 連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強聚乙烯復合材料；其中，混合纖維50重量份，聚乙烯48重量份，阻燃劑2重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為12赫茲，牽引速度為8米/分鐘。以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，包括以下組分及重量份增強填料35-60，熱塑性樹脂35-60，助劑0. 5_5，其特征在于，所述增強填料為混合纖維，所述混合纖維包括55-95 wt%的無機纖維和5-45 wt%的有機纖維。
2.如權利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，其特征在于，所述有機纖維選自超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中的一種或兩種。
3.如權利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，其特征在于，所述無機纖維選自玻璃纖維、玄武巖纖維或碳纖維中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，其特征在于，所述無機纖維和有機纖維是連續(xù)無捻的，不同的纖維單絲直徑相近，加工過程中規(guī)則地均勻地展開。
5.如權利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，其特征在于，所述熱塑性樹脂為聚烯烴、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯硫醚中的一種或幾種。
6.如權利要求5所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，其特征在于，所述聚烯烴選自聚乙烯或聚丙烯。
7.如權利要求1所述的一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，其特征在于，所述助劑為常用功能助劑，包括相容劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、脫模劑、成核劑、潤滑劑、抗靜電劑、阻燃劑、色母中的一種或幾種。
8.—種如權利要求1所述的高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料的制備方法， 其特征在于，包括以下步驟將無機纖維和有機纖維按比例配置后放置于紗架上，并從紗架上共同引入展絲裝置， 然后在牽引裝置的牽引下均勻鋪展開得到不同纖維均勻混合的連續(xù)纖維帶，經(jīng)過紅外加熱系統(tǒng)進行預加熱后導入雙擠出模頭，預加熱溫度為180-220°C，預加熱時間為5-lOs ；通過擠出涂覆的方法，采用雙擠出模頭將熱塑性樹脂和助劑熔融擠出并對連續(xù)纖維帶進行預浸漬，在復合單元處復合成型，連續(xù)纖維帶浸潤完全后經(jīng)過壓平、冷卻、切割成預浸帶，得到高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料；其中，混合纖維35-60重量份，熱塑性樹脂 35-60重量份，助劑0. 5-5重量份，纖維和樹脂含量通過調(diào)節(jié)擠出和牽引速度來控制，樹脂擠出頻率為10-20赫茲，牽引速度為5-10米/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能的連續(xù)纖維混合增強熱塑性復合材料，包括以下組分及重量份增強填料35-60，熱塑性樹脂35-60，助劑0.5-5，所述增強填料為混合纖維，所述混合纖維包括55-95wt%的無機纖維和5-45wt%的有機纖維。本發(fā)明采用連續(xù)無機纖維與高性能有機纖維混合增強熱塑性樹脂基體的方式提高復合材料的性能，綜合了多種不同纖維的優(yōu)點，得到一種輕質(zhì)、高強度、高模量，特別是抗沖擊和耐疲勞性能有明顯提高的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料。本發(fā)明采用少量價格昂貴的高性能有機纖維與無機纖維混合，能夠在有效降低成本的基礎上達到更好的增強效果，滿足材料更高的使用要求。
文檔編號C08L81/02GK102477177SQ20101056385
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權日2010年11月29日
發(fā)明者冉廷寶 申請人:遼寧杰事杰新材料有限公司