夾層結構複合材料及其製備方法與流程
2023-06-08 02:47:46 2
本發明涉及複合材料製備技術領域，具體涉及一種夾層結構複合材料及其製備方法。
背景技術：
注射成型技術是生產非連續纖維增強複合材料的主要方法之一，原料一般選擇短切、長纖維增強熱塑性複合材料粒料(LFT)或團狀模塑料(BMC)，其主要工藝原理是將物料從料鬥中加入料筒，物料在螺杆驅動下向前輸送並壓實，同時受到加熱和剪切作用，逐漸發生塑化、熔融和均勻混合，最後物料在高壓、高速下通過噴嘴注射到模具型腔內，固化冷卻定型後得到製品。注射成型工藝歷史悠久，應用廣泛，其主要優點是成型周期短、耗能小、產品精度高，可成型形狀複雜及帶有嵌件的製品，一模可同時生產多個產品，故生產效率高。缺點是不能生產連續纖維增強複合材料。
夾層結構的性能主要取決於面板(蒙皮)的性能和面板之間的間距，面板的間距越大，幾何慣性距越大，進而彎曲剛度就越大。夾層結構的面板一般為玻纖/碳纖複合材料；芯材承受的應力相對較小，因此可選擇輕質材料以減輕構件的質量。對於面板，主要考慮的是材料的強度和剛度，但是對於芯材，主要目的是最大幅度地減輕質量，在上、下面板之間保持一定距離的同時，需要承受一定的壓力和剪切應力，以維持面板的穩定。常用的芯材有蜂窩、泡沫塑料和輕木等。蜂窩材料無論是鋁蜂窩、Nomex蜂窩還是聚合物蜂窩具有難以3D成型加工的特點，也受限於產品厚度和中間膠層的性能。而輕木作為夾芯材料跟蜂窩材料一樣需要中間膠層，增加不可靠性的風險也難以3D成型加工。聚合物泡沫如PVC、PS、PUR、SAN、PEI、PMI和PPSU等泡沫熱變形溫度都在250℃以下，大部分低於200℃，抗壓強度多低於5MPa，在與熱塑性纖維增強複合材料熱壓結合時會發生變形。另外聚合物泡沫的3d成型過程複雜，難以滿足夾層結構複合材料多元化的設計要求。典型的三種芯材的夾層結構也存在抗壓強度低的缺點，如聚合物泡沫抗壓強度小於10MPa，輕木抗壓強度小於15MPa，難以滿足高抗壓強度需求的輕量化結構領域中。
技術實現要素：
基於此，本發明提供一種夾層結構複合材料，產品強度和剛度高，且密度低，重量輕，抗壓強度高，實現了輕量化、纖薄化；且可以3D成型。
本發明還提供上述夾層結構複合材料的製備方法。
為了實現本發明的目的，本發明採用以下技術方案：
一種夾層結構複合材料，其包括：兩層連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層以及夾在兩層所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層之間的非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層；所述的連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層的樹脂基體熔合在一起。
本發明還公開了以下技術方案：
一種夾層結構複合材料的製備方法，其包括如下步驟：
提供熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維，以及連續纖維增強熱塑性複合材料片材、成型治具、成型模具和注塑模具；
將所述的熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維進行混合，然後切粒，得到非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒；
將所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材利用真空吸盤放入成型治具中，通過機械手將所述成型治具置於兩個紅外加熱器之間，所述紅外加熱器將所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材快速加熱至熱成型溫度，然後移動所述成型治具與複合片材至所述成型模具中，取出所述成型治具，合上所述成型模具，預設時間後，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材成型為預設形狀，得到連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮；
將兩塊所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮進行預熱，然後分別嵌入到所述注塑模具的兩個模面處，再將所述非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒注射於兩塊連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮之間，形成非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層，注塑後連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層的樹脂基體熔合在一起，形成所述夾層結構複合材料。
在其中一些實施例中，所述步驟：提供熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維中，所述的熱塑性塑料35-75份、空心玻璃微珠5-40份、相容劑3-5份、偶聯劑0.5-1.5份、、抗氧劑0.01-1份、潤滑劑0.3-1份、非連續纖維0.01-50份。
在其中一些實施例中，所述熱塑性塑料為PP、PE、PC、PA、TPU、PA6、PA66、PA12、PPS、PI、PEI、PEEK、PC/ABS、PET、POM、PBT、SAN、PLA、ABS、PS、PMMA、PVC、PPO、PPSU、PES、PSU中的一種；所述非連續纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、氧化鋁纖維、氮化矽纖維、氮化硼纖維、硼纖維、亞麻纖維、PBO纖維、PBI纖維、PBT纖維中的一種；所述非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒中所述非連續纖維的長度為0.1mm-50mm。
在其中一些實施例中，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的增強相為連續玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、氧化鋁纖維、氮化矽纖維、氮化硼纖維、硼纖維、亞麻纖維、PBO纖維、PBI纖維、PBT纖維單向布、編織布中的一種或者多種；所述連續纖維增強熱塑性複合材料的樹脂基體為PP、PE、PC、PA、TPU、PA6、PA66、PA12、PPS、PI、PEI、PEEK、PC/ABS、PET、POM、PBT、SAN、PLA、ABS、PS、PMMA、PVC、PPO、PPSU、PES、PSU中的一種；所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的厚度為0.1mm-0.5mm，所述連續纖維的體積含量為25％-75％。
在其中一些實施例中，所述的相容劑為無定型苯乙烯-丁二烯共聚物、接枝型馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體中的一種或幾種的組合；所述的偶聯劑為矽烷類偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、有機鉻絡合物偶聯劑和其他類型偶聯劑中的一種或幾種的組合；所述的潤滑劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鋇、矽酮、石蠟或硬脂酸鋅中的一種或幾種的組合；所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑復配而成的複合抗氧化劑，其中受阻酚類抗氧劑包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇脂和1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羥基苄基)異氰尿酸，所述的亞磷酸酯類抗氧劑包括三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、雙(十八烷基)季戊四醇二亞磷酸酯、雙(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亞磷酸酯。
在其中一些實施例中，所述紅外加熱器的溫度設定為200℃-450℃，通過控制所述紅外加熱器與連續纖維增強熱塑性複合材料片材的距離及紅外輻照的時間使得連續纖維增強熱塑性複合材料片材迅速達到熱成型溫度，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的成型溫度為100℃-380℃。
在其中一些實施例中，所述成型模具為熱壓成型模和衝切模一體的成型模具，所述成型模具的上下模具有熱流道，所述熱流道與模溫機相連，所述成型模具的上下模溫度為30℃-110℃，成型壓力為0.2MPa-5Mpa，成型時間為1-30s。
在其中一些實施例中，所述注塑模具與急熱急冷的模溫機相連，以進行冷熱恆溫或者切換，所述，注塑模具的溫度為25℃-180℃，注塑壓力為80MPa-250MPa，注塑充模時間為0.5s-5s，保壓時間為5s-120s，注塑溫度為150℃-400℃。
本發明所述的夾層結構複合材料的製備方法，在注塑的塑料粒料中添加空心玻璃微珠降低密度作為中間芯材，利用注塑高溫高壓的特點將連續纖維增強熱塑性複合材料的樹脂基體和注塑塑料的樹脂基體熔合製成整體的夾層結構，把注塑成型技術與夾層結構設計有效結合起來，發揮連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層高強度高模量可以承受較大的彎曲載荷的作用，同時利用注塑成型工藝高效、低成本、設計靈活，非連續纖維增強熱塑性塑料粒料性能、密度、收縮率可調控等優勢，製備的夾層結構複合材料產品具有高強度、剛度的特點，同時降低密度，減輕結構重量，為實現輕量化、纖薄化提供了創新的技術途徑。可用來生產機械零件、電器材料、汽車配件、建材產品和家電外殼等；且採用該方法以及材料除了可以製備平板結構也可以製備3D結構的夾層複合材料，抗壓強度相比於傳統三種芯材的夾層結構複合材料更強，適用範圍更廣。
具體實施方式
為了便於理解本發明，下面將對本發明進行更全面的描述。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。
本發明所述的夾層結構複合材料的製備方法，其包括如下步驟：
提供熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維，以及連續纖維增強熱塑性複合材料片材、成型治具、成型模具和注塑模具；
將所述的熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維進行混合，然後切粒，得到非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒；
將所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材利用真空吸盤放入成型治具中，通過機械手將所述成型治具置於兩個紅外加熱器之間，所述紅外加熱器將所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材快速加熱至熱成型溫度，然後移動所述成型治具與複合片材至所述成型模具中，取出所述成型治具，合上所述成型模具，預設時間後，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材成型為預設形狀，得到連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮；
將兩塊所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮進行預熱，然後分別嵌入到所述注塑模具的兩個模面處，再將所述非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒注射於兩塊連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮之間，形成非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層，注塑後連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層的樹脂基體熔合在一起，形成所述夾層結構複合材料。
在其中一些實施例中，所述步驟：提供熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維中，所述的熱塑性塑料35-75份、空心玻璃微珠5-40份、相容劑3-5份、偶聯劑0.5-1.5份、抗氧劑0.01-1份、潤滑劑0.3-1份、非連續纖維0.01-50份。
其中，所述空心玻璃微珠的粒徑範圍為10μm～180μm，中位粒徑為45μm-80μm，真密度為0.3g/cm3～0.6g/cm3，抗壓強度20MPa-125Mpa。
其中，所述熱塑性塑料為PP、PE、PC、PA、TPU、PA6、PA66、PA12、PPS、PI、PEI、PEEK、PC/ABS、PET、POM、PBT、SAN、PLA、ABS、PS、PMMA、PVC、PPO、PPSU、PES、PSU中的一種。
其中，所述非連續纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、氧化鋁纖維、氮化矽纖維、氮化硼纖維、硼纖維、亞麻纖維、PBO纖維、PBI纖維、PBT纖維中的一種。
其中，所述非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒中所述非連續纖維的長度為0.1mm-50mm。
其中，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的增強相為連續玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、氧化鋁纖維、氮化矽纖維、氮化硼纖維、硼纖維、亞麻纖維、PBO纖維、PBI纖維、PBT纖維單向布、編織布中的一種或者多種；所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的樹脂基體為PP、PE、PC、PA、TPU、PA6、PA66、PA12、PPS、PI、PEI、PEEK、PC/ABS、PET、POM、PBT、SAN、PLA、ABS、PS、PMMA、PVC、PPO、PPSU、PES、PSU中的一種。
其中，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的厚度為0.1mm-0.5mm，所述連續纖維的體積含量為25％-75％。
其中，所述的相容劑為無定型苯乙烯-丁二烯共聚物、接枝型馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、嵌段型丁苯共聚物、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體中的一種或幾種的組合；所述的偶聯劑為矽烷類偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、有機鉻絡合物偶聯劑和其他類型偶聯劑中的一種或幾種的組合；所述的潤滑劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、硬脂酸鋇、矽酮、石蠟或硬脂酸鋅中的一種或幾種的組合；所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑復配而成的複合抗氧化劑，其中受阻酚類抗氧劑包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇脂(抗氧劑1076)和1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羥基苄基)異氰尿酸(抗氧劑3114)，所述的亞磷酸酯類抗氧劑包括三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯(抗氧劑168)、雙(十八烷基)季戊四醇二亞磷酸酯(抗氧劑618)、雙(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亞磷酸酯(抗氧劑626)。
其中，所述紅外加熱器的溫度設定為200℃-450℃，通過控制所述紅外加熱器與連續纖維增強熱塑性複合材料片材的距離及紅外輻照的時間使得連續纖維增強熱塑性複合材料片材迅速達到熱成型溫度，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材的成型溫度為100℃-380℃。
其中，所述成型模具為熱壓成型模和衝切模一體的成型模具，所述成型模具的上下模具有熱流道，所述熱流道與模溫機相連，所述成型模具的上下模溫度為30℃-110℃，成型壓力為0.2MPa-5Mpa，成型時間為1-30s。
其中，所述注塑模具與急熱急冷的模溫機相連，以進行冷熱恆溫或者切換，所述，注塑模具的溫度為25℃-180℃，注塑壓力為80MPa-250MPa，注塑充模時間為0.5s-5s，保壓時間為5s-120s，注塑溫度為150℃-400℃。
採用上述方法製成的夾層結構複合材料，其包括：兩層連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層以及夾在兩層所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層之間的非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層。連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層的樹脂基體熔合在一起。
本發明具有如下顯著的有益效果：
1、作為芯材，密度、抗壓強度、剪切強度還有耐溫性能是關鍵，無論是蜂窩、泡沫塑料和輕木都難以達到自由調配的程度。成型過程中也容易出現變形的問題，本發明利用材料和工藝的特性，通過調節原料中纖維含量和空心玻璃微珠含量來調控非連續纖維增強熱塑性塑料粒料的力學性能、密度、收縮率等滿足不同夾層結構材料設計的需求。同時通過調節模具溫度和連續纖維增強熱塑性複合材料的預熱溫度等解決不同材料在成型過程中收縮變形、開裂等的問題。具有設計自由，靈活多變的特性。
2、一般成型薄片材時需要一個熱壓成型模具，一個衝切模具，本發明創造性地利用恆溫設置，熱壓成型後模具不會因為升溫形成熱漲後影響衝切的精度，實現連續生產的同時也起到節省模具及相關開發費用的作用。
3、通過調節注塑過程中注塑溫度、壓力、充膜時間和保壓時間使連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層的樹脂基體熔合在一起，可以省掉中間膠層消除界面分離的風險，同時連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層再熔化可以達到光滑的表面效果，如果使用的是連續纖維編織布，可以實現平紋、斜紋和緞紋等3d透明漂亮外觀。
本發明發揮連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層高強度高模量可以承受較大的彎曲載荷的作用，同時利用注塑成型工藝高效、低成本、設計靈活的優勢，製備出一種新型的、產品尺寸結構穩定的夾層結構複合材料，產品具有高強度和剛度的同時降低密度，減輕結構重量，為實現輕量化、纖薄化提供了創新的技術途徑。典型的三種芯材的夾層結構存在抗壓強度低的劣勢，難以滿足高抗壓強度需求的輕量化結構領域中。新製備出來的夾層結構部件抗壓強度明顯高於其他夾層結構材料，而且可以通過選材大幅度提高抗壓強度，可以應用於高要求的新領域。
4、本發明採用連續纖維增強熱塑性複合材料和非連續纖維增強熱塑性塑料，如兩種材料中塑料基體和增強纖維類型都一致，可以整體回收利用，這個是其他夾層結構材料所不具備有的優勢。可循環利用更綠色、環保、低碳。
下面將通過實施例來進一步說明本發明的技術方案：
實施例一
夾層結構複合材料的製備方法，其包括如下步驟：
提供熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維，以及連續纖維增強熱塑性複合材料片材、成型治具、成型模具和注塑模具，其中重量比例如下：熱塑性塑料為聚碳酸酯(PC)60份、空心玻璃微珠15份、相容劑為馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物3份、矽烷偶聯劑(KH550)0.5份、抗氧劑為抗氧劑1010與抗氧劑168按1:1混合共0.2份；潤滑劑為矽酮母粒(ST-LS100)0.5份和玻璃纖維20份。玻璃纖維的長度為0.7mm。空心玻璃微珠的粒徑範圍為10μm～180μm，中位粒徑D50為60μm，真密度為0.45g/cm3，抗壓強度為50MPa。
將聚碳酸酯(PC)、空心玻璃微珠、馬來酸酐接枝苯乙烯/乙烯/苯乙烯嵌段共聚物、矽烷偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和玻璃纖維混合，然後切粒，得到高性能非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒。
將連續纖維增強熱塑性複合材料片材利用真空吸盤吸緊後放入成型治具中，通過機械手將成型治具置於兩個紅外加熱器之間，將紅外加熱器的溫度設定至300℃，連續纖維增強熱塑性複合材料片材快速加熱至熱成型溫度即100℃-380℃，經過3s後，連續纖維增強熱塑性複合材料片材達到熱成型溫度230℃，然後移動連續纖維增強熱塑性複合材料片材與成型治具至成型模具中，取出成型治具，合上成型模具，成型模具為熱壓成型模和衝切模一體的成型模具，溫度為40℃，合模時衝切掉多餘飛邊，壓力為2MPa，5s後，連續纖維增強熱塑性複合材料片材成型為預設形狀，得到連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮。其中，通過控制紅外加熱器與連續纖維增強熱塑性複合材料片材的距離及紅外輻照的時間使得連續纖維增強熱塑性複合材料片材迅速達到熱成型溫度。成型模具為熱壓成型模和衝切模一體的成型模具，成型模具的上下模具有熱流道，熱流道與模溫機相連達到溫度恆定、一致，成型模具的上下模溫度為30℃-110℃。
本實施例採用的連續纖維增強熱塑性複合材料片材為市售，bond laminates公司的 dynalite 210型號，厚度為0.25mm，樹脂基體為聚碳酸酯、增強纖維為玻璃纖維、纖維的體積含量為44％。
將兩塊成型後的連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮進行預熱，預熱後分別嵌入到注塑模具的兩個模面處，再將非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒注射於兩塊連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮之間，形成非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層，注塑後連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層的樹脂基體熔合在一起，形成所述的夾層結構複合材料。其中，預熱是將連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮置於110℃烘箱中預熱，注塑模具的溫度為100℃，注塑壓力為180MPa，注塑充模時間為3s，保壓時間為50s，注塑溫度為280℃。
其製備的夾層結構複合材料，包括：兩層連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層以及夾在兩層所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層之間的非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層。其中，連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層的樹脂基體熔合在一起。
實施例二
本實施例所述的夾層結構複合材料的製備方法，與實施例一不同的是：
高性能非連續纖維增強熱塑性塑料由如下重量比例的組分製成：
熱塑性塑料為PA35份、空心玻璃微珠5份、相容劑為嵌段型丁苯共聚物、苯乙烯三段嵌段共合物彈性體以1:1組合而成3份、鋁酸酯偶聯劑1份、抗氧劑為抗氧劑1076與抗氧劑168按2:3混合共0.7份、潤滑劑為石蠟與硬脂酸鋅1:2混合共0.3份和碳纖維0.01份。碳纖維纖維的長度為1mm。本實施例中空心玻璃微珠的粒徑範圍為10μm～180μm，中位粒徑D50為45μm，真密度為0.3g/cm3，抗壓強度為20Mpa。
將熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維進行混合，然後切粒，得到非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒。
將連續纖維增強熱塑性複合材料片材利用真空吸盤放入成型治具中，通過機械手置於兩個紅外加熱器之間將所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材快速加熱至熱成型溫度，紅外加熱器溫度設定為250℃，經過3s後，連續纖維增強熱塑性複合材料片材達到熱成型溫度200℃，移動治具與複合片材至成型模具中，移開治具進行另一個生產周期，合上成型模具，成型模具為熱壓成型模和衝切模一體的成型模具，溫度為40℃，合模時衝切掉多餘飛邊，壓力為2MPa，預設時間5s後，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材成型為預設形狀，得到連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮。
本實施例採用的連續纖維增強熱塑性複合材料片材為市售，bond laminates公司的 anti-ballistic 300型號，厚度為0.25mm，樹脂基體為PA、增強纖維為芳綸纖維、纖維的體積含量為75％。
將兩塊成型後的連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮進行預熱，預熱後分別嵌入到注塑模具的兩個模面處，再將非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒注射於兩塊連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮之間，形成非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層，注塑後連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層的樹脂基體熔合在一起，形成所述夾層結構複合材料。其中，預熱是將連續纖維增強熱塑性複合材料置於80℃烘箱中預熱，注塑模具的溫度為70℃，注塑模具的壓力為170MPa，注塑充模時間為2s，保壓時間為10s，注塑溫度為230℃。
其製備的夾層結構複合材料，包括：兩層連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層以及夾在兩層所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層之間的非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層。其中，連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層的樹脂基體熔合在一起。
實施例三
本實施例所述的夾層結構複合材料的製備方法，與實施例一不同的是：
高性能非連續纖維增強熱塑性塑料由如下重量比例的組分製成：
熱塑性塑料為PPS75份、空心玻璃微珠30份、相容劑為嵌段型丁苯共聚物5份、有機鉻絡合物偶聯劑1.5份、抗氧劑為抗氧劑3114與抗氧劑618按1:3混合共1份、潤滑劑為硬脂酸鈣1份和硼纖維50份。硼纖維的長度為50mm。空心玻璃微珠的粒徑範圍為10μm～180μm，中位粒徑為80μm，真密度為0.6g/cm3，抗壓強度125MPa。其中連續纖維增強熱塑性複合材料的厚度為0.5mm，連續纖維的體積含量為45％。
將熱塑性塑料、空心玻璃微珠、相容劑、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和非連續纖維進行混合，然後切粒，得到非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒。
將連續纖維增強熱塑性複合材料片材利用真空吸盤放入成型治具中，通過機械手置於兩個紅外加熱器之間將所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材快速加熱至熱成型溫度，紅外加熱器溫度設定為400℃，經過15s後，連續纖維增強熱塑性複合材料片材達到熱成型溫度310℃，移動治具與複合片材至成型模具中，移開治具進行另一個生產周期，合上成型模具，成型模具為熱壓成型模和衝切模一體的成型模具，溫度為80℃，合模時衝切掉多餘飛邊，壓力為5MPa，5s後，所述連續纖維增強熱塑性複合材料片材成型為預設形狀，得到連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮。
本實施例採用的連續纖維增強熱塑性複合材料片材為市售，bond laminates公司的 dynalite 107型號，厚度為0.5mm，樹脂基體為PPS，增強纖維為玻璃纖維、纖維的體積含量為45％。
將兩塊成型後的連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮進行預熱，預熱後分別嵌入到注塑模具的兩個模面處，再將非連續纖維增強熱塑性塑料顆粒注射於兩塊連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮之間，形成非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層，注塑後連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料夾芯層的樹脂基體熔合在一起，形成所述夾層結構複合材料。其中，預熱是將連續纖維增強熱塑性複合材料置於80℃烘箱中預熱，注塑模具的溫度為180℃，注塑壓力為250MPa，注塑充模時間為5s，保壓時間為120s，注塑溫度為380℃。
其製備的夾層結構複合材料，包括：兩層連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層以及夾在兩層所述連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層之間的非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層。其中，連續纖維增強熱塑性複合材料蒙皮層的樹脂基體與非連續纖維增強熱塑性塑料注塑夾芯層的樹脂基體熔合在一起。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。