一種連續纖維增強熱塑性複合材料及其製備方法與流程
2023-05-21 08:36:36
本發明屬於高分子材料
技術領域：
，涉及一種連續纖維增強熱塑性複合材料及其製備方法。
背景技術：
：自上世紀80年代中期始，人們對採用拉擠工藝製造連續纖維增強熱塑性塑料複合材料(FRTP)產生了極大興趣。因為採用熱塑性複合材料可避免熱固性複合材料固有的環境友好性差、加工周期長和難以回收等不足，並且可具有更好的綜合性能，如：較強的柔韌性和抗衝擊性能、良好的抗破壞能力、損傷容限高、可補塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型時無需固化反應、成型速度快及可以重複利用等特點。熱固性基體拉擠成型轉變到熱塑性基體拉擠成型所遇到的關鍵問題主要包括：基體在室溫下呈固態、在熔融溫度下流動性差(黏度高)和熔體冷卻時收縮率大。傳統的熱固性複合材料強度雖然很高，但是製品韌性差、脆性大、不耐衝擊，並且製品很難回收利用；而熱塑性複合材料因為製品韌性好、耐衝擊、製品可回收等優點受到越來越多的關注，但是，樹脂的熔融溫度高、粘度大，對玻纖浸漬困難等問題限制了熱塑性複合材料的發展。技術實現要素：為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種工藝簡單、能耗較低、纖維與樹脂良好浸潤結合的連續纖維增強熱塑性複合材料。本發明的另一個目的是提供一種上述連續纖維增強熱塑性複合材料的製備方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種連續纖維增強熱塑性複合材料，由以下重量份的組分製成：所述丙烯酸酯類單體選自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯中的至少一種。所述聚合物選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、高抗衝聚苯乙烯(HIPS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)樹脂中的至少一種。所述復配引發劑選自過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、過氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO)、叔丁基過氧化氫(TBHP)、過氧化-2-乙基乙酸叔丁酯(P16)、過氧化苯甲醯(BPO)或偶氮二異丁腈(AIBN)中的至少一種。所述脫模劑選自硬脂酸鈣或硬脂酸鋅中的至少一種。所述無機填料選自輕質碳酸鈣、氫氧化鋁、滑石粉、雲母或玻璃微珠中的至少一種。所述助劑包括紫外線吸收劑、抗氧化劑和矽烷偶聯劑；所述矽烷偶聯劑、紫外線吸收劑和抗氧化劑的比例為(3～4):1:1。所述紫外線吸收劑選自2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9)、2-(2ˊ-羥基-5ˊ-甲基苯基)苯並三氮唑(UV-P)或2'-(2'-羥基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯並三唑(UV-326)中的至少一種。所述抗氧化劑選自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)或β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧劑1076)中的至少一種。所述矽烷偶聯劑選自γ-氨丙基三乙氧基矽烷(矽烷偶聯劑KH550)、γ-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(矽烷偶聯劑KH570)、鈦酸酯或鋁酸酯中的至少一種。所述連續增強纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維中的至少一種。所述連續增強纖維的線密度為2400Tex。一種上述連續纖維增強熱塑性複合材料的製備方法，包括以下步驟：將10～30份聚合物加入到100份丙烯酸酯類單體中，加熱條件下攪拌溶解，溶解後加入0.5～2份復配引發劑、3～10份脫模劑、5～30份無機填料和2～4份助劑，然後加入282～704份連續增強纖維，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬連續增強纖維，然後進行加熱拉擠得到所述連續纖維增強熱塑性複合材料。所述加熱的溫度為20～50℃，攪拌時間為30～50min。所述加熱拉擠的工藝為：一區溫度為115～125℃，二區溫度為160～175℃，三區溫度為155～165℃；拉擠速度為40～60cm/min。由於採用上述技術方案，本發明具有以下優點和有益效果：本發明採用粘度極低的丙烯酸脂類單體溶解特定聚合物，配置的浸漬樹脂粘度適中並且可以根據需要調節，能很好地實現對增強材料的浸潤，解決了熔融法樹脂粘度大難以完全浸漬連續增強纖維的技術難題；另外，本發明通過液壓隔膜計量泵將樹脂輸送到密閉的樹脂腔 中實現對玻纖的浸潤，樹脂利用率高，無浪費；整個過程中浸漬樹脂不和外部空氣接觸，不會釋放普通樹脂釋放的難聞氣味，極大地提高了生產車間的工作環境。採用本發明中所述配方製得的連續纖維增強熱塑性複合材料，比一般的熱固性複合材料中的纖維含量高，具有更強的力學性能，特別是具有更高的耐衝擊性能；製品可廣泛應用於製作汽車保險槓、防撞梁、高速公路防護欄等產品，產品可以回收再利用，低碳環保無汙染。本發明採用丙烯酸酯類單體實現對連續增強纖維的在線浸漬，拉擠出的產品玻纖質量含量較一般的熱固性拉擠產品高，抗衝擊性能優異，在丙烯酸酯類樹脂中溶入一些聚合物後，拉擠出的產品抗衝擊性能可以進一步提高，可廣泛應用於汽車的保險槓、防撞梁、高速公路上的防護欄等需要高抗衝擊性能的產品中。具體實施方式下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明。實施例1把10份的聚苯乙烯(PS)加入到100份甲基丙烯酸甲酯單體中，在50℃恆溫水浴中攪拌30分鐘，待PS完全溶解後依次加入0.5份TBPB、0.5份BPO、5份硬脂酸鈣、30份輕質碳酸鈣、2份矽烷偶聯劑KH550、0.5份紫外線吸收劑UV-531、0.5份抗氧化劑1010，攪拌均勻後作為熱塑性複合材料的拉擠成型的樹脂體系。本實施例以80*3mm片材模具製作熱塑性複合材料為例進行說明。把348份線密度為2400Tex的連續玻璃纖維在牽引機構的牽引下進入樹脂腔，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬增強纖維，然後在牽引機的帶動下進入模具，調節模具三區的加熱溫度，一區115℃，二區170℃，三區155℃，拉擠速度控制在40cm/min，得到規格為80*3mm的連續纖維增強熱塑性複合材料片材。實施例2把10份的聚苯乙烯(PS)加入到100份的甲基丙烯酸乙酯單體中，在30℃恆溫水浴中攪拌40分鐘，待PS完全溶解後依次加入0.25份TBPO、0.25份P16、3份硬脂酸鋅、5份雲母、1.2份矽烷偶聯劑KH570、0.4份紫外線吸收劑UV-9、0.4份抗氧化劑1076，攪拌均勻後作為熱塑性複合材料的拉擠成型的樹脂體系。本實施例以80*3mm片材模具為例進行說明。把282份線密度為2400Tex的連續碳纖維在牽引機構的牽引下進入樹脂腔，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬增強纖維，然後在牽引機的帶動下進入模具，調節模具三區的加熱溫度，一區125℃，二區175℃，三區165℃，拉擠速度控制在60cm/min，得到規格為80*3mm的連續纖維增強熱塑性複合材料片材。實施例3把20份的聚苯乙烯(PS)加入到100份的丙烯酸甲酯單體中，在常溫20℃下攪拌50分鐘，待PS完全溶解後依次加入1份TBHP、1份AIBN、8份硬脂酸鈣、10份氫氧化鋁、2份矽烷偶聯劑鈦酸酯、0.5份紫外線吸收劑UV-P、0.5份抗氧化劑168，攪拌均勻後作為熱塑性複合材料的拉擠成型的樹脂體系。本實施例以80*3mm片材模具為例進行說明。把429份線密度為2400Tex的連續玻璃纖維在牽引機構的牽引下進入樹脂腔，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬增強纖維，然後在牽引機的帶動下進入模具，調節模具三區的加熱溫度，一區125℃，二區160℃，三區160℃，拉擠速度控制在50cm/min，得到規格為80*3mm的連續纖維增強熱塑性複合材料片材。實施例4把25份的高抗衝聚苯乙烯(HIPS)加入到100份的丙烯酸乙酯單體中，在35℃恆溫水浴中攪拌35分鐘，待HIPS完全溶解後依次加入0.75份TBPB、0.75份AIBN、5份硬脂酸鋅、20份滑石粉、2.4份矽烷偶聯劑鋁酸酯、0.8份紫外線吸收劑UV-326、0.8份抗氧化劑1010，攪拌均勻後作為熱塑性複合材料的拉擠成型的樹脂體系。本實施例以80*3mm片材模具為例進行說明。把420份線密度為2400Tex的連續玄武巖纖維在牽引機構的牽引下進入樹脂腔，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬增強纖維，然後在牽引機的帶動下進入模具，調節模具三區的加熱溫度，一區115℃，二區160℃，三區155℃，拉擠速度控制在50cm/min，得到規格為80*3mm的連續纖維增強熱塑性複合材料片材。實施例5把15份的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加入到100份的丙烯酸叔丁酯單體中，在45℃的恆溫水浴中攪拌50分鐘，待PMMA完全溶解後依次加入0.75份TBPO、0.75份BPO、10份硬脂酸鈣、25份玻璃微珠、2份矽烷偶聯劑KH570、0.5份紫外線吸收劑UV-326、0.5份抗氧化劑1076，攪拌均勻後作為熱塑性複合材料的拉擠成型的樹脂體系。本實施例以80*3mm片材模具為例進行說明。把516份線密度為2400Tex的連續芳綸纖維在牽引機構的牽引下進入樹脂腔，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬增強纖維，然後在牽引機的帶動下進入模具，調節模具三區的加熱溫度，一區115℃，二區160℃，三區155℃，拉擠速度控制在50cm/min，得到規格為80*3mm的連續纖維增強熱塑性複合材料片材。實施例6把30份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)加入到100份的甲基丙烯酸甲酯單體中，在40℃恆溫水浴中攪拌45分鐘，待ABS完全溶解後依次加入1份TBHP、1份BPO、10份硬脂酸鈣、30份氫氧化鋁、2.4份矽烷偶聯劑KH550、0.8份紫外線吸收劑UV-P、0.8份抗氧 化劑1010，攪拌均勻後作為熱塑性複合材料的拉擠成型的樹脂體系。本實施例以80*3mm片材模具為例進行說明。把704份線密度為2400Tex的連續碳纖維在牽引機構的牽引下進入樹脂腔，浸漬液通過密閉注膠體系在樹脂腔中浸漬增強纖維，然後在牽引機的帶動下進入模具，調節模具三區的加熱溫度，一區120℃，二區170℃，三區165℃，拉擠速度控制在60cm/min，得到規格為80*3mm的連續纖維增強熱塑性複合材料片材。實施例1～6製備的連續纖維增強熱塑性複合材料，根據相關國家標準測得其性能如表1所示：表1實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6增強纖維種類玻璃纖維碳纖維玻璃纖維玄武巖纖維芳綸纖維碳纖維增強纖維含量(％)70.0270.0675.0072.9876.9680.00拉伸強度(MPa)104814201100120411031830彎曲強度(MPa)110863941208140317658785彎曲模量(MPa)40750226570417504780560085243810上述的對實施例的描述是為便於該
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3