一種改善纖維布增強熱塑性複合材料浸漬效果的方法
2023-05-04 19:48:01 1
專利名稱：一種改善纖維布增強熱塑性複合材料浸漬效果的方法
技術領域：
本發明涉及一種改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法，屬於高分子材料加工技術領域。
背景技術：
纖維增強聚合物基複合材料以其比強度和比模量高等優勢已廣泛應用於汽車、航天航空及軍工等領域，纖維增強熱塑性複合材料以其工藝簡單、可進行補塑修復和焊接、可回收利用等特點而日益收到人們的重視。但是，相比於熱固性複合材料而言熱塑性複合材料的發展之所以長期滯後，主要是因為熱塑性樹脂基體粘度普遍很高(比熱固 性樹脂高2 3個數量級)，導致增強纖維難於得到充分浸潰，界面結合強度低，從而影響材料的性能。如傳統纖維布增強複合材料熱壓成型方法如公開號為CN101913276A和CN200710050008. 9所述，分別採用聚芳醚腈樹脂和聚苯硫醚樹脂與纖維布經交替層疊、一次熱壓成型製備而成。已知方法的缺點在於該方法制的複合材料中樹脂並不能很好的浸潰纖維布，對於粘度較高的樹脂來說浸潰效果會更差。通常我們改善樹脂對纖維布浸潰和粘結效果的途徑為降低樹脂粘度或縮短擴散路徑。降低樹脂粘度往往需要提高溫度，添加其它溶劑(小分子增塑劑)或實現剪切流動等。已知方法的缺點在於，提高溫度能夠在一定程度上降低樹脂的粘度，但其對粘度降低的程度隨著樹脂種類的不同而有很大差異，且較高加工溫度不但對設備要求較高，還會對樹脂基體造成一定的破壞；添加其它溶劑會引入一些雜質，在一定程度上破壞複合體系原本的特性；實現剪切流動對熱壓成型來說實現較困難，且對設備要求很高。縮短擴散路徑，增大有效表面積的方法很多，如混紡工藝法、流化床法等。公開號為CN1315463的專利採用樹脂和/或改性樹脂、增強纖維經混紡、擠拉、纏繞成型、模壓等工藝加工而成，該方法製備的複合材料中樹脂能夠較好的浸潰纖維，但是該方法的缺點在於其需要額外增加一道樹脂與纖維混紡的工序,一方面對設備要求較高,另一方面工序比較複雜,對樹脂的可紡性有較高的要求，即對該方法的普適性有一定程度限制。除此之外，以上採用傳統方法製備的纖維布增強聚合物基複合材料中的氣體很難排出，導致所得複合材料中存在很多缺陷，最終致使材料性能很難保證。公開號為CN1708392A的專利採用單向取向的高度拉伸的聚乙烯增強纖維以至多30% (質量含量)的聚合物基體材料作為一單層預浸料，然後將相鄰單層纖維旋轉疊加形成多個單層的疊層後熱壓成型，該方法用來製備高性能防彈模製件。已知方法的缺點在於其需要一種額外預浸潰的設備來實現單向取向單層纖維預浸料的製備，對設備有較高要求。
發明內容
本發明的的目的是針對現有技術的不足而提供一種改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的製備方法，其特點是為了解決現有製備纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果差的缺陷，通過二次熱壓成型的方法製備纖維布增強樹脂基複合材料。該方法製備的纖維布增強熱塑性複合材料具有浸潰效果好和機械性能高的特性，廣泛用於航空航天、汽車機械領域。本發明的目的由以下技術措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外均為重量份數。改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法包括以下步驟(I)、將熱塑性樹脂或其共混物在溫度100°C 150°C烘箱中乾燥6h 8h ;取乾燥物料100份，偶聯劑1-10份，在螺杆擠出機熔融擠出後經三輥壓光機定型得到共混物膜片;(2)、將上述膜片與纖維布以B層/A層/B層的順序疊層形成單層，其中A層為上述膜片，B層為增強纖維布； (3)、將上述疊層在溫度290°C 400 °〇和2MPa IOMPa條件下進行一次熱壓2min IOmin製得纖維布增強聚合物基單層片材預浸料；(4)、將上述單層片材預浸料裁成需要尺寸後疊加形成複合疊層，於溫度290°C 400°C和IOMPa 40MPa條件下進行二次熱壓IOmin 30min，獲得高性能纖維布增強熱塑性複合材料。所述熱塑性樹脂為聚苯硫醚(PPS)、聚對苯二甲醯己二胺(PA6T)、聚對苯二甲醯癸二胺(PAlOT)或其共混物中的任一種。所述纖維布為玻璃纖維布、碳纖維布、石英纖維布、玄武巖纖維布或芳綸纖維布中的任一種。所述纖維布與樹脂基體間採用偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基矽烷(KH550)，Y-(2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷(KH560)，Y-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(KH570)或Y-巰丙基三甲氧基矽烷(KH590)中的任一種。所述聚合物基體形態為片材或薄膜。所述纖維布增強聚芳硫醚碸與聚苯硫醚複合材料用於航空航天、汽車機械領域。性能測試I、採用掃描電子顯微鏡(SEM)對纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果與界面粘結作用表徵如圖2所示。結果表明相比於傳統熱壓成型方法，本發明採用二次熱壓成型方法製備的纖維布增強熱塑性複合材料具有優異浸潰效果與界面粘結作用。2、採用 GB/T 1447-2005、GB/T 1449-2005 和 GB/T 1451-2005 標準對纖維布增強熱塑性複合材料機械性能的測試如表I 5所示。結果表明相比於傳統熱壓成型方法，本發明採用二次熱壓成型方法製備的纖維布增強熱塑性複合材料具備更加優異的機械性能。與現有技術相比，本發明還具有如下優點I、本發明採用二次熱壓成型方法，其中一次熱壓過程中採用纖維布/樹脂/纖維布順序疊層的優勢在於樹脂能夠在熱壓的作用下從兩層纖維布中間向其表面流動，縮短了樹脂在浸潰過程中的流動路徑，極大改善了複合材料的浸潰效果，進而提高了其機械性能。2、本發明在改進複合材料浸潰效果的同時增加了複合體系中纖維的含量，利於複合材料機械性能的提高。
3、本發明引入了相容劑，在改善了複合材料浸潰效果的同時改善了纖維布與樹脂基體的界面粘結性能。
圖I為二次熱壓成型纖維布增強複合材料示意2為不同方法製備玻纖布/PPS (80/20)複合材料衝擊斷面形貌圖2A為傳統熱壓成型方法製備的複合材料衝擊斷面形貌，放大倍數為40倍圖2a為傳統熱壓成型方法製備的複合材料衝擊斷面形貌，放大倍數為200倍圖2B為本發明方法製備的複合材料衝擊斷面形貌，放大倍數為40倍 圖2b為本發明方法製備的複合材料衝擊斷面形貌，放大倍數為200倍
具體實施例方式以下通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整。實施例I(I)將PPS在100°C下烘乾後與KH550按質量比100 1量取，採用單螺杆擠出機在溫度290°C熔融擠出，經三輥壓光機定型得到PPS膜片；(2)將上述膜片與纖維布以B層/A層/B層的順序疊層形成單層，其中A層為上述膜片，B層為玻璃纖維布；將該疊層在溫度290°C和IOMPa條件下進行一次熱壓IOmin製得纖維布增強聚合物基單層片材預浸料；(3)將上述單層片材預浸料裁成需要尺寸後疊加形成複合疊層，於溫度290°C和40MPa條件下進行二次熱壓30min，獲得玻璃纖維含量為80%的玻璃纖維布/PPS複合材料；(4)將上述膜片與玻璃纖維布採用傳統一次熱壓成型方法於溫度290°C和40MPa條件下熱壓30min製得玻璃纖維含量為80%的玻纖布/PPS複合材料。結果表明相比於傳統一次熱壓成型方法製得複合材料，本發明方法製備複合材料性能得到明顯改善。圖2為採用不同方法製備複合材料衝擊斷面SEM圖片，圖2A和圖2a，圖2B和圖2b分別為傳統一次熱壓成型方法和本發明方法製得玻纖布增強PPS複合材料斷面的SEM。從圖2A和圖2a中可以明顯看出傳統方法製備複合材料纖維成束存在，且纖維束內部幾乎沒有樹脂浸潰；拔出纖維尺寸很大，表面粘結樹脂量很少，纖維與樹脂間孔洞非常明顯；說明傳統加工方法製得纖維布增強複合材料中樹脂對纖維布的浸潰效果很差，且其界面粘結效果也很差；由圖2B和圖2b採用本發明方法製得複合材料纖維束分散在樹脂基體中；拔出纖維尺寸很小，表面樹脂粘結量很多，纖維與樹脂間沒有明顯孔洞；說明採用本發明方法製得纖維布增強複合材料中樹脂對纖維布的浸潰效果很好，且其界面粘結效果也有很大程度提高。表I為傳統方法與本發明方法製得玻璃纖維布/PPS複合材料機械性能對比，相比於傳統一次熱壓成型方法製得複合材料，該材料機械性能得到明顯改善。表I不同方法製備玻纖布/PPS (80/20)複合材料機械性能
權利要求
1.一種改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 (1)將熱塑性樹脂或其共混物在溫度100°c 150°C烘箱中乾燥6h 8h;取乾燥物料100份，偶聯劑1-10份，在螺杆擠出機熔融擠出後經三輥壓光機定型得到共混物膜片； (2)將上述膜片與纖維布以B層/A層/B層的順序疊層形成單層，其中A層為上述膜片，B層為增強纖維布； (3)將上述疊層在溫度290°C 4001和2MPa IOMPa條件下進行一次熱壓2min IOmin製得纖維布增強聚合物基單層片材預浸料； (4)將上述單層片材預浸料裁成需要尺寸後疊加形成複合疊層，於溫度290°C 400°C和IOMPa 40MPa條件下進行二次熱壓IOmin 30min,獲得高性能纖維布增強熱塑性複合材料。
2.根據權利要求I所述改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法，其特徵在於熱塑性樹脂為聚苯硫醚、聚對苯二甲醯己二胺、聚對苯二甲醯癸二胺或其共混物中的任一種。
3.根據權利要求I所述改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法，其特徵在於纖維布為玻璃纖維布、碳纖維布、石英纖維布、玄武巖纖維布或芳綸纖維布中的任一種。
4.根據權利要求I所述改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法，其特徵在於纖維布與樹脂基體間米用偶聯劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒，Y _ (2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷，Y-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷或Y-巰丙基三甲氧基矽烷中的任一種。
5.根據權利要求I所述改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法，其特徵在於所用聚合物基體形態為片材或薄膜。
6.根據權利要求I 5之一所述改善纖維布增強熱塑性複合材料浸潰效果的方法製備得到的纖維布增強熱塑性複合材料。
7.根據權利要求6所述纖維布增強熱塑性複合材料用於航空航天、汽車機械領域。
全文摘要
本發明公開了一種改善纖維布增強熱塑性複合材料浸漬效果的製備方法，採用二次熱壓成型方法製備纖維布增強熱塑性複合材料。其中包括單層片材的製備和多個單層片材的疊加複合，所述單層為纖維質量含量為30～80%，排列方式為纖維布/樹脂基體/纖維布的一個三層疊加後在2～10MPa條件下熱壓製得，所述多個單層片材的疊加為每一單層片材順序疊層後於溫度290～400℃和10～40MPa條件下壓製成型，該複合材料具有很好的浸漬效果和機械性能。
文檔編號B29B11/10GK102886902SQ201210385390
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者楊傑, 張守玉, 張坤, 王孝軍, 龍盛如, 李光憲 申請人:四川大學