一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法
2023-07-04 01:54:56
專利名稱：一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，屬於纖維增強 塑料材料技術領域。
背景技術：
天然植物纖維增強熱塑性塑料因為具有可循環使用和可反覆加工塑形的特點被 歸類為綠色複合材料。植物纖維的纖維素含量高、強度大；熱塑性塑料力學性能好，耐腐蝕， 隔音性能好，能量吸收能力好，耐衝擊，無脆性斷裂，最主要是具有可重複加工和使用的特 點。通常，使用短纖維增強熱塑性塑料的複合材料往往不能達到較高的力學要求，所以採用 植物纖維加捻紡製成短纖紗織造織物來增強熱塑性塑料，這樣可以極大地提高複合材料的 力學性能，拓寬材料的應用範圍，達到更高的性能要求，也是綠色複合材料研究的一個主要 方向。但是，短纖紗是纖維通過加捻紡制而成的，尤其是增強複合材料所採用的紗線通 常對力學要求較高，所以紗線捻度也較大，這樣紗線中的纖維就緊密地抱合纏繞擠壓，纖維 間的間隙很小，而熱塑性塑料的熔融流變性能較差，熔體粘度較大，綜合以上原因，短纖紗 織物增強熱塑性塑料就存在塑料聚合物很難浸潤到織物的紗線內部的問題，而僅包覆在織 物的紗線表面上，這會嚴重影響複合材料的力學性能，因為基體向增強纖維傳遞應力的媒 介和傳遞體減少了，從而影響複合材料受力時的能量吸收和損壞模式。目前短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的加工方法主要包括鋪層熱壓和混 織。申請號為201010505660. 7的中國專利採用三維正交機織麻織物作為預製件，將預製 件織物與聚丙烯膜鋪層熱壓，所製備的複合材料同樣存在聚丙烯聚集在織物和紗線表面， 浸潤不完全的問題，將複合材料切開後觀察其內部紗線還存在未被浸潤部分；申請號為 200710150837. 4的中國專利將亞麻紗與聚丙烯長絲並股共織成針織物預製件，利用常規熱 壓複合成型方法直接熱壓複合固化成型為複合材料；申請號為200910309019. 3的中國專 利將聚丙烯撕裂膜長帶梳理成長絲線，再將亞麻繩和聚丙烯絲線編織成片，覆蓋鋼板後熱 壓，製作麻纖維/聚丙烯纖維複合板材，以上這幾種加工方法，也都不能解決熱塑性塑料熔 融後無法浸潤到織物內部和紗線內部的問題，這將嚴重影響複合材料的力學性能。本發明提供的一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，可以解決熱 塑性塑料較難浸潤短纖紗織物這一問題，其特點是使用熱塑性塑料的有機溶液浸潤短纖紗 織物，使塑料以小顆粒的形式均勻地分布在織物和紗線中，然後該織物再和樹脂熱壓成復 合材料。這一方法不僅使得樹脂充分均勻浸潤增強體內部，而且避免了對纖維素纖維化學 處理造成的力學性能降低的可能性。該種製備方法操作簡單方便，效率高，對短纖紗織物增 強熱塑性塑料複合材料成型方法的研究非常具有實際意義和應用價值，是綠色複合材料的 製備研究方面一個非常有意義的課題。
發明內容
本發明的目的是提供一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，不但可 使樹脂充分均勻浸潤增強體內部，而且能避免對纖維素纖維化學處理造成的力學性能降低。為了達到上述目的，本發明提供了一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生 產方法，其特徵在於，先將短纖紗織物浸入熱塑性塑料的溶液中，取出後脫溶劑得到滲入樹 脂的短纖紗織物，再將滲入樹脂的短纖紗織物與熱塑性塑料複合在一起。優選地，所述的熱塑性塑料為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚丙烯(PP)，聚乙烯 (PE)，聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚碳酸酯(PC)。優選地，用於溶解聚對苯二甲酸乙二醇酯的溶劑為二氯甲烷、乙酸乙酯、四氫呋 喃、丙酮或丁酮。用於溶解聚丙烯的溶劑為二甲苯、環己烷、十氫化萘或四氫化萘。用於溶 解聚乙烯的有機溶劑為甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四氫萘、十氫萘、乙酸戊酯或石油醚。用於 溶解聚對苯二甲酸丁二醇酯的溶劑為鄰甲酚、鄰氯苯酚、苯酚與四氯乙烷的混合物(質量比 優選為1:1)。用於溶解聚碳酸酯的溶劑為二氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯或四氫呋喃。優選地，所述的熱塑性塑料的溶液中熱塑性塑料的質量濃度為1%_7%。優選地，短纖紗織物浸入熱塑性塑料的溶液中的時間為3-30分鐘。優選地，在短纖紗織物浸入熱塑性塑料的溶液的過程中，同時進行超聲處理，以加 速滲透。所述超聲處理的超聲頻率為12-45KHZ，時間為2-15分鐘。優選地，所述的脫溶劑的方法為加熱，進一步地，所述的脫溶劑的方法為真空加 熱。優選地，所述的滲入樹脂的短纖紗織物與熱塑性塑料的複合方法為熱壓。所述的短纖紗織物可為採用棉、毛、麻、絲(絹)和化纖切斷的纖維經紡紗製得的紗 線所織造的織物。本發明使用熱塑性塑料溶液浸潤短纖紗織物，可以在短時間內使熱塑性塑料浸入 到短纖紗織物的紗線中並均勻分散，以此解決了短纖紗中纖維緊密抱合，纖維間空隙小以 及熱塑性塑料的熔融流動性較差而不能進入織物和紗線內部的問題，從而很大程度地提高 了熱塑性塑料對短纖紗織物的浸潤度，提高了兩者間的界面面積，應用在複合材料中可以 明顯地改善複合材料的力學性能。本發明中溶解熱塑性塑料的溶劑可採用抽濾的方法回收，操作方便，成本低廉，環 保清潔，操作簡單，應用廣泛，適用於各種短纖紗織物和熱塑性塑料。
具體實施例方式下面結合實施例和對比例，進一步說明本發明。實施例1
短纖紗織物為三維正交薴麻機織物。經紗和緯紗細度是560tex，經密44根/10cm，緯 密40根/10cm，幅寬35cm，經紗3層，緯紗4層，織物厚度3mm，根據熱壓成型時所需要的 尺寸(30CmX30Cm)裁剪，並將織物放於烘箱中，105°C烘乾6h，回潮率達到0. 9%。使用質量 濃度為3%的聚丙烯的二甲苯溶液將三維正交薴麻機織物完全浸沒，20分鐘後，取出浸有溶 液的織物，壓去多餘溶液，在溫度105°C下保持3小時脫溶劑，得到滲入PP樹脂的薴麻織物。然後間隔鋪放該織物和PP膜，用平板硫化機熱壓，溫度175°C，壓力3MPa，時間
42min，然後調節溫度到210°C，壓力5MPa，時間％iin，冷卻得到複合材料板。對比例1
短纖紗織物為三維正交薴麻機織物。經紗和緯紗細度是560tex，經密44根/10cm，緯 密40根/10cm，幅寬35cm，經紗3層，緯紗4層，織物厚度3mm，根據熱壓成型時所需要的 尺寸(30CmX30Cm)裁剪，並將織物放於烘箱中，105°C烘乾6h，回潮率達到0. 9%。然後間隔鋪放該織物和PP膜，用平板硫化機熱壓，溫度175°C，壓力3MPa，時間 2min，然後調節溫度到210°C，壓力5MPa，時間％iin，冷卻得到複合材料板。
權利要求
1.一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在於，先將短纖紗織 物浸入熱塑性塑料的溶液中，取出後脫溶劑得到滲入樹脂的短纖紗織物，再將滲入樹脂的 短纖紗織物與熱塑性塑料複合在一起。
2.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的熱塑性塑料為聚對苯二甲酸乙二醇酯，用於溶解聚對苯二甲酸乙二醇酯的溶劑 為二氯甲烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、丙酮或丁酮。
3.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的熱塑性塑料為聚丙烯，用於溶解聚丙烯的溶劑為二甲苯、環己烷、十氫化萘或四 氫化萘。
4.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的熱塑性塑料為聚乙烯，用於溶解聚乙烯的有機溶劑為甲苯、二甲苯、三氯乙烯、四 氫萘、十氫萘、乙酸戊酯或石油醚。
5.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的熱塑性塑料為聚對苯二甲酸丁二醇酯，用於溶解聚對苯二甲酸丁二醇酯的溶劑 為鄰甲酚、鄰氯苯酚或苯酚與四氯乙烷的混合物。
6.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的熱塑性塑料為聚碳酸酯，用於溶解聚碳酸酯的溶劑為二氯甲烷、四氯化碳、三氯 乙烯或四氫呋喃。
7.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的熱塑性塑料的溶液中熱塑性塑料的質量濃度為1%_7%。
8.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，在短纖紗織物浸入熱塑性塑料的溶液的過程中，同時進行超聲處理。
9.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的脫溶劑的方法為加熱。
10.如權利要求1所述的短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在 於，所述的滲入樹脂的短纖紗織物與熱塑性塑料的複合方法為熱壓。
全文摘要
本發明提供了一種短纖紗織物增強熱塑性塑料複合材料的生產方法，其特徵在於，先將短纖紗織物浸入熱塑性塑料的溶液中，取出後脫溶劑得到滲入樹脂的短纖紗織物，再將滲入樹脂的短纖紗織物與熱塑性塑料複合在一起。本發明可以在短時間內使熱塑性塑料浸入到短纖紗織物的紗線中並均勻分散，應用在複合材料中可以明顯地改善複合材料的力學性能。
文檔編號C08L23/12GK102092136SQ201010597719
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者周琬婷, 房曉萌, 王穎, 章倩, 章悅庭, 邱夷平, 邱瑩丹, 陸春紅 申請人:東華大學