一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶及其製備方法與流程

2023-10-06 15:05:04 2

本發明涉及浸帶製備領域，尤其涉及一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶及其製備方法。
背景技術：
：連續纖維增強熱塑性樹脂複合材料因為纖維在基體內連續分布，表現出很高的機械性能。同時又因為其成型速度快，可以循環使用等優點，成為目前關注的焦點。一般常用的熱塑性樹脂有聚丙烯，聚乙烯、pet、尼龍等幾種；常用的增強纖維有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等幾種。但是現有技術中預浸帶中選用的連續纖維均為單種纖維，應用較多的為芳綸纖維，眾所周知，芳綸纖維具有超高的強度，但是其耐高溫性仍有待改善。因此限制了其在某些領域的應用。如申請號為cn201210310263.3的專利公開了一種纖維增強熱塑性複合材料的製備方法，具體為：將纖維在包括熱塑性樹脂的熔體中進行浸漬，得到預浸帶；將所述預浸帶進行編織，得到纖維增強熱塑性複合材料。本發明的連續纖維增強熱塑性複合材料通過編織工藝成型，得到了三維結構的複合材料，從而使複合材料在橫、縱向方向上都具有較高的剛度，極大地提高了熱塑性複合材料的剛度。上述專利即選用芳綸作為纖維增強材料，但是其只選用單種纖維，無法克服單種纖維帶來的相應的技術問題。並且其選用的樹脂基體的耐高溫性也有待進一步提高。技術實現要素：為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶及其製備方法。本發明選用芳綸-碳纖維復捻纖維作為預浸帶的增強材料，兩種纖維能夠互取所長，能夠浸進一步提高纖維的耐高溫性；同時在熱塑性樹脂中複合有耐高溫無機材料，能夠提高樹脂基體的耐高溫性。此外本發明的預浸帶的孔隙率低，從而機械行性能好。本發明的具體技術方案為：一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶，由10-20重量份的芳綸-碳纖維復捻纖維和100重量份的熱塑性樹脂噴淋液製得；所述熱塑性樹脂噴淋液由以下質量百分比的組分配製而成：熱塑性樹脂粉體20-40％、碳化矽1-2％、陶瓷粉0.5-1.5％、馬來酸酐接枝聚丙烯0.4-0.6％、木質素0.5-1.5％、茶皂素0.5-1.5％和餘量的水。本發明選用芳綸和碳纖維進行復捻，其中芳綸具有高強度的特點，而碳纖維具有出色的耐高溫性能。復捻後能夠結合兩種纖維的特點。此外，本發明選用噴淋工藝添加熱塑性樹脂，噴淋液中，碳化矽和陶瓷粉具有出色的耐高溫和抗氧化性質，能夠提高樹脂基體的耐高溫性。在木質素和茶皂素的作用下，熱塑性樹脂粉體在水中能夠均勻分散、乳化，提高噴淋液的穩定性和對纖維的浸潤性。在熱塑性樹脂固化後，馬來酸酐接枝聚丙烯能夠提高熱塑性樹脂粉體和其他物質的相容性。進一步地，所述熱塑性樹脂粉體為聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯中的一種。進一步地，所述熱塑性粉體為微米級粉體。進一步地，所述芳綸纖維為改性芳綸纖維，其製備方法如下：將納米埃洛石管在300-400℃下熱活化處理2-4h；然後將芳綸顆粒與熱活化後的納米埃洛石管、二氧化矽氣凝膠粉末按質量比95:2-4:1-3混合後，添加至硫酸中分散均勻，得到紡絲溶液，最後按常規工藝紡絲後製得改性芳綸纖維。在現有技術中，由於熱塑性樹脂對纖維浸潤性差，因此兩者的結合力較弱，結合處容易產生孔隙。而本發明用納米埃洛石管和二氧化矽氣凝膠粉對芳綸纖維進行預改性，納米埃洛石管具有中空的管道結構，其經過熱活化後，其內部結晶水得到去除，管道空間得到增大，二氧化矽氣凝膠粉具有超高的比表面積，因此將納米埃洛石管和二氧化矽氣凝膠粉複合到芳綸纖維中後，使得芳綸纖維對噴淋液具有較好的吸收能力，在噴淋時，熱塑性樹脂能夠充分被吸收而滲透進入纖維內部。因此兩者間的結合較好，熱壓成型後的預浸帶基體密實度較高，孔隙率較低。此外，納米埃洛石管和二氧化矽氣凝膠粉還能夠進一步提高纖維的耐高溫、耐候性等性能。進一步地，所述預浸帶的厚度為0.2-0.4mm，寬度為1-500mm。一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶的製備方法，包括以下步驟：(1)纖維復捻：將芳綸纖維和碳纖維按2-3:1的股數進行復捻，復捻後在張緊條件下對纖維表面噴灑粘合劑，乾燥後得到復捻纖維。(2)噴淋處理：對復捻纖維進行清洗、乾燥，再經過導絲後，用熱塑性樹脂噴淋液對復捻纖維進行噴淋處理。(3)熱壓成型：對步驟(2)得到的中間產品依次進行乾燥、熱輥處理。(4)收卷：進過切割、收卷後製得成品。步驟(1)中，本發明採用了獨創的復捻工藝：先將芳綸纖維和碳纖維纖維按一定股數復捻，然後在纖維張緊的條件下噴灑粘合劑。纖維在張緊條件下，其取向性較好，在軸向上的保持較高的預張力，纖維機械性能更好。而在此條件下噴灑粘合劑進行快速固化，相當於將復捻纖維的此狀態進行了「封存」，固化後的復捻纖維能夠保持較好的機械性能。步驟(2)中，本發明選用噴淋的工藝進行熱塑性樹脂的添加，此工藝與傳統的熔融浸漬法相比，由於其不採用有機溶劑，在後續熱壓工藝中不會因為有機溶劑的快速揮發而在預浸帶基體中產生大量孔隙，從而影響預浸帶性能。步驟(3)和步驟(4)中，按常規工藝即可。進一步地，步驟(1)之後，步驟(2)之前，所述復捻纖維還經過預處理：在復捻纖維表面噴灑預處理液，將復捻纖維在50-60℃、65-75％相對溼度的環境下悶制處理24-48h。本發明還可預先對復捻纖維進行預處理，噴灑預處理液後，在特定溫度和溼度環境下對纖維悶制處理，悶制後纖維的膨鬆度提高，使得在後續噴淋工藝中熱塑性樹脂噴淋液對纖維的浸潤性大幅提高，熱塑性樹脂能夠充分滲透進入纖維內部並與之結合。與現有技術中對纖維進行開纖的方法相比，開纖過程會損傷纖維，使得纖維表面變得毛糙，而本發明預處理方法不會對纖維造成負面影響。進一步地，所述預處理液由以下質量百分比的組分配製而成：親水性氨基矽油2-4％、十二烷基苯磺酸鈉1-3％、吐溫-801-3％、氯化鈉0.5-1.5％和餘量的水；進一步地，預處理液的噴灑量為復捻纖維質量的4-8％。對纖維噴灑上述預處理液後，在悶制過程中，十二烷基苯磺酸鈉和吐溫-80能夠降低纖維表面能，使得預處理液能夠滲透進入纖維內部，使得纖維變得膨鬆，易於浸潤；氯化鈉起到保水作用，親水性氨基矽油能夠在纖維表面成膜，在悶制過程中使纖維與空氣隔離，在悶制的特定溫溼度外部環境下，纖維內部由於內外部滲透壓差的存在而變得膨鬆，易於後續熱塑性樹脂噴淋液的浸潤。進一步地，步驟(3)中，所述熱輥處理的溫度為150-250℃，輥壓速度為10-20m/min。與現有技術對比，本發明的有益效果是：本發明選用芳綸-碳纖維復捻纖維作為預浸帶的增強材料，兩種纖維能夠互取所長，能夠浸進一步提高纖維的耐高溫性；同時在熱塑性樹脂中複合有耐高溫無機材料，能夠提高樹脂基體的耐高溫性。此外本發明的預浸帶的孔隙率低，從而機械行性能好。具體實施方式下面結合實施例對本發明作進一步的描述。實施例1一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶，厚度為0.3mm，寬度為250mm。由15重量份的芳綸-碳纖維復捻纖維和100重量份的熱塑性樹脂噴淋液製得。所述熱塑性樹脂噴淋液由以下質量百分比的組分配製而成：熱塑性樹脂粉體(為米粉聚氯乙烯)30％、碳化矽1.5％、陶瓷粉1％、馬來酸酐接枝聚丙烯0.5％、木質素1％、茶皂素1％和餘量的水。一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶的製備方法，包括以下步驟：(1)纖維復捻：將芳綸纖維和碳纖維按2:1的股數進行復捻，復捻後在張緊條件下對纖維表面噴灑質量為復捻纖維6％的粘合劑，乾燥後得到復捻纖維。所述復捻纖維還經過預處理：在復捻纖維表面噴灑預處理液，將復捻纖維在55℃、70％相對溼度的環境下悶制處理36h。所述預處理液由以下質量百分比的組分配製而成：親水性氨基矽油3％、十二烷基苯磺酸鈉2％、吐溫-802％、氯化鈉1％和餘量的水，(2)噴淋處理：對復捻纖維進行清洗、乾燥，再經過導絲後，用熱塑性樹脂噴淋液對復捻纖維進行噴淋處理。(3)熱壓成型：對步驟(2)得到的中間產品依次進行乾燥、熱輥處理。其中熱輥處理的溫度為200℃，輥壓速度為15m/min。(4)收卷：進過切割、收卷後製得成品。實施例2一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶，厚度為0.3mm，寬度為250mm。由15重量份的芳綸-碳纖維復捻纖維和100重量份的熱塑性樹脂噴淋液製得。所述熱塑性樹脂噴淋液由以下質量百分比的組分配製而成：熱塑性樹脂粉體(為米粉聚氯乙烯粉體)30％、碳化矽1.5％、陶瓷粉1％、馬來酸酐接枝聚丙烯0.5％、木質素1％、茶皂素1％和餘量的水。其中，所述芳綸纖維為改性芳綸纖維，其製備方法如下：將納米埃洛石管在350℃下熱活化處理3h；然後將芳綸顆粒與熱活化後的納米埃洛石管、二氧化矽氣凝膠粉末按質量比95:3:2混合後，添加至硫酸中分散均勻，得到紡絲溶液，最後按常規工藝紡絲後製得改性芳綸纖維。一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶的製備方法，包括以下步驟：(1)纖維復捻：將芳綸纖維和碳纖維按2:1的股數進行復捻，復捻後在張緊條件下對纖維表面噴灑質量為復捻纖維6％的粘合劑，乾燥後得到復捻纖維。所述復捻纖維還經過預處理：在復捻纖維表面噴灑預處理液，將復捻纖維在55℃、70％相對溼度的環境下悶制處理36h。所述預處理液由以下質量百分比的組分配製而成：親水性氨基矽油3％、十二烷基苯磺酸鈉2％、吐溫-802％、氯化鈉1％和餘量的水，(2)噴淋處理：對復捻纖維進行清洗、乾燥，再經過導絲後，用熱塑性樹脂噴淋液對復捻纖維進行噴淋處理。(3)熱壓成型：對步驟(2)得到的中間產品依次進行乾燥、熱輥處理。其中熱輥處理的溫度為200℃，輥壓速度為15m/min。(4)收卷：進過切割、收卷後製得成品。實施例3一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶，厚度為0.2mm，寬度為1mm。由10重量份的芳綸-碳纖維復捻纖維和100重量份的熱塑性樹脂噴淋液製得。所述熱塑性樹脂噴淋液由以下質量百分比的組分配製而成：熱塑性樹脂粉體(為米粉聚乙烯粉體)20％、碳化矽1％、陶瓷粉1.5％、馬來酸酐接枝聚丙烯0.4％、木質素1.5％、茶皂素0.5％和餘量的水。其中，所述芳綸纖維為改性芳綸纖維，其製備方法如下：將納米埃洛石管在300℃下熱活化處理4h；然後將芳綸顆粒與熱活化後的納米埃洛石管、二氧化矽氣凝膠粉末按質量比95:2:3混合後，添加至硫酸中分散均勻，得到紡絲溶液，最後按常規工藝紡絲後製得改性芳綸纖維。一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶的製備方法，包括以下步驟：(1)纖維復捻：將芳綸纖維和碳纖維按3:1的股數進行復捻，復捻後在張緊條件下對纖維表面噴灑質量為復捻纖維4％的粘合劑，乾燥後得到復捻纖維。所述復捻纖維還經過預處理：在復捻纖維表面噴灑預處理液，將復捻纖維在60℃、75％相對溼度的環境下悶制處理48h。所述預處理液由以下質量百分比的組分配製而成：親水性氨基矽油4％、十二烷基苯磺酸鈉1％、吐溫-803％、氯化鈉0.5％和餘量的水，(2)噴淋處理：對復捻纖維進行清洗、乾燥，再經過導絲後，用熱塑性樹脂噴淋液對復捻纖維進行噴淋處理。(3)熱壓成型：對步驟(2)得到的中間產品依次進行乾燥、熱輥處理。其中熱輥處理的溫度為150℃，輥壓速度為10m/min。(4)收卷：進過切割、收卷後製得成品。實施例4一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶，厚度為0.4mm，寬度為500mm。由20重量份的芳綸-碳纖維復捻纖維和100重量份的熱塑性樹脂噴淋液製得。所述熱塑性樹脂噴淋液由以下質量百分比的組分配製而成：熱塑性樹脂粉體(為米粉聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯粉體)40％、碳化矽2％、陶瓷粉0.5％、馬來酸酐接枝聚丙烯0.6％、木質素0.5％、茶皂素1.5％和餘量的水。其中，所述芳綸纖維為改性芳綸纖維，其製備方法如下：將納米埃洛石管在400℃下熱活化處理2h；然後將芳綸顆粒與熱活化後的納米埃洛石管、二氧化矽氣凝膠粉末按質量比95:4:1混合後，添加至硫酸中分散均勻，得到紡絲溶液，最後按常規工藝紡絲後製得改性芳綸纖維。一種基於耐高溫熱塑性複合材料樹脂的預浸帶的製備方法，包括以下步驟：(1)纖維復捻：將芳綸纖維和碳纖維按3:1的股數進行復捻，復捻後在張緊條件下對纖維表面噴灑質量為復捻纖維4-8％的粘合劑，乾燥後得到復捻纖維。所述復捻纖維還經過預處理：在復捻纖維表面噴灑預處理液，將復捻纖維在50℃、65％相對溼度的環境下悶制處理24h。所述預處理液由以下質量百分比的組分配製而成：親水性氨基矽油2％、十二烷基苯磺酸鈉3％、吐溫-801％、氯化鈉1.5％和餘量的水，(2)噴淋處理：對復捻纖維進行清洗、乾燥，再經過導絲後，用熱塑性樹脂噴淋液對復捻纖維進行噴淋處理。(3)熱壓成型：對步驟(2)得到的中間產品依次進行乾燥、熱輥處理。其中熱輥處理的溫度為220℃，輥壓速度為20m/min。(4)收卷：進過切割、收卷後製得成品。對比例1一種熱塑性複合材料樹脂的預浸帶，厚度為0.3mm，寬度為250mm。由15重量份的芳綸纖維和100重量份的熱塑性樹脂噴淋液製得。所述熱塑性樹脂噴淋液由以下質量百分比的組分配製而成：熱塑性樹脂粉體(為米粉聚氯乙烯)30％、木質素1％、茶皂素1％和餘量的水。一種熱塑性複合材料樹脂的預浸帶的製備方法，包括以下步驟：(1)噴淋處理：對芳綸纖維經過導絲後，用熱塑性樹脂噴淋液對復捻纖維進行噴淋處理。(2)熱壓成型：對步驟(1)得到的中間產品依次進行乾燥、熱輥處理。其中熱輥處理的溫度為200℃，輥壓速度為15m/min。(3)收卷：進過切割、收卷後製得成品。實施例1與對比例1製得的預浸帶相比，其纖維在保證芳綸纖維原有高強度的基礎上，還具有耐高溫性。而樹脂基體的耐高溫性也由於對比例1對實施例1-4的預浸帶的孔隙率進行檢測，具體結果如下：組號實施例1實施例2實施例3實施例4對比例1孔隙率，％0.100.040.050.050.14由上可知，本發明方法製備的預浸帶熱塑性樹脂對纖維的浸潤性較好，能夠與纖維較好的結合，產生的孔隙較少。本發明中所用原料、設備，若無特別說明，均為本領域的常用原料、設備；本發明中所用方法，若無特別說明，均為本領域的常規方法。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍。當前第1頁12