一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法和实施该方法的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法和实施该方法的系统。具体地，本发明专利技术公开了一种复合材料，所述复合材料具有以下特征：1)所述复合材料为大面积层状材料，且所述复合材料包含交替排列的纤维织物层和热塑性树脂层；2)所述纤维织物层的层数为m，所述热塑性树脂层的层数为n，且n≥m+1；和3)所述热塑性树脂层经高温熔融、低温硬化后与所述纤维织物层结合形成所述复合材料。本发明专利技术还公开了所述复合材料的制备方法和实施该方法的系统。结合所述系统，采用所述方法可连续化、自动化、高效地制备大面积的力学性能优异的纤维增强热塑性复合材料。

Fiber reinforced thermoplastic composite material, preparation method thereof and system for carrying out said method

The invention relates to a fiber reinforced thermoplastic composite material, a preparation method thereof and a system for carrying out the method. Specifically, the present invention discloses a kind of composite material, the composite material has the following characteristics: 1) the composite material for a large area of layered materials, and the composite material containing alternately arranged fiber fabric layer and a thermoplastic resin layer; 2) the fabric layer number is m and the thermoplastic resin layer number is n, and N is not less than m+1; and 3) the thermoplastic resin layer by high temperature melting, low temperature hardening and the fabric layer is formed by the combination of the composite material. The invention also discloses a preparation method of the composite material and a system for carrying out the method. In combination with the system, a large area of fiber reinforced thermoplastic composite material with excellent mechanical properties can be continuously, automatically and efficiently produced by adopting the method.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法和实施该方法的系统
本专利技术涉及复合材料成型加工
，具体地涉及一种纤维增强热塑性复合材料及其制备方法和实施该方法的系统。
技术介绍
在过去的几十年中，合成和无机纤维增强树脂基复合材料凭借其质轻高强、耐腐蚀、抗疲劳等诸多优点获得了极大的发展和应用，在促进社会经济和科技发展方面做出了巨大贡献。但是，合成和无机纤维在生产制造过程中带来的环境污染和能耗过高等问题也成为人们日渐关心的话题，其难以回收再利用也给生存环境带来了沉重负担。上述情况迫使人们重新将目光转向了天然纤维增强复合材料。天然纤维不仅具有较高的强度和模量、较低的密度、隔声、隔热等性质，而且是生态环保的可再生资源，产量大，价格低廉。近年来，天然纤维增强复合材料得到了飞速发展，已经广泛应用于交通运输、建筑等领域，并且开始由非承载结构向次承载结构过渡。天然纤维增强热塑性复合材料具有韧性好、抗冲击、可回收再利用等优点，其目前的生产方法主要有模压、挤出、注塑、拉挤成型等。模压法是间歇式生产方式，周期长，生产效率较低；挤出和注塑成型只适合生产短切和长纤维增强复合材料，产品的力学性能较差，模具费用昂贵；拉挤成型工艺的产品形状单调，只能生产线形型材，产品横向强度不高。因此目前的生产工艺难以满足需求，这严重阻碍了天然纤维增强热塑性复合材料性能的发挥和应用范围的拓展。因此，本领域急需开发一种新型的连续、高效、成本低且可制备力学性能优异的天然纤维增强热塑性复合材料的制备方法及实施该方法的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的连续、高效、成本低且可制备力学性能优异的天然纤维增强热塑性复合材料的制备方法及实施该方法的系统。本专利技术的第一方面，提供了一种复合材料，所述复合材料具有以下特征：1)所述复合材料为大面积层状材料，且所述复合材料包含交替排列的纤维织物层和热塑性树脂层；2)所述纤维织物层的层数为m，所述热塑性树脂层的层数为n，且n≥m+1；和3)所述热塑性树脂层经高温熔融、低温硬化后与所述纤维织物层结合形成所述复合材料。在另一优选例中，所述纤维织物中植物纤维的份量≥80wt％，较佳地≥90wt％，更佳地≥95wt％。在另一优选例中，所述“大面积”指所述复合材料的长度≥1.0m，且宽度≥1.0m，较佳地长度≥2m，且宽度≥1.2m，更佳地长度≥3m，且宽度≥1.4m。在另一优选例中，所述复合材料还具有选自下组的一个或多个特征：1)组成所述纤维织物层的纤维织物选自下组：麻纤维、竹纤维、棉纤维、木纤维、椰子纤维、或其组合；2)形成所述热塑性树脂层的热塑性塑料的熔点≤250℃；3)所述复合材料的拉伸强度≥30MPa；4)所述复合材料的拉伸模量≥1.3GPa。在另一优选例中，所述纤维织物的编织方式选自下组：平纹、斜纹、缎纹、单向布、多轴向布。在另一优选例中，所述纤维织物的面密度≤450g/m2，较佳地≤350g/m2。在另一优选例中，所述热塑性塑料的熔点≤240℃，较佳地≤230℃，更佳地≤200℃。在另一优选例中，所述热塑性塑料的形式选自下组：薄膜、无纺布、纤维毡、片材。在另一优选例中，所述热塑性塑料的面密度为180-330g/m2，较佳地为200-310g/m2，更佳地为250-300g/m2。在另一优选例中，所述热塑性塑料选自下组：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、或其组合。在另一优选例中，所述复合材料的拉伸强度≥31MPa，较佳地为≥32MPa，更佳地≥33MPa。在另一优选例中，所述复合材料的拉伸模量≥1.3GPa，较佳地为≥2GPa，更佳地≥2.5GPa。在另一优选例中，按所述复合材料的总体积计，所述纤维织物的体积占30-60％，较佳地35-55％，更佳地40-50％。在另一优选例中，所述复合材料的最外层为热塑性树脂层。在另一优选例中，所述复合材料是采用本专利技术第二方面所述的方法制备的。本专利技术的第二方面，提供了一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)提供纤维织物和热塑性塑料；2)在第一牵引辊的作用下，将所述纤维织物和所述热塑性塑料交替压合；3)在钢带的牵引作用下，将步骤2)所得制品牵引进入成型区，依次经预压、热压和冷压，得到经压合的复合材料；和4)任选地在第二牵引辊的作用下，将前述步骤所得制品牵引出成型区，得到所述复合材料。在另一优选例中，所述纤维织物和所述热塑性塑料如本专利技术第一方面所述。在另一优选例中，在步骤4)之后，还任选地包括步骤：5)采用自动切割机切割前述步骤所得制品，获得所述复合材料。在另一优选例中，所述第二牵引辊为压花辊。在另一优选例中，在步骤2)之前，所述纤维织物经干燥处理；和/或在步骤1)之前，所述纤维织物经如下处理：a-1)使用有机溶剂浸泡所述纤维织物；和a-2)烘干步骤a-1)所得经浸泡处理的纤维织物，并绕卷待用。在另一优选例中，所述干燥处理是在牵引过程中进行的。在另一优选例中，所述干燥处理的干燥温度为40-100℃，较佳地为45-90℃。在另一优选例中，所述干燥处理还包括步骤：沿所述纤维织物前进的方向进行水平吹风。在另一优选例中，经所述干燥处理的纤维织物的含水量≤10％，较佳地≤5％，更佳地≤3％。在另一优选例中，实施所述制备方法的车间环境的相对湿度≤40％，较佳地≤30％。在另一优选例中，所述有机溶剂为硅烷偶联剂-乙醇的混合溶液。在另一优选例中，所述浸泡处理的浸泡时间为1-30分钟，较佳地为5-25分钟，更佳地为10-20分钟。在另一优选例中，所述烘干处理的烘干温度为50－110℃，较佳地为60－100℃，更佳地为80－90℃。在另一优选例中，所述烘干处理在所述烘干温度下的烘干时间为1－20分钟，较佳地为3－15分钟，更佳地为5－10分钟。在另一优选例中，所述第一牵引辊的牵引速度为v1，所述钢带的牵引速度为v2，所述第二牵引辊的牵引速度为v3，0.1m/min≤v1≤v2≤v3≤4m/min。在另一优选例中，所述第一牵引辊的牵引速度、所述钢带的牵引速度和所述第二牵引辊的牵引速度均可连续调节。在另一优选例中，所述第一牵引辊的牵引速度、所述钢带的牵引速度和所述第二牵引辊的牵引速度依次增大0.01-0.1m/min，较佳地0.01～0.05m/min。在另一优选例中，步骤3)中，所述预压处理在第一热处理温度下进行，所述第一热处理温度为50-150℃；和/或所述热压处理在第二热处理温度下进行，所述第二热处理温度为155-250℃；和/或所述冷压处理在第三冷处理温度下进行，所述第三冷处理温度为40－60℃。在另一优选例中，所述成型区中，用于成型的压辊的间隙为0.1-10mm，较佳地为0.5-8mm，更佳地为1.5-5mm。本专利技术的第三方面，提供了一种自动化系统，所述系统从左到右依序包括第一支架、干燥设备、第二支架和成型设备，其中，所述第一支架用于放置纤维织物，所述干燥设备用于干燥经过该设备的纤维织物，所述第二支架用于放置热塑性塑料，所述成型设备用于将所述纤维织物和所述热塑性塑料成型为层状复合材料。在另一优选例中，所述干燥设备优选为鼓风烘道。在另一优选例中，所述第二支架中还包含用于放置纤维织物的支架，其个数同第一支架。在另一优选例中，在所述第一支架和所述干燥设备之间设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其特征在于，所述复合材料具有以下特征：1)所述复合材料为大面积层状材料，且所述复合材料包含交替排列的纤维织物层和热塑性树脂层；2)所述纤维织物层的层数为m，所述热塑性树脂层的层数为n，且n≥m+1；和3)所述热塑性树脂层经高温熔融、低温硬化后与所述纤维织物层结合形成所述复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料具有以下特征：1)所述复合材料为大面积层状材料，且所述复合材料包含交替排列的纤维织物层和热塑性树脂层；2)所述纤维织物层的层数为m，所述热塑性树脂层的层数为n，且n≥m+1；和3)所述热塑性树脂层经高温熔融、低温硬化后与所述纤维织物层结合形成所述复合材料。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还具有选自下组的一个或多个特征：1)组成所述纤维织物层的纤维织物选自下组：麻纤维、竹纤维、棉纤维、木纤维、椰子纤维、或其组合；2)形成所述热塑性树脂层的热塑性塑料的熔点≤250℃；3)所述复合材料的拉伸强度≥30MPa；4)所述复合材料的拉伸模量≥1.3GPa。3.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供纤维织物和热塑性塑料；2)在第一牵引辊的作用下，将所述纤维织物和所述热塑性塑料交替压合；3)在钢带的牵引作用下，将步骤2)所得制品牵引进入成型区，依次经预压、热压和冷压，得到经压合的复合材料；和4)任选地在第二牵引辊的作用下，将前述步骤所得制品牵引出成型区，得到所述复合材料。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤2)之前，所述纤维织物经干燥处理；和/或在步骤1)之前，所述纤维织物经如下处理：a-1)使用有机溶剂浸泡所述纤维织物；和a-2)烘干步骤a-1)所得经浸泡处理的纤维织物，并绕卷待用。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一牵引辊的牵引速度为v1，所述钢带的牵引速度为v2，所述第二牵引辊的牵引速度为v3，0.1m/min≤v1≤v2≤v3≤4m/min。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述预...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，陈明达，王贵民，徐海兵，涂丽艳，张洪生，林新耀，祝颖丹，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33