一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法技术

一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法，涉及一种聚合物复合材料及其制备方法。目的是解决挤出工艺中长纤维或连续纤维制备纤维增强热塑性聚合物复合材料的难点大的问题。该复合材料由长纤维或连续纤维和热塑性聚合物构成，长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部。制备方法：制备聚合物基体，将纤维均匀平行铺装在聚合物基体的表面，卷成筒状或片状预制体，纤维端部朝向挤出机的进料口并向挤出机送料，进行挤出。本发明专利技术利用聚合物基体对纤维进行包覆，借助聚合物基体将纤维带入挤出机，实现喂料和混合。本发明专利技术适用于制备长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法
技术介绍
纤维增强热塑性聚合物复合材料的力学性能高和设计性强，应用领域十分广泛。其中聚合物为原生和回收型热塑性聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、工程塑料等；增强纤维分为天然纤维和人工纤维两种。天然纤维包括木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维、秸秆纤维等天然存在的纤维，天然纤维具有质轻高强、可降解、绿色环保等突出优点，在运输、装饰装修、园林设施等众多领域中得到广泛应用；人工纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维、金属纤维等，人工纤维具有超高的比强度、比模量、抗疲劳等优点，被作为结构材料和功能件在航空航天、化学防腐、风力发电等领域广泛应用。挤出工艺是制备纤维增强热塑性聚合物复合材料的常用方法，分为一步成型法和两步成型法两种，一步成型法是将混合好的短纤维和聚合物粒子直接进行挤出成型；而两步成型法是将混合好的短纤维和塑料粒子先进行挤出造粒，再将短纤维与聚合物的复合粒子进行挤出成型。挤出工艺可以实现复合材料的连续生产，产品截面尺寸及外观形貌可以通过模具设计实现，制备过程稳定，且生产效率高。目前通过挤出工艺制备纤维增强热塑性聚合物复合材料所用纤维原料为短纤维，长度为0.01～3mm；在挤出成型前，需要将纤维与聚合物粒子进行物理性混合。目前存在的问题是：1、纤维密度低，轻质的短纤难以与聚合物粒子混合均匀；2、现有技术中长度大于3mm的纤维由于纤维长度过大，无法与聚合物粒子混合，且在进料时容易发生缠绕、堆积等问题，导致向挤出机喂料困难，甚至无法喂料。因此，目前长纤维或连续纤维难以制备聚合物复合材料。而长纤维或连续纤维比短纤维的增强效果好，满足管材缠绕、二次模压等的要求。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有挤出工艺中采用长纤维或连续纤维制备纤维增强热塑性聚合物复合材料的难点大的问题，提出一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法。本专利技术长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料由长纤维和热塑性聚合物构成，或由连续纤维和热塑性聚合物构成；长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部；所述热塑性聚合物与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物或工程塑料中的一种或几种；所述长纤维的长度为10～1000mm；所述长纤维为天然纤维或合成纤维；所述连续纤维为天然纤维或合成纤维；所述天然纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维或秸秆纤维中的一种或几种；所述合成纤维为无机纤维、金属纤维或有机纤维中的一种或几种；所述无机纤维为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维；所述有机纤维为芳纶纤维、尼龙纤维或聚酯纤维；上述长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料的制备方法按以下步骤进行：步骤一、制备聚合物基体所述聚合物基体为连续片状聚合物基体或无纺布；所述连续片状聚合物基体的制备方法为：称取聚合物粒子和偶联剂，混合均匀后经热压、挤出吹塑、挤出拉伸、挤出流延或压延，得到连续片状聚合物基体；所述连续片状聚合物基体的厚度为0.03～1mm；所述聚合物粒子与偶联剂的质量比为1:(0.02～0.08)；所述偶联剂为钛酸脂类偶联剂、异氰酸酯类偶联剂、马来酸酐接枝聚乙烯偶联剂、马来酸酐接枝聚丙烯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或几种；所述无纺布材质为涤纶、丙纶、芳纶、腈纶、锦纶、聚烯烃类纤维、维纶或氨纶中的一种或几种；所述连续片状聚合物基体与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；所述无纺布与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；步骤二、纤维铺装与包裹将纤维均匀平行铺装在聚合物基体的表面，然后将聚合物基体以纤维长度方向为轴卷成筒状预制体，或将聚合物基体以纤维长度方向为轴折叠成片状预制体；其中，将聚合物基体卷成筒状预制体或将聚合物基体折叠成片状预制体后，实现聚合物基体对纤维的包覆；能够解决长纤维或连续纤维与聚合物粒子难以混合的问题；所述纤维为长纤维或连续纤维；步骤三、复合材料挤出成型将筒状预制体或片状预制体的纤维端部朝向挤出机的进料口并向挤出机送料，然后进行挤出，经模具口冷却定型后得到长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料；所述进行挤出时挤出机的加工温度为80～230℃；上述得到的长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料可以直接用于二次加工成型，二次加工成型工艺包括模具浇筑成型、缠绕成型、层积成型或模压成型；筒状预制体和片状预制体、以无纺布作为聚合物基体制备的预制体可以直接进行热压成型；本专利技术具备以下有益效果：本专利技术利用长纤维或连续纤维与热塑性聚合物通过一步成型挤出工艺制备纤维增强热塑性聚合物复合材料，首先利用聚合物基体对长纤维或连续纤维进行包覆，挤出时可以借助聚合物基体将长纤维或连续纤维定向地带入挤出机，实现喂料，同时利用挤出机进行混合，解决了长纤维或连续纤维与聚合物粒子难以混合及挤出时无法喂料的问题；本专利技术制备的聚合物复合材料中长纤维或连续纤维为定向排列，聚合物复合材料中纤维含量最高可达到90％，力学性能优于短纤维增强热塑性聚合物复合材料；在挤出过程中纤维得到拉伸，提高了复合材料的力学性能；从模具口出来的复合材可以通过压延作用成为大幅面的薄片材料。附图说明图1为实施例1中纤维铺装示意图，图中a为竹纤维，b为连续片状聚丙烯基体，c为进料端；图2为实施例1中制备的筒状预制体；图3为图2的A-A向剖视图；图4实施例2中纤维铺装示意图；图5为实施例2中制备的片状预制体剖视图；图6为实施例3中纤维铺装示意图；图7为实施例3中制备的片状预制体剖视图。具体实施方式：本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。具体实施方式一：本实施方式长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料由长纤维和热塑性聚合物构成，或由连续纤维和热塑性聚合物构成；长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部；所述热塑性聚合物与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；所述长纤维的长度为10～1000mm。本实施方式聚合物复合材料中长纤维或连续纤维为定向排列，聚合物复合材料中纤维含量最高可达到90％，力学性能优于短纤维增强热塑性聚合物复合材料。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物或工程塑料中的一种或几种。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述长纤维和连续纤维为天然纤维或合成纤维。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述天然纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维或秸秆纤维中的一种或几种。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述合成纤维为无机纤维、金属纤维或有机纤维中的一种或几种；所述无机纤维为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维；所述有机纤维为芳纶纤维、尼龙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料，其特征在于：该复合材料由长纤维和热塑性聚合物构成，或由连续纤维和热塑性聚合物构成；长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部；所述热塑性聚合物与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；所述长纤维的长度为10～1000mm。

【技术特征摘要】
1.一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料，其特征在于：该复合材料由长纤维和热塑性聚合物构成，或由连续纤维和热塑性聚合物构成；长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部；所述热塑性聚合物与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；所述长纤维的长度为10～1000mm。2.根据权利要求1所述的长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料，其特征在于：所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物或工程塑料中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料，其特征在于：所述长纤维和连续纤维为天然纤维或合成纤维。4.根据权利要求1所述的长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料，其特征在于：所述天然纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维或秸秆纤维中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料，其特征在于：所述合成纤维为无机纤维、金属纤维或有机纤维中的一种或几种；所述无机纤维为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维；所述有机纤维为芳纶纤维、尼龙纤维或聚酯纤维。6.如权利要求1所述的长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：步骤一、制备聚合物基体所述聚合物基体为连续片状聚合物基体或无纺布；所述连续片状聚合物基体的制备方法为：称取聚合物粒子和偶联剂，混合均匀后经热压、挤出吹塑、挤出拉伸、挤出流延或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟宏，郝建秀，顿梦媛，李学敏，孙亚楠，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23