连续纤维增强热塑性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。通过选择合适的改性剂与甲基丙烯酸类单体、引发剂及其它各组分以合理的配比复配得到热塑性树脂组合物。将该树脂组合物涂布到连续纤维上进行常温预浸，再根据设定的层压工艺流程制备出连续纤维增强的热塑性复合材料。本发明专利技术的制备方法大部分工序都在常温条件下进行，节省了大量能源以及生产成本，且对连续纤维丝、连续纤维带，特别是连续纤维编织布的预浸效果好，制备得到的连续纤维增强热塑性复合材料的质量稳定，在超载失效时，以屈服变形为主，不会突然断裂，解决了连续纤维增强热固性复合材料的失效不安全性，且可被后续反复加工成型成不同形状的制品，提高了材料应用的适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。
技术介绍
连续纤维增强的复合材料分为连续纤维增强热塑性复合材料板以及连续纤维增强热固性复合材料。连续纤维增强热塑性复合材料常采用高温预浸的方法进行制备。使用专用的挤出机将热塑性的塑料在高温(如：230℃以上)、高压(如：50Bar以上)下熔化成液态树脂流，迅速通过预浸模口预浸预热过的单向连续纤维(丝或带)，随即冷却定型成为具有一定刚性的连续纤维增强热塑性复合材料带。然后根据需要使用这种连续纤维增强热塑性复合材料带堆叠、焊接成不同铺设角度和层数的胚料，最后在高温(如：约230℃或以上)的层压机上将其层压成连续纤维增强热塑性复合材料板。该制备方法存在以下缺点：高温预浸的工艺条件要求苛刻，控制成本高，而且预浸连续纤维编织布的效果差。该工艺很难将熔融树脂在短时间内均匀地预浸透用于板材增强的连续纤维。温度过低(如：亚克力树脂低于220℃)，熔融的树脂粘度高，不易浸透连续纤维；温度过高(如：亚克力树脂高于270℃)，熔融树脂的粘度虽然变低，易于浸透连续纤维，但会造成树脂分解，降低复合板材的机械性能。故目前此工艺多限于对单层单向连续纤维带的预浸生产，几乎无法应用于对多层叠加单向纤维带，特别是连续纤维编织布的预浸。且该工艺的能耗大，需在高温高压的条件下短时间内对连续纤维进行预浸透，必须消耗大量的能源。连续纤维增强热固性复合材料常采用中常温预浸的方法进行制备。使用涂布机将调配好的热固性树脂在室温或者加温到低中温(如：约80℃)使其熔融，涂布到连续纤维(丝、带或者编织布)随即冷却定型成具有一定柔性的连续纤维增强热固性复合材料带或者编织布，然后根据需要用其堆叠成不同铺设角度和层数的胚料，最后在高中温(如：约140℃)的层压机上层压成连续纤维增强热固性复合材料板。该方法制备得到连续纤维增强的热固性复合材料板材的失效模式不安全，连续纤维增强的热固性复合材料板材具有较低的柔韧性，当用其制造的产品在实际应用中超载失效时会突然断裂，不利于保护人身和设备安全。且板材应用的适应性差，连续纤维增强的热固性复合材料板材不能像连续纤维增强的热塑性复合材料板材那样可被后续反复加工成型成不同形状的制品。
技术实现思路
基于此，本专利技术将常温预浸的制备方法应用于连续纤维增强热塑性复合材料的制备，制备得到的连续纤维增强热塑性复合材料克服了中常温预浸的连续纤维增强的热固性复合材料板材失效模式不安全以及板材应用的适应性差的问题，同时解决了高温预浸连续纤维增强热塑性复合材料的制备过程高耗能的问题，简化了工艺控制。本专利技术的目的之一在于提供一种用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物。具体技术方案如下。一种用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，以重量份计，包括以下组分：所述甲基丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸正丁酯中的一种或两种；所述改性剂选自甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯二甲酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种；所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和叔丁基过氧化氢中的至少一种；所述填充剂选自高岭土、钛白粉、碳酸钙、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸正丁酯中的至少两种。在其中一些实施例中，所述改性剂为甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯二甲酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯的混合物。在其中一些实施例中，所述甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯二甲酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯的混合物中，以重量份计，各组分的配比为甲基丙烯酸羟丁酯4.5-5.5份、甲基丙烯酸羟乙酯2.5-3.5份、邻苯二甲酸酯2.5-3.5份、甲基丙烯酸异冰片酯1.5-2.5份。在其中一些实施例中，所述引发剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化-2-乙基己酸叔丁酯，所述阻聚剂为对苯二酚和/或叔丁基邻苯二酚。在其中一些实施例中，所述填充剂为高岭土、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物；或钛白粉和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物；或钛白粉、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物。在其中一些实施例中，所述高岭土、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物中，以重量份计，各组分的配比为高岭土25-35份、聚碳酸酯4-6份、聚甲基丙烯酸甲酯20-30份和聚甲基丙烯酸正丁酯4-6份。在其中一些实施例中，以重量份计，所述树脂组合物包括以下组分：在其中一些实施例中，以重量份计，所述树脂组合物还包括工业颜料2-4份。在其中一些实施例中，所述工业颜料选自黑色云母和/或炭黑颜料。本专利技术的另一目的在于提供一种上述树脂组合物的应用。具体技术方案如下：上述树脂组合物在制备连续纤维增强热塑性复合材料中的应用。本专利技术的另一目在于提供一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法。具体技术方案如下：一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)树脂组合物的配制先将甲基丙烯酸类单体以及改性剂混合搅拌均匀，再分别均匀地加入上述树脂组合物中的其它各组分，在温度为0-30℃条件下，密封搅拌直至各组分混合均匀且变成粘稠状的糊状物；(2)连续纤维的涂布在温度为0-30℃、相对湿度小于40％的条件下，将步骤(1)配置好的树脂组合物均匀地涂布于已干燥的连续纤维的上、下表面，再分别在上、下表面各衬一层离型膜，辊压加工使树脂组合物渗透连续纤维的表面，得到涂布树脂组合物的连续纤维；(3)连续纤维的预浸将涂布树脂组合物的连续纤维置于预浸室内，在温度为0-30℃、相对湿度小于40％的条件下，自然渗透预浸20-28小时，得到连续纤维预浸料；(4)连续纤维预浸料的固化将连续纤维预浸料放入层压机中，加热、加压使连续纤维预浸料固化、定型，冷却至室温，即得所述连续纤维增强的热塑性复合材料。在其中一些实施例中，步骤(4)所述将连续纤维预浸料放入层压机中，加热、加压使连续纤维预浸料固化、定型的方法为：将连续纤维预浸料放入步进式层压机的已升温到90-150℃的前加热侧上下模板之间，合模加热，在180秒内逐渐加压到材料层压压力为0.1-5公斤每平方厘米并分段保压，然后减压开模，得到热的已预固化的板料，再将热的已预固化的板料迅速转移到已开启的后冷却侧上下模板之间，合模冷却到40-60℃，同时在180秒内快速加压到材料层压压力为5-8公斤每平方厘米，最后减压开模，即得已固化和定型好的连续纤维增强的热塑性复合材料板材；或将连续纤维预浸料放入单层或者多层开档层压机的已加热至90-150℃的上、下俩相邻模板之间，合模加热，在15分钟内逐渐加压到材料层压压力为0.1-5公斤每平方厘米并分段保压；然后快速冷却至40-60℃，同时在15分钟内逐渐加压到材料层压压力为5-8公斤每平方厘米并分段保压，最后减压开模，即得已固化和定型好的连续纤维增强的热塑性复合材料板材；或将连续纤维预浸料从带式层压机的进料口放入，经过其前段、中段逐渐加温至90-150℃，同时逐步加压到材料层压压力为0.1-5公斤每平方厘米，使浸透到连续纤维表面的树脂预固化后，平顺导入到后段，逐渐冷却至40-60℃，同时逐渐加压到材料层压压力为5-8公斤每平方厘米，再从带式层压机的出口被导出，即得已固化和定型好的连续纤维增强的热塑性复合材料板材。在其中一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：所述甲基丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸正丁酯中的一种或两种；所述改性剂选自甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯二甲酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种；所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化‑2‑乙基己酸叔丁酯和叔丁基过氧化氢中的至少一种；所述填充剂选自高岭土、钛白粉、碳酸钙、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸正丁酯中的至少两种。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：所述甲基丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸正丁酯中的一种或两种；所述改性剂选自甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯二甲酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种；所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和叔丁基过氧化氢中的至少一种；所述填充剂选自高岭土、钛白粉、碳酸钙、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸正丁酯中的至少两种。2.根据权利要求1所述的用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，其特征在于，所述改性剂为甲基丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、邻苯二甲酸酯和甲基丙烯酸异冰片酯的混合物。3.根据权利要求1所述的用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化-2-乙基己酸叔丁酯，所述阻聚剂为对苯二酚和/或叔丁基邻苯二酚。4.根据权利要求1所述的用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，其特征在于，所述填充剂为高岭土、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物；或钛白粉和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物；或钛白粉、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸正丁酯的混合物。5.根据权利要求1-4任一项所述的用于制备连续纤维增强热塑性复合材料的树脂组合物，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：6.权利要求1-5任一项所述的树脂组合物在制备连续纤维增强热塑性复合材料中的应用。7.一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)树脂组合物的配制所述树酯组合物由权利要求1-5任一项所述的组分组成；先将甲基丙烯酸类单体以及改性剂混合搅拌均匀，再分别均匀地加入其它各组分，在温度为0-30℃条件下，密封搅拌直至各组分混合均匀且变成粘稠状的糊状物；(2)连续纤维的涂布在温度为0-30℃、相对湿度小于40％的条件下，将步骤(1)配置好的树脂组合物均匀地涂布于已干燥的连续纤维的上、下表面，再分别在上、下表面各衬一层离型膜，辊压加工使树脂组合物渗透连续纤维的表面，得到涂布树脂组合物的连续纤维；(3)连续纤维的预浸将涂布树脂组合物的连...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖然，
申请(专利权)人：敖然，
类型：发明
国别省市：广东;44