蚕丝纤维复合材料制造技术

本发明专利技术提供了包含热塑性聚合物基质的蚕丝纤维增强的复合材料，它相对轻，同时具有高的抗冲击性。本发明专利技术的蚕丝纤维增强的复合材料允许最佳的冲击能耗散，使得它们的抗穿刺性高于２０Ｊ／ｍｍ板厚，更优选大于３０Ｊ／ｍｍ，最优选大于４０Ｊ／ｍｍ。由于本发明专利技术的纤维复合材料的高抗冲击性，包含这种复合材料的面板或壳尤其适合于制备在其寿命周期中经历振动或处于穿刺危险下的物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及蚕丝纤维复合材料。蚕丝纤维具有以上针对天然纤维列出的许多优点。蚕丝纤维具有特别高的断裂应变，并且本专利技术显示了这一性能如何可以被转化成非常坚韧的复合材料。 JP3653635公开了增强的复合材料，它包括热塑性聚合物，更特别地聚琥珀酸丁二酯、聚丙烯或聚乳酸酯作为基质相和蚕丝织物作为增强相。所述蚕丝织物是斜纹织物或者平纹织物，其中在纬向和经向上纤维的密度相差大于12％，即织物在重量上并因此在强度上不平衡。使用这种不平衡的织物典型地导致在复合材料的各纤维方向上具有不同强度的复合材料。本专利技术显示这样的复合材料的抗冲击性(通过在实施例2和图2中所述的方法测量)相对低，并且在其中蚕丝纤维在至少两个纤维方向上排列而使得在每个纤维方向上复合材料的强度类似，即复合材料在纤维方向上的强度平衡的、具有热塑性聚合物基质的蚕丝纤维增强的复合材料中获得显著较高的抗冲击性。而且，通过利用蚕丝纤维纱线的低扭转(扭转降低纤维强度)，可以进一步改进抗冲击性。因此，本专利技术的蚕丝纤维增强的复合材料的优点是，它们是相对轻的，同时具有高的抗冲击性。另外，本专利技术提供了蚕丝增强的复合材料，所述复合材料包含具有高断裂应变的选择的热塑性聚合物作为基质相，所述基质相具有与纤维的组织无关的高的抗冲击性。由于它们的特性，本专利技术的这些复合材料尤其可用于制备将被组装成物体的面板或壳，所述物体在其寿命周期中将经历振动或者处于刺穿的危险下。这样的物体的实例是被频繁运输或者在指定的物品附近使用的接受器或容器，例如盒子、手提箱、公文包、手袋、瓶子、浴室或厨房附件或表壳。 在GB2238753中详细讨论了在负荷承载产品如手提箱、公文包、手袋等中使用的材料的抗冲击性和其他性能的重要性。 专利技术概述 本专利技术基于下述发现包含热塑性聚合物基质的、选择的蚕丝纤维增强的复合材料相对轻，同时具有高的抗冲击性。本专利技术的蚕丝纤维增强的复合材料允许冲击能的最佳耗散，使得它们具有高于20J/mm板厚度，更优选大于30J/mm，最优选大于40J/mm的抗穿刺性，其中所述抗穿刺性根据实施例2中所述的试验方法测量。由于本专利技术的纤维复合材料的高抗冲击性，包含这种复合材料的面板或壳尤其适合于制备在其寿命周期中经历振动或处于穿刺危险下的物体。 专利技术详述 附图说明 图1蚕丝纤维复合材料的压塑 图2落重冲击试验装置 图3蚕丝纤维复合材料的抗落重冲击性随基质热塑性聚合物的断裂应变的变化 说明 本专利技术基于下述发现包含热塑性聚合物基质的、选择的蚕丝纤维增强的复合材料相对轻，同时具有高的抗冲击性。本专利技术的蚕丝纤维增强的复合材料允许冲击能的最佳耗散，使得它们具有高于20J/mm板厚度，更优选大于30J/mm，最优选大于40J/mm的抗穿刺性，其中所述抗穿刺性根据实施例2和图2中所述的试验方法测量。可通过在复合材料内合适地组织蚕丝纤维和合适地选择热塑性基质聚合物之一或这二者来获得这种高抗冲击性。 本专利技术证明，蚕丝纤维的组织化可以通过确保复合材料的充足强度和复合材料的良好可变形性之一或这二者来显著地对抗冲击性做出贡献。已发现，通过在复合材料内在至少两个方向上组织蚕丝纤维，由此在每一纤维方向上复合材料的拉伸强度在相同的范围内，获得了合适的强度。因此，本专利技术的第一个目的是提供包含作为基质相的热塑性聚合物和作为增强相的蚕丝纤维的纤维复合材料，其中蚕丝纤维在所述复合材料内在至少两个方向上被组织，和其中选择所述蚕丝纤维在所述纤维方向上的分布，使得所述复合材料的拉伸强度在复合材料内包括的蚕丝纤维的纤维方向之间变化小于15％，更优选小于10％，最优选小于7.5％，例如3％。在一个优选的实施方案中，选择在复合材料内纤维方向的取向和数目，使得所述复合材料包括另外的非纤维方向，其中所述复合材料具有高于25％，更优选高于30％，最优选高于35％，例如大于40％的断裂应变。在给定方向上的这种高的可变形性连同在蚕丝纤维方向上提供的平衡的强度允许冲击时能量的有效耗散。优选地，蚕丝纤维被组织在在所述复合材料内堆叠的多个织物或垫子内。所述堆叠的含蚕丝纤维的织物或垫子可以是织物、无纺布、编织物或非卷曲布。根据本专利技术的第一目的的复合材料可以包括多个相同类型的垫子或织物或者不同类型的结合。优选地，在复合材料中使用的蚕丝纤维的长度超过20mm，更优选超过60mm，或者是连续的蚕丝纤维。在特别的实施方案中，将蚕丝纤维纺成纱线。预期基于不连续纤维的复合材料将允许更加容易地形成为复杂形状。 在本专利技术的第一目的的一个实施方案中，复合材料包括包含蚕丝纤维的多个织物，更优选包括在所述织物内的50％或更多的纤维是蚕丝纤维，最优选蚕丝纤维是包括在所述织物内的唯一纤维。在一个更优选的实施方案中，所述织物在经向和纬向上包含相同的纤维，并且在所述织物的经向和纬向上纤维密度差不大于12％，更优选小于6％，最优选所述织物是平衡的织物(重量平衡)，其中在经向和纬向上纤维的密度相同。本领域技术人员将明白，为了获得其中在各纤维方向上的拉伸强度在相同范围内的复合材料，优选堆叠这种纤维密度在经向和纬向间相差小于12％的基本上平衡的织物，或者平衡的织物，使各个堆叠的织物的经向在相同方向或者成90°角。在另一个更优选的实施方案中，本专利技术的复合材料包括多个不平衡的织物，其中在纬向和经向上的纤维密度显著不同。在一个特别的实施方案中，所述不平衡的织物在纬向和经向上包括相同的纤维，并且在所述织物的纬向和经向上纤维密度相差大于12％。当使用这种不平衡的织物时，重要的是堆叠各织物，使得在所述复合材料的纤维方向上的总纤维密度变化小于12％，优选小于6％，例如小于3％。最优选地，堆叠各不平衡的织物，使得在复合材料的纤维方向上的总纤维密度相同。在一个特别的实施方案中，本专利技术的复合材料包括多个相同的不平衡的织物，其中将约一半的所述织物堆叠成使其纬向与包含在该复合材料内的另一半的这种织物的纬向成90°角。在另一个特别的实施方案中，不平衡的织物在纬向和经向上包含不同的纤维，例如在纬向上包含蚕丝纤维和在经向上包含棉纤维。当使用这种不平衡的织物时，重要的是堆叠各织物，使得在复合材料的纤维方向上的总蚕丝纤维密度变化小于12％，优选小于6％，例如小于3％。最优选地，堆叠各不平衡的织物，使得在复合材料的纤维方向上的总蚕丝纤维密度相同。 优选的是，堆叠在本专利技术的复合材料内的平衡或不平衡的织物，使得复合材料包括成90°角的两个纤维方向，这两个方向对应于在织物内的纬向和经向。这样的复合材料具有特别的优点，即它们在与各纤维方向成45°角的方向上具有高的可变形性。优选地，在45°方向上以断裂应变度量的这种可变形性高于25％，更优选高于30％，最优选高于35％，例如高于40％。 此外，已观察到，包含具有高蚕丝纱捻度的织物的复合材料的抗冲击性相对较低(扭转降低纱线强度)。因此，优选的是，如果将捻度引入到纱线内，则纤维的捻度小于2000圈/米，优选小于1000圈/米，更优选小于500圈/米，最优选小于200圈/米。 此外还观察到，(基本上)平衡的蚕丝纤维复合材料的抗冲击性随(热塑性)聚合物基质材料的断裂应变增加而增加。 已观察到，当使用热塑性聚合物作为基质相和含蚕丝纤维的针织织物作为增强相时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维复合材料，它包含作为基质相的热塑性聚合物和作为增强相的蚕丝纤维，其中所述蚕丝纤维在所述复合材料内在至少两个方向上被组织，其特征在于选择所述蚕丝纤维在所述纤维方向上的分布，使得所述复合材料的拉伸强度在复合材料内包括的蚕丝纤维的纤维方向之间变化小于１５％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：I韦波斯特，AW范维勒，N艾尔阿斯马，J范德比克，
申请(专利权)人：KU勒芬研究和发展公司，爱马仕皮革用品公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]