一种轻质耐压缩热塑性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质耐压缩热塑性复合材料及其制备方法。所述复合材料包括通过间隔纱连接的两层面层构成的三维间隔结构织物，每层面层由经纱、纬纱构成，间隔纱的外层纤维受热相互粘合，形成交联的弹性网络结构。制备方法为：采用三维机织织造工艺，将间隔纱、经纱、纬纱织造成三维间隔织物；将三维间隔织物在厚度方向上压缩，使相邻间隔纱压缩成屈曲结构并相互触碰；对三维间隔织物进行加热，经纱、纬纱纤维的表层融化后相互粘合在一起形成复合材料结构，间隔纱纤维的表层融化后相邻间隔纱触碰处形成粘接点相互粘合，形成交联的弹性网络结构，从而获得了很好的耐压缩能力。本发明专利技术方法新颖，成本低，过程简单，适合于产业化生产。

A lightweight compression resistant thermoplastic composite and its preparation method

The invention discloses a lightweight compression resistant thermoplastic composite and a preparation method thereof. The composite consists of a three-dimensional spaced fabric consisting of a two layer layer connected by a spacer. Each layer is composed of warp and weft, and the outer fibers of the spacer are heated and glued to form a cross-linked elastic network structure. The preparation method is: using the 3D woven weaving process, the spaced yarn, the warp yarn and the weft are woven, and the 3D spaced fabric is compressed in the direction of thickness to compress the adjacent interval yarn into the buckling structure and touch each other, and the 3D spaced fabric is heated and the surface of the yarn and the weft fiber is melted after each other. The composite structure is formed together. After the surface of the spacer fiber is melted, the bonding points of the adjacent interval yarn are formed to form the bonding points to form the crosslinked elastic network structure, thus the good compression resistance can be obtained. The invention has the advantages of novel method, low cost and simple process, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种轻质耐压缩热塑性复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种轻质耐压缩热塑性复合材料及其制备方法，属于复合材料的制备

技术介绍
随着社会的发展，人们对复合材料提出的更高的要求，比如轻质、高强、抗分层和耐压缩等综合特性。热固性复合材料由于强度模量高，耐腐蚀和耐老化等性能，在工业领域广泛应用。然而，热固性复合材料也具有密度较大，不可降解，不易回收利用的缺陷。有人采用蜂窝结构复合材料板或者三明治结构发泡材料复合材料板作为轻质抗压缩材料。但是该类材料由于多层材料相互粘合而成，容易造成分层破坏。以三维织物作为增强体制备的复合材料具有整体性好抗分层能力强的优点。三维间隔织物由两个表面层和一个中间间隔层组成，通过连续的纱线将这三部分连接在一起。间隔织物的上下面层同传统的二维织物一样，由经纬纱交织而成，而中间芯层则是由连接上下面层的柱纱组成，柱纱沿织物经向呈“8”字形、X形或V形排列。由于两个面层间有Z向连接，间隔织物复合材料克服了层合材料间的面、芯剥离现象，具有优异的整体性、耐久性和抗冲击性。由于该材料可以一次复合成型，使加工成本降低，并且其拥有连续孔洞，具有整体性好、质地轻的特点。经广泛应用于能源、交通运输、建筑、航海等领域等方面。然而，三维间隔织物复合材料收到压缩时，间隔纱变形破坏导致材料的抗压缩能力较弱。同过增加间隔纱的数量也无法显著增加压缩强度，还会增加重量。所以，缺少一种简单有效的提高三维机织间隔复合材料压缩性能的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种操作简单，效果明显的轻质耐压缩热塑性复合材料的制备方法。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种轻质耐压缩热塑性复合材料，其特征在于，包括通过间隔纱连接的两层面层构成的三维间隔结构织物，每层面层由经纱、纬纱构成，间隔纱的外层纤维受热相互粘合，形成交联的弹性网络结构。优选地，所述间隔纱、经纱、纬纱采用包芯纱或纯纤维；包芯纱的壳纱采用热塑性纤维，芯纱采用合成纤维、天然纤维和金属纤维中的任意一种或几种的混杂，壳纱的熔点比芯纱低；纯纤维为纯热塑性纤维或其与其它纤维的混杂。更优选地，所述的热塑性纤维为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚醚醚酮纤维和聚苯硫醚纤维中的任意一种或几种的混杂。本专利技术还提供了上述轻质耐压缩热塑性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：采用三维机织织造工艺，将间隔纱、经纱、纬纱织造成三维间隔织物；步骤2)：将三维间隔织物在厚度方向上压缩，使相邻间隔纱压缩成屈曲结构并相互触碰；步骤3)：对三维间隔织物进行加热，经纱、纬纱纤维的表层融化后相互粘合在一起形成复合材料结构，间隔纱纤维的表层融化后相邻间隔纱触碰处形成粘接点相互粘合，形成交联的弹性网络结构，获得轻质耐压缩热塑性复合材料。优选地，所述步骤2)中三维间隔织物的压缩比为0.1～0.9。更优选地，所述步骤2)中三维间隔织物的压缩比为0.5。优选地，所述步骤3)中的加热温度为高于间隔纱、经纱、纬纱表层纤维的熔点120～350℃，加热时间为0.5～3h，加热过程中三维间隔织物的压缩比保持不变，保证间隔纱之间相互触碰。优选地，所述三维间隔织物为三维机织间隔织物、三维针织间隔织物或三维编织间隔织物。本专利技术获得的轻质耐压缩热塑性复合材料，具有三维一体的中空网络结构，而且间隔纱之间相互粘合支撑，形成了有效的交联网络，从而获得了很好的耐压缩能力。本专利技术方法新颖，成本低，过程简单，适合于产业化生产；获得的材料在民用、军用、航空航天和建筑等领域具有广泛的应用前景。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术获得的轻质热塑性耐压缩复合材料中间隔纱相互粘合，形成交联网络，使材料具有轻质和耐压缩能力；(2)本专利技术获得的轻质热塑性耐压缩复合材料的增强织物为三维机织物，具有整体性好和抗分层特性；(3)本专利技术获得的轻质热塑性耐压缩复合材料在民用、军用、航空航天和建筑等领域具有广泛的应用前景；(4)本专利技术提供的方法新颖，成本低，过程简单，适合于产业化生产。附图说明图1为三维间隔结构织物的示意图；图2为轻质热塑性耐压缩复合材料。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1-3制得的复合材料如图2所示，包括通过间隔纱1连接的两层面层构成的三维间隔结构织物，每层面层由经纱2、纬纱3构成，间隔纱1的外层纤维受热相互粘合，形成交联的弹性网络结构。实施例1一种麻纤维增强聚乙烯三维机织耐压缩复合材料及其制备方法：以细度为300tex的聚乙烯纤维(廊坊谷原化工产品有限公司)为壳纱，800特性的苎麻纤维(江西思创麻业有限公司)为芯纱，以壳纱和芯纱的喂入速度比为2∶1，制备聚乙烯麻纤维包缠纱。以聚乙烯麻纤维包缠纱为间隔纱1、经纱3、纬纱2，采用多组综框织造工艺，通过控制综框进而控制经纱3和间隔纱1的运动方式；同时采用多剑竿引纬工艺，控制纬纱2的运动方式，织造三维机织间隔织物。1、织造过程：1)双引纬装置引纬纱2；2)单组综框运动上下经纱3层交织；3)双组综框运动间隔纱1交织；4)打纬；5)步进电机卷取；6)重复上述步骤完成一个完整循环的织造。所获得的三维间隔织物经纬密度：10根/厘米；间隔纱密度：10根/厘米；织物长度10厘米，宽度10厘米，高度1厘米。其结构如图1所示。2、复合材料固化过程：将三维间隔织物置于模具当中压缩至原本厚度的1/2即0.5厘米，放置在烘箱中加热固化，加热温度120℃，加热时间3小时；随后取出在常温固化，获得麻纤维增强聚乙烯三维机织耐压缩复合材料。经测试，上述复合材料的密度为0.7kg/cm3，横向压缩强度33MPa，在压缩率10％的情况下，反复压缩100次，压缩强度基本不变。实施例2一种玄武岩纤维增强聚苯硫醚三维机织耐压缩复合材料及其制备方法：以细度为300tex的聚苯硫醚纤维(山东赛恩吉新材料有限公司)为壳纱，1000tex的玄武岩纤维(石金玄武岩纤维有限公司)为芯纱，以壳纱和芯纱喂入速度比为3：1，制备聚苯硫醚玄武岩纤维包缠纱。以聚苯硫醚玄武岩纤维包缠纱作为间隔纱1、纬纱2、经纱3，采用多组综框织造工艺，通过控制综框进而控制经纱3和间隔纱1的运动方式；同时采用多剑竿引纬工艺，控制纬纱2的运动方式，织造三维机织间隔织物。1、织造过程：1)双引纬装置引纬纱2；2)单组综框运动上下经纱3层交织；3)双组综框运动间隔纱1交织；4)打纬；5)步进电机卷取；6)重复上述步骤完成一个完整循环的织造。所获得的三维间隔织物经纬密度12根/厘米；间隔纱密度：12根/厘米；织物长度15厘米，宽度10厘米，高度1.5厘米。其结构如图1所示。2、复合材料固化过程：将三维间隔织物置于模具当中压缩至原本厚度的1/3即0.5厘米，放置在烘箱中加热固化，加热温度280℃2，加热时间1.5小时；随后取出在常温固化，获得玄武岩纤维增强聚苯硫醚三维机织耐压缩复合材料。经测试，上述复合材料的密度为1.2kg/cm3，横向压缩强度46MPa，在压缩率10％的情况下，反复压缩100次，压缩强度基本不变。实施例3一种玻璃纤维增强聚丙烯三维机织耐压缩复合材料及其制备方法：选用细度为1000tex的聚丙烯纤维(大城县亦博化工有限公司)和玻璃纤维(巨石集团)作为纬纱2、经纱3，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质耐压缩热塑性复合材料，其特征在于，包括通过间隔纱(1)连接的两层面层构成的三维间隔结构织物，每层面层由经纱(2)、纬纱(3)构成，间隔纱(1)的外层纤维受热相互粘合，形成交联的弹性网络结构。

【技术特征摘要】
1.一种轻质耐压缩热塑性复合材料，其特征在于，包括通过间隔纱(1)连接的两层面层构成的三维间隔结构织物，每层面层由经纱(2)、纬纱(3)构成，间隔纱(1)的外层纤维受热相互粘合，形成交联的弹性网络结构。2.如权利要求1所述的轻质耐压缩热塑性复合材料，其特征在于，所述间隔纱(1)、经纱(2)、纬纱(3)采用包芯纱或纯纤维；包芯纱的壳纱采用热塑性纤维，芯纱采用合成纤维、天然纤维和金属纤维中的任意一种或几种的混杂，壳纱的熔点比芯纱低；纯纤维为纯热塑性纤维或其与其它纤维的混杂。3.如权利要求2所述的轻质耐压缩热塑性复合材料，其特征在于，所述的热塑性纤维为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚醚醚酮纤维和聚苯硫醚纤维中的任意一种或几种的混杂。4.一种权利要求1-3任意一项所述的轻质耐压缩热塑性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：采用三维机织织造工艺，将间隔纱(1)、经纱(2)、纬纱(3)织造成三维间隔织物；步骤2)：将三维间隔织物在厚度方向上压缩，使相邻间隔纱(1)压缩成屈曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：许福军，张昆，王立永，宫浩，应芷欣，薛有松，邱夷平，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31