一种长纤维增强热塑性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种长纤维增强热塑性复合材料，按重量份计的包括以下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯：70‑80，增强纤维：25‑35，抗氧剂：0.5‑2，紫外吸收剂：0.5‑1.5，偶联剂：0.5‑2，其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯中还含有聚酰胺，聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的0.5‑2.5％，本发明专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料不仅密度低，具有良好的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度，并且热变形温度高，耐吸水率和收缩率低，稳定低好。本发明专利技术采用直接在线制备长纤维增强热塑性复合材料的方法省去了半成品的环节，降低了生产成本，本发明专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料是一种轻量化纤维材料，可用于汽车车身，可实现汽车的轻量化目标。

A Long Fiber Reinforced Thermoplastic Composite and Its Preparation Method

The object of the present invention is to provide a long fiber reinforced thermoplastic composite material, which comprises the following components by weight: polyethylene terephthalate: 70 80, reinforced fiber: 25 35, antioxidant: 0.5 2, ultraviolet absorbent: 0.5 1.5, coupling agent: 0.5 2, in which polyethylene terephthalate is also added. Containing polyamide, the content of polyamide is 0.5 2.5% of the weight of polyethylene terephthalate. The long fiber reinforced thermoplastic composite provided by the invention not only has low density, good tensile strength, flexural strength and impact strength, but also has high thermal deformation temperature, low water absorption and shrinkage, and good stability. The method of preparing long fiber reinforced thermoplastic composites directly online saves the links of semi-finished products and reduces the production cost. The long fiber reinforced thermoplastic composites provided by the invention are lightweight fiber materials, which can be used for automobile body and realize the goal of lightweight automobile.

【技术实现步骤摘要】
一种长纤维增强热塑性复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高性能纤维及复合材料领域，具体地涉及一种长纤维增强热塑性复合材料及其制备方法。
技术介绍
纤维增强聚合物复合材料的刚度、强度和尺寸稳定性均优于未增强的聚合物基体材料。近年来，以玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维为增强材料的长纤维增强热塑性复合材料已用于汽车、航空航天、电子电气、机械等领域，其强度高、密度小、价格低、易于回收利用，被认为是可替代钢材而使汽车轻量化的理想材料，加快了高性能塑料替代金属材料的步伐。当今，随着汽车数量持续增加，降低汽车耗油，减少尾气排放、保护大气环境已成为全球最为关注的问题。汽车轻量化设计可以降低油耗，而采用高性能的汽车轻量化材料制作汽车零部件可作为最有效的手段之一。与传统的短纤维增强粒料相比，长纤维增强热塑性复合材料(LongFiberReinforcedThermoplastics，LFT)在结构上有着显著不同：长纤维粒料中，纤维在树脂基体中沿轴向平行排列和分散，纤维长度等于粒料长度，且被树脂充分浸渍，而在短纤维粒中，纤维无序地分散于基体当中，其长度远小于粒料的长度且不均匀。短纤维与长纤维粒料结构的不同导致了两者在性能上也存在明显差异，与短纤维增强热塑性复合材料相比，长纤维增强热塑性复合材料具有以下优点：长纤维增强热塑性复合材料的纤维长度较长，而且纤维分散较为均匀，可以显著提高复合材料的力学性能，如拉伸、弯曲、冲击性能等。LFT复合材料的性能主要由纤维含量、纤维长度、界面状态以及注塑过程中纤维的取向等因素决定。LFT复合材料中所用的增强纤维主要有：玻璃纤维、碳纤维、植物纤维等。其中，玻璃纤维来源广、强度好、性价比高，实际应用最为普遍，约占总用量95％左右，LFT复合材料中使用的基体塑料主要是聚丙烯PP，其它还有PA、PC、PBT等多种品种。目前，LFT复合材料的存在两种类型生产制备方法，一种是LFT复合材料粒料(LFT-G)制备，另一种是直接在线LFT复合材料(LFT-D)生产制品，前者是先生成半成品粒料，在将粒料经过注塑或模压成型为制品，后者则是一步工艺法，即在生产线上配混玻璃纤维、塑料及添加剂后直接在线一步热模压或注塑成型为所需制品，省去了制作粒料的中间环节，减少了生产工艺步骤，降低了能耗和节约生产成本。中国专利201610351371.3公开了一种长纤维增强热塑性复合材料和应用，该复合材料由均聚PP、共聚PP、玻璃纤维组成，具有密度低的特性可以实现节能与汽车轻量化的各项目标。中国专利201610161067.2公开了一种长纤维增强热塑性塑料，包括玻璃纤维、基体树脂和纤维/基体树脂偶联剂，该专利技术的片材在压制过程中流动性好，片材价格较低，可循环使用。虽然近年来长纤维增强热塑性复合材料的生产技术有了很大的进步，但是其中还有许多问题需要解决：如何进一步提高的增强纤维与基体树脂间的界面结构使之具有高强度和高韧性，如何优化螺杆结构和混炼工艺，使得纤维在分散过程中的损伤尽可能的小，提高增强纤维的长度，提高长纤维增强复合材料的耐蠕变性能及耐热性等。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种长纤维增强热塑性复合材料及其直接在线生产方法，本专利技术中的长纤维增强热塑性复合材料(1)本专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料不仅密度低、热变形温度高，并且具有良好的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。本专利技术采用直接在线的方法制备长纤维增强热塑性复合材料，省去了半成品的环节，降低了生产成本。一方面，本专利技术提供了一种长纤维增强热塑性复合材料，按重量份计的包括以下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯：70-80份增强纤维：25-35份抗氧剂：0.5-2紫外吸收剂：0.5-1.5偶联剂：0.5-2其中，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯中还含有聚酰胺，聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的0.5-2.5％；所述的增强纤维为大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种。所述的抗氧剂为抗氧剂DSTP和抗氧剂1076中的一种或几种。所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-326和紫外吸收剂UV-770中的一种或几种。所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。优选地，聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的1-2％；优选地，所述的增强纤维为大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的混合物，其中，大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的重量份数比为0.5-1.5:1。优选地，所述的抗氧剂为抗氧剂DSTP和抗氧剂1076的混合物，其中，抗氧剂DSTP与抗氧剂1076的的重量份数比为2-3.5:1。进一步优选地，所述的增强纤维为大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的混合物，其中，大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的重量份数比为0.7-1.2:1。进一步优选地，所述的抗氧剂为抗氧剂DSTP和抗氧剂1076的混合物，其中，抗氧剂DSTP与抗氧剂1076的的重量份数比为2.2-3:1。上述的聚酰胺为德国巴斯夫成产的PA66聚酰胺。上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯为美国杜邦生产的FR530聚对苯二甲酸乙二醇酯上述的大丝束碳纤维为美国卓尔泰克公司生产的大丝束碳纤维PAN-EX35。上述的超高分子量聚乙烯纤维为荷兰帝斯曼生产的DyneemaSK-66UHMWPE纤维。另一方面，本专利技术提供了一种长纤维增强热塑性复合材料的制备方法，采用直接在线的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将配方用量的聚对苯二甲酸乙二醇酯、抗氧剂、紫外吸收剂和偶联剂通过真空吸料装置输送到连续式失重混合装置中混合，得到混合后的原料A；(2)将步骤(1)得到的混合后的原料输送到到一阶双螺杆挤出机熔融塑化，熔融后的混合物通过模头形成聚合物薄膜B；(3)将配方用量的增强纤维与步骤(2)得到的聚合物薄膜B同时输送到二阶双螺杆挤出机中，得到混合物C；(4)将步骤(3)得到的混合物C定量切断，保温输送到模具的投料区模压成型，经过后处理得到长纤维增强热塑性复合材料的最终产品。上述步骤(2)中的所述的一阶双螺杆挤出机的挤出温度为210-220℃。上述步骤(3)中的所述的增强纤维的长度为30-40mm，二阶双螺杆挤出机的挤出温度为220℃-230℃，双螺杆机的转速为140r/min。上述步骤(4)中的所述的模压压力为:2500T；模具温度为50℃。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料具有密度低的特点，可用于制造汽车车身部件，可以较好地实现节能与汽车轻量化的目标。(2)本专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料具有良好的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度。(3)本专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料的热变形温度高，具有良好的耐热性能。(4)本专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料吸水率和收缩率低，稳定低好。(5)本专利技术提供的长纤维增强热塑性复合材料的直接在线制备方法省去了半成品的环节，降低了生产成本。具体实施方式实施例1一种长纤维增强热塑性复合材料，按重量份计的包括以下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯：70增强纤维：35抗氧剂：0.5紫外吸收剂：1.5偶联剂：2其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯中还含有聚酰胺，聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的0.5％；其中，增强纤维为大丝束碳纤维；抗氧剂为抗氧剂DSTP；紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-326；偶联剂为硅烷偶联剂KH55本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的长纤维增强热塑性复合材料，按重量份计的包括以下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯：70‑80份增强纤维：25‑35份抗氧剂：0.5‑2紫外吸收剂：0.5‑1.5偶联剂：0.5‑2其中，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯中还含有聚酰胺，聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的0.5‑2.5％。

【技术特征摘要】
1.一种长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的长纤维增强热塑性复合材料，按重量份计的包括以下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯：70-80份增强纤维：25-35份抗氧剂：0.5-2紫外吸收剂：0.5-1.5偶联剂：0.5-2其中，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯中还含有聚酰胺，聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的0.5-2.5％。2.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的增强纤维为大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种；所述的抗氧剂为抗氧剂DSTP和抗氧剂1076中的一种或几种；所述的紫外吸收剂为紫外吸收剂UV-326和紫外吸收剂UV-770中的一种或几种；所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。3.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的聚酰胺的含量为聚对苯二甲酸乙二醇酯重量的1-2％。4.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的增强纤维为大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的混合物，其中，大丝束碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的重量份数比为0.5-1.5:1。5.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂DSTP和抗氧剂1076的混合物，其中，抗氧剂DSTP与抗氧剂1076的的重量份数比为2-3.5:1。6.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性复合材料，其特征在于：所述的增强纤维为大丝束碳纤维和超...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏东阳，李健成，谢众，代汝军，韩杰，林航，宫克难，
申请(专利权)人：黑龙江鑫达企业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23