一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及制浆造纸技术领域，提供了一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料及其制备方法，本发明专利技术提供的制备方法以皮芯纤维和碳纤维为原料，在制备过程中，皮芯纤维的皮层熔化，将皮芯纤维和碳纤维充分粘结，替代传统方法中的预浸料，有效提高了制备得到的皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的力学性能。与传统方法相比，本发明专利技术提供的方法省去了预浸料的步骤，方法更加简单，更加环保。

【技术实现步骤摘要】
一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料及其制备方法
本专利技术涉及制浆造纸
，尤其涉及一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)以有机高分子材料为基体、碳纤维为增强材料，通过复合工艺制备而成。作为一种先进的复合材料，CFRP以其优异的轻质高强性能和耐疲劳、耐腐蚀、耐高温、易加工成型等特性，被广泛地用于航空航天、交通运输、结构加固工程以及休闲用品等领域。今后随着CFRP制作方法效率的提高和制作成本的下降，其市场需求将不断扩大，应用领域将不断扩宽。依据所用基体树脂的不同，CFRP分为热固性树脂复合材料和热塑性树脂复合材料两大类，其中热塑性树脂复合材料具有更广泛的应用。热塑性树脂复合材料的树脂基体一般为聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)和聚醚醚酮(PEEK)等。由于热塑性树脂基体的熔体粘度一般都超过100Pa·s，很难使碳纤维获得良好的浸渍，进而影响制备得到的热塑性树脂复合材料的力学性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料及其制备方法，本专利技术提供的皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的弯曲强度可达250MPa，拉伸强度为可达150MPa，缺口冲击韧性可达80kJ/m2。本专利技术提供了一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将皮芯纤维、碳纤维、消泡剂和水混合后进行分散处理，得到浆料；所述皮芯纤维的皮层熔点为90～130℃；(2)将所得浆料依次进行脱水成形、压榨、干燥、卷取和分切，得到模压原片；(3)将若干模压原片叠放在一起后，依次进行模压、预热、保温保压和冷却，得到皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料；所述若干模压原片的张数为1～50张。优选的，所述步骤(1)中皮芯纤维和碳纤维的质量比为50～95:5～15；所述消泡剂的质量为浆料绝干浆质量的0.1～1.5％。优选的，所述步骤(1)中浆料的上网浓度为0.01～0.1wt％。优选的，所述步骤(1)中皮芯纤维为复合聚酯纤维和/或ES纤维；所述ES纤维的皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯和/或聚酯。优选的，所述步骤(1)中皮芯纤维的长度为1～20mm；碳纤维的长度为3～15mm。优选的，所述步骤(2)得到的模压原片的定量为50～250g/m2。优选的，所述步骤(2)干燥的温度与皮芯纤维的种类有关，当皮芯纤维为复合聚酯纤维时，干燥的温度为90～110℃；当皮芯纤维为ES纤维时，干燥的温度为100～130℃；当皮芯纤维为复合聚酯纤维和ES纤维的混合物时，干燥的温度为100～120℃。优选的，所述步骤(3)预热的温度与皮芯纤维的种类有关，当皮芯纤维为复合聚酯纤维时，预热的温度为80～100℃；当皮芯纤维为ES纤维时，预热的温度为100～120℃；当皮芯纤维为复合聚酯纤维和ES纤维的混合物时，预热的温度为90～110℃。优选的，所述步骤(3)保温保压的压力为0.5～10MPa；所述保温保压的温度与皮芯纤维的种类有关，当皮芯纤维为复合聚酯纤维时，保温保压的温度为160～240℃；当皮芯纤维为ES纤维时，保温保压的温度为120～150℃；当皮芯纤维为复合聚酯纤维和ES纤维的混合物时，保温保压的温度为140～180℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料。有益效果本专利技术提供了一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的制备方法，本专利技术提供的方法以皮芯纤维为原料，并将皮芯纤维的皮层熔点控制在90～130℃范围内，使得在制备过程中，皮芯纤维的皮层熔化，将皮芯纤维和碳纤维充分粘结，替代传统方法中的预浸料，有效提高了皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的力学性能。与传统方法相比，本专利技术提供的方法省去了预浸料的步骤，方法更加简单，更加环保。本专利技术还提供了上述方法制备得到的皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料，本专利技术提供的皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料中皮芯纤维和碳纤维均匀分散，有效提高了皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的力学性能。实施例结果表明，本专利技术制备得到的的皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的弯曲强度可达250MPa，拉伸强度可达150MPa，缺口冲击韧性可达80kJ/m2。具体实施方式本专利技术提供了一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将皮芯纤维、碳纤维、消泡剂和水混合后进行分散处理，得到浆料；所述皮芯纤维的皮层熔点为90～130℃；(2)将所得浆料依次进行脱水成形、压榨、干燥、卷取和分切，得到模压原片；(3)将若干模压原片叠放在一起后，依次进行模压、预热、保温保压和冷却，得到皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料；所述若干模压原片的张数为1～50张。本专利技术将皮芯纤维、碳纤维、消泡剂和水混合后进行分散处理，得到浆料。在本专利技术中，所有原料如无特殊说明，均为市售商品。在本专利技术中，所述皮芯纤维优选为复合聚酯纤维和/或ES纤维；当所述皮芯纤维优选为复合聚酯纤维和ES纤维的混合物时，本专利技术对混合物中复合聚酯纤维和ES纤维的质量比没有特别要求，任意比例均可。在本专利技术中，所述复合聚酯纤维为市售商品，优选日本帝人TJ04CN，所述复合聚酯纤维的皮层熔点优选为90～110℃；所述ES纤维的皮层为聚乙烯，芯层优选为聚丙烯和/或聚酯，所述ES纤维的皮层熔点优选为100～130℃。在本专利技术中，所述皮芯纤维的长度优选为1～20mm，更优选为3～18mm。在本专利技术中，所述碳纤维的长度优选为3～15mm，更优选为3～10mm；所述碳纤维的品级优选为T400、T700、T800或T1000。在本专利技术中，所述皮芯纤维和碳纤维的质量比优选为50～95:5～15。本专利技术优选将皮芯纤维和碳纤维的质量比控制在上述范围内，能够使皮芯纤维和碳纤维充分混合，有利于提高皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的力学性能。在本专利技术中，所述消泡剂优选为有机硅消泡剂、聚醚型消泡剂或有机硅消泡剂和聚醚型消泡剂的混合物。在本专利技术中，所述消泡剂的质量优选为浆料绝干浆质量的0.1～1.5％，更优选为0.5～1％。在本专利技术中，所述消泡剂的使用可以缓解皮芯纤维抄纸过程中的漂浮问题，继而解决纤维分散问题，本专利技术无需添加分散剂，即可使纤维充分分散，减少了化学品的使用，对环境友好。本专利技术将皮芯纤维、碳纤维、消泡剂和水混合后进行分散处理，得到浆料。在本专利技术中，所述分散处理优选在水力分散机中进行，所述分散处理的时间优选为1min。在本专利技术中，碎浆浓度优选为3wt％～4wt％。在本专利技术中，所述浆料的上网浓度优选为0.01～0.1wt％。得到浆料后，本专利技术将所得浆料依次进行脱水成形、压榨、干燥、卷取和分切，得到模压原片。本专利技术对脱水成形和压榨的具体实施方式没有特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：/n(1)将皮芯纤维、碳纤维、消泡剂和水混合后进行分散处理，得到浆料；所述皮芯纤维的皮层熔点为90～130℃；/n(2)将所得浆料依次进行脱水成形、压榨、干燥、卷取和分切，得到模压原片；/n(3)将若干模压原片叠放在一起后，依次进行模压、预热、保温保压和冷却，得到皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料；/n所述若干模压原片的张数为1～50张。/n

【技术特征摘要】
1.一种皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将皮芯纤维、碳纤维、消泡剂和水混合后进行分散处理，得到浆料；所述皮芯纤维的皮层熔点为90～130℃；
(2)将所得浆料依次进行脱水成形、压榨、干燥、卷取和分切，得到模压原片；
(3)将若干模压原片叠放在一起后，依次进行模压、预热、保温保压和冷却，得到皮芯纤维/碳纤维热塑性复合材料；
所述若干模压原片的张数为1～50张。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中皮芯纤维和碳纤维的质量比为50～95:5～15；所述消泡剂的质量为浆料绝干浆质量的0.1～1.5％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中浆料的上网浓度为0.01～0.1wt％。


4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中皮芯纤维为复合聚酯纤维和/或ES纤维；
所述ES纤维的皮层为聚乙烯，芯层为聚丙烯和/或聚酯。


5.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中皮芯纤维的长度为1～20mm；碳纤维的长度为3～15mm。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的模压原片...

【专利技术属性】
技术研发人员：许跃，刘文，杜齐，
申请(专利权)人：中国制浆造纸研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11