一种复合片材及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种复合片材及其制备方法。所述复合片材为一层或更多层复合纱织物的热压件，所述复合纱包含多组分纤维和高强度纤维，其中所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为皮层的皮芯复合纤维和聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为中间层、聚乙烯作为皮层的三层复合纤维，所述高强度纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。根据本发明专利技术的复合片材利用热加工性能较好的多组分纤维克服一些高强度纤维粘性低和/或耐热性差从而不能热成型的问题，扩大这些高强度纤维的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种复合片材及其制备方法与应用
本专利技术属于纤维复合材料领域。具体地，本专利技术涉及一种复合片材及其制备方法与应用。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)具有密度低、强度高、模量高等优良性能。作为高性能纤维，超高分子量聚乙烯纤维的断裂伸长率较低，具有较好的耐疲劳性和耐摩擦性。由于聚乙烯的分子结构中不含有氨基、羟基等具有较好活性的基团，分子的结晶度高，所以聚乙烯纤维不论在水中或者其它腐蚀性介质中性能都较稳定，密度小质量轻且能量吸收性好，适合用作热塑性塑料中的轻质增强材料。CN108864664A公开了一种长纤维增强热塑性复合材料，其中所用的增强纤维是超高分子量聚乙烯纤维。CN108529936A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维增强聚合物基复合材料及制备方法。玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等也属于高强度纤维，经常作为增强纤维用于树脂的增强。CN109206855A公开了一种树脂基纤维增强复合材料的制备方法，其中所用的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。然而，超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维粘接性和/或耐热性差从而不能热成型，这限制了其作为轻质、耐冲击增强材料应用于许多热成型塑料制品。因此，希望能弥补某些高强度纤维粘接性低和/或耐热性差从而不能热成型的缺陷，将其用于高强度制品的制备。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是弥补某些高强度纤维粘接性和/或耐热性差从而不能热成型的缺陷，从而提供可用于制备高强度制品的复合材料。根据本专利技术的第一方面，提供一种复合片材，其为一层或更多层复合纱织物的热压件，所述复合纱包含多组分纤维和高强度纤维，其中所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物或丙烯共聚物作为皮层的皮芯复合纤维和聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物或丙烯共聚物作为中间层、聚乙烯作为皮层的三层复合纤维，所述高强度纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。根据本专利技术的第二方面，提供制备根据本专利技术的第一方面的复合片材的方法，其包括以下步骤：i)提供包含所述多组分纤维和所述高强度纤维的复合纱；ii)将上述复合纱制成织物；和iii)对一层或更多层所述织物进行热压，然后冷却得到复合片材。根据本专利技术的第三方面，提供一种复合片材，其为至少两层多组分纤维织物与至少一层高强度纤维织物的层合件，其中最底层与最顶层都为所述多组分纤维织物，所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物或丙烯共聚物作为皮层的皮芯复合纤维和聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物或丙烯共聚物作为中间层、聚乙烯作为皮层的三层复合纤维，所述高强度纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。根据本专利技术的第四方面，提供制备根据本专利技术的第三方面的复合片材的方法，其包括：i)提供所述多组分纤维织物和所述高强度纤维织物；ii)将至少两层多组分纤维织物与至少一层高强度纤维织物进行铺叠，其中最底层与最顶层都为所述多组分纤维织物；和iii)对步骤ii)所得物进行热压，然后冷却得到复合片材。根据本专利技术的第五方面，提供采用上述复合片材制备的制品。本专利技术的复合片材利用热加工性能较好的多组分纤维克服一些高强度纤维粘接性和/或耐热性差从而不能热成型的问题，扩大这些高强度纤维的应用领域，将其用于制备轻量化、高强度并可高效率热塑成型的复合材料制品。附图说明在下文中，将结合附图对本专利技术进行示例说明，其中：图1显示了根据本专利技术一个方面制备复合片材的工艺路线示意图。图2显示了根据本专利技术另一个方面制备复合片材的工艺路线示意图。具体实施方案在下文中，将更全面地体现本专利技术的各方面以及更进一步的目的、特征和优点。根据本专利技术的第一方面，提供一种复合片材，其为一层或更多层复合纱织物的热压件，所述复合纱包含多组分纤维和高强度纤维，其中所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为皮层的皮芯复合纤维和聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为中间层、聚乙烯作为皮层的三层复合纤维，所述高强度纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。在一个优选的实施方案中，在所述复合纱中，所述多组分纤维作为皮纱和所述高强度纤维作为芯纱。优选地，所述聚丙烯的熔体流动指数(MFI)为0.2-60g/10min，更优选为20-40g/10min，在230℃下采用2.16Kg砝码测定，例如来自中国石化股份有限公司的Z30S，其MFI为25g/10min。采用聚丙烯作为芯层可以提供复合纤维刚性模量和挠曲模量。优选地，所述乙烯共聚物是乙烯作为第一单体与选自丙烯、丁烯、己烯和辛烯的第二单体的共聚物。在一些实施方案中，所述乙烯共聚物为乙烯作为第一单体与选自丙烯、丁烯、己烯和辛烯的第二单体的共聚物，其中第二单体的含量为0.1％摩尔-40％摩尔，优选8％摩尔-35％摩尔，例如来自Dow公司的Engage8401和8450树脂。在一些实施方案中，所述乙烯共聚物为乙烯与丙烯的共聚物，其中乙烯的含量为0.1％摩尔-30％摩尔，优选8％摩尔-25％摩尔，例如来自Dow公司的Versify4000树脂。在一些实施方案中，所述乙烯共聚物为包含20％摩尔-80％摩尔的乙烯嵌段和80％摩尔-20％摩尔的无规乙烯辛烯或无规乙烯丁烯嵌段的嵌段共聚物，优选为包含30％摩尔-70％摩尔的乙烯嵌段和70％摩尔-30％摩尔的无规乙烯辛烯或无规乙烯丁烯嵌段的嵌段共聚物，例如来自Dow公司的INFUSE9817树脂。在一些实施方案中，所述乙烯共聚物为包含20％摩尔-80％摩尔的丙烯嵌段和80％摩尔-20％摩尔的无规乙烯丙烯或乙烯丁烯或乙烯辛烯嵌段的嵌段共聚物，优选为包含30％摩尔-70％摩尔的丙烯嵌段和70％摩尔-30％摩尔的无规乙烯丙烯或乙烯丁烯或乙烯辛烯嵌段的嵌段共聚物，例如来自DOW公司的INTUNED5545树脂。优选地，所述聚乙烯的熔体流动指数(MFI)为0.2-20g/10min，优选为1-10g/min，更优选为1-6g/min，在190℃下采用2.16Kg砝码测定，例如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)，例如来自中沙(天津)石化有限公司的T55-300MHDPE树脂，其MFI为2g/10min。采用聚乙烯或乙烯共聚物作为皮层，可以提供复合纤维热粘性。优选地，在所述皮芯复合纤维中，皮层和芯层的体积比在1∶1至1∶10之间，优选在1∶1至1∶2.5之间。优选地，在所述三层复合纤维中，芯层/中间层/皮层的体积比为80％-50％/10％-25％/10-25％。优选地，所述多组分纤维的总纤度为100-6000旦(D)，优选200-3200旦。优选地，所述多组分纤维的拉伸强度不低于1.5g/dtex，优选不低于2.5g/dtex。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合片材，其特征在于，其为一层或更多层复合纱织物的热压件，所述复合纱包含多组分纤维和高强度纤维，其中所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为皮层的皮芯复合纤维和聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为中间层、聚乙烯作为皮层的三层复合纤维，所述高强度纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合片材，其特征在于，其为一层或更多层复合纱织物的热压件，所述复合纱包含多组分纤维和高强度纤维，其中所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为皮层的皮芯复合纤维和聚丙烯作为芯层、乙烯共聚物作为中间层、聚乙烯作为皮层的三层复合纤维，所述高强度纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维。


2.根据权利要求1所述的复合片材，其特征在于，所述聚丙烯的熔体流动指数(MFI)为0.2-60g/10min，优选为20-40g/10min，在230℃下采用2.16Kg砝码测定。


3.根据权利要求1或2所述的复合片材，其特征在于，所述乙烯共聚物选自：
i)乙烯作为第一单体与选自丙烯、丁烯、己烯和辛烯的第二单体的共聚物，优选所述其中第二单体的含量为0.1％摩尔-40％摩尔；
ii)乙烯与丙烯的共聚物，其中乙烯的含量为0.1％摩尔-30％摩尔；
iii)包含20％摩尔-80％摩尔的乙烯嵌段和80％摩尔-20％摩尔的无规乙烯辛烯或无规乙烯丁烯嵌段的嵌段共聚物；和
iv)包含20％摩尔-80％摩尔的丙烯嵌段和80％摩尔-20％摩尔的无规乙烯丙烯或乙烯丁烯或乙烯辛烯嵌段的嵌段共聚物。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合片材，其特征在于，所述聚乙烯的熔体流动指数(MFI)为0.2-20g/10min，优选为1-10g/min，更优选为1-6g/min，在190℃下采用2.16Kg砝码测定。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合片材，其特征在于，在所述皮芯复合纤维中，皮层和芯层的体积比在1∶1至1∶10之间，优选在1∶1至1∶2.5之间；在所述三层复合纤维中，芯层/中间层/皮层的体积比为80％-50％/10％-25％/10-25％。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合片材，其特征在于，所述多组分纤维的总纤度为100-6000旦，优选200-3200旦，拉伸强度不低于1.5g/dtex，优选不低于2.5g/dtex；优选地，所述高强度纤维的总纤度为200-1600旦，拉伸强度不低于5g/dtex，优选不低于10g/dtex。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的复合片材，其特征在于，所述复合纱中多组分纤维与高强度纤维的重量比在100∶1至100∶100范围内；优选地，所述复合纱织物的克重为100g/m2-500g/m2。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的复合片材，其特征在于，所述复合片材中，所述织物的层数为1-10层。


9.制备根据权利要求1-8中任一项所述的复合片材的方法，其包括以下步骤：
i)提供包含所述多组分纤维和高强度纤维的复合纱；
ii)将上述复合纱制成织物；和
iii)对一层或更多层所述织物进行热压，然后冷却得到复合片材。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热压在100-160℃范围内、优选110-150℃范围内的温度下，在0.1-100MPa范围内、优选在0.5-20MPa范围内的压力下进行20秒至0.5小时、优选1分钟至15分钟、更优选2分钟至6分钟。


11.一种复合片材，其特征在于，其为至少两层多组分纤维织物与至少一层高强度纤维织物的层合件，其中最底层与最顶层都为所述多组分纤维织物，所述多组分纤维选自聚丙烯作为芯层、乙烯共...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄汉进，彭树文，
申请(专利权)人：霍尼韦尔特性材料和技术中国有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32