一种聚苯硫醚复合无纺布及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种聚苯硫醚复合无纺布及其制备方法和应用，属于碳纤维增强聚苯硫醚复合材料技术领域。所述制备方法包括：使用了聚苯硫醚、聚醚砜以及环氧树脂混合，制备复合纤维，并利用卷绕机编排成网状结构，随后经过定型形成可铺放在碳纤维表面的PPS复合无纺布。本发明专利技术有益之处是：环氧树脂在前期纺丝过程中能有效改善PPS/PES相容性并降低PPS/PES纺丝温度，提升混合热塑性树脂断裂韧性，在后期定型成网过程中会析出，不影响最终热塑复合材料的耐热性，制备的聚苯硫醚复合无纺布由于其比表面积远高于聚苯硫醚薄膜，在热塑性复合材料模压成型过程中更容易实现对碳纤维的快速浸润。型过程中更容易实现对碳纤维的快速浸润。型过程中更容易实现对碳纤维的快速浸润。

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯硫醚复合无纺布及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种聚苯硫醚复合无纺布及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于高韧性热塑性碳纤维复合材料制备的聚苯硫醚复合无纺布及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维增强树脂基复合材料由于其轻质、高强等优异性能，被越来越多地运用于航空领域。按照基体不同可分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料，相比于热固性复合材料，热塑性复合材料具有成型周期短、原料无存放时限以及可回收利用等优点，其中碳纤维增强聚苯硫醚基复合材料是综合性能最好、最具潜力的航空热塑性复合材料之一，其基体PPS是半结晶聚合物，但是存在脆性大、耐冲击强度低等缺点，此外，热塑性树脂由于熔体粘度较大，增强纤维浸润比较困难，不同的浸渍工艺对复合材料的性能影响较大，传统的热塑性复合材料成型工艺采用碳纤维织物与热塑性树脂薄膜交替重叠铺放热压成型，薄膜由于其比表面积较低，熔融过程中对碳纤维渗透较慢，影响最终热塑性复合材料性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对热塑性复合材料常用树脂聚苯硫醚的脆性大以及其薄膜形式对碳纤维难浸润的问题，提供了一种聚苯硫醚复合无纺布及其制备方法和应用，得到一种比表面积高、断裂韧性高的聚苯硫醚复合无纺布。
[0004]本专利技术聚苯硫醚复合无纺布的制备方法为：将聚苯硫醚、聚醚砜和双酚A型环氧树脂均匀混合，通过具备配套纺丝组件的双螺杆挤出机制得连续纤维，随后将收集的纤维通过卷绕机在卷绕筒上排布成网状结构，表面喷洒定型剂后从一侧裁下聚苯硫醚复合无纺布。
[0005]本专利技术主要针对PPS韧性不足添加PES增加其韧性，环氧树脂作为PES和PPS的增溶剂的同时也是纺丝过程中的增塑剂，将三种共混物通过双螺杆配套纺丝机制备成长纤，再通过卷绕机将长纤卷绕成网制备适用于与碳纤维进行同时铺放，相当于专利技术一种简单并且可靠的高韧性PPS/碳纤维平纹织物预浸料的制备方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供了一种聚苯硫醚复合无纺布的制备方法，包括以下步骤：
[0008]A1、按重量百分比计，将50～70％的聚苯硫醚(PPS)、以及干燥后的10～40％聚醚砜(PES)和10～30％环氧树脂通过高速混合搅拌机进行均匀混合；
[0009]A2、将上述高速混合后的混合物通过双螺杆挤出，并压入纺丝组件进行熔融纺丝，熔融纺丝温度为240～300℃；纺丝温度过高环氧树脂会分解，纺丝温度过低混合物在螺杆中无法完全熔化，影响熔体进入纺丝机。
[0010]A3、将步骤A2熔融纺丝所出的连续纤维通过卷绕机收集，连续纤维在卷绕筒上形
成均匀网状结构；
[0011]A4、在步骤A3中的连续纤维表面喷上定型剂，即得聚苯硫醚复合无纺布。
[0012]优选地，步骤A1中，所述聚苯硫醚的重均分子量在30000～50000之间；
[0013]所述聚醚砜的重均分子量在40000～6000之间，羟基封端含量在50％～100％之间；
[0014]所述双酚A型环氧树脂的重均分子量在200～5000之间。
[0015]优选地，步骤A1中，所述高速混合搅拌机转速为10000～12500r/min。
[0016]优选地，步骤A1中，所述聚醚砜进行干燥的条件为：在120～140℃下干燥4～6h；所述环氧树脂进行干燥的条件为：在60～80℃下干燥1～2h。
[0017]优选地，步骤A2中，所述双螺杆挤出时，采用的加料段温度为80～120℃；压缩段及熔融段温度各为240～290℃；计量段温度为250～300℃。
[0018]优选地，步骤A3中，所述卷绕机转速为100～300m/min，卷绕方式为螺旋线往复交叉式，卷绕角为60
°
～75
°
，卷绕时间大于10分钟，所用卷绕筒为圆柱形无边筒子。卷绕机转速过低影响成网效率，卷绕机转速过高容易产生断丝、毛丝。卷绕角过低容易产生塌边，卷绕角过高，纤维卷绕过程中会产生重叠现象，影响成网均匀性。
[0019]优选地，步骤A3中，所述纺丝组件的喷丝板上喷丝孔孔径为0.15～0.5mm，喷丝孔数为12～48个；制备的连续纤维直径为50～100μm，断裂强度为0.5～1.5cN/detx，断裂伸长率高于15％。
[0020]优选地，步骤A4中，所述定型剂为丙酮、乙醇或其他可溶解环氧树脂的溶剂，制得的聚苯硫醚复合无纺布的面密度为50～200g/m2。
[0021]本专利技术还提供了一种前述方法制备的聚苯硫醚复合无纺布。
[0022]优选地，所述聚苯硫醚复合无纺布的面密度为100～200g/m2，厚度均匀，孔隙率高(比表面积高)；相比于单组份聚苯硫醚薄膜，模压成型过程中对碳纤维织物浸润性提升，复合材料抗冲击性能提升。
[0023]本专利技术还提供了一种聚苯硫醚复合无纺布在制备高韧性热塑性碳纤维复合材料中的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0025](1)本专利技术采用聚醚砜作为增韧剂、环氧树脂作为增容剂，环氧树脂在前期纺丝过程中能有效改善PPS/PES相容性并降低PPS/PES纺丝温度，提升混合热塑性树脂断裂韧性，在后期定型成网过程中会析出不影响最终热塑复合材料的耐热性。
[0026](2)相比于熔喷法对材料流动性较为苛刻的要求，本专利技术涉及到的PPS混合无纺布制备方式较为简单与方便，通过控制卷绕机卷绕筒半径、卷绕速度、排线器往复速度以及卷绕时间实现不同面密度、排布方式的厚度均一可控无纺布。
[0027](3)相比于聚苯硫醚薄膜对碳纤维织物浸润较难的问题，本专利技术涉及到的PPS/PES无纺布比表面积较高，在模压过程中对碳纤维浸润性较好。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]图1为实施例1制备的PPS/PSF/EP微观结构；
[0030]图2为实施例2制备的PPS/PES网状无纺布结构。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0032]以下实施例中，采用的聚苯硫醚的重均分子量为58000；聚醚砜的重均分子量为55000，羟基封端含量为50％；双酚A型环氧树脂的重均分子量为200。
[0033]实施例1
[0034]本实施例提供了一种聚苯硫醚复合无纺布的制备方法，步骤如下：
[0035](1)按下列组分和组成配料：聚苯硫醚60％，干燥后的聚醚砜30％，干燥后的E51环氧树脂10％。聚醚砜进行干燥的条件为：在120～140℃下干燥4～6h；所述环氧树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚苯硫醚复合无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、按重量百分比计，将50～70％的聚苯硫醚、以及干燥后的10～40％聚醚砜和10％～30％环氧树脂通过高速混合搅拌机进行均匀混合；A2、将上述高速混合后的混合物通过双螺杆挤出，并压入纺丝组件进行熔融纺丝，熔融纺丝温度为240～300℃；A3、将步骤A2熔融纺丝所出的连续纤维通过卷绕机收集，连续纤维在卷绕筒上形成均匀网状结构；A4、在步骤A3中的连续纤维表面喷上定型剂，即得聚苯硫醚复合无纺布。2.根据权利1所述的聚苯硫醚复合无纺布的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述聚苯硫醚的重均分子量在30000～50000之间；所述聚醚砜的重均分子量在40000～6000之间，羟基封端含量在50％～100％之间；所述双酚A型环氧树脂的重均分子量在200～5000之间。3.根据权利1所述的聚苯硫醚复合无纺布的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述高速混合搅拌机转速为10000～12500r/min。4.根据权利1所述的聚苯硫醚复合无纺布的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述聚醚砜进行干燥的条件为：在120～140℃下干燥4～6h；所述环氧树脂进行干燥的条件为：在60～80℃下干燥1～2h。5.根据权利1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程超，杨青，刁春霞，余木火，吕玥蒽，梁昀翔，丁小马，王士杰，熊风，王硕，
申请(专利权)人：上海碳纤维复合材料创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：