连续长纤维增强热塑性复合板材及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种连续长纤维增强热塑性复合板材及其制备方法、应用。该连续长纤维增强热塑性复合板材包括m层预浸带A和n层预浸带B，且外层为预浸带A；其中，m≥2，n≥1，且m和n为整数；预浸带A为连续长纤维增强长碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和长碳链聚酰胺树脂；预浸带B为连续长纤维增强短碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和短碳链聚酰胺树脂。本发明专利技术的复合板材具有低吸水、力学性能优异、外观平整、性能可靠、实用的优点，且制备工艺简单、耗时短、生产效率高、成本低。

【技术实现步骤摘要】
连续长纤维增强热塑性复合板材及其制备方法、应用
本专利技术涉及一种连续长纤维增强热塑性复合板材及其制备方法、应用。
技术介绍
连续长纤维增强热塑性复合材料(CFRT)是以连续纤维作为增强材料，以热塑性树脂为基体，通过特殊工艺制造的复合材料。相对于短玻纤增强热塑性复合材料(SFRT)，CFRT在性能上较为优越，力学性能较佳、可回收利用、质量轻和成本低，是近十年来备受关注的高分子复合材料之一。目前CFRT(例如连续长纤维增强热塑性复合板材)主要应用于汽车、风电叶片、电子、家电、通讯、机械、化工、军工、体育器材、医疗器械等领域，特别是在汽车零配件专用塑料市场上的应用发展潜力十分巨大，发展较为迅猛，应用广泛，种类繁多，其中长玻纤增强聚丙烯(PP/LGF)复合材料最为常见。但长玻纤增强聚丙烯强度较低，复合材料二次成型较困难且不可回收利用。连续长纤维增强聚酰胺复合材料强度高，但由于聚酰胺本身含有一定量极性基团的酰胺键，易和水分子形成氢键结构，导致大分子链间相互作用的氢键密度势必会减少，从而导致材料的强度降低。因此，亟需制备一种能够同时具备力学性能高、吸水性低的连续长纤维增强热塑性复合材料。连续纤维增强热塑性预浸带是用来制备连续纤维增强热塑性复合材料的中间体。其制备工艺主要有熔融浸渍法、溶液浸渍法和混纤法。目前制备热塑性复合材料的工艺包括注塑成型、热模压成型、拉挤成型等工艺。其中，注塑成型工艺因具备稳定性高、可自动化和效率高等优点，是目前制备热塑性复合材料最为重要的成型工艺，也是目前应用最为广泛的成型工艺，但是该方法玻纤保留长度较短。而热模压成型工艺具有结构简单、热稳定性好和制品外形多样化等优点，是制备热塑性复合材料较常用的成型工艺之一。拉挤成型工艺是借助外力牵引下纤维粗纱经过浸渍、固化和切料等工序来制备连续长纤维增强热塑性复合材料(CFRT)的成型工艺，成型后的材料截面固定且实现材料连续生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中连续长纤维增强热塑性复合材料难以同时具备良好的力学性能和低吸水性的缺陷，提供一种连续长纤维增强热塑性复合板材及其制备方法、应用。本专利技术提供的连续长纤维增强热塑性复合板材具有良好的力学性能和低吸水性，且制备方法工艺简单、成本低。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种连续长纤维增强热塑性复合板材，其包括m层预浸带A和n层预浸带B，且外层为所述预浸带A；其中，m≥2，n≥1，且m和n为整数；所述预浸带A为连续长纤维增强长碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和长碳链聚酰胺树脂；所述预浸带B为连续长纤维增强短碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和短碳链聚酰胺树脂。本专利技术中，所述m与n的数值之和可为3-100，例如4-66或20-66。本专利技术中，所述n可为1-98，例如4、6、8或10。本专利技术中，较佳地，所述连续长纤维增强热塑性复合板材包括m1A-[n1B-m2A-n2B]-m3A，其中，m＝m1+m2+m3，m1≥1，m2≥0，m3≥1；n＝n1+n2，n1≥0，n2≥0，且n1、n2不同时为0；m1、m2、m3、n1和n2均为整数。其中，“-”表示预浸带相邻，例如“A-B”表示一层预浸带A与一层预浸带B相邻。其中，例如，所述m1、m2、m3、n1和n2的数值分别为1、0、1、3和3，即所述连续长纤维增强热塑性复合板材包括A-[6B]-A。或者，例如，所述m1、m2、m3、n1和n2的数值分别为2、0、2、2和2，即所述连续长纤维增强热塑性复合板材包括2A-[4B]-A。或者，例如，所述m1、m2、m3、n1和n2的数值分别为1、0、1、4和4，即所述连续长纤维增强热塑性复合板材包括A-[8B]-A。或者，例如，所述m1、m2、m3、n1和n2的数值分别为2、0、2、3和3，即所述连续长纤维增强热塑性复合板材包括2A-[6B]-2A。本专利技术中，较佳地，所述预浸带B各自独立地选自相同或不同的连续长纤维增强短碳链聚酰胺树脂单向预浸带，所述预浸带A各自独立地选自相同或不同的连续长纤维增强长碳链聚酰胺树脂单向预浸带。本专利技术中，所述预浸带A的厚度较佳地为0.15-0.5mm，进而为0.21-0.33mm，例如0.23mm，0.27mm，0.28mm，0.31mm，0.32mm或0.33mm。本专利技术中，所述预浸带B的厚度较佳地为0.15-0.5mm，进而为0.21-0.33mm，例如0.24mm，0.31mm，0.32mm或0.33mm。本专利技术中，所述连续长纤维增强热塑性复合板材的总厚度较佳地为＞0.5mm，例如10mm，厚度可根据具体产品进行模压复合。本专利技术中，所述连续长纤维增强热塑性复合板材中各层之间的铺层方式可为平行铺层或交叉铺层。所述平行铺层是指各层之间铺叠方向相同；所述交叉铺层是指各层之间呈一定角度交叉铺叠。所述交叉铺层的交叉方式可为0°-90°交叉，例如45°交叉、90°交叉。本专利技术中，所述长碳链聚酰胺树脂一般是指二元胺(主要指戊二胺)与两个羧基之间的亚甲基的碳原子数为10或10以上的二元酸聚合得到的聚酰胺。所述短碳链聚酰胺树脂一般是指二元胺(主要指戊二胺)与两个羧基之间的亚甲基的碳原子数小于10的二元酸聚合得到的聚酰胺。本专利技术中，所述短碳链聚酰胺树脂可为本领域常规市售可得的短碳链聚酰胺树脂，较佳地购自凯赛(金乡)生物材料有限公司。本专利技术中，所述短碳链聚酰胺树脂较佳地为短碳链生物基聚酰胺树脂。其中，生物基聚酰胺树脂一般是指以可再生资源如玉米、蓖麻等为原料，通过微生物法制备二元胺，再与二元酸聚合而得到的聚酰胺树脂。较佳地，二元酸也通过微生物法制备获得。本专利技术中，所述短碳链聚酰胺树脂较佳地为聚酰胺56，简称PA56。其中，所述PA56较佳地具有如下特点：相对粘度为1.9-2.7，例如2.29；端氨基含量42-60mmol/kg，例如55mmol/kg；熔点252-255℃，例如253℃；原料单体为戊二胺和己二酸，生物基含量43％-46％。本专利技术中，所述长碳链聚酰胺树脂可为本领域常规市售可得的长碳链聚酰胺树脂，较佳地购自凯赛(金乡)生物材料有限公司。本专利技术中，所述长碳链聚酰胺树脂较佳地为长碳链生物基聚酰胺树脂。本专利技术中，所述长碳链聚酰胺树脂较佳地选自PA510、PA511、PA512、PA513、PA514、PA515、PA516、PA517和PA518中的一种或多种。其中，所述长碳链聚酰胺树脂较佳地具有如下特点：相对粘度1.8-2.7，优选为2.1-2.6，例如2.25、2.32、2.38、2.46或2.51；端氨基含量42-60mmol/kg；熔点170℃-320℃，优选180-230℃，例如191、197、210或217℃；生物基含量在29％-100％，例如29.6、32.3、33.8或45％。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，其包括m层预浸带A和n层预浸带B，且外层为所述预浸带A；其中，m≥2，n≥1，且m和n为整数；/n所述预浸带A为连续长纤维增强长碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和长碳链聚酰胺树脂；/n所述预浸带B为连续长纤维增强短碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和短碳链聚酰胺树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，其包括m层预浸带A和n层预浸带B，且外层为所述预浸带A；其中，m≥2，n≥1，且m和n为整数；
所述预浸带A为连续长纤维增强长碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和长碳链聚酰胺树脂；
所述预浸带B为连续长纤维增强短碳链聚酰胺树脂单向预浸带，其包括连续长纤维和短碳链聚酰胺树脂。


2.如权利要求1所述的连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，所述连续长纤维增强热塑性复合板材包括m1A-[n1B-m2A-n2B]-m3A，其中，m＝m1+m2+m3，m1≥1，m2≥0，m3≥1；n＝n1+n2，n1≥0，n2≥0，且n1、n2不同时为0；m1、m2、m3、n1和n2均为整数。


3.如权利要求1所述的连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，所述m与n的数值之和为3-100；
和/或，所述n为1-98；
和/或，所述预浸带A各自独立地选自相同或不同的连续长纤维增强长碳链聚酰胺树脂单向预浸带；所述预浸带B各自独立地选自相同或不同的连续长纤维增强短碳链聚酰胺树脂单向预浸带；
和/或，所述预浸带A的厚度为0.15-0.5mm；
和/或，所述预浸带B的厚度为0.15-0.5mm；
和/或，所述连续长纤维增强热塑性复合板材的总厚度为＞0.5mm；
和/或，所述连续长纤维增强热塑性复合板材中各层之间的铺层方式为平行铺层或交叉铺层；
所述交叉铺层的交叉方式可为0°-90°交叉，例如45°交叉或90°交叉；
和/或，所述短碳链聚酰胺树脂为短碳链生物基聚酰胺树脂；
和/或，所述长碳链聚酰胺树脂为长碳链生物基聚酰胺树脂；
和/或，在所述预浸带A中，所述连续长纤维的质量百分比为40-80％，较佳地为60-70％，所述质量百分比是指所述连续长纤维的质量占所述预浸带A的质量；
和/或，所述预浸带B中的所述连续长纤维的质量百分比为40-80％，较佳地为60-70％，所述质量百分比是指所述连续长纤维的质量占所述预浸带B的质量；
和/或，所述预浸带A的含水量低于2000ppm，较佳地低于1200ppm，例如100-1200ppm；
和/或，所述预浸带B的含水量低于2000ppm，较佳地低于1200ppm，例如100-1200ppm。


4.如权利要求1-3任一项所述的连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，所述短碳链聚酰胺树脂为PA56；
其中，所述PA56较佳地具有如下特点：相对粘度为1.9-2.7，端氨基含量为42-60mmol/kg，熔点为252-255℃；较佳地，生物基含量为43％-46％；
和/或，所述长碳链聚酰胺树脂选自PA510、PA511、PA512、PA513、PA514、PA515、PA516、PA517和PA518中的一种或多种；
其中，所述长碳链聚酰胺树脂较佳地具有如下特点：相对粘度1.8-2.7；端氨基含量为42-60mmol/kg，熔点为170℃-320℃；较佳地，生物基含量为29％-100％；
和/或，所述连续长纤维的纤维种类包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维。


5.如权利要求4所述的连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，所述连续长纤维为连续长玻纤，所述连续长玻纤的单丝直径可为8-15μm，较佳地为8-10μm；所述连续长玻纤的线密度可为1000-3600Tex，较佳地为1200Tex、2400Tex；
或者，所述连续长纤维为连续长碳纤；所述连续长碳纤较佳地为聚丙烯腈类碳纤维；所述连续长碳纤的单丝数量可为20000-30000根，较佳地为12000根或24000根；所述连续长碳纤的单丝直径可为5-10μm，较佳地为6-8μm。


6.如权利要求1所述的连续长纤维增强热塑性复合板材，其特征在于，所述预浸带A包括连续长玻纤和长碳链聚酰胺树脂，所述长碳链聚酰胺树脂为PA510、PA511、PA512、PA513、PA514、PA5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李园平，徐强，官冰，刘修才，
申请(专利权)人：上海凯赛生物技术股份有限公司，CIBT美国公司，凯赛太原生物材料有限公司，山西合成生物研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31