一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带及其制备方法技术

一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带及其制备方法。本发明专利技术属于树脂纤维预浸带制备领域。本发明专利技术的目的是为了解决目前基于非连续天然纤维的预浸带无法承担热应力以及天然纤维无法均匀定向分布在热塑性树脂内的技术问题。本发明专利技术的预浸带由热塑性树脂薄膜和天然纤维层交替层叠而成，最外层为热塑性树脂薄膜，每层天然纤维层内的天然纤维定向且连续排布，且天然纤维之间通过结合力使天然纤维层实现连续承力。方法：步骤1：对天然纤维进行预处理；步骤2：捞出冲洗烘干后使其定向且连续排布；步骤3：将热塑性树脂颗粒热压成薄膜，然后在未冷却条件下平铺在定向且连续排布的纤维上进行黏附；步骤4：堆叠后先热压，再冷压，得到预浸带。得到预浸带。得到预浸带。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带及其制备方法


[0001]本专利技术属于树脂纤维预浸带制备领域，具体涉及一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带及其制备方法。

技术介绍

[0002]缠绕成型具体工艺是将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后制备成预浸料，然后将预浸料按照一定规律缠绕到芯模上，经固化和脱模，最终制备成复合材料制品。由于缠绕成型的高精度和可设计性强等优点，缠绕成型在航空航天、军工及民品方面得到广泛应用。如直升飞机传动轴，航天器的发动机等。缠绕成型常用的纤维多为连续型人工纤维，树脂胶液为热固性树脂。为保证预浸料层间结合紧密和连续纤维的完全舒展，缠绕过程中需要对预浸料施加张力，而连续型人工纤维便是张力的主要受体。虽然人工纤维强度大且连续，但其生产过程污染环境，回收困难；热固性树脂浸润性好，但韧性差、无法二次成型。
[0003]天然纤维增强热塑性聚合物复合材料在轻量化及绿色环保领域应用十分广泛。其中热塑性聚合物主要为常用的聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等，在某些高精尖领域会用到工程塑料如聚碳酸酯、尼龙、ABS等。天然纤维包括木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维及秸秆纤维等植物纤维。天然纤维具有来源广泛、密度低、绿色环保等突出优点，且在装饰装修、园林设施等众多领域中得到广泛应用，随着发展，天然纤维增强复合材料在航空航天、水利水电等领域也逐渐开展应用；目前，天然纤维增强复合材料成型工艺主要包括挤出、热压和注塑。
[0004]随着“双碳计划”的提出与落实，天然纤维也逐渐被认为是人工纤维的有效替代品，利用天然纤维与热塑性树脂制备连续型增强结构无论在缠绕领域还是高精尖的次级结构领域都有明显的环境效益和经济效益。由于天然纤维不连续，因此需要通过捻搓成绳或纱线形态的连续体，但熔融后的热塑性树脂黏度大，熔体传导速度慢，难于渗透到纤维绳、带内部，导致天然纤维绳、带构建的预浸料浸润性能不稳定。此外，直接采用非连续天然纤维制备热塑性预浸料，在树脂基体软化状态下，预浸料因其内部没有可承担应力的连续增强相而容易断裂，导致无法适应热缠绕及深度模压的工艺要求，受到成型工艺和应用领域的双重约束。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决目前基于非连续天然纤维的预浸带无法承担热应力以及天然纤维无法均匀定向分布在热塑性树脂内的技术问题，而提供了一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带及其制备方法。
[0006]本专利技术的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带由热塑性树脂薄膜和天然纤维层交替层叠而成，最外层为热塑性树脂薄膜，每层天然纤维层内的天然纤维定向且连续排布，且天然纤维之间通过结合力使天然纤维层实现连续承力。
[0007]进一步限定，热塑性树脂薄膜和天然纤维层按1层热塑性树脂薄膜，2层天然纤维
层的方式交替层叠。
[0008]进一步限定，不同天然纤维层中的天然纤维的层间排布方向沿Z轴方向看相互交叉形成网络结构，或者沿Z轴方向看相互平行。
[0009]进一步限定，天然纤维为竹纤维、木纤维、秸秆纤维、麻纤维中的一种或几种，天然纤维直径为2μm～100μm，长度为40mm～100mm，热塑性树脂薄膜为聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚乳酸薄膜。
[0010]进一步限定，单层热塑性树脂薄膜厚度为0.2mm～0.4mm，单层天然纤维层厚度为天然纤维的直径。
[0011]本专利技术的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带的制备方法按以下步骤进行：
[0012]步骤1：对天然纤维进行预处理，然后加入到柠檬酸钠缓冲液中，添加漆酶和ABTS，搅拌条件下浸泡处理；
[0013]步骤2：将浸泡处理后天然纤维捞出冲洗至pH值为7，烘干后使其定向且连续排布；
[0014]步骤3：将热塑性树脂颗粒热压成热塑性树脂薄膜，然后在未冷却的条件下平铺在定向且连续排布的天然纤维上，依靠树脂的粘性在热塑性树脂薄膜的单侧或双侧粘起一层天然纤维，得到复合层叠材料；
[0015]步骤4：将步骤3得到的复合层叠材料堆叠后先热压，再冷压，得到基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带。
[0016]进一步限定，步骤1中所述柠檬酸钠缓冲液的pH值为5，漆酶的添加量按天然纤维绝干重量计为40U/g～60U/g，ABTS的质量为天然纤维绝干重量2％～4％，步骤1中所述浸泡的温度为30～40℃，时间为1h～2h。
[0017]进一步限定，步骤2中在50～70℃下烘干至含水率≤3％，天然纤维通过高压静电场极化实现定向且连续排布。
[0018]进一步限定，步骤3中所述热压的过程为：先于170～190℃下预热4min～6min，然后于1MPa～2MPa下热压2min～4min。
[0019]进一步限定，步骤4中所述热压的过程为：先于170～190℃下预热4min～6min，然后于2MPa～4MPa下热压2min～4min，步骤4中所述冷压的压力为1MPa～3MPa，所述冷压的时间为4min～6min。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有的优点：
[0021]1)本专利技术通过漆酶处理天然纤维，经热压后天然纤维间依靠大量氢键、自由基等相互作用实现无介质结合，从而解决了天然纤维不连续、通过树脂进行复合时纤维之间没有结合力，仅能实现树脂与纤维的结合，因此，在热塑性树脂软化失去强度的情况下无法承力，无法满足热缠绕成型要求的问题。本专利技术通过纤维间的相互作用使纤维层形成连续承力结构，避免热塑性树脂无法充分浸润天然纤维绳或者带连续结构的问题，所得预浸带在热塑性树脂软化失去强度后仍可独自承力，满足热缠绕成型要求。
[0022]2)本专利技术通过软化后树脂粘结天然纤维的方式，使纤维层中的天然纤维高度定向且分布均匀，解决了非连续天然纤维在基体内常以聚集态分布的问题，这种单层结构有利于天然纤维间氢键和自由基作用的结合，有效提高纤维承力效果。
[0023]3)本专利技术多层树脂/纤维按角度复合后，纤维定向带来的强度得到大幅度提升，加
上纤维间的作用力，进一步的提高了连续结构的强度(常温下)，且在树脂软化无法承力的情况下，纤维间的作用力仍可独自承力，满足热缠绕成型要求。
附图说明
[0024]图1为对比例2的纤维树脂预浸带的制备流程示意图；
[0025]图2为实施例1的预浸带断裂后纤维断面形貌SEM图；
[0026]图3为实施例3的预浸带断裂后纤维断面形貌SEM图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
[0029]下述实施例中所述“层内”是指单层天然纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带，其特征在于，该预浸带由热塑性树脂薄膜和天然纤维层交替层叠而成，最外层为热塑性树脂薄膜，每层天然纤维层内的天然纤维定向且连续排布，且天然纤维之间通过结合力使天然纤维层实现连续承力。2.根据权利要求1所述的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带，其特征在于，热塑性树脂薄膜和天然纤维层按1层热塑性树脂薄膜，2层天然纤维层的方式交替层叠。3.根据权利要求1所述的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带，其特征在于，不同天然纤维层中的天然纤维的层间排布方向沿Z轴方向看相互交叉形成网络结构，或者沿Z轴方向看相互平行。4.根据权利要求1所述的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带，其特征在于，天然纤维为竹纤维、木纤维、秸秆纤维、麻纤维中的一种或几种，天然纤维直径为2μm～100μm，长度为40mm～100mm，热塑性树脂薄膜为聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚乳酸薄膜。5.根据权利要求1所述的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带，其特征在于，单层热塑性树脂薄膜厚度为0.2mm～0.4mm，单层天然纤维层厚度为天然纤维的直径。6.如权利要求1
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5任意一项所述的一种基于非连续天然纤维的可承担热应力的连续预浸带的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：对天然纤维进行预处理，然后加入到柠檬酸钠缓冲液中，添加漆酶和ABTS，搅拌条件下浸泡处理；步骤2：将浸泡处理后天然...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝建秀，曲建娇，张克营，傅海涛，顿梦媛，刘程成，
申请(专利权)人：宿州学院，
类型：发明
国别省市：