异形纤维三维织物增强热塑性树脂复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及异形纤维三维织物增强热塑性树脂复合材料的制备方法，该方法是将异形纤维编成三维状体进行表面预处理后铺放入模具，然后密闭模具，并加热至成型温度，将模腔抽成真空，并保持一定真空度，在110-210℃的温度下将反应预聚体与引发剂的均匀混合溶液利用负压注入模具中，待溶液充满模腔后，去掉真空，保温5-150min，待反应完全后降温脱模即得产品。本发明专利技术采用异形纤维来增强纤维与基体之间的界面结合，同时借助真空辅助树脂传递模塑成型来制备高性能聚合物基复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术具有方法简单、纤维与基体的界面结合好、能规模化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纤维增强聚合物基复合材料，尤其是涉及一种异形纤维三维织物 增强热塑性树脂复合材料的制备方法。
技术介绍
纤维增强聚合物基复合材料具有高强、轻质、耐腐蚀及可设计性等优点，在航空、 航天、国防、汽车、电器、机械等领域有广泛的应用。所谓异形纤维，就是把原来一模一样的 合成纤维制成截面畸形的纤维。像天然纤维那样，使它们呈现三角形、星形、多叶形等，可以 是异形截面纤维，也可以是异形中空纤维，或者是复合异形纤维。异形纤维与一般的纤维相 比，有如下特点。第一是异形纤维表面积大，能增强覆盖能力，增大纤维与基体的界面结合 面积。第二是因异形纤维截面呈特殊形状，能增强纤维间及纤维与基体间的抱合力，增强纤 维与基体的界面结合。第三是异形纤维抗抽丝性能优于圆形纤维。它大量用于机织、编织 工业中。因此异形纤维增强聚合物基复合材料具有更好的应用前景。但由于原料和工艺成本的居高不下，限制了它在各领域的应用。特别是异形纤维 增强热塑性树脂基复合材料，因为热塑性树脂的粘度较高，为了能使其良好浸润异形纤维 增强材料，相应需要高温、高压的极端条件，这又进一步增加了对工艺设备的要求、提高了 成本。因此，复合材料的低成本技术是其继续发展的重要方向，其中树脂传递模塑以其制造 成本低和先进的工艺引起了人们的高度重视，而真空辅助对于制得低孔隙率的复合材料具 有极大好处。但是目前以树脂传递模塑制备异形纤维三维织物增强热塑性树脂复合材料还 未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单、能规 模化生产的。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现异形纤维三维织物增强热塑性树 脂复合材料的制备方法，其特征在于，该方法是将异形纤维编成三维状体进行表面预处理 后铺放入模具，然后密闭模具，并加热至成型温度，将模腔抽成真空，并保持一定真空度，在 110-210°C的温度下将反应预聚体与引发剂的均勻混合溶液利用负压注入模具中，待溶液 充满模腔后，去掉真空，保温5-150min，待反应完全后降温脱模即得产品。所述的异形纤维选自碳异形纤维、不锈钢异形纤维、芳香族聚酰胺异形纤维、超高 分子量聚乙烯异形纤维、玻璃异形纤维、石英异形纤维、碳化硅异形纤维、硼异形纤维或玄 武岩异形纤维中的一种或几种；所述的异形纤维的异形截面主要有三角形、丫形、工字形、 “链状”、“竹节状”、五角形、星形、多叶形、扁平形、扇形中的一种或几种。所述的三角形包括正三角形或变形三角形；所述的多叶形包括三叶形、四叶形或 五叶形。所述的表面预处理是将编成三维状体的异形纤维置于100 150°C烘箱中干燥2 5小时。 所述的反应预聚体为己内酰胺、十二内酰胺、苯乙烯、马来酸酐、醋酸乙烯酯、甲基 丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或对苯二甲酸环丁二醇酯单体中的一种或几种，也可以为上 述单体与尼龙_6、尼龙-66、尼龙-610、尼龙-11、尼龙-12或高温尼龙中的一种或几种的混 合物，还可以为上述单体或混合物与无机微米或纳米填料的混合物。所述的无机微米或纳米填料选自玻璃珠、石墨、碳纳米管、蒙脱土、二氧化硅、二氧 化钛、碳酸钙、三氧化二铝或稀土氧化物中的一种或几种。所述的成型温度为90 210°C，所述的真空度为-3 _8KPa。所述的反应预聚体与引发剂的均勻混合溶液在注入模具前需用干燥的氮气气氛 保护。所述的引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈，过氧化苯甲酰、高氧化二碳酸二 异丙酯、过氧化异辛酸叔丁酯、氢氧化钠、氢氧化钾、己内酰胺钠、甲醇钠或乙醇钠中的一种 或几种，引发剂的加入量为反应预聚体的0. 5-30wt%o。所述的反应预聚体中还可加入活化剂，所述的活化剂包括2，4-甲苯二异氰酸酯、 磷酸三苯酯、碳化二亚胺、邻苯二甲酸二丁酯、酰氯或苯酚钛中的一种或几种，活化剂的加 入量为为反应预聚体的0. 5-80wt%0。与现有技术相比，本专利技术采用异形纤维增强来增加纤维与基体之间的界面结合， 提高复合材料的力学性能，同时本专利技术结合了热塑性树脂的原位聚合反应与真空辅助树脂 传递模塑工艺的优点，利用低粘度单体进行充模成型，避免了高粘度热塑性树脂充模所需 的高温、高压条件，降低了工业应用成本。所制得复合材料具有良好的力学性能，因此在航 空、航天、国防、汽车、电器、机械等行业上有广泛的应用前景。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1以下结合丫形碳异形纤维三维织物增强原位形成聚酰胺6树脂为具体实例来说 明本专利技术所涉及的方法和工艺。将预先编织好的丫形碳异形纤维三维织物置于130°C烘箱中干燥2. 5h，取出后立 即铺入模具中，密封模具，启动真空泵，真空度压力低于_6KPa(为防止己内酰胺单体沸腾) 后开始升温，将模具升温到160°C，己内酰胺单体在140°C下真空蒸馏除去水分，并加入引 发剂氢氧化钠(4wt%。)和活化剂2，4-甲苯二异氰酸酯(4wt%。)，搅拌均勻后立即利用负压 注入模具。待模腔充满后，去掉真空，保持温度160°C，反应30min后，冷却脱模后得制品。实施例2以下结合“竹节状”芳香族聚酰胺异形纤维(Kevlar纤维)三维织物增强原位形 成聚酰胺12树脂将预先编织好的“竹节状”芳香族聚酰胺异形纤维(Kevlar纤维)三维织物置于 120°C烘箱中干燥4h，取出后即铺入模具中，密封模具，启动真空泵，真空度压力低于-4KPa 后开始升温，将模具升温到130°C。十二内酰胺单体在160°C下真空蒸馏除去水分，并相继 加入己内酰胺钠(3wt%。)和碳化二亚胺(3wt%。)，搅拌均勻后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，保持温度130°C，反应50min后，冷却脱模后得制品。实 施例3以下结合三角形超高分子量聚乙烯异形纤维三维织物增强原位形成聚甲基丙烯 酸甲酯树脂将预先编织好的三角形超高分子量聚乙烯异形纤维三维织物置于130°C烘箱中干 燥2h，取出后即铺入模具中，密封模具，启动真空泵，真空度压力低于_7KPa后开始升温，将 模具升温到90°C。甲基丙烯酸甲酯单体与过氧化苯甲酰(2wt%。)的溶液于氮气保护下在 120°C下真空蒸馏，搅拌均勻后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，保持温度 90°C，反应IOOmin后，冷却脱模后得制品。实施例4以下结合三角形碳异形纤维三维织物增强原位形成聚对苯二甲酸丁二醇酯树 脂将预先编织好的三角形碳异形纤维三维织物置于130°C烘箱中干燥3h，取出后 即铺入模具中，密封模具，启动真空泵，真空度压力低于_6KPa后开始升温，将模具升温到 200°C。对苯二甲酸环丁二醇酯单体在190°C下熔融后，加入引发剂偶氮二异丁腈(5wt%。)， 搅拌均勻后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，保持温度20(TC，反应IOOmin 后，冷却脱模后得制品。实施例5以下结合星形不锈钢异形纤维三维织物增强原位形成马来酸酐树脂先将星形不锈钢异形纤维编成三维状体置于100°C烘箱中干燥2小时，进行表 面预处理后铺放入模具，然后密闭模具，并加热至90°C，将模腔抽成真空，并保持真空度 为-3KPa，在110°C的温度下将反应单体马来酸酐与引发剂偶氮二异庚腈的均勻混合溶液 利用负压注入模具中，偶氮二异庚腈的加入量为反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．异形纤维三维织物增强热塑性树脂复合材料的制备方法，其特征在于，该方法是将异形纤维编成三维状体进行表面预处理后铺放入模具，然后密闭模具，并加热至成型温度，将模腔抽成真空，并保持一定真空度，在１１０－２１０℃的温度下将反应预聚体与引发剂的均匀混合溶液利用负压注入模具中，待溶液充满模腔后，去掉真空，保温５－１５０ｍｉｎ，待反应完全后降温脱模即得产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张冠，
申请(专利权)人：合肥杰事杰新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：34