[发明专利]一种热塑性纤维混杂机织复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热塑性纤维混杂机织复合材料的制备方法，属于一种可以回收再利用的低成本加工方法。

背景技术

近年来，随着汽车、电器、建筑、航空等方面的发展，热塑性树脂基复合材料越来越得到国内外的关注，并已成为复合材料领域异常活跃的研究开发点。与热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有很多优点：(1)热塑性树脂复合材料具有高韧性和高损伤容限，耐冲击性能好。(2)热塑性复合材料的耐疲劳性大大超过了热固性树脂，因此使用寿命比较高。(3)热塑性复合材料抗化学和环境腐蚀的能力强，固化过程中不发生化学反应，可以进行快速加工。(4)成型方法多、生产效率高，可以进行二次加工，实现重复加工再生利用。这些优点为热塑性复合材料的应用提供了广泛的空间。

然而，由于热塑性树脂的粘度比较高，因此在加工过程中不利于增强纤维的分布和树脂基体的浸渍。采用传统的复合材料加工方法制备的复合材料很难满足增强纤维与基体树脂分布均匀和基体树脂对增强纤维完全浸渍的要求，近年来，人们在如何解决这一问题做了大量工作，其中包缠纱被证明是一种比较经济有效的方法。目前，包缠纱主要形式为热塑性长丝纤维均匀的包覆增强纤维，从而避免了在纱线加工及后序加工(如机织、针织、编织)中的损伤。然而，这种包缠纱中的热塑性性纤维分布于增强纤维的外部，因此成型过程中树脂基体对增强纤维的浸渍效果较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种热塑性纤维混杂机织复合材料的制备方法，进一步有效的解决树脂浸渍增强纤维困难的问题，加工工艺过程简单，成本低，基体可以回收利用，并且力学性能(拉伸强度，弯曲强度，顶破强度)优良，可以广泛的应用于各个领域。

为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种热塑性纤维混杂机织复合材料的制备方法，包括热塑性包缠纱的制作，复合材料预制件的织造以及机织复合材料成型工艺这三个步骤，其中所述的热塑性包缠纱由增强纤维和热塑性树脂纤维组成，采用纤维包缠技术将增强纤维同热塑性树脂纤维按照体积比进行混杂，其中热塑性纤维的体积分数为40％-80％，增强纤维的体积分数为20％-60％。然后采用热塑性树脂纤维均匀包覆在增强纤维上形成热塑性包缠纱。

所述的增强纤维采用玻璃纤维GF(购于芜湖市华源塑纱有限公司)，芳纶KF(购于上海迪盛高性能材料有限公司)，碳纤维CF(购于南京纬达复合材料有限公司)，工业涤纶PET(购于江阴市宏润化纤有限公司)中的一种或多种；所述的热塑性树脂纤维是热塑性树脂基体制作成的连续性纤维，热塑性树脂基体采用丙纶PP(购于海宁市高博特种纤维有限公司)，聚乳酸PLA(购于深圳市易生材料有限公司)，聚乙烯PE(购于杭州萧山程达塑化有限公司)，聚酰胺PA(购于长沙倡泰实业有限公司)中的一种。

所述的复合材料预制件的织造步骤以上述包缠纱为原料，通过设置原料紧度以及织物组织，经过整经，穿综，穿筘，输入上机图，采用剑杆织机来实现预制件的织造。

所述的织物紧度为40％-80％；所述的织物组织包括平纹，斜纹，缎纹以及三维立体结构中的一种。

所述的三维立体结构采用正交结构单元，准正交结构单元，角锁链结构单元，开放式结构单元中的一种作为基础设计的各种立体结构。

所述的机织复合材料成型工艺采用两次热压成型工艺对复合材料预制件热压，制得一种热塑性复合材料；由如下步骤组成：(1)当温度达到保压温度，将复合材料预制件置于制备复合材料板材的加工模具中。(2)施加保压压力，经过一段保压时间，实现对复合材料预制件的热压。(3)将温度冷却至热塑性基体的软化点与熔点之间，施压二次压力一定时间。(4)冷却至室温制得热塑性纤维混杂机织复合材料。

所述的热压工艺采用平板硫化机。

所述的复合材料预制件采用单独一层或多层，铺层方式采用经纬同向或经纬交叉铺层；所述的冷却方式采用自然冷却和水冷却中的一种；所述的保压温度为170-205℃；热塑性基体熔点以上，增强纤维熔点以下；所述的保压压力为1MPa-10MPa，以保证基体树脂完全浸渍增强纤维和树脂不流出增强纤维为标准；所述的保压时间为10min-80min，以树脂完全浸渍增强材料为标准；所述的冷却温度为150℃；所述的二次压力为10MPa-20MPa，可以使得树脂更加充分地浸润增强纤维并且减小增强纤维束以及层与层之间的距离，提高复合材料承担载荷的能力；所述的二次压力时间为1min-60min。