[发明专利]基于改进型包缠纱结构的三维热塑性复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于绿色纺织复合材料的制备技术领域，涉及了一种改进的包缠装置，采用了包缠纱，以三维正交机织物为增强结构，制作成树脂分散均匀的热塑性复合材料。

背景技术

绿色复合材料是一种新型生态材料，利用天然植物纤维以不同的结构来增强热塑性树脂，经过高温挤压或者热压等成型工艺而制成的复合材料。该类复合材料，密度低，易加工，可循环利用或可降解回收。该材料的研发与市场化，减少对石油资源的依赖性，缓解由二氧化碳大量释放产生的温室效应，从而落实了可持续发展的理念。

如今，短纤维增强热塑性复合材料在欧美汽车和电子产品的零部件行业里得到了飞快的发展。但是，短纤维本身强力不大，在树脂里无取向地分布，导致了该类材料不具备很高的物理机械性能，从而无法替代玻璃纤维增强复合材料在工业领域里承载部件的应用，以至于其应用范围受到限制。为了达到更好的性能要求，纺织复合材料成为了绿色复合材料研究的一个主要方向。而三维正交机织物预制件是各向同性的结构，具有良好的界面剪切性能与冲击韧性，是理想的增强结构。

申请号为201010505660.7的中国专利发明了一种三维正交机织麻织物增强聚丙烯复合材料，将聚丙烯薄膜铺于麻织物预制件上下两面，再热压成型制备成复合材料。三维预制件是具有一定厚度和紧度的纺织结构，而聚丙烯熔融流变性能较差，导致聚丙烯树脂只分布在预制件上下表面。由此可见，对三维正交机织物为增强体的热塑性复合材料而言，急于解决的是树脂在预制件里的分布问题。

目前，为了使热塑性树脂均匀地分布在预制件里，主要方法包括：溶液法、并股法和包缠法。申请号为201010597719.X的中国专利将短纤纱预制件浸入热塑性树脂溶液中，等到溶剂挥发后，热压复合成型。申请号为200710150837.4的中国专利将亚麻纱与聚丙烯长丝并股共织成针织物预制件，再直接热压成型。申请号为200610112216.2的中国专利采用包缠技术将热塑性树脂长丝包覆在高性能纤维长丝上，再用包缠纱织成预制件，最后热压成型。申请号为201010210274.5的中国专利采用包缠技术将增强纤维同热塑性树脂纤维按照与体积比进行混杂，再采用热塑性树脂纤维均匀包缠在混杂纱上，再用包缠混杂纱织成预制件，最后热压成型。以上这几种加工方法，都存在一定的缺陷。就溶液法而言，有机溶剂的大量挥发，造成空气污染，不利于环境保护；对于并股法，短纤纱和热塑性树脂长丝的加捻并合，降低了短纤纱力学性能的利用率；对于包缠法来说，热塑性树脂长丝以螺旋形式包覆在增强长丝纱外，覆盖不密实，使得该树脂长丝在增强纱线表面分布不那么均匀。

发明内容

本发明所要解决的是三维正交麻机织物增强热塑性复合材料的树脂分散不佳的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种包缠装置，包括空心锭，空心锭外设有包缠管，空心锭的入口处设有输入罗拉及至少一个导纱钩，空心锭的出口处设有输出罗拉及至少一个导纱钩，其特征在于，空心锭的输入端设有聚拢器。

优选地，所述的聚拢器上设有1-2mm的孔，其竖直剖面为拱形。

本发明还提供了一种基于改进型包缠纱结构的三维正交麻机织物增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：包缠纱的制备：采用权利要求1或2所述的包缠装置，麻短纤维纱经过输入罗拉及导纱钩后与从包缠管引出的热塑性树脂长丝一起平行依次穿过聚拢器、空心锭，得到包缠纱；

第二步：三维正交麻机织物预制件的织造：将第一步制得的包缠纱根据三维正交结构组织结构，依次通过整经、穿综、穿筘，最后输入上机图，在小型剑杆织机完成预制件的织造；

第三步：复合材料的成型：将第二步得到的预制件依次进行干燥、热压、冷却后，得到基于改进型包缠纱结构的三维热塑性复合材料的制备方法。

优选地，所述第一步中麻短纤维纱的麻种类为苎麻、亚麻、黄麻或大麻，纤维细度为20-300tex。

优选地，所述第一步中热塑性树脂长丝为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚乳酸(PLA)，纤维细度为25-90tex。

优选地，所述第一步中包缠纱的包缠角度不小于60°。

优选地，所述第二步中三维正交结构的厚度为3mm-8mm，紧度为40％-60％；其中，经纱层数为2-5层，纬纱层数为3-6层。

优选地，所述第三步中的干燥工艺为：将所述预制件放入抽真空烘箱内干燥12h，干燥温度为80℃。