[发明专利]热塑性纤维增强复合材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种热塑性纤维增强复合材料，该材料的制备方法，以及应用；还涉及以该材料为原材料制备箱包壳体的方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。与传统的金属材料相比，复合材料具有如下的优点：

(1)高比强度、高比模量，可达到明显的减重效果；

(2)可设计性强；

(3)热膨胀系数低，尺寸稳定性好；

(4)耐腐蚀；

(5)耐疲劳。

目前对于复合材料的应用，较为先进的是航空航天领域，但是所占比例较小；应用较为广泛的是民用领域：汽车领域，体育用品，户外用品等，截至目前复合材料在拉杆箱上的应用呈现不断增长的趋势和需求。

现在市场上较为常见的复合材料拉杆箱均采用碳纤维增强树脂基复合材料，该拉杆箱是采用液体成型工艺中的真空辅助传递模塑(VARI)制备，或者采用预浸料热压罐成型制备箱包壳体。相比传统的硬质箱并没有明显重量上的优势，而且由于其所采用的树脂为热固性环氧树脂，产品性脆，不耐冲击、撞击，且相对传统的吸塑成型工艺效率很低，材料和成型工艺成本高；其产品并不满足环境友好的要求，所制备的产品容易损坏且不具修复性，损坏后不可回收，造成了材料的浪费和环境污染。因此并不能很好的符合拉杆箱的发展理念，所以没有得到很好的推广和批量化生产。

目前在航空以及民用领域广泛应用的为树脂基复合材料，其分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料，所采用的基体为热固性和热塑性树脂两大类，较为常用的增强体为纤维织物。其最大的特点就是可以根据产品的需求对所采用的材料种类和铺层方案进行选择，从而在满足产品要求以及多样化的前提下降低成本。但是应用最为广泛的热固性树脂基复合材料存在性脆，不耐冲击，不具备再修复性，成本高且不可回收、环境污染等问题。这些都是热固性基体自带的不可避免的缺陷。对于热塑性树脂在复合材料中的应用，最主要的问题一方面是高性能热塑性树脂的成型温度高；另一方面是热塑性树脂与纤维织物结合的界面问题，比如市场上现存的碳纤维织物大多是适合于热固性树脂基体的上浆剂，该种上浆剂对于热塑性树脂并不适用且会起到增加缺陷降低性能的效果。

关于复合材料在箱包中的应用，有以下文献做过披露：

CN93108057.6公开了一种软硬箱结合的箱包复合材料。是由外层为纺织品面料内层为 ABS材料二者紧密地结合在一起的板材构成。这种新的箱包材料，可以采用缝纫的方法加工制成，生产成本低，投资少，同时又具有由ABS材料制成的硬箱的优点高抗冲击强度、表面强度不易被利器割破、方便耐用的优点。尤其是花色品种可以随纺织品面料的多种多样变幻无穷，而且价格仅为ABS箱包的一半，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。

以上文献中披露的复合材料所制得的产品，其缺点是：以纺织品面料为外层以ABS材料为内层，两者接触部位很容易因为粘接不良造成开裂。主要承力仍然是ABS材料，其力学性能以及耐冲击方面没有得到有效的提高，且表面纺织品面料不耐脏，难以打理，且不防水。

CN1860015一种制备纤维复合构件用的纤维复合材料的制法，纤维复合材料由增强纤维，树脂和填料构成，其特征在于，填料由研磨的和/或切碎的增强纤维构成。

以上文献中披露的材料和方法，其缺陷是：增强纤维不连续，制品表面不美观，且由于纤维的不连续，增强纤维的性能得不到充分的发挥，材料的力学性能以及冲击性能得不到充分的发挥，与连续纤维增强复合材料的力学性能以及冲击性能差距很大。

因此，为了满足复合材料更好的在民用领域应用和进一步扩展，需要针对以上复合材料的缺陷，对其进行改进，设计一种性能更好的例如质量轻、韧性高、力学性能优良的复合材料，应用其制作的产品不仅质轻、韧性高且具有良好的防刮性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种质量轻、韧性高、力学性能优良的复合材料，应用其制作的产品不仅质轻、韧性高且具有良好的防刮性能。并且可以根据产品需求将合适的衬里与复合材料预浸料/片材共同成型制备得到带有衬里的复合材料预浸料/片材。

本发明还提供了一种上述复合材料的制备方法，通过该方法可在产品废弃后处理中实现对壳体材料的全部回收，实现零排放的环境友好化发展。

本发明的热塑性纤维增强复合材料，主要包括热塑性纤维织物与热塑性树脂。