[发明专利]一种短切纤维增强热塑性树脂板材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种短切纤维增强热塑性树脂板材，短切纤维增强热塑性树脂板材沿板宽方向垂直分为n个区域，n≥2，短切纤维增强热塑性树脂板材由至少3层短切纤维层和树脂基体构成，短切纤维层中短切纤维根据铺层方向的不同分为两部分，第一部分短切纤维的铺层方向与板宽方向相垂直，第二部分短切纤维的铺层方向与第一部分短切纤维形成夹角Θ，每个区域内的夹角Θ属于A：0‑30°、B：30‑60°或C：60‑90°三个范围中的其中一个，相邻区域间夹角Θ所属的范围不同，其中，夹角Θ的范围不包括0°。本发明的短切纤维增强热塑性树脂板材中，短切纤维长度和短切纤维的夹角Θ的可设计性，使板材具有优秀的模压成型性、一体化成型性等优点的同时，具有较高的力学性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种短切纤维增强热塑性树脂板材及其制备方法。

背景技术

增强纤维以连续体的形式进行直接应用，虽然可以获得显著的力学性能，但不适用于复杂结构部件的一体化成型。对于使用多向编织的连续纤维，一方面成本较高，另一方面编织导致的纤维屈曲及热塑性树脂的浸渍不完全一定程度上影响了产品最终的力学特性；对于使用连续纤维单向带进行铺层，铺层角度、层合结构的设计、不同层之间的层间结合力对板材的特性影响很大，因此在层压工艺中铺层的角度、数量以及复合工艺尤为重要，综上无论是通过增加人工成本还是设备投入都势必会导致产品成本的提高，所以一定程度上限制了连续纤维增强热塑性树脂复合材料的广泛应用。目前市场上出现的短切纤维增强复合板材中，有以挤出的热塑性树脂包覆预先制成的短切纤维毡的形式、也有短切的纤维直接与挤出的热塑树脂片进行复合层压的形式，不管哪种形式短切的纤维交织角度不能进行简单的分区域的设计，热塑性树脂的浸渍效果较差导致纤维与热塑树脂间的界面结合力较弱，极大程度地影响了短切纤维增强材料的力学性能及其稳定性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种短切纤维增强热塑性树脂板材，短切纤维长度和短切纤维间搭接角度的可设计性，使板材具有优秀的模压成型性、一体化成型性的优点的同时，具有较高的力学性能。

本发明的另一目的在于，提供一种上述短切纤维增强热塑性树脂板材的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种短切纤维增强热塑性树脂板材，短切纤维增强热塑性树脂板材沿板宽方向垂直分为个区域，n≥2，短切纤维增强热塑性树脂板材由至少3层短切纤维层和树脂基体构成，短切纤维层中短切纤维根据铺层方向的不同分为两部分，第一部分短切纤维的铺层方向与板宽方向相垂直，第二部分短切纤维的铺层方向与第一部分短切纤维形成夹角Θ，每个区域内的夹角Θ属于A：0-30°、B：30-60°或C：60-90°三个范围中的其中一个，相邻区域间夹角Θ所属的范围不同，其中，夹角Θ的范围不包括0°。夹角Θ小的区域，其在垂直于板宽方向的模压性能好；夹角Θ大的区域，其各个方向的力学性能好，但是在垂直于板宽方向的模压性能不足。这样，一块短切纤维增强热塑性树脂板材中就具有n个不同短切纤维夹角Θ的区域，每一块区域具有相应夹角Θ的优点，这样不需要单独制作n块不同夹角Θ的短切纤维增强热塑性树脂板材然后通过扣件进行连接，极大简化了加工工艺。

板宽方向为与短切纤维增强热塑性树脂板材区域分隔线所垂直的方向，与短切纤维增强热塑性树脂板材的长度、宽度的数值大小无关。其中，短切纤维增强热塑性树脂板材区域分隔线两边有一小段属于不同范围夹角Θ的短切纤维互相混合的过渡区。

优选的，短切纤维增强热塑性树脂板材的短切纤维层，由中心层依次往外直到最外一层，内一层任一根短切纤维的长度小于外一层任一根短切纤维的长度，或者内一层任一根短切纤维的长度大于外一层任一根短切纤维的长度，当短切纤维层的层总数为偶数时，中心层为最内的两层。通过把短切纤维长度最短的短切纤维层设置在板材表面，可以提高板材表面层的流动性来提高模压赋形效果；通过把短切纤维长度最长的短切纤维层设置在板材表面，可以提高板材的耐冲击性能及其他力学性能。