[发明专利]一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法

说明书

一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法，涉及一种聚合物复合材料及其制备方法。目的是解决挤出工艺中长纤维或连续纤维制备纤维增强热塑性聚合物复合材料的难点大的问题。该复合材料由长纤维或连续纤维和热塑性聚合物构成，长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部。制备方法：制备聚合物基体，将纤维均匀平行铺装在聚合物基体的表面，卷成筒状或片状预制体，纤维端部朝向挤出机的进料口并向挤出机送料，进行挤出。本发明利用聚合物基体对纤维进行包覆，借助聚合物基体将纤维带入挤出机，实现喂料和混合。本发明适用于制备长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料。

技术领域

本发明涉及一种纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法

背景技术

纤维增强热塑性聚合物复合材料的力学性能高和设计性强，应用领域十分广泛。其中聚合物为原生和回收型热塑性聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、工程塑料等；增强纤维分为天然纤维和人工纤维两种。天然纤维包括木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维、秸秆纤维等天然存在的纤维，天然纤维具有质轻高强、可降解、绿色环保等突出优点，在运输、装饰装修、园林设施等众多领域中得到广泛应用；人工纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维、金属纤维等，人工纤维具有超高的比强度、比模量、抗疲劳等优点，被作为结构材料和功能件在航空航天、化学防腐、风力发电等领域广泛应用。挤出工艺是制备纤维增强热塑性聚合物复合材料的常用方法，分为一步成型法和两步成型法两种，一步成型法是将混合好的短纤维和聚合物粒子直接进行挤出成型；而两步成型法是将混合好的短纤维和塑料粒子先进行挤出造粒，再将短纤维与聚合物的复合粒子进行挤出成型。挤出工艺可以实现复合材料的连续生产，产品截面尺寸及外观形貌可以通过模具设计实现，制备过程稳定，且生产效率高。

目前通过挤出工艺制备纤维增强热塑性聚合物复合材料所用纤维原料为短纤维，长度为0.01～3mm；在挤出成型前，需要将纤维与聚合物粒子进行物理性混合。目前存在的问题是：1、纤维密度低，轻质的短纤难以与聚合物粒子混合均匀；2、现有技术中长度大于3mm的纤维由于纤维长度过大，无法与聚合物粒子混合，且在进料时容易发生缠绕、堆积等问题，导致向挤出机喂料困难，甚至无法喂料。因此，目前长纤维或连续纤维难以制备聚合物复合材料。而长纤维或连续纤维比短纤维的增强效果好，满足管材缠绕、二次模压等的要求。

发明内容

本发明为了解决现有挤出工艺中采用长纤维或连续纤维制备纤维增强热塑性聚合物复合材料的难点大的问题，提出一种长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料及其制备方法。

本发明长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料由长纤维和热塑性聚合物构成，或由连续纤维和热塑性聚合物构成；长纤维或连续纤维定向均匀分布在热塑性聚合物内部；

所述热塑性聚合物与长纤维或连续纤维的质量比为1:(0.11～9)；

所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚乳酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物或工程塑料中的一种或几种；

所述长纤维的长度为10～1000mm；

所述长纤维为天然纤维或合成纤维；

所述连续纤维为天然纤维或合成纤维；

所述天然纤维为木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维或秸秆纤维中的一种或几种；

所述合成纤维为无机纤维、金属纤维或有机纤维中的一种或几种；所述无机纤维为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维；所述有机纤维为芳纶纤维、尼龙纤维或聚酯纤维；

上述长纤维或连续纤维定向增强热塑性聚合物复合材料的制备方法按以下步骤进行：

步骤一、制备聚合物基体

所述聚合物基体为连续片状聚合物基体或无纺布；