[发明专利]连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带及其制备方法

说明书

本发明公开了一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带的制备方法，包括：1)将聚丙烯、聚丙烯基离聚物和抗氧剂混合均匀，加热熔融，得到熔体混合物；2)将连续玻璃纤维由纱架引出，展平，然后进入电晕充电装置，使连续玻璃纤维带上与聚丙烯基离聚物的聚合物链相反的电荷；3)在经步骤2)处理的连续玻璃纤维上涂覆熔体混合物，搓揉浸渍，压延浸渍，冷却定型，收卷。本发明还公开了上述方法制得的连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带。本发明制备的产品具有聚丙烯对连续玻璃纤维浸渍充分、孔隙率低、界面结合好、力学性能优异以及在后续加工和使用过程中无小分子挥发物释放等特点，可用于连续纤维增强聚丙烯片材、板材以及异型结构件等领域。

技术领域

本发明属于连续纤维增强热塑性复合材料技术领域，尤其涉及一种连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带及其制备方法。

背景技术

连续纤维增强热塑性复合材料具有综合性能优良、加工过程中不发生化学反应、成型周期短、预浸材料无存放条件限制、使用方便、使用温度广、吸水率低、简化部件的成型工艺环节、制造成本低、废料可回收再利用以及减排环保等突出优势，已经迅速得到了全世界市场的认可。连续纤维增强热塑性复合材料可以替代很多材料，如压铸件、金属组装件、市场中的传统塑料，包括工业设备、汽车、消费品等。此外，性价比的优势连续纤维增强热塑性复合材料在航空航天与国防、交通运输、电气电子行业更具吸引力。

热塑性单向预浸带是用热塑性树脂浸渍单向连续纤维形成的单向带，这些单向预浸带在高温下重新成型，最终可以制备连续纤维增强的热塑性复合材料制件。预浸带制备过程中，高熔体粘度的热塑性树脂对连续纤维的预浸渍对最终产品的性能至关重要。申请号为200810201216.9的专利申请通过挤出机熔融塑化热塑性树脂，然后将熔融态的热塑性树脂通过特殊设计的交错双挤出模头完成树脂对连续纤维的预浸渍，然后再通过浸渍辊进一步浸渍、冷却辊冷却后得到连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的方案。然而，特殊设计的模头结构复杂，其中容易存在在死角，容易造成熔体热分解，而且纤维断裂后续接比较困难，造成连续纤维热塑性预浸带纤维含量波动较大，从而影响产品性能，降低了设备的通用性。为避免上述问题，申请号为201710120299.8的专利申请计了由一级涂抹装置、二级涂抹装置、三级涂抹装置和四级涂抹装置组成多级平行交互涂抹装置，实现了高分子熔体模头外直接涂抹工艺，实施熔融态热塑性树脂对连续纤维的与浸渍。但是，这种多级平行交互涂抹装置组成结构复杂，增加了复合材料预浸带制作工艺的难度。申请号为201610806836.X的专利申请采用熔融纺丝法将热塑性树脂挤出成半熔融态的丝条，并垂直落至预处理后的连续纤维表面，再通过粘结辊作用使丝条平行均匀排列在连续纤维间，后经热压浸润，完成热塑性树脂对纤维连续浸润的浸润。可是纺丝工艺相比直接熔融挤出工艺更加复杂，此外，如何精准调控半熔融态丝条平行均匀排列在增强纤维间，也是很难解决的技术问题。为从根本上解决热塑性树脂熔体粘度高，树脂充分浸渍纤维困难的问题，申请号为201711316721.3的专利申请还提出了粉末状树脂先预浸渍连续纤维，然后再熔融、辊压复合的技术。但是，该适用该技术的热塑性树脂的选择范围受到限制，如仅适用于聚芳基醚酮、聚芳基醚酮酮、芳族聚醚酰亚胺；聚芳基砜、聚芳基硫醚、芳香族聚酰胺、烯酸甲酯、氟化聚合物。这是因为，大部分常用热塑性树脂都是以粒子形式存在，且粒子韧性较高、从粒状加工至粉末状，过程复杂，成本很高，因此该技术也难成为通用技术。此外，申请号为201410198628.7的专利申请公开了使用热塑性树脂的悬浊液对连续纤维进行预浸渍，然而浸渍后的材料需要进一步去除其中的水分，工艺更加复杂，如果水分去除不彻底，残留的水分在后期热压复合的过程中汽化，容易形成气孔，劣化复合材料的性能。

电晕充电是利用一个均匀电场引起空气局部击穿的电晕放电产生离子束轰击样品，并使电荷沉积于样品中。电晕充电的电极一般是针电极充电，或者针端位于同一水平面内阵列分布的多针电极充电。电晕充电的原理如图2所示。通常在普通电极和针状电极间加数千伏电压，使之发生电晕放电，此电晕场对气隙粒子激发产生电荷，电荷沉积于样品的表面或者近表面，从而使样品带上一定的表面电荷和体电荷。因电晕充电设备简单、操作方便，充电效率高以及电荷分布均匀等特点，在生产加工中被广泛使用。

发明内容