[发明专利]一种非连续大线长纤维增强热塑性复合材料模压预制体及其制备方法

说明书

本发明提供一种非连续大线长纤维增强热塑性复合材料模压预制体及其制备方法。该模压预制体包含由连续纤维增强热塑性复合材料预浸片/预浸纱经过分切/切断制成的切片，其中切片的长度L范围为5‑200mm，切片宽度W范围为2‑30mm，切片内纤维的重量百分含量为20‑90wt％；该预制体经过二次模压，可制成尺寸稳定性好，各向同性的高强度复杂零部件，弥补了短纤维、长纤维粒子模压注塑后，易翘曲，纤维长度损失，制件性能较差，连续纤维增强复合材料力学性能各向异性、不易加工非等厚的复杂制件的缺点。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料领域，涉及一种适用于模压成型工艺二次加工的纤维增强热塑性复合材料预制体及其制备方法。

背景技术

近年来，纤维增强热塑性复合材料因具有质量轻、力学性能优异、可二次加工等特点，被广泛的应用于航空航天、船舶舰艇、轨道交通等领域，也是目前国内外普遍采用以塑代钢来实现汽车轻量化的研究方向，然而在满足汽车零部件生产对快速、高效生产节拍要求中，如何兼顾高性能纤维的力学特性和高效的成型性成为了一个关键的节点。

专利CN 102837429 B公开了一种取向非连续纤维预浸料及其制备方法，解决了制备复杂形状复合材料零件容易形成褶皱、影响复合材料力学性能的难题，简化了制造工艺，降低制造成本。由于该发明的预浸料中增强体是等长度(长度范围为10mm～200mm)的取向非连续纤维，导致有序定向铺层制成板材在经向和纬向的力学性能均匀，而其它非取向方向、层间方向的力学性能较弱，模压结构件时会导致较大的变形、抗冲击性差等问题。

本发明的大线长非取向纤维增强热塑性复合材料切片，在增强体的尺度上有别于传统的短纤维、长纤维、连续纤维增强热塑性复合材料，而是界于长纤维与连续纤维间的混杂纤维体系。经过共混、均匀播撒、热压等工序，制成的大线长非取向纤维增强热塑性复合材料模压预制体，纤维在树脂中无规随机分布，制品中纤维含量高、保留长度长，纤维损伤小，明显提高了力学性能，抗冲击性能好，各向同性，耐蠕变性能提高，尺寸稳定好，成型精度高，耐疲劳性能优良。解决了短纤维热塑性复合材料的材料力学性能差；解决了长纤维增强热塑性复合材料在其成型过程中，无法实现各项同性，易收缩，易变形，初始长度无法在制件中保留，力学性能低等限制了制造高模量、高精度产品的可能；解决了连续纤维增强热塑性复合材料各项异性，层间剪切力度弱，无法加工不等厚、不易成型复杂曲面及结构造型的制品，成本高。

本发明的大线长非取向纤维增强热塑性复合材料模压预制体，适用于复杂结构的汽车零件模压成型，满足了汽车零件对制品的外观、力学性能等要求，简化了制造工艺，降低了制造成本。本发明解决了传统纤维增强复合材料中纤维性能难以充分发挥的问题、力学性能各项异性及结构造型难以成行等问题。

发明内容

在本发明的一个技术方案中提供一种非连续大线长纤维增强热塑性复合材料模压预制体，该模压预制体包含由连续纤维增强热塑性复合材料预浸片/预浸纱经过分切/切断制成的切片，其中切片的长度L范围为5-200mm，切片宽度W范围为2-30mm，切片内纤维的重量百分含量为20-90wt％；

进一步地，所述的切片的切片角度0°<θ<90°，优选arc tan(W/L)<θ<90°，切片角度的选择能够有效避免裁切时切片纰裂，模压时纤维滑动导致性能差异较大；

进一步地，所述的模压预制体中含有单一组份切片或者两种及以上的组分切片，进一步优选预制体中包含两种及以上的切片；

进一步地，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种或两种，其中碳纤维单丝丝束为1K-50K，玻璃纤维丝束线密度为1200tex、2400tex、4800tex；

进一步地，所述的热塑性复合材料由热塑性树脂、助剂以及填料组成中的一种或者几种以上的组合；

其中所述的热塑性树脂为PA、PE、PP、PET、ABS、PC中的一种或多种；