[发明专利]一种短纤维增强热塑性聚合物缠绕成型制备管材的方法

说明书

一种短纤维增强热塑性聚合物缠绕成型制备管材的方法，涉及一种短纤维增强热塑性聚合物制备管材的方法。目的是解决缠绕成形工艺无法实现短纤维增强热塑性聚合物复合管材的制备的问题。方法：制备连续短纤维增强热塑性聚合物预浸料，将连续型薄带状预浸料缠绕在芯模上，并套上具有内径夹具，得到预制体，对预制体加热使热塑性聚合物轻度熔化后并在此温度下保温，保温结束后将内径调节夹具的内径缩小至管材设计尺寸，然后冷却脱模。本发明将短纤维和热塑性聚合物制备成薄带状预浸料，缠绕至芯模上加热进行层间粘合，通过调节内径调节夹具控制管材壁的厚度，实现短纤维增强热塑性聚合物复合管的缠绕成形。本发明适用于缠绕制备热塑性聚合物管材。

技术领域

本发明涉及一种短纤维增强热塑性聚合物制备管材的方法。

背景技术

纤维增强热塑性聚合物复合材料经济性好、机械性能高，应用领域十分广泛。其中热塑性聚合物主要为常用的聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等，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、麻纤维及秸秆纤维等天然存在的纤维。天然纤维具有来源广泛、绿色环保等突出优点，且在装饰装修、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，因其超高的力学强度、模量、抗疲劳等性能，人工纤维复合材料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。缠绕成型具体工艺是将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后制备成预浸料，然后将预浸料按照一定规律缠绕到芯模上，经固化和脱模，最终制备成复合材料制品。缠绕成型是制备管道类型材的主要方法之一。缠绕成型常用的纤维为连续型人工纤维，树脂胶液为热固性树脂。为保证预浸料层间结合紧密和连续纤维的完全舒展，缠绕过程中需要对预浸料施加张力，而连续型人工纤维便是张力的主要受体。由于缠绕成型的高精度和可设计性强等优点，缠绕成型在航空航天、军工及民品方面得到广泛应用。如直升飞机传动轴，航天器的发动机等。

目前，短纤维增强热塑性聚合物复合材料由于韧性强且可多次加工等优势得到广泛的应用。因此，利用短纤维增强热塑性聚合物复合材料制备管材日益受到人们的期待。但是，现有的缠绕工艺适用于人工纤维增强热固性树脂，在向人工纤维施加张力缠绕过程中便可进行层间结合。然而，短纤维增强热塑性聚合物需要加热至轻度熔化才能进行层间粘合，轻度熔化后的短纤维增强热塑性聚合物拉伸性能急剧下降，无法承载缠绕时所需的张力。因此，现有缠绕成形工艺无法实现短纤维增强热塑性聚合物复合管材的制备。

发明内容

本发明为了解决现有缠绕成形工艺无法实现短纤维增强热塑性聚合物复合材料管材的制备的问题，提出一种短纤维增强热塑性聚合物复合管的制备方法。

本发明短纤维增强热塑性聚合物复合管的制备方法按照以下步骤进行：

步骤一、连续短纤维增强热塑性聚合物预浸料的制备：

称取短纤维、热塑性聚合物粒子和加工助剂，混合均匀后经热压或挤出得到连续型薄带状预浸料；

所述热压通过连续压机实现，所述挤出通过挤出机实现；

所述短纤维和热塑性聚合物粒子的质量比为(0.1～9)：1；

所述热塑性聚合物粒子和加工助剂的质量比为1:(0.02～0.08)；

所述加工助剂为偶联剂、润滑剂中的一种或两种；所述偶联剂为钛酸脂类偶联剂、异氰酸酯类偶联剂、马来酸酐接枝聚乙烯偶联剂、马来酸酐接枝聚丙烯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或几种；所述润滑剂为PE蜡、石蜡、硬脂酸中的一种或几种；

所述薄带状预浸料的厚度为0.5～2.5mm；所述短纤维长度小于100mm；

所述热塑性聚合物粒子为聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或工程塑料；所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛或改性聚苯醚和热塑性聚酯；