[发明专利]一种高性能三维正交绿色复合材料材料的制备方法及其专用设备

说明书

本发明公开了一种高性能三维正交绿色复合材料材料的制备方法及其专用设备。所述包缠装置制备高性能三维正交绿色复合材料的方法：(1)采用花式捻线的包缠技术，将热塑性树脂长丝均匀而严密地包覆在天然植物短纤纱外，制作成热塑性包缠纱；(2)将包缠纱根据三维正交组织结构织造成复合材料预制件；(3)将预制件干燥之后直接热压成型，制作出绿色复合材料。相比同类材料而言，通过改进包缠技术能使热塑性树脂均匀分布在三维正交机织预制件中，从而得到物理机械性能较为理想的绿色复合材料。

技术领域

本发明属于绿色纺织复合材料的制备技术领域，涉及了一种改进的包缠装置，采用了包缠纱，以三维正交机织物为增强结构，制作成树脂分散均匀的热塑性复合材料。

背景技术

绿色复合材料是一种新型生态材料，利用天然植物纤维以不同的结构来增强热塑性树脂，经过高温挤压或者热压等成型工艺而制成的复合材料。该类复合材料，密度低，易加工，可循环利用或可降解回收。该材料的研发与市场化，减少对石油资源的依赖性，缓解由二氧化碳大量释放产生的温室效应，从而落实了可持续发展的理念。

如今，短纤维增强热塑性复合材料在欧美汽车和电子产品的零部件行业里得到了飞快的发展。但是，短纤维本身强力不大，在树脂里无取向地分布，导致了该类材料不具备很高的物理机械性能，从而无法替代玻璃纤维增强复合材料在工业领域里承载部件的应用，以至于其应用范围受到限制。为了达到更好的性能要求，纺织复合材料成为了绿色复合材料研究的一个主要方向。而三维正交机织物预制件三维正交机织物增强热塑性复合材料中的三维正交组织结构是经纱、纬纱和Z纱以一定密度两两相互垂直排列，通过Z纱沿着经纱方向交织而成的结构，是各向同性的结构，具有良好的界面剪切性能与冲击韧性，是理想的增强结构。

申请号为201010505660.7的中国专利发明了一种三维正交机织麻织物增强聚丙烯复合材料，将聚丙烯薄膜铺于麻织物预制件上下两面，再热压成型制备成复合材料。三维预制件是具有一定厚度和紧度的纺织结构，而聚丙烯熔融流变性能较差，导致聚丙烯树脂只分布在预制件上下表面。由此可见，对三维正交机织物为增强体的热塑性复合材料而言，急于解决的是树脂在预制件里的分布问题。

目前，为了使热塑性树脂均匀地分布在预制件里，主要方法包括：溶液法、并股法和包缠法。申请号为201010597719.X的中国专利将短纤纱预制件浸入热塑性树脂溶液中，等到溶剂挥发后，热压复合成型。申请号为200710150837.4的中国专利将亚麻纱与聚丙烯长丝并股共织成针织物预制件，再直接热压成型。申请号为200610112216.2的中国专利采用包缠技术将热塑性树脂长丝包覆在高性能纤维长丝上，再用包缠纱织成预制件，最后热压成型。申请号为201010210274.5的中国专利采用包缠技术将增强纤维同热塑性树脂纤维按照与体积比进行混杂，再采用热塑性树脂纤维均匀包缠在混杂纱上，再用包缠混杂纱织成预制件，最后热压成型。以上这几种加工方法，都存在一定的缺陷。就溶液法而言，有机溶剂的大量挥发，造成空气污染，不利于环境保护；对于并股法，短纤纱和热塑性树脂长丝的加捻并合，降低了短纤纱力学性能的利用率；对于包缠法来说，热塑性树脂长丝以螺旋形式包覆在混杂纱线外，增强相不连续，覆盖不密实，使得该树脂长丝在增强纱线表面分布不那么均匀，影响到材料力学性能。因此，本发明所要解决的是三维正交热塑性复合材料的树脂分散不佳的技术问题，从而开发一种基于改进型包缠纱的高性能三维正交绿色复合材料，不仅力学性能优越，而且制备工艺可量产化，低碳环保。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高性能三维正交绿色复合材料材料的制备方法以及专用设备。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现。

一种高性能三维正交绿色复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：包缠纱的制备：所述的包缠装置，天然植物短纤维纱经过输入罗拉及导纱钩后与从包缠管引出的热塑性树脂长丝一起平行依次穿过聚拢器、空心锭，得到包缠纱；