[发明专利]超声增强长纤维增强聚合物复合材料的浸渍方法及超声增强长纤维增强聚合物复合材料

说明书

本发明公开了超声增强长纤维增强聚合物复合材料的浸渍方法及超声增强长纤维增强聚合物复合材料。该方法，包括：将长纤维导入纤维预分散装置中，进行加热预分散，得到预分散后的长纤维；将预分散后的长纤维进行超声波振动处理，得到超声处理后的纤维；聚合物熔体与超声处理后的纤维混合，进行熔融浸渍处理，得到聚合物与长玻纤的混合物；将聚合物与长玻纤的混合物经过冷却，收卷，得到超声增强长纤维增强聚合物复合材料。本发明通过超声波振动改善了纤维的表面结构，减少纤维在浸渍模头中的损耗（如卷曲和断裂），改善长纤维表面的界面属性，促进长纤维与聚合物熔体的界面结合，以及降低了熔融浸渍模头中聚合物熔体的黏度，产品力学性能得到提高。

技术领域

本发明属于复合材料加工技术领域，主要涉及一种超声增强长纤维增强聚合物复合材料的浸渍方法及超声增强长纤维增强聚合物复合材料。

背景技术

长纤维增强热塑性材料(LFT)是一种以聚合物(如PP，PA6等)为基体，长纤维为增强材料所制备的复合材料。它具有轻量、力学强度高、高模量、良好的电化学性能、优秀的热加工性能、良好的尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、环保可回收等优点，同时，其加工过程简单，易实现大规模自动化生产，目前被广泛应用于汽车、航空、建筑等领域中。发明CN106903906A公开了一种连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍装置及制备方法，利用狭缝辊和分散辊调整纤维束在浸渍模具中的包覆角，增加纤维束展开宽度，提高纤维束浸渍程度。发明CN106915005A公开了一种降低纤维断裂率的熔融浸渍装置，利用调整弯曲流道融腔的高度降低纤维在浸渍装置中的断裂率。发明CN107415286A公开了一种在线调整张力的纤维增强复合材料熔融浸渍装置及制备方法，调整纤维束的包覆角和张力，使纤维束分散，提高复合材料的力学性能。

目前主要采用熔融浸渍的方式制备LFT，熔融浸渍模头对长纤维与热塑性材料浸渍过程中的浸渍效率与浸渍程度有很大的影响。此技术的主要困难在于熔融树脂的高粘度和纤维束的分散性差导致的浸渍程度与浸渍效率低。浸渍程度与浸渍效率低，浸渍过程中由于空气渗入LFT中形成空气腔而无法排除，从而导致制备出的复合材料力学性能无法达到理想效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种超声增强长纤维增强聚合物复合材料的浸渍方法及超声增强长纤维增强聚合物复合材料。

本发明提供的超声增强长纤维增强聚合物的浸渍方法是一种改善纤维在长纤增强聚合物表面分散性，提高浸渍效率与浸渍程度，高效率低能耗的超声增强长纤维增强聚合物成型的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述超声辅助长纤维增强聚合物的成型方法，此制备方法工艺简单，可以在熔融浸渍过程中降低熔融树脂的高粘度的同时改善纤维在长纤增强聚合物复合材料中的分散性。

本发明的再一目的在于提供上述超声增强长纤维增强聚合物的成型方法的应用。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的超声增强长纤维增强聚合物成型的加工装置包括：放纤架、超声振动装置、熔融浸渍模头、冷却水槽、收卷器、挤出机及纤维预分散装置。

本发明提供的一种超声增强长纤维增强聚合物的浸渍方法，包括如下步骤：

(1)启动位于纤维预分散装置与熔融浸渍模头之间的超声振动装置，然后将放纤架中的长纤维，通过固定辊的滚动导入纤维预分散装置中，进行初步加热预分散处理，得到预分散后的长纤维；

(2)将步骤(1)所述预分散后的长纤维在辊的作用下导入超声振动装置的模头中，进行超声波振动处理，超声分散均匀，同时长纤维表面得以改善，得到超声处理后的纤维；

(3)将步骤(2)所述超声处理后的纤维导入熔融浸渍模头中，同时从挤出机挤出的聚合物熔体；所述聚合物熔体与超声处理后的纤维混合，在熔融浸渍模头中进行熔融浸渍处理，得到聚合物与长玻纤的混合物；