[发明专利]一种连续纤维增强热塑树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种连续纤维增强热塑树脂复合材料，所述复合材料为三维预制体结构，是由体积分数占整个结构50‑70％的连续纤维被热塑树脂包裹后，按照三维四步法或三维五步法编织而成的结构。同时，还提供了复合材料的制备方法，该方法是通过利用热塑树脂对纤维的浸润性好，进行复合热塑树脂、连续纤维为可编织的线材后，进行编织为三维编织预制体，这样能够获得高强度、高模量等力学性能好的复合材料，能够用于制备各种形状复杂的制品，使得结构具有良好的整体性，起到良好的增强效果；还提供了对编织后的三维编织预制体进行二次熔融、注塑等成型工艺处理，用于满足要求度更高的制品原材料需要。

技术领域

本发明属于纤维增强树脂基复合材料制备的技术领域，特别涉及一种高性能连续纤维增强热塑树脂复合材料的制备方法。

背景技术

连续纤维增强树脂基复合材料，具有质量轻、成本低、性能好等优点，在电子电器、土建交通、市政管道、汽车轻量化等领域获得了广泛的应用。目前市场上仍以连续纤维增强热固性树脂复合材料为主，这是因为热固性树脂强度和模量高、粘度小，纤维能在其中充分浸渍。但热固性树脂不可回收利用，在成型过程中易产生污染物，对环境影响大；且热固性树脂复合材料成型周期长，需一次成型。因此，很多学者致力于研究连续纤维增强热塑树脂复合材料。

热塑树脂具有韧性高、耐腐蚀性能好、可二次回收等优点，但热塑性树脂常温下多为固体，即使加热熔融后熔体粘度较大，纤维难以在其中充分浸渍，且限制了纤维在复合材料中体积分数。

发明内容

为了解决上述的技术难题，本发明是用热塑树脂包裹的连续纤维线材为原材料，可确保纤维和树脂相对均匀的分散；编织成三维预制体结构，结构具有良好的整体性，能起到较好的增强效果；且还提供了考虑到热塑树脂具有可二次成型的效果，在加热加压后能对结构进行二次整形，具体提供了一种高性能连续纤维增强热塑树脂复合材料，所述复合材料为三维预制体结构，是由一定体积分数连续纤维被热塑树脂包裹后，按照三维四步法或三维五步法编织而成的结构，其中连续纤维的体积分数占整个复合材料50-70％。

作为改进，所述热塑树脂中含有占热塑树脂质量分数0.5-1％的滑石粉颗粒，所述连续纤维线材的直径为1-3mm。

作为改进，所述三维预制体结构的相邻两根纤维线材的间隙不大于1mm，连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或一种以上的组合。

同时，还提供了一种所述高性能连续纤维增强热塑树脂复合材料的制备方法，具体步骤为：

(1)制备编织前复合连续纤维的线材

将连续纤维在牵引装置作用下，依次通过表面浸润剂浸渍槽、烘干箱、热塑树脂熔体浸渍槽、成型模具，在空气中冷却固化成型，制备得到热塑树脂包裹的编织前复合连续纤维线材；

(2)编织复合材料

采用三维四步法或三维五步法将线材编织成三维预制体结构；在编织过程中，当存在由于树脂含量过高导致线材偏硬不易编织的情况时，提升编织环境温度至35-45℃，至线材稍有软化，且控制相邻两根纤维线材之间的间隙≤1mm，获得编织的复合材料。

作为改进，还包括步骤(3)，进行二次熔融、注塑处理，具体为：将编织好的复合材料预制体放入模具中，加热至0.9-1.1倍的熔点，加压至2-5Mpa，保温保压5-10min待预制体初步成型；再将预制体取出，置于注塑模具中，在温度为基体树脂熔点的1-1.2倍和2-5Mpa压力下通过注塑机向模具中注入基体热塑树脂，进行保压2-5min。

作为改进，步骤(1)中，表面浸润剂浸胶槽中为与纤维和热塑树脂适配的浸润剂，确保连续纤维在浸润剂浸胶槽中浸泡的时间2-60min；烘干箱温度范围为90-120℃，确保连续纤维在其中干燥的时间5-50min。

作为改进，步骤(1)中，在成型模具中，模具内温度基体热塑树脂熔点的0.9-1.1倍，加压至2-5MPa，保温保压5-10min。