本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種具有高抗沖擊性能的熱塑性復(fù)合材料拉擠成型工藝。
背景技術(shù)：
：自上世紀(jì)80年代中期始，人們對采用拉擠工藝制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合材料(FRTP)產(chǎn)生了極大興趣。這是因?yàn)椴捎脽崴苄詮?fù)合材料可避免熱固性復(fù)合材料固有的環(huán)境友好性差、加工周期長和難以回收等不足，并且具有更好的綜合性能，如：較強(qiáng)的柔韌性和抗沖擊性能、良好的抗破壞能力、損傷容限高、可補(bǔ)塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型時無需固化反應(yīng)、成型速度快及可以重復(fù)利用等特點(diǎn)。熱固性基體拉擠成型轉(zhuǎn)變到熱塑性基體拉擠成型所遇到的關(guān)鍵問題主要包括：基體在室溫下呈固態(tài)、在熔融溫度下流動性差(黏度高)和熔體冷卻時收縮率大等特點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中樹脂基體在室溫下呈固態(tài)、在熔融溫度下流動性差和熔體冷卻時收縮率大等的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種熱塑性復(fù)合材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種熱塑性復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：浸漬樹脂對增強(qiáng)材料在密閉樹脂腔中進(jìn)行在線浸漬，浸漬后材料進(jìn)行加熱、冷卻固化成型，獲得熱塑性復(fù)合材料，增強(qiáng)材料中纖維的含量控制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70～90％。所述增強(qiáng)材料包括增強(qiáng)纖維和連續(xù)長纖。所述增強(qiáng)纖維選自玻璃纖維連續(xù)氈、玻璃纖維復(fù)合氈、平紋玻璃纖維布中的至少一種。所述連續(xù)長纖選自無堿玻纖粗紗、無堿玻纖編織氈和無堿玻纖復(fù)合氈中的至少一種。所述浸漬樹脂是由以下重量份的組分制成：所述丙烯酸酯類單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中的至少一種。所述聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)樹脂中的至少一種。所述復(fù)配引發(fā)劑選自過氧化苯甲酰叔丁酯(TBPB)、過氧化-2-乙基已酸叔丁酯(TBPO)、叔丁基過氧化氫(TBHP)、過氧化-2-乙基乙酸叔丁酯(P16)、過氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二異丁腈(AIBN)中的至少一種。所述脫模劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋅中的至少一種。所述無機(jī)填料為輕質(zhì)碳酸鈣、氫氧化鋁、滑石粉、云母、玻璃微珠中的至少一種。所述助劑為紫外線吸收劑、抗氧化劑、硅烷偶聯(lián)劑中的至少一種。所述紫外線吸收劑選自4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、亞磷酸三(1,2,2,6,6-五甲基哌啶)酯或水楊酸-4-叔丁基苯酯中的至少一種。所述抗氧劑選自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧劑1076)、三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)或雙(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亞磷酸酯(抗氧劑626)中的至少一種。所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。所述浸漬樹脂的制備方法包括以下步驟：先將聚合物10-30份加入到攪拌的丙烯酸酯類單體100份中，攪拌溶解后，加入復(fù)配引發(fā)劑0.5-2份，攪拌后加入脫模劑3-10份、無機(jī)填料和/或助劑5-30份，全部加入后攪拌獲得浸漬樹脂。所述浸漬樹脂對增強(qiáng)材料進(jìn)行在線浸漬的流量范圍在30-1500g/min，液體壓力在0-5MPa。所述加熱分為三區(qū)，一區(qū)不加熱，通循環(huán)水冷卻；二區(qū)溫度為180-200℃；三區(qū)溫度為160-180℃。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明中一定量的聚合物溶入丙烯酸酯類單體作為浸漬樹脂，制得的產(chǎn)品較普通的拉擠產(chǎn)品有更好的抗沖擊性；而且采用反應(yīng)型拉擠工藝，在密閉樹脂腔中實(shí)現(xiàn)丙烯酸酯類樹脂對連續(xù)無堿玻璃纖維粗紗和玻纖氈的在線浸漬，避免了敞開浸漬產(chǎn)生的氣體污染。本發(fā)明采用丙烯酸酯類單體中溶解一定量的聚合物制得浸漬用樹脂，實(shí)現(xiàn)對連續(xù)玻纖的在線浸漬，屬于反應(yīng)型拉擠成型工藝制作高抗沖擊熱塑性復(fù)合材料的創(chuàng)新工藝，拉擠出的產(chǎn)品的玻纖質(zhì)量含量較一般的熱固性拉擠產(chǎn)品高，力學(xué)性能突出，抗沖擊性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng) 用于汽車的保險杠、防撞梁，高速公路上的防護(hù)欄等需要高抗沖擊性能的產(chǎn)品中，產(chǎn)品可回收再利用，低碳環(huán)保無污染。生產(chǎn)工藝中樹脂在密閉的樹脂腔中實(shí)現(xiàn)對玻纖的浸潤，無氣味釋放，極大地改善生產(chǎn)車間的工作環(huán)境，并且樹脂可在一定壓力下對玻纖浸漬，提高了浸潤效果，樹脂利用率高，無浪費(fèi)。本發(fā)明解決了在浸膠工藝方面，一般采用敞開浸漬的方法，樹脂中的易揮發(fā)成分污染工作環(huán)境，浸漬效果不理想；在拉擠制品的性能方面，普通樹脂拉擠所得的制品性能一般，尤其是抗沖擊性能難以提高的技術(shù)問題；本發(fā)明通過液壓隔膜計量泵將樹脂輸送到密閉的樹脂腔中實(shí)現(xiàn)對玻纖的浸潤，樹脂利用率高，無浪費(fèi)，無氣味釋放，極大地提高了生產(chǎn)車間的工作環(huán)境。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例熱塑性復(fù)合材料的制備方法的流程示意圖。圖2為實(shí)施例1中增強(qiáng)材料的鋪放結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)施例2中增強(qiáng)材料的鋪放結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實(shí)施例3中增強(qiáng)材料的鋪放結(jié)構(gòu)示意圖。其中：11為紗架；12為導(dǎo)紗板；13為注膠系統(tǒng)；14為樹脂腔；15為加熱模具；16為冷卻模具；17為牽引機(jī)；18為切割機(jī)；21為第一無堿玻纖粗紗；22為玻璃纖維連續(xù)氈；31為第二無堿玻纖粗紗；32為平紋玻璃纖維布；41為第三無堿玻纖粗紗；42為玻璃纖維連續(xù)氈；43為玻璃纖維復(fù)合氈。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明中冷卻定型是在模具后端加裝有冷卻定型模，冷卻定型模中通有循環(huán)水，對成品型材進(jìn)行降溫冷卻，當(dāng)型材溫度降到室溫附近時完成成品定型。冷卻時，需根據(jù)樹脂種類、板材厚度、成品收縮率等條件確定冷卻速率，以免影響成品外觀、尺寸。冷卻模內(nèi)腔尺寸比模具內(nèi)腔尺寸略大，具體比例為1.05:1，防止冷卻模與制品摩擦力過大導(dǎo)致牽引困難。本發(fā)明所得材料的纖維質(zhì)量含量一般控制在70-90％，具有較高的縱向力學(xué)性能。為提高制品的橫向強(qiáng)度，一般會在設(shè)計時加入玻璃纖維連續(xù)氈、玻璃纖維復(fù)合氈、平紋玻璃纖維布等。本發(fā)明的成品切割：冷卻后的型材在定長切割裝置的切割下形成所需長度尺寸的成品型材，經(jīng)過其他的后加工程序即可滿足用戶的使用要求。實(shí)施例1以無堿玻纖粗紗增強(qiáng)聚丙烯酸酯基樹脂體系制作寬80mm，厚3mm的熱塑性復(fù)合材料板材的過程進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1和圖2所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)聚丙烯酸酯基樹脂的熱塑性復(fù)合材料的制備方法的流程示意圖。包括以下步驟：將170根2400Tex的第一無堿玻纖粗紗21從紗架11上引出，經(jīng)過導(dǎo)紗板12整理、過渡后進(jìn)入樹脂腔14中，從氈軸上引出的300g/m2玻璃纖維連續(xù)氈22分別從上、下加入的方式進(jìn)入樹脂腔14中(鋪放方式見附圖2，圖2為實(shí)施例1中增強(qiáng)材料的鋪放結(jié)構(gòu)示意圖。)，浸漬樹脂通過注膠系統(tǒng)13將樹脂注入到密閉的樹脂腔14中，浸漬樹脂在樹脂腔中浸漬增強(qiáng)材料，控制流量40-50g/min，壓力2-3MPa，然后在牽引機(jī)17的帶動下進(jìn)入加熱到設(shè)定溫度的加熱模具15中，模具分三區(qū)加熱，一區(qū)不加熱，二區(qū)在180℃，三區(qū)在160℃，模具末端使用冷卻模具16對制品進(jìn)行冷卻，拉擠速度控制在40cm/s，經(jīng)過切割機(jī)18的切割獲得規(guī)格為80*3mm的連續(xù)纖維增強(qiáng)的聚甲基丙烯酸甲酯熱塑性復(fù)合材料樣品。浸漬樹脂的制備方法包括以下步驟：先將聚合物聚甲基丙烯酸甲酯10份加入到攪拌的丙烯酸酯類單體甲基丙烯酸甲酯100份中，在常溫下，密閉的容器中攪拌30分鐘，待全部溶解后，加入復(fù)配引發(fā)劑TBPB和TBHP各1份，攪拌5分鐘后加入脫模劑硬脂酸鈣1.5份和硬脂酸鋅1.5份，無機(jī)填料輕質(zhì)碳酸鈣3份和4份助劑抗氧劑1076，全部加入后攪拌10分鐘獲得浸漬樹脂。實(shí)施例2以無堿玻纖粗紗增強(qiáng)聚丙烯酸酯基樹脂體系制作寬90mm，厚2mm的熱塑性復(fù)合材料片材的過程進(jìn)一步說明本發(fā)明。包括以下步驟：將130根2400Tex的第二無堿玻纖粗紗31從紗架11上引出，經(jīng)過導(dǎo)紗板12整理、過渡后進(jìn)入樹脂腔14中，從氈軸上引出的120g/m2平紋玻璃纖維布32分別從上、下加入的方式進(jìn)入樹脂腔14中(鋪放方式見附圖3，圖3為實(shí)施例2中增強(qiáng)材料的鋪放結(jié)構(gòu)示意圖。)，浸漬樹脂通過注膠系統(tǒng)13將樹脂注入到密閉的樹脂腔14中，浸漬樹脂在樹脂腔中浸漬增強(qiáng)材料，控制流量30-40g/min，壓力1-2MPa，然后在牽引機(jī)17的帶動下進(jìn)入加熱到設(shè)定溫度的加熱模具15中，模具分三區(qū)加熱，一區(qū)不加熱，二區(qū)在190℃，三區(qū)在170℃，模具末端使用冷卻模具16對制品進(jìn)行冷卻，拉擠速度控制在50cm/s，經(jīng)過切割機(jī)18的切割得到規(guī)格為90*2mm的連續(xù)纖維增強(qiáng)的聚甲基丙烯酸甲酯熱塑性復(fù)合材料樣品。浸漬樹脂的制備方法包括以下步驟：先將聚合物聚甲基丙烯酸甲酯20份加入到攪拌的丙烯酸酯類單體甲基丙烯酸甲酯100份中，在常溫下，密閉的容器中攪拌30分鐘，待全部溶解后，加入復(fù)配引發(fā)劑TBPB和TBHP各0.25份，攪拌5分鐘后加入脫模劑硬脂酸鈣5份和硬脂酸鋅5份，無機(jī)填料滑石粉8份，紫外線吸收劑4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶2份，輕質(zhì)碳酸鈣12份和8份助劑抗氧劑168，全部加入后攪拌10分鐘獲得浸漬樹脂。實(shí)施例3以無堿玻纖粗紗增強(qiáng)聚丙烯酸酯基樹脂體系制作寬100mm，厚2mm的熱塑性復(fù)合材料片材的過程進(jìn)一步說明本發(fā)明。包括以下步驟：將145根2400Tex的第三無堿玻纖粗紗41從紗架11上引出，經(jīng)過導(dǎo)紗板12整理、過渡后進(jìn)入樹脂腔14中，從氈軸上引出的300g/m2玻璃纖維連續(xù)氈42、300g/m2玻璃纖維復(fù)合氈43分別從上、中、下加入的方式進(jìn)入樹脂腔14中(鋪放方式見附圖4，圖4為實(shí)施例3中增強(qiáng)材料的鋪放結(jié)構(gòu)示意圖。)，浸漬樹脂通過注膠系統(tǒng)13將樹脂注入到密閉的樹脂腔14中，浸漬樹脂在樹脂腔中浸漬增強(qiáng)材料，控制流量50-70g/min，壓力3-4MPa，然后在牽引機(jī)17的帶動下進(jìn)入加熱到設(shè)定溫度的加熱模具15中，模具分三區(qū)加熱，一區(qū)不加熱，二區(qū)在200℃，三區(qū)在180℃，模具末端使用冷卻模具16對制品進(jìn)行冷卻，拉擠速度控制在60cm/s，經(jīng)過切割機(jī)18的切割得到規(guī)格為100*2mm的連續(xù)纖維增強(qiáng)的聚甲基丙烯酸甲酯熱塑性復(fù)合材料樣品。浸漬樹脂的制備方法包括以下步驟：先將聚合物聚甲基丙烯酸甲酯30份加入到攪拌的丙烯酸酯類單體甲基丙烯酸甲酯100份中，在常溫下，密閉的容器中攪拌30分鐘，待全部溶解后，加入復(fù)配引發(fā)劑TBPB和TBHP各0.75份，攪拌5分鐘后加入脫模劑硬脂酸鈣3份和硬脂酸鋅4份，無機(jī)填料滑石粉3份，輕質(zhì)碳酸鈣8份和4份助劑抗氧劑168，全部加入后攪拌10分鐘獲得浸漬樹脂。通過以上各實(shí)施例中的工藝制作的熱塑性復(fù)合材料，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)測得其性能如表1所示。表1實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3玻纖含量/％80.883.583.5拉伸強(qiáng)度/MPa115012501350彎曲強(qiáng)度MPa148015801610彎曲模量/MPa413004230043000上述的對實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3