本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，該材料的制備方法，以及應(yīng)用；還涉及以該材料為原材料制備箱包殼體的方法。
背景技術(shù)：
：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，復(fù)合材料具有如下的優(yōu)點(diǎn)：(1)高比強(qiáng)度、高比模量，可達(dá)到明顯的減重效果；(2)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；(3)熱膨脹系數(shù)低，尺寸穩(wěn)定性好；(4)耐腐蝕；(5)耐疲勞。目前對(duì)于復(fù)合材料的應(yīng)用，較為先進(jìn)的是航空航天領(lǐng)域，但是所占比例較?。粦?yīng)用較為廣泛的是民用領(lǐng)域：汽車領(lǐng)域，體育用品，戶外用品等，截至目前復(fù)合材料在拉桿箱上的應(yīng)用呈現(xiàn)不斷增長的趨勢和需求。現(xiàn)在市場上較為常見的復(fù)合材料拉桿箱均采用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，該拉桿箱是采用液體成型工藝中的真空輔助傳遞模塑(vari)制備，或者采用預(yù)浸料熱壓罐成型制備箱包殼體。相比傳統(tǒng)的硬質(zhì)箱并沒有明顯重量上的優(yōu)勢，而且由于其所采用的樹脂為熱固性環(huán)氧樹脂，產(chǎn)品性脆，不耐沖擊、撞擊，且相對(duì)傳統(tǒng)的吸塑成型工藝效率很低，材料和成型工藝成本高；其產(chǎn)品并不滿足環(huán)境友好的要求，所制備的產(chǎn)品容易損壞且不具修復(fù)性，損壞后不可回收，造成了材料的浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此并不能很好的符合拉桿箱的發(fā)展理念，所以沒有得到很好的推廣和批量化生產(chǎn)。目前在航空以及民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的為樹脂基復(fù)合材料，其分為熱固性樹脂基復(fù)合材料和熱塑性樹脂基復(fù)合材料，所采用的基體為熱固性和熱塑性樹脂兩大類，較為常用的增強(qiáng)體為纖維織物。其最大的特點(diǎn)就是可以根據(jù)產(chǎn)品的需求對(duì)所采用的材料種類和鋪層方案進(jìn)行選擇，從而在滿足產(chǎn)品要求以及多樣化的前提下降低成本。但是應(yīng)用最為廣泛的熱固性樹脂基復(fù)合材料存在性脆，不耐沖擊，不具備再修復(fù)性，成本高且不可回收、環(huán)境污染等問題。這些都是熱固性基體自帶的不可避免的缺陷。對(duì)于熱塑性樹脂在復(fù)合材料中的應(yīng)用，最主要的問題一方面是高性能熱塑性樹脂的成型溫度高；另一方面是熱塑性樹脂與纖維織物結(jié)合的界面問題，比如市場上現(xiàn)存的碳纖維織物大多是適合于熱固性樹脂基體的上漿劑，該種上漿劑對(duì)于熱塑性樹脂并不適用且會(huì)起到增加缺陷降低性能的效果。關(guān)于復(fù)合材料在箱包中的應(yīng)用，有以下文獻(xiàn)做過披露：cn93108057.6公開了一種軟硬箱結(jié)合的箱包復(fù)合材料。是由外層為紡織品面料內(nèi)層為abs材料二者緊密地結(jié)合在一起的板材構(gòu)成。這種新的箱包材料，可以采用縫紉的方法加工制成，生產(chǎn)成本低，投資少，同時(shí)又具有由abs材料制成的硬箱的優(yōu)點(diǎn)高抗沖擊強(qiáng)度、表面強(qiáng)度不易被利器割破、方便耐用的優(yōu)點(diǎn)。尤其是花色品種可以隨紡織品面料的多種多樣變幻無窮，而且價(jià)格僅為abs箱包的一半，具有廣闊的市場前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。以上文獻(xiàn)中披露的復(fù)合材料所制得的產(chǎn)品，其缺點(diǎn)是：以紡織品面料為外層以abs材料為內(nèi)層，兩者接觸部位很容易因?yàn)檎辰硬涣荚斐砷_裂。主要承力仍然是abs材料，其力學(xué)性能以及耐沖擊方面沒有得到有效的提高，且表面紡織品面料不耐臟，難以打理，且不防水。cn1860015一種制備纖維復(fù)合構(gòu)件用的纖維復(fù)合材料的制法，纖維復(fù)合材料由增強(qiáng)纖維，樹脂和填料構(gòu)成，其特征在于，填料由研磨的和/或切碎的增強(qiáng)纖維構(gòu)成。以上文獻(xiàn)中披露的材料和方法，其缺陷是：增強(qiáng)纖維不連續(xù)，制品表面不美觀，且由于纖維的不連續(xù)，增強(qiáng)纖維的性能得不到充分的發(fā)揮，材料的力學(xué)性能以及沖擊性能得不到充分的發(fā)揮，與連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能以及沖擊性能差距很大。因此，為了滿足復(fù)合材料更好的在民用領(lǐng)域應(yīng)用和進(jìn)一步擴(kuò)展，需要針對(duì)以上復(fù)合材料的缺陷，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種性能更好的例如質(zhì)量輕、韌性高、力學(xué)性能優(yōu)良的復(fù)合材料，應(yīng)用其制作的產(chǎn)品不僅質(zhì)輕、韌性高且具有良好的防刮性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種質(zhì)量輕、韌性高、力學(xué)性能優(yōu)良的復(fù)合材料，應(yīng)用其制作的產(chǎn)品不僅質(zhì)輕、韌性高且具有良好的防刮性能。并且可以根據(jù)產(chǎn)品需求將合適的襯里與復(fù)合材料預(yù)浸料/片材共同成型制備得到帶有襯里的復(fù)合材料預(yù)浸料/片材。本發(fā)明還提供了一種上述復(fù)合材料的制備方法，通過該方法可在產(chǎn)品廢棄后處理中實(shí)現(xiàn)對(duì)殼體材料的全部回收，實(shí)現(xiàn)零排放的環(huán)境友好化發(fā)展。本發(fā)明的熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要包括熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂。熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂的重量比為：(0.4-2)：1。熱塑性纖維織物的材料為聚乙烯纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、芳綸纖維、abs纖維、聚苯乙烯纖維、聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚醚醚酮、聚碳酸酯纖維、聚醚砜纖維及其混編纖維織物中的至少一種；熱塑性樹脂的材料包括聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、abs、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚醚砜及其改性塑料中的至少一種。熱塑性纖維織物包括平紋、斜紋、緞紋、針織、經(jīng)編織物中的任一種；熱塑性纖維織物為單種纖維的編織，或多種纖維的混合編織。熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括下述的步驟：(1)取原材料熱塑性纖維織物和熱塑性樹脂，按照鋪層設(shè)計(jì)進(jìn)行疊放；(2)在高溫高壓下將熱塑性樹脂熔融浸潤熱塑性纖維織物；(3)冷卻，得熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材。熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括以下的步驟：步驟(1)中熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂交替疊放，熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂的重量比為0.4-2：1；步驟(2)中，高溫高壓條件為：熔融浸潤的溫度高于熱塑性樹脂的熔點(diǎn)，高壓下的壓力為單位面積5-10mpa；步驟(3)中，待模具冷卻至50℃-70℃。將里布/內(nèi)襯直接鋪覆在步驟(1)中所鋪放好的原料的表面，經(jīng)高溫高壓成型粘接一體，得熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材。上述的熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在制備箱包、樂器盒、汽車內(nèi)飾件、體育用品、無人機(jī)、船舶、軌道交通中的應(yīng)用，也是本發(fā)明所要保護(hù)的范圍。熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用以制備箱包殼體，包括下述的步驟：(1)取原料熱塑性纖維織物和熱塑性樹脂，交替疊放；(2)在高溫高壓下將熱塑性樹脂熔融浸潤熱塑性纖維織物；(3)冷卻，得熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材；(4)將(3)中的熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材加熱至100℃以上，且使片材軟化至橡膠態(tài)，再采用常規(guī)模壓成型工藝，得箱包殼體。現(xiàn)有的塑料箱包大多采用abs，pc或二者共混使用，材料比較單一，且相對(duì)容易老化；箱包笨重，在沖擊時(shí)容易破裂。本發(fā)明采用了熱塑性纖維增強(qiáng)塑料作為箱包殼體材質(zhì)，與現(xiàn)有的純塑料箱包相比其先進(jìn)性表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：采用了熱塑性纖維進(jìn)行增強(qiáng)塑料并制備成箱包殼體，可大幅提高箱包的沖擊韌性，沖擊強(qiáng)度可提高到傳統(tǒng)塑料的5倍以上，大幅提高箱包材質(zhì)的強(qiáng)度，材料強(qiáng)度可提高到現(xiàn)有箱包塑料材質(zhì)的3倍以上，有效的減少箱包在使用過程中的損壞，提高箱包使用壽命采用了熱塑性纖維進(jìn)行增強(qiáng)塑料并制備成箱包殼體，由于材質(zhì)的強(qiáng)度得到大幅提高，從而可以減小箱包殼體的厚度，可大幅降低箱包重量，使箱包更為輕便采用了熱塑性纖維進(jìn)行增強(qiáng)塑料并制備成箱包殼體，纖維的顏色，材質(zhì)，編織方式種類很多，塑料的種類，顏色同樣繁多，將纖維和塑料復(fù)合制備復(fù)合材料的樣式將極為豐富，設(shè)計(jì)空間非常大，使箱包的樣式極為豐富，現(xiàn)有的箱包襯里都是通過縫合的方式連接到殼體內(nèi)部，本發(fā)明所采用的襯里為四面彈力布，并在制作復(fù)合材料預(yù)浸料/片材時(shí)直接附著在片材的表面，從而與箱包殼體緊密粘接為一體，不再需要縫合，減少后續(xù)的裝配，重要的是使得箱包內(nèi)部整潔美觀。采用模壓成型的示意圖如圖1所示。將塑料膜①、熱塑性增強(qiáng)纖維織物②以及里布/內(nèi)襯③按照設(shè)計(jì)鋪層好，整體經(jīng)過上下加熱壓輥④，制備得到熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)浸料/片材⑤，熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)浸料/片材⑤經(jīng)過加熱板⑥的加熱后，在上下模壓模具⑦的壓力作用下成型，待冷卻后即可制備得到熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料箱包殼體⑧。采用本發(fā)明所提供的熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材用于制備箱包殼體，相對(duì)于傳統(tǒng)的硬質(zhì)箱體，可以大幅度提高箱包的強(qiáng)度和抗沖擊性能，由于材質(zhì)強(qiáng)度的大幅提高可減小殼體的厚度從而減輕箱包自身的重量，相對(duì)傳統(tǒng)的硬質(zhì)箱可減重40％左右，并大幅提高了箱包的抗沖擊性，減少箱包在使用、托運(yùn)過程中的損壞。與傳統(tǒng)軟箱相比，解決了軟質(zhì)箱包的不耐壓和不防水性，皮革箱易刮花及破損且不易修補(bǔ)或者修補(bǔ)費(fèi)用較高的缺點(diǎn)。此外，在制備熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材過程中，可將里布/內(nèi)襯通過塑料的熔融粘接與預(yù)浸料/片材形成整體，其減少了后續(xù)安裝里布/內(nèi)襯的程序，節(jié)省成本、簡單美觀。由于采用了熱塑性纖維增強(qiáng)塑料，使得箱包具有質(zhì)輕、防水、韌性好、強(qiáng)度高、耐沖擊、防刮等優(yōu)點(diǎn)，極大的減輕箱包自身重量，并有效防止箱包在使用或托運(yùn)過程中的損壞。由于增強(qiáng)纖維和樹脂基體均為熱塑性材質(zhì)，使得箱包殼體可以全部回收，綠色環(huán)保。附圖說明圖1為實(shí)施例2中的復(fù)合材料應(yīng)用于箱包制作的工藝流程圖；①塑料膜，②熱塑性增強(qiáng)纖維織物，③里布/內(nèi)襯，④加熱壓輥，⑤熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)浸料/片材，⑥加熱板，⑦模壓模具，⑧熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料箱包殼體。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更了解本發(fā)明，但并不以此限制本發(fā)明。實(shí)施例1熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括以下的步驟：(1)取原料熱塑性pp纖維織物和熱塑性pp樹脂膜，按照設(shè)計(jì)好的纖維體積含量，將熱塑性pp纖維織物和熱塑性pp樹脂膜交叉疊放；(2)在高溫高壓下將熱塑性樹脂熔融浸潤熱塑性纖維織物：所采用的成型溫度約為280℃，且高于熱塑性樹脂的熔點(diǎn)；成型采用的壓力為單位面積5-10mpa；(3)冷卻到55℃左右，得熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料/片材。對(duì)所得到的熱塑性纖維增強(qiáng)預(yù)浸料的性能進(jìn)行檢測，得到以下的數(shù)據(jù)：采用復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)測試標(biāo)準(zhǔn)，制備好標(biāo)準(zhǔn)尺寸的樣條，粘貼應(yīng)變片，在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測試，采集實(shí)驗(yàn)過程的載荷和應(yīng)變，按照標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式計(jì)算得到強(qiáng)度、模量以及延伸率。采用擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)來測試復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。表1不同材質(zhì)材料的性能材料模量(mpa)強(qiáng)度(mpa)延伸率(％)沖擊強(qiáng)度(j/m)實(shí)施例1545140281238abs材料13203925231實(shí)施例2以熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為原料制備拉桿箱的殼體，其具體的方法如下：以熱塑性pp纖維織物和pp塑料膜為原材料，制備帶有襯里的全熱塑性復(fù)合材料拉桿箱殼體。具體步驟為：如附圖1所示，將pp塑料薄膜①、pp纖維織物②以及里布/內(nèi)襯③按照設(shè)計(jì)鋪層好，整體經(jīng)過上下加熱壓輥④，塑料薄膜熔融浸潤纖維織物制備得到熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)浸料/片材⑤，將熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)浸料/片材⑤裁剪成需要的尺寸，并經(jīng)過加熱板⑥的加熱軟化后，在上下模壓模具⑦的壓力作用下成型，待冷卻后即可制備得到pp纖維增強(qiáng)復(fù)合材料箱包殼體⑧。采用熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制得拉桿箱。制得的pp復(fù)合材料性能與現(xiàn)有箱包abs材料性能如表2所示。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)pp復(fù)合材料的強(qiáng)度是abs材料的3.5倍，沖擊強(qiáng)度是abs材料的5.5倍左右。表2現(xiàn)有箱包abs材料與pp復(fù)合材料性能當(dāng)前第1頁12