一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高分子材料領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，設(shè)計(jì)和合成較金屬材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能、材料性能的具有可設(shè)計(jì)性 和成型工藝性能的先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料已成為人們致力研究的熱點(diǎn)。
[0003] 酪獻(xiàn)聚芳酸酬系聚合物是一種新型的熱塑性工程材料，其具有高強(qiáng)度，高模量、耐 高溫、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)航天、電子電器、汽車(chē)制造等領(lǐng)域有著很高的影響力;且其可與聚 四氣乙締、聚酸諷、聚酸酸酬等高分子材料共混，得到性能更好的復(fù)合材料，也可W與碳纖 維、玻纖等無(wú)機(jī)纖維材料共混得到纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料;纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有很 多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如初性高、耐沖擊性能好、預(yù)浸料穩(wěn)定、無(wú)儲(chǔ)存時(shí)間限制、制造周期短、耐化 學(xué)性能好、吸濕率低、可重復(fù)加工等，符合當(dāng)今時(shí)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)高性能、輕量化、環(huán)?；男?型復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)。但是，無(wú)機(jī)纖維與有機(jī)高分子化合物得到的復(fù)合材料，由于界面粘結(jié) 強(qiáng)度較弱，嚴(yán)重的影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及 其制備方法，本發(fā)明提供的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度高，力學(xué)性能好。
[0005] 本發(fā)明提供了一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，包括:熱塑性樹(shù)脂，纖維和偶聯(lián)劑；
[0006] 其中，所述熱塑性樹(shù)脂為酪獻(xiàn)型聚芳酸酬系列無(wú)定型聚合物和酪獻(xiàn)型聚芳酸諷系 列無(wú)定型聚合物中的一種或兩種；
[0007] 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鐵酸醋偶聯(lián)劑和侶酸醋偶聯(lián)劑中一種或幾種，
[000引其中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550、K冊(cè)60、K冊(cè)70、KH792、DL602和化171中的一種或幾 種；
[0009] 所述鐵酸醋偶聯(lián)劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0010] 所述侶酸醋偶聯(lián)劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0011] 優(yōu)選的，所述熱塑性樹(shù)脂為無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸酬、無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸臘酬和無(wú)定 型酪獻(xiàn)聚芳酸諷中的一種或幾種。
[0012] 優(yōu)選的，所述熱塑性樹(shù)脂的特性粘度為0.4~0.9dl/g。
[0013] 優(yōu)選的，所述纖維為玻璃纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種。
[0014] 優(yōu)選的，所述纖維為纖維粉末、短切纖維、長(zhǎng)纖維和纖維織物中的一種或幾種。
[001引優(yōu)選的，所述纖維與所述熱塑性樹(shù)脂的質(zhì)量比為（10~70): (30~90)。
[0016] 優(yōu)選的，所述纖維與所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:(0.OOl~0.015)。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種本發(fā)明所述的纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備方法，包括： 將熱塑性樹(shù)脂、纖維和偶聯(lián)劑混合，成型，得到纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料；
[0018] 其中，所述熱塑性樹(shù)脂為酪獻(xiàn)型聚芳酸酬系列無(wú)定型聚合物和酪獻(xiàn)型聚芳酸諷系 列無(wú)定型聚合物中的一種或兩種；
[0019] 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鐵酸醋偶聯(lián)劑和侶酸醋偶聯(lián)劑中的一種或幾種，
[0020] 其中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550、K冊(cè)60、K冊(cè)70、KH792、DL602和化171中的一種或幾 種；
[0021] 所述鐵酸醋偶聯(lián)劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0022] 侶酸醋偶聯(lián)劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0023] 優(yōu)選的，，所述步驟具體為：
[0024] 1)將纖維和偶聯(lián)劑混合，得到偶聯(lián)劑處理的纖維；
[0025] 2)將偶聯(lián)劑處理的纖維與熱塑性樹(shù)脂共混，成型，得到纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。
[0026] 優(yōu)選的，所述步驟1)中的混合為將纖維與偶聯(lián)劑直接混合或者將纖維與含偶聯(lián)劑 的溶液混合。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，包括：熱塑性樹(shù) 月旨，纖維和偶聯(lián)劑;所述熱塑性樹(shù)脂為酪獻(xiàn)型聚芳酸酬系列無(wú)定型聚合物和酪獻(xiàn)型聚芳酸 諷系列無(wú)定型聚合物中的一種或兩種;所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鐵酸醋偶聯(lián)劑、侶酸醋偶 聯(lián)劑中的一種，其中，所述硅烷偶聯(lián)劑為K冊(cè)50、K冊(cè)60、K冊(cè)70、KH792、化602和化171中的一 種或幾種;所述鐵酸醋偶聯(lián)劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種所述侶 酸醋偶聯(lián)劑為化-411和PN-827中的一種或兩種;其中，通過(guò)選擇特定的熱塑性樹(shù)脂W及偶 聯(lián)劑，使得得到的纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料中纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)強(qiáng)度高，且得到的復(fù)合材 料的力學(xué)性能好;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明所述的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均顯著提 高;而且本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明提供了一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，包括:熱塑性樹(shù)脂，纖維和偶聯(lián)劑；
[0029] 其中，所述熱塑性樹(shù)脂為酪獻(xiàn)型聚芳酸酬系列無(wú)定型聚合物和酪獻(xiàn)型聚芳酸諷系 列無(wú)定型聚合物中的一種或兩種；
[0030] 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鐵酸醋偶聯(lián)劑、侶酸醋偶聯(lián)劑中的一種，
[0031] 其中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550、K冊(cè)60、K冊(cè)70、KH792、DL602和DL171中的一種或幾 種；
[0032] 所述鐵酸醋偶聯(lián)劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0033] 所述侶酸醋偶聯(lián)劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0034] 按照本發(fā)明，所述熱塑性樹(shù)脂優(yōu)選為無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸酬(PEK-C)、無(wú)定型酪獻(xiàn)聚 芳酸臘酬(PEK-CN)和無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸諷(PES-C)中的一種或幾種，更優(yōu)選為無(wú)定型酪獻(xiàn) 聚芳酸酬(PEK-C)、無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸臘酬(PEK-CN)或無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸諷(PES-C);所述 熱塑性樹(shù)脂的特性粘度優(yōu)選為0.4~0.9dl/g，更優(yōu)選為0.5~0.8dl/g，最優(yōu)選為0.6~ 0.7dl/g〇
[0035] 按照本發(fā)明，所述纖維優(yōu)選為玻璃纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種，更優(yōu)選為 玄武巖纖維;本發(fā)明對(duì)玄武巖纖維的形態(tài)沒(méi)有特殊要求，本領(lǐng)域公知的可用于復(fù)合材料的 纖維均可，如可W為纖維粉末、短切纖維、長(zhǎng)纖維和纖維織物中的一種或幾種;其中，所述纖 維粉末的長(zhǎng)度為250目~1500目、直徑13~23WH，短切纖維的長(zhǎng)度為I~2cm、直徑13~23皿， 長(zhǎng)纖維的直徑為13~23WH，纖維織物為纖維平紋布或纖維斜紋布;所述纖維與所述熱塑性 樹(shù)脂的質(zhì)量比優(yōu)選為（10~70): (30~90)，更優(yōu)選為（30~60): (40~70)，最優(yōu)選為(40~ 50): (50~60);其中，當(dāng)所述纖維為纖維粉末或短切纖維時(shí)，所述偶聯(lián)劑優(yōu)選由兩種或兩種 W上不同型號(hào)的偶聯(lián)劑復(fù)配得到；且所述纖維與所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為1:(0.OOl~ 0.015)，更優(yōu)選為1: (0.003~0.0.0 l)，最優(yōu)選為1: (0.005~0.008)，當(dāng)所述纖維為長(zhǎng)纖維 或纖維織物時(shí)，所述偶聯(lián)劑優(yōu)選為偶聯(lián)劑的醇溶液，其質(zhì)量濃度優(yōu)選為0.1~0.3wt %，更優(yōu) 選為0.15~0.%，所述醇優(yōu)選為甲醇或乙醇。
[0036] 本發(fā)明提供了一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其中，通過(guò)選擇特定的偶聯(lián)劑，即， 使所述硅烷偶聯(lián)劑為K冊(cè)50、K冊(cè)60、K冊(cè)70、KH792、DL602和化171中的一種或幾種;所述鐵酸 醋偶聯(lián)劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種所述侶酸醋偶聯(lián)劑為Dレ 411和PN-827中的一種或兩種;使得本發(fā)明所述的熱塑性樹(shù)脂與本發(fā)明所述的纖維的界面 粘結(jié)強(qiáng)度高，進(jìn)而使得得到的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均顯著提高。
[0037] 本發(fā)明提供了一種本發(fā)明所述的纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備方法，包括:將 熱塑性樹(shù)脂、纖維和偶聯(lián)劑混合，成型，得到纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料；
[0038] 其中，所述熱塑性樹(shù)脂為酪獻(xiàn)型聚芳酸酬系列無(wú)定型聚合物和酪獻(xiàn)型聚芳酸諷系 列無(wú)定型聚合物中的一種或兩種；
[0039] 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鐵酸醋偶聯(lián)劑和侶酸醋偶聯(lián)劑中的一種或幾種，
[0040] 其中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550、K冊(cè)60、K冊(cè)70、KH792、DL602和化171中的一種或幾 種；
[0041 ] 所述鐵酸醋偶聯(lián)劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0042] 侶酸醋偶聯(lián)劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0043] 按照本發(fā)明，將熱塑性樹(shù)脂、纖維和偶聯(lián)劑混合，成型，得到纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合 材料;其中，所述熱塑性樹(shù)脂優(yōu)選為無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸酬(PEK-C)、無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸臘酬 (PEK-CN)和無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸諷(PES-C)中的一種或幾種，更優(yōu)選為無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸酬 (PEK-C)、無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸臘酬(PEK-CN)或無(wú)定型酪獻(xiàn)聚芳酸諷(PES-C);所述熱塑性樹(shù) 脂的特性粘度優(yōu)選為0.4~0.9dl/g，更優(yōu)選為0.5~0.8dl/g，最優(yōu)選為0.6~0.7dl/g。所述 纖維優(yōu)選為玻璃纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種，更優(yōu)選為玄武巖纖維;本發(fā)明對(duì)玄武 巖纖維的形態(tài)沒(méi)有特殊要求，本領(lǐng)域公知的可用于復(fù)合材料的纖維均可，如可W為纖維粉 末、短切纖維、長(zhǎng)纖維和纖維織物中的一種或幾種；其中，所述纖維粉末的長(zhǎng)度為250目~ 1500目、直徑13~23WH，短切纖維的長(zhǎng)度為1~2cm、直徑13~23曲!，長(zhǎng)纖維的直徑為13~23y m，纖維織物為纖維平紋布或纖維斜紋布。所述纖維與所述熱塑性樹(shù)脂的質(zhì)量比優(yōu)選為（10 ~70): (30~90)，更優(yōu)選為(30~60): (40~70)，最優(yōu)選為(40~50): (50~60)。
[0044] 且為了使纖維能和樹(shù)脂很好的結(jié)合，本發(fā)明優(yōu)選按照W下方法制備：
[0045] 1)將纖維和偶聯(lián)劑混合，得到偶聯(lián)劑處理的纖維；
[0046] 2)將偶聯(lián)劑處理的纖維與熱塑性樹(shù)脂共混，成型，得到纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。
[0047] 按照本發(fā)明，本發(fā)明首先將纖維和偶聯(lián)劑混合，得到偶聯(lián)劑處理的纖維;其中，當(dāng) 纖維為纖維粉末或短切纖維時(shí)，所述混合為將纖維粉與偶聯(lián)劑直接共混，此時(shí)，所述偶聯(lián)劑 優(yōu)選由兩種或兩種W上不同型號(hào)的偶聯(lián)劑復(fù)配得到;且所述纖維與所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量比優(yōu) 選為I :(0.OOl~0.015)，更優(yōu)選為I :(0.003~0.0.01)，最優(yōu)選為I :(0.005~0.008);當(dāng)纖 維為長(zhǎng)纖維或纖維織物時(shí)，所述混合為將長(zhǎng)纖維或纖維織物與含偶聯(lián)劑的溶液混合W得到 偶聯(lián)劑處理的纖維，此時(shí)，所述偶聯(lián)劑優(yōu)選為偶聯(lián)劑的醇溶液，其質(zhì)量濃度優(yōu)選為0.1~ 0.3wt %，更優(yōu)選為0.15~0.%，所述醇優(yōu)選為甲醇或乙醇。
[0048] 按照本發(fā)明，本發(fā)明還將偶聯(lián)劑處理的纖維與熱塑性樹(shù)脂共混，成型，得到纖維增 強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。本發(fā)明對(duì)該共混的方式?jīng)]有特殊要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本領(lǐng)域公 知常識(shí)選擇合適的共混、成型方式，如含短切纖維或纖維粉的復(fù)合材料的制備工藝為熱模 壓工藝，含長(zhǎng)纖維和纖維織物的復(fù)合材料中，纖維先采用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行浸潤(rùn)改性，且長(zhǎng)纖 維采用的是螺桿擠出與熱模壓相結(jié)合的制備工藝;纖維