專利名稱：一種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料科學領域，涉及一種熱塑性樹脂復合材料的制造方法。
背景技術：
現(xiàn)有的纖維布增強的樹脂基復合材料大都是纖維布增強的熱固性樹脂如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。這種材料雖然具有良好的強度、耐高溫等性能，但其存在諸多的缺點如韌性差、預浸料不易保存、難以回收重復利用等。連續(xù)纖維特別是纖維布增強的熱塑性樹脂復合材料克服了熱固性樹脂復合材料的不足，具有斷裂韌性高、損傷后易修復、預浸料可以長期保存、綜合性能優(yōu)良等諸多的優(yōu)點。因此近年來得到了巨大的發(fā)展，相應的制備技術也得到了很大的突破。制備連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復合材料的關鍵在于樹脂對纖維的浸潤。由于熱塑性樹脂的熔融粘度高(一般大于IOOPa.幻，給熱塑性樹脂浸漬纖維帶來巨大的技術困難。目前連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復合材料中的連續(xù)纖維多為連續(xù)纖維絲/束、或連續(xù)的單向纖維布，纖維布增強的熱塑性樹脂復合材料由于浸漬的問題一直無法實現(xiàn)。因此，需要提供一種經濟的方法來制造纖維布增強的熱塑性樹脂復合材料，因為纖維布增強的熱塑性樹脂復合材料在各項性能上都要遠遠優(yōu)于長纖維、連續(xù)纖維、或者單向纖維布增強的熱塑性樹脂復合材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在提供一種制造高性能的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法，其性能較長纖維或單向纖維布增強的同種類熱塑性樹脂復合材料有大幅度的提升。本發(fā)明采用以下技術方案采用熱塑性樹脂薄膜在熱和壓力的作用下浸漬纖維布來制造纖維布增強熱塑性樹脂復合材料。一種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法，包括步驟(1)纖維布的預處理纖維布開卷后引入預加熱烘箱進行預加熱處理；(2)熱塑性樹脂薄膜的預處理(3)將經過預熱的纖維布緊貼熱塑性樹脂薄膜疊放后導入壓延熱輥加壓裝置，樹脂薄膜在熱和壓力的共同作用下熔融浸漬纖維布。(4)浸漬后的纖維布后再經冷卻輥壓裝置后導入牽引卷繞裝置卷繞成型。所述的步驟(1)中預加熱后的纖維布其溫度應大于或等于所用熱塑性樹脂的熔融溫度，小于纖維布表面處理劑的破壞溫度；預熱方式為紅外加熱或電加熱。所述的步驟O)中所使用的熱塑性樹脂薄膜應與纖維布寬度相等；樹脂膜的厚度根據(jù)復合材料的樹脂含量要求而在0. Imm-Imm之間；所述的樹脂薄膜需厚度均勻、表面平整、清潔無污染物。所述的步驟(3)熱輥的表面溫度必須足夠高以保持使樹脂膜處于熔融流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)熔融樹脂對纖維布的完全浸漬。對于結晶聚合物樹脂，熱輥的表面溫度應高于樹脂的熔融溫度；對于非晶聚合物樹脂，熱輥的表面溫度應高于其加工流動溫度。所述的步驟(3)中熱輥的加熱方式可采用電加熱熱電偶控制的方式或者導熱油加熱的方式，壓延熱輥對纖維布和樹脂薄膜的壓力通過調節(jié)上下兩個熱輥的間距來調整， 熱輥的間距根據(jù)需要為0. lmm-3mm。所述的冷卻方式為風冷或水冷。所述的纖維布為有機纖維、無機纖維、礦物纖維或金屬纖維的編織布、無紡布、或氈等。所述的無機纖維選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維和玄武巖纖維；所述的有機纖維選自芳香族聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維、粘膠纖維、天然動植物纖維；所述的金屬纖維包括不銹鋼纖維、銅纖維、鐵鉻鋁纖維、鋁纖維。。所述的熱塑性樹脂薄膜為聚烯烴、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯(PC)，其它通用塑料或者工程塑料。所述的聚烯烴包括聚丙烯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯和聚乙烯。所述的熱塑性聚酯包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)或聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)。所述的聚酰胺包括聚酰胺6 (PA6)、聚己二酸己二胺(PA66)、聚酰胺12(PA12)、尼龍 1212(PA1212)、聚十二酰己二胺(PA612)。所述的其他通用樹脂包括聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物 (ABS)、聚苯乙烯(PS)、耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS)。所述的高性能工程塑料包括聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPQ、聚苯醚(PPO)或聚醚酰亞胺(PEI)。本發(fā)明的優(yōu)點在于與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料預浸布的制造設備及相關的工藝和方法，利用熱和壓力的共同作用解決了熱塑性樹脂對纖維布的浸漬問題。本發(fā)明可以制備纖維含量在40 80%之間的浸漬完全的各種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料，其性能較長纖維或單向纖維布增強的同種類熱塑性樹脂復合材料有大幅度的提升。本發(fā)明所制備的纖維布增強熱塑性樹脂復合材料，其樹脂的含量可以通過熱塑性樹脂薄膜的厚度來進行控制和調整。該工藝可實現(xiàn)連續(xù)化生產，生產效率大大提高，生產成本大幅度降低。該方法的設備投入低，工藝簡單，經濟實用。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例對本發(fā)明進行具體詳細的說明。一種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法示意圖。如圖1所示，纖維布2經預加熱烘箱3經導向輥4和熱塑性樹脂薄膜1疊合在一起，后進入熱輥加壓裝置5，熱輥的表面溫度必須足夠高以保持使樹脂膜處于熔融流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)熔融樹脂對纖維布的完全浸漬。對于結晶聚合物，輥的表面溫度應高于聚合物的熔融溫度，對于非晶聚合物，輥的表面溫度應高于其加工流動溫度。壓延輥的加熱方式可采用電加熱熱電偶控制的方式或者導熱油加熱的方式。樹脂膜在熱輥加壓裝置5中在熱和壓力的作用下熔融浸漬纖維布后， 經過充分浸漬后的纖維布被牽引進入冷卻輥壓裝置6冷卻，使結晶聚合物或使非結晶聚合物冷卻至玻璃化轉變溫度以下，實現(xiàn)熔融樹脂的冷卻凝固和保持浸漬后的纖維布表面平整和光潔。最終復合材料的厚度可以通過調節(jié)冷卻輥壓裝置上下輥的間距來控制，厚度可以控制在0. lmm-3mm之間。輥采用通循環(huán)冷卻水的方式冷卻。冷卻后的復合材料再經過風冷或者水冷，當材料的溫度降至室溫即可通過牽引卷繞裝置7卷繞成型，便于包裝和運輸。實施例1無堿玻璃布增強聚丙烯復合材料如圖1所示，無堿玻璃布2開卷后進入預加熱烘箱3預熱到230°C，預熱后的無堿玻璃布經導向輥4和聚丙烯樹脂薄膜1疊合在一起，后進入熱輥加壓裝置5，熱輥的表面溫度設置在230°C左右，以保持使聚丙烯樹脂膜處于熔融流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)熔融聚丙烯樹脂對無堿玻璃布的完全浸漬。經過充分浸漬后的無堿玻璃布被牽引進入冷卻輥壓裝置6冷卻，冷卻輥采用通循環(huán)冷卻水的方式冷卻。使聚丙烯樹脂冷卻至玻璃化轉變溫度一下，實現(xiàn)熔融樹脂的冷卻凝固和保持浸漬后的玻璃布表面平整和光潔。冷卻輥壓裝置上下輥的間距可以調節(jié)至0. 4 0. 7mm之間來控制最終復合材料的厚度。冷卻后的無堿玻璃布增強聚丙烯復合材料再經過風冷或者水冷，當材料的溫度降至室溫即可通過牽引卷繞裝置7卷繞成型，便于包裝和運輸?？赏ㄟ^選擇聚丙烯樹脂薄膜的厚度來對復合材料中的纖維含量在 40 80%的范圍內進行控制和調整。實施例2玻璃氈增強聚丙烯復合材料如圖1所示，玻璃氈2開卷后進入預加熱烘箱3預熱到230°C，預熱后的玻璃氈經導向輥4和聚丙烯樹脂薄膜1疊合在一起，后進入熱輥加壓裝置5，熱輥的表面溫度設置在 230°C左右，以保持使聚丙烯樹脂膜處于熔融流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)熔融聚丙烯樹脂對玻璃氈的完全浸漬。經過充分浸漬后的玻璃氈被牽引進入冷卻輥壓裝置6冷卻，冷卻輥采用通循環(huán)冷卻水的方式冷卻。使聚丙烯樹脂冷卻至玻璃化轉變溫度以下，實現(xiàn)熔融樹脂的冷卻凝固和保持浸漬后的玻璃氈表面平整和光潔。冷卻輥壓裝置上下輥的間距可以調節(jié)至0. 6 0. 8mm左右來控制最終復合材料的厚度。冷卻后的玻璃氈增強聚丙烯復合材料再經過風冷或者水冷，當材料的溫度降至室溫即可通過牽引卷繞裝置7卷繞成型，便于包裝和運輸。實施例3凱芙拉纖維布增強聚對苯二甲酸乙二醇酯復合材料如圖1所示，凱芙拉纖維布2開卷后進入預加熱烘箱3預熱到300°C，預熱后的凱芙拉纖維布經導向輥4和聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂薄膜1疊合在一起，后進入熱輥加壓裝置5，熱輥的表面溫度設置在300°C左右，以保持使聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂膜處于熔融流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)熔融聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂對凱芙拉纖維的完全浸漬。經過充分浸漬后的凱芙拉纖維被牽引進入冷卻輥壓裝置6冷卻，冷卻輥采用通循環(huán)冷卻水的方式冷卻。使聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂冷卻至玻璃化轉變溫度以下，實現(xiàn)熔融樹脂的冷卻凝固和保持浸漬后的凱芙拉纖維表面平整和光潔。冷卻輥壓裝置上下輥的間距可以調節(jié)至 0. 8 1. Omm之間來控制最終復合材料的厚度。冷卻后的凱芙拉纖維布增強聚對苯二甲酸乙二醇酯復合材料再經過風冷或者水冷，當材料的溫度降至室溫即可通過牽引卷繞裝置7 卷繞成型，便于包裝和運輸。 上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法，其特征在于包括步驟(1)纖維布的預處理纖維布開卷后引入預加熱烘箱進行預加熱處理；(2)熱塑性樹脂薄膜的預處理；(3)將經過預熱的纖維布緊貼熱塑性樹脂薄膜疊放后導入壓延熱輥加壓裝置，樹脂薄膜在熱和壓力的共同作用下熔融浸漬纖維布；(4)浸漬后的纖維布后再經冷卻輥壓裝置后導入牽引卷繞裝置卷繞成型。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(1)中預加熱后的纖維布其溫度應大于或等于所用熱塑性樹脂的熔融溫度，小于纖維布表面處理劑的破壞溫度；預熱方式為紅外加熱或電加熱。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中所使用的熱塑性樹脂薄膜與纖維布寬度相等；樹脂膜的厚度為0. Imm-Imm ；所述的樹脂薄膜需厚度均勻、表面平整、清潔無污染物。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)對于結晶聚合物樹脂，熱輥的表面溫度高于樹脂的熔融溫度；非晶聚合物樹脂，熱輥的表面溫度應高于其加工流動溫度。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中壓延熱輥對纖維布和樹脂薄膜的壓力通過調節(jié)上下兩個熱輥的間距來調整，熱輥的間距根據(jù)需要為0. lmm-3mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中熱輥的加熱方式采用電加熱熱電偶控制的方式或導熱油加熱的方式，所述的冷卻方式為風冷或水冷。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的纖維布為有機纖維、無機纖維、礦物纖維或金屬纖維的編織布、無紡布或氈等。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于所述的無機纖維選自玻璃纖維、碳纖維、 硼纖維或玄武巖纖維；所述的有機纖維選自芳香族聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維、粘膠纖維或天然動植物纖維；所述的金屬纖維包括不銹鋼纖維、銅纖維、鐵鉻鋁纖維或鋁纖維。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的熱塑性樹脂薄膜為聚烯烴、熱塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯，其它通用塑料或者工程塑料。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于所述的聚烯烴包括聚丙烯、均聚聚丙烯、 共聚聚丙烯或聚乙烯；所述的熱塑性聚酯包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯或聚對苯二甲酸丙二醇酯；所述的聚酰胺包括聚酰胺6、聚己二酸己二胺、聚酰胺12、 尼龍1212或聚十二酰己二胺；所述的其他通用樹脂包括聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯或耐沖擊性聚苯乙烯；所述的高性能工程塑料包括聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯醚或聚醚酰亞胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料的制造方法，包括以下步驟首先將纖維布預處理；接著對熱塑性樹脂薄膜進行預處理；然后將經過預熱的纖維布緊貼熱塑性樹脂薄膜疊放后導入壓延熱輥加壓裝置，熔融浸漬纖維布；最后將浸漬后的纖維布后再經冷卻輥壓裝置后導入牽引卷繞裝置卷繞成型。本發(fā)明解決了熱塑性樹脂對纖維布的浸漬問題并制備纖維含量在40～80％之間的浸漬完全的各種纖維布增強熱塑性樹脂復合材料，其性能較長纖維或單向纖維布增強的同種類熱塑性樹脂復合材料有大幅度的提升。且其樹脂的含量可以控制和調整。該工藝可實現(xiàn)連續(xù)化生產，生產效率大大提高，生產成本大幅度降低。該方法的設備投入低，工藝簡單，經濟實用。
文檔編號B29C70/50GK102555238SQ20101060450
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年12月23日
發(fā)明者趙磊 申請人:上海杰事杰新材料(集團)股份有限公司