专利名称：连续纤维多轴向增强热塑性复合板材的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及经编技术制备热塑性复合材料的领域，具体涉及一种连续纤维多轴向增强热塑性复合板材。
背景技术：
连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，具有独特的制备技术与产品优势，近年来在国际市场得到了快速的发展，欧美一些发达的国家已有一些产品应用到航海航空及军用与民用领域，发展趋势是替代现行的热固性材料，及取代薄型的不锈钢卷板或铝板制备产品，实现产品高性能与轻量化节能的目标。在增强塑料领域，可承重的复合材料(片)板材是较新出现但快速增长的开发成果。在制作结构和半结构产品的用途中，比它们先出现的是热塑性预浸料，这是为在航空航天应用中代替热固性预浸料而研发的材料，更加类似先进热固性复合材料。它们不仅简化了模塑商的操作，而且由于可在自动化生产线上大量生产，因而提高了最终制品的一致性和可重复性。它们的成型周期缩短，制品比热固性复合材料具有更好的抗冲击性，并且可以循环利用。现有技术中，利用玻纤原丝先制备连续纤维毡，经针刺工艺预固网形成二维或三维结构的连续纤维针刺毡，将连续毡预热之后再利用挤出机淋膜的方式，将熔融树脂分别喷淋到连续纤维毡上下的界面，再通过高温辊压熔融浸渍及热压成型与复合工艺，制作连续纤维增强的热塑性复合板材(结构型GMT)，由于板材表面存在的针孔现象降低了产品性能，另因为增强材料未经过展纤(分散玻纤束)工艺，所以存在增强材料浸渍不均勻，或板材内部空隙率多的产品缺陷，力学性能同比连续纤维多轴向增强的复合材料要差一些。连续纤维多轴向经编织物或其它机织物的材料，目前大部分用于制备热固性增强基材，采用不饱和树脂浸渍的生产工艺，(如采用真空浇灌与缠绕成型)制备热固性预浸料或制作产品。因树脂黏度低织物增强材料浸渍较容易；所以不需展纤(分散纤维束)就能顺利完成纤维浸渍工程，生产如大型风能的叶片、船舶游艇或民用建筑的结构件、玻璃钢板材等产品。热塑性熔融树脂因黏度高流动性差，形成了对织物增强材料浸渍的技术瓶颈； 实践证明没有经过展纤分散均勻的增强材料(碳纤或玻纤)，要达到束内(单丝集合)浸渍均勻的目的，实现经编行业低成本工业化生产高性能纤维织物的热塑复合板材将是十分困难的，所以国内目前制备可替代先进的热固性板材，包括替代铝板或不锈钢板等高品质的热塑性复合板材，还处在研制阶段没有形成工业化生产。目前国内外制造连续纤维多轴向增强热塑性复合片(板)材的方法，主要采用熔体浸渍法先制作单向(0° )连续纤维的预浸带，经裁剪单向带并按预准向分层重叠铺放解决宽度与厚度，再通过粘合热压工艺制备成双轴向(0° /90° )增强的热塑性复合板材。 这一方法的技术瓶颈在于宽幅模头的工艺设计复杂制造成本高；很难控制模腔内部纤维浸渍的工艺过程，如展纤后的线束单丝排列集合，在通过高温高压的模腔进行熔融浸渍时；极易产生纤维线束或单丝断裂的现象、包括存在穿纱或补纱、模腔内部清理的困难；可见熔融法难以将多轴向织物铺设到新材料体系中，无法实现一次性制备0° /90° 士45° 及士60°等高性能纤维织物的热塑性复合板材，通过现有技术手段制得的热塑性复合板材制作成本高，板材内部纤维不是连续性纤维，板材宽度受到工艺影响，其承载外力的能力较差，制作工艺仍存在一些技术缺陷。
发明内容本实用新型的目的在于根据产品结构与受力方向不同的特点，利用经编铺纬与张力系统的技术，将高性能纤维(单丝集合)制备成具有多种不同轴向结构的热塑性预固结片材，解决了复合工艺中存在的材料粘结分层与增强纤维浸渍难的技术瓶颈。将上述所说的预固结片材放卷铺层或与其它功能性材料层叠，根据所需形成的产品的结构与厚度制备板坯子，经双带压机的成型系统及后续工艺，制得能够克服背景技术中所述的现有产品的缺陷。现提供一种连续纤维多轴向织物增强热塑性复合板材。能够实现本实用新型的发明目的的技术方案如下一种连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于其包括若干层通过热压结合在一起的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材和若干层芯材，芯材设置于连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材中间，所述的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材包括热塑性树脂基体以及增强纤维组成的基材。还包括无纺布层，其设置于所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材的底层。还包括若干层界面保护层或者界面保护膜，其设置于所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材的表层，该界面保护层或者界面保护膜选用改性硬质PP膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、聚碳酸酯薄膜等。所述的芯材为蜂窝芯材、泡沫芯材或金属箔中的至少一种。所述的基体选自聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯树脂以及高性能工程塑料，聚烯烃类树脂包括PP或PE，热塑性聚酯类树脂包括PET、PTT或PBT， 聚酰胺类树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212或尼龙612，高性能工程塑料包括聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、改性聚苯醚(MPPO)。所述的基材为经过展纤形成的单丝带状连续纤维集合体。所述的基材选自无机纤维、有机纤维或金属纤维；无机纤维包括玻璃纤维或碳纤维，有机纤维包括芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维，金属纤维包括不锈钢纤维。所述的基材为0°纤维和90°纤维编织而成的双轴向的基材。所述的基材为0°纤维和士45°或士60°或士20°或士 15°纤维编织而成的多轴向的基材。本实用新型的有益效果在于因为本实用新型的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材中的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材采用热塑性树脂材质的基体以及与基体融为一体的经过经编而成的经编双轴向或多轴向的增强纤维的基材，热塑性树脂为可回收再利用的材料，利于环保，增强纤维的基材为连续纤维，并且是多轴向的，成型后的片材力学性能更好，能够根据热塑性预固结片材的应用需求进行经编织物的编织，使成型后的预固结片材能够将受到的力均勻分散到各个方向，提高其韧性和强度，进而使热塑性预固结片材的性能优化，能够替代现有的铝板和钢板等材质。本实用新型的热塑性预固结片材的基材为连续纤维编织而成，热塑性预固结片材内部没有纤维断裂，因此，其性能更好。因为本实用新型的基材为经过展纤形成的单丝状纤维，与热塑性树脂材质的基体融合时浸渍均勻，不会产生干纤维区或者孔隙，预固结片材质量稳定。因为连续纤维多轴向增强热塑性复合板材中间设置有芯材，通过设置芯材使得板材具有更多的性能，可以适用于更广的应用领域。本实用新型的复合板材机械性能可与钢材媲美，不但可替代热固性材料使用，也可部分替代铝板或不锈钢卷板，(1 2mm的铝板或0. 5 1. 2mm不锈钢卷板)，适用于制备航海航天的零部件及轨道车集装箱建筑等领域的结构件或内饰件。
图1为本实用新型的实施例1的示意图；图2为本实用新型的实施例2的示意图；图中，1为连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材，2为芯材，3为无纺布层，4为界面保护层。
具体实施方式
下面参照附图1至附图2对本实用新型的实施方式进行进一步阐述实施例1连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材1的热塑性树脂选择聚丙烯树脂，增强纤维选择玻璃纤维，基材为0°、90°、士60°方向的2轴向的，芯材2为铝箔，芯材2设置于3 层预固结片材中间，芯材2上方设置两层预固结片材，芯材2下方设置一层预固结片材，在复合板材表层设置共聚尼龙薄膜，底部设置涤纶无纺布层3。将三层多轴向预固结片材和铝箔芯材2，按序分段重叠铺层预热粘结制备板坯，输送进入双带压机，经热压段热压、冷压段冷压后，在其表面复合共聚尼龙薄膜，底部复合涤纶无纺布，形成高强度比的复合结构板材。该类复合板材面密度为2000g/m2 3000g/m2，厚度为1. 5mm 2. 5mm，幅宽为 2000mm 3000mm，可用于冷藏集装箱制造领域。替代目前日本进口的不锈钢卷板304/2B材料制作冷藏集装箱内衬顶板、侧板和门板，降低冷藏箱生产成本，特别是原材料成本。板材满足卫生要求、结构强度要求和热工性能要求，保证冷藏箱能够满足相关设计的使用要求。 板材可替代现行的0. 5 1. 2mm不锈钢板的应用，为实现集装箱行业产品的轻量化与节能降本；提供了科学可行的工艺技术路线。表1冷藏集装箱内衬板性能指标与不锈钢板304/2B的比较
权利要求1.一种连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于其包括若干层通过热压结合在一起的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材和若干层芯材，芯材设置于连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材中间，所述的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材包括热塑性树脂基体以及增强纤维组成的基材。
2.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于还包括无纺布层，其设置于所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材的底层。
3.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于还包括若干层界面保护层或者界面保护膜，其设置于所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材的表层，该界面保护层或者界面保护膜选用改性硬质PP膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、聚碳酸酯薄膜。
4.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于所述的芯材为蜂窝芯材、泡沫芯材或金属箔中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于所述的基体选自聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯树脂以及高性能工程塑料，聚烯烃类树脂包括PP或PE，热塑性聚酯类树脂包括PET、PTT或PBT，聚酰胺类树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212或尼龙612，高性能工程塑料包括聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、改性聚苯醚(MPPO)。
6.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于所述的基材为经过展纤形成的单丝带状连续纤维集合体。
7.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于所述的基材选自无机纤维、有机纤维或金属纤维；无机纤维包括玻璃纤维或碳纤维，有机纤维包括芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维，金属纤维包括不锈钢纤维。
8.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，其特征在于所述的基材为0°纤维和90°纤维编织而成的双轴向的基材。
9.根据权利要求1所述的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材，其特征在于所述的基材为0°纤维和士45°或士60°或士20°或士 15°纤维编织而成的多轴向的基材。
专利摘要本实用新型公开了一种连续纤维多轴向增强热塑性复合板材，该复合板材由多层不同轴向的预固结片材与其它功能性材料构成。将多轴向预固结片材及轻质芯材或其它功能性材料，按序分段铺层预热粘结制备板坯，(在其表面复合界面树脂膜或保护层材料)输送进入双带压机，经热压与冷压的工艺制得复合板材。本实用新型制备的多轴向复合板材轻质阻燃可回收利用，板材具有弯曲回复与各方向受力均匀的特点，可替代现行不可回收的玻璃钢制品或热固性预浸料，通过热成型工艺可制备高性能用途的结构件与内饰件，加速了经编行业绿色制造产品升级的步伐拓展了产品的应用领域。
文档编号B32B17/04GK202115020SQ201120187668
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者季建强, 谈昆伦, 黄云清, 黄亦赛 申请人:常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司