一种纤维增强热塑性复合材料用混纤纱的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种纤维增强热塑性复合材料用混纤纱，所述混纤纱为平行取向的增强纤维与无规取向的热塑性纳米纤维的混编纱，所述增强纤维的直径为1～30μm，所述热塑性纳米纤维的直径为10～1000nm。本实用新型的混纤纱用于纤维增强热塑性复合材料的制备时，成型过程中纳米级热塑性纤维对增强纤维具有更好的浸渍效果。
【专利说明】
-种纤维増强热塑性复合材料用混纤纱
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种复合材料用混纤纱，具体设及一种纤维增强热塑性复合材料 用混纤纱。
【背景技术】
[0002] 连续纤维增强热塑性复合材料与热固性复合材料相比具有材料初性好、可二次加 工，方便回收再加工和基体塑料品种多、选择余地大等优势。但是，其存在塑料融料粘度大， 不利于成型加工等问题。
[0003] 为了解决热塑性塑料成型过程中的粘度大、与增强纤维浸润性差等问题，人们将 连续长纤维与热塑性纤维进行混纱制成混纤纱，W应用于后续的复合材料制备。如中国发 明专利CN103601973A公开了一种增强纤维和热塑性塑料纤维混编制备复合材料的方法。但 是，运些方法都是通过成型过程中热塑性塑料纤维的烙融实现其与增强纤维之间的浸溃， 而热塑性塑料纤维的直径在微米级范围，其塑料烙融尺度也是微米级的，因此，其与直径也 多为微米级的增强纤维的浸溃效果并非十分理想。
[0004] 研究表明，纳米尺寸的热塑性塑料的烙融溫度要低于微米尺寸的同种塑料的烙融 溫度。因此，将热塑性纤维直径纳米化，则其成型过程中的烙融将更加容易，相同溫度下对 增强纤维的浸溃效果将更好。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种纤维增强热塑性复合材料用混纤纱。所述混纤纱用 于纤维增强热塑性复合材料的制备时，成型过程中纳米级热塑性纤维对增强纤维具有更好 的浸溃效果。
[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用W下技术方案：
[0007] -种纤维增强热塑性复合材料用混纤纱，所述混纤纱由平行取向的增强纤维与无 规取向的热塑性纳米纤维的混编纱组成，所述增强纤维的直径为1~30WI1，所述热塑性纳米 纤维的直径为10~lOOOnm，所述增强纤维和热塑性纳米纤维的质量比为1:9~9:1。
[000引所述的混纤纱的第一优选技术方案，所述增强纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳绝 纤维、聚酷亚胺纤维和棚纤维中的一种或几种的组合。
[0009] 所述的混纤纱的第二优选技术方案，所述增强纤维为PAN碳纤维。
[0010] 所述的混纤纱的第=优选技术方案，所述热塑性纳米纤维为热塑性塑料纳米纤 维。
[0011] 所述的混纤纱的第四优选技术方案，所述热塑性纳米纤维为选自聚酸酷亚胺纳米 纤维、聚苯硫酸纳米纤维、聚乙締纳米纤维、聚丙締纳米纤维、聚酷胺纳米纤维、聚醋纳米纤 维和聚丙締腊纳米纤维中的一种或几种的组合。
[0012] 所述的混纤纱的第五优选技术方案，所述热塑性纳米纤维为聚丙締腊纳米纤维。
[0013] 所述的混纤纱的第六优选技术方案，所述增强纤维和热塑性纳米纤维的质量比为 1:4~9:1。
[0014] 所述的混纤纱的第屯优选技术方案，所述增强纤维和热塑性纳米纤维的质量比为 3:2。
[0015] -种所述混纤纱的制备方法，所述制备方法包括W下步骤：
[0016] (1)通过导纱装置使纱架上的增强纤维束平行排布地通过混纱装置；
[0017] (2)所述混纱装置将热塑性纳米纤维混编于增强纤维束，形成混纤纱；
[0018] (3)所述混纤纱利用纤维收卷装置收集。
[0019] 所述混纤纱的其制备方法的第一优选技术方案，所述混纱装置为静电纺丝装置， 所述混编采用静电纺丝方式。
[0020] 所述混纤纱的其制备方法的第二优选技术方案，所述混纤纱中热塑性纳米纤维与 增强纤维的质量比通过纺丝时间和喷丝头数量等工艺参数进行控制。
[0021] 所述的混纤纱用于制备连续长纤维增强热塑性复合材料的应用。
[0022] 和最接近的现有技术相比，本实用新型具有W下优异效果：
[0023] 1)本实用新型的纳米级热塑性塑料纤维的烙融溫度低于常规的微米级热塑性塑 料纤维，在复合材料成型过程中更易烙融；同时，热塑性塑料纤维烙体非常容易渗入增强纤 维间隙，对增强纤维浸溃效果较好；
[0024] 2)本实用新型混纤纱中热塑性纳米纤维无规取向的混编在增强纤维中，复合材料 成型过程中可W向各个方向烙融，对增强纤维的浸溃更加完全。
【附图说明】
[0025] 图1:热塑性聚丙締腊纳米纤维和T700碳纤维的混纤纱电镜图；
[00%]图2:热塑性聚酸酷亚胺纳米纤维和T700碳纤维的混纤纱电镜图；
[0027] 图3:热塑性聚聚苯硫酸纳米纤维和T700碳纤维的混纤纱电镜图。
【具体实施方式】：
[0028] 下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，但本实用新型保护范围并不 局限于此。
[00巧]实施例1
[0030] 热塑性聚丙締腊纳米纤维和碳纤维混纤纱的制备如下：
[0031 ] 1、所述碳纤维的制备方法如下：
[0032] 1)制备聚丙締睛纺丝原液：W质量比为95:3:2的AN丙締腊:M丙締酸甲醋：IA衣康 酸为原料在60°C常压下进行聚合反应，制备聚丙締腊共聚物，再在40°C负压下脱除单体，得 聚丙締睛纺丝原液；
[0033] 2)聚丙締腊纤维的纺丝:步骤1)所得纺丝原液经过滤喷丝，喷丝头出来的原液细 流在(TC左右的凝固浴中冷却成型，成型后的凝胶丝条采用55°C的纯水水洗；
[0034] 3)原丝牵伸:步骤2)所得水洗后的原丝依次进行85 °C、90°C和95 °C的热水牵伸、上 油、干燥致密化、蒸汽牵伸、蒸汽定型和干燥致密化，得PAN原丝；
[0035] 4)制备PAN碳纤维:步骤3)所得PAN原丝预氧化，再分别经650°C低中溫碳化5min和 1200°C高溫碳化Imin后进行上浆，烘干后得到成品PAN碳纤维；
[0036] 5)表面处理：W碳酸氨锭溶液为电解液，对PAN碳纤维进行电化学氧化表面处理， 卷曲得到PAN碳纤维成品。
[0037] 2、热塑性聚丙締腊纳米纤维和碳纤维混纤纱：
[0038] 1)纱架上的PAN碳纤维束通过导纱装置平行排布着通过静电纺丝装置；
[0039] 2)静电纺丝制备的热塑性聚丙締腊纳米纤维混编在增强纤维束上，形成混纤纱；
[0040] 3)混纤纱通过纤维收卷装置收集。
[0041] 其中制备聚丙締腊纳米纤维的静电纺丝液配制如下：用二甲亚讽将丙締腊:偶氮 二异下腊：1,4-二（2-巧挫-9-二硫代甲酸）异下酸苯醋按3500:0.5:2.5的摩尔比例混合于 65°C下聚合制得的均分子量为80000~90000g/mol的聚丙締腊制成15%的静电纺丝聚丙締 腊溶液；
[0042] 静电纺丝工艺参数:电压为10KV，针头到接收屏的距离为12cm，注射速度为0.2mm/ h。
[0043] 混纤纱中碳纤维的直径在I~30微米左右，聚丙締腊纳米纤维的直径为200~ SOOnm纳米，碳纤维和聚丙締腊纳米纤维的质量比为3:2。
[0044] 实施例2
[0045] 热塑性聚丙締腊纳米纤维和碳纤维混纤纱的制备如下：
[0046] (1)纱架上的T700碳纤维束通过导纱装置平行排布着通过静电纺丝装置；
[0047] (2)静电纺丝制备的热塑性聚丙締腊纳米纤维混编在增强纤维束上，形成混纤纱；
[0048] (3)混纤纱通过纤维收卷装置收集。
[0049] 混纤纱中T700碳纤维的直径在1~30微米左右，聚丙締腊纳米纤维的直径为10~ 1000纳米，T700碳纤维和聚丙締腊纳米纤维的质量比为9:1。
[0050] 图1为热塑性聚丙締腊纳米纤维和T700碳纤维混纤纱的电镜图，由图可W看出：平 行取向的为T700碳纤维，聚丙締腊纳米纤维无规取向的混编于T700碳纤维中。
[0化1]实施例3
[0052] 热塑性聚酸酷亚胺纳米纤维和碳纤维混纤纱的制备如下：
[0053] (1)纱架上的T700碳纤维束通过导纱装置平行排布的通过静电纺丝装置；
[0054] (2)静电纺丝装置制备的热塑性聚酸酷亚胺纳米纤维混编在增强纤维束上，形成 混纤纱；
[0055] (3)混纤纱通过纤维收卷装置收集。
[0化6] 混纤纱中T700碳纤维的直径在1~30微米左右，聚酸酷亚胺纳米纤维的直径为10 ~1000纳米，T700碳纤维和聚酸酷亚胺纳米纤维的质量比为3:2。
[0057]图2为热塑性聚酸酷亚胺纳米纤维和T700碳纤维混纤纱的电镜图，如图所示:平行 取向的为T700碳纤维，聚酸酷亚胺纳米纤维无规取向的混编于T700碳纤维中。
[0化引实施例4
[0059] 热塑性聚苯硫酸纳米纤维和碳纤维混纤纱的制备如下：
[0060] (1)纱架上的T700碳纤维束通过导纱装置平行排布通过静电纺丝装置；
[0061] (2)静电纺丝装置将制备的热塑性聚苯硫酸纳米纤维混编在增强纤维束上，形成 混纤纱；
[0062] (3)混纤纱通过纤维收卷装置收集。
[0063] 混纤纱中T700碳纤维的直径在I~30微米左右，聚苯硫酸纳米纤维的直径为10~ 1000纳米，T700碳纤维和聚苯硫酸纳米纤维的质量比为1:4。
[0064] 图3为热塑性聚苯硫酸纳米纤维和T700碳纤维混纤纱的电镜图，如图所示:平行取 向的为T700碳纤维，聚苯硫酸纳米纤维无规取向的混编在T700碳纤维中。
[0065] 对实施例1-4所得混合纱采用热压机分别进行加热使所述的热塑性纳米纤维烙 融，热塑性纳米纤维烙融体与碳纤维相互浸润，冷却后即形成热塑性增强纤维复合板，将复 合板置入成型模具中，注入与热塑性纳米纤维相同的聚合物，经加热使后注入的聚合物与 热塑性增强纤维复合板烙合成一体，冷却后即成制品，所得制品的性能如表1所示：
[0066] 表 1
[0067]
[0068] W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技 术人员应当理解，参照上述实施例可W对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替 换，运些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种纤维增强热塑性复合材料用混纤纱，其特征在于，所述混纤纱为平行取向的增 强纤维与无规取向的热塑性纳米纤维的混编纱，所述增强纤维的直径为1~30μπι，所述热塑 性纳米纤维的直径为IO~I OOOnm。2. 根据权利要求1所述的混纤纱，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶 纤维、聚酰亚胺纤维或硼纤维。3. 根据权利要求2所述的混纤纱，其特征在于，所述增强纤维为PAN碳纤维。4. 根据权利要求1所述的混纤纱，其特征在于，所述热塑性纳米纤维为热塑性塑料纳米 纤维。5. 根据权利要求4所述的混纤纱，其特征在于，所述热塑性纳米纤维为聚醚酰亚胺纳米 纤维、聚苯硫醚纳米纤维、聚乙烯纳米纤维、聚丙烯纳米纤维、聚酰胺纳米纤维、聚酯纳米纤 维或聚丙烯腈纳米纤维。6. 根据权利要求5所述的混纤纱，其特征在于，所述热塑性纳米纤维为聚丙烯腈纳米纤 维。
【文档编号】D02G3/04GK205529242SQ201520989517
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年12月2日
【发明人】杨青, 陈新, 兰逢涛, 何州文, 刘辉, 朱镇, 白会涛, 阳武
【申请人】国网智能电网研究院, 国家电网公司