专利名称：三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维增强聚合物基复合材料，尤其是涉及一种三角状三维纤维中 空织物增强热塑性树脂复合材料的制法。
背景技术：
由于纤维增强聚合物基复合材料具有高强、轻质、耐腐蚀及可设计性等优点，在航 空、航天、国防等领域有广泛的应用。但由于原料和工艺成本的居高不下，限制了它在体育、 汽车、建筑等民用领域的应用。其中，特别是纤维增强热塑性树脂基复合材料，因为热塑性 树脂的粘度较高，为了能使其良好浸润纤维增强材料，相应需要高温、高压的极端条件，这 又进一步增加了对工艺设备的要求、提高了成本。因此，复合材料的低成本技术是其继续发 展的重要方向，其中树脂传递模塑以其制造成本低和先进的工艺引起了人们的高度重视， 而真空辅助对于制得低孔隙率的复合材料具有极大好处。但是目前以树脂传递模塑制备三 角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料还未见报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单、能规 模化生产的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现三角状三维纤维中空织物增强热塑 性树脂复合材料的制法，其特征在于，将纤维编成三角状三维纤维中空织物进行表面预处 理后铺入模具，并加热至120 20(TC，将模腔抽成真空，并保持一定真空度，在100-20(TC 的温度下将反应预聚体与催化剂体系的均勻混合溶液利用负压注入模具中，待溶液充满模 腔后，去掉真空、待反应完全后冷却成型即得产品。所述的纤维包括玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、硼纤维、不锈钢纤维、芳香族聚酰胺 纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一种或几种。所述的表面预处理是将编成三角状三维纤维中空织物的纤维置于110 130°C烘 箱中干燥2 5小时。所述的反应预聚体为己内酰胺、十二内酰胺、甲基丙烯酸甲酯或对苯二甲酸环丁 二醇酯单体中的一种或几种，或者为上述单体与尼龙-6、尼龙-66、尼龙-610、尼龙-11、尼 龙-12或高温尼龙的混合物，或者为上述单体或混合物与无机微米或纳米填料的混合物。所述的填料包括玻璃珠、石墨、碳纳米管、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三 氧化二铝或稀土氧化物中的一种或几种。所述的真空度为-3 _8KPa。所述的反应预聚体与催化剂体系的混合溶液在注入模具前需用干燥的氮气气氛 保护。所述的催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、己内酰胺钠、甲醇钠或乙醇钠、过氧化苯 甲酰、碳化二亚胺、邻苯二甲酸二丁酯或苯酚钛中的一种或几种，催化剂的加入量为反应预聚体的 l_100wt%o。反应预聚体中还可加入活化剂，所述的活化剂包括2，4_甲苯二异氰酸酯、苯甲酰 氯或乙酰化己内酰胺中的一种或几种，活化剂的加入量为反应预聚体的l_10wt%0。所述的三角状三维纤维中空织物可构筑成自行车骨架形状。与现有技术相比，本发明结合了热塑性树脂的原位聚合反应与真空辅助树脂传递 模塑工艺的优点，利用低粘度单体进行充模成型，避免了高粘度热塑性树脂充模所需的高 温、高压条件，降低了工业应用成本。所制得复合材料具有良好的力学性能，因此在汽车、电 器、机械等行业上有广泛应用。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1以下结合三角状三维玻璃纤维中空织物增强原位形成聚酰胺6树脂为具体实例 来说明本发明所涉及的方法和工艺。将预先编织好的三角状三维玻璃纤维中空织物置于120°C烘箱中干燥3h，取出后 即铺入模温160°C的模具中，并密封抽取真空，保持真空度_6KPa(为防止己内酰胺单体沸 腾)。己内酰胺单体在160°C下真空蒸馏除去水分，并加入催化剂氢氧化钠(#t%。)和活化 剂2，4_甲苯二异氰酸酯(#t%。)，搅拌均勻后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉 真空，160°C保温30min后，自然冷却，卸模。实施例2以下结合三角状三维石英纤维中空织物增强原位形成聚酰胺12树脂将预先编织好的三角状三维石英纤维中空织物置于110°C烘箱中干燥5h，取出后 即铺入模温120°C的模具中，并密封抽取真空，保持真空度_3KPa。十二内酰胺单体在100°C 下真空蒸馏除去水分，并相继加入己内酰胺钠(12wt%。)和碳化二亚胺(15wt%。)，搅拌均勻 后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，120°C保温60min后，自然冷却，卸模。实施例3以下结合三角状三维碳纤维中空织物增强原位形成聚甲基丙烯酸甲酯树脂将预先编织好的三角状三维碳纤维中空织物置于130°C烘箱中干燥池，取出后即 铺入模温185°C的模具中，并密封抽取真空，保持真空度_8KPa。甲基丙烯酸甲酯单体与过 氧化苯甲酰(lwt%。)、邻苯二甲酸二丁酯(100wt%。)的溶液于氮气保护下在130°C下真空 蒸馏，搅拌均勻后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，180°C保温120min后，自 然冷却，卸模。实施例4以下结合三角状三维超高分子量聚乙烯纤维中空织物增强原位形成聚对苯二甲 酸丁二醇酯树脂将预先编织好的三角状三维超高分子量聚乙烯纤维中空织物(白行车骨架形状) 置于120°C烘箱中干燥4h，取出后即铺入模温200°C的模具中，并密封抽取真空，保持真空 度-5KPa。对苯二甲酸环丁二醇酯单体在180°C下熔融后，加入苯酚钛(100wt%。)，搅拌均 勻后即利用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，200°C保温IOmin后卸模。
实施例5将预先编织好的三角状三维玄武岩纤维和硼纤维(重量比1 1)中空织物置 于115°C烘箱中干燥3. 5h，取出后即铺入模温200°C的模具中，并密封抽取真空，保持真空 度-4KPa。己内酰胺单体、尼龙-6及蒙脱土的混合物(重量比2 2 1)在200°C下真空 蒸馏除去水分，并相继加入乙醇钠(22wt%。)和乙酰化己内酰胺(6wt%。)，搅拌均勻后即利 用负压注入模具。待模腔充满后，去掉真空，200°C保温ieOmin后，自然冷却，卸模。所述的三角状三维纤维中空织物可构筑成自行车骨架形状。
权利要求
1.三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法，其特征在于，将纤维编 成三角状三维纤维中空织物进行表面预处理后铺入模具，并加热至120 200°C，将模腔 抽成真空，并保持一定真空度，在100-200°C的温度下将反应预聚体与催化剂体系的均勻混 合溶液利用负压注入模具中，待溶液充满模腔后，去掉真空、待反应完全后冷却成型即得产品 O
2.根据权利要求1所述的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法， 其特征在于，所述的纤维包括玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、硼纤维、不锈钢纤维、芳香族聚 酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制 法，其特征在于，所述的表面预处理是将编成三角状三维纤维中空织物的纤维置于110 130°C烘箱中干燥2 5小时。
4.根据权利要求1所述的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法， 其特征在于，所述的反应预聚体为己内酰胺、十二内酰胺、甲基丙烯酸甲酯或对苯二甲酸环 丁二醇酯单体中的一种或几种，或者为上述单体与尼龙-6、尼龙-66、尼龙-610、尼龙-11、 尼龙-12或高温尼龙的混合物，或者为上述单体或混合物与无机微米或纳米填料的混合 物。
5.根据权利要求4所述的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法， 其特征在于，所述的填料包括玻璃珠、石墨、碳纳米管、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、碳酸 钙、三氧化二铝或稀土氧化物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法， 其特征在于，所述的真空度为-3 _8KPa。
7.根据权利要求1所述的三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法， 其特征在于，所述的反应预聚体与催化剂体系的混合溶液在注入模具前需用干燥的氮气气 氛保护。
8.根据权利要求1所述的三角状三维纤维织物增强热塑性树脂复合材料的制备方法， 其特征在于，所述的催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、己内酰胺钠、甲醇钠或乙醇钠、过氧化 苯甲酰、碳化二亚胺、邻苯二甲酸二丁酯或苯酚钛中的一种或几种，催化剂的加入量为反应 预聚体的I-IOOwt%0。
9.根据权利要求1所述的三角状三维纤维织物增强热塑性树脂复合材料的制备方法， 其特征在于，反应预聚体中还可加入活化剂，所述的活化剂包括2，4_甲苯二异氰酸酯、苯 甲酰氯或乙酰化己内酰胺中的一种或几种，活化剂的加入量为反应预聚体的l_10wt%0。
10.根据权利要求1所述的三角状三维纤维织物增强热塑性树脂复合材料的制备方 法，其特征在于，所述的三角状三维纤维中空织物可构筑成自行车骨架形状。
全文摘要
本发明涉及三角状三维纤维中空织物增强热塑性树脂复合材料的制法，将纤维编成三角状三维纤维中空织物进行表面预处理后铺入模具，并加热至120～200℃，将模腔抽成真空，并保持一定真空度，在100-200℃的温度下将反应预聚体与催化剂体系的均匀混合溶液利用负压注入模具中，待溶液充满模腔后，去掉真空、待反应完全后冷却成型即得产品。与现有技术相比，本发明具有方法简单、能规模化生产等优点。
文档编号B29C70/36GK102059808SQ20091019868
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者杨桂生, 龚颖 申请人:合肥杰事杰新材料有限公司