一种一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法与流程

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法。

背景技术：

一体化夹层结构复合材料是一种新型的夹芯型复合材料，较传统的实心复合材料轻，克服了传统蜂窝、泡沫芯材等夹层复合材料易分层、耐冲击性差的缺点，并且具有可设计性强、可填充、预埋的优点，以及良好的保温、隔热、隔音效果，目前已经广泛应用于轨道交通、车载方舱、建材、通信和航空航天等领域。

目前，一体化夹层结构复合材料主要以热固性树脂为树脂基体，采用先将增强纤维编织成三维中空预制体，再进行热固性树脂浸润的两步成型方法，树脂二次浸润多采用手糊成型方法。但是，与热固性树脂相比，热塑性树脂尤其是特种工程塑料的粘度大，无法采用传统成型方法，且特种工程塑料成型温度高，对设备及辅材的耐温性和稳定性要求高，操作难度较大。因此，开发一种适合特种工程塑料的一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法是必要的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法，利用该成型方法，可以很好地解决热塑性树脂对三维中空预制体的浸润问题，保证中空织物的成型效果，具体的技术方案如下：

一种一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法，其包括以下步骤：

（1）将连续增强纤维丝束与热塑性树脂丝束进行复合，形成复合纱；

（2）将制备的复合纱通过专用特种织机织成一体化中空结构的三维织物预制体；

（3）将所述三维织物预制体进行加热，使热塑性树脂丝束熔融并浸润增强纤维丝束；

（4）冷却定型制成一体化夹层结构的复合材料。

所述复合纱为“皮芯结构”纱线，即伸直的增强纤维丝束为复合纱的轴，作为“芯层”，热塑性树脂丝束包覆在增强纤维的外侧，作为“皮层”。

为提高复合材料的性能，所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、矿物纤维高性能无机纤维中的至少一种。

为提高复合材料的性能，所述热塑性树脂为聚苯硫醚、聚醚醚酮、耐高温尼龙特种工程塑料中的一种。

优选的，所述“皮芯结构”纱线为包芯纱、包缠纱、复合缠络丝、复合并合丝、花式纱等的一种。

所述成型方法也可用于由具有不同熔点的同种热塑性树脂制成的复合纱的编织与成型。

有益效果：本发明将热塑性树脂纤维与增强纤维合股后织造一体化中空结构的三维织物预制体，加热后树脂纤维熔融浸渍增强纤维，解决了热塑性特种工程塑料粘度高，对中空结构织物增强体浸渍困难的问题。

热塑性树脂丝包覆在外层的“皮芯结构”纱线保证了树脂纤维熔融后对增强纤维丝束的一定浸渍效果，“芯层”的增强纤维丝束保证了织物预制体夹层结构的稳定。

本发明所提供的成型方法采用改造后的普通剑杆织机即可织造，且成型工艺对设备要求降低，工艺简单，生产成本降低。

附图说明

图1为“皮芯结构”纱线结构图。

图中标记为：1：芯层纱线；2：皮层纱线。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种玻璃纤维增强聚苯硫醚一体化夹层结构复合材料成型方法，包括以下步骤：

（1）将66tex的连续无碱玻纤纱作为“芯层”轴纱1与“皮层”聚苯硫醚（pps）纱2通过专用纺织设备进行复合，得到“皮芯结构”的包缠纱；

（2）通过专用特种织机织将步骤（1）制备的包缠纱织造成厚度为8mm的一体化中空结构三维织物预制体；

（3）将上述三维织物预制体置于平板硫化机上进行双面加热，加热温度为325℃，使热塑性树脂丝束熔融，包覆并浸润增强纤维丝束；

（4）整理中空织物四边，使三维织物预制体良好站立、厚度均匀，冷却定型制成玻璃纤维增强聚苯硫醚一体化夹层结构复合材料板。

表1实施例1所得一体化夹层结构的玻璃纤维增强pps复合材料的性能

技术特征：

1.一种一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将连续增强纤维丝束与热塑性树脂丝束进行复合，形成复合纱；

（2）将制备的复合纱通过专用特种织机织成一体化中空结构的三维织物预制体；

（3）将所述三维织物预制体进行加热，使热塑性树脂丝束熔融并浸润增强纤维丝束；

（4）冷却定型制成一体化夹层结构的复合材料；

所述复合纱为“皮芯结构”纱线，即伸直的增强纤维丝束为复合纱的轴，作为“芯层”，热塑性树脂丝束包覆在增强纤维的外侧，作为“皮层”。

2.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，步骤（1）所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、矿物纤维高性能无机纤维中的至少一种。

3.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，步骤（1）所述热塑性树脂为聚苯硫醚、聚醚醚酮、耐高温尼龙特种工程塑料中的一种。

4.如权利要求1所述“皮芯结构”纱线，其特征在于，所述“皮芯结构”纱线为包芯纱、包缠纱、复合缠络丝、复合并合丝、花式纱的一种。

5.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述成型方法也可用于由具有不同熔点的同种热塑性树脂制成的复合纱的编织与成型。

技术总结
一种一体化夹层结构热塑性复合材料成型方法，包括以下步骤：（1）将连续增强纤维丝束与热塑性树脂丝束进行复合，形成具有“皮芯结构”的复合纱；（2）将制备的复合纱通过专用特种织机织成一体化中空结构的三维织物预制体；（3）将所述三维织物预制体进行加热，使热塑性树脂丝束熔融并浸润增强纤维丝束；（4）冷却定型制成一体化夹层结构的复合材料。本发明所提供的成型方法解决了热塑性特种工程塑料粘度高，对三维织物增强体浸渍困难的问题，且成型工艺对设备要求降低，工艺简单，生产成本降低。

技术研发人员：水锋;王孝军;陈同海;杨杰;敬雪峰
受保护的技术使用者：南京特塑复合材料有限公司
技术研发日：2021.03.10
技术公布日：2021.06.22