[發明專利]一種輕質耐壓縮熱塑性復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810033487.1
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108248136A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 許福軍;張昆;王立永;宮浩;應芷欣;薛有松;邱夷平
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B32B7/10
• 分類號: B32B7/10;B32B37/06;B32B37/04;B32B9/02;B32B9/04;B32B27/12;B32B27/02;B32B27/32;B32B27/28;B32B9/00;B32B17/02;B32B17/12;B32B33/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王文穎

本發明公開了一種輕質耐壓縮熱塑性復合材料及其制備方法。所述復合材料包括通過間隔紗連接的兩層面層構成的三維間隔結構織物，每層面層由經紗、緯紗構成，間隔紗的外層纖維受熱相互粘合，形成交聯的彈性網絡結構。制備方法為：采用三維機織織造工藝，將間隔紗、經紗、緯紗織造成三維間隔織物；將三維間隔織物在厚度方向上壓縮，使相鄰間隔紗壓縮成屈曲結構并相互觸碰；對三維間隔織物進行加熱，經紗、緯紗纖維的表層融化后相互粘合在一起形成復合材料結構，間隔紗纖維的表層融化后相鄰間隔紗觸碰處形成粘接點相互粘合，形成交聯的彈性網絡結構，從而獲得了很好的耐壓縮能力。本發明方法新穎，成本低，過程簡單，適合于產業化生產。

技術領域

本發明涉及一種輕質耐壓縮熱塑性復合材料及其制備方法，屬于復合材料的制備技術領域。

背景技術

隨著社會的發展，人們對復合材料提出的更高的要求，比如輕質、高強、抗分層和耐壓縮等綜合特性。熱固性復合材料由于強度模量高，耐腐蝕和耐老化等性能，在工業領域廣泛應用。然而，熱固性復合材料也具有密度較大，不可降解，不易回收利用的缺陷。有人采用蜂窩結構復合材料板或者三明治結構發泡材料復合材料板作為輕質抗壓縮材料。但是該類材料由于多層材料相互粘合而成，容易造成分層破壞。

以三維織物作為增強體制備的復合材料具有整體性好抗分層能力強的優點。三維間隔織物由兩個表面層和一個中間間隔層組成，通過連續的紗線將這三部分連接在一起。間隔織物的上下面層同傳統的二維織物一樣，由經緯紗交織而成，而中間芯層則是由連接上下面層的柱紗組成，柱紗沿織物經向呈“8”字形、X形或V形排列。由于兩個面層間有Z向連接，間隔織物復合材料克服了層合材料間的面、芯剝離現象，具有優異的整體性、耐久性和抗沖擊性。由于該材料可以一次復合成型，使加工成本降低，并且其擁有連續孔洞，具有整體性好、質地輕的特點。經廣泛應用于能源、交通運輸、建筑、航海等領域等方面。

然而，三維間隔織物復合材料收到壓縮時，間隔紗變形破壞導致材料的抗壓縮能力較弱。同過增加間隔紗的數量也無法顯著增加壓縮強度，還會增加重量。所以，缺少一種簡單有效的提高三維機織間隔復合材料壓縮性能的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種操作簡單，效果明顯的輕質耐壓縮熱塑性復合材料的制備方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種輕質耐壓縮熱塑性復合材料，其特征在于，包括通過間隔紗連接的兩層面層構成的三維間隔結構織物，每層面層由經紗、緯紗構成，間隔紗的外層纖維受熱相互粘合，形成交聯的彈性網絡結構。

優選地，所述間隔紗、經紗、緯紗采用包芯紗或純纖維；包芯紗的殼紗采用熱塑性纖維，芯紗采用合成纖維、天然纖維和金屬纖維中的任意一種或幾種的混雜，殼紗的熔點比芯紗低；純纖維為純熱塑性纖維或其與其它纖維的混雜。

更優選地，所述的熱塑性纖維為聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚醚醚酮纖維和聚苯硫醚纖維中的任意一種或幾種的混雜。

本發明還提供了上述輕質耐壓縮熱塑性復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：采用三維機織織造工藝，將間隔紗、經紗、緯紗織造成三維間隔織物；

步驟2)：將三維間隔織物在厚度方向上壓縮，使相鄰間隔紗壓縮成屈曲結構并相互觸碰；

步驟3)：對三維間隔織物進行加熱，經紗、緯紗纖維的表層融化后相互粘合在一起形成復合材料結構，間隔紗纖維的表層融化后相鄰間隔紗觸碰處形成粘接點相互粘合，形成交聯的彈性網絡結構，獲得輕質耐壓縮熱塑性復合材料。

優選地，所述步驟2)中三維間隔織物的壓縮比為0.1～0.9。

更優選地，所述步驟2)中三維間隔織物的壓縮比為0.5。