[發明專利]一種高強度、高抗沖非連續纖維增強熱塑性復合材料預制體及其制備方法

有效

• 申請號: 201910352479.8
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN111844822B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 陳大華;陳金偉;何亮;喻慧文;莊文柳;劉青山;李建剛
• 申請（專利權）人: 廣東輕工職業技術學院
• 主分類號: B29D7/01
• 分類號: B29D7/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明公開了一種高強度、高抗沖非連續纖維增強熱塑性復合材料預制體及其制備方法。所述制備方法包括以下步驟：將熱塑性樹脂、助劑和連續纖維通過熔融浸漬的方式復合成為厚度為0.1～0.2mm的連續纖維增強熱塑性片材；將連續片材分切為長寬尺寸為(10～50mm)×(5～10mm)的小片；將分切好的小片材混合均勻以保持纖維分布的各向同性；加熱使混勻后的小片材熔融；然后通過低剪切的混煉設備進行混煉，使纖維達到各向同性分布；將處于熔融狀態的復合物熔體通過冷壓成厚度1～5mm的一定寬度的片材。與現有的制備方法相比，本發明制備出的非連續纖維增強熱塑性復合材料各向同性更好，沖擊強度更高。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種高強度、高抗沖非連續纖維增強熱塑性復合材料預制體及其制備方法。

背景技術

纖維增強熱塑性復合材料主要有兩大類：連續纖維增強熱塑性復合材料(CFRTP)和非連續纖維增強熱塑性復合材料；非連續纖維增強熱塑性復合材料又分為三類：短纖維增強熱塑性復合材料(SFT)、長纖維增強熱塑性復合材料(LFT)及纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)。

連續纖維增強熱塑性復合材料(CFRTP)具有媲美金屬的強度和抗沖性能，但存在成型加工性能差、制品結構設計自由度低的缺點；非連續纖維增強熱塑性復合材料SFT、LFT、GMT雖然成型加工性能好，但存在抗沖性能(缺口沖擊強度)太低，與金屬相比差得太遠，難以實現真正意義上的“以塑代鋼”。

在SFT的相關專利中，比如公開號CN101311222B、名稱為“一種高抗沖纖維增強工程塑料及制備方法”的專利申請中，采用雙螺桿共混擠出制備工藝，其拉伸強度僅為111.1MPa；缺口沖擊強度僅為22.2kJ/m²；比如公開號CN10271907B、名稱為“一種具有高沖擊強度的纖維增強聚碳酸酯樹脂及其制備方法”的專利申請中，采用雙螺桿共混擠出制備工藝，其拉伸強度僅為114.5MPa；缺口沖擊強度僅為118.1J/m(約12kJ/m²)；比如公開號CN106751765A、名稱為“一種耐磨高抗沖尼龍復合材料及其制備方法和應用”的專利申請中，采用雙螺桿共混擠出制備工藝，其拉伸強度最高僅為151MPa；缺口沖擊強度僅為11.9kJ/m²。

在LFT的相關專利中，比如公開號CN105273316A、名稱為“一種高抗沖長纖維增強聚乙烯(PE)復合材料及制備方法”的專利申請中，采用熔融浸漬制備工藝，其拉伸強度最高僅為130MPa；缺口沖擊強度最高僅為40kJ/m²；比如公開號CN 108219287 A、名稱為“一種低翹曲高抗沖長纖維增強聚丙烯復合材料及其制備方法”的專利申請中，采用熔融浸漬制備工藝，其拉伸強度最高僅為86.4MPa；缺口沖擊強度僅為31.1kJ/m²。

在公開號CN10931850A、名稱為“一種非連續大線長纖維增強熱塑性復合材料模壓預制體及其制備方法”的專利申請中，采用CFRTP連續片材分切成一定長度和寬度的非連續片材再壓制成預制體，沖擊強度得到顯著提高，但各向異性非常明顯，不同方向上的沖擊強度相差一倍左右，詳見表1。

表1：

從以上非連續纖維增強熱塑性復合材料專利申請可以看出，目前還沒有拉伸強度超過150MPa、同時各個方向上缺口沖擊強度超過150kJ/m²的高強度、高抗沖非連續纖維增強熱塑性塑料。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種高強度、高抗沖非連續纖維增強熱塑性復合材料預制體的制備方法，旨在解決非連續纖維增強熱塑性復合材料的強度和抗沖性能不足、各向異性明顯的問題。

本發明的另一目的在于提供了一種由上述制備方法制得的高強度、高抗沖非連續纖維增強熱塑性復合材料預制體。

本發明的目的通過下述技術方案實現：