[發明專利]一種可模壓的單一纖維長度分布的高性能熱塑性復合材料

有效

• 申請號: 202011590561.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112831109B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 范欣愉;孟姍姍;熊鑫;蒲穎;鄧榮堅;肖鵬
• 申請（專利權）人: 廣州金發碳纖維新材料發展有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/12;C08L77/00;C08L67/02;C08L55/02;C08L69/00;C08L81/02;C08L61/16;C08L71/10;C08L77/02;C08K7/14;B29C70/52;B29C51/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;郝傳鑫

本發明提供了一種可模壓的單一纖維長度分布的高性能熱塑性復合材料，包括以下組分：玻璃纖維絲25?75份；樹脂25?75份。本發明涉及的工藝路線和最終材料的優勢是：相比于傳統LFT材料，能夠不損傷增強纖維的長度，使纖維保留長度分布單一，完整保留原始LFT?G粒子中纖維的長度，能最大程度發揮纖維的力學性能優勢，纖維保留長度分布單一一般指具有一個長度值的纖維，也可以是兩個或兩個以上長度值，但最好不多于五個長度值的纖維，過多長度不同的LFT?G粒子的混合物將惡化該發明所涉及的產品的成本，應該予以避免，即使通過該發明生產具有多個纖維保留長度值的復合材料，仍明顯有別于傳統LFT復合材料較寬泛的保留纖維長度分布，并具有明顯的力學性能的優勢。

技術領域

本發明涉及聚丙烯復合材料技術領域，尤其是涉及一種可模壓的單一纖維長度分布的高性能熱塑性復合材料。

背景技術

短纖維增強熱塑性材料(SFT)制品中的纖維保留長度一般＜1mm，而長纖維增強熱塑性材料(LFT)制品中的纖維保留長度一般10mm，且纖維長度分布較寬，在10^-1到10¹mm之間。與短纖維增強熱塑性復合材料相比，長纖維增強熱塑性材料有以下優點：纖維長度較長，能明顯提高制品的力學性能，耐蠕變性能提高，尺寸穩定性好，部件成型精度高；比剛度和比強度高，抗沖擊性能好，可模壓較大的、形狀復雜的部件且尺寸穩定性好，廣泛應用于汽車結構件或次結構件以及其他主承力結構等。

現在主要有3種加工方式的長纖維增強熱塑性材料，第一種是LFT-G(Long-FiberReinforce Thermoplastic Granules)長纖維增強熱塑性復合材料粒料，零部件制造商將LFT-G粒料在擠出機中熔融，經過螺桿混煉注塑到模具中成型，得到特定形狀的制件。在LFT-G粒料注塑成型過程中，纖維在螺桿剪切作用下，纖維會被打斷損傷，相比于LFT-G粒料中纖維長度會進一步降低，制品中纖維保留剩余長度一般5mm，且纖維保留長度分布較寬。第二種是LFT-D-CM(Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct compressionmolding)長纖維增強熱塑性復合材料直接在線模壓成型。該工藝中樹脂經過熔融、混煉再經過螺桿傳輸與切斷的纖維絲束(在線直喂切斷或已經離線切斷的短纖維)匯合，經過第二階段的螺桿混煉，擠出LFT高溫坯料。LFT坯料通過機械手或人工轉移到模具內，經壓機模壓成型制件。第三種是LFT-D-IM(Long-Fiber Reinforce Thermoplastic Direct injectionmolding)長纖維增強熱塑性復合材料直接在線擠出注塑成型，樹脂經過熔融、混煉被螺桿傳輸到特定模具里，與直喂絲束并在同一螺桿內切斷的纖維匯合，樹脂和纖維經過進一步的混煉，直接擠出注塑到模具內，成型制件。

綜上所述，無論SFT還是LFT被加工成的制品，其內在纖維均需要經過螺桿擠出機的混煉和剪切，纖維受到斷裂損傷，并大大降低纖維原始長度。雖然和SFT材料比，LFT有較長的保留纖維長度以及相對應的力學性能優勢，但纖維的性能由于較短的纖維保留長度和較寬的纖維長度分布而并沒有得到充分的發揮，進而導致復合材料的性能受到損失而未能完全發揮出來。

專利201410226841.4提供一種復合材料建筑模板的LFT-D成型工藝，包括步驟10、樹脂由真空上料系統至矢量式稱重系統按照模板重量定量后進入一階雙螺桿擠出機加熱熔融后在二階雙螺桿擠出機進料口與玻璃纖維同時進入二階雙螺桿擠出機進行混合塑化，其中，玻纖是由玻纖計量切斷裝置按設定的初始長度24-25mm切斷加入到樹脂熔體中，并由樹脂熔體的剪切作用進行二次長度變化；步驟20、經二階雙螺桿擠出機塑煉均勻后，生料經二階螺桿模口切刀按照模板的重量切斷后，保溫輸送至取料位移位置，由機械手將生料取放至壓機模具內上模壓成型。本發明工藝可使制品內的玻纖長度較長，使制品性能得到有效提升。雖然和其他成型方式相比，該加工方式的纖維長度損失較小，但纖維也同樣經過螺桿擠出機混煉剪切斷裂。且在最終制品中，纖維保留長度大部分小于10mm，遠小于喂入的纖維初始長度。

發明內容