CN103538262A - 一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料及其生产工艺。一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料及其生产工艺，其特征在于：该复合材料是利用麻纱与丙纶制作成包覆纱，将包覆纱织成织物，最后将织物经过成型机制作成复合材料。它包括：如图1所示将丙纶长丝在花式捻线机纱包覆在高强麻纱上形成高强麻纱为芯外包丙纶的包覆纱，以此包覆纱为经纬纱线在机织机上进行机织形成机织预型件，机织预型件在平板硫化机上进行热压成型工艺形成了麻纱/丙纶热塑性增强复合材料。本发明第一次公开利用此工艺生产制作麻纱/丙纶热塑性增强复合材料。麻纱/丙纶热塑性增强复合材料对麻纤维增强热塑性复合材料的开发和研究符合绿色生态材料的发展要求。

Description

一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料及其生产工艺
技术领域
本发明涉及新材料新工艺技术领域，特别是涉及一种纤维增强复合材料。 
背景技术
在纤维增强复合材料中增强纤维一般包括麻、玻璃纤维、碳纤维、芳纶、超高模聚乙烯、陶瓷和金属纤维或纤维束，其中麻是天然绿色纤维，其他皆为人造纤维。对麻纤维增强热塑性复合材料的开发和研究符合绿色生态材料的发展要求，对其可以开发出更高性能的产品，可以满足日益增长的市场需求。目前麻纱复合材料成型工艺中预浸渍工艺不能完全满足其性能要求，本发明采用丙纶包覆麻纱制作包覆纱的预浸渍工艺，在成型工艺时，在不影响麻纱自身强力的条件下，丙纶充分包覆麻纱导致丙纶溶解时能充分浸润麻纱以提高复合材料的浸润性，从而优化复合材料最终的性能。目前，麻纱/丙纶热塑性增强复合材料的生产工艺还没见公开。 
发明内容
本发明提供了一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料及其生产工艺，以解决满足复合材料性能要求的同时符合绿色生态材料的发展要求，提高基体的浸润性能，提高复合材料整体力学性能。 
附图说明
图1：复合材料的结构图，图中1为丙纶基体，2为浸润增强麻纱织物间隙的丙纶基体，3为增强麻纱织物，4为多层麻纱织物； 
 图2：本发明的麻纱/丙纶热塑性增强复合材料生产流程图；
图3：热压成型示意图。
具体实施方式
如图1所示，麻纱/丙纶热塑性增强复合材料由多层增强麻纱织物和丙纶基体组成，多层增强麻纱织物以各种形式的铺层角度进行铺层，包覆在麻纱表面的丙纶复丝在热压的条件下融化并在增强麻纱织物空隙及热压模具中自由流动，当热压成型结束后形成了以丙纶为基体麻纱织物为增强体的稳定复合材料结构。 
本发明所采用的总体制造工艺是： 
（1）原料选择
麻纱选择力学性能较为优异的剑麻纱、洋麻纱、黄麻纱、亚麻纱、大麻纱，纱线粗细以小于20支的粗纱为主，可满足复合材料中增强纤维的力学要求；丙纶选择由多根单丝组成的复丝，熔点165℃-173℃，可满足复合材料中热塑性基体熔融温度配合增强体的热性能。
（2）制作包覆纱 
采用花式捻线机制作包覆纱，优选采用苏州蘭博电器有限公司LBF12-4A型数控花式捻线机。中空锭捻度和空心锭转速是包覆纱制作的主要工艺参数，中空锭捻度400-1600，空心锭转速3600-5600。制作出的包覆纱麻纤维质量分数为40%-70%。，而本发明所述的形成麻纱/丙纶包覆纱法是最好的浸渍方法，以麻纱线作为复合材料的增强体，热塑性树脂丙纶长丝作为基体，在强力上不仅利用了纤维的强力还可以利用纱线结构上的强力，并且纱线在包覆纱中是呈伸直状的，这种方法还可以使增强体和基体均匀紧密结合一起，提高纤维在基体中分布均匀度，在后道加工中也不用进行上浆等工作
（3）织造机织预型件
以包覆纱为经纬线，在织机上进行织造，经纬纱密度以形成经纬纱平行排列而没有形成覆盖的临界点为最佳，此时织物密度最高，并且经纱与经纱之间、纬纱与纬纱之间没有形成交叠，织物组织结构以三原组织及三维组织为主，其他组织结构亦可。
（4）复合材料成型工艺 
如图3所示为热压示意图。机织预型件的铺层工艺：层数越多，复合材料强力越高；铺层是以对角45°铺层，复合材料各向强力差异最小性能最优。预型件模具厚度以正好将融化后的丙纶基体填充于整个增强织物间隙为最佳。只有合适的模具厚度下的复合材料才具有最好的剥离强力和浸润效果，树脂刚好能充满整个增强织物间的空隙，这样条件下的麻纱/丙纶复合材料的浸润效果就是最好，剥离性能也是最好的。热压温度170-190℃，时间1-8min，压力3-7MPa。织物预型件在热压过程中，为了更好的脱模，需要垫一层脱模纸。
与现有技术相比，本发明提供了一种新的复合材料成型工艺，有效地解决了复合材料高性能的要求和对绿色生态环保的发展要求，填补了这一领域的空白。麻类纱线及丙纶长丝作为纺织原料，成本低廉，产量巨大，结合后生产的麻纱/丙纶热塑性增强复合材料具有优异的使用性能，可使用在汽车、建筑、土工、交通运输等各方面，将会产生巨大的经济效益。 
实施例1
（1）原料选择
表1 原料参数
Figure 904095DEST_PATH_IMAGE002
（2）包覆纱制作
采用苏州蘭博电器有限公司LBF12-4A型数控花式捻线机，其基本档位设置如下表2，包覆纱基本参数如下表3。
表2 基本档位设置 
中空锭档位 环锭档位 前罗拉档位 后罗拉1档位 后罗拉2档位 中罗拉档位 芯纱罗拉档位 输出罗拉档位
0.206 0.36 6.52 20.26 20.26 20.26 13.06 13.04
退绕系数 张力系数 超喂比 牵伸倍数1 牵伸倍数2 予牵伸1 予牵伸2 同步提速
0 1 0.98 10 10 10 10 1.5
表3  包覆纱基本性能
Figure 758918DEST_PATH_IMAGE004
（3）机织预型件的制作
设计经纱密度122根/10cm，设计纬纱密度72根/10cm，织物组织结构为平纹，经过织造后，下机机织预型件的基本性能如下表4。
表4 机织预型件性能 
（4）热压成型工艺
设计模具厚度为2层机织预型件0.8mm，铺层方向45°，热压工艺温度180℃，压力6MPa，时间5分钟。实际复合材料厚度0.742 mm，其拉伸强度为27.560MPa。

Claims (3)

1.一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料：麻纱/丙纶热塑性增强复合材料由多层增强麻纱织物和丙纶基体组成，多层增强麻纱织物以各种形式的铺层角度进行铺层，包覆在麻纱表面的丙纶复丝在热压的条件下融化并在增强麻纱织物空隙及热压模具中自由流动，当热压成型结束后形成了以丙纶为基体麻纱织物为增强体的稳定复合材料结构。
2.一种麻纱/丙纶热塑性增强复合材料的制造方法，将麻纱制作成织物，将丙纶融化作为基体充满增强麻纱织物，其特征在于：该复合材料是利用丙纶外包麻纱制作成包覆纱，将包覆纱织造成机织物，最后将织物经过热压成型制作成麻纱热塑性复合材料，它包括：将丙纶长丝在花式捻线机纱包覆在高强麻纱上形成高强麻纱为芯外包丙纶的包覆纱，以此包覆纱为经纬纱线在机织机上进行机织形成机织预型件，机织预型件在平板硫化机上进行热压成型工艺形成了麻纱/丙纶热塑性增强复合材料，其工艺特征在于：
（1）原料选择
麻纱选择性能较为优异的剑麻纱、洋麻纱、黄麻纱、亚麻纱、大麻纱，纱线粗细以支数小于20支的粗纱为主；丙纶选择由多根单丝组成的复丝，熔点165℃-173℃；
（2）包覆纱制作
采用数控花式捻线机纺制包覆纱，中空锭捻度400-1600，空心锭转速3600-5600，包覆纱中麻纤维质量分数为40%-70%；
（3）机织预型件制作
以包覆纱为经纬线，在织机上进行织造；
（4）复合材料成型工艺
层数越多，复合材料强力越高；铺层是以对角45°铺层，复合材料强力最高，预型件模具厚度以正好将融化后的丙纶基体填充于整个增强织物间隙为最佳，热压温度170-190℃，时间1-8min，压力3-7MPa。
3.根据权利要求2所述的生产工艺，其特征还包括添加保护剂、脱模纸等，最大限度的保护丙纶基体、增强麻纱织物不被破坏，更方便的脱模，从而使其具有高性能复合材料的基本特性，具有高强力、高耐磨、可重复利用等特性。
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