CN103804888B

CN103804888B - 一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法

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Publication number: CN103804888B
Application number: CN201210440051.7A
Authority: CN
Inventors: 刘明昌
Original assignee: Hefei Genius New Materials Co Ltd
Current assignee: Hefei Genius New Materials Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN103804888A

Abstract

本发明属于材料技术领域，涉及一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。该复合材料由包含以下重量分数的组分制成：玻纤布50~70%，热塑性聚氨酯30~50%。发明中制备的玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料具有较高的强度和模量，而且聚氨酯是公认的耐磨材料，本复合材料主要应用于高档手机、笔记本电脑等电子产品的外壳。另外，本发明中该复合材料的制备方法与现有技术相比，制成的预浸料具有树脂分布均匀、厚度偏差小、挥发份含量低等特点，操作起来比较简单，而且可以使热塑性聚氨酯均匀分布到纤维增强层，提高了所得层压复合材料的性能。

Description

一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

连续纤维增强热塑性树脂是20世纪70年代初开发的一种聚合物基复合材料。它主要由热塑性树脂基体和连续增强纤维组成，树脂均匀地分布在纤维之间，形成连续相，以固定纤维的空间位置，并在材料内部传递载荷，赋予材料优良的力学性能、加工性能等。连续纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。连续纤维增强热塑性树脂较之连续纤维增强热固性塑料具有以下几方面突出的优点的：（1）预浸料可长期保存；（2）综合性能优良，特别是在高温、高湿度下仍能保持良好的力学性能；（3）成型适应性广、生产效率高；（4）制品可重复加工、再生利用。

目前，连续纤维增强热塑性塑料的主要制备方法有溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、悬浮浸渍法以及混编法，其中熔融浸渍法由于便于连续化生产、适应能力强等特点，广受欢迎，并且由此延伸出不同的浸渍方法，比如薄膜叠层法。薄膜叠层法是先将热塑性塑料通过熔融流延或吹塑制成薄膜，让平行排列的纤维束或织物与树脂薄膜相遇，纤维嵌入树脂膜中，经过压紧，冷却便制成了预浸料。薄膜叠层法制成的预浸料具有树脂分布均匀、厚度偏差小、挥发份含量低等特点，由于树脂中不含溶剂就避免了溶剂污染空气、溶剂回收等一系列问题。另外，薄膜的厚度可以根据实际需要控制，通过塑料密度、纤维密度计算出所需薄膜厚度，从而可以制备含胶量精确、均匀的复合材料，而且设备简单，便于生产。

另外，玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料具有很高的强度和模量，而且聚氨酯有高耐磨性和透明性，纤维布的纹路可以在树脂基体中一目了然，具有艺术美感，目前该类材料逐渐成为高档手机、笔记本电脑等电子产品外壳的首选。本发明正是提高一种玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料，由包含以下重量分数的组分制成：

玻纤布 50~70%，

热塑性聚氨酯 30~50%。

一种上述连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，包含以下步骤：

（1）制备热塑性聚氨酯薄膜；

（2）将玻纤布叠加到两层步骤（1）制得的热塑性聚氨酯薄膜的中间，再叠加到两层离型纸的中间，经过热压辊，使热塑性聚氨酯浸入到玻纤布中，再经过冷却装置，制得玻纤布预浸带；

（3）将步骤（2）制得的玻纤布预浸带裁剪、铺叠，并热压成型，得到连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料。

所述的步骤（1）中热塑性聚氨酯薄膜是通过热熔流延法或吹塑制得，薄膜的厚度为0.071~0.165mm。

所述的步骤（2）中纤维布与热塑性聚氨酯薄膜相遇，用热压辊将纤维布与树脂薄膜压成一个整体，冷却后切边，制备玻纤布预浸带，并回收离型纸。

所述的步骤（2）中热压辊温度从低到高，在180、200、220、230、240℃之间递升,预浸带经过热压辊的时间为3~5min。

所述的步骤（2）中冷却装置内部通常温循环水冷却辊。

所述的步骤（2）中制得的玻纤布预浸带的含胶量为30~50%，其中含胶量为：

所述的步骤（3）中热压成型的压力为4~6MPa，温度为220~240℃，成型时间为6~10min。

所述的聚氨酯复合材料的含胶量为30~50%。

本发明具有以下有益效果：

（1）薄膜叠层法制成的预浸料具有树脂分布均匀、厚度偏差小、挥发份含量低等特点，由于树脂中不含溶剂就避免了溶剂污染空气、溶剂回收等一系列问题。

（2）薄膜的厚度可以根据实际需要控制，通过塑料密度、纤维密度计算出所需薄膜厚度，从而可以制备含胶量精确、均匀的复合材料，而且设备简单，便于生产。

（3）可以制备高性能连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料。

附图说明

图1为连续玻纤增强热塑性聚氨酯预浸带的制备工艺流程示意图。

附图标注：

1纤维， 2热塑性聚氨酯薄膜，

3离型纸， 4热压辊，

5冷却装置， 6主轴，

7切刀， 8离型纸收卷辊，

9预浸带。

具体实施方式

现通过以下的实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

按照以下重量分数称取原料：

玻纤布 70%

热塑性聚氨酯 30%

通过以下步骤制备玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料：

（1）通过热熔流延法制得热塑性聚氨酯薄膜，薄膜的厚度为0.071mm；

（2）按照图1连续玻纤增强热塑性聚氨酯预浸带制备工艺流程示意图，将玻纤布1叠加到两层热塑性聚氨酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：180、200、220、230、240℃递增，预浸带经过热压辊的时间为3min使热塑性聚氨酯浸入到玻纤布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得含胶量为30%的玻纤布预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻纤布预浸带进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为5MPa，温度为230℃，成型时间为8min，制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料，其含胶量为30%（本实施例制得的连续玻纤增强热塑聚氨酯复合材料中，聚氨酯的质量百分比为30%，玻纤布的含量为70%）。

将制得的玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料板材按照GB/T 1449-2005制备成15mm×120mm的弯曲试样，进行性能测试，测试结果见表1。

图1中，纤维布与热塑性聚氨酯薄膜相遇，用热压辊将纤维布与树脂薄膜压成一个整体，冷却后切边，制备玻纤布预浸带，并回收离型纸。

实施例2

按照以下重量分数称取原料：

玻纤布 60%，

热塑性聚氨酯 40%；

通过以下步骤制备玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料：

（1）通过吹塑制得热塑性聚氨酯薄膜，薄膜的厚度为0.110mm；

（2）按照图1连续玻纤增强热塑性聚氨酯预浸带制备工艺流程示意图，将玻纤布1叠加到两层热塑性聚氨酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：180、200、220、230、240℃递增，预浸带经过热压辊的时间为4min使热塑性聚氨酯浸入到玻纤布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得含胶量为40%的玻纤布预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻纤布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为5MPa，温度为230℃，成型时间为8min，制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料，其含胶量为40%。（本实施例制得的连续玻纤增强热塑聚氨酯复合材料中，聚氨酯的质量百分比为40%，玻纤布的含量为60%）。

实施例3

按照以下重量分数称取原料：

玻纤布 50%，

热塑性聚氨酯 50%；

通过以下步骤制备玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料：

（1）通过热熔流延法或吹塑制得热塑性聚氨酯薄膜，薄膜的厚度为0.165mm；

（2）按照图1连续玻纤增强热塑性聚氨酯预浸带制备工艺流程示意图，将玻纤布1叠加到两层热塑性聚氨酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊5，热压辊4温度为：180、200、220、230、240℃递增，预浸带经过热压辊的时间为5min使热塑性聚氨酯浸入到玻纤布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得含胶量为50%的玻纤布预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻纤布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为5MPa，温度为230℃，成型时间为8min，制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料，其含胶量为50%。（本实施例制得的连续玻纤增强热塑聚氨酯复合材料中，聚氨酯的质量百分比为50%，玻纤布的含量为50%）。

实施例4

按照以下重量分数称取原料：

玻纤布 60%，

热塑性聚氨酯 40%；

（1）通过热熔流延法或吹塑制得热塑性聚氨酯薄膜，薄膜的厚度为0.110mm；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻纤布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为4MPa，温度为220℃，成型时间为10min，制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料，其含胶量为40%。（本实施例制得的连续玻纤增强热塑聚氨酯复合材料中，聚氨酯的质量百分比为40%，玻纤布的含量为60%）。

实施例5

按照以下重量分数称取原料：

玻纤布 60%，

热塑性聚氨酯 40%；

通过以下步骤制备玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料：

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻纤布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为6MPa，温度为240℃，成型时间为6min，制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料，其含胶量为40%。（本实施例制得的连续玻纤增强热塑聚氨酯复合材料中，聚氨酯的质量百分比为40%，玻纤布的含量为60%）。

实施例6

按照以下重量分数称取原料：

玻纤布 58.33%，

热塑性聚氨酯 41.67%；

通过以下步骤制备玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料：

（1）通过热熔流延法或吹塑制得热塑性聚氨酯薄膜，薄膜的厚度为0.118mm；

（2）按照图1连续玻纤增强热塑性聚氨酯预浸带制备工艺流程示意图，将玻纤布1叠加到两层热塑性聚氨酯薄膜2的中间，再叠加到两层离型纸3的中间，经过热压辊4，热压辊4温度为：180、200、220、230、240℃递增，预浸带经过热压辊的时间为4.5min使热塑性聚氨酯浸入到玻纤布中，再经过常温循环水冷却装置5，经主轴6牵引，预浸带在切刀7处切边后，离型纸由离型纸收卷辊8回收，制得含胶量为41.67%的玻纤布预浸带9；

（3）根据所需复合材料的厚度，将玻纤布预浸片材进行铺层、叠加，置于平板硫化机上层压成型，压力为5MPa，温度为230℃，成型时间为8min，制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料，其含胶量为41.67%。（本实施例制得的连续玻纤增强热塑聚氨酯复合材料中，聚氨酯的质量百分比为41.67%，玻纤布的含量为58.33%）。

表1

性能	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							片材含胶量（%）	30	40	50	40	40	41.67
弯曲强度（MPa）	475	437	359	435	438	425
							弯曲模量（GPa）	17.6	16.8	15.3	16.7	16.9	16.4

从表1中实施例1-3和6可以看出，随着含胶量的提高，复合材料的弯曲强度和弯曲模量却随之降低，这是因为树脂含量增多，降低了增强体玻纤布在复合材料中的相对作用，致使弯曲强度和弯曲模量降低。从表1中实施例2、4和5可以看出，不同浓度热塑性聚氨酯溶液制备含胶量为40%的复合材料时，弯曲强度和弯曲模量变化较小，说明本发明复合材料制备方法较稳定。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于：由以下重量分数的组分制成：

玻纤布 50～70％，

热塑性聚氨酯 30～50％；

所述的连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料的制备方法包含以下步骤：

(1)制备热塑性聚氨酯薄膜；

(2)将玻纤布叠加到两层由步骤(1)制得的热塑性聚氨酯薄膜的中间，经过热压辊，使热塑性聚氨酯薄膜浸入到玻纤布中，再经过冷却装置，制得玻纤布预浸带；

(3)将步骤(2)制得的玻纤布预浸带裁剪、铺叠，并热压成型，得到连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料；

所述的步骤(1)中热塑性聚氨酯薄膜是通过热熔流延法或吹塑制得，热塑性聚氨酯薄膜的厚度为0.071～0.165mm；

所述的步骤(2)中热压辊的温度从低到高，在180、200、220、230、240℃之间递升,玻纤布预浸带经过热压辊的时间为3～5min；

所述的步骤(3)中热压成型的压力为4～6MPa，温度为220～240℃，成型时间为6～10min。

2.一种根据权利要求1所述的连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)制备热塑性聚氨酯薄膜；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中玻纤布与热塑性聚氨酯薄膜相遇，再叠加到两层离型纸的中间，用热压辊将玻纤布与热塑性聚氨酯薄膜压成一个整体，冷却后切边，制备玻纤布预浸带，并回收离型纸。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中冷却装置内部通常温循环水冷却辊。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中制得的玻纤布预浸带的含胶量为30～50％，其中含胶量为：

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料的含胶量为30～50％。