CN103963391A - 一种预浸带废料制备的夹心型复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种预浸带废料制备的夹心型复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料制备领域，涉及一种利用预浸带废料制备的夹心型复合材料及其制备方法。该夹心复合材料，包括三层结构，上、下表面层为连续纤维增强热塑性树脂基预浸带，中间芯层为预浸带碎料。与现有技术相比，本发明将生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带产生的边角料进行回收再利用，将预浸带边角料变废为宝，提高了预浸带的利用率，节约了资源，降低了成本。本发明的夹芯复合材料密度为1.25-1.5g/cm3，拉伸强度大于130MPa，拉伸模量大于7GPa，弯曲强度大于170MPa，弯曲模量大于9GPa，悬臂梁缺口冲击大于100KJ/m2，复合板材强度高、模量高、韧性好，可应用在建筑、交通等领域。

Description

一种预浸带废料制备的夹心型复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，涉及一种利用预浸带废料制备的夹心型复合材料及其制备方法。
背景技术
在生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带时，为了保证预浸带收卷整齐，一般需要对预浸带进行裁边处理，根据工艺的不同其边部裁切量在3%-10%不等，而裁切下来的边部预浸带由于宽度较窄（在5mm-50mm不等）、厚度偏薄、浸润不好等缺点，一般当做下脚料被丢弃在废料仓库中，这样生产100kg预浸带就要浪费3kg-10kg原料，大大浪费了原材料资源，同时也增加了生产成本和材料成本。随着连续纤维增强热塑性树脂基预浸带的大力发展，其边角料也会越来越多，如何更好的利用其边角料也变得更加紧迫和更有现实环保意义。针对连续纤维增强热塑性树脂基预浸带生产时产生边角料这一情况，本文提出来一种有效的解决方案，利用预浸带边角料生产一种夹芯复合材料，该复合材料不仅强度高，模量高，韧性好，而且加工简单，可以应用在建筑、交通等领域。不仅将预浸带边角料变废为宝，增加了产品的附加价值，而且提高了预浸带的利用率，节约了资源，降低了成本.
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夹心型复合材料及其制备方法，该夹芯型复合材料采用纤维增强热塑性树脂基预浸带生产时产生的边角料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种夹心复合材料，包括三层结构，上、下表面层为连续纤维增强热塑性树脂基预浸带，中间芯层为预浸带碎料。
所述的上、下表面层分别含有2-6层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带，每层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带的厚度为0.18~0.3mm。
所述的连续纤维增强热塑性树脂基预浸带中连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，热塑性树脂为聚丙烯或聚酰胺6；其中预浸带纤维质量含量为45%~65%。
所述的预浸带碎料为生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带时产生的边角料粉碎而成，预浸带碎料中的纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维质量含量为20%~65%；热塑性树脂为聚丙烯或聚酰胺6。
所述的预浸带碎料的长度为50~100mm，宽度为5~50mm，厚度为0.1~0.3mm。
一种上述夹心复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）粉碎
利用裁切机将生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带时产生的边角料粉碎成长50~100mm，宽5~50mm的预浸带碎片；
（2）铺装
先将2~6层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带铺放到3~6mm厚的方形模框中，再在预浸带上面均匀铺放同基材的预浸带碎料，最后再在预浸带碎料上面铺放2~6层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带；
（3）压板
预浸带和预浸带碎料都铺放好后，将方形模框放进平板硫化机里进行热压，热压后再进冷压机进行冷压，冷压完后即可制成预浸带夹芯废预浸带碎料板。
所述的步骤（2）中预浸带碎料的铺放厚度为方形模框厚度减去铺放的预浸带厚度，每毫米厚度预浸带碎料的铺放量为1.3~1.5kg/m2。
所述的步骤（3）中热压压力为2~6MPa，热压温度为190~270℃，热压时间为300~1000s；冷压压力为2~5MPa，冷压时间为600~1200s；
所述的步骤（3）中制成的预浸带夹芯废预浸带碎料板厚度与所用方形模框厚度一致，为3-6mm。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
1.本发明将生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带产生的边角料进行回收再利用，将预浸带边角料变废为宝，提高了预浸带的利用率，节约了资源，降低了成本。
2.本发明利用预浸带边角料生产的夹芯复合材料密度在1.25-1.5g/cm3之间，拉伸强度大于130MPa，拉伸模量大于7GPa，弯曲强度大于170MPa，弯曲模量大于9GPa，悬臂梁缺口冲击大于100KJ/m2，复合板材强度高、模量高、韧性好，可以应用在建筑、交通等领域，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明实施例中三层夹芯结构的连续纤维增强预浸带夹芯废预浸带碎料板复合材料的结构示意图。
图2为本发明实施例中方形模框示意图。
附图标注：
1 为连续纤维增强预浸带、
2 为废预浸带碎料板；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种连续玻纤增强聚丙烯预浸带夹芯玻纤增强聚丙烯预浸带碎料板型复合材料，包括三层结构，上、下表面层1，3为连续玻纤增强聚丙烯基预浸带，中间芯层2为预浸带碎料。
其中上、下表面层1，3的连续玻纤增强聚丙烯基预浸带玻纤质量含量为45%，厚度为0.3mm；芯层的预浸带碎料为生产连续玻纤增强聚丙烯基预浸带时产生的边角料粉碎而成，其长度为50~100mm，宽度为5~50mm，玻纤质量含量在20%~45%，厚度在0.1~0.3mm；
连续玻纤增强聚丙烯预浸带夹芯玻纤增强聚丙烯预浸带碎料板型复合材料采用如下工艺步骤：
（1）粉碎
利用裁切机将生产连续玻纤增强聚丙烯预浸带时产生的边角料粉碎成长50~100mm，宽5~50mm的预浸带碎片；
（2）铺装
先将2层连续玻纤增强聚丙烯预浸带铺放到长*宽*厚为1000*1000*3mm的方形模框里（如图2所示），按每毫米厚度预浸带碎料的铺放量为1.3kg/m2来算的话，模框厚度减去预浸带厚度后为1.8mm，这样一共在预浸带上面均匀铺放2.34kg同基材的预浸带碎料，最后再在预浸带碎料上面铺放2层连续玻纤增强聚丙烯预浸带；
（3）压板
预浸带和预浸带碎料都铺放好后，将方形模框放进平板硫化机，在190℃、2MPa的条件下热压300s，然后再在2MPa的条件下冷压600s即可制成3mm厚的聚丙烯预浸带夹芯废预浸带碎料板；
将实施例1所压连续玻纤增强聚丙烯预浸带夹芯废预浸带碎料板按照国标进行了性能测试，性能测试结果见表1。
实施例2
如图1所示，一种连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带夹芯碳纤维增强聚酰胺6预浸带碎料板型复合材料，包括三层结构，上、下表面层1，3为连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带，中间芯层2为预浸带碎料。
其中上、下表面层1，3的连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带碳纤维质量含量为65%，厚度为0.18mm；中间芯层2的预浸带碎料为生产连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带时产生的边角料粉碎而成，其长度为50~100mm，宽度为5~50mm，碳纤维质量含量在20%~65%，厚度在0.1~0.18mm；
连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带夹芯碳纤维增强聚酰胺6预浸带碎料板型复合材料采用如下工艺步骤：
（1）粉碎
利用裁切机将生产连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带时产生的边角料粉碎成长50~100mm，宽5~50mm的预浸带碎片；
（2）铺装
先将6层连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带铺放到长*宽*厚为1000*1000*6mm的方形模框里，按每毫米厚度预浸带碎料的铺放量为1.5kg/m2来算的话，模框厚度减去预浸带厚度后为3.84mm，这样一共在预浸带上面均匀铺放5.76kg同基材的预浸带碎料，最后再在预浸带碎料上面铺放6层连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带；
（3）压板
预浸带和预浸带碎料都铺放好后，将方形模框放进平板硫化机，在270℃、6MPa的条件下热压1000s，然后再在5MPa的条件下冷压1200s即可制成6mm厚的连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带夹芯废预浸带碎料板；
将实施例2所压连续碳纤维增强聚酰胺6预浸带夹芯废预浸带碎料板按照国标进行了性能测试，性能测试结果见表1。
实施例3
如图1所示，一种连续玻纤增强聚酰胺6预浸带夹芯玻纤增强聚酰胺6预浸带碎料板型复合材料：包括三层结构，上、下表面层1，3为连续玻纤增强聚酰胺6预浸带，中间芯层2为预浸带碎料。
其中上、下表面层1，3的连续玻纤增强聚酰胺6预浸带玻纤质量含量为55%，厚度为0.24mm；预浸带碎料为生产连续玻纤增强聚酰胺6预浸带时产生的边角料粉碎而成，其长度为50~100mm，宽度为5~50mm，玻纤质量含量在20%~55%，厚度在0.1~0.24mm；
连续玻纤增强聚酰胺6预浸带夹芯玻纤增强聚酰胺6预浸带碎料板型复合材料采用如下工艺步骤：
（1）粉碎
利用裁切机将生产连续玻纤增强聚酰胺6预浸带时产生的边角料粉碎成长50~100mm，宽5~50mm的预浸带碎片；
（2）铺装
先将4层连续玻纤增强聚酰胺6预浸带铺放到长*宽*厚为1000*1000*4mm的方形模框里，按每毫米厚度预浸带碎料的铺放量为1.4kg/m2来算的话，模框厚度减去预浸带厚度后为2.08mm，这样一共在预浸带上面均匀铺放2.912kg同基材的预浸带碎料，最后再在预浸带碎料上面铺放4层连续玻纤增强聚酰胺6预浸带；
（3）压板
预浸带和预浸带碎料都铺放好后，将方形模框放进平板硫化机，在240℃、4MPa的条件下热压700s，然后再在3MPa的条件下冷压900s即可制成4mm厚的连续玻纤增强聚酰胺6预浸带夹芯废预浸带碎料板；
将实施例3所压连续玻纤增强聚酰胺6预浸带夹芯废预浸带碎料板按照国标进行了性能测试，性能测试结果见表1。
表1实施例1~3的性能测试结果
从表1中可以看出连续纤维增强热塑性树脂基预浸带夹芯废预浸带碎料板具有强度高、模量高、韧性好的特性。
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 (9)

1.一种夹心复合材料，其特征在于：包括三层结构，上、下表面层为连续纤维增强热塑性树脂基预浸带，中间芯层为预浸带碎料。
2.根据权利要求1所述的夹心复合材料，其特征在于：所述的上、下表面层分别含有2-6层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带，每层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带的厚度为0.18~0.3mm。
3.根据权利要求1所述的夹心复合材料，其特征在于：所述的连续纤维增强热塑性树脂基预浸带中连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，热塑性树脂为聚丙烯或聚酰胺6；其中连续纤维增强热塑性树脂基预浸带中预浸带纤维的质量含量为45%~65%。
4.根据权利要求1所述的夹心复合材料，其特征在于：所述的预浸带碎料为生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带时产生的边角料粉碎而成，预浸带碎料中的纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维质量含量为20%~65%；热塑性树脂为聚丙烯或聚酰胺6。
5.根据权利要求1所述的夹心复合材料，其特征在于：所述的预浸带碎料的长度为50~100mm，宽度为5~50mm，厚度为0.1~0.3mm。
6.一种上述权利要求1-5中任一所述的夹心复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）粉碎
利用裁切机将生产连续纤维增强热塑性树脂基预浸带时产生的边角料粉碎成长50~100mm，宽5~50mm的预浸带碎片；
（2）铺装
先将2~6层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带铺放到3~6mm厚方形模框里，再在预浸带上面均匀铺放同基材的预浸带碎料，最后再在预浸带碎料上面铺放2~6层连续纤维增强热塑性树脂基预浸带；
（3）压板
预浸带和预浸带碎料都铺放好后，将方形模框放进平板硫化机里进行热压，热压后再进冷压机进行冷压，冷压完后即可制成预浸带夹芯废预浸带碎料板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中每毫米厚度预浸带碎料的铺放量为1.3~1.5kg/m2。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中热压压力为2~6MPa，热压温度为190~270℃，热压时间为300~1000s；冷压压力为2~5MPa，冷压时间为600~1200s。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中制成的预浸带夹芯废预浸带碎料板厚度为3-6mm。
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