CN104045988B - 一种纤维增强pc树脂膜复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种纤维增强PC树脂膜复合材料及其制备方法和用途。该材料由包括以下质量百分比的组分制成：聚碳酸酯树脂40t%‑70t%，纤维增强材料30%‑60%。本发明制得的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料具有表面光滑平整，可用于外观上的结构件的优点。且其制备方法无需实现制备成预浸带，只需在一定温度下直接成型加工成所需要的形状；有效的缩短了生产工序，降低了成本。另外，本发明的制备方法无需使用螺杆，原料也无需长期处于剪切力的作用下便于操作，成本度，效率高，可直接制备大型构件，便于应用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
与热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有跟高的抗冲击性能、损伤容限、比强度也高，且成型周期短、环保、可回收利用、可多次成型、可焊接等优势。随着科技技术的发展，热塑性复合材料必然是一种趋势，其应用领域也在逐步扩大。PC树脂具有突出的抗冲击能力，耐入编和尺寸稳定性好，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，是五大工程塑料中五一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。广泛用于汽车，电子电器，建筑，办公设备，包装，运动器材，医疗保健等领域。
目前PC复合材料主要是与其他树脂的合金，如PC/ABS合金，市场上目前产品很多。但是现在的科技进步已经不仅仅是限于普通的树脂合金了，中国专利CN102051035A公开了一种加工稳定性好的玻璃纤维增强PC/ABS复合材料，通过该发明制备的PC/ABS复合材料加工稳定性好，持续多次加工后的性能改变较少，熔融指数变化小等优点。但是该复合材料所涉及的配方对加工设备要求较高，表面也很容易产生纤维毛刺。
中国专利CN101875772A公开了一种玻纤增强PC复合材料及其制备方法。通过玻璃纤维、润滑剂、饱和聚酯的复配使用，制备韧性好、强度高、表面光洁度好的PC复合材料。但是这种方法中，玻璃纤维在树脂中并不能很好的分散，且玻璃纤维的添加量不宜过多，对设备的螺杆要求也较高，生产成本自然要求就比较高。
发明内容
本发明的目的在于为克服上述现有技术中存在的上述缺陷而提供一种纤维增强PC树脂膜复合材料及其制备方法和用途。
本发明提供的复合材料具有力学性能好，刚性优异，表面光滑平整，透明性好、可以保持纤维原有的纹路等优点。其制备方法工艺简单、无需制备预浸带即可简单、高效成型大型构件，对设备要求低，生产成本低，生产效率高等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由包括以下质量百分比的组分制成：
聚碳酸酯树脂 40%-70%，
纤维增强材料 30%-60%。
所述的聚碳酸酯树脂中含有抗氧剂，其中抗氧剂的含量为聚碳酸酯树脂质量的1-10%，优选2-5%。
所述的聚碳酸酯树脂为PC1921或PC LHC-20NP。
所述的抗氧剂为抗氧剂1076（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯）、抗氧剂PEPQ（四-(2,4-二叔丁基苯基)-4,4′-联苯基双亚磷酸酯）或抗氧剂168（三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯）中的一种或一种以上。
所述的纤维增强材料为玻璃纤维布或玻璃纤维单向纱。
优选的，所述的纤维增强材料为质量百分比为50%的玻璃纤维单向纱。
所述的纤维增强材料的单层的厚度为0.05mm-0.5mm，优选0.1mm-0.3mm。
一种上述纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备聚碳酸酯薄膜；
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，在脱模布上将步骤（1）制得的聚碳酸酯薄膜和纤维增强材料按照一层聚碳酸酯薄膜和一层纤维增强材料的顺序反复进行铺放，然后在最外层铺放第二层脱模布；
（3）将模具合好，加温到聚碳酸酯树脂熔融后保温，加压；
（4）将模具置于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到所述的纤维增强聚碳酸酯酯复合材料。
所述的步骤（1）中制备聚碳酸酯薄膜包括以下步骤：称取质量为100份的PC树脂，再称取1-10质量份的抗氧剂，用混料机混合均匀后，在240℃-270℃下完全熔融后浇注于相同温度的平板上，并施加20～60bar的压力使其形成不同厚度PC膜，然后立即降温冷却形成PC膜，所述的PC膜的厚度为0.05-0.5mm，优选0.08-0.3mm。
所述的步骤（2）中进行铺放时，相邻两层纤维增强材料间根据纤维材料的取向方向，按照0°/90°交替铺放；其中纤维增强材料铺放的层数为1～9层，聚碳酸酯薄膜铺放的层数为2～10层。
所述的步骤（3）中加温的温度为240℃-270℃，保温的时间为5-20min，加压的压力为20-80bar，优选20bar-50bar，加压时间为30s-100s。
一种上述纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料用做结构件材料的用途。
所述的结构件为电子电器的面板支架、手机电脑的外壳、汽车保险杠或面板。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
（1）无需实现制备成预浸带，只需在一定温度下直接成型加工成所需要的形状。有效的缩短了生产工序，降低了成本。
（2）该方法制备的PC复合材料表面光滑平整，可用于外观上的结构件。
（3）无需使用螺杆，原料也无需长期处于剪切力的作用下。
（4）该成型方法便于操作，成本度，效率高，可直接制备大型构件，便于应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由以下步骤制得：
（1）按照质量比为PC1921:抗氧剂1076=100:2称取PC1921和抗氧剂1076，采用混料机混合均匀后，在温度为240℃下（即PC完全热熔的状态下）30bar压力下，采用流延法使熔融PC树脂形成一层薄薄的树脂膜，随后立即降温冷却形成PC膜，其单层厚度为0.3mm。
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，然后在脱模布上按照PC薄膜，玻璃纤维布的顺序，反复顺序铺层PC薄膜铺放10层，玻璃纤维布铺放9层，最后铺放第二次脱模布，玻璃纤维布的单层厚度为0.3mm；（3）将模具合好，并将模具至于240℃下保温20min。使得PC树脂完全熔融并浸渍所述的纤维增强材料，保温过后要对浸渍层施加50bar的压力，加压时间为30s，使树脂和纤维增强材料更好的融合浸渍；
（4）将模具至于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到纤维增强PC复合材料，厚度为5.7mm，测得玻璃纤维含量为50%，聚碳酸酯树脂的含量为50%。
实施例2
一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由以下步骤制得：
（1）按照质量比为PC LHC-20NP:抗氧剂1076：抗氧剂168=100:2:1，分别称取PCLHC-20NP和抗氧剂1076，抗氧剂168，采用混料机混合均匀后，在250℃下，压力为45bar（即PC完全热熔的状态下）采用流延法使熔融PC树脂形成一层薄薄的树脂膜，随后立即降温冷却形成PC膜，其单层厚度为0.2mm；
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，然后在脱模布上按照PC薄膜，玻璃纤维单向纱的顺序，反复顺序铺层PC薄膜铺放6层，玻璃纤维布铺放5层，且相邻两层玻璃纤维单向纱按照0°/90°交替铺层，最后铺放第二层脱模布，单向玻璃纤维纱的单层厚度为0.1mm；
（3）将模具合好，并将模具至于250℃下保温15min。使得PC树脂完全熔融并浸渍所述的纤维增强材料，保温过后要对浸渍层施加40bar的压力，加压时间为50s，使树脂和纤维增强材料更好的融合浸渍。
（4）将模具至于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到纤维增强PC复合材料，厚度为1.7mm，测得玻璃纤维含量为30%，聚碳酸酯树脂的含量为70%。
实施例3
一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由以下步骤制得：
（1）按照质量比为PC1921:抗氧剂PEPQ：抗氧剂168=100:3:2，分别称取PC1921和抗氧剂PEPQ和抗氧剂168，采用混料机混合均匀后，在260℃下，压力为50bar（即PC完全热熔的状态下）采用流延法使熔融PC树脂形成一层薄薄的树脂膜，随后立即降温冷却形成PC膜，其单层厚度为0.2mm。
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，然后在脱模布上按照PC薄膜，玻璃纤维单向纱的顺序，反复顺序铺层PC薄膜铺放5层，玻璃纤维布铺放4层，且相邻两层玻璃纤维单向纱按照0°/90°交替铺层，最后铺放第二次脱模布，单向玻璃纤维纱的单层厚度为0.3mm；
（3）将模具合好，并将模具至于260℃下保温5min。使得PC树脂完全熔融并浸渍所述的纤维增强材料，保温过后要对浸渍层施加20bar的压力，加压时间为100s，使树脂和纤维增强材料更好的融合浸渍。
（4）将模具至于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到纤维增强PC复合材料，厚度为2.2mm，测得玻璃纤维含量为60%，聚碳酸酯树脂的含量为40%。
实施例4
一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由以下步骤制得：
（1）按照质量比为PC LHC-20NP:抗氧剂PEPQ：抗氧剂1076=100:1:3，分别称取LHC-20NP和抗氧剂PEPQ和抗氧剂1076，采用混料机混合均匀后，在270℃下，压力为60bar（即PC完全热熔的状态下）采用流延法使熔融PC树脂形成一层薄薄的树脂膜，随后立即降温冷却形成PC膜，其单层厚度为0.1mm。
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，然后在脱模布上按照PC薄膜，玻璃纤维布的顺序，反复顺序铺层，PC薄膜铺放2层，玻璃纤维布铺放1层，最后铺放第二次脱模布，玻璃纤维布的单层厚度为0.1mm；
（3）将模具合好，并将模具至于270℃下保温10min。使得PC树脂完全熔融并浸渍所述的纤维增强材料，保温过后要对浸渍层施加30bar的压力，加压时间为80s，使树脂和玻璃纤维布材料更好的融合浸渍。
（4）将模具至于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到纤维增强PC复合材料，厚度为0.3mm，测得玻璃纤维含量为35%，聚碳酸酯树脂的含量为65%。
实施例5
一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由以下步骤制得：
（1）按照质量比为PC1921:抗氧剂PEPQ：抗氧剂1076=100:1:3，分别称取PC1921和抗氧剂PEPQ和抗氧剂1076，采用混料机混合均匀后，在255℃下，压力为20bar（即PC完全热熔的状态下）采用流延法使熔融PC树脂形成一层薄薄的树脂膜，随后立即降温冷却形成PC膜，其单层厚度为0.3mm。
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，然后在脱模布上按照PC薄膜，玻璃纤维单向纱的顺序，反复顺序铺层，PC薄膜铺放8层，玻璃纤维布铺放7层，且相邻两层玻璃纤维单向纱按照0°/90°交替铺层，最后铺放第二次脱模布，单向纤维纱布的单层厚度为0.2mm；
（3）将模具合好，并将模具至于255℃下保温10min。使得PC树脂完全熔融并浸渍所述的纤维增强材料，保温过后要对浸渍层施加35bar的压力，加压时间为60s，使树脂和玻璃纤维布材料更好的融合浸渍。
（4）将模具至于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到纤维增强PC复合材料，厚度为3.8mm，测得玻璃纤维含量为40%，聚碳酸酯树脂的含量为60%。
实施例6
一种纤维增强PC树脂膜复合材料，由以下步骤制得：
（1）按照质量比为PC LHC-20NP:抗氧剂PEPQ=100：3，分别称取PC LHC-20NP和抗氧剂PEPQ，采用混料机混合均匀后，在265℃下（即PC完全热熔的状态下），压力为35bar下，采用流延法使熔融PC树脂形成一层薄薄的树脂膜，随后立即降温冷却形成PC膜，其单层厚度为0.3mm。
（2）在模具上先铺放第一层脱模布，然后在脱模布上按照PC薄膜，玻璃纤维布的顺序，反复顺序铺层，PC薄膜铺放4层，玻璃纤维布铺放3层，且相邻两层玻璃纤维布按照0°/90°交替铺层，最后铺放第二次脱模布，玻璃纤维布的单层厚度为0.25mm；
（3）将模具合好，并将模具至于265℃下保温15min。使得PC树脂完全熔融并浸渍所述的纤维增强材料，保温过后要对浸渍层施加25bar的压力，加压时间为80s，使树脂和玻璃纤维布材料更好的融合浸渍。
（4）将模具至于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到纤维增强PC复合材料，厚度为1.95mm，测得玻璃纤维含量为45%，聚碳酸酯树脂的含量为55%。
对实施例1-6中制得的产品进行性能测试，测试结果如表1。
表1
| 拉伸强度（MPa） | 弯曲强度（MPa） | 弯曲摸量（GPa） | 玻纤含量（%） | |
| 测试标准 | ASTM D-638 | ASTM D-790 | ASTM D-790 | |
| 实施例1 | 420 | 500 | 23 | 50 |
| 实施例2 | 380 | 450 | 21 | 30 |
| 实施例3 | 422 | 490 | 22 | 60 |
| 实施例4 | 393 | 475 | 21.4 | 35 |
| 实施例5 | 401 | 482 | 22 | 40 |
| 实施例6 | 410 | 491 | 22.3 | 45 |
从表1中可以看出纤维含量的增加可以提高材料的力学性能，但是纤维含量过高会影响到纤维和PC树脂的浸渍状况，从而导致纤维的增强效果不会那么理想。纤维含量为50%左右时复合材料的性能最理想。
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 (10)
1.一种纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：该复合材料包括以下质量百分比的组分：
聚碳酸酯树脂 40％-70％，
纤维增强材料 30％-60％；
所述的纤维增强材料为玻璃纤维布或玻璃纤维单向纱；
所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备聚碳酸酯薄膜；
(2)在模具上先铺放第一层脱模布，在脱模布上将步骤(1)制得的聚碳酸酯薄膜和纤维增强材料按照一层聚碳酸酯薄膜和一层纤维增强材料的顺序反复进行铺放，然后在最外层铺放第二层脱模布；
(3)将模具合好，加温到聚碳酸酯树脂熔融后保温，加压；
(4)将模具置于室温或冷却空间中冷却至室温，取出制品，得到所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料；
所述的步骤(1)中制备聚碳酸酯薄膜包括以下步骤：称取质量为100份的聚碳酸酯树脂，再称取1-10质量份的抗氧剂，用混料机混合均匀后，在240℃-270℃下完全熔融后浇注于相同温度的平板上，并施加20～60bar的压力使其形成不同厚度聚碳酸酯薄膜，然后立即降温冷却形成聚碳酸酯薄膜，所述的聚碳酸酯薄膜的厚度为0.05-0.5mm；
所述的步骤(2)中进行铺放时，相邻两层纤维增强材料间根据纤维材料的取向方向，按照0°/90°交替铺放；其中纤维增强材料铺放的层数为1～9层，聚碳酸酯薄膜铺放的层数为2～10层。
2.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的聚碳酸酯树脂中含有抗氧剂，其中抗氧剂的含量为聚碳酸酯树脂质量的1-10％。
3.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的聚碳酸酯树脂中含有抗氧剂，其中抗氧剂的含量为聚碳酸酯树脂质量的2-5％。
4.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的聚碳酸酯树脂为PC1921或PC LHC-20NP。
5.根据权利要求2所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂PEPQ或抗氧剂168中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的纤维增强材料的单层的厚度为0.05mm-0.5mm。
7.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的纤维增强材料的单层的厚度为0.1mm-0.3mm。
8.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中聚碳酸酯薄膜的厚度为0.08-0.3mm。
9.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中加温的温度为240℃-270℃，保温的时间为5-20min，加压的压力为20-80bar，加压时间为30s-100s。
10.根据权利要求1所述的纤维增强聚碳酸酯树脂膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中加压的压力为20bar-50bar。
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Denomination of invention: Fiber-reinforced PC resin film composite material, preparation method and use thereof Effective date of registration: 20191202 Granted publication date: 20170627 Pledgee: Chuzhou economic and Technological Development Corporation Pledgor: Shanghai Jieshijie New Materials (Group) Co., Ltd. Registration number: Y2019980000815 |