CN104859155A - 一种具有三维结构的连续纤维增强热塑性板材的制备方法 - Google Patents

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方立
张婷
周天睿
郭幸
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    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation

Abstract

本发明涉及一种具有连续三维结构的连续纤维增强热塑性复合材料板材的制备方法。该方法利用预浸带、纤维束或者混纤纱等穿插物对预浸带编织物层进行纵向穿插形成连续的三维结构，并通过加热加压、冷却定型的过程制备获得内部具有三维结构的连续纤维增强热塑性预浸带编织物板材。穿插形成的连续三维结构能够更加有效的阻止层间裂纹的扩张，同时能够使外力更加均匀的分布，承受更大的外力，从而有效改善制品的层间剪切强度，避免制品在使用过程中过早发生层间破坏，充分发挥连续纤维的增强效果，提高材料的力学性能。

Description

一种具有三维结构的连续纤维增强热塑性板材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种内部具有三维结构的连续纤维增强热塑性复合材料板材的制备方法。穿插形成的连续三维结构能够有效改善制品的层间剪切强度，避免制品在使用过程中过早发生层间破坏，充分发挥连续纤维的增强效果，提高材料的力学性能。
背景技术
连续纤维增强热塑性复合材料由于增强纤维的特殊形态，具有远超短纤维和长纤维增强热塑性复合材料的性能，可以在性能要求严格的领域使用，具有作为承力结构件使用的巨大潜力。连续纤维增强热塑性复合材料性能优劣的关键之一在于如何提高材料的层间剪切性能，避免材料在使用过程中过早发生层间破坏，从而充分发挥连续纤维的增强效果。
发明内容
本发明旨在提供一种内部具有三维结构的连续纤维增强热塑性复合材料板材的制备方法。
本发明中的制备工艺是通过以下具体步骤实现的：
步骤(1)首先利用常规的熔融浸渍、粉体浸渍等方法制备浸渍效果良好的不同种类的连续纤维增强热塑性预浸带。纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维或者碳纤维等不同纤维，树脂包括聚烯烃、尼龙、聚苯硫醚、聚醚醚酮等。同时可添加不同的功能助剂，可以为相容剂，抗氧化剂，抗紫外剂，阻燃剂，润滑剂，着色剂中的一种或多种。在确保浸渍和混合效果的前提下，赋予产品特殊的功能性。
步骤(2)根据制品性能的设计需要，可以对步骤(1)获得的预浸带实施不同的编织方式获得编织物。编织方式可参照连续纤维编织物，最典型的编织方式包括单向编织、双向(经纬)编织等。按照不同的需求既可以采用单一连续纤维增强热塑性预浸带进行编织，也可以采用混杂连续纤维增强热塑性预浸带进行编织。
步骤(3)借鉴针刺工艺，利用预浸带、纤维束或者混纤纱对步骤(2)获得的多层编织物按照性能要求进行局部或者全部的纵向穿插，形成连续的三维结构，并通过加热加压、冷却定型的过程获得内部具有连续三维结构的连续纤维增强热塑性预浸带编织物板材。穿插形成的连续三维结构能够更加有效的阻止层间裂纹的扩张，同时能够使外力更加均匀的分布，承受更大的外力，从而有效改善制品的层间剪切强度，避免制品在使用过程中过早发生层间破坏，充分发挥连续纤维的增强效果，提高材料的力学性能。
传统的三维结构材料主要是通过三维编织物获得的，工艺存在成本高，树脂浸渍困难等弊端；或者在板材内部添加短切纤维，通过纤维相互堆叠形成三维网络。相比于前者，本工艺简单易行，成本低，分步浸渍也能很好的解决树脂浸渍困难的弊端。相比于后者，本工艺中由于穿插物是连续的，穿插后形成连续的三维结构，因此能够更加有效的阻止层间裂纹的扩张，同时能够使外力更加均匀的分布，承受更大的外力，从而有效改善制品的层间剪切强度，避免制品在使用过程中过早发生层间破坏，充分发挥连续纤维的增强效果，提高材料的力学性能。
制备获得的内部具有三维结构的连续纤维增强热塑性复合材料板材具有优异的性能，可以以其为原料通过模压成型或者冲压成型等工艺制造各种零部件，可以在轨道交通、航天航空等领域作为承力结构件进行应用。
为便于对本发明目的、技术特征及其功效，做更进一步的认识与了解，兹举实施例配合图式，详细说明如下：
附图说明
图1 为本发明常用编织物形式示意图。
图2 为本发明预浸带、纤维束或者混纤纱纵向穿插示意图。
符号说明
图1中，1为预浸带，2为编织物缝隙，作为穿插物穿插点。
图2中，3为编织物层，4为纵向穿插物，可为预浸带、纤维束或者混纤纱等，穿插形成连续三维结构。
具体实施方式
实施例1
通过熔融浸渍工艺制备获得连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，采用双向(经纬)编织的方式进行编织获得连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带编织物，并利用连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带对连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带编织物层进行穿插形成三维结构，最后通过加热加压、冷却定型的过程获得内部具有三维结构的连续纤维增强热塑性预浸带编织物板材。该板材与内部没有三维结构的连续纤维增强热塑性预浸带编织物板材(即未实施穿插工艺)相比，弯曲性能提高近20%。
综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (2)

1.一种具有三维结构的连续纤维增强热塑性复合材料板材的制备方法，其特征在于，借鉴针刺工艺，利用预浸带、纤维束或者混纤纱对多层预浸带编织物进行局部或者全部的纵向穿插，形成连续的三维结构，并通过加热加压、冷却定型的过程获得内部具有三维结构的连续纤维增强热塑性预浸带编织物板材。
2.连续的三维结构其特征在于，纵向穿插的预浸带、纤维束或者混纤纱等穿插物是连续的，能够形成连续的三维结构，在板材发生层间破环时，使板材形成一个有效的整体，能够更加有效的阻止层间裂纹的扩张，同时能够使外力更加均匀的分布，承受更大的外力。
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