CN106273929B - 以连续纤维表层增强、lft作夹芯的复合板材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材及其制备工艺，将连续纤维增强热塑性塑料（GFRTP）无纬带编织物组成的薄片层和LFT夹芯层经加热、热合、热压、冷却定型加工工艺制备成复合板材。本发明的复合板材可实现多种不同结构，如单表面层板材、双表面层板材、多层薄片材叠加作表面层板材、多层夹芯板材，以达到不同规格、不同性能，满足不同用户的需求，且其具有高力学性能和较高性价比。

Description

以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料领域，属于玻璃纤维增强热塑性塑料范畴，具体是一种以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材及其制备工艺。
背景技术
玻璃纤维增强热塑性塑料（GFRTP）是一种轻质高强材料，具有高拉伸强度、高抗弯强度、高压缩弹性模量、抗蠕变性能好、尺寸稳定性好等特点。该材料具有良好加工性能，成型周期短，生产效率高，边脚废料及废旧产品可多次回收再利用，当今世界GFRTP快速发展，目前在一些领域已开始取代热固性复合材料（FRP）。
在GFRTP制品中，GF增强材料有二种形态，即连续纤维和非连续纤维。非连续纤维又分为长纤维和短纤维。非连续纤维增强制品主要为注塑制品。这也是世界GFRTP大宗产品。而连续纤维增强制品大多为板材类。在GFRTP制品中增强材料GF长度、L/D、数量和分布等状态以及与塑料界面状态等决定其性能高低。作为增强材料，要传递和承受应力，增强纤维应具有足够长度，亦即长纤维增强较短纤维增强具有较高力学性能。当然GFRTP注塑制品中不可能存在连续纤维，而GFRTP板材类大多以连续纤维增强材料为主，如法国圣戈班公司Twintex板材，而PPG公司GMT板材中纤维是以毡体状为主体。这二大类GFRTP板材生产设备投入较大，生产工艺技术要求较高，生产成本较高，在国内开发应用受到局限，我国增强塑料板材类产品如GFP板材，采用GF布作增强材料，制作FRP板材的树脂为液态，所以对组织结构紧密的GF布浸渍尚好；GFRTP板材塑料熔融体为粘流态，粘度高，对GF布难以浸润、浸透，尤其GF布众多经纬交织点，更难以被浸润，可能形成众多“白点”成为GFRTP板材应力集中点和强度较弱点，也就是说采用GF布作增强材料生产的GFRTP板材，力学性能有限，尤其是使用非增强型浸润剂生产的GF布，增强效果更差。
GFRTP板材类可作为终端产品使用，也可作为中间产品（如经现场裁切组合加工成不同应用产品）。我国GFRTP板材应用开发较少，这并非我国这方面市场欠缺，例如仅建筑模板来讲，其市场用量非常可观，我国历来大多采用木模板作建筑模板。我国经济快速发展，基础投资十分庞大，需要大量建筑模板，但我国木材资源十分有限，必须寻找其它材质代替木材制作建筑模板，例如近年来国内开发的建筑塑料模板主要采用废塑料回收造粒+纯塑料+填充料——挤压成型制备。采用这种工艺技术，生产的模板存在比重稍大，收缩率较大且不均匀，刚度较低，强度较低而易变形，使用次数少，所以其推广应用受阻。寻求一种性能好、寿命长、性价比高的新型建筑塑料模板十分必要，而本发明是最佳选择。
发明内容
本发明的目的在于：根据世界GFRTP发展趋势和我国建设需求，本发明采取连续纤维和长纤维复合增强工艺方法，采用连续纤维增强材料作板材面层，采用LFT作板材夹芯层基材，从而制备高光洁度和硬度较好，高刚度、高抗弯强度，尺寸稳定性良好、性价比高的GFRTP复合板材。
为实现上述发明，采用如下技术方案：
以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材，包括由连续纤维增强热塑性塑料（GFRTP）无纬带编织物组成的薄片层和LFT夹芯层。
进一步，所述薄片层、LFT夹芯层均至少设置为一层或多层薄片层和多层LFT夹芯层任意叠加。
进一步，每两个所述薄片层之间设置有一个LFT夹芯层，薄片层至少设置有两层。
进一步，所述薄片层采用连续纤维无捻粗纱和热塑性塑料制成。
进一步，所述连续纤维无捻粗纱中的连续纤维为GF或其它有机、无机纤维中的一种或多种纤维混杂。
进一步，所述热塑性塑料为普通热塑性塑料或工程塑料或高性能塑料。
如上所述的以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材的制备工艺，包括如下步骤：
步骤S1，采用连续纤维无捻粗纱和热塑性塑料经挤拉成型制备成GFRTP无纬带；
步骤S2，将步骤S1中的GFRTP无纬带经编织机制成无纬带编织物，经压机加热压制成无纬带编织物形态的GFRTP薄片；
步骤S3，采用挤拉成型工艺制备LFT料粒，LFT料粒的规格为直径3—5mm，长度为10—12mm，以重量为基准，玻璃纤维的含量为30—70%。
步骤S4，采用步骤S2中制成的GFRTP薄片作面层，以步骤S3制成的LFT作夹芯层经加热、热合、热压、冷却定型加工工艺制备成复合板材。
进一步，所述步骤S1中的连续纤维无捻粗纱是采用塑料基体相对应的连续纤维纺织增强型浸润剂生产的无捻粗纱，其单丝直径11～15μm，纱支数200～600Tex，且连续纤维预热100—130℃。
进一步，所述步骤S1中制备的GFRTP无纬带规格为厚δ=0.2～2mm，宽B=5～20mm，以重量为基准，连续纤维的含量50—70%。
进一步，所述GFRTP薄片和LFT采用同种塑料制成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的玻璃纤维无纬带充分被塑料浸润和包裹，带中纤维排列整齐有序、等长，具有很高的力学性能；另外，由于采用表面光滑、高力学性能GFRTP薄片材作板材表面层，这样板材表面光洁度高、硬度高；采用LFT作夹芯层，这样在板材芯层充满10—12mm长玻璃纤维，其又呈三维分布，薄片材与LFT使用同种塑料，所以制作的板材具有较高力学性能和较高性价比。
2、本发明的复合板材可实现多种不同结构，如单表面层板材、双表面层板材、多层薄片材叠加作表面层板材、多层夹芯板材，以达到不同规格、不同性能，满足不同用户的需求。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的复合板材结构示意图；
图2是本发明的两面层复合板材截面结构示意图；
图3是本发明的两夹芯体复合板材截面结构示意图；
图4是本发明的LFT料粒纵剖面结构示意图；
图5是本发明的LFT料粒截面结构示意图；
图中所示：1—薄片层，2—夹芯层，3—玻璃纤维，4—塑料。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1至图5所示，以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材，包括由连续纤维增强热塑性塑料（GFRTP）无纬带编织物组成的薄片层1和LFT夹芯层2，所述薄片层1、LFT夹芯层2均至少设置为一层或多层薄片层1、LFT夹芯层2任意叠加。其中，所述薄片层1采用连续纤维无捻粗纱和热塑性塑料制成，所述连续纤维为GF或其它有机、无机纤维中的一种或多种纤维混杂，所述热塑性塑料为普通热塑性塑料或工程塑料或高性能塑料。
其中，如本发明的两面层复合板材结构示意图，薄片层设置为2个，2个薄片层分别设置在LFT夹芯层的两表面。
其中，如本发明的两夹芯体复合板材结构示意图，LFT夹芯层设置为2个，2个LFT夹芯层之间以及其表面均设置为薄片层。
如上所述的以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材的制备工艺，包括如下步骤：
步骤S1，采用连续纤维无捻粗纱和热塑性塑料经挤拉成型制备成GFRTP无纬带，其中，连续纤维无捻粗纱是采用塑料基体相对应的连续纤维纺织增强型浸润剂生产的无捻粗纱，经烘干，含油量1.5—1.6%，含水量＜0.1%，其单丝直径11～15μm，纱支数200～600Tex，制备无纬带时，连续纤维预热100—130℃，其制备的GFRTP无纬带规格为厚δ=0.2～2mm，宽B=5～20mm，以重量为基准，连续纤维的含量50—70%；这种无纬带玻璃纤维充分为塑料浸润和包裹，带中纤维排列整齐有序、等长，具有很高力学性能；
其中，对于PP，增强型浸润剂是将如下原料以重量百分比制成，成膜剂组分：聚氨酯乳液 10—12%，润滑剂 0.3—0.4%，偶联剂KH-550 0.5—0.8%，辅助材料：3—5%，其余为H2O。
步骤S2，将步骤S1中的GFRTP无纬带经编织机制成无纬带编织物，经压机加热压制成无纬带编织物形态的高力学性能GFRTP薄片，其中，对于PP，压机的热压预热温度、模温、模压时间分别设置为T预热=180—200℃，T压=60—80℃，t=1—2min。
步骤S3，采用挤拉成型工艺制备LFT料粒（如图3所示），对玻璃纤维3进行张力控制为10—40 N/根和预热100—130℃，制备玻璃纤维3与塑料4基体浸润良好、外观质量良好的LFT粒料，玻璃纤维长度与粒料等长；LFT料粒的规格为直径3—5mm，长度为10—12mm，以重量为基准，玻璃纤维的含量为30—70%，所述GFRTP薄片和LFT采用同种塑料制成；
其中，对于PP，挤拉机的挤出机头温度设置为T机头=230—300℃，T冷却水=50℃，挤拉速度V=5—6 m/min。
步骤S4，采用步骤S2中制成的GFRTP薄片作面层，以步骤S3制成的LFT作夹芯层经加热、热合、热压、冷却定型加工工艺制备成复合板材，其中，对于PP,热压预热温度T预热=230—250℃，模温T模=80—100℃，模压时间t=2—3min，板材厚度可为2～30mm等不同规格，由于采用表面光滑、高力学性能GFRTP薄片材作板材表面层或中间夹层，因而板材表面光洁、硬度高。采用LFT作夹芯层，这样在板材芯层充满10—12mm长玻璃纤维，其又呈三维分布，薄片材与LFT使用同种塑料，所以制作的板材具有较高力学性能和较高性价比。
通过上述工艺技术的实施，制备出高力学性能、表面质量良好、各种规格的复合GFRTP新型板材，可广泛应用于建筑塑料模板等领域。
以上内容仅是对本发明此作简要说明，此属领域技术人员对上述描述的具体实施此做的各种各样修改补充，或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明结构或不超过本发明权利要求书此定义的范围，均应属于本发明保护范围。

Claims (1)

1.以连续纤维表层增强、LFT作夹芯的复合板材的制备工艺，其特征在于：该复合板材包括由玻璃纤维增强热塑性塑料（GFRTP）无纬带编织物组成的薄片层和LFT夹芯层；
每两个所述薄片层之间设置有一个LFT夹芯层，薄片层至少设置有两层；
所述薄片层采用连续纤维无捻粗纱和热塑性塑料制成；
包括如下步骤：
步骤S1，采用连续纤维无捻粗纱和热塑性塑料经挤拉成型制备成GFRTP无纬带，所述步骤S1中的连续纤维无捻粗纱是采用塑料基体相对应的连续纤维纺织增强型浸润剂生产的无捻粗纱，其单丝直径11～15μm，纱支数200～600Tex，制备无纬带时，连续纤维预热100—130℃，制备的GFRTP无纬带规格为厚δ=0.2～2mm，宽B=5～20mm，以重量为基准，连续纤维的含量50—70%；
步骤S2，将步骤S1中的GFRTP无纬带经编织机制成无纬带编织物，经压机加热压制成无纬带编织物形态的GFRTP薄片；
步骤S3，采用挤拉成型工艺制备LFT料粒，LFT料粒的规格为直径3—5mm，长度为10—12mm，以重量为基准，LFT中玻璃纤维的含量为30—70%，所述GFRTP薄片和LFT采用同种塑料制成；
步骤S4，采用步骤S2中制成的GFRTP薄片作面层，以步骤S3制成的LFT作夹芯层经加热、热合、热压、冷却定型加工工艺制备成复合板材。
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