CN109705438A - 用于纤维网格布增强的热塑性板材材料及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于纤维网格布增强的热塑性板材材料及使用方法。本发明将纤维网格布用树脂浸渍后形成纤维丝束，每根丝束由成百上千根纤维丝组成，待浸渍的树脂固化之后或加工热塑性材料时的温度加热固化后可以使得纤维丝杆具有高的抗拉伸强度，使得纤维丝杆可以起到类似于混凝土内钢筋的作用；将纤维网格布在挤出机模内复合，使纤维未网格布不经过螺杆剪切，保证了纤维的整体性，由热塑性材料与由浸渍纤维丝束形成的网络筋复合得到的板材，比已分散的短纤维作为增强材料的同质板材的机械性能高出数倍，可提高板材强度2‑5倍。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料科学领域，尤其是一种用于纤维网格布增强的热塑性板材材料及使用方法。
背景技术
在塑料加工行业中特别是热塑性材料加工中，纤维的加入可以大大增加材料强度，纤维越长，材料强度越高。研究表明，连续长纤维对热塑性材料的增强效果要比短纤维的增强效果好。目前常用的方法是将热塑性材料和纤维增强材料加入到挤出机中进行混合，得到纤维增强的热塑性复合材料，但在挤出过程中，纤维会在螺杆提供的高剪切作用力下被切断，这就使得纤维增强的效果降低。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于纤维网格布增强的热塑性板材材料及使用方法，它充分利用纤维增强的效果，显著提高板材整体的强度，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：包括基体材料50-70份、矿粉10-30份、抗老剂3-5份及润滑剂5-10份为制备原料。
所述的基体材料为热塑性塑料。
所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的新料或它们的回收料。
所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的新料时，基体材料为50-60份、矿粉为20-30份、抗老剂为3-5份及润滑剂为5-10份；所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的回收料时，基体材料为为60-70份、矿粉10-20份、抗老剂3-5份及润滑剂5-10份。
在纤维网格布上涂覆热固性树脂，将涂覆好树脂的纤维网格布放入模具中；按上述质量份数取各组分，将基体材料、矿粉、抗老剂及润滑剂加入挤出机中，使其熔融共混，将熔融后的混合物料然输送到放有涂覆好树脂的纤维网格布的模具中；使纤维网格布在模具内实现与塑料复合形成纤维-塑料复合材料；纤维-塑料复合材料再经过压制定型，压制定型后的纤维-塑料复合材料通过牵引机牵引向前运动，形成连续生产，获得的热塑性板材包括纤维网格筋，纤维网格筋为两层以上，纤维网格筋之间以热塑性材料作为支撑体。
所述的纤维网格布为金属纤维网、芳纶纤维网格布、玻璃纤维网格布、碳纤维网格布、超高分子量聚乙烯网格布中的一种或多种的混合；所述的网格尺寸为5×5mm—15×15mm；纤维网格布的制备是，将纤维束与胶料在模具中复合，然后通过模口定型挤出，形成纤维网格布。当纤维网格布为1层时，纤维网格布分布在热塑性复合板材的中间；当纤维网格布为2层或多层时，纤维网格布则平均的分布在离热塑性复合板材的上下两个表面1-2mm的地方，距离表面越近，板的抗弯曲强度越好。当热塑性复合板材受到外力作用时，纤维网格布会随基体一起发生形变，从而分散基体受到的载荷，增加复合板材的强度。由于纤维网孔眼比较大，热塑性料完全对纤维进行握裹，由于纤维网被浸渍有热固性树脂，受热塑性树脂的熔融温度的作用，纤维网会在热塑性料板成型时间内逐步固化成型，由于树脂内加有偶联剂及热塑性树脂对其的挤压使纤维网与热塑性树脂界面结合力很强。纤维在板材中起到骨架作用，由于纤维网中的每根单丝纤维被液体树脂浸渍透，最终固化成很强的骨架筋。这种带有纤维网骨架筋的板材其整体强度提高数倍、耐震、抗折、抗弯、抗摔，能制作成托板架，建筑模板等。
在纤维网格布上涂覆树脂的方法为浸润，所述的浸润用的树脂按质量份数计算，包括浸润基体100份、高温固化剂1-20份、偶联剂5-10份及增塑剂0-10份；其中，所述的浸润基体环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧乙烯基树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂或者它们的改性树脂。用于浸润纤维网格布的热固性树脂采用高温固化剂，常温时树脂不固化，这样浸胶槽树脂可以保持较长时间。利用在与热塑性树脂在模具内热合时的热量使得纤维网上的树脂发生固化，而且纤维网在模具内受挤压时，热固性树脂固化时会有毛刺变形并与热塑性材料形成完整的握裹。树脂内含有一定量的偶联剂有利于热固性树脂与热塑性材料的结合界面更加的牢固。
生产装置，包括送料机构，沿送料方向依次设有浸胶槽、导向机构、模具、三辊机、牵引机及切割机；在浸胶槽内设有引导棍，导向机构的组成包括固定在安装板上的挤压辊，挤压辊处于浸胶槽的末端上方，在挤压辊后方设有上下分布的两组导向轮；在送料方向的一侧设有挤出机，挤出机通过送料杆与模具的模腔连通。
所述的模具的组成包括上模体及下模体，在上模体及下模体组成的模腔内设有隔板，隔板将模腔分隔为上模腔及下模腔，模腔的前段为从进料方向敞口渐收的结构，模腔的后段为偏平的熔体复合段，模腔的末端为出口；在上模体及下模体上均设有聚合物熔体流道，熔体流道与模腔的熔体复合段连通。
所述的三辊机为两组以上。
与现有技术相比，本发明将纤维网格布用树脂浸渍后形成纤维丝束，每根丝束由成百上千根纤维丝组成，待浸渍的树脂固化之后或加工热塑性材料时的温度加热固化后可以使得纤维丝杆具有高的抗拉伸强度，使得纤维丝杆可以起到类似于混凝土内钢筋的作用；将纤维网格布在挤出机模内复合，使纤维未网格布不经过螺杆剪切，保证了纤维的整体性，由热塑性材料与由浸渍纤维丝束形成的网络筋复合得到的板材，比已分散的短纤维作为增强材料的同质板材的机械性能高出数倍，可提高板材强度2-5倍。它的受力作用原理是：当板材受外力作用时，纤维网格筋分散受力，由于是纤维，可以使受力达到纤维分布的所有地方，从而把受力变小并消失大的网格筋被热塑性基材完整握裹，使其没有受力变形的空间，因而能够完整地发挥其高强的抗拉伸性能。本发明材料来源广泛，简单易行，使用效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的模具的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例1：生产装置，包括送料机构1，沿送料方向依次设有浸胶槽2、导向机构3、模具4、两组三辊机5、牵引机6及切割机7；在浸胶槽2内设有引导棍2-1，导向机构3的组成包括固定在安装板3-1上的挤压辊3-2，挤压辊3-2处于浸胶槽2的末端上方，在挤压辊3-2后方设有上下分布的两组导向轮3-3；在送料方向的一侧设有挤出机8，挤出机8通过送料杆9与模具4的模腔连通。
所述的模具4的组成包括上模体4-1及下模体4-2，在上模体4-1及下模体4-2组成的模腔内设有隔板4-3，隔板4-3将模腔分隔为上模腔4-4及下模腔4-5，模腔的前段为从进料方向敞口渐收的结构，模腔的后段为偏平的熔体复合段，模腔的末端为出口4-6；在上模体4-1及下模体4-2上均设有聚合物熔体流道4-7，熔体流道4-7与模腔的熔体复合段连通。
将两个纤维网格布10的卷盘放置在送料机构1上，两个卷盘上的纤维网格布10共同进入浸胶槽2中，通过浸胶槽2中的引导棍2-1被压在浸胶槽2中浸泡树脂，涂覆了树脂的纤维网格布10被导向机构3的挤压辊3-2挤去多余的树脂，然后通过导向轮3-3将两组纤维网格布10分开，再分别送入模具4的上模腔4-4及下模腔4-5中；将基体材料、矿粉、抗老剂及石蜡加入挤出机8中，使其熔融共混，将熔融后的混合物料通过送料杆9输送到模具4中；使纤维网格布在模具4内实现与塑料复合形成纤维-塑料复合材料11；纤维-塑料复合材料11再经过三辊机5压制定型，压制定型后的纤维-塑料复合材料11通过牵引机牵引6向前运动，形成连续生产，最后经切割机7切割。
实施例1中，纤维网格布选用无碱纤维网，网孔规格为10×10mm；使用环氧树脂(E44)100份、高温固化剂15份、偶联剂(KH-550)5份、增塑剂邻苯二丁酯10份作为纤维浸渍固化材料，经挤干后与热塑性树脂复合。热塑性基材为PP/POE/CaCO3三元复合材料，其中PP(T30S)75份，POE(8200)15份，CaCO310份，抗氧剂(1010)1份，在170-210℃条件下由螺杆挤出机挤出成带有纤维网的板材。
本发明的实施例2：制备方法同实施例1。
实施例2中，纤维网格布选用由玄武岩纤维编织成的纤维网，网孔规格为5×5mm。使用不饱和聚酯树脂100份，热固化剂过氧化甲乙酮2份及偶联剂邻苯二甲酸二丁酯10份作为纤维浸渍固化材料。热塑性塑料：回收HDPE塑料60份，POE25份，碳酸钙(1200目)30份，抗氧剂2份，使用双螺杆挤出机在170-190℃条件下挤出成带有纤维网的板材。
本发明的实施例3：制备方法同实施例1。
实施例2中，纤维网格布选用芳纶纤维编织成的网格布，网孔规格为15×15mm，以聚氯乙烯糊树脂及液体增塑剂组成的热塑成型体作为纤维的浸润定型集束料。聚录乙烯糊树脂100份，液体增塑剂邻苯二甲酸丁二酯50份，热稳定剂4份，碳酸钙粉50份，硅油消泡剂适量，组成液体糊状料，浸渍纤维。热塑性塑料：回收PVC塑料100份，稳定剂硬脂酸钡1份，增塑剂(氯化石蜡、石油酯)5份，填充剂(碳酸钙、粉煤灰)50份。PVC糊树脂在热塑性料熔融温度下被完全塑化，并与PVC塑料互溶形成紧密的热塑性/纤维网增强材料。
Claims (10)
1.一种用于纤维网格布增强的热塑性板材材料，其特征在于：按质量份数计算，包括基体材料50-70份、矿粉10-30份、抗老剂3-5份及润滑剂5-10份为制备原料。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述的基体材料为热塑性塑料。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于：所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的新料或它们的回收料。
4.根据权利要求3所述的材料，其特征在于：所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的新料时，基体材料为50-60份、矿粉为20-30份、抗老剂为3-5份及润滑剂为5-10份；所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的回收料时，基体材料为为60-70份、矿粉10-20份、抗老剂3-5份及润滑剂5-10份。
5.一种采用纤维网格布与如权利要求1所述的述材料共同制备增强型热塑性板材的方法，其特征在于：在纤维网格布上涂覆热固性树脂，将涂覆好树脂的纤维网格布放入模具中；按上述质量份数取各组分，将基体材料、矿粉、抗老剂及润滑剂加入挤出机中，使其熔融共混，将熔融后的混合物料然输送到放有涂覆好树脂的纤维网格布的模具中；使纤维网格布在模具内实现与塑料复合形成纤维-塑料复合材料；纤维-塑料复合材料再经过压制定型，压制定型后的纤维-塑料复合材料通过牵引机牵引向前运动，形成连续生产，获得的热塑性板材包括纤维网格筋，纤维网格筋为两层以上，纤维网格筋之间以热塑性材料作为支撑体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的纤维网格布为金属纤维网、芳纶纤维网格布、玻璃纤维网格布、碳纤维网格布、超高分子量聚乙烯网格布中的一种或多种的混合；所述的网格尺寸为5×5mm—15×15mm；纤维网格布的制备是，将纤维束与胶料在模具中复合，然后通过模口定型挤出，形成纤维网格布。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：在纤维网格布上涂覆树脂的方法为浸润，所述的浸润用的树脂按质量份数计算，包括浸润基体100份、高温固化剂1-20份、偶联剂5-10份及增塑剂0-10份；其中，所述的浸润基体环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧乙烯基树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂或者它们的改性树脂。
8.一种用于实现如权利要求5所述的方法的生产装置，其特征在于：包括送料机构(1)，沿送料方向依次设有浸胶槽(2)、导向机构(3)、模具(4)、三辊机(5)、牵引机(6)及切割机(7)；在浸胶槽(2)内设有引导棍(2-1)，导向机构(3)的组成包括固定在安装板(3-1)上的挤压辊(3-2)，挤压辊(4)处于浸胶槽(2)的末端上方，在挤压辊(3-2)后方设有上下分布的两组导向轮(3-3)；在送料方向的一侧设有挤出机(8)，挤出机(8)通过送料杆(9)与模具(4)的模腔连通。
9.根据权利要求8所述的生产装置，其特征在于：所述的模具(4)的组成包括上模体(4-1)及下模体(4-2)，在上模体(4-1)及下模体(4-2)组成的模腔内设有隔板(4-3)，隔板(4-3)将模腔分隔为上模腔(4-4)及下模腔(4-5)，模腔的前段为从进料方向敞口渐收的结构，模腔的后段为偏平的熔体复合段，模腔的末端为出口(4-6)；在上模体(4-1)及下模体(4-2)上均设有聚合物熔体流道(4-7)，熔体流道(4-7)与模腔的熔体复合段连通。
10.根据权利要求8所述的生产装置，其特征在于：所述的三辊机(5)为两组以上。
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