CN110587854A - 一种纤维树脂复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维树脂复合物及其制备方法，方法包括：利用纤维展纤装置将纤维进行展薄，得到薄层纤维；将树脂基体母粒放入挤出机，在挤出机中熔融或反应后再挤出，得到熔融状的树脂基体；将挤出后的熔融状的树脂基体喷涂到薄层纤维，后处理后得到纤维树脂复合物；本发明提供的纤维树脂复合物及其制备方法，采用气体辅助树脂浸润纤维，解决了传统制备方法中树脂难以浸润的问题，降低了复合材料的制备成本。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种纤维树脂复合物及其制备方法。
背景技术
纤维增强复合材料由于具有轻质、高比刚度和比强度、良好的高低温性能、良好的化学稳定性等一系列优异性能，在航空航天、武器装备、轨道交通、能源等诸多领域中具有非常广阔的应用前景。目前，纤维增强复合材料的制备主要分为制备纤维预浸料和预浸料固化成型两个方面，因此，纤维预浸料的性能直接决定纤维增强复合材料的性能。纤维预浸料的制备工艺主要分为以下两个步骤，首先将纤维进行表面处理，然后通过干法或湿法在其表面浸润一层树脂制成纤维预浸料。纤维预浸料的制备过程繁琐，导致纤维增强复合材料的制备成本一直居高不下。
发明内容
本发明提供一种纤维树脂复合物及其制备方法，用以解决现有技术中采用纤维预浸料及预浸料固化成型方法制备纤维增强复合材料制备过程繁琐、成本高的技术问题。
本发明第一方面提供一种纤维树脂复合物的制备方法，方法包括：
利用纤维展纤装置将所述纤维进行展薄，得到薄层纤维；
将树脂基体母粒放入挤出机，在挤出机中熔融或反应后再挤出，得到熔融状的树脂基体；
将所述挤出后的熔融状的树脂基体喷涂到所述薄层纤维，再进行后处理后得到纤维树脂复合物。
优选地，所述纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、涤纶、丙纶、氯纶、维伦中任意一种或多种组合。
优选地，所述树脂为聚烯烃、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热塑及热固性树脂中任意一种。
优选地，所述薄层纤维的厚度≤80μm。
优选地，所述将挤出后的树脂基体喷涂到所述薄层纤维，包括：使用高速的压缩空气将挤出后的树脂基体喷涂到所述薄层纤维。
优选地，所述后处理包括：热处理、光处理、真空处理或磁处理中任意一种或多种组合。
本发明第二方面提供一种纤维树脂复合物，该纤维树脂复合物为上述第一方面中任意一种纤维树脂复合物的制备方法所制备得到的纤维树脂复合物。
从上述本发明实施例可知，本发明提供的一种纤维树脂复合物及其制备方法，通过将纤维进行展薄，将树脂基体母粒在挤出机中熔融或反应后挤出，再将挤出后熔融状的树脂基体喷涂在展薄的纤维从而得到纤维树脂复合物。相对于现有技术中采用制备纤维预浸料、再将预浸料固化成型方法制备纤维增强复合材料的制备方法，该制备方法制备过程简单，减少了纤维的表面处理工艺，从而降低了复合材料的制备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种纤维树脂复合物制备方法流程图；
图2为本申请实施例提供的碳纤维聚酰胺复合物的显微图片。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种纤维树脂复合物的制备方法，如图1所示，方法包括：
步骤101，利用纤维展纤装置将纤维进行展薄，得到薄层纤维；
在本申请实施例中，在纤维树脂复合物的制备过程中，为获得性能更为优质的复合材料，需要尽量增大纤维以及树脂材料的接触面积。采用展纤装置对纤维进行展薄，可以增大纤维的表面积，从而增大纤维与树脂材料的接触面积。
步骤102，将树脂基体母粒放入挤出机，在挤出机中熔融或反应后再挤出，得到熔融状的树脂基体。
在本申请实施例中，采用挤出机对树脂基体母粒进行熔融或反应，使得树脂基体母粒在挤出机中加热熔融或反应成流体状，并通过挤出机挤出，得到熔融状的树脂基体。高温熔融或反应使得树脂活性增强并更容易在纤维表面进行渗透接触，使得树脂基体与纤维的接触面增大。
步骤103，将挤出后的树脂基体喷涂到薄层纤维，再进行后处理后得到纤维树脂复合物。
在本申请实施例中，将挤出机中挤出的熔融状态下的树脂基体采用喷涂的方式喷覆于步骤101中得到的薄层纤维，使得树脂基体在薄层纤维充分接触，喷覆完成后辅以必要的后处理，得到纤维树脂复合物。
本申请实施例提供的纤维树脂复合物的制备方法，通过利用纤维展纤装置将纤维进行展薄，利用挤出机将树脂基体母粒进行反应或熔融后挤出，再将挤出的熔融状的树脂基体喷涂到展薄的纤维上，再进行适当后处理后得到纤维树脂复合物。该方法相对于传统的湿法或干法制备纤维树脂复合物，减少了复杂的纤维表面处理工艺，降低了纤维树脂复合物的制备成本。且该方法制备的纤维复合材料因熔融的树脂基体能够喷涂到纤维的缝隙之中，提高了纤维在树脂中的浸润效果，从而提升了纤维树脂复合物的力学性能。
优选地，纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、涤纶、丙纶、氯纶、维伦中任意一种或多种组合。
在本申请实施例中，纤维薄层可以是碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、涤纶、丙纶、氯纶、维伦中任意一种或多种组合进行展薄得到。
优选地，树脂为聚烯烃、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热塑及热固性树脂中任意一种。
在本申请实施例中，树脂基体也可以是聚烯烃、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热塑及热固性树脂中任意一种。
优选地，薄层纤维的厚度≤80μm。
在本申请实施例中，薄层纤维的厚度对纤维树脂复合物的性能影响至关重要，一般情况下，薄层纤维的厚度越薄，纤维、树脂的接触面越大，纤维树脂复合物的力学性能越好。本申请实施例优选的薄层纤维的厚度≤80μm，达到此标准的薄层纤维制备的纤维树脂复合物具有更优质的材料性能。
优选地，将挤出后的树脂基体喷涂到薄层纤维，包括：使用高速的压缩空气将挤出后的树脂基体喷涂到薄层纤维。
在本申请实施例中，将挤出的基体母粒喷涂到薄层纤维，可以采用高速的压缩空气进行喷涂的方式，高速的压缩空气喷涂使得树脂基体在薄层纤维中均匀分散，且高速压缩空气具有一定的压力，使得树脂基体在薄层纤维更大程度地浸润。
优选地，后处理包括：热处理、光处理、真空处理或磁处理中任意一种或多种组合。
在本申请实施例中，在薄层纤维上喷涂了树脂基体后，可以根据所需制备材料的功能化需求对纤维树脂复合物进行一定的后处理，后处理的方法包括热处理、光处理、真空处理或磁处理中任意一种或多种组合，不同后处理方式对复合材料中纤维树脂的接触程度有不同的效果，可以根据实际功能化需求进行选用。
另一方面，本申请实施例提供了一种纤维树脂复合物，该纤维树脂复合物为第一方面的纤维树脂复合物的制备方法制得的材料。
优选地，该纤维树脂复合物中树脂基体与薄层纤维的接触面积大于或等于薄层纤维表面积的80％。
复合物中树脂基体与纤维的接触面积直接关系到复合物以及后续制备复合材料的性能，本申请实施例提供的纤维树脂复合材料，其树脂基体与薄层纤维的接触面积大于或等于薄层纤维表面积的80％，相对于传统干法或湿法制得的纤维树脂复合物，拥有更快速的接触、更大的接触面积，因此也具有更为优异的材料性能。
本申请实施例提供的纤维树脂复合物，通过将熔融挤出的树脂基体喷涂到展薄的薄层纤维上，再经过一定后处理的方法制得，该材料相对传统干法或湿法制得的纤维树脂复合材料，拥有更快速的接触、更大的纤维树脂接触面积，从而也具备更优异的材料性能。
下面列举一些具体的纤维树脂复合物的制备实施例以供参考：
实施例1
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例2
将芳纶纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层芳纶纤维表面，得到芳纶纤维聚酰胺复合物。
实施例3
将玻璃纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层玻璃纤维表面，得到玻璃纤维聚酰胺复合物。
实施例4
将超高分子量聚乙烯纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层超高分子量聚乙烯纤维表面，得到超高分子量聚乙烯纤维聚酰胺复合物。
实施例5
将聚苯并噁唑纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层聚苯并噁唑纤维表面，得到聚苯并噁唑纤维聚酰胺复合物。
实施例6
将聚四氟乙烯纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层聚四氟乙烯纤维表面，得到聚四氟乙烯纤维聚酰胺复合物。
实施例7
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在360℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为390℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例8
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在370℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为400℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例9
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例10
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为2mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例11
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例12
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.35MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例13
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例14
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为1000g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例15
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为1100g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例16
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为1200g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例17
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为1300g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例18
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为1400g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例19
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰胺树脂在380℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰胺树脂基体流量为1mL/min，热空气压力为0.4MPa，热空气温度为410℃，树脂基体流速为1500g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰胺复合物。
实施例20
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚丙烯树脂在260℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚丙烯树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为290℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚丙烯树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚丙烯复合物。
实施例21
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚醚醚酮树脂在460℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚醚醚酮树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为490℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚醚醚酮树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚醚醚酮复合物。
实施例22
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚苯硫醚树脂在385℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚苯硫醚树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为415℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚苯硫醚树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚苯硫醚复合物。
实施例23
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚对苯二甲酸乙二酯树脂在350℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚对苯二甲酸乙二酯树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为380℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚对苯二甲酸乙二酯树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚对苯二甲酸乙二酯复合物。
实施例24
将碳纤维展薄至约为30μm，将聚酰亚胺树脂在430℃下在挤出机中熔融挤出，控制接收距离为10cm，聚酰亚胺树脂基体流量为3mL/min，热空气压力为0.3MPa，热空气温度为460℃，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的聚酰亚胺树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维聚酰亚胺复合物。
实施例25
将碳纤维展薄至约为30μm，将环氧树脂原料在室温下在挤出机中反应挤出，控制接收距离为10cm，环氧树脂基体流量为3mL/min，空气压力为0.3MPa，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的环氧树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维环氧树脂复合物。
实施例26
将碳纤维展薄至约为30μm，将酚醛树脂原料在室温下在挤出机中反应挤出，控制接收距离为10cm，酚醛树脂基体流量为3mL/min，空气压力为0.3MPa，树脂基体流速为900g/10min，在以上条件下将挤出的酚醛树脂基体喷覆在薄层碳纤维表面，得到碳纤维酚醛树脂复合物。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的技术方案的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种纤维树脂复合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
利用纤维展纤装置将纤维进行展薄，得到薄层纤维；
将树脂基体母粒放入挤出机，在挤出机中熔融或反应后再挤出，得到熔融状的树脂基体；
将所述挤出后的熔融状的树脂基体喷涂到所述薄层纤维，再进行后处理后得到纤维树脂复合物。
2.根据权利要求1所述的纤维树脂复合物的制备方法，其特征在于，所述纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、涤纶、丙纶、氯纶、维伦中任意一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的纤维树脂复合物的制备方法，其特征在于，所述树脂为聚烯烃、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热塑及热固性树脂中任意一种。
4.根据权利要求1所述的纤维树脂复合物的制备方法，其特征在于，所述薄层纤维的厚度≤80μm。
5.根据权利要求1所述的纤维树脂复合物的制备方法，其特征在于，所述将挤出后的树脂基体喷涂到所述薄层纤维，包括：使用高速的压缩空气将挤出后的树脂基体喷涂到所述薄层纤维。
6.根据权利要求1所述的纤维树脂复合物的制备方法，其特征在于，所述后处理包括：热处理、光处理、真空处理或磁处理中任意一种或多种组合。
7.一种纤维树脂复合物，其特征在于，所述纤维树脂复合物为权利要求1～6中任意一种纤维树脂复合物的制备方法制得的复合物。
8.一种纤维树脂复合物，其特征在于，所述纤维树脂复合物中所述树脂基体与所述薄层纤维的接触面积大于或等于所述薄层纤维表面积的80％。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104130393A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-11-05 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的设备 |
| CN105904611A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-08-31 | 北京航空航天大学 | 一种超薄连续纤维增强热塑性树脂预浸料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-08-07 CN CN201910725558.9A patent/CN110587854A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104130393A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-11-05 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的设备 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王顺亭 等: "《树脂基复合材料》", 30 June 1997, 中国建材工业出版社 * |
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