CN110804297B - 一种玄武岩纤维网格布增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维网格布增强复合材料及其制备方法，涉及新材料领域。该材料可用于替代钢材、铝材用于汽车、新能源车的内装饰及部份车身骨架和车辆的外壳来实现减轻车辆自重。所述玄武岩纤维网格布增强复合材料，包括以下组分：玄武岩纤维网格布500～1500g/m2，PC树脂20～80份，ABS树脂80～20份，抗氧剂0～1份，润滑剂0～2份，矿物油0～200ml，偶联剂0～5份。

Description

一种玄武岩纤维网格布增强复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料领域，尤其是一种玄武岩纤维网格布增强复合材料及其制备方法。
背景技术
应汽车、新能源车厂的诉求，汽车、新能源车要减轻重量实行轻量化。车辆要实行轻量化首先是材料的轻量化，然后是零部件轻量化，最终达到车辆轻量化。新能源电动车要加装电瓶和电动机增加重量500KG左右，如何在现有电动车重量的基础上减重500KG，只有用长纤维增强复合热固性树脂、热塑性树脂方面找出路，用长碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维增强复合热固性树脂、热塑性树脂以塑代钢、以塑代铝。用PP、PU、PE轻质发泡复合材料替代实芯材料来减轻车辆重量。汽车、电动车实现轻量化的目的：节能、节材、减少CO2排放、车辆运行时间长、里程远、提速快、刹车制动距离缩短、载重量增加。
目前汽车、新能源车所用塑料为常规塑料和部份改性塑料，塑料在汽车上用量,国外每辆车占250～400KG左右，国内每辆车占150～250KG左右；国外大量应用改性塑料和复合材料应用于汽车工业；目前我们所生产的常规塑料材料用于汽车工业，这些材料存在一些缺陷不能满足特殊要求：如ABS板材具有普通的用途，硬度较大、韧性好、易加工，其缺陷是耐寒、耐高温差、抗拉强度、抗击力差；PC板材刚性较好、耐寒、耐高温、其它性能较好；两种材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量达不到特殊用材要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种玄武岩纤维网格布增强复合材料，该材料可用于替代钢材、铝材用于汽车、新能源车的内装饰及部份车身骨架和车辆的外壳来实现减轻车辆自重。
为实现上述技术方案，本发明提供的技术方案是这样的：一种玄武岩纤维网格布增强复合材料，包括以下组分：玄武岩纤维网格布500～1500g/m2，PC树脂20～80份，ABS树脂80～20份，抗氧剂0～1份，润滑剂0～2份，矿物油0～200ml，偶联剂0～5份。
优选地，增强复合材料包括以下组分：玄武岩纤维网格布600～1000g/m2，PC树脂70份，ABS树脂30份，抗氧剂0.5份，润滑剂0.5份，矿物油150ml，偶联剂0～5份。
所述抗氧剂为质量比为2:3的抗氧剂1010和抗氧剂168。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和/或肽酸脂偶联剂。
所述玄武岩纤维网格布为600g/m2或700g/m2或1000g/m2。
本发明的目的之二在于提供上述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将PC树脂、ABS树脂经挤出复合机挤出成熔体坯胎片，将玄武岩纤维网格布引入熔体坯片表面后，进入多辊碾压机中混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压成复合基材；
2)将步骤1)所得复合基材送入挤出淋膜碾压机中，并将仅经过干燥处理的PC/ABS原料输入计量斗中自动进入挤出淋膜碾压机挤出成薄坯片后，铺设在步骤1)所得的复合基材表面，再次浸渍、包裹、灌注、碾压，得玄武岩纤维网格布增强复合材料。
步骤1)所述挤出复合机的温度为220～265℃，模具温度为235～250℃。
步骤2)所述挤出淋膜碾压机的温度为230～265℃，模具温度为240～250℃。
作为本发明的一个具体实施例，上述制备方法还包括以下步骤：
步骤3)：将步骤2)所得玄武岩纤维网格布增强复合材料送入淋膜机的碾压辊中，并将仅经干燥处理的PC/ABS原料输入计量斗中自动进入淋膜机经高温熔融、螺杆挤出成为薄坯片后，铺设在步骤1)所得复合基材的表面，进入双辊碾压机中再次混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压，的双层玄武岩纤维网格布增强复合材料。
步骤3)所述挤出淋膜碾压机的温度为230～265℃，模具温度为240～250℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明所述的玄武岩纤维网格布增强复合材料综合性能高，可以满足客户的使用性能及参考经济实用性，相较于玄武岩纤维单向丝复合材料，本发明的复合材料的纵、横向强度基本相同。
(2)在本发明复合材料的制备过程中，将熔融的热塑性熔体充分浸渍、包裹玄武纤维丝束，经双辊碾压成型为复合材料；其中玄武岩纤维要经偶联剂偶联使玄武岩纤维由亲水性变成亲油性，与油性树脂面与面的紧密结合。
(3)本发明用玄武岩纤维网格布增强复合热塑PC/ABS时、已熔融的PC/ABS熔体从网格的四面浸渍和包裹玄武纤维丝束经碾压使熔体完全填入方格的孔眼中，将玄武岩纤维丝束四周紧密的包裹粘合在一起经碾压形成牢固的复合板材。相较于玄武岩纤维布增强复合热塑性材料，其由于玄武岩纤维布编织紧密，已熔融的熔体难以浸渍和包裹玄武岩纤维丝束其复合材料粘接不牢，局部鼓泡，人工用力敲击复合材料时树脂层与纤维布分离。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的权利要求书做进一步的详细说明。
实施例1
将PC树脂、ABS树脂按比例自动输入烘料仓中干燥；烘料温度90～100℃，时间3小时。
将塑料挤出复合机的各区温度升至220℃、235℃、240℃、(抽真空)220℃、245℃、250℃、260℃、260℃、265℃、265℃、265℃，模具温度250℃、245℃、240℃、235℃、240℃、245℃、250℃；待温度达到后，启动1#塑料挤出复合机，将烘料仓已干燥的PC树脂、ABS树脂自动输入计量斗中进入1#塑料挤出复合机熔融由螺杆将熔体推入模具自动挤出成熔体坯胎片，此时将事先预置在挤出复合机上方的玄武岩纤维网格布600g/m2引入熔体坯片表面自动进入双辊或三辊碾压机中混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压成复合基材；再送入2#淋膜复合碾压机中，将仅经过干燥处理的70份PC料，30份ABS原料输入计量斗中自动进入2#挤出淋膜机熔融挤出成薄坯片，将淋膜薄片铺设在玄武岩纤维网格布的表面再次浸渍、包裹、灌注、碾压成为增强复合板材。淋膜复合机各区温度230℃、235℃、240℃、220℃(抽真空区)、250℃、260℃、260℃、265℃、265℃；模具温度250℃、245℃、240℃、240℃、240℃、245℃、250℃；
PC+ABS基材厚度为0.5～5mm，表面淋膜厚度为0.3～1.0mm。
复合基材的厚度为1.0～8.0mm。
实施例2
将上述PC+ABS备料输入计量斗中自动进入1#塑料挤出复合机，经高温熔融由螺杆将熔体挤出成软坯片或板材；再将预置在挤出复合装置上的玄武岩纤维网格布700g/m2引入熔体坯片上一同进入双辊碾压机中混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压成为增强复合基材或片材，1#挤出机温度220℃～265℃；模具温度235℃～250℃；将增强复合基材或基片引入2#挤出淋膜碾压机中，此时将上述PC+ABS输入计量斗中自动进入2#淋膜机熔融挤出成薄片铺设在玄武岩纤维网格表面再次浸渍、包裹、灌注、碾压成为增强复合材料或片材。2#挤出淋膜机的温度230℃～265℃；模具温度240℃～250℃。
实施例3
将上述PC+ABS备料输入计量器中自动进入1#塑料挤出复合机，经高温熔融由螺杆将熔体挤出成软坯片或板材；再将预置在挤出复合装置上的玄武岩纤维网格布500g/m2引入熔体坯片表面一同进入双辊碾压机中混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压成为增强复合基片或基板，1#挤出复合机温度220℃～265℃；模具温度235℃～250℃；将增强复合基片或基板引入2#挤出淋膜碾压机中，此时将上述PC+ABS输入计量器中自动进入2#淋膜机熔融挤出成薄片铺设在玄武岩纤维网格布表面再次浸渍、包裹、灌注、碾压成为增强复合基材。2#挤出淋膜机的温度230℃～265℃；模具温度240℃～250℃。再次将2#淋膜机的增强复合基材引入3#淋膜机的碾压辊中；此时将上述PC+ABS备料输入计量器自动进入3#淋膜机经高温熔融由螺杆挤出成为薄坯片铺设在玄武岩纤维网格布500g/m2的表面进入双辊碾压机中三次混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压成双层玄武岩纤维网格布增强复合材料。3#淋膜机温度230℃～265℃；模具温度240℃～250℃。
对比例1
将上述PC+ABS备料输入计量器中自动进入1#塑料挤出复合机，经高温熔融由螺杆挤挤出成软坯片材或板材；再将预置在挤出复合装置上的玄武岩纤维布500g/m2引入软坯片上一同进入双辊碾压机中浸渍、包裹、碾压成增强复合基材，此时1#挤出机温度220℃～265℃；模具温度240℃～250℃；再将增强复合基材引入2#挤出淋膜碾压机中，此时将上述PC+ABS输入计量斗中自动进入2#淋膜碾压机中熔融挤出成薄片材铺设在玄武岩纤维布的表面再次单面浸渍。包裹、碾压成为增强复合材料。1#挤出机温度230℃～265℃；模具温度240℃～250℃。
对比例2
将上述的PC+ABS备料输入料斗中自动进入1#塑料挤出机制作成片材，厚度1.0mm备用，挤出机温度220℃～265℃，模具温度240℃～250℃；将JH-1700型平面复合机上板加热段的温度升至1～3区220℃，4～9区260℃，10～12区250℃；下板加热段温度13～15区220℃，16～21区260℃，22～24区240℃；加热段上、下板的间距2.3mm,碾压辊间距2.0mm，冷却段上、下板的间距2.0mm；冷却段的温度25℃；复合机运行速度2.5m/min。将预置在平面复合机下方的PC+ABS片材引入复合机中，将预置在复合机中部的玄武岩纤维布500g/m2铺设在片材上，再将预置在复合机上方的PC+ABS薄片铺设在玄武岩纤维布的表面同时进入平面复合机，经高温烘烤熔化自动进入碾压辊，浸渍、包裹、碾压复合成型；经冷却定型为增强复合材料。
上述实施例1～3增强层为玄武岩纤维网格布与热塑性PC+ABS熔体的复合，对比例1-2增强层为玄武岩纤维布与热塑性PC+ABS熔体的复合；前者易复合成型，后者复合效果欠佳。本发明所述玄武岩长纤维网格布增强复合PC+ABS材料优于玄武岩纤维布增强复合PC+ABS材料。
实施例1～3玄武岩网格布的丝束被熔融的PC+ABS熔体混炼、浸渍、包裹完好，熔体充满孔隙、玄武岩纤维丝束嵌入熔体之中，使玄武岩纤维被熔融PC/ABS四周紧密包覆，经碾压形成坚固的高强复合材料。而对比例1-2的玄武岩纤维布增强复合热塑性材料本应是一种很好的增强材料；但PC/ABS熔体上、下层难与玄武岩纤维布夹芯层粘接牢固、引起局部鼓泡、表面不平整难以形成玄武岩增强复合材料。问题是玄武岩纤维布编织紧密、硅烷偶联不完全，PC/ABS熔体不能从四周浸渍、包裹住纤维丝束，熔体不能填充缝隙，玄武岩纤维丝束没有被嵌入熔体之中形成的。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明所述的玄武岩纤维网格布增强复合材料综合性能高，可以满足客户的使用性能及参考经济实用性，相较于玄武岩纤维单向丝复合材料，本发明的复合材料的纵、横向强度基本相同。(2)在本发明复合材料的制备过程中，将熔融的热塑性熔体充分浸渍、包裹玄武纤维丝束，经双辊碾压成型为复合材料；其中玄武岩纤维要经偶联剂偶联使玄武岩纤维由亲水性变成亲油性，与油性树脂面与面的紧密结合。(3)本发明用玄武岩纤维网格布增强复合热塑PC/ABS时、已熔融的PC/ABS熔体从网格的四面浸渍和包裹玄武纤维丝束经碾压使熔体完全填入方格的孔眼中，将玄武岩纤维丝束四周紧密的包裹粘合在一起经碾压形成牢固的复合板材。相较于玄武岩纤维布增强复合热塑性材料，其由于玄武岩纤维布编织紧密，已熔融的熔体难以浸渍和包裹玄武岩纤维丝束其复合材料粘接不牢，局部鼓泡，人工用力敲击复合材料时树脂层与纤维布分离。

Claims (8)

1.一种玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料包括以下组分：玄武岩纤维网格布500～1500g/m²，PC树脂20～80份，ABS树脂80～20份，抗氧剂0～1份，润滑剂0～2份，矿物油0～200ml，偶联剂0～5份，矿物油、偶联剂不为0；
所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法包括以下步骤：
1）将PC树脂、ABS树脂与抗氧剂、润滑剂、矿物油、偶联剂混合后经挤出复合机挤出成熔体坯胎片，将玄武岩纤维网格布引入熔体坯片表面后，进入多辊碾压机中混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压成复合基材；2）将步骤1）所得复合基材送入挤出淋膜碾压机中，并将仅经过干燥处理的PC/ABS原料输入计量斗中自动进入挤出淋膜碾压机挤出成薄坯片后，铺设在步骤1）所得的复合基材表面，再次浸渍、包裹、灌注、碾压，得玄武岩纤维网格布增强复合材料；步骤3）：将步骤2）所得玄武岩纤维网格布增强复合材料送入淋膜机的碾压辊中，并将仅经干燥处理的PC/ABS原料输入计量斗中自动进入淋膜机经高温熔融、螺杆挤出成为薄坯片后，铺设在步骤1）所得复合基材的表面，进入双辊碾压机中再次混炼、浸渍、包裹、灌注、碾压，得 双层玄武岩纤维网格布增强复合材料。
2.根据权利要求1所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下组分：玄武岩纤维网格布600~1000g/m²，PC树脂 70份，ABS树脂 30份，抗氧剂0.5份，润滑剂0.5份，矿物油150ml，偶联剂0～5份。
3.根据权利要求1所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为质量比为2:3的抗氧剂1010和抗氧剂168。
4.根据权利要求1所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂和/或钛酸脂偶联剂。
5.根据权利要求2所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维网格布为600 g/m²或700 g/m²或1000g/m²。
6.根据权利要求1所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述挤出复合机的温度为220～265℃，模具温度为235～250℃。
7.根据权利要求1所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述挤出淋膜碾压机的温度为230～265℃，模具温度为240～250℃。
8.根据权利要求1所述玄武岩纤维网格布增强复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述挤出淋膜碾压机的温度为230～265℃，模具温度为240～250℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100021718A1 (en) * 2008-07-23 2010-01-28 Sandra Fritz Vos Thermoplastic composite material with improved smoke generation, heat release, and mechanical properties
CN103660308A (zh) * 2012-08-30 2014-03-26 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 连续纤维织物增强热塑性树脂复合材料及其制作方法
CN203697490U (zh) * 2013-09-30 2014-07-09 常州市新创复合材料有限公司 连续性纤维增强热塑性片材生产设备

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