CN110948982A - 一种用于制作箱包的纤维复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制作箱包的纤维复合材料，所述复合材料依次由上纤维层、聚丙烯层和下纤维层复合而成；所述上纤维层和下纤维层均为三维编织复合结构，所述聚丙烯层通过将一定量的聚丙烯冷拉纤维加入到聚丙烯中发泡注射制备而成。本发明复合材料中的UHMWPE纤维使复合材料具有良好的耐磨性和耐切割性，从而使制得的箱包耐磨防刮，复合材料中的聚丙烯具有良好的断裂伸长率，从而使采用本发明复合材料制得的箱包具有大的变形量，同时聚丙烯层采用发泡方法制备而成，其内部呈多泡孔结构，因此本发明复合材料制得的箱包质量轻。

Description

一种用于制作箱包的纤维复合材料
技术领域
本发明涉及一种用于制作箱包的纤维复合材料，属于聚合物材料技术领域。
背景技术
现有箱包大多采用人造皮革或动物皮革制备而成，采用皮革制成的箱包重量重，而且不易保养，用久了皮革易老化、易磨损、起皮起皱，从而影响其实用性。因此一种质量轻、耐磨防刮的用于制作箱包的纤维复合材料的开发很有必要。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于制作箱包的纤维复合材料，复合材料中的UHMWPE纤维具有良好的耐磨性和耐切割性，从而使制得的箱包耐磨防刮，复合材料中的聚丙烯具有良好的断裂伸长率，从而使采用本发明复合材料制得的箱包具有大的变形量，同时聚丙烯层采用发泡方法制备而成，其内部呈多泡孔结构，因此本发明复合材料制得的箱包质量轻。
一种用于制作箱包的纤维复合材料，所述复合材料依次由上纤维层、聚丙烯层和下纤维层复合而成；所述上纤维层和下纤维层均为三维编织复合结构，所述聚丙烯层通过将一定量的聚丙烯冷拉纤维加入到聚丙烯中发泡注射制备而成。
所述复合材料也可由纤维层和聚丙烯层交替排布组成。
其中，所述上纤维层和下纤维层均为UHMWPE纤维层；上纤维层的厚度为 100～200um，下纤维层的厚度为100～200um，所述聚丙烯层的厚度为300～400um。
其中，所述聚丙烯冷拉纤维采用如下方法制备而成：将聚丙烯在其结晶温度以下拉伸500％～800％，将拉伸后的材料段分切为颗粒；其中，颗粒的长度为0.3～0.5mm、宽度为0.1～0.4mm、厚度为0.5～0.6mm。
其中，所述聚丙烯层采用如下方法制备而成：
步骤1，将聚丙烯在其结晶温度以下拉伸500％～800％，将拉伸后的材料段分切为颗粒；其中，颗粒的长度为0.3～0.5mm、宽度为0.1～0.4mm、厚度为0.5～0.6mm；
步骤2，将颗粒按一定比例加入到聚丙烯中，混合均匀后制备成混合物料；
步骤3，将混合物料放入到注射成型机中，通过适量气体的作用得到内部具有泡孔的聚丙烯；其中，注射成型机中熔体的温度为166～172℃；气体为化学发泡剂分解得到的气体。
其中，步骤2中，所述颗粒的加入量为混合物料总质量的5～10％。
其中，步骤2中，所述聚丙烯含有如下质量份数的组分：30～50份聚丙烯基体、6～18 份化学发泡剂以及1～5份硅烷偶联剂，将上述配方量的组分混合均匀后放入塑料挤出机中熔融造粒后得到。
其中，所述化学发泡剂由如下质量份数的组分组成：10～30份发泡剂、1～2份发泡助剂、4～8份分散剂、5～10份成核剂以及50～80份载体树脂；其中，发泡剂为偶氮二甲酰胺；发泡助剂为氧化锌或氧化钡；分散剂为PE蜡；成核剂为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅；载体树脂为聚乙烯。
通过在聚丙烯中掺杂聚丙烯冷拉纤维，它在材料冷却过程中可以加速聚丙烯的结晶过程，导致泡孔的提前锁定，使气体不易逃逸，从而获得更多微孔结构，另外，将化学发泡剂与硅烷偶联剂连用，进一步提高聚丙烯内部泡孔的密度，减少泡孔的尺寸，采用本发明方法制得的聚丙烯层的孔隙率为70～85％，孔径为3～5nm，得到的聚丙烯不仅比原来的聚丙烯具有更为稳定的热力学结构，而且材料密度小，质量轻；最后，泡孔在拉伸过程中各孔相互联通，形成一束束纤维在拉伸，从而使聚丙烯表现出断裂伸长率很高。
有益效果：本发明复合材料中的UHMWPE纤维具有良好的耐磨性和耐切割性，从而使制得的箱包耐磨防刮，复合材料中的聚丙烯具有良好的断裂伸长率，拉伸强度比现有的聚丙烯材料提高了至少15％，从而使采用本发明复合材料制得的箱包能够经得住大的变形量，能够承载更多的东西，同时聚丙烯层内部呈多泡孔结构，密度小、质量轻，因此本发明复合材料制得的箱包质量轻。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明技术方案做进一步说明。
实施例1
本发明复合材料，由上纤维层、聚丙烯层和下纤维层复合而成；上纤维层和下纤维层均为三维编织复合结构，三维编织复合结构由多束纤维束编织成空间网状结构，纤维束的编织角为21°，三维编织复合结构形成的织物面密度为240g/m2；上纤维层和下纤维层均为UHMWPE纤维层；上纤维层的厚度为200um，下纤维层的厚度为200um；聚丙烯层通过将混合物料质量百分比10％的聚丙烯冷拉纤维加入到聚丙烯中发泡注射制备而成，聚丙烯层的厚度为300um，聚丙烯层的孔隙率为70％，孔径为5nm。本发明复合材料在双层纤维中复合聚丙烯层，聚丙烯层通过硅溶胶胶合负载的方式嵌入在两层 UHMWPE纤维三维编织的网状结构中。纤维层外部涂覆有润滑层，润滑层能够增加复合材料的润滑性。
本实施例为利用化学发泡剂来产生气体，使聚丙烯发泡注射制品的产品呈多泡孔结构。
本发明聚丙烯层采用如下方法制备而成：
步骤1，将聚丙烯放入注射机中，在室温环境下拉伸700％，将拉伸后的材料段分切为长度在0.3mm、宽度为0.1mm、厚度为0.5mm的聚丙烯冷拉颗粒；
步骤2，称取原料聚丙烯基体：30kg，聚丙烯冷拉颗粒：4kg，化学发泡剂：6kg： 1kg硅烷偶联剂，混合均匀后制备成混合物料；
步骤3，将混合物料放入普通注射机中加工生产内部具有泡孔的聚丙烯；其中注射机的熔体温度设置在166摄氏度之间。气体为化学发泡剂分解得到的气体。
化学发泡剂的制取：按照下面的质量称取原料：偶氮二甲酰胺：10kg，氧化锌：1kg，PE蜡：4kg，纳米二氧化钛：5kg，聚乙烯：50kg；将原料分别干燥后，在混炼机中混合均匀并通过双螺杆挤出机挤出，在挤出过程中熔体温度为120℃(该化学发泡母料的分解温度为130～160℃，熔体温度120度比分解温度低可以避免化学发泡母料分解)。
实施例2
本发明复合材料，由上纤维层、聚丙烯层和下纤维层复合而成；上纤维层和下纤维层均为三维编织复合结构，三维编织复合结构由多束纤维束编织成空间网状结构，纤维束的编织角为25°，三维编织复合结构形成的织物面密度为240g/m2；上纤维层和下纤维层均为UHMWPE纤维层；上纤维层的厚度为100um，下纤维层的厚度为100um；聚丙烯层通过将混合物料质量百分比5％的聚丙烯冷拉纤维加入到聚丙烯中发泡注射制备而成，聚丙烯层的厚度为400um，聚丙烯层的孔隙率为80％，孔径为4nm。本发明复合材料在双层纤维中复合聚丙烯层，聚丙烯层通过硅溶胶胶合负载的方式嵌入在两层 UHMWPE纤维三维编织的网状结构中。纤维层外部涂覆有润滑层，润滑层能够增加复合材料的润滑性。
本实施例为利用化学发泡剂来产生气体，使聚丙烯发泡注射制品的产品呈多泡孔结构。
本发明聚丙烯层采用如下方法制备而成：
步骤1，将聚丙烯放入注射机中，在室温环境下拉伸800％，将拉伸后的材料段分切为长度在0.5mm、宽度为0.4mm、厚度为0.6mm的聚丙烯冷拉颗粒；
步骤2，称取原料聚丙烯基体：50kg，聚丙烯冷拉颗粒：4kg，化学发泡剂：18kg： 5kg硅烷偶联剂，混合均匀后制备成混合物料；
步骤3，将混合物料放入普通注射机中加工生产内部具有泡孔的聚丙烯；其中注射机的熔体温度设置在172摄氏度之间。气体为化学发泡剂分解得到的气体。
化学发泡剂的制取：按照下面的质量称取原料：偶氮二甲酰胺：30kg，氧化钡：2kg，PE蜡：8kg，纳米二氧化硅：10kg，聚乙烯：80kg；将原料分别干燥后，在混炼机中混合均匀并通过双螺杆挤出机挤出，在挤出过程中熔体温度为120℃(该化学发泡母料的分解温度为130～160℃，熔体温度120度比分解温度低可以避免化学发泡母料分解)。
实施例3
本发明复合材料，由上纤维层、聚丙烯层和下纤维层复合而成；上纤维层和下纤维层均为三维编织复合结构，三维编织复合结构由多束纤维束编织成空间网状结构，纤维束的编织角为23°，三维编织复合结构形成的织物面密度为240g/m2；上纤维层和下纤维层均为UHMWPE纤维层；上纤维层的厚度为150um，下纤维层的厚度为150um；聚丙烯层通过将混合物料质量百分比8％的聚丙烯冷拉纤维加入到聚丙烯中发泡注射制备而成，聚丙烯层的厚度为350um，聚丙烯层的孔隙率为85％，孔径为3nm。本发明复合材料在双层纤维中复合聚丙烯层，聚丙烯层通过硅溶胶胶合负载的方式嵌入在两层 UHMWPE纤维三维编织的网状结构中。纤维层外部涂覆有润滑层，润滑层能够增加复合材料的润滑性。
本实施例为利用化学发泡剂来产生气体，使聚丙烯发泡注射制品的产品呈多泡孔结构。
本发明聚丙烯层采用如下方法制备而成：
步骤1，将聚丙烯放入注射机中，在室温环境下拉伸750％，将拉伸后的材料段分切为长度在0.4mm、宽度为0.3mm、厚度为0.5mm的聚丙烯冷拉颗粒；
步骤2，称取原料聚丙烯基体：40kg，聚丙烯冷拉颗粒：5kg，化学发泡剂：15kg： 3kg硅烷偶联剂，混合均匀后制备成混合物料；
步骤3，将混合物料放入普通注射机中加工生产内部具有泡孔的聚丙烯；其中注射机的熔体温度设置在169摄氏度之间。气体为化学发泡剂分解得到的气体。
化学发泡剂的制取：按照下面的质量称取原料：偶氮二甲酰胺：20kg，氧化钡：2kg，PE蜡：6kg，纳米二氧化硅：8kg，聚乙烯：65kg；将原料分别干燥后，在混炼机中混合均匀并通过双螺杆挤出机挤出，在挤出过程中熔体温度为120℃(该化学发泡母料的分解温度为130～160℃，熔体温度120度比分解温度低可以避免化学发泡母料分解)。
本发明复合材料中的聚丙烯因其内部大量微孔的存在，导致材料密度降低，重量减轻(不加冷拉纤维采用注射发泡制得的聚丙烯材料密度一般为0.956g/cm3，本发明掺杂了冷拉纤维后制得的聚丙烯材料密度为0.789～0.792g/cm3)，将其与UHMWPE纤维复合后，使得整个复合材料具有好的拉伸强度和断裂伸长率，对实施例1～3的材料进行拉伸性能测试，材料的拉伸强度均在25.35MPa左右，断裂伸长率均在250％左右，使采用本发明复合材料制得的箱包能够经得住大的变形量，能够承载更多的东西。

Claims (7)

1.一种用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：所述复合材料依次由上纤维层、聚丙烯层和下纤维层复合而成；所述上纤维层和下纤维层均为三维编织复合结构，所述聚丙烯层通过将一定量的聚丙烯冷拉纤维加入到聚丙烯中发泡注射制备而成。
2.根据权利要求1所述的用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：所述上纤维层和下纤维层均为UHMWPE纤维层；上纤维层的厚度为100～200um，下纤维层的厚度为100～200um，所述聚丙烯层的厚度为300～400um。
3.根据权利要求1述的用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：所述聚丙烯冷拉纤维采用如下方法制备而成：将聚丙烯在其结晶温度以下拉伸500％～800％，将拉伸后的材料段分切为颗粒；其中，颗粒的长度为0.3～0.5mm、宽度为0.1～0.4mm、厚度为0.5～0.6mm。
4.根据权利要求1所述的用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：所述聚丙烯层采用如下方法制备而成：
步骤1，将聚丙烯在其结晶温度以下拉伸500％～800％，将拉伸后的材料段分切为颗粒；其中，颗粒的长度为0.3～0.5mm、宽度为0.1～0.4mm、厚度为0.5～0.6mm；
步骤2，将颗粒按一定比例加入到聚丙烯中，混合均匀后制备成混合物料；
步骤3，将混合物料放入到注射成型机中，通过适量气体的作用得到内部具有泡孔的聚丙烯；其中，注射成型机中熔体的温度为166～172℃。
5.根据权利要求4所述的用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：步骤2中，所述颗粒的加入量为混合物料总质量的5～10％。
6.根据权利要求4所述的用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：步骤2中，所述聚丙烯含有如下质量份数的组分：30～50份聚丙烯基体、6～18份化学发泡剂以及1～5份硅烷偶联剂。
7.根据权利要求6所述的用于制作箱包的纤维复合材料，其特征在于：所述化学发泡剂由如下质量份数的组分组成：10～30份发泡剂、1～2份发泡助剂、4～8份分散剂、5～10份成核剂以及50～80份载体树脂；其中，发泡剂为偶氮二甲酰胺；发泡助剂为氧化锌或氧化钡；分散剂为PE蜡；成核剂为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅；载体树脂为聚乙烯。
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Koltzenburg et al. The Basics of Plastics Processing

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