CN111171557A - 一种连续纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种连续纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法与应用，复合材料由以下重量份的原料组成：25～50份聚酰胺树脂、50～75份连续增强纤维、0.2～1份聚酰胺流动改性剂、0.2～1份紫外线吸收剂、0.2～2份热稳定剂和1～3份色母。方法包括：按重量份数称取原料；制备聚酰胺树脂膜或聚酰胺粉末；将增强纤维织造成连续纤维织物；将聚酰胺树脂膜或聚酰胺粉末与连续纤维织物相间组合成一层或多层纤维织物的结构，用一步法模压成型的方式连续纤维增强聚酰胺复合材料。该复合材料具有高强度、高模量，纤维结构稳定、纤维分布均匀、厚度在0.2～20mm之间，可代替金属应用于汽车、轨道交通的结构件上。

Description

一种连续纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种连续纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
连续纤维增强热塑性复合材料由于其轻质、高刚度、高韧性等特性，在汽车工业，航空航天，军工，电子等诸多领域已经广泛的应用。轻质高强的连续纤维增强热塑性材料性能优势非常明显，但限制连续纤维增强热塑性复合材料及制品在的发展和应用的主要因素包括：(1)连续纤维在高分子量、高熔体粘度中的热塑性树脂中分散、浸渍困难，是制约了连续纤维热塑性复合材料发展的技术瓶颈；(2)常规的连续纤维增强热塑性复合材料无法解决耐候、高耐热的功能问题，制约了连续纤维增强热塑性复合材料的产品应用；(3)常规的连续纤维增强热塑性复合材料中增强纤维方向、铺层结构可设计性不强，难以充分发挥复合材料及其产品强度可设计的优势；(4)常规的连续纤维增强热塑性复合材料在复合材料制备、产品成型过程中的纤维容易发生变形、滑移，复合材料的稳定性、可靠性难以保障，应用于结构件，安全件的安全风险高；(5)热固性复合材料在成型过程中会释放化学小分子物质，不能有效回收再利用，污染环境，不符合长远可持续发展战略；(6)传统纤维增强热塑性树脂粒子，材料强度低，无法满足结构件、功能件的强度需要。具有增强纤维结构稳定、分布均匀，增强纤维方向、铺层结构、材料强度可设计性强；具备耐候、高耐热，又可连续化、可一步法生产制备的连续纤维增强热塑性复合材料的开发以及产品应用，是实现汽车、轨道交通领域实现轻量化，节能减排的关键环节。
现行技术包括连续纤维增强热塑性复合材料，连续纤维增强聚酰胺、尼龙、PP等树脂的热塑性复合材料，以及耐水解、耐高低温、耐候的连续纤维增强热塑性复合材料、制备方法、及其应用，主要涉及到的专利包括：中国专利CN107840975A公开了一种连续纤维增强尼龙复合材料的制备方法；中国专利CN107868448A公开了一种连续纤维增强长碳链尼龙复合板材；中国专利CN 108000904 A公开了一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法以及设备；中国专利CN201310566917.3公开了一种高强高耐磨执塑性复合板材及其制备方法；中国专利CN 201610249842.X公开了一种纤维增强热塑性树脂板材。这些专利主要提到连续纤维增强PP、聚酰胺、TPU等热塑性树脂预浸带及板材、连续纤维织物增强尼龙树脂粉末复合材料、连续纤维织物增强长碳链尼龙粉末板材及其制备方法和在汽车、轨道交通、航空航天等领域的应用。未涉及可连续化、一步法实现多铺层织物结构的、多纤维方向、多层连续纤维织物增强聚酰胺复合材料的制备方法和工艺；未涉及如何解决连续纤维织物在高分子量、高熔体粘度的热塑性树脂熔体中分散、浸渍的问题；未涉及连续纤维增强聚酰胺复合材料如何实现增强纤维方向、铺层结构、强度可设计的优势；未涉及连续纤维增强聚酰胺复合材料中如何实现纤维结构稳定、取向规整、分布均匀；未涉及的连续纤维增强聚酰胺复合材料的RTI、UL-F1等单项指标，更未涉及要求同一种材料兼顾各项指标；未涉及连续纤维增强降酰胺复合材料低气味性，高环境舒适性的问题；未涉及连续纤维增强聚酰胺复合材料应用于刹车踏板、推力杆、稳定杆、保险杠支架、防撞梁等结构件上的应用。
现有连续纤维增强聚酰胺复合材料很难解决连续纤维在高分子量、高熔体粘度的热塑性树脂熔体中的快速分散和充分浸渍；很难充分发挥出连续纤维增强聚酰胺复合材料的增强纤维方向、铺层结构可设计、不同方向上材料强度可设计的优势；现有材料制备工艺、方法很难解决多铺层、不同铺层结构、不同纤维方向的连续纤维增强热塑性复合材料的连续化、可一步法成型制备的问题；很难解决在复合材料制备及其产品成型中的纤维结构稳定、分布均匀、取向规整的问题；很难解决连续纤维增强热塑性复合材料耐候、高耐热的问题，很难满足不同工况对连续纤维增强热塑性复合材料的需求。现有连续纤维增强热固性复合材料的密度大，韧性差，无法回收再利用，会对环境造成污染等。
发明内容
本发明提供了一种连续纤维增强聚酰胺复合材料，其目的是为了使连续纤维增强聚酰胺复合材料具有高强度和高模量的优点，可替代金属应用在汽车和轨道交通的结构件上；
本发明提供了一种连续纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，其目的是为了实现连续纤维织物在聚酰胺树脂基体中的充分分散、浸渍；可实现多层纤维织物、多角度，多铺层结构的连续纤维铺层组合的复合材料的连续化、一步法生产制备；
本发明还提供一种上述连续纤维增强聚酰胺复合材料在汽车和轨道交通的结构件上的应用，目的是实现全热塑性复合材料的结构件、功能件的以塑代钢。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连续纤维增强聚酰胺复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料组成：25～50份聚酰胺树脂、50～75份增强纤维、0.2～1份聚酰胺流动改性剂、0.2～1份紫外线吸收剂、0.2～2份热稳定剂和1～3份色母；
所述聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010、PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T、PA12T或PA13T；
所述增强纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维和连续玄武岩纤维中的一种或几种；
所述色母包括炭黑、氧化钛、酞菁蓝和酞菁绿中的一种或几种。
本发明还提供一种所述连续纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份数称取聚酰胺树脂、增强纤维、聚酰胺流动改性剂、紫外线吸收剂热稳定剂和色母；
(2)将步骤(1)中称取的聚酰胺树脂、色母、高流动改性剂、紫外线吸收剂和热稳定剂混匀后进行熔融剪切、拉挤成聚酰胺树脂膜；
或将步骤(1)中称取的聚酰胺树脂、色母、高流动改性剂、紫外线吸收剂和热稳定剂混匀后进行熔融剪切、造粒，得到聚酰胺粒料，液氮下淬冷，研磨成聚酰胺粉末；
(3)将步骤(1)中的增强纤维织造成机织或经编不同角度、不同方向的连续纤维织物；
(4)将步骤(2)所得聚酰胺树脂膜或聚酰胺粉末与步骤(3)所得纤维织物相间组合成一层或多层纤维织物的结构，最后用一步法模压成型的方式制备成连续纤维增强聚酰胺复合材料。
优选地，步骤(2)中拉挤成膜温度为200～350℃，拉挤成膜速度为0.5～2.0m/min。
优选地，步骤(2)所得聚酰胺树脂膜宽度为300～2540mm，厚度为70～500μm。
优选地，步骤(2)所得聚酰胺粉末粒径为30～50目。
优选地，步骤(3)所得纤维织物的面密度为200～900g/m2，宽度为300～2540mm。
优选地，步骤(4)中模压成型温度为200～350℃，模压速度为0.1～2.0m/min。
优选地，步骤(4)中模压成型为连续模压成型或间歇模压成型。
更优选地，所述连续模压成型包括预热阶段、热压浸渍阶段和冷却定型阶段。
更优选地，所述间歇模压成型具体为：在温度为250～350℃、压力为15～40MPa的条件下保压保温10～20min，冷却成型后得到连续纤维增强聚酰胺复合材料。
本发明还提供一种上述连续纤维增强聚酰胺复合材料的应用，具体为将所述连续纤维增强聚酰胺复合材料经机械加工或模压成型制备成产品，或将所述连续纤维增强聚酰胺复合材料与纤维增强热塑性复合材料粒料经模压成型或注塑成型制备成双重复合体系的轻量化产品应用在汽车、轨道交通的结构件上。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
(1)本发明提供了一种连续纤维增强聚酰胺复合材料，材料具备显著的高强度，高模量，可代替金属应用于汽车、轨道交通的结构件，功能件；并可满足耐候、高耐热等功能特性；
(2)本发明提供了一种连续纤维增强聚酰胺复合材料，该材料中增强纤维方向、铺层结构、强度可设计；增强纤维结构稳定、分布均匀、取向规整，可满足结构件、安全件对轻量化产品结构高可靠性、性能高稳定性的要求；
(3)本发明中的连续纤维增强热塑性复合材料可代替金属、热固性复合材料应用到刹车踏板、推力杆、稳定杆、保险杠支架、防撞梁等结构件，实现汽车、轨道交通、航空航天领域轻量化、节能减排的目标，产品中的增强纤维结构稳定、分布均匀、满足结构件、功能件高稳定性、高安全系数的需要；
可机械加工或模压制备成产品；或通过模压成型或注塑成型的方式，制备以连续纤维增强热塑性复合材料为骨架，以纤维增强热塑性复合材料粒料为基体的双重复合体系的轻量化的结构件产品。(4)本发明开发了一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，可解决连续纤维织物在热塑性树脂熔体中的分散、浸渍的技术瓶颈，并可充分发挥复合材料中增强纤维的方向、材料的铺层结构、材料强度可设计的特性，并可解决不同铺层结构复合材料的连续化生产制备的问题；
(5)本发明开发一种连续纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，通过一道熔融模压浸渍的工序，即可制备多铺层，厚度从0.5mm-20mm的复合材料，可减少先制备单层复合材料片材或预浸浸带，再将多层复合材料片材或预浸带模压复合需要的二次加热工序，降低树脂分子受热降解的风险，开发出低气味性，高环保性的连续纤维复合材料；
通过采用连续纤维织物增强聚酰胺树脂膜或聚酰胺粉末，获得高强度、高模量、增强纤维方向可设计、铺层结构可设计、增强纤维分散均匀、结构稳定，低气味的连续纤维增强聚酰胺复合材料。
具体实施方式
一种具有耐候、高耐热等功能特性的连续纤维增强聚酰胺复合材料的原料配方为(重量份)：高流动聚酰胺基体树脂：25～50份；增强纤维：50～75份；聚酰胺流动改性剂0.2～1份；紫外线吸收剂：0.2～1份；热稳定剂：0.2～2份；色母：1～3份。
所述聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010、PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T、PA12T、PA13T等具备高流动的星形或线状的聚酰胺树脂；
所述连续纤维是适用于热塑性树脂体系的，无碱无捻的连续玻璃纤维A、无捻连续碳纤维B、无捻连续芳纶纤维C，无捻连续玄武岩纤维D，纤维直径10～24um，线密度100-2400TEX；
所述聚酰胺流动改性剂为端羟基树枝状聚酰胺树脂的预聚物，如CYD-PY121、CHEM、CORD、CF-201等等；
所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、水杨酸酯类紫外线吸收剂、苯酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂和三嗪类紫外线吸收剂中的一种或几种；
所述热稳定剂为亚磷酸酯类热稳定剂、酚类热稳定剂、三嗪类、多功能胺类、芳香胺类热稳定剂、硫酯类热稳定剂、铜盐类热稳定剂中的一种或几种；
所述色母主要以炭黑、氧化钛等无机颜料和酞菁蓝、酞菁绿等有机颜料的母粒。
所述耐候、高耐热等功能特性的连续纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1、根据成品材料技术要求核算材料中连续纤维、聚酰胺基体树脂、高流动改性剂、色母、耐候剂、热稳定剂等助剂含量；
2、将配方量的聚酰胺基体树脂、色母、高流动改性剂、光稳定剂、热稳定剂加入配料锅混匀；
3、将混匀后的原材料加入双螺杆挤出机进行熔融剪切，然后通过熔体泵稳定均匀的注入到口模中，熔体经口模流出后拉挤成膜，通过控制挤出机螺杆温度、熔体温度、喂料频率、螺杆输送频率、牵引辊压的频率、辊压温度，展开的比例来控制树脂膜的宽幅、通过在线光电感应反馈控制厚度；宽幅可以根据需要进行分切，主要有300mm，1300mm,2500mm三个规格，厚度主要有70um，120um，150um，210um，270um，320um，500um等不同规格；
或将混匀后的原材料加入双螺杆挤出机进行熔融剪切造粒，制备成高流动性聚酰胺粒料，在液氮条件下淬冷，研磨成孔径均匀的30-50目的聚酰胺粉末；
表1高流动性聚酰胺树脂拉挤成膜的参数
Figure BDA0002366466880000061
Figure BDA0002366466880000071
4、将适用于热塑性树脂体系的连续玻纤纱A、连续碳纤纱B、连续芳纶纤维纱C，连续玄武岩纤维D，通过织造设备将经纱、纬纱垂直交叉织造成平纹1、斜纹2、缎纹3，经纱：纬纱比例为50：50(Ⅰ),80:20(Ⅱ)或其它的连续纤维织物,单种纤维类型的织物型号有A1Ⅰ、A1Ⅱ、A2Ⅰ、A2Ⅱ、A3Ⅰ；B1Ⅰ、B1Ⅱ、B2Ⅰ、B2Ⅱ、B3Ⅰ；C1Ⅰ、C1Ⅱ、C2Ⅰ、C2Ⅱ、C3Ⅰ；D1Ⅰ、D1Ⅱ、D2Ⅰ、D2Ⅱ、D3Ⅰ或两种或多种纤维混编的如碳玻混编AB纱、碳纤芳纶混编BC纱等混编，比例可分别为50：50，或80：20或其它的机织纤维布，优选的面密度为200-900g/M2；纤维织物的宽度为300mm-2540mm；
5、将适用于热塑性树脂体系的连续玻纤纱A、连续碳纤纱B、连续芳纶纤维纱C，连续玄武岩纤维D通过织造设备将经纱、纬纱织造成多方向、多角度的纤维织物，纤维织物角度为0°-Ⅲ、±30°-Ⅳ、±45°-Ⅴ、±60°-Ⅵ、单种纤维类型的多向织物型号有AⅢ、AⅣ、AⅤ、AⅥ；BⅢ、BⅣ、BⅤ、BⅥ；CⅢ、CⅣ、CⅤ、CⅥ；DⅢ、DⅣ、DⅤ、DⅥ或多种纤维混编的如碳玻混编AB纱、碳纤芳纶混编BC纱等混编，两种或多种纱线的比例可任意搭配，典型比例可为50：50，或80：20或其它的多向纤维织物,优选的面密度为200-900g/M2，纤维织物的宽度300mm-2540mm；
6、根据产品强度需要设计复合材料在各方向上的纤维占比以及纤维织物的铺层搭配，设计复合材料中增强纤维的质量分数、纤维角度、织物结构、织物层数，聚酰胺树脂粉末或树脂膜的质量分数、通过多辊自动铺放卷系统一将复合材料所需的多层增强纤维织物、多层聚酰胺树脂膜或一层纤维织物上撒一层树脂粉末的原则，按设计的铺层结构、实现自动铺放卷，并通过设备实现多层纤维织物的自动纠偏齐边与定位、该铺层可通过连续模压或间歇模压的工艺制备连续纤维增强聚酰胺复合材料。
7、连续模压工艺：连续模压设备通过钢带将织物铺层匀速依次导入预热区、热压浸渍区、冷却定型区：在预热区通过加热板加热传热，物料铺层充分受热熔融并施加预压力；进入热压浸渍区保持物料的温度和熔融状态，通过压力将树脂熔体就近压入、渗透进入增强纤维织物、对增强纤维形成单丝级熔融包覆、浸渍，在适用于热塑性聚酰胺树脂体系的纤维表面处理剂的催化、诱导作用下，连续纤维与聚酰胺树脂分子形成界面结合力；进入冷却定型区、物料开始冷却定型，形态固定的连续纤维增强热塑性复合材料。所述连续纤维增强聚酰胺复合材料的模压成型参数见表2。
间歇模压工艺：将铺层通过裁床裁切成预设长宽尺寸1300*700的裁片，将裁片填入模压模具型腔后，合模启动模压，在模压温度250-350℃，热压时间10-20min，模压压力15-40MPa的条件下热压成型，再冷却定型，制备出1300*700的连续纤维增强聚酰胺复合材料。
表2、连续纤维增强聚酰胺复合材料模压成型参数
Figure BDA0002366466880000081
8、通过工艺步骤6、7实现不同铺层结构的连续纤维增强聚酰胺复合材料的连续化生产，一次成型的复合材料厚度0.5～20mm，增强纤维铺层范围1～30层，宽度尺寸300～2500mm，长度方向可根据需要进行分切。
应用上述发明制备的连续纤维增强聚酰胺复合材料，在各方向上铺层可设计，强度可设计，可充分发挥出连续纤维增强热塑性复合材料强度可设计的优势，增强纤维结构稳定，纤维滑移角度≤3°、分布均匀，取向规整，具备高强度、高模量，是代替金属，应用于汽车、轨道交通、航空航天领域，实现交通工具轻量化，节能减排的理想材料；
应用上述发明制备的连续纤维增强聚酰胺复合材料，材料耐候性满足UL F1规范，表示在日晒雨淋的条件下，材料制品的使用寿命≥10年。UL F1紫外光暴露试验：材料样条暴露在氙灯下1000h，材料力学性能保持率≥75％；UL F1浸水试验：材料样条浸泡在100℃水浴中168h，材料力学性能保持率≥75％。
应用上述发明制备的连续纤维增强聚酰胺复合材料，材料高耐热满足相对热指数RTI值≥135℃，表示材料可长期在135℃的高温条件下长期使用，或者材料在135℃的高温条件下热氧地老化10万个小时，材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性保留率≥50％。
应用上述发明制备的连续纤维增强聚酰胺复合材料，材料的气味等级满足ISO12219-4/PN 780的规范要求。
实施例1
(1)将100公斤PA6树脂，2公斤色母，0.5公斤聚酰胺流动改性剂，0.3公斤光稳定剂、0.3公斤热稳定剂通过配料锅混均匀；再经双螺杆挤出机剪切塑化，通过拉挤成厚度100um，宽700mm，长度定长20m的膜60卷；
(2)将连续玻璃纤维分别织造成12卷平纹(50：50)-A1Ⅰ，10卷角度±30°-AⅣ，12卷角度±45°-AⅤ，10卷角度±60°-AⅥ，16卷角度O°-AⅢ，宽幅700mm，面密度均为200克重的连续纤维织物，每卷长20m；
(3)通过铺布设备将上述每种玻纤布10卷，以及每种玻纤布剩余的玻纤织物按照玻纤织物与PA膜相间的原则组合成多铺层结构通过自动铺放设备，并通过自动对边齐边、定位；放卷获得玻纤织物加PA膜相间的铺层；
(4)将上述铺层导入连续模压设备，预热温度：230-250℃，压力20MPa；热压温度240-250℃，压力25MPa；冷却温度40-60℃，压力20MPa，模压速度0.15m/min，制备出厚度4mm，宽幅700mm，长度连续的连续玻纤增强聚酰胺复合材料。
将复合材料进行机加工，本体取样测试，材料性能如表3所示。
表3连续玻纤增强PA6复合材料性能参数
Figure BDA0002366466880000101
采用连续纤维织物增强聚酰胺膜的方式制备的连续纤维增强聚酰胺复合材料具备显著的轻质高强、安全环保、可回收再利用的特性，并可通过设计增强纤维的织物结构来设计复合材料的强度，以满足不同产品的强度需要。
实施例2
(1)将100公斤高流聚酰胺6树脂，2公斤色母，0.5公斤聚酰胺流动改性剂，0.3公斤光稳定剂、0.3公斤热稳定剂通过配料锅混均匀；再经双螺杆挤出机剪切塑化造粒，再通过液氮淬冷研磨成30-50目的PA6粉末；
(2)将连续玻璃纤维分别织造成平纹(50：50)2卷，角度±30°2卷，±45°6卷，±60°2卷，O°8卷，宽幅700mm，面密度均为200克重的双轴向织物，每卷长20m；
(3)通过多辊铺布设备、自动撒粉装置将上述玻纤布、PA粉按铺放一层玻纤织物撒一层PA粉的原则，组合成含20层玻纤织物，20层PA粉的方法进行铺放、自动对边齐边、定位；放卷获得玻纤织物加PA膜相间的铺层；
(4)将上述铺层匀速导入连续模压设备，预热温度：230-240℃，压力15MPa；热压温度240-250℃，压力20MPa；冷却温度40-60℃，压力15MPa，模压速度0.15m/min，制备出厚度5mm，宽幅700mm，长度连续的连续玻纤增强聚酰胺复合材料。
将复合材料进行机加工，本体取样测试，材料性能如表4所示。
表4连续玻纤增强PA6复合材料性能参数
Figure BDA0002366466880000102
Figure BDA0002366466880000111
通过机械加工，将上述连续玻纤增强聚酰胺复合材料切割成固定几何形状的刹车踏板裁片，将裁片放入模压模具内进行模压成型或注塑模具内进行注塑成型，制备成以连续玻纤增强聚酰胺复合材料为骨架提供产品强度、刚度，以玻纤增强聚酰胺粒料为基体提供产品外形、安装尺寸，代替现有金属材质的刹车踏板，实现该结构件、安全件的轻量化。制备的轻量化刹车踏板的性能如表5所示。
表5轻量化刹车踏板产品性能
性能 测试条件 测试结果
常温极限载荷，KN 23℃ 8
高温高湿极限载荷，KN 100℃，湿度80％ 5
疲劳测试 0.5HZ ＞30万次
气味等级 ISO 12219-4/PN 780 ≤3.0
实施例3
(1)将150公斤低粘度的PA66树脂，2.5公斤色母，0.6公斤聚酰胺流动改性剂，0.8公斤光稳定剂、1.0公斤热稳定剂通过配料锅混均匀；再经双螺杆挤出机剪切塑化造粒，再通过液氮淬冷研磨成30-50目的PA66粉末；
(2)将连续碳纤维分别织造成斜纹(经纬纱比例80：20)4卷，角度±45°6卷，O°20卷，宽幅700mm，面密度均为300克重的多轴向织物，每卷长15m；
(3)通过铺布设备、自动撒粉装置将上述碳纤织物、PA66树脂粉末按照一层碳纤织物一层PA66树脂粉末相间的原则组合成含30层碳纤织物，30层PA粉的方法进行铺放、自动对边齐边、定位；获得碳纤织物加PA66树脂粉末相间的铺层；
(4)将上述铺层导入连续模压设备，预热温度：260-270℃，压力25MPa；热压温度270-280℃，压力32MPa；冷却温度40-70℃，压力25MPa，模压速度0.10m/min，制备出厚度8mm，宽幅700mm，长度连续的连续碳纤增强聚酰胺复合材料。
将复合材料进行机加工，本体取样测试，材料性能如表6所示。
表6连续碳纤增强PA66复合材料性能参数
Figure BDA0002366466880000121
通过机械加工，将上述连续玻纤增强聚酰胺复合材料切割成固定几何形状的稳定杆加强件裁片，将裁片放入模压模具内进行模压成型，或注塑模具内进行注塑成型，制备出以连续玻纤增强聚酰胺复合材料为骨架提供产品强度、刚度，以玻纤增强聚酰胺粒料为基体提供产品外形、安装尺寸，代替现有金属材质的稳定杆，实现该结构件的轻量化。
制备的轻量化稳定杆产品的性能如表7所示：
表7轻量化稳定杆产品性能
性能 测试条件 测试结果
常温静载，KN 23℃ 50
疲劳测试 1.0HZ ＞30万次
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强聚酰胺复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下重量份的原料组成：25～50份聚酰胺树脂、50～75份增强纤维、0.2～1份聚酰胺流动改性剂、0.2～1份紫外线吸收剂、0.2～2份热稳定剂和1～3份色母；
所述聚酰胺树脂为PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010、PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA11T、PA12T或PA13T；
所述增强纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维和连续玄武岩纤维中的一种或几种；
所述色母包括炭黑、氧化钛、酞菁蓝和酞菁绿中的一种或几种。
2.一种如权利要求1所述连续纤维增强聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按重量份数称取聚酰胺树脂、增强纤维、聚酰胺流动改性剂、紫外线吸收剂热稳定剂和色母；
(2)将步骤(1)中称取的聚酰胺树脂、色母、高流动改性剂、紫外线吸收剂和热稳定剂混匀后进行熔融剪切、拉挤成聚酰胺树脂膜；
或将步骤(1)中称取的聚酰胺树脂、色母、高流动改性剂、紫外线吸收剂和热稳定剂混匀后进行熔融剪切、造粒，得到聚酰胺粒料，液氮下淬冷，研磨成聚酰胺粉末；
(3)将步骤(1)中的增强纤维织造成机织或经编不同角度、不同方向的连续纤维织物；
(4)将步骤(2)所得聚酰胺树脂膜或聚酰胺粉末与步骤(3)所得纤维织物相间组合成一层或多层纤维织物的结构，最后用一步法模压成型的方式制备成连续纤维增强聚酰胺复合材料。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中拉挤成膜温度为200～350℃，拉挤成膜速度为0.5～2.0m/min。
4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所得聚酰胺树脂膜宽度为300～2540mm，厚度为70～500μm。
5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所得聚酰胺粉末粒径为30～50目。
6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所得纤维织物的面密度为200～900g/m2，宽度为300～2540mm。
7.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中模压成型温度为200～350℃，模压速度为0.1～2.0m/min；所述模压成型为连续模压成型或间歇模压成型。
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述连续模压成型包括预热阶段、热压浸渍阶段和冷却定型阶段。
9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述间歇模压成型具体为：在温度为250～350℃、压力为15～40MPa的条件下保温保压10～20min，冷却成型后得到连续纤维增强聚酰胺复合材料。
10.一种如权利要求1所述连续纤维增强聚酰胺复合材料或由权利要求2～9任意一项所述制备方法制得的连续纤维增强聚酰胺复合材料的应用，其特征在于，将所述连续纤维增强聚酰胺复合材料经机械加工或模压成型制备成产品，或将所述连续纤维增强聚酰胺复合材料与纤维增强热塑性复合材料粒料经模压成型或注塑成型制备成双重复合体系的轻量化产品应用在汽车、轨道交通的结构件上。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112677530A (zh) * 2020-11-30 2021-04-20 新疆特变电工自控设备有限公司 一种12kV绿色环保节能型触头盒的制备方法
CN112724668A (zh) * 2020-12-16 2021-04-30 金发科技股份有限公司 一种聚酰胺树脂组合物及其制备方法和应用
CN115109407A (zh) * 2022-07-28 2022-09-27 深圳市沃特新材料股份有限公司 纤维增强尼龙复合材料及其制备方法
EP4317265A1 (en) * 2022-08-04 2024-02-07 Kuraray Europe GmbH Method of producing an organo sheet

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
WO2015017570A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Invista North America S.A R.L. Continuous fiber thermoplastic composites
CN105172256A (zh) * 2015-09-14 2015-12-23 浙江理工大学 一种增强材料不同叠层比例的防弹板材的制备方法
CN106751805A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 上海普利特复合材料股份有限公司 一种高流动性长玻璃纤维增强pa66复合材料及其制造方法
CN107840975A (zh) * 2017-10-26 2018-03-27 长沙五犇新材料科技有限公司 一种连续纤维增强尼龙复合材料的制备方法
CN108440955A (zh) * 2018-04-18 2018-08-24 长沙五犇新材料科技有限公司 连续纤维增强阻燃尼龙复合材料及其制备方法与应用
CN110358294A (zh) * 2019-08-21 2019-10-22 长沙五犇新材料科技有限公司 一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
WO2015017570A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Invista North America S.A R.L. Continuous fiber thermoplastic composites
CN105172256A (zh) * 2015-09-14 2015-12-23 浙江理工大学 一种增强材料不同叠层比例的防弹板材的制备方法
CN106751805A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 上海普利特复合材料股份有限公司 一种高流动性长玻璃纤维增强pa66复合材料及其制造方法
CN107840975A (zh) * 2017-10-26 2018-03-27 长沙五犇新材料科技有限公司 一种连续纤维增强尼龙复合材料的制备方法
CN108440955A (zh) * 2018-04-18 2018-08-24 长沙五犇新材料科技有限公司 连续纤维增强阻燃尼龙复合材料及其制备方法与应用
CN110358294A (zh) * 2019-08-21 2019-10-22 长沙五犇新材料科技有限公司 一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112677530A (zh) * 2020-11-30 2021-04-20 新疆特变电工自控设备有限公司 一种12kV绿色环保节能型触头盒的制备方法
CN112724668A (zh) * 2020-12-16 2021-04-30 金发科技股份有限公司 一种聚酰胺树脂组合物及其制备方法和应用
CN115109407A (zh) * 2022-07-28 2022-09-27 深圳市沃特新材料股份有限公司 纤维增强尼龙复合材料及其制备方法
EP4317265A1 (en) * 2022-08-04 2024-02-07 Kuraray Europe GmbH Method of producing an organo sheet
WO2024028429A1 (en) * 2022-08-04 2024-02-08 Kuraray Europe Gmbh Method of producing an organo sheet

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