CN202115036U - 一种多轴向线束增强的热塑性预固结片材 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其包括热塑性树脂基体以及增强纤维组成的基材。它将展纤工艺引入经编工艺，将不同方向的线束进行编织与热塑材料层叠后，形成连续纤维多轴向线束结构的热塑基材。通过热成型工艺制备各种不同轴向增强的预固结片材。本实用新型片材由连续纤维构筑，材料具有在各个方向受力均匀的特点。通过经编固网与拉幅浸渍的新工艺，解决了织物线束浸渍难的技术瓶颈，提升了预固结片材的机械系性能，可循环利用，替代现行的热塑性单向预浸渍带和热固性预浸料使用，也可以通过热成型工艺制作内饰件与结构件。
Description
技术领域
本实用新型将连续展纤引入多轴向经编工艺，通过技术创新组合成新型的生产线，制备高性能的热塑性复合材料。具体的是涉及一种多轴向线束增强热塑性预固结片材。
背景技术
经编技术是近几年发展起来的一种适用于制备高性能纤维织物多轴向增强热塑性复合材料的方法；先将热塑性基体纤维和增强纤维较好地结合到一起，形成经编织物的热塑基材，通过热压成型制备连续纤维增强热塑性复合材料。这种技术制得的复合材料具有使纤维保持平直状态，织物的柔顺性和铺覆性较好，(纤维方向与结构)形状可调，力学性能损失小等特点。这种纺织技术的高效和自动化，可以简化工艺、降低成本。通过进一步优化工艺和材料结构，实现消除材料的干纤维区、降低孔隙率、减少纤维束冲断以及缝编线等缺陷的目的。由于经编行业大部分产品用于热固性材料，增强材料的线束不用展纤就可以实现增强材料的浸渍工程。所以，利用经编技术制备连续纤维多轴向增强的热塑性材料仍存在不少的技术瓶颈。
目前国内外制造连续纤维增强热塑性预固结片材的方法主要采用熔体浸渍法。现有技术中，利用熔融法先制作单向预浸带，再通过裁剪单向带并按预准向侧铺或重叠铺放，再制备成多轴向结构的预固结片材。这一方法的缺点在于：只能生产单向的预浸带；模头设计复杂，制造成本高；难以控制发生在模头内部的纤维浸渍的工艺过程，难以处理生产过程中模头，纤维排布和穿纱困难；片(板)材的宽度也因模头复杂使宽度受到了制约(通常是先做窄的卷板，再将几卷窄板并排放在一起，通过复合技术制作成一定宽度的卷板)。另外，现有技术中常采用熔体浸渍法浸渍纤维，采用双面淋膜辊压浸渍增强材料的模式制作热塑性单向预浸带，它无法实现将多轴向编织物铺设到新材料体系中，对生产高性能织物纤维的复合材料存在制约。目前制备预浸料的另一方法；该方法用溶剂与树脂混合浸渍增强材料，也就是利用湿法浸渍工艺制备具有一定厚度的单向预浸料。该法存在环保回收困难与生产成本较高的工艺缺陷，二者都不能一次性制备出具有0°/90°±45°及±60°轴向结构的预固结片材，对经编行业制备高性能纤维织物增强热塑性复合材料仍存在许多需要改进的技术缺陷。
发明目的
本实用新型的目的是提供一种通过技术创新的线束张力控制系统，解决连续展纤、经编多轴向线束、熔融浸渍线束片材工艺中的技术缺陷。如：因张力失控导致展纤不匀影响增强材料的浸渍效果；因拉幅张力过大造成铺网线束断裂，使线束分层导致疏密不匀、从而增加材料内部的空隙率。张力过小；在去除织物捆绑线之后，线束片材在流动树脂的冲击下，极易产生线束位移；导致织物结构变形；使织物增强材料熔融浸渍困难。现提供一种多轴向线束增强热塑性预固结片材。
实现本实用新型的发明目的的技术方案如下：
一种多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其包括热塑性树脂基体以及增强纤维组成的基材。
所述的基体选自聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯树脂以及高性能工程塑料，聚烯烃类树脂包括PP或PE，热塑性聚酯类树脂包括PET、PTT或PBT，聚酰胺类树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212或尼龙612，高性能工程塑料包括聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、改性聚苯醚(MPPO)。
所述的基材为经过展纤形成的单丝带状连续纤维集合体。
所述的基材选自无机纤维、有机纤维或金属纤维；无机纤维包括玻璃纤维或碳纤维，有机纤维包括芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维，金属纤维包括不锈钢纤维。
所述的基材为0°方向纤维和90°方向纤维编织而成的双轴向的基材。
所述的基材为0°方向纤维和±45°或±60°或±20°或±15°方向纤维编织而成的多轴向的基材。
所述的基材编织的方向和编织的层数根据产品的受力方向和受力大小进行相应的设置。
本实用新型的有益效果为因为本实用新型的连续纤维多轴向增强热塑性预固结片材采用热塑性树脂材质的基体以及与基体融为一体的经过经编而成的经编双轴向或多轴向的增强纤维的基材，热塑性树脂为可回收再利用的材料，利于环保，增强纤维的基材为连续纤维，并且是多轴向的，成型后的片材力学性能更好，能够根据热塑性预固结片材的应用需求进行经编织物的编织，使成型后的预固结片材能够将受到的力均匀分散到各个方向，提高其韧性和强度，进而使热塑性预固结片材的性能优化，利用经编技术与热成型工艺组合成新型的生产线，解决铺网层叠固网与熔融浸渍线束的技术难题，生产出高品质的多轴向片材，不但能够替代现行热固性预浸料，在与其它功能性材料组合后，也能够实现替代现有的1-2mm的铝板和0.5-1.2mm的不锈钢卷板，制备高端产品的目的。本实用新型的热塑性预固结片材的基材为连续纤维编织而成，热塑性预固结片材内部没有纤维断裂，因此，其机械性能得到大幅的提高。因为本实用新型的基材为经过展纤形成的连续性单丝状纤维，与热塑性树脂材质的基体融合时浸渍均匀，材料内部的干纤维区或孔隙率得到全面的降低，从而实现提高多轴向增强热塑性预固结片材质量的目的。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1的示意图；
图2为本实用新型的实施例2的示意图；
图3为本实用新型的实施例3的示意图；
图中，1为热塑性树脂材质的基体，2为0°方向纤维，3为90°方向纤维，4为45°方向纤维，5为-45°方向纤维，6为60°方向纤维，7为-60°方向纤维。
具体实施方式
下面结合附图1至附图3对本实用新型的实施方式进行进一步阐述：
实施例1
热塑性树脂材质的基体1选用热塑性聚丙烯树脂薄膜，增强纤维的基材选用玻璃纤维，用1200tex的玻璃纤维52Kg和面密度为100g/m2的热塑性聚丙烯树脂薄膜35Kg，该改性热塑性树脂薄膜选自PP材质；产品幅宽为1220mm，单纱原始宽度4.5mm，玻璃纤维包括0°方向纤维2和90°方向纤维3的连续单丝状纤维，0°方向纤维2和90°方向纤维3面密度分别为178g/m2和212g/m2，由工艺计算得经密和纬密分别为3.8根/英寸和4.5根/英寸，经向和纬向展纤后宽度分别为6.7mm和5.7mm；按重量百分百计，所述的热塑性聚丙烯树脂薄膜为40％；所述的玻璃纤维为60％。
制备工艺简述：
将0°、90°方向的纱线从纱架上引出，依次通过导丝辊、分丝筘、导丝辊、分丝筘后，通过牵拉辊控制纱线的张力，导入烘箱中进行预热，然后将纱线通过展纤装置展为宽而平直并均匀分布的单丝带状材料。通过薄膜层叠法按顺序在每层连续纤维带上铺层放卷聚丙烯树脂膜材料覆盖连续纤维带，形成连续纤维带与树脂膜夹层结构的多层毛坯毡基材。通过加热基材使内部的聚丙烯树脂膜熔融浸渍连续纤维，再经连续辊压、冷却定型形成双轴向增强热塑性预固结片材。其中片材的密度控制在720g/m2，厚度为0.52mm，宽度为1100mm。片材内部的纤维结构致密没有分层现象且表面平整光滑，从而制备出连续纤维双轴向(0°/90°)增强热塑性的预固结片材。
本方法可根据产品的质量要求变换材质，生产满足不同技术要求的双轴向热塑性预浸片材，也可用于替代现行的热固性预浸料，实现绿色制造可环保回收的目标。
实施例2
热塑性树脂材质的基体1选用PPS树脂薄膜，增强纤维的基材选用玻璃纤维，1200tex的玻璃纤维160Kg和面密度为100g/m2的PPS树脂薄膜132Kg，产品幅宽为1650mm，单纱原始宽度4.5mm，玻璃纤维包括为0°方向纤维2、90°方向纤维3、+45°方向纤维4、-45°方向纤维5的连续单丝状纤维，0°方向纤维2、90°方向纤维3、45°方向纤维4、-45°方向纤维5的面密度分别为131g/m2、158g/m2、170g/m2和170g/m2，各层纱线展纤后宽度分别为10mm、8mm、7.5mm和7.5mm；按重量百分百计，所述的PPS树脂薄膜为45％；所述的玻璃纤维为55％。
制备工艺简述：
按材料配方组织的热塑性PPS树脂薄膜与玻璃纤维线束，经预热展纤后进行线束编织；通过交叉铺网层叠组成四轴向的热塑基材，经中高温预热进入塑化工艺，经过连续辊压之后线束粘结成密实结构的片材，并形成了具有四轴向纤维组织的预固结片材，(0°/90°与±45°)，片材的宽度为1600mm，面密度为1150g/m2，满足了制备高性能产品在不同方向上受力均匀的技术要求。更适合热成型制备各类凸凹结构的异形件产品。应用于制备航海航天或轨道车及民用等领域的高端复材产品。
实施例3
热塑性树脂材质的基体1选用PET树脂薄膜，增强纤维的基材选用玻璃纤维，准备2400tex的玻璃纤维144Kg和面密度为100g/m2的PET树脂薄膜96Kg，产品幅宽为1820mm，单纱原始宽度为5.5mm，玻璃纤维包括为0°方向纤维2、+60°方向纤维6、-60°方向纤维7的连续单丝状纤维，0°方向纤维2、+60°方向纤维6与-60°方向纤维7的面密度分别为144g/m2、178g/m2和144g/m2，0°方向纤维2、+60°方向纤维6和-60°方向纤维7纬密分别为1.52根/英寸、2.54根/英寸和1.52根/英寸，各层纱线展纤后宽度分别为10mm、12mm和10mm；按重量百分百计，所述的PET树脂薄膜为40％；所述的玻璃纤维为60％。
制备工艺简述：
热塑性PET树脂薄膜与玻璃纤维组成基材，按三轴向结构进行多轴向线束铺网层叠，在拉幅装置的控制下进入烘箱预热塑化，使熔融树脂与增强材料线束的浸渍透彻均匀，并保持线束的编织结构不被破坏，通过张力控制系统完成浸渍工程。片材宽度为1800mm，厚度为0.65mm，面密度在1300g/m2。
本发明方法制备的材料结构密实耐冲击，三轴向结构(0°，±60°)的片材具有防止宽幅板材翘曲的特性，适合制作大型平面板材的基材。如车厢侧板、顶板及增加厚度后作为箱体的承重板，或用于制作热塑性板材替代现行的热固性玻璃钢板材。
上述实例展现了连续纤维多轴向增强预固结片材的制备方法，同比目前的熔融法制备工艺更显得连续性与简捷方便，将为经编行业制备热塑性复合材料开辟了一条新的工艺技术路线。
Claims (7)
1.一种多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：其包括热塑性树脂基体以及增强纤维组成的基材。
2.根据权利要求1所述的多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：所述的基体选自聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯树脂以及高性能工程塑料，聚烯烃类树脂包括PP或PE，热塑性聚酯类树脂包括PET、PTT或PBT，聚酰胺类树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212或尼龙612，高性能工程塑料包括聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、改性聚苯醚(MPPO)。
3.根据权利要求1所述的多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：所述的基材为经过展纤形成的单丝带状连续纤维集合体。
4.根据权利要求1所述的多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：所述的基材选自无机纤维、有机纤维或金属纤维；无机纤维包括玻璃纤维或碳纤维，有机纤维包括芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维，金属纤维包括不锈钢纤维。
5.根据权利要求1所述的多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：所述的基材为0°方向纤维和90°方向纤维编织而成的双轴向的基材。
6.根据权利要求1所述的多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：所述的基材为0°方向纤维和±45°或±60°或±20°或±15°方向纤维编织而成的多轴向的基材。
7.根据权利要求1所述的多轴向线束增强的热塑性预固结片材，其特征在于：所述的基材编织的方向和编织的层数根据产品的受力方向和受力大小进行相应的设置。
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