[发明专利]连续纤维增强热塑性树脂复合材料及其制造方法

说明书

本发明公开能够用简单的方法将连续纤维增强热塑性树脂复合材料制造成具有优异的力学性能的方案，该方案能够应用到各种热塑性注塑产品的增强材生产及利用3D打印机的纤维增强热塑性塑料部件制作中。本发明提供连续纤维增强热塑性复合材料及其制造方法，该连续纤维增强热塑性复合材料通过合股多个纱线(yarn)或多个带(tape)的中间材而形成为棒形态。

技术领域

本发明涉及连续纤维增强热塑性树脂复合材料及其制造方法，更详细而言，涉及能够用作热塑性树脂注塑产品的增强材的连续纤维增强热塑性树脂复合材料及其制造方法。

背景技术

连续纤维增强的聚合物棒作为结构增强材一直在各种用途中被使用。典型地，该聚合物棒用作代替钢筋而插入到混凝土内部的增强筋，近年来，该聚合物被引入到嵌入注塑工艺中并用作插入注塑成型部件内部的增强用嵌入件，为提高各种注塑部件的力学性能的同时实现轻量化而使用。此外，该聚合物棒还引入到3D打印设备中，从而在只使用热塑性树脂制作层压结构物的以往方式中，尝试着通过向树脂内部添加连续纤维而层压连续纤维增强的线或棒形态的复合材料来制作结构物，由此制作出能够实现较高的力学性能的产品。

一般而言，用于将连续纤维增强的聚合物制作为棒或线形态的最传统方法为拉拔成型法，在将玻璃纤维或碳纤维浸渍到熔融状态的树脂中之后施加拉拔力并使之经过喷嘴以制作圆形截面或除此之外的各种截面形状的棒。拉拔成型虽然可以实现高生产率和优异的品质，但其为适合大批量生产的制作方法，需要大型且昂贵的拉拔成型设备，并且只有在保持大批量生产的情况下才能确保具有经济性的单位生产成本。因此，该拉拔成型为不适合需要进行多品种且少量生产的产品组的工艺。

韩国专利公开第2016-0054661号公开了单向连续纤维增强的热塑性复合材，其特征在于，通过在具有连续纤维形态的增强纤维中浸渍热塑性树脂之后卷绕成圆形并切割成规定长度而形成，但通过将生产的薄膜形态的热塑性树脂复合材料放入到辊轧成型机并卷绕而形成为杆(rod)形态的过程一般存在如下问题：即，薄膜在该过程中不卷绕而破裂或起皱的不良情况，或纤维在工艺过程中断裂的问题。为了解决该问题，需要多个辊轧成型机，并且要求必须将辊轧成型机的入口和出口的口径保持恒定比率且必须独立控制多个辊轧成型机的温度等的复杂的工艺。

韩国授权专利第0766954号涉及自浸渍的具有突起的纤维强化聚合物增强筋及其制造方法，并且作为制造纤维强化聚合物增强筋的方法应用典型的拉拔成型工艺。该专利公开了如下技术：通过在将连续纤维浸渍到树脂中之后施加拉拔力并使之经过喷嘴而制作成圆形截面的棒，此时为了在表面形成突起，沿第一纤维的外周面卷取第二纤维及第三纤维，但由于该技术需要在拉拔成型工艺之外还需联动对纤维进行卷取(braiding)的工艺，因此额外需要昂贵的设备。拉拔成型设备为大型设备，只有维持大批量生产才能确保具有经济性的单位产品成本，而且其附加设备为昂贵的大型设备，需要大量的初期投资。

韩国授权专利第1714772号涉及3D立体物制造机器人，该机器人使用由可成型的塑料材料制成的材料来制造3D立体物，作为所使用的材料例示了股线(strand)、纱线(yarn)、丝束(tow)、捆束(bundle)、条(band)或带(tape)，但未提及对放入材料进行压紧(compaction)等的任何成型工艺的方案，并且未提出实际产品应用的实例，无法确认强度及刚性、截面及表面均匀性等能够用作增强材料的品质是否得到实现。