[发明专利]一种多尺度纤维增强热塑性复合材料板及其制作方法

说明书

一种多尺度纤维增强热塑性复合材料板及其制作方法，包括由至少一层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片形成的上表面层和下表面层，在上表面层与下表面层之间连接有由至少一层非连续大线长纤维增强复合材料切片形成的中间层；上表面层中的一层或多层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片的铺层结构与下表面层中的一层或多层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片的铺层结构呈镜像对称结构；在中间层由多层非连续大线长纤维增强复合材料切片铺设形成时，多层非连续大线长纤维增强复合材料切片呈镜像对称结构，从板的表面至其芯部的方向，各层非连续大线长纤维增强复合材料切片的宽度以及长度依次减小。该板强度高、刚性高、孔隙率小且生产高效。

技术领域

本发明涉及多尺度纤维增强热塑性复合材料板及其制作方法。

背景技术

纤维增强热塑性复合材料板具有质轻、刚度高、韧性高及可回收等特点，在汽车行业、航空航天、军工以及电子等诸多领域得到广泛应用。如中国专利CN109318509A中所述的非连续大线长纤维增强热塑性复合材料模压预制体，其包含由连续纤维增强热塑性复合材料预浸片/预浸纱经过分切/切断制成的切片，并将切片经过输送、混料、播撒、热压、冷却、裁切，制成模压预制体，其在各个方向上的拉伸强度及弯曲强度都很高，但是其冲击强度却并不高，且孔隙率大。

发明内容

本发明旨在提供一种冲击强度高、孔隙率小且生产高效的多尺度纤维增强热塑性复合材料板及其制作方法。

本发明所述的一种多尺度纤维增强热塑性复合材料板，包括由至少一层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片形成的上表面层和下表面层，在上表面层与下表面层之间连接有由至少一层非连续大线长纤维增强复合材料切片形成的中间层；上表面层中的一层或多层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片的铺层结构与下表面层中的一层或多层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片的铺层结构呈镜像对称结构；在中间层由多层非连续大线长纤维增强复合材料切片铺设形成时，多层非连续大线长纤维增强复合材料切片呈镜像对称结构，且从板的表面至其芯部的方向，各层非连续大线长纤维增强复合材料切片的宽度以及长度依次减小。

本发明所述的一种多尺度纤维增强热塑性复合材料板的制作方法，包括如下步骤：

1）上表面层和下表面层的制备：挤出模头挤出熔体树脂，并涂覆在经过挤出模头的单向连续纤维上，使单向连续纤维得到充分浸渍，随后冷却，并制成单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片；在上表面层和下表面层分别具有多层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片时，多层单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸片按规定铺设角度层状铺设完成后，经热压复合制成上表面层和下表面层；

2）中间层的制备：挤出模头挤出熔体树脂，并涂覆在经过挤出模头的单向连续纤维上或单向连续纤维丝束上，使单向连续纤维或者单向连续纤维丝束得到充分浸渍，随后冷却，并制成单向连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸片或者单向连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸纱，再将单向连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸片或者单向连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸纱经过在线或收卷离线分切或切断，制成非连续大线长纤维增强复合材料切片，在中间层有多层非连续大线长纤维增强复合材料切片时，多层非连续大线长纤维增强复合材料切片铺层叠放后，经热压复合冷却后制成中间层；

3）在下表面层上铺设中间层的一半，在上表面层上铺设中间层的另一半，并通过至少一个播撒头向铺设完成的上表面层上的中间层的表面或者下表面层上的中间层的表面均匀播撒纤维，经过热压及冷却后裁切或者收卷，形成多尺度纤维增强热塑性复合材料板的半成品；

4）将步骤3）中制得的两部分半成品叠放，并经过热压冷却后形成多尺度纤维增强热塑性复合材料板的成品。