[发明专利]一种连续玻纤增强热塑性复合材料及其制备方法

说明书

一种连续玻纤增强热塑性复合材料的制备方法：(1)将热塑性树脂和助剂混合，经熔融拉挤成膜，制成热塑性树脂膜；或者将热塑性树脂和助剂混合，经熔融剪切造粒、淬冷后制成热塑性树脂粉；将连续玻纤纱经表面浸润剂处理后，再将其织造成不同角度、不同结构的连续玻纤布；(2)将热塑性树脂膜(或者树脂粉)、连续玻纤布交替铺放，获得热塑性树脂和连续玻纤布相间的铺层；(3)熔融模压浸渍，得到连续玻纤增强热塑性复合材料。本发明制备的复合材料可应用于汽车和/或轨道交通结构件、功能件，是汽车、轨道交通装备实现轻量化和节能减排的重要措施。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种连续玻纤增强热塑性复合材料及其制备方法。

背景技术

节能降耗是当今社会发展的主旋律，安全环保、轻质高强的材料及制品是实现汽车、轨道交通领域轻量化、节能减排的有效途径，常规的金属材料及制品受限于材料本身的比重，很难满足轻量化的需求，常规的注塑材料受限于材料的强度，无法满足结构件、承力件的承载要求，连续玻纤增强热固性复合材料在产品成型过程会释放出污染环境的化学物质，且产品成型后很难循环再利用，不满足可持续发展的要求。具备阻燃、耐候、高耐热等功能特性，并兼具增强纤维结构稳定、分布均匀，增强纤维方向、铺层结构、材料强度可设计性强；又可连续化生产制备的连续玻纤增强热塑性复合材料的开发以及产品应用，是实现汽车、轨道交通领域轻量化、节能减排的关键环节。

轻质高强的连续玻纤增强热塑性材料性能优势非常明显，限制连续玻纤增强热塑性复合材料及制品的发展和应用的主要因素包括：(1)热塑性树脂分子量高，熔体粘度大，增强纤维在热塑性树脂熔体中分散、浸渍困难是制约连续纤维增强热塑性复合材料发展的技术瓶颈；(2)受连续玻纤增强热塑性复合材料制备工艺和设备的限制，无法解决阻燃剂、耐候剂、高耐热助剂等在连续玻纤增强热塑性复合材料中有效添加和分散的问题，无法解决阻燃、耐候、高耐热的功能问题，制约了连续玻纤增强热塑性复合材料的产品应用；(3)在常规的连续玻纤增强热塑性复合材料的连续制备过程中，难以充分发挥出增强纤维方向、铺层结构可设计的特点，难以充分发挥连续纤维增强热塑性复合材料及其产品强度可设计的优势；(4)常规的连续玻纤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，应用于交通领域的结构件、安全件的安全风险高。

现有技术报道了一些关于连续玻纤增强热塑性复合材料，如连续玻纤增强PP、PE、PA、TPU等树脂的热塑性复合材料，以及耐水解、耐高低温、耐候的连续玻纤增强热塑性复合材料、制备方法及其应用，主要涉及到以下专利。

CN 107840975 A公开了一种连续玻纤增强尼龙复合材料的制备方法。该专利将抗氧剂、紫外光吸收剂、润滑剂与尼龙树脂粉末按比例混合，纤维布卷通过导辊牵伸、预热后，进入粉末计量加料器，粉末计量加料器按比例将粉末连续均匀铺洒在纤维布上，经导辊压实并进入加热箱中，再经冷却压延、固化、空气冷却、收卷得到复合材料。这种方法只是制备了单层增强纤维的复合材料，需要通过二次复合才能制备成一定厚度的板材；该发明未提及对连续纤维表面进行表面处理的问题，未提及如何解决连续纤维在热塑性树脂基体中的分散、浸渍及界面结合的问题，难以实现抗氧剂、紫外光吸收剂、润滑剂在基体材料中的均匀分散和分布，且没有涉及到复合材料的阻燃特性及阻燃剂的添加和分散的问题，而连续纤维增强热塑性复合材料中阻燃剂的添加量往往较高，阻燃剂能否均匀稳定的添加是制约连续纤维增强热塑性复合材料发展的技术瓶颈之一。

CN 107868448 A公开的是一种连续玻纤增强长碳链尼龙复合板材：由多层尼龙/纤维布复合片材经加热模压构成，所述尼龙/纤维布复合片材由尼龙树脂和纤维布组成，其在加热条件下，将尼龙树脂熔融，由固体变为熔体浸入纤维布，包覆并粘结纤维，经压延、冷却固化而形成。这种方法同CN 107840975 A一样，这种复合板材的制备过程中使尼龙树脂熔融了两次，反复熔融的过程导致树脂分子、助剂在加工过程中存在过热降解，产生刺激性气味的风险增加；也难以实现抗氧剂、紫外光吸收剂、润滑剂等助剂在基体材料中的均匀分布，且没有涉及到复合材料的阻燃特性及阻燃剂的添加和分散的问题。