連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性阻燃抗靜電復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料加工領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法。該連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料由包含以下重量份的組分制成：改性樹脂45-55份，連續(xù)纖維45-55份。與現(xiàn)有技術(shù)比，本方法克服了樹脂的流動性以及和纖維的浸潤性，生產(chǎn)出的預(yù)浸料不但強(qiáng)度高，而且具有良好的阻燃性以及抗靜電性，具有更高的適用性。
【專利說明】連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性阻燃抗靜電復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料加工領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料復(fù)合材料在我國汽車、機(jī)械、電子、電氣、化工、建材及軍工等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用， 取代了大量的有色金屬部件，甚至代替了一些黑色金屬部件，如中國專利CN102295792A公開了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性阻燃預(yù)浸帶復(fù)合材料及其制備方法，采用改性樹脂和連續(xù)纖維制成，該復(fù)合材料雖然阻燃性能和抗沖擊性能都很好，但是在我國煤炭工業(yè)中的應(yīng)用卻受到限制，其原因主要是工程塑料表面電阻大，易產(chǎn)生靜電，如果在煤礦井下使用必然會產(chǎn)生危險，因此研制阻燃抗靜電性能復(fù)合煤炭部制定的MT113-85標(biāo)準(zhǔn)《煤礦井下用非金屬材料檢驗規(guī)范》要求的連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸料復(fù)合材料勢在必行。
[0003]連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸料復(fù)合材料中，由于纖維含量較高，預(yù)浸料的阻燃，抗靜電及提高材料力學(xué)性能為材料發(fā)展的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種阻燃、抗靜電、高強(qiáng)度連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，由包含以下重量份的組分制成:
[0007]改性樹脂 45-55份，
[0008]連續(xù)纖維 45-55份。
[0009]所述的連續(xù)纖維選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或芳香族聚酰胺纖維中的一種或一種以上。
[0010]所述的連續(xù)纖維為經(jīng)過張力控制、纖維無磨損展開處理的連續(xù)纖維，經(jīng)過張力控制和無磨損展開處理的連續(xù)纖維的面密度降低15~55%，具體步驟為將連續(xù)纖維通過紡織紗架引入纖維展絲系統(tǒng)，纖維經(jīng)過連續(xù)輥壓，進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，使得纖維在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行展寬，展薄得到經(jīng)過張力控制，纖維無磨損展開處理的連續(xù)纖維。
[0011]在一個優(yōu)選的實施例中，未經(jīng)過處理的玻璃纖維面密度為1200g/m2，經(jīng)過張力控制和無磨損展開處理后玻璃纖維面密度降低至800-1000g/m2。
[0012]在另一個優(yōu)選的實施例中，未經(jīng)過處理的碳纖維的面密度為300g/m2，經(jīng)過張力控制和無磨損展開處理后，碳纖維的面密度降低至140-180g/m2。
[0013]所述的改性樹脂由包括以下重量份的組分制成:
[0014]熱塑性樹脂55-60份，
[0015]阻燃劑30-40份，
[0016]接枝劑3-5份，[0017]偶聯(lián)劑1-3份，
[0018]抗靜電劑5-10份，
[0019]抗氧劑0.2-0.4 份，
[0020]光穩(wěn)定劑0.5-1份。
[0021]所述的熱塑性塑脂選自聚烯烴、聚酰胺或聚碳酸酯中的一種或一種以上。
[0022]所述的聚烯烴為共聚聚丙烯，所述的聚酰胺選自聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010或聚酰胺1212中的一種或一種以上。
[0023]所述的阻燃劑為鹵系阻燃劑或磷系阻燃劑中的一種或一種以上；
[0024]所述的鹵系阻燃劑選自十 溴二苯乙烷或氯乙烯中的一種或一種以上；
[0025]所述的磷系阻燃劑選自三(2，2- 二溴甲基-3-溴丙基膦酸脂)、間苯二酚雙膦酸脂(RDP)、雙酚A 二 (二苯基)膦酸脂(BPAPP)或紅磷中的一種或一種以上。
[0026]所述的接枝劑為聚丙烯接枝馬來酸酐。
[0027]所述的偶聯(lián)劑選自Y-氨丙基三乙氧基硅烷，Y-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲樣機(jī)硅烷中的一種或一種以上。
[0028]所述的抗靜電劑為高分子型永久抗靜電劑或?qū)щ娔噶？轨o電劑。
[0029]所述的高分子型永久抗靜電劑選自環(huán)氧乙烷及其衍生物的共聚物，優(yōu)選的所述環(huán)
氧乙烷衍生物為一乙二醇胺、二乙二醇胺或三乙二醇胺。
[0030]所述的導(dǎo)電母粒為導(dǎo)電炭黑母粒；所述的導(dǎo)電炭黑母粒為超導(dǎo)電炭黑、樹脂以及加工助劑經(jīng)過共混擠出制成的母粒，優(yōu)選青島威東科橡塑科技有限公司生產(chǎn)的DH801、M2011U 等。
[0031]所述的抗氧劑選自四(β -(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2.4- 二叔丁基苯基)亞磷酸酯、2，6-三級丁基-4-甲基苯酚、雙(3，5-三級丁基_4_羥基苯基)硫醚、N，N'-雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺或硫代二丙酸雙酯中的一種或一種以上。
[0032]所述的光穩(wěn)定劑選自水楊酸脂類光穩(wěn)定劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑或二苯甲酮類光穩(wěn)定劑。
[0033]所述的水楊酸脂類光穩(wěn)定劑分為鄰羥基苯甲酸苯酯。
[0034]所述的受阻胺類光穩(wěn)定劑為N，N’ -雙-(2，2，6，6_四甲基_4_哌啶基)-1, 6_己二胺或1，1，3，3-四甲基丁胺。
[0035]所述的二苯甲酮類光穩(wěn)定劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮。
[0036]一種上述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性阻燃抗靜電復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0037](I)按上述重量份稱取熱塑性塑料55-60份、阻燃劑30_40份、接枝劑3_5份、偶聯(lián)劑1-3份、抗靜電劑5-10份、抗氧劑0.2-0.4份、光穩(wěn)定劑0.5-1份經(jīng)過充分混合后，通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，制得改性樹脂；
[0038](2)將連續(xù)纖維通過紡織紗架引入纖維展絲系統(tǒng)，纖維經(jīng)過連續(xù)輥壓，進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，使得纖維在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行展寬，展薄，然后經(jīng)過加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱，經(jīng)過預(yù)加熱后的連續(xù)纖維通過張力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行第二次張力調(diào)節(jié)，得到預(yù)處理過的連續(xù)纖維，預(yù)熱溫度為180-200°C，預(yù)加熱時間為3-5s ；[0039](3)將45-55重量份的改性樹脂加入擠出機(jī)中，通過交錯可開合雙擠出模頭組擠出，與55-45重量份的預(yù)處理過的連續(xù)纖維進(jìn)行浸潤；
[0040](4)將浸潰后的連續(xù)纖維導(dǎo)入浸潰壓延輥組進(jìn)行輥壓，輥壓成型后的連續(xù)纖維帶經(jīng)過冷壓輥冷卻，冷卻至50-70°C ；
[0041](5)將冷卻的連續(xù)纖維帶經(jīng)過壓平，裁邊，收卷制得連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性阻燃抗靜電復(fù)合材料。
[0042]所述的步驟(1)中，預(yù)加熱溫度為180_200°C，預(yù)加熱時間為3_5s。
[0043]所述的步驟(2)中展絲系統(tǒng)為若干個輥徑不同的鏡面光滑輥來實現(xiàn)對連續(xù)纖維的展寬，通過調(diào)節(jié)輥的間距、 包覆面積和包覆角度，使得纖維在調(diào)節(jié)輥之間自由移動，重新排列，為物理變化，在保證纖維性能的情況下，能將纖維展絲到原寬度的2~3倍。
[0044]所述的步驟(3)中擠出機(jī)為單一擠出機(jī)通過分流道對雙擠出模頭進(jìn)行供料。
[0045]所述的步驟(5)制得的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料厚度為0.2-0.27mm。
[0046]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0047]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明從樹脂流動性和設(shè)備展纖浸潤方面進(jìn)行著手，通過助劑的加入增加了樹脂的流動性，展絲系統(tǒng)使得纖維展的更寬更薄，提高了浸潤效果，解決了浸潰困難，使得預(yù)浸料中的纖維排布均與且無干紗現(xiàn)象存在，生產(chǎn)出的熱塑性復(fù)合材料具有力學(xué)性能優(yōu)異，強(qiáng)度高，阻燃，抗靜電的優(yōu)點。
[0048]同時在配方制作中加入了永久性抗靜電劑，抗靜電劑在樹脂中的分散程度和分散狀態(tài)對樹脂抗靜電性能有顯著影響。本發(fā)明中，永久性抗靜電劑主要在母體中形成芯殼結(jié)構(gòu)，并以此為通路泄露靜電荷，永久性抗靜電劑以微細(xì)的層狀或筋狀形態(tài)主要分布在制品表面，而在中心部分較少且主要以顆粒狀存在。
[0049]本發(fā)明通過加入接枝劑，采用雙螺桿共混改性工藝，通過剪切速率和加工溫度控制母體樹脂與永久性抗靜電劑的熔融粘度差和粘度比，改善了永久性抗靜電劑與母體樹脂的相容性。在使用中，不會因為增加抗靜電劑的用量而影響樹脂本身的流動性及其加工特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1為本發(fā)明實施例中的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0051]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，除特殊說明外，實施例中的組分均為重量份。
[0052]實施例中所用部分原料來源見表1。
[0053]表1
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:由包含以下重量份的組分制成: 改性樹脂 45-55份， 連續(xù)纖維 45-55份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的連續(xù)纖維選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或芳香族聚酰胺纖維中的一種或一種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的連續(xù)纖維為經(jīng)過張力控制、纖維無磨損展開處理的連續(xù)纖維，經(jīng)過張力控制和無磨損展開處理的連續(xù)纖維的面密度降低15飛5% ;具體步驟為將連續(xù)纖維通過紡織紗架引入纖維展絲系統(tǒng)，纖維經(jīng)過連續(xù)輥壓，進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，使得纖維在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行展寬，展薄得到經(jīng)過張力控制，纖維無磨損展開處理的連續(xù)纖維； 優(yōu)選地，未經(jīng)過處理的玻璃纖維面密度為1200g/m2，經(jīng)過張力控制和無磨損展開處理后玻璃纖維面密度降低至800-1000g/m2 ;或未經(jīng)過處理的碳纖維的面密度為300g/m2，經(jīng)過張力控制和無磨損展開處理后，碳纖維的面密度降低至140-180g/m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的改性樹脂由包括以下重量份的組分制成: 熱塑性樹脂 55-60份， 阻燃劑30-40份， 接枝劑3-5份， 偶聯(lián)劑1-3份， 抗靜電劑 5-10份， 抗氧劑0.2-0.4份， 光穩(wěn)定劑 0.5-1份。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的熱塑性塑脂選自聚烯烴、聚酰胺或聚碳酸酯中的一種或一種以上； 或所述的阻燃劑為鹵系阻燃劑或磷系阻燃劑中的一種或一種以上； 或所述的接枝劑為聚丙烯接枝馬來酸酐； 或所述的偶聯(lián)劑選自Y-氨丙基二乙氧基硅烷，Y-縮水甘油醚氧基丙基二甲氧基硅烷，Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲樣機(jī)硅烷中的一種或一種以上； 或所述的抗靜電劑為高分子型永久抗靜電劑或?qū)щ娔噶？轨o電劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的聚烯烴為共聚聚丙烯； 或所述的聚酰胺為聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010或聚酰胺1212中的一種或一種以上； 或所述的鹵系阻燃劑優(yōu)選為十溴二苯乙烷或氯乙烯中的一種或一種以上； 或所述的磷系阻燃劑優(yōu)選為三(2，2_ 二溴甲基-3-溴丙基膦酸脂)、間苯二酚雙膦酸月旨、雙酚A 二 (二苯基)膦酸脂或紅磷中的一種或一種以上； 或所述的高分子型永久抗靜電劑為環(huán)氧乙烷及其衍生物的共聚物，所述環(huán)氧乙烷衍生物優(yōu)選為一乙二醇胺、二乙二醇胺或三乙二醇胺； 或所述的導(dǎo)電母粒為導(dǎo)電炭黑母粒，所述的導(dǎo)電炭黑母粒優(yōu)選為超導(dǎo)電炭黑、樹脂以及加工助劑經(jīng)過共混擠出制成的母粒，進(jìn)一步優(yōu)選為DH801或M2011U。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的抗氧劑選自四(β _(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2.4- 二叔丁基苯基)亞磷酸酯、2，6_三級丁基-4-甲基苯酚、雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚、N, N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺或硫代二丙酸雙酯中的一種或一種以上； 或所述的光穩(wěn)定劑選自水楊酸脂類光穩(wěn)定劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑或二苯甲酮類光穩(wěn)定劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其特征在于:所述的水楊酸脂類光穩(wěn)定劑分為鄰羥基苯甲酸苯酯； 或所述的受阻胺類光穩(wěn)定劑為N，N’ -雙-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1, 6-己二胺或1，1，3，3-四甲基丁胺； 或所述的二苯甲酮類光穩(wěn)定劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮。
9.一種上述權(quán)利要求1-8中任一所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: (1)按權(quán)利要求4所述的重量份稱取熱塑性塑料55-60份、阻燃劑30-40份、接枝劑3_5份、偶連劑1-3份、抗靜電劑5-10份、抗氧劑0.2-0.4份、光穩(wěn)定劑0.5-1份經(jīng)過充分混合后，通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，制得改性樹脂； (2)將連續(xù)纖維通過紡織紗架引入纖維展絲系統(tǒng)，纖維經(jīng)過連續(xù)輥壓，進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，使得纖維在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行展寬，展薄，然后經(jīng)過加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱，經(jīng)過預(yù)加熱后的連續(xù)纖維通過張力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行第二次張力調(diào)節(jié)，得到預(yù)處理過的連續(xù)纖維； (3)將45-55重量份的改性樹脂加入擠出機(jī)中，通過交錯可開合雙擠出模頭組擠出，與55-45重量份的預(yù)處理過的連續(xù)纖維進(jìn)行浸潤； (4)將浸潰后的連續(xù)纖維導(dǎo)入浸潰壓延輥組進(jìn)行輥壓，輥壓成型后的連續(xù)纖維帶經(jīng)過冷壓輥冷卻，冷卻至50-70°C ； (5)將冷卻的連續(xù)纖維帶經(jīng)過壓平，裁邊，收卷制得連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，預(yù)加熱溫度為180-200°C，預(yù)加熱時間為3-5s ； 或所述的步驟(2)中展絲系統(tǒng)為若干個輥徑不同的鏡面光滑輥來實現(xiàn)對連續(xù)纖維的展寬，通過調(diào)節(jié)輥的間距、包覆面積和包覆角度，使得纖維在調(diào)節(jié)輥之間自由移動，重新排列，為物理變化，在保證纖維性能的情況下，能將纖維展絲到原寬度的2~3倍； 或所述的步驟(3)中擠 出機(jī)為單一擠出機(jī)通過分流道對雙擠出模頭進(jìn)行供料； 或所述的步驟(5)中制得的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的厚度為0.2-0.27mm。
【文檔編號】B29B11/06GK103724813SQ201210393343
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】康楠 申請人:遼寧遼杰科技有限公司