一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法   0    0

[0001] 本发明涉及一种新型复合线的制备方法，尤其是一种用于研制聚丙烯基纤维增强复合材料的高性能复合线的制备方法。

[0002] 科学技术的发展推动了新材料的不断更新与进步，而新材料的广泛应用是进一步推动科技发展的关键。在产业用纺织品领域，聚丙烯基纤维增强复合材料具有良好的力学性能和优异的抗冲击强度，又具有质量轻、成本低、成型工艺简单以及可回收、利于环保等优点，可以较好地解决目前复合结构材料存在的性能、环保和价格问题，具有很好的发展前景。

[0003] 在纤维增强复合材料领域，玻璃纤维和玄武岩纤维加工成本低廉，来源广泛，对环境无污染，是应用最为广泛的两种增强纤维。聚丙烯纤维具有比重轻、熔点低、耐化学腐蚀、热变形温度高等优良性能，是纤维增强复合材料中应用比较多的基体纤维。然而，单一的玄武岩纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维总是存在一定的性能缺陷，如果将玄武岩纤维、玻璃纤维与聚丙烯纤维混合制成复合线，既可以克服单一纤维的缺点，发挥协同效应，又可以保护增强纤维，避免织造和后续加工中纤维损伤，提高纱线可织性，为复合材料制备提供新思路。而常规的复合线通常是采用无捻并合、有捻并合、非织造工艺等方式进行复合，这些方式获得的纱线抱合力差，容易分散，因此造成纱体起毛、容易断裂等问题，影响产品的外观和机械性能，以及后续的可织造性，从而影响复合材料的成型质量。因此，采用合理的方法将增强纤维与基体纤维复合，是制备成型良好的聚丙烯基纤维增强复合材料的关键所在。

[0004] 本发明目的在于提供了一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法，本发明克服单一纤维的性能缺点，提高复合线在后续织造和加工过程中的可织性，具有良好的外观和机械性能。同时，保证复合线中含有较高比例的聚丙烯纤维，利用增强纤维与聚丙烯纤维的性能差异，从而保证后续纤维增强复合材料直接热压成型的成型质量。

[0005] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

[0006] 一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法，包括如下步骤：将不同细度的增强纤维，和以聚丙烯纤维作为基体纤维为原料，根据增强纤维和基体纤维细度不同选择包缠技术或者喷气网络技术制备形成复合线；所述的增强纤维采用武岩纤维、玻璃纤维中的一种或两种；其中所述包缠技术为利用花式捻线机将不同细度的增强纤维和基体纤维无捻并合后，在其外包缠聚丙烯纤维形成具有混杂效果的不同比例的包缠复合线；改变增强纤维与基体纤维的细度，即可得到不同混杂比例的包缠复合线；由于包缠技术对纤维的抱合和包覆作用相对比较强，因此包缠用增强纤维与基体纤维的细度相对较大，所制包缠复合线的细度相对也比较大，适用于制备厚度较大且质地较硬的纤维增强复合材料；所述包缠复合线的细度可达700tex～1400tex，抗拉强度可达370MPa～800MPa。所述的喷气网络技术为利用喷气网络机，将不同细度的增强纤维和基体纤维无捻并合后，利用喷射气流作用，控制喷气压力，将增强纤维与基体纤维互相缠结，形成具有周期性网络点的网络复合线；改变增强纤维与基体纤维的细度，同样可以得到不同混杂比例的网络复合线；由于喷气网络技术对纤维的抱合和缠结作用相对比较弱，因此网络用增强纤维与基体纤维的细度相对较小，所制网络复合线的细度相对也比较小，适用于制备厚度较小且质地较软的纤维增强复合材料；所述网络复合线的细度可达290tex～480tex，抗拉强度可达200MPa～600MPa。

[0007] 所述包缠技术选用的玄武岩纤维细度为600tex～858tex，玻璃纤维的细度为490tex～850tex，聚丙烯纤维的细度为100tex～110tex；所述的喷气网络技术所选用的玄武岩纤维的细度为192tex～384tex，玻璃纤维的细度为162～324tex，聚丙烯纤维的细度为
83.3tex～133.3tex。

[0008] 所述的增强纤维与基体纤维的体积百分比为（30~70）:（70~30）。

[0009] 所述的喷气压力为0.2～0.4 MPa。

[0010] 本发明的有益效果是：本发明的一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法，以玄武岩纤维和（或）玻璃纤维为增强纤维，原料成本低廉，来源广泛，对环境无污染，符合环保要求，又具有良好的力学性能。以聚丙烯为基体纤维，具有比重轻、熔点低、耐化学腐蚀、热变形温度高等优良性能，原料选择符合新材料的发展要求和发展趋势。采用包缠和喷气网络两种技术制备复合线，根据原料的细度要求有针对性的选择复合方式，有效地解决了原料细度方面的技术限制。包缠技术对纤维的抱合和包覆作用很强，一方面克服了单一纤维的性能缺陷，发挥协同效应，提高了纱线在织造和后续加工中的可织性，另一方面保证了织物组织中具有较高比例的基体聚丙烯纤维，热压过程中能够充分浸润增强纤维，同时，充分发挥了增强纤维在结构中的增强作用，保证其所制复合材料具有较好的力学性能。喷气网络技术将增强纤维与基体纤维相互缠结，所得网络复合线由开纤部和交络部组成，在交络部，增强纤维被基体聚丙烯紧紧地交络在一起，形成比较稳定的纱线结构，同时，也能对增强纤维起到一定的保护作用，在一定程度上避免增强纤维在后续加工过程中的损伤，提高纱线的可织性。开纤部纤维在喷射气流的作用下相对松散，形成的网络线纱体比较蓬松，更有利于复合材料热压时基体聚丙烯的充分浸润，从而提高复合材料的成型质量。使复合线中增强纤维和基体纤维具有不同的体积比，从而利于复合线表现出不同的力学性能，适合多种场合实际应用。

[0011] 实施例1

[0012] 本实施例的一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法，原料为：增强纤维采用玄武岩纤维，细度为850tex，基体纤维采用聚丙烯纤维，并合用聚丙烯纤维的细度为110tex，包覆用聚丙烯纤维的细度为100tex。根据增强纤维和基体纤维细度，本实施例选择包缠技术，采用花式捻线机，首先将玄武岩纤维与并合用聚丙烯纤维无捻并合，然后将呈螺旋形分布的包覆用聚丙烯纤维在其外部包覆形成稳定的包缠纱纱线结构。所得包缠复合线细度为1100tex，拉伸强度为802MPa，复合线中玄武岩纤维与聚丙烯纤维的体积比为50∶50（百分比）。

[0013] 本实施例的玄武岩纤维与并合用聚丙烯纤维无捻并合后，外面由另一种聚丙烯纤维包覆，形成的包缠复合线纱体紧密，纱线细度大，拉伸强度高，克服了单一纤维的缺点，发挥协同效应，同时保护增强纤维，避免增强纤维在织造和后续加工中损伤，提高纱线在后续加工过程中的可织性；同时，复合线内部含有较高比例的基体纤维，可以使后续复合材料直接热压成型时，基体纤维能够充分浸润增强纤维和织物的层间结构，保证复合材料成型质量。由于包缠复合线细度相对较大，更适于制备厚度较大且质地较硬的复合材料。改变复合线中纤维的细度，即可得到不同体积比的玄武岩/聚丙烯包缠复合线，从而利于复合线表现出不同的力学性能，适合多种场合实际应用。

[0014] 实施例2

[0015] 本实施例的一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法，原料为：增强纤维为玄武岩纤维和玻璃纤维，其中，玄武岩纤维的细度为600tex，玻璃纤维的细度为490tex，基体纤维为聚丙烯纤维，并合用聚丙烯纤维的细度为110tex，包覆用聚丙烯纤维的细度为110tex。根据增强纤维和基体纤维细度，本实施例选择包缠技术，采用花式捻线机，首先将玄武岩纤维、玻璃纤维与并合用聚丙烯纤维无捻并合，然后将呈螺旋形分布的包覆用聚丙烯纤维在其外部包覆形成稳定的包缠纱纱线结构。所得包缠复合线细度为1340tex，拉伸强度为599MPa，复合线中增强纤维与聚丙烯纤维的体积比为59∶41（百分比）。

[0016] 本实施例的玄武岩纤维、玻璃纤维与并合用聚丙烯纤维无捻并合，外面由另一种聚丙烯纤维包覆，形成的包缠复合线纱体紧密，纱线细度大，拉伸强度高，克服了单一纤维的缺点，发挥协同效应，尤其增强纤维之间性能的协同效应更为提高，同时保护增强纤维，避免增强纤维在织造和后续加工中损伤，提高纱线在后续加工过程中的可织性；同时，复合线内部含有较高比例的基体纤维，可以使后续复合材料直接热压成型时，基体纤维能够充分浸润增强纤维和织物的层间结构，保证复合材料成型质量。由于包缠复合线细度相对较大，更适于制备厚度较大且质地较硬的复合材料。改变复合线中各种纤维的细度，即可得到不同体积比的玄武岩、玻纤和聚丙烯包缠复合线，从而利于复合线表现出不同的力学性能，适合多种场合实际应用。

[0017] 实施例3

[0018] 本实施例的一种聚丙烯基复合材料用高性能复合线的制备方法，原料为：增强纤维为玻璃纤维，细度为216tex，基体纤维为聚丙烯纤维，细度为116tex。根据增强纤维和基体纤维细度，本实施例选择喷气网络技术，首先采用喷气网络机，将玻璃纤维与聚丙烯纤维无捻并合，控制喷气压力为0.20MPa，将两种单丝互相缠结，形成周期性的网络点。所得网络复合线细度为333tex，拉伸强度为235MPa，复合线中增强纤维与聚丙烯纤维的体积比为40∶60（百分比）。

[0019] 本实施例的玻璃纤维与聚丙烯纤维无捻并合，在喷气压力作用下形成周期性的网络点，即交络部，玻璃纤维与聚丙烯纤维相互缠结，形成比较稳定的纱线结构，同时，也能对玻璃纤维起到一定的保护作用，在一定程度上避免增强纤维在后续加工过程中的损伤，提高纱线的可织性。开纤部的玻璃纤维和聚丙烯纤维在喷射气流的作用下相对松散，纱体蓬松，更有利于复合材料热压时基体聚丙烯的充分浸润，从而提高复合材料的成型质量。由于网络复合线的细度相对较小，更适于制备厚度较小且质地较软的复合材料。改变复合线中两种纤维的细度，即可得到不同体积比的玻纤/聚丙烯网络复合线，从而利于复合线表现出不同的力学性能，适合多种场合实际应用。