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一種彩色再生纖維素纖維長絲及彩色樹脂基復合材料的制作方法

文檔序號:37473498發布日期:2024-03-28 18:56閱讀:29來源:國知局
一種彩色再生纖維素纖維長絲及彩色樹脂基復合材料的制作方法

本發明涉及纖維制造領域,具體涉及一種適于制備彩色復合材料的彩色再生纖維素纖維長絲,彩色樹脂基復合材料及其制備方法。


背景技術:

1、復合材料是指將兩種或兩種以上的不同材料,通過復合工藝技術成型而成的新型材料。它既能保留原有材料的主要特點,又能通過復合效應獲得原組分所不具有的性能。目前復合材料已廣泛應用到工業制造、航空航天、汽車、風電、體育休閑、建筑等諸多領域,并且還將持續地服務于人類的生產活動。

2、樹脂基復合材料是以樹脂作為連續相,高強度纖維作為增強相的一類復合材料,是人類最早產業化的復合材料種類,其增強纖維主要有玻璃纖維、碳纖維以及芳綸纖維等。隨著樹脂基復合材料的使用場景日益廣泛,用戶對復合材料的色彩或紋理等外觀條件提出了更高的要求。對于樹脂基復合材料而言,對樹脂進行染色得到的材料外觀色彩單一,難以在材料表面表現出圖案或紋理,因此為使復合材料具有良好的外觀效果,現有技術中通常采用對增強纖維進行染色的方案。例如:

3、專利cn114222780a預浸料及其制備方法中,涉及一種提高纖維增強樹脂構成的成型外觀件設計性、賦予高級感的制備方法,但其彩色結構是通過彩色樹脂包覆在纖維織物的表面,并且結合透明面層來實現上述效果,但是這種方法并不是纖維本身具有彩色結構,無法在賦予復合材料色彩的同時展示出纖維的紋理效果;且需要在纖維織物表面額外包覆一層樹脂,使得復合材料的制備工藝更加復雜。而且所涉及到的增強纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、硼纖維以及聚乙烯纖維等公知纖維,這些材料難以降解,與材料可降解的趨勢不符。

4、專利cn113234280a纖維素增強聚丙烯樹脂基復合材料及其制備方法中,涉及到用彩色的人造絲(再生纖維素纖維)短纖作為一種填料,使制品具有均一的啞光外觀和雙色效果。但其所用再生纖維素纖維的添加量比較小并且長度很短,只能呈現出隨機的色彩效果,可控性不強,且短纖作為增強相對復合材料的力學性能提升較為有限。

5、一些強度較高的天然纖維如麻等有作為復合材料增強相的報道,但麻自身的顏色過重,難以染整出合適的顏色,許多顏色難以染出。

6、因此,現有技術中作為彩色復合材料增強相的纖維存在染色困難、不可降解,或增加工藝難度、增強效果差等缺點。需要開發一種適于制備復合材料的彩色纖維。


技術實現思路

1、再生纖維素纖維長絲是以天然纖維素為原料,經物理或化學溶解后再生制得的長絲纖維,具有原料來源廣泛,可再生,力學性能優異的特點,且在一定條件下可實現完全降解。再生纖維素纖維與染料的結合性好,染色方便,用于增強復合材料,可實現輕量化、增強纖維可降解的需求。

2、為解決上述技術問題,本發明提出一種彩色再生纖維素纖維長絲、其制備方法以及由其制得的復合材料。具體方案如下:

3、一種彩色再生纖維素纖維長絲,其特征在于,所述再生纖維素纖維長絲經過染料染色,其捻度為0-100捻/米,線密度為550dtex-50000dtex。

4、對樹脂基復合材料而言,作為增強相的纖維或紗線存在捻度會使液態的樹脂難以充分浸潤,造成增強相與連續相的結合界面減小,無法充分利用增強相的力學性能,從而對制得的復合材料的力學性能造成不利影響。然而在纖維或紗線的生產過程中,牽伸、卷繞和染色等步驟中往往不可避免地會存在一定捻度,因此在生產過程中應盡可能避免增強紗線上捻。常規的棉、麻等天然纖維紗線通常是由短纖加捻形成的,紡紗過程中不可避免地會存在較高的捻度,而再生纖維素纖維可紡得成束的長絲,生產過程中不額外加捻可最大程度避免絲束上捻。且相比于天然纖維,再生纖維素纖維的線密度偏差更小,力學性能更加均勻、穩定。因此,本發明中選擇再生纖維素纖維長絲作為復合材料增強相。

5、為盡可能充分發揮長絲的力學性能,長絲的捻度應控制在0-100捻/米,優選控制在0-50捻/米,更優選控制在0-30捻/米,最優選1-15捻/米。長絲如果線密度過小會造成后續的織造以及復合材料成型工藝過程更加繁瑣,生產效率過低;而纖度過大則意味著絲束中纖維數量更多且密實,會造成與連續相樹脂混合時,樹脂難以滲透,部分纖維仍然是干纖維狀態,難以充分發揮材料的性能,因此本發明中長絲的線密度為550dtex-50000dtex,優選1000dtex-30000dtex,更優選1500dtex-24000dtex。

6、可選的,所述再生纖維素纖維長絲的線密度偏差率為±15%,優選±10%,優選±5,最優選±3%

7、可選的,所述再生纖維素纖維的拉伸斷裂強度大于6cn/dtex。

8、為保證制得的復合材料的力學性能,應選擇強度較高的再生纖維素纖維,優選所述再生纖維素纖維的拉伸斷裂強度大于6cn/dtex。

9、可選的,所述再生纖維素纖維的斷裂伸長率為2%-15%。

10、可選的,所述再生纖維素纖維的斷裂伸長率為2%-8%。

11、可選的,所述再生纖維素纖維的斷裂伸長率為8%-15%。

12、需要產品具有剛性時,斷裂伸長率選擇低一點,如2-8%,需要提高最終復材抗沖擊性能時,選擇高一些,如8-15%。

13、一種如前文所述的彩色再生纖維素纖維長絲的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:

14、1)溶解纖維素原料,經紡絲再生得到線密度為550dtex-50000dtex的再生纖維素纖維長絲,紡絲過程中不對長絲進行加捻;

15、2)將步驟1)紡得的再生纖維素纖維紗線收卷得到再生纖維素纖維紗線卷裝,收卷過程中不對長絲加捻;

16、3)將步驟2)的卷裝經筒子紗染色得到彩色再生纖維素纖維長絲;

17、其中,所述筒子紗染色工藝包括纖維松筒、裝筒、染色、漂洗以及烘干步驟,染色過程中不對所述長絲加捻。

18、之所以采用筒子紗染色,是因為本發明中的再生纖維素纖維長絲未加捻,絞紗染色等其他染色方法在對未加捻的長絲染色時,長絲中的單絲之間容易發生纏結,使得長絲束無法從絞紗中抽出進行織造,而筒子紗染色則可避免該問題,因此采用筒子紗染色。

19、進一步的,所述纖維松筒步驟采用急行往復式松筒機,卷繞速度為100-1500m/min,優選地200-800m/min,最優選地200-500m/min。

20、急行往復式松筒機沒有槽輥,通過擺線器控制紗線纏繞,由于本發明選用的紗線的線密度較高,因此需采用急行往復式松筒機以保證纖維在高速下順利通過且磨損較小。松筒過程中,卷繞速度低于100m/min,生產效率低,速度超過1500m/min,不能很好的保證紗線堆積密度,并且容易造成紗線斷線起毛,影響紗線性能。

21、進一步的,所述的染色,可采用常用的酸性染料、中性染料以及活性染料,優選活性染料。

22、一種彩色樹脂基復合材料,包括連續相和增強相,其特征在于,所述增強相為再生纖維素纖維織物,所述再生纖維素纖維織物中包含染色的再生纖維素纖維長絲,所述再生纖維素纖維長絲的捻度為0-100捻/米,線密度為550dtex-50000dtex。

23、可選的,所述染色的再生纖維素纖維長絲的線密度偏差率為±15%,優選±10%優選±5%,最優選±3%。

24、可選的,所述再生纖維素纖維織物由至少兩種顏色的再生纖維素纖維長絲制成,其中至少一種再生纖維素纖維長絲是經筒子紗染色的。

25、可選的,所述再生纖維素纖維織物為平紋織物、斜紋織物或緞紋織物中的一種。

26、可選的,所述再生纖維素纖維織物上有相同或不同顏色的再生纖維素纖維紗線織出的圖案。

27、一種彩色樹脂基復合材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:

28、a)織造彩色再生纖維素纖維織物,織物采用的紗線包括前文所述的彩色再生纖維素纖維長絲;

29、b)用液態樹脂浸漬步驟a)制得的織物;

30、c)固化步驟b)制備的樹脂浸漬織物,得到彩色復合材料。

31、進一步的,在步驟a)中,所述織物采用機織的方法進行織造,織布方式優選劍桿織機進行織布。

32、由于本發明所采用的再生纖維素纖維長絲的絲束較粗,常規的紡織用織機難以直接對其進行編織,因此優選采用劍桿織機來織造織物。

33、進一步地,所述的彩色再生纖維素纖維織物,其組織結構為平紋、斜紋、緞紋中的一種或幾種。

34、進一步地,所述的彩色再生纖維素纖維織物的幅寬為400mm-2000mm,優選400-1500mm。

35、進一步地,所述的彩色再生纖維素纖維織物厚度可為0-0.6mm,優選地0.1mm-0.4mm。

36、進一步的,所述的彩色再生纖維素纖維織物面密度可為80-400g/m2,優選地100-300g/m2。

37、面密度低于80g/m2,方便調整厚度以及需要彎角鋪層地方,織物褶皺小,不易產生力學弱點,工藝設計性增強,但需要鋪層的次數增加,工作量增大、過程變復雜,高于400g/m2,鋪層會產生褶皺并且樹脂比較難以浸漬,產生力學弱點,工藝可設計性差,影響最終的復合材料的使用。

38、進一步地,所述的彩色樹脂基復合材料,可采用預浸料的形式復合成型,也可采用織物與樹脂直接成型工藝進行。

39、進一步地,所述的彩色樹脂基復合材料樹脂可采用熱固性樹脂,如環氧樹脂、不飽和樹脂、乙烯基樹脂等常規樹脂,也可采用聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯等熱塑性樹脂。

40、進一步地,所述的樹脂可采用透明性樹脂,使織物的紋理結構能夠很好地呈現出來。透光率大于30%,優選50%,更優選80,在優選90,最優選大于95%。

41、進一步地,所用的樹脂可采用生物基來源的熱固或者熱塑性樹脂,制備全生物基復合材料。

42、進一步地,所采用的復合材料成型工藝,可以是常規的模壓成型、樹脂轉移模塑成型等方法。

43、有益效果:

44、本發明的提供的彩色纖維素纖維長絲,適于制備彩色復合材料,能使復合材料具有優異的外觀效果的同時具備較好的力學性能,且較傳統的增強纖維如碳纖維、玻璃纖維、芳綸等具有生物來源且可降解等優點。且彩色纖維素纖維長絲本身帶有色彩,無需對長絲做額外處理即可用于生產彩色復合材料。

45、相比于先制備織物再對織物印染的形式,通過彩色纖維制成彩色織物,再制備復合材料,可在豐富復合材料色彩的同時,使復合材料上展現出織物的紋理和特殊光澤。

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