一種纖維增強熱塑性復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及高分子材料領域，尤其設及一種纖維增強熱塑性復合材料及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 近年來，設計和合成較金屬材料具有優異的結構性能、材料性能的具有可設計性 和成型工藝性能的先進樹脂基復合材料已成為人們致力研究的熱點。
[0003] 酪獻聚芳酸酬系聚合物是一種新型的熱塑性工程材料，其具有高強度，高模量、耐 高溫、尺寸穩定等優點，對航天、電子電器、汽車制造等領域有著很高的影響力;且其可與聚 四氣乙締、聚酸諷、聚酸酸酬等高分子材料共混，得到性能更好的復合材料，也可W與碳纖 維、玻纖等無機纖維材料共混得到纖維增強的復合材料;纖維增強熱塑性復合材料具有很 多獨特的優點，如初性高、耐沖擊性能好、預浸料穩定、無儲存時間限制、制造周期短、耐化 學性能好、吸濕率低、可重復加工等，符合當今時代產業發展對高性能、輕量化、環保化的新 型復合材料發展趨勢。但是，無機纖維與有機高分子化合物得到的復合材料，由于界面粘結 強度較弱，嚴重的影響了復合材料的力學性能。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種纖維增強熱塑性復合材料及 其制備方法，本發明提供的纖維增強復合材料的界面粘結強度高，力學性能好。
[0005] 本發明提供了一種纖維增強熱塑性復合材料，包括:熱塑性樹脂，纖維和偶聯劑；
[0006] 其中，所述熱塑性樹脂為酪獻型聚芳酸酬系列無定型聚合物和酪獻型聚芳酸諷系 列無定型聚合物中的一種或兩種；
[0007] 所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鐵酸醋偶聯劑和侶酸醋偶聯劑中一種或幾種，
[000引其中，所述硅烷偶聯劑為KH550、K冊60、K冊70、KH792、DL602和化171中的一種或幾 種；
[0009] 所述鐵酸醋偶聯劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0010] 所述侶酸醋偶聯劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0011] 優選的，所述熱塑性樹脂為無定型酪獻聚芳酸酬、無定型酪獻聚芳酸臘酬和無定 型酪獻聚芳酸諷中的一種或幾種。
[0012] 優選的，所述熱塑性樹脂的特性粘度為0.4~0.9dl/g。
[0013] 優選的，所述纖維為玻璃纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種。
[0014] 優選的，所述纖維為纖維粉末、短切纖維、長纖維和纖維織物中的一種或幾種。
[001引優選的，所述纖維與所述熱塑性樹脂的質量比為（10~70): (30~90)。
[0016] 優選的，所述纖維與所述偶聯劑的質量比為1:(0.OOl~0.015)。
[0017] 本發明還提供了一種本發明所述的纖維增強熱塑性復合材料的制備方法，包括： 將熱塑性樹脂、纖維和偶聯劑混合，成型，得到纖維增強熱塑性復合材料；
[0018] 其中，所述熱塑性樹脂為酪獻型聚芳酸酬系列無定型聚合物和酪獻型聚芳酸諷系 列無定型聚合物中的一種或兩種；
[0019] 所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鐵酸醋偶聯劑和侶酸醋偶聯劑中的一種或幾種，
[0020] 其中，所述硅烷偶聯劑為KH550、K冊60、K冊70、KH792、DL602和化171中的一種或幾 種；
[0021] 所述鐵酸醋偶聯劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0022] 侶酸醋偶聯劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0023] 優選的，，所述步驟具體為：
[0024] 1)將纖維和偶聯劑混合，得到偶聯劑處理的纖維；
[0025] 2)將偶聯劑處理的纖維與熱塑性樹脂共混，成型，得到纖維增強熱塑性復合材料。
[0026] 優選的，所述步驟1)中的混合為將纖維與偶聯劑直接混合或者將纖維與含偶聯劑 的溶液混合。
[0027] 與現有技術相比，本發明提供了一種纖維增強熱塑性復合材料，包括：熱塑性樹 月旨，纖維和偶聯劑;所述熱塑性樹脂為酪獻型聚芳酸酬系列無定型聚合物和酪獻型聚芳酸 諷系列無定型聚合物中的一種或兩種;所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鐵酸醋偶聯劑、侶酸醋偶 聯劑中的一種，其中，所述硅烷偶聯劑為K冊50、K冊60、K冊70、KH792、化602和化171中的一 種或幾種;所述鐵酸醋偶聯劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種所述侶 酸醋偶聯劑為化-411和PN-827中的一種或兩種;其中，通過選擇特定的熱塑性樹脂W及偶 聯劑，使得得到的纖維增強的復合材料中纖維與樹脂的界面粘結強度高，且得到的復合材 料的力學性能好;實驗結果表明，本發明所述的復合材料的拉伸強度、彎曲強度均顯著提 高;而且本發明制備方法簡單，原料來源廣泛，適合工業化生產。
【具體實施方式】
[0028] 本發明提供了一種纖維增強熱塑性復合材料，包括:熱塑性樹脂，纖維和偶聯劑；
[0029] 其中，所述熱塑性樹脂為酪獻型聚芳酸酬系列無定型聚合物和酪獻型聚芳酸諷系 列無定型聚合物中的一種或兩種；
[0030] 所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鐵酸醋偶聯劑、侶酸醋偶聯劑中的一種，
[0031] 其中，所述硅烷偶聯劑為KH550、K冊60、K冊70、KH792、DL602和DL171中的一種或幾 種；
[0032] 所述鐵酸醋偶聯劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0033] 所述侶酸醋偶聯劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0034] 按照本發明，所述熱塑性樹脂優選為無定型酪獻聚芳酸酬(PEK-C)、無定型酪獻聚 芳酸臘酬(PEK-CN)和無定型酪獻聚芳酸諷(PES-C)中的一種或幾種，更優選為無定型酪獻 聚芳酸酬(PEK-C)、無定型酪獻聚芳酸臘酬(PEK-CN)或無定型酪獻聚芳酸諷(PES-C);所述 熱塑性樹脂的特性粘度優選為0.4~0.9dl/g，更優選為0.5~0.8dl/g，最優選為0.6~ 0.7dl/g〇
[0035] 按照本發明，所述纖維優選為玻璃纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種，更優選為 玄武巖纖維;本發明對玄武巖纖維的形態沒有特殊要求，本領域公知的可用于復合材料的 纖維均可，如可W為纖維粉末、短切纖維、長纖維和纖維織物中的一種或幾種;其中，所述纖 維粉末的長度為250目~1500目、直徑13~23WH，短切纖維的長度為I~2cm、直徑13~23皿， 長纖維的直徑為13~23WH，纖維織物為纖維平紋布或纖維斜紋布;所述纖維與所述熱塑性 樹脂的質量比優選為（10~70): (30~90)，更優選為（30~60): (40~70)，最優選為(40~ 50): (50~60);其中，當所述纖維為纖維粉末或短切纖維時，所述偶聯劑優選由兩種或兩種 W上不同型號的偶聯劑復配得到；且所述纖維與所述偶聯劑的質量比優選為1:(0.OOl~ 0.015)，更優選為1: (0.003~0.0.0 l)，最優選為1: (0.005~0.008)，當所述纖維為長纖維 或纖維織物時，所述偶聯劑優選為偶聯劑的醇溶液，其質量濃度優選為0.1~0.3wt %，更優 選為0.15~0.%，所述醇優選為甲醇或乙醇。
[0036] 本發明提供了一種纖維增強熱塑性復合材料，其中，通過選擇特定的偶聯劑，即， 使所述硅烷偶聯劑為K冊50、K冊60、K冊70、KH792、DL602和化171中的一種或幾種;所述鐵酸 醋偶聯劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種所述侶酸醋偶聯劑為Dレ 411和PN-827中的一種或兩種;使得本發明所述的熱塑性樹脂與本發明所述的纖維的界面 粘結強度高，進而使得得到的復合材料的拉伸強度、彎曲強度均顯著提高。
[0037] 本發明提供了一種本發明所述的纖維增強熱塑性復合材料的制備方法，包括:將 熱塑性樹脂、纖維和偶聯劑混合，成型，得到纖維增強熱塑性復合材料；
[0038] 其中，所述熱塑性樹脂為酪獻型聚芳酸酬系列無定型聚合物和酪獻型聚芳酸諷系 列無定型聚合物中的一種或兩種；
[0039] 所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鐵酸醋偶聯劑和侶酸醋偶聯劑中的一種或幾種，
[0040] 其中，所述硅烷偶聯劑為KH550、K冊60、K冊70、KH792、DL602和化171中的一種或幾 種；
[0041 ] 所述鐵酸醋偶聯劑為DNZ-201、DNZ-401、DN-101和DN-133中的一種或幾種
[0042] 侶酸醋偶聯劑為化-411和PN-827中的一種或兩種。
[0043] 按照本發明，將熱塑性樹脂、纖維和偶聯劑混合，成型，得到纖維增強熱塑性復合 材料;其中，所述熱塑性樹脂優選為無定型酪獻聚芳酸酬(PEK-C)、無定型酪獻聚芳酸臘酬 (PEK-CN)和無定型酪獻聚芳酸諷(PES-C)中的一種或幾種，更優選為無定型酪獻聚芳酸酬 (PEK-C)、無定型酪獻聚芳酸臘酬(PEK-CN)或無定型酪獻聚芳酸諷(PES-C);所述熱塑性樹 脂的特性粘度優選為0.4~0.9dl/g，更優選為0.5~0.8dl/g，最優選為0.6~0.7dl/g。所述 纖維優選為玻璃纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種，更優選為玄武巖纖維;本發明對玄武 巖纖維的形態沒有特殊要求，本領域公知的可用于復合材料的纖維均可，如可W為纖維粉 末、短切纖維、長纖維和纖維織物中的一種或幾種；其中，所述纖維粉末的長度為250目~ 1500目、直徑13~23WH，短切纖維的長度為1~2cm、直徑13~23曲!，長纖維的直徑為13~23y m，纖維織物為纖維平紋布或纖維斜紋布。所述纖維與所述熱塑性樹脂的質量比優選為（10 ~70): (30~90)，更優選為(30~60): (40~70)，最優選為(40~50): (50~60)。
[0044] 且為了使纖維能和樹脂很好的結合，本發明優選按照W下方法制備：
[0045] 1)將纖維和偶聯劑混合，得到偶聯劑處理的纖維；
[0046] 2)將偶聯劑處理的纖維與熱塑性樹脂共混，成型，得到纖維增強熱塑性復合材料。
[0047] 按照本發明，本發明首先將纖維和偶聯劑混合，得到偶聯劑處理的纖維;其中，當 纖維為纖維粉末或短切纖維時，所述混合為將纖維粉與偶聯劑直接共混，此時，所述偶聯劑 優選由兩種或兩種W上不同型號的偶聯劑復配得到;且所述纖維與所述偶聯劑的質量比優 選為I :(0.OOl~0.015)，更優選為I :(0.003~0.0.01)，最優選為I :(0.005~0.008);當纖 維為長纖維或纖維織物時，所述混合為將長纖維或纖維織物與含偶聯劑的溶液混合W得到 偶聯劑處理的纖維，此時，所述偶聯劑優選為偶聯劑的醇溶液，其質量濃度優選為0.1~ 0.3wt %，更優選為0.15~0.%，所述醇優選為甲醇或乙醇。
[0048] 按照本發明，本發明還將偶聯劑處理的纖維與熱塑性樹脂共混，成型，得到纖維增 強熱塑性復合材料。本發明對該共混的方式沒有特殊要求，本領域技術人員根據本領域公 知常識選擇合適的共混、成型方式，如含短切纖維或纖維粉的復合材料的制備工藝為熱模 壓工藝，含長纖維和纖維織物的復合材料中，纖維先采用硅烷偶聯劑進行浸潤改性，且長纖 維采用的是螺桿擠出與熱模壓相結合的制備工藝;纖維