本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料及其制備方法和生產(chǎn)裝置。

背景技術(shù)：

熱塑性高分子材料因其具有耐腐蝕、比重小、易加工等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于日常生活用品、服裝服飾、汽車裝飾等行業(yè)，經(jīng)過(guò)30多年的高速發(fā)展，熱塑性高分子及其復(fù)合材料制造業(yè)取得了顯著的進(jìn)步，2013年，全球塑料消耗量達(dá)到2.99億噸，中國(guó)接近7500萬(wàn)噸，占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的3.3%左右，是七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所占比重的近一半。目前，利用熱塑性高分子來(lái)制備纖維織物復(fù)合材料是本領(lǐng)域發(fā)展的新方向，纖維織物復(fù)合材料常用的原材料有PP、PE、PA6、PA66、TPU等，一種成型技術(shù)是利用擠出成型技術(shù)，由于熱塑性高分子熔融后的粘度普遍較高，在利用擠出機(jī)制備纖維織物復(fù)合材料時(shí)，纖維織物與熱塑性高分子顆?；旌先廴诤蟛焕诔淠＃讚p壞擠出裝置；另外一種是采用薄膜技術(shù)來(lái)制備纖維織物復(fù)合材料，但也存在因熱塑性薄膜空隙率較小，從而阻礙了熱塑性薄膜層與纖維織物之間的粘結(jié)。

為了解決以上存在的問(wèn)題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種工藝簡(jiǎn)單、層間結(jié)合緊密的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料及其制備方法和生產(chǎn)裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）將纖維織物鋪設(shè)在相鄰兩層熱塑性無(wú)紡布之間，使得所述纖維織物與所述熱塑性無(wú)紡布交叉排布得到鋪裝件；

（2）對(duì)所述鋪裝件進(jìn)行預(yù)壓處理制得預(yù)制件；其中，預(yù)壓處理的目的是為了除去各層之間殘余的空氣、使制得的所述預(yù)壓鋪裝層表面平整；

（3）對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行熱壓熔融成型處理，制得熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料。在該步驟（3）中，所述預(yù)制件進(jìn)行熱壓熔融成型處理時(shí)，由于表面的熱塑性無(wú)紡布表面最先受熱從而發(fā)生熔融現(xiàn)象，同時(shí)由于所述熱塑性無(wú)紡布孔隙率較高，因此熔融后的熱塑性無(wú)紡布具有較好的流動(dòng)性，會(huì)充分浸潤(rùn)所述纖維織物，避免了所述纖維織物與熱塑性材料基體層之間結(jié)合不緊密現(xiàn)象。

基于上述，所述步驟（2）還包括對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行Z向增強(qiáng)纖維縫紉處理的分步驟。所述預(yù)制件進(jìn)行Z向增強(qiáng)纖維縫紉處理后，使得所述熱塑性無(wú)紡布層與所述纖維織物層之間增設(shè)了一層加固結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升了各層的結(jié)合力。

基于上述，所述步驟（1）還包括在所述熱塑性無(wú)紡布表面和/或所述纖維織物表面進(jìn)行噴涂納米材料的分步驟。

基于上述，所述步驟（1）還包括在所述鋪裝件表面進(jìn)行噴涂納米材料的分步驟。

其中，所述制備方法中，所述熱塑性無(wú)紡布原料為PP、PE、PA6、PA66、TPU中的一種或幾種的組合；所述纖維織物和所述Z向增強(qiáng)纖維原料為PP纖維、PE纖維、PA6纖維、PA66纖維、玻璃纖維和碳纖維中的一種或幾種的組合；所述纖維織物是將上述纖維進(jìn)行機(jī)織或編織形成2維、2.5維或3維的編織物。

本發(fā)明是一種由上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法制得的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料，它包括至少兩層熱塑性無(wú)紡布層和設(shè)置在相鄰兩層所述熱塑性無(wú)紡布層之間的纖維織物，所述纖維織物與所述熱塑性無(wú)紡布交叉排布。

基于上述，所述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料還包括將所述熱塑性無(wú)紡布層和所述纖維織物縫紉在一起的Z向增強(qiáng)纖維。

基于上述，它還包括納米材料層，所述納米材料層設(shè)置在所述熱塑性無(wú)紡布表面和/或所述纖維織物表面。

本發(fā)明還提供一種用于上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置，它包括至少兩個(gè)熱塑性無(wú)紡布供給裝置、至少一個(gè)纖維織物供給裝置、預(yù)壓裝置和模具熱壓熔融成型裝置；所述熱塑性無(wú)紡布供給裝置與所述纖維織物供給裝置以交叉排布的形式設(shè)置在所述預(yù)壓裝置之前，在所述預(yù)壓裝置之后設(shè)置所述模具熱壓熔融成型裝置。具體地，所述纖維織物與所述熱塑性無(wú)紡布進(jìn)行交叉排布形成的鋪裝件經(jīng)所述預(yù)壓裝置預(yù)壓后得到預(yù)制件，該預(yù)制件再經(jīng)模具熱壓熔融成型裝置進(jìn)行熱壓熔融成型處理，從而得到熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料。

其中，所述熱塑性無(wú)紡布供給裝置和所述纖維織物供給裝置是一種設(shè)置有中心軸的放線輥，用于對(duì)所述熱塑性無(wú)紡布和所述纖維織物進(jìn)行放卷和鋪裝排布；所述預(yù)壓裝置是用于對(duì)交叉排布的熱塑性無(wú)紡布層和纖維織物層進(jìn)行預(yù)壓處理，除去各層之間殘余的空氣、使制得的所述預(yù)壓鋪裝層表面平整，優(yōu)選地，所述預(yù)壓裝置為軋輥；所述模具熱壓熔融成型裝置是用于對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行熱壓熔融成型處理，并使其成型成一定的形狀。

基于上述，用于生產(chǎn)熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置，它還包括Z向增強(qiáng)纖維縫紉裝置，所述Z向增強(qiáng)纖維縫紉裝置設(shè)置在所述預(yù)壓裝置和所述模具熱壓熔融成型裝置之間。

基于上述，用于生產(chǎn)熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置，它還包括納米材料噴涂裝置，所述納米材料噴涂裝置設(shè)置在所述熱塑性無(wú)紡布供給裝置和纖維織物供給裝置之間、或設(shè)置在所述熱塑性無(wú)紡布和所述預(yù)壓裝置之間。

其中，所述納米材料噴涂裝置是用于對(duì)所述熱塑性無(wú)紡布的表面和/或所述纖維織物的表面進(jìn)行噴涂納米材料，使得制得的產(chǎn)品具有不同的物理或電學(xué)性能；所述Z向增強(qiáng)纖維縫紉裝置是用于對(duì)所述熱塑性無(wú)紡布層和所述纖維織物層進(jìn)行Z向增強(qiáng)纖維縫紉，使得所述熱塑性無(wú)紡布層與所述纖維織物層之間增設(shè)了一層加固結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升了各層的結(jié)合力。

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說(shuō)，本發(fā)明提供的熱塑性無(wú)紡布具有優(yōu)異的透氣性和透液性；纖維織物層中各纖維交錯(cuò)排布、結(jié)合緊密；在相鄰兩層所述熱塑性無(wú)紡布之間鋪裝所述纖維織物，所述纖維織物與所述熱塑性無(wú)紡布之間配比可調(diào)；在對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行熱壓熔融成型處理時(shí)，熔融后的熱塑性無(wú)紡布會(huì)充分浸潤(rùn)所述纖維織物，避免了纖維織物與熱塑性材料基體層之間結(jié)合不緊密現(xiàn)象。

進(jìn)一步講，通過(guò)對(duì)所述預(yù)制件進(jìn)行Z向增強(qiáng)纖維縫紉處理進(jìn)一步提升了所述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料層間結(jié)合力，且使得所述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料表面具有一定的美觀度。

更進(jìn)一步講，在制備所述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料過(guò)程中可直接在所述熱塑性無(wú)紡布上和所述纖維織物上噴涂納米材料，噴涂的納米材料與所述熱塑性無(wú)紡布和所述纖維織物之間結(jié)合緊密，且不會(huì)增加熔融熱塑性無(wú)紡布的粘度，使得由該方法制備的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料形狀可根據(jù)模型任意調(diào)節(jié)。

本發(fā)明所述提供用于生產(chǎn)熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置組成簡(jiǎn)單、易于調(diào)整工藝步驟，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例1提供的生產(chǎn)熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2提供生產(chǎn)熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3提供的生產(chǎn)熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例4提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、熱塑性無(wú)紡布層；2、纖維織物；3、Z向增強(qiáng)纖維；4、納米材料層；101、熱塑性無(wú)紡布供給裝置；102、纖維織物供給裝置；6、納米材料噴涂裝置；7、Z向增強(qiáng)纖維縫紉裝置；8、預(yù)壓裝置；9、模具熱壓熔融成型裝置。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）在溫度為200℃條件下，采用螺桿擠出機(jī)將聚丙烯顆粒加熱熔融形成熔體，所述熔體從所述擠出機(jī)中擠出并輸出至熔體噴射模頭，然后向所述熔體噴射模頭型腔中通入熱空氣，使得所述熔體在負(fù)壓作用下從所述熔體噴射模頭型腔中噴出形成熔噴纖維，將制得的一部分所述熔噴纖維經(jīng)熱軋成型處理從而制得聚丙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布；將制得的一部分所述熔噴纖維制成3維編織的纖維織物；另一部分作為Z向增強(qiáng)纖維；

（2）在相鄰兩層所述聚丙烯熱塑性無(wú)紡布層之間鋪設(shè)所述纖維織物，經(jīng)輥軋、Z向增強(qiáng)纖維縫紉處理形成預(yù)制件，所述預(yù)制件在溫度為160℃條件下經(jīng)軋輥熱壓成型處理，從而制得聚丙烯連續(xù)纖維復(fù)合材料成品。

由本實(shí)施例提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法制得的聚丙烯連續(xù)纖維復(fù)合材料，它具有五層結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括三層聚丙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布層1，相鄰兩層的所述熱塑性無(wú)紡布層1之間均鋪設(shè)有一層所述纖維織物2；同時(shí)，在所述熱塑性無(wú)紡布層1和所述纖維織物2內(nèi)部還通過(guò)縫紉處理設(shè)置有Z向增強(qiáng)纖維3，所述Z向增強(qiáng)纖維3為聚丙烯纖維。

本實(shí)施例還提供一種用于生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置，如圖2所示，為生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置示意圖，它包括三個(gè)熱塑性無(wú)紡布供給裝置101、兩個(gè)纖維織物供給裝置102、預(yù)壓裝置8、Z向增強(qiáng)纖維縫紉裝置7和模具熱壓熔融成型裝置9。所述熱塑性無(wú)紡布和所述纖維織物鋪裝后經(jīng)所述預(yù)壓裝置8預(yù)壓處理并經(jīng)Z向增強(qiáng)纖維縫紉裝置7進(jìn)行縫紉，然后傳送至模具熱壓熔融成型裝置9中進(jìn)行熱壓熔融處理，從而得到熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法，其步驟與實(shí)施例1中的步驟大致相同，不同之處在于：

所述步驟（1）還包括在溫度為150℃條件下，采用噴涂機(jī)在所述聚乙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布的一側(cè)表面噴涂納米材料形成納米材料層，所述納米材料可以為氧化鋁、氧化鋅、氧化銅、納米炭黑、碳納米纖維、碳納米纖維、納米石墨烯、納米黏土管等。

由本實(shí)施例提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法制得的聚乙烯連續(xù)纖維復(fù)合材料，它具有八層結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括三層聚乙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布層1，三層所述熱塑性無(wú)紡布層1一側(cè)表面均噴涂有納米氧化層4，所述納米氧化層為納米氧化銅層；且相鄰兩層所述聚丙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布層1之間均鋪設(shè)有一層玻璃纖維織物2；在所述熱塑性無(wú)紡布層1和所述玻璃纖維織物2內(nèi)部還通過(guò)縫紉處理設(shè)置有Z向增強(qiáng)纖維3，所述Z向增強(qiáng)纖維3為玻璃纖維。

本實(shí)施例所提供一種用于生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置具體組成與實(shí)施例1中的裝置組成大致相同，不同之處在于如圖4所示，為有生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置組裝示意圖，本實(shí)施例中的裝置還包括一組納米材料噴涂裝置6，所述納米材料噴涂裝置6設(shè)置在所述預(yù)壓裝置8之前。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法，其步驟與實(shí)施例1中的步驟大致相同，不同之處在于：

本實(shí)施例所采用的原材料為TPU和PA6的組合；

所述步驟（2）還包括在溫度為150℃條件下，采用噴涂機(jī)在所述預(yù)制件表面進(jìn)行噴涂納米材料的分步驟，所述納米材料可以為氧化鋁、氧化鋅、氧化銅等。

由本實(shí)施例提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法制得的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料，它具有七層結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，它包括三層聚乙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布層1，相鄰兩層所述聚丙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布層1之間均鋪設(shè)有一層碳纖維織物2；在所述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料兩側(cè)還分別設(shè)置有一層納米氧化層4；所述納米氧化層為氧化鋅層；在所述熱塑性無(wú)紡布層1和所述碳纖維織物2內(nèi)部還通過(guò)縫紉處理設(shè)置有Z向增強(qiáng)纖維3，所述Z向增強(qiáng)纖維3為碳纖維。

本實(shí)施例所提供一種用于生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置具體組成與實(shí)施例1中的裝置組成大致相同，不同之處在于如圖6所示，為有生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置示意圖，本實(shí)施例中的裝置還包括兩組納米材料噴涂裝置6，所述納米材料噴涂裝置6分別設(shè)置在所述預(yù)壓裝置8之前及熱塑性無(wú)紡布供給裝置101和碳纖維織物供給裝置102之間。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法，其步驟與實(shí)施例1中的步驟大致相同，不同之處在于：

所述步驟（1）還包括在溫度為150℃條件下，采用噴涂機(jī)在所述聚乙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布和在所述玻璃纖維織物的一側(cè)表面噴涂納米材料形成納米材料層，所述納米材料可以為氧化鋁、氧化鋅、氧化銅、納米炭黑、碳納米纖維、碳納米纖維、納米石墨烯、納米黏土管。

由本實(shí)施例提供的熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的制備方法制得的聚乙烯連續(xù)纖維復(fù)合材料，它具有十層結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，它包括三層聚乙烯材質(zhì)的熱塑性無(wú)紡布層1，相鄰兩層所述熱塑性無(wú)紡布層1之間均鋪設(shè)有一層玻璃纖維織物2；在所述纖維織物1一側(cè)表面和所述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料兩側(cè)均噴涂有納米氧化層4；所述納米氧化層為納米氧化銅層。在所述熱塑性無(wú)紡布層1和所述纖維織物2內(nèi)部還通過(guò)縫紉處理設(shè)置有Z向增強(qiáng)纖維3，所述Z向增強(qiáng)纖維3為玻璃纖維。

本實(shí)施例所提供一種用于生產(chǎn)上述熱塑性連續(xù)纖維復(fù)合材料的裝置具體組成與實(shí)施例3中的裝置相同。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。