超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，特別是涉及一種超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及制備方法。
技術(shù)背景
[0002]復(fù)合材料是近幾十年來材料工藝發(fā)展而形成的一種新材料的總稱，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如航天、航空、汽車、造船、醫(yī)療和各種民用工業(yè)，其是由兩種或兩種以上組份材料復(fù)合而成的一種多相材料，可以根據(jù)使用條件的不同要求進(jìn)行性能設(shè)計(jì)以滿足多種特殊用途。纖維作為一種力學(xué)性能優(yōu)異的材料，可用于增強(qiáng)高分子基體的機(jī)械性能，同時(shí)還可保持高分子基體自身的特殊性能。
[0003]現(xiàn)在市面上有很多防腐蝕的高分子材料，如聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)，具有優(yōu)異的化學(xué)惰性，但其自身的熱穩(wěn)定性、耐候性、機(jī)械性能和可加工性等性能的不足，極大地限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，所以尋找具有優(yōu)異的抗腐蝕、機(jī)械性能、穩(wěn)定性且性價(jià)比高的材料是行業(yè)中所面臨的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種力學(xué)性、防腐蝕性、熱穩(wěn)定性、耐候性、機(jī)械性能和可加工性好的超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，本發(fā)明還涉及該超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是連續(xù)的長(zhǎng)纖維先浸入聚偏氟乙烯樹脂懸浮液，再通過固化成型形成的纖維帶狀材料。采用化學(xué)惰性極強(qiáng)的聚偏氟乙烯樹脂作為基體材料，并用纖維材料與其均勻共混，從而極大地提高材料的機(jī)械性能和穩(wěn)定性。本發(fā)明能最大的發(fā)揮了成分中兩種材料自身的優(yōu)點(diǎn)，使其在具有十分優(yōu)異的防腐蝕性和耐候性的同時(shí)也擁有極好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性。具有力學(xué)性、防腐蝕性、熱穩(wěn)定性、耐候性、機(jī)械性能和可加工性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]作為優(yōu)化，所述聚偏氟乙烯樹脂懸浮液的重量組分包括:100-500份的聚偏氟乙烯樹脂粉末，5-25份的界面增強(qiáng)劑，20-100份的分散劑和適量的水；優(yōu)選300份的聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂、15份的界面增強(qiáng)劑、60份的分散劑和適量的水制成。
[0007]所述纖維為機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性的人工纖維材料。
[0008]作為優(yōu)化，所述聚偏氟乙烯樹脂懸浮液是先將分散劑加入水中，隨著攪拌進(jìn)行，再將聚偏氟乙烯粉末和界面增強(qiáng)劑逐步加入水中，繼續(xù)攪拌直至分散均勻制得；所述水為4375-4875重量份；優(yōu)選300份的聚偏氟乙烯PVDF樹脂粉末、15份的界面增強(qiáng)劑、60份的分散劑和4625份的水制成。
[0009]所述纖維是包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高份子量聚乙烯纖維等具有優(yōu)異力學(xué)性能的纖維材料；
[0010]所述界面增強(qiáng)劑是雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)的偶聯(lián)劑，可以促使基體材料和纖維材料在加工成型的過程中形成共價(jià)鍵，以增強(qiáng)其界面剪切力。界面增強(qiáng)劑可為3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、馬來酸酐接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯或馬來酸酐接枝聚偏氟乙烯其中一種或多種的混合物。
[0011]所述分散劑是陰離子表面活性劑、含氟表面活性劑和含硅分散劑配合的復(fù)合分散劑。
[0012]作為優(yōu)化，由包括如下重量比的組分:100-500份的聚偏氟乙烯樹脂粉末、適量的界面增強(qiáng)劑、適量的分散劑和375-875的纖維制成。
[0013]作為優(yōu)化，由包括如下重量比的組分:100-500份的聚偏氟乙烯樹脂粉末、5-25份的界面增強(qiáng)劑、20-100份的分散劑和375-875份的纖維制成。
[0014]由如下重量比的組分:100-500份的聚偏氟乙烯樹脂粉末、5-25份的界面增強(qiáng)劑、20-100份的分散劑和375-875的纖維及4375-4875重量份水制成。優(yōu)選300份的聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂、15份的界面增強(qiáng)劑、60份的分散劑和625份的纖維、4625份的水制成。
[0015]作為優(yōu)化，是將連續(xù)的長(zhǎng)纖維先浸入聚偏氟乙烯樹脂懸浮液，利用聚偏氟乙烯樹脂的濃度來控制產(chǎn)品中纖維含量，再通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型，形成纖維帶狀材料，這種材料可依據(jù)模具形狀或纏繞直徑加工成各種形狀的復(fù)合材料成品，如板材、片材和管材坐寸ο
[0016]作為優(yōu)化，所述通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型是通過牽引、浸潤(rùn)、一次加熱烘干、二次加熱熔融、壓片和纏繞等步驟制成纖維帶狀材料。經(jīng)測(cè)試，按重量組分，這種復(fù)合材料具有極好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性，優(yōu)異的防腐蝕性和耐候性。所述二次加熱熔融是使PVDF樹脂熔融成粘流態(tài)，使其在壓片的過程中能夠均勻地包裹纖維材料。
[0017]本發(fā)明所述復(fù)合材料的制備方法是將連續(xù)的長(zhǎng)纖維先浸入聚偏氟乙烯樹脂懸浮液，利用聚偏氟乙烯樹脂的濃度來控制產(chǎn)品中纖維含量，再通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型，形成纖維帶狀材料，這種材料可依據(jù)模具形狀或纏繞直徑加工成各種形狀的復(fù)合材料成品，如板材、片材和管材等。
[0018]作為優(yōu)化，所述通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型是通過牽引、浸潤(rùn)、一次加熱烘干、二次加熱熔融、壓片和纏繞等步驟制成纖維帶狀材料；所述二次加熱熔融是使PVDF樹脂熔融成粘流態(tài)，使其在壓片的過程中能夠均勻地包裹纖維材料。
[0019]所述聚偏氟乙烯PVDF懸浮液是先將分散劑加入水中，隨著攪拌進(jìn)行，再將聚偏氟乙烯粉末和界面增強(qiáng)劑逐步加入水中，繼續(xù)攪拌直至分散均勻制得。
[0020]作為優(yōu)化，所述通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型是由纖維旋架向懸浮液槽供連續(xù)長(zhǎng)纖維料，懸浮液浸潤(rùn)后的連續(xù)長(zhǎng)纖維料出自懸浮液槽后進(jìn)入干燥烘箱進(jìn)行一次加熱烘干，經(jīng)烘干的連續(xù)長(zhǎng)纖維料進(jìn)入熔融烘箱進(jìn)行二次加熱熔融使樹脂熔融成粘流態(tài)，經(jīng)加熱熔融的連續(xù)長(zhǎng)纖維料經(jīng)壓片裝置成型，使其在壓片的過程中能夠均勻地包裹纖維，經(jīng)成型的連續(xù)長(zhǎng)纖維料最后收集至卷輪上。
[0021]具體步驟為:(I)制備聚偏氟乙烯懸浮液，按重量其組分，先將規(guī)定重量份的分散劑加入到規(guī)定重量份的水中，隨著攪拌進(jìn)行，再將規(guī)定份的聚偏氟乙烯樹脂粉末和規(guī)定重量份的界面增強(qiáng)劑逐步加入，繼續(xù)攪拌直至得到均勻聚偏氟乙烯懸浮液；(2)將連續(xù)的纖維材料安裝到連續(xù)生產(chǎn)線中的纖維旋架上；(3)開啟連續(xù)生產(chǎn)線后，通過卷輪的卷動(dòng)牽引，纖維材料會(huì)先浸入制備好的聚偏氟乙烯懸浮液，接下來通過干燥烘箱一次加熱烘干，再通過熔融烘箱二次加熱熔融使PVDF樹脂熔融成粘流態(tài)，使其在壓片的過程中能夠均勻地包裹纖維材料，最后形成帶狀材料附于卷輪上；(4)可將這種帶狀材料依據(jù)模具形狀或纏繞直徑加工成各種形狀的復(fù)合材料成品,如板材、片材和管材等。
[0022]所述聚偏氟乙烯樹脂懸浮液的重量組分包括:100-500份的聚偏氟乙烯樹脂粉末，5-25份的界面增強(qiáng)劑，20-100份的分散劑和4375-4875份的水。優(yōu)選300公斤的聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂粉末、15公斤的界面增強(qiáng)劑、60公斤的分散劑和4625公斤的水制成。
[0023]經(jīng)測(cè)試，按重量組分，這種方法制成的復(fù)合材料具有極好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性，優(yōu)異的防腐蝕性和耐候性。
[0024]在聚偏氟乙烯(PVDF)的分子鏈上，碳-氟鍵(C-F)要比傳統(tǒng)的碳-氫鍵有更強(qiáng)的鍵能，同時(shí)氟原子也比氫原子的體積大許多，所以很好的保護(hù)了高分子主鏈上鍵能較弱的碳-碳鍵(C-C)，因此，在聚偏氟乙烯聚合物具有極好的化學(xué)惰性。增強(qiáng)纖維材料具有許多優(yōu)良性能，其軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐高溫，耐疲勞性好等，所以很好的補(bǔ)償了高分子材料在力學(xué)性能方面的不足，極大地提高了機(jī)械性能和穩(wěn)定性。界面增強(qiáng)劑是一種雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)的偶聯(lián)劑，可以促使樹脂基體材料和纖維材料在加工成型的過程中形成共價(jià)鍵，以增強(qiáng)其界面剪切力。
[0025]本發(fā)明超惰性纖維增復(fù)合材料，主要用于解決傳統(tǒng)塑料材料在長(zhǎng)期接觸活性及腐蝕性物質(zhì)時(shí)或長(zhǎng)期曝光于惡劣環(huán)境時(shí)所產(chǎn)生的侵蝕、開裂、機(jī)械性能下降等問題。本技術(shù)方案是將連續(xù)的長(zhǎng)纖維先浸入聚偏氟乙烯PVDF懸浮液，利用PVDF的濃度來控制產(chǎn)品中纖維含量，再通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型，形成纖維帶狀材料，這種材料可依據(jù)模具形狀或纏繞直徑加工成各種形狀的復(fù)合材料成品，如板材、片材、和管道。PVDF樹脂的惰性特質(zhì)可以極大地降低各種液體和氣體對(duì)其基體材料破壞及腐蝕，同時(shí)通過利用纖維增強(qiáng)的方法則可極大地提聞材料的機(jī)械性能，從而有效地提聞的材料的性能和使用壽命。
[0026]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及制備方法具有力學(xué)性、防腐蝕性、熱穩(wěn)定性、耐候性、機(jī)械性能和可加工性可操作性好的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的生產(chǎn)方法的連續(xù)生產(chǎn)加工流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明:
[0029]實(shí)施例一，本發(fā)明超惰性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是連續(xù)的長(zhǎng)纖維先浸入聚偏氟乙烯PVDF懸浮液，再通過固化成型形成的纖維帶狀材料。由如下重量比的組分:100公斤的聚偏氟乙烯PVDF樹脂、5公斤的界面增強(qiáng)劑、20公斤的分散劑和375公斤的纖維、4375公斤的水制成。界面增強(qiáng)劑具體為3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
[0030]所述纖維為機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性的人工纖維材料。所述纖維是包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高份子量聚乙烯纖維等具有優(yōu)異力學(xué)性能的纖維材料，優(yōu)選玻璃纖維。
[0031]所述界面增強(qiáng)劑是雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)的偶聯(lián)劑，可以促使基體材料和纖維材料在加工成型的過程中形成共價(jià)鍵，以增強(qiáng)其界面剪切力。
[0032]所述分散劑是陰離子表面活性劑、含氟表面活性劑和含硅分散劑配合的復(fù)合分散劑。
[0033]是將連續(xù)的長(zhǎng)纖維先浸入聚偏氟乙烯PVDF懸浮液,利用聚偏氟乙烯PVDF的濃度來控制產(chǎn)品中纖維含量，再通過連續(xù)型固化裝置進(jìn)行成型，形成纖維帶狀材料，這種材料可依據(jù)模具形狀