专利名称：一种针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法
技术领域：
本发明所涉及的技术领域是复合材料，尤其是热塑性复合材料的成型工艺，具体说是一种针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法。
背景技术：
目前已有的技术一是GMT片材工艺，共有两种生产方法，都比较成熟。一种是干法工艺，它是将玻璃纤维针刺毡与聚丙烯片或熔融聚丙烯相间叠合成三明治状，经专用的双钢带压机加热加压、冷却加压制成片材；另一种方法是湿法，也称抄纸法，它是将玻璃纤维短切纱与聚丙烯粉末混合打浆，通过沉降、抽吸去泡沫、水分进入烘干炉烘干，再经双钢带压机加热加压、冷却加压定型为片材。干法的缺点是熔融聚丙烯粘度大，难于完全浸渍玻璃纤维，从而使基体塑料与增强纤维的接触面积少，界面结合强度差，片材内孔隙率高，这就使得片材的力学强度打折扣；而湿法是以牺牲增强纤维的长度为代价的。我们知道，增强纤维长度长则与基体塑料的机械锁合牢，以至片材强度高，而增强纤维长度短，则与此相反，片材力学强度低，且湿法成型时引入其中的泡沫、絮凝剂等很难除去，影响了片材的性能，片材的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、热变形温度等都不高。这两种方法不但生产的产品有浸渍不完全或纤维短等这样或那样的缺陷，而且作业线长，设备庞大，操作困难，技术复杂，片材制作成本较高，所需投资额也相当大，制约了它的推广应用。GMT工艺制得的片材，其增强纤维含量一般最高达到40％(重量百分比)左右，再想提高就很难了。
专利WO2005039871提出了一种新的针刺毡的成型方法。它是在制得的玻璃纤维连续毡层上，再铺一层基体纤维，这样按需要多层复合后再进行针刺，然后可压成片材。这种方法提高了基体塑料和增强纤维的混合效果，但在材料整体上，层和层间还是有严重的不均匀现象。而且此法需要先生产玻璃纤维连续毡，多了一道生产工序。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是针对现有上述技术的不足之处，提出一种全新针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，从而为人们提供一种全新的毡类预混体。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案使用针刺法将连续的基体纤维和增强纤维制成毡(针刺毡)，作为纤维增强热塑性塑料预混体，该预混体可直接(或热压成片材后)用于纤维增强热塑性塑料制品的热压成型，该方法包括如下步骤A.将基体纤维和增强纤维按95～20∶5～80的重量比按比例相间均匀布置于纱架上；B.用抛丝机将混合一起的基体纤维和增强纤维连续抛入至沉降室，使混合纤维均匀着落在成型网带上，形成毡坯；C.将毡坯喂入针刺机进行针刺，使增强纤维与在基体纤维进一步混合，使其交搭钩緾在一起，形成立体交叉结构，即制得成品。
为了使两种纤维混合得更均匀、铺成的毡坯面密度相对波动非常小，并形成具有一定机械强度的纤维网，可在成形铺网的过程中将沉降室、抽风系统共同使用，二者产生的紊流场、风速风压将纤维打散、均化，吸附在成型网带上。所以可在步骤B中使混合纤维均匀着落在成型网带上形成毡坯的同时利用抽吸系统提供的气流将纤维网吸附在成型网上。
从材料性能的角度出发，增强纤维的熔点应高于所用的基体纤维10℃以上；基体纤维和增强纤维优选的重量比是60～40∶40～60，当需要材料有良好的外观时，可以选择基体纤维高的比例。
本发明所采用的基体纤维可以选自如下热塑性塑料纤维聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚酮酮醚纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、ABS纤维、维尼纶纤维、聚碳酸酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯乙烯纤维，优选聚丙烯纤维；增强纤维可以选自如下纤维玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、天然纤维、芳纶纤维、热塑性塑料纤维，优选的是玻璃纤维。
本发明所述基体纤维其单丝直径在6微米至1毫米之间，优选范围是10微米至0.1毫米之间；增强纤维单丝直径在4微米至0.1毫米之间，优选范围是8微米至25微米之间。
本发明步骤A中将基体纤维和增强纤维均匀放置于纱架上采用有如下的方法之一A、在基体纤维和增强纤维生产场地离针刺毡预混体生产场地近，便于运输的情况下，可将较细纱支的基体纤维和增强纤维(俗称原丝筒)按所需比例分别交替、均匀地放于纱架上，这样可以保证基体纤维和增强纤维充分混合均匀；B、在纤维生产场地离针刺毡生产场地远，运输不方便时，可将基体纤维和增强纤维按所需比例先络成纱支较粗的纱团，然后再运至针刺毡生产现场。这也就是行业内熟知的混纤纱的方法；C、也可使用基体纤维、增强纤维在拉丝阶段就均匀混合的复合纱。
本发明推荐使用的方法是方法A。该方法可以按需要方便地调整纤维品种和比例，省去了络纱工序，经济、灵活，纤维少受了磨擦、损伤。
本发明所涉及的铺毡、针刺技术是行业内成熟的技术。
本发明综合了玻璃纤维制毡技术和化学纤维无纺布的制造技术，将两种成熟的技术结合起来，给出了一种工艺简单、技术成熟、投资较小的纤维增强热塑性塑料预混体的生产方法，具有如下优点(1)解决了干法GMT工艺中的浸渍、片材流动难题和湿法工艺中纤维短的问题。在保持较长纤维甚至是连续纤维的情况下解决了热塑性塑料对增强纤维的熔融浸渍难题，综合了传统GMT生产工艺的两大优点，尤其是通过针刺使两种纤维充分混合，立体纠缠，增强效果、整体效果远远优于传统的GMT；(2)采用本发明制得的预混体可直接用于塑料制品的生产(即可将预成型体按需要裁切、叠合为零部件所需重量、面积大小，放入真空热压模具直接热压、冷却定型为产品)，省去片材制作，节省了设备投资和生产能耗；(3)采用本发明制得的预混体也可以制作片材，比GMT片材的制作工艺简单，能耗、成本低，性能好；(4)采用本发明制作的预混体或片材增强纤维含量高，可高达70～80％，这样制得的片材力学性能明显地高；(5)该工艺作业线短，设备简单，投资省；(6)利用本发明生产的预混体或片材成本低。
图1是生产连续纤维增强热塑性预混体的流程图；图2是这种生产线的示意图。
为了便于考察、比较这种热塑性预混体的性能，我们将它做成片材，进行力学性能检测，所有涉及到的工艺、数据详述于下纤维1，2是玻璃纤维(单丝直径21μm，每束120根单丝)与聚丙烯纤维(单丝直径0.3mm)，按40∶60的重量比例配合，机器5是连续纤维抛丝机，其下为沉降室6，成型网带3，抽风系统4，关风辊7。沉降室内风速15米/秒，风压145mmH2O。上下针刺机9，10共6台，植针密度2000枚/米，针型为叉型针，叉口宽0.65mm，工作段直径0.85mm，针深8mm，针密20针/cm2。机组线速度5米/分，卷重30kg。
直截放入热平板模中热压，模温190℃，压力4kg/cm2，时间6分钟。冷压压力3kg/cm2，冷压时间5分钟，冷却方式，水冷。
片材各项检测数据见下表表一
热变形温度155℃，厚度3.8mm，该片材强度高，适宜于做大面积、结构不太复杂的部件。
而同样玻纤含量的GMT片材力学强度为拉伸强度90MPa，拉伸模量4940MPa，弯曲强度130MPa，弯曲模量4700MPa，冲击强度100J/m2。
针对不同的玻纤含量，和设定的配方，以及固定的纤维直径、浸润剂、针型、针刺工艺和相应参数，我们将制得的片材进行力学性能检测，所得数据列表于下表二
权利要求
1.一种针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，使用针刺法将连续的基体纤维和增强纤维制成毡，作为纤维增强热塑性塑料预混体，其特征在于包括如下步骤A.将基体纤维和增强纤维按95～20∶5～80的重量比均匀放置于纱架上，然后一起引入至抛丝机；B.用抛丝机将混合一起的基体纤维和增强纤维连续抛入至沉降室，使混合纤维均匀着落在成型网带上，形成毡坯；C.将毡坯喂入针刺机进行针刺，使增强纤维与基体纤维进一步混合，使其交搭钩缠在一起，形成立体交叉结构，即制得成品。
2.如权利要求1所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于步骤B中使混合纤维均匀着落在成型网带上形成毡坯的同时利用抽吸系统提供的气流将纤维网吸附在成型网上。
3.如权利要求1所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于基体纤维和增强纤维的优选重量比为60～40∶40～60。
4.如权利要求1所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于增强纤维的熔点高于所用的基体纤维10℃以上。
5.如权利要求1所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于所述的基体纤维和增强纤维均匀放置于纱架上采用有如下的方法之一A、在基体纤维和增强纤维生产场地离针刺毡预混体生产场地近，便于运输的情况下，可将较细纱支的基体纤维和增强纤维按所需比例分别交替、均匀地放于纱架上，这样可以保证基体纤维和增强纤维充分混合均匀；B、在纤维生产场地离针刺毡生产场地远，运输不方便时，可将基体纤维和增强纤维按所需比例先络成纱支较粗的纱团，然后再运至针刺毡生产现场；C、使用基体纤维、增强纤维在拉丝阶段就均匀混合的复合纱。
6.如权利要求1至5任意一项所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于A、基体纤维选自如下热塑性塑料纤维聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚酮酮醚纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、ABS纤维、维尼纶纤维、聚碳酸酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯乙烯纤维；B、增强纤维选自如下纤维玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、天然纤维、芳纶纤维、热塑性塑料纤维。
7.如权利要求6所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于基体纤维优选聚丙烯纤维、增强纤维优选的是玻璃纤维。
8.如权利要求1至5任意一项所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于基体纤维其单丝直径在6微米至1毫米之间、增强纤维单丝直径在4微米至0.1毫米之间。。
9.如权利要求8所述的针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，其特征在于基体纤维单丝直径优选范围是10微米至0.1毫米之间，增强纤维单丝直径优选范围是8微米至25微米之间。
全文摘要
一种针刺法制备连续纤维增强热塑性塑料毡类预混体的方法，使用针刺法将连续的基体纤维和增强纤维制成毡，作为纤维增强热塑性塑料预混体，包括如下步骤A.将基体纤维和增强纤维按95～20∶5～80的重量比均匀放置于纱架上，然后一起引入至抛丝机；B.用抛丝机将混合一起的基体纤维和增强纤维连续抛入至沉降室，使混合纤维均匀着落在成型网带上，形成毡坯；C.将毡坯喂入针刺机进行针刺，使增强纤维与基体纤维进一步混合，使其交搭钩缠在一起，形成立体交叉结构，即制得成品。本发明解决了干法GMT工艺中的浸渍、片材流动难题和湿法工艺中纤维短的问题，制得的预混体可直接用于塑料制品的生产，也可以制作片材，其中增强纤维含量高达70～80％。
文档编号D04H3/105GK1730764SQ20051004129
公开日2006年2月8日 申请日期2005年8月2日 优先权日2005年8月2日
发明者赵东波, 赵谦, 邓洪, 夏涛, 费传军, 彭基成 申请人:中材科技股份有限公司