一种复合片材

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体而言涉及一种复合片材。

背景技术

连续纤维增强热塑性单向预浸带是一种高性能热塑性复合片材，机械性能远高于传统的短切、长纤塑料粒子。在汽车零部件、物流交通、轨道等领域有广泛的应用。

连续纤维增强热塑性复合片材，是一种多相复合材料，两相材料之间的界面，影响复合材料力学性能。因此，连续纤维增强热塑性复合材料不同于传统塑料粒子的可通过填充玻璃微珠等填充助剂，用于降低其材料密度及翘曲度。玻璃微珠等无机填充物会显著影响树脂与纤维界面结合强度。

因此，需要一种复合片材，以至少部分地解决以上问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种复合片材，包括：

基体树脂，所述基体树脂为热塑性树脂；

连续纤维，所述连续纤维作为增强相；以及

热塑性发泡微球，所述热塑性发泡微球至少部分位于所述基体树脂和所述连续纤维的界面处。

可选地，所述复合片材的各组分的质量百分比为：

基体树脂，30～55％；连续纤维，40～60％；热塑性发泡微球，0.5～10％；

相容剂，0.2～0.5％；抗氧剂，0.1～0.5％。

可选地，所述基体树脂包括聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚和ABS中的至少一种。

可选地，所述连续纤维包括连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维和连续玄武岩纤维的至少一种。

可选地，所述相容剂包括马来酸酐接枝物。

可选地，所述抗氧剂为受阻酚类物质和亚磷酸酯类物质复配的抗氧剂。

可选地，所述热塑性发泡微球的熔融温度大于所述基体树脂的加工温度，以使得在加工成型时所述热塑性发泡微球不会熔化消失或破裂。

可选地，所述热塑性发泡微球的平均粒径为8-15μm，发泡温度为200-265℃，发泡密度小于30kg/m

可选地，所述复合片材由以下步骤制成：

将所述基体树脂、所述热塑性发泡微球、所述相容剂以及所述抗氧剂按配比加入到高速混合机中混合均匀得到混合物；

将所述混合物投置于双螺杆挤出机的加料斗中，经挤出机熔融挤出到浸渍模具中；

将连续纤维经恒张力放卷纱架，依次通过梳纱筘、展纱辊、红外预热烘道后，进入浸渍模具，与熔融挤出的树脂混合物进行浸渍包覆，再由冷却定型辊组进行冷却定型，收卷得到所述复合片材。

根据本发明的复合片材，可以同时满足高强度和低密度的需求。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、组分、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、组分、元件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了一种复合片材，其包括基体树脂、连续纤维和热塑性发泡微球。其中，基体树脂为热塑性树脂，例如可以是聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚和ABS中的一种或多种。

连续纤维作为增强相，其可以是连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维和连续玄武岩纤维的一种或多种。并且，连续纤维优选为单向排布。即多束连续纤维之间彼此大致平行。由此大幅度提高在复合片材在连续纤维延伸方向上的力学性能。

热塑性发泡微球作为填充助剂分散在基体树脂中，且其至少部分位于基体树脂和连续纤维的界面处。由此，使用质地较为柔软的热塑性发泡微球代替玻璃微珠等无机填充助剂，能够避免连续纤维的磨损，且热塑性发泡微球对连续纤维和基体树脂的界面影响较小，因而不会降低复合片材的强度性能。其中，热塑性发泡微球的平均粒径优选为8-15μm，发泡温度优选为200-265℃，发泡密度优选小于30kg/m

优选地，通过对热塑性发泡微球的表面进行改性使其表面具有极性基团，能够使得热塑性发泡微球与连续纤维接触时二者的界面能够相互作用，提高二者结合力，由此热塑性发泡微球可同时与连续纤维和基体树脂之间出现界面作用，进一步提高片材整体的强度性能。优选地，上述极性基团可以为羧基和/或羟基。

在一种可选实施方式中，复合片材通过基体树脂、连续纤维、热塑性发泡微球、相容剂和抗氧剂复配制造而成。其中，基体树脂的质量百分比为30～55％，连续纤维的质量百分比为40～60％，热塑性发泡微球的质量百分比为0.5～10％，相容剂的质量百分比为0.2～0.5％，抗氧剂的质量百分比为0.1～0.5％。

并且，连续纤维的表面优选通过上浆剂进行改性，由此进一步改善了连续纤维和热塑性发泡微球间的界面相互作用。

相容剂优选为马来酸酐接枝物。抗氧剂优选为受阻酚类物质和亚磷酸酯类物质复配的抗氧剂。

下面，将详细介绍本发明的复合片材的制造工艺。

首先，将基体树脂、热塑性发泡微球、相容剂以及抗氧剂按配比加入到高速混合机中混合均匀得到混合物。

之后，将混合物投置于双螺杆挤出机的加料斗中，经挤出机熔融挤出到浸渍模具中。

最后，将连续纤维经恒张力放卷纱架，依次通过梳纱筘、展纱辊、红外预热烘道后，进入浸渍模具，与熔融挤出的树脂混合物进行浸渍包覆，再由冷却定型辊组进行冷却定型，收卷得到复合片材。

其中，优选使得热塑性发泡微球的熔融温度大于热塑性树脂基体，或者说基体树脂的加工温度，以避免在加工成型时热塑性发泡微球出现熔化消失或破裂的现象。

下面将结合表1所示的实施例和对比例的各组分质量配比，对本发明的复合片材进行性能测试。

表1

在表1中，实施例1、对比例1和对比例5的基体树脂采用聚丙烯树脂，实施例2和对比例2的基体树脂采用聚乙烯树脂，实施例3和对比例3的基体树脂采用尼龙6树脂，实施例4和对比例4的基体树脂采用聚对苯二甲酸乙二酯。实施例1、实施例2、实施例4、对比例1、对比例2、对比例4和对比例5的连续纤维采用连续玻璃纤维，实施例3和对比例3的连续纤维采用碳纤维。

对上述实施例1-4以及对比例1-5进行密度和性能测试，结果见表2。

表2

由此可见，根据本发明的复合片材，可以同时满足高强度和低密度的使用需求。尤其是，实施例1中采用热塑性发泡微球后，相比于对比例5中采用中空玻璃微球，低密度需求和高强需求均明显得到改善。本发明采用新型热塑性发泡微球替换原有的无机填充物，微球在受热后热塑性外壳软化，内部气体受热膨胀，以实现发泡，减重的效果。在保持强度的同时，可显著降低复合材料的密度。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。