本發明專利技術公開了一種基于改進型包纏紗結構的三維熱塑性復合材料的制備方法。所述的改進型包纏紗采用的包纏裝置是在原有包纏裝置上增設了一個聚攏器。制備方法包括：包纏紗的制備、三維正交麻機織物預制件的織造及復合材料的成型。本發明專利技術在基于改進型包纏紗結構上提供一種三維正交機織物增強熱塑性復合材料的制備工藝，可以有效地改善熱塑性樹脂在預制件的分布問題，工藝簡單，成本低廉，效率高，節能環保，應用廣泛。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于綠色紡織復合材料的制備
，涉及了一種改進的包纏裝置，采用了包纏紗，以三維正交機織物為增強結構，制作成樹脂分散均勻的熱塑性復合材料。
技術介紹
綠色復合材料是一種新型生態材料，利用天然植物纖維以不同的結構來增強熱塑性樹脂，經過高溫擠壓或者熱壓等成型工藝而制成的復合材料。該類復合材料，密度低，易加工，可循環利用或可降解回收。該材料的研發與市場化，減少對石油資源的依賴性，緩解由二氧化碳大量釋放產生的溫室效應，從而落實了可持續發展的理念。如今，短纖維增強熱塑性復合材料在歐美汽車和電子產品的零部件行業里得到了飛快的發展。但是，短纖維本身強力不大，在樹脂里無取向地分布，導致了該類材料不具備很高的物理機械性能，從而無法替代玻璃纖維增強復合材料在工業領域里承載部件的應用，以至于其應用范圍受到限制。為了達到更好的性能要求，紡織復合材料成為了綠色復合材料研究的一個主要方向。而三維正交機織物預制件是各向同性的結構，具有良好的界面剪切性能與沖擊韌性，是理想的增強結構。申請號為201010505660.7的中國專利專利技術了一種三維正交機織麻織物增強聚丙烯復合材料，將聚丙烯薄膜鋪于麻織物預制件上下兩面，再熱壓成型制備成復合材料。三維預制件是具有一定厚度和緊度的紡織結構，而聚丙烯熔融流變性能較差，導致聚丙烯樹脂只分布在預制件上下表面。由此可見，對三維正交機織物為增強體的熱塑性復合材料而言，急于解決的是樹脂在預制件里的分布問題。目前，為了使熱塑性樹脂均勻地分布在預制件里，主要方法包括:溶液法、并股法和包纏法。申請號為201010597719.X的中國專利將短纖紗預制件浸入熱塑性樹脂溶液中，等到溶劑揮發后，熱壓復合成型。申請號為200710150837.4的中國專利將亞麻紗與聚丙烯長絲并股共織成針織物預制件，再直接熱壓成型。申請號為200610112216.2的中國專利采用包纏技術將熱塑性樹脂長絲包覆在高性能纖維長絲上，再用包纏紗織成預制件，最后熱壓成型。申請號為201010210274.5的中國專利采用包纏技術將增強纖維同熱塑性樹脂纖維按照與體積比進行混雜，再采用熱塑性樹脂纖維均勻包纏在混雜紗上，再用包纏混雜紗織成預制件，最后熱壓成型。以上這幾種加工方法，都存在一定的缺陷。就溶液法而言，有機溶劑的大量揮發，造成空氣污染，不利于環境保護；對于并股法，短纖紗和熱塑性樹脂長絲的加捻并合，降低了短纖紗力學性能的利用率；對于包纏法來說，熱塑性樹脂長絲以螺旋形式包覆在增強長絲紗外，覆蓋不密實，使得該樹脂長絲在增強紗線表面分布不那么均勻。
技術實現思路
本專利技術所要解決的是三維正交麻機織物增強熱塑性復合材料的樹脂分散不佳的技術問題。為了解決上述問題，本專利技術提供了一種包纏裝置，包括空心錠，空心錠外設有包纏管，空心錠的入口處設有輸入羅拉及至少一個導紗鉤，空心錠的出口處設有輸出羅拉及至少一個導紗鉤，其特征在于，空心錠的輸入端設有聚攏器。優選地，所述的聚攏器上設有l_2mm的孔，其豎直剖面為拱形。本專利技術還提供了一種基于改進型包纏紗結構的三維正交麻機織物增強熱塑性復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步:包纏紗的制備:采用權利要求1或2所述的包纏裝置，麻短纖維紗經過輸入羅拉及導紗鉤后與從包纏管引出的熱塑性樹脂長絲一起平行依次穿過聚攏器、空心錠，得到包纏紗；第二步:三維正交麻機織物預制件的織造:將第一步制得的包纏紗根據三維正交結構組織結構，依次通過整經、穿綜、穿筘，最后輸入上機圖，在小型劍桿織機完成預制件的織造；第三步:復合材料的成型:將第二步得到的預制件依次進行干燥、熱壓、冷卻后，得到。優選地，所述第一步中麻短纖維紗的麻種類為苧麻、亞麻、黃麻或大麻，纖維細度為 20_300tex ο優選地，所述第一步中熱塑性樹脂長絲為聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚乳酸(PLA)，纖維細度為25-90tex。優選地，所述第一步中包纏紗的包纏角度不小于60°。優選地，所述第二步中三維正交結構的厚度為3mm-8mm，緊度為40% -60% ;其中，經紗層數為2-5層，緯紗層數為3-6層。優選地，所述第三步中的干燥工藝為:將所述預制件放入抽真空烘箱內干燥12h，干燥溫度為80 °C。優選地，所述第三步中的熱壓設備采用平板硫化機，熱壓工藝及具體步驟為:將平板模具升溫至160-210°C后，再將所述預制件置于平板模具內，預熱5-10min ;然后對預制件加壓至2-5MPa，保壓5-15min。優選地，所述第三步中的冷卻方法為在室溫環境下，在0.5MPa的壓力下冷卻。采用本專利技術提供的方法來制備的三維正交麻機織物增強熱塑性復合材料中包纏紗由麻短纖紗和熱塑性樹脂長絲組成，從包纏管引出的熱塑性樹脂長絲和麻短纖紗成品一起平行穿過聚攏器和空心錠，利用錠子回轉產生的捻度將熱塑性樹脂長絲以螺旋形式緊密包覆在麻短纖紗上，制備出包纏紗。聚攏器是具有孔徑為1-2_的拱形狀裝置，熱塑性樹脂長絲和麻短纖紗能緊密平行排列穿過空心錠，使熱塑性樹脂長絲沿著麻短纖紗長度方向以不小于60°的角度包覆住麻短纖紗，達到嚴密的包纏效果，使麻短纖紗表面盡可能沒有外露在空氣中。 三維正交麻機織物增強熱塑性復合材料中的三維正交組織結構是經紗、緯紗和Z紗以一定密度兩兩相互垂直排列，通過Z紗沿著經紗方向交織而成的結構。本專利技術在改進型包纏紗結構的基礎上提供一種三維正交機織物增強熱塑性復合材料的制備工藝，可以有效地改善熱塑性樹脂在預制件中的分布問題，工藝簡單，成本低廉，效率高，節能環保，應用廣泛。相較于現有技術，本專利技術的有益效果在于:(I)本專利技術基于改進的包纏裝置制備了熱塑性樹脂長絲包纏麻短纖紗的包纏紗，達到嚴密包覆的效果。這種紗線結構的應用，使熱塑性樹脂在三維正交機織預制件里均勻分布，進而改善了該類復合材料的物理機械性能。同時，也降低了復合材料熱壓工藝的壓力和保壓時間，提高了生產效率。(2)本專利技術采用了熱塑性樹脂長絲包纏麻短纖紗的包纏紗來織造三維正交機織復合材料的預制件。制備該包纏紗，無需對麻短纖紗進行織造前的上漿和織造后的退漿，縮短了復合材料預制件的制備流程，更重要的是節約并保護了有限的水資源。對于預制件織造而言，避免了因麻短纖紗的毛羽相互糾纏而導致開口不清的現象，提高了三維正交機織物的可織性；也避免了因鋼筘對經紗的磨損而導致增強紗線力學性能降低的現象，有利于提高該類復合材料徑向的機械性能。(3)本專利技術采用的三維正交麻機織物增強熱塑性復合材料，是一種綠色紡織復合材料，物理機械性能較為理想，未來將逐步替代玻璃纖維增強復合材料在工業領域的應用，有利于石油資源的節約。而且可通過回收再利用或是自然降解來解決該類材料的廢棄問題，有利于節能環保。(4)本專利技術采用了熱壓成型工藝直接熱壓三維正交麻機織物預制件來完成復合材料的制備。工藝簡單，操作方便，效率高，便于實現大規模的生產，拓寬在實際工業中的應用。附圖說明圖1為本專利技術提供的包纏裝置的結構示意圖；圖2為實施例1采用的經緯紗線的徑向表觀特征；圖3為實施例1制備的包纏紗的徑向表觀特征；圖4為實施例2制備的包纏紗的徑向表觀特征。圖中:1、輸入羅拉；2、第一導紗鉤；3、第二導紗鉤；4、聚攏器；5、包纏管；6、空心錠；7、輸出羅拉；8、第三導紗鉤；9、麻短纖維紗；10本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種改進的包纏裝置，包括空心錠(6)，空心錠(6)外設有包纏管(5)，空心錠(6)的入口處設有輸入羅拉(1)及至少一個導紗鉤，空心錠(6)的出口處設有輸出羅拉(7)及至少一個導紗鉤，其特征在于，空心錠(6)的輸入端設有聚攏器(4)。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：周楠婷，耿雪艷，葉明琦，梁銀崢，孫世元，姚瀾，邱夷平，蔣牧文，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：
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