專利名稱：一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法
技術領域：
本發明屬于天然植物纖維增強熱塑性樹脂領域，特別涉及一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法。
背景技術：
天然植物纖維增強熱塑性樹脂因為具有可循環使用和可反復加工成形的特點被歸類為綠色復合材料。植物纖維的纖維素含量高、強度大；熱塑性樹脂力學性能好，耐腐蝕， 隔音性能好，能量吸收能力好，耐沖擊，無脆性斷裂，最主要是具有熱固性樹脂沒有的可重復熔融加工和使用的特點。通常，使用短纖維增強熱塑性樹脂的復合材料，由于纖維長度短，往往不能達到長絲復合材料較高的力學要求。以往，短纖維只是在熱塑性樹脂內添加少量，用以增強樹脂強度。而非樹脂粘結大量纖維的高強度復合材料。植物纖維都是短纖維， 所以采用植物纖維加捻紡制成短纖紗織造織物來制造熱塑性樹脂的復合材料，這樣可以取代以往的玻璃纖維長絲或化纖織物的復合材料，拓寬材料的應用范圍，達到更高的性能要求，也是綠色復合材料研究的一個主要方向。但是，短纖紗是纖維通過加捻紡制而成的，尤其是增強復合材料所采用的紗線通常對力學要求較高，所以紗線捻度也較大，這樣紗線中的纖維就緊密地抱合纏繞擠壓，纖維間的間隙很小，而熱塑性樹脂的熔融流動性能較差，熔體粘度較大，綜合以上原因，短纖紗織物增強熱塑性塑料就存在樹脂很難浸潤到織物的紗線內部的問題，而僅包覆在織物的紗線表面上，這會嚴重影響復合材料的力學性能，因為基體向增強纖維傳遞應力的媒介和傳遞體減少了，從而影響復合材料受力時的能量吸收和損壞模式。目前短纖紗織物增強熱塑性塑料復合材料的加工方法主要包括鋪層熱壓和混織。申請號201010505660. 7采用三維正交機織麻織物作為預制件，將預制件織物與聚丙烯膜鋪層熱壓，所制備的復合材料同樣存在聚丙烯聚集在織物和紗線表面，浸潤不完全的問題，將復合材料切開后觀察其內部紗線還存在未被浸潤部分；申請號200710150837. 4將亞麻紗與聚丙烯長絲并股共織成針織物預制件，利用常規熱壓復合成型方法直接熱壓復合固化成型為復合材料；申請號200910309019. 3將聚丙烯撕裂膜長帶梳理成長絲線，再將亞麻繩和聚丙烯絲線編織成片，覆蓋鋼板后熱壓，制作麻纖維/聚丙烯纖維復合板材，以上這幾種加工方法，也都不能解決熱塑性塑料熔融后無法浸潤到織物內部和紗線內部的問題，這將嚴重影響復合材料的力學性能。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，該方法解決了短纖紗中熔融樹脂難以進入的問題，使紗線的纖維能粘合起來，應用在復合材料中可以明顯地改善復合材料的力學性能，具有良好的應用前景。本發明的一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，包括采用相對于短纖紗織物重量-8%的熱塑性樹脂乳液浸漬織物，將浸潤后的織物取出，去除多余乳液并干燥，即得滲入樹脂的短纖紗織物。所述短線紗織物為采用棉、毛、麻、絲或化纖切斷的纖維經紡紗制得的織物。所述熱塑性樹脂的玻璃化溫度為40 120°C。所述熱塑性樹脂的單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、N-羥甲丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯和苯乙烯中的一種或幾種。所述干燥為自然干燥或烘干。由于樹脂的單體成分及重量百分比和聚合物的玻璃化溫度是有一定關系的。在單體的成分和樹脂玻璃化溫度確定時，單體的重量百分比也是確定的。用樹脂乳液處理短纖紗織物解決了短纖紗中纖維緊密抱合，纖維間空隙小以及熱塑性樹脂的熔融流動性較差而不能進入織物和紗線內部的問題，從而很大程度地提高了短纖紗織物的纖維間的結合力，本發明的樹脂含有羧基或羥基或酰胺基可和天然纖維的羥基結合，非極性基團可和化纖(合成纖維)及基體樹脂結合，解決了紗線跟基體樹脂的粘合力問題。聚合物乳液應用在紗線增強復合材料中可以明顯地改善樹脂和紗線纖維的結合力， 提高復合材料的力學性能，尤其是采用低玻璃化溫度的樹脂可使彈性和抗沖擊性大幅增加。有益效果本發明操作方便，成本低廉，整個過程無有機溶劑存在，是個環保的加工工藝；通過乳液聚合可制造任意玻璃化溫度的、甚至熱交聯的樹脂，可使紗線具有各種粘彈性，從而賦予復合材料多種優異的性能制造過程中無有機溶劑存在；解決了短纖紗中熔融樹脂難以進入的問題，使紗線的纖維能粘合起來，應用在復合材料中可以明顯地改善復合材料的力學性能，具有良好的應用前景。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1短纖紗織物為三維正交苧麻機織物。經紗和緯紗細度是560tex，經密44根 /10cm，緯密40根/10cm，幅寬35cm，經紗3層，緯紗4層，織物厚度3mm，根據熱壓成型時所需要的尺寸(30cmX30cm)裁剪。使用玻璃化溫度為90°C (樹脂由重量百分數為88%的甲基丙烯酸甲酯、3%的丙烯酸和9%的丙烯酸丁酯組成)，相對于短纖紗織物重量4%的熱塑性樹脂的乳液，將苧麻機織物完全浸沒，使熱塑性樹脂的乳液浸入織物中20分鐘，取出浸有熱塑性樹脂的乳液的織物，壓去多余乳液，烘干，得到滲入熱塑性樹脂的苧麻織物。然后間隔鋪放該織物和PP膜，用平板硫化機熱壓，溫度175°C，壓力3MPa，時間 2min，然后調節溫度到210°C，壓力5MPa，時間％iin，冷卻得到復合材料板。實施例2短纖紗織物為亞麻平紋機織物。經紗和緯紗細度是3850tex，經密6根/10cm，緯密5根/10cm。使用玻璃化溫度為110°C的樹脂，(樹脂由重量百分數為87%的甲基丙烯酸甲酯、8%的丙烯酸甲酯、4%的甲基丙烯酸和的N-羥甲丙烯酰胺組成的潛在交聯的)， 相對于短纖紗織物重量2%的熱塑性樹脂的乳液將亞麻平紋機織物完全浸沒，使熱塑性樹脂的乳液浸入織物中15分鐘，取出浸有熱塑性樹脂的乳液的織物，壓去多余乳液，烘干，即得滲入樹脂的亞麻織物。用光學顯微鏡觀察該織物中的紗線切片，觀察到在亞麻紗線內部含有樹脂，證實樹脂已經進入亞麻紗線內部。實施例3短纖紗織物為全棉緯編針織物。紗線細度是90tex，機號E36，使用玻璃化溫度為40°C的樹脂(樹脂由重量百分數為22%的苯乙烯、5%的丙烯酸和73%的丙烯酸丁酯組成)，相對于短纖紗織物重量8%的熱塑性樹脂的乳液將全棉緯編針織物完全浸沒，使熱塑性樹脂的乳液浸入織物中，10分鐘，取出浸有熱塑性樹脂的乳液的織物，壓去多余乳液，烘干，即得滲入樹脂的全棉緯編針織物。用光學顯微鏡觀察該織物中的棉紗線切片，觀察到在棉紗線內部含有樹脂，證實樹脂已經進入紗線內部。實施例4短纖紗織物為毛滌混紡機織物。紗線細度是260tex，經密65根/10cm，緯密60 根 /10cm。使用玻璃化溫度為80°C的樹脂，(樹脂由重量百分數為90%的苯乙烯、4%的甲基丙烯酸和6%的丙烯酸丁酯組成)，相對于短纖紗織物重量的熱塑性樹脂的乳液將毛滌混紡機織物完全浸沒，使熱塑性樹脂的乳液浸入織物中6分鐘，取出浸有熱塑性樹脂的乳液的織物，壓去多余乳液，烘干，即得滲入樹脂的毛滌混紡機織物。用光學顯微鏡觀察該織物中的毛滌混紡紗線切片，觀察到在紗線內部含有樹脂，證實樹脂已經進入紗線內部。實施例5短纖紗織物為黃麻編織物。紗線細度是560tex，使用玻璃化溫度為120°C的樹脂 (樹脂由重量百分數為48%的甲基丙烯酸甲酯、45%的苯乙烯、5%的甲基丙烯酸和2%的丙烯酸羥乙酯組成的潛在交聯的)，相對于短纖紗織物重量3%的熱塑性樹脂的乳液將黃麻編織物完全浸沒，使熱塑性樹脂的乳液浸入織物中5分鐘，取出浸有熱塑性樹脂的乳液的織物，壓去多余乳液，烘干，即得滲入樹脂的黃麻編織物。用光學顯微鏡觀察該織物中的黃麻紗線切片，觀察到在紗線內部含有樹脂，證實樹脂已經進入紗線內部。對比例短纖紗織物為三維正交苧麻機織物。經紗和緯紗細度是560tex，經密44根 /10cm，緯密40根/10cm，幅寬35cm，經紗3層，緯紗4層，織物厚度3mm，根據熱壓成型時所需要的尺寸(30CmX30Cm)裁剪，并將織物放于烘箱中，105°C烘干他，回潮率達到0. 9%。 使用3%的聚丙烯二甲苯溶液將苧麻機織物完全浸沒，使聚丙烯溶液浸入織物中，20分鐘， 取出浸有溶液的織物，壓去多余溶液，在溫度105°C下，3小時脫溶劑，得到滲入PP樹脂的苧麻織物。然后間隔鋪放該織物和PP膜，用平板硫化機熱壓，溫度175°C，壓力3MPa，時間 2min，然后調節溫度到210°C，壓力5MPa，時間％iin，冷卻得到復合材料板。
將對比例和實施例1的復合材料進行切片顯微鏡觀察，看到對比例的紗線內部未存在熱塑性塑料，而實施例1的紗線內部充滿熱塑性樹脂。將對比例和實施例1的復合材料進行力學性能測試，其中彎曲測試按照GB/T 14472005T。可以明顯看出，使用聚合物乳液浸漬的苧麻織物所制備的復合材料比未經過聚合物乳液浸漬的復合材料在比模量和比彎曲強度方面有顯著的提高。
權利要求
1.一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，包括采用相對于短纖紗織物重量8%的熱塑性樹脂乳液浸漬織物，將浸潤后的織物取出，去除多余乳液并干燥，即得滲入樹脂的短纖紗織物。
2.根據權利要求1所述的一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，其特征在于所述短線紗織物為采用棉、毛、麻、絲或化纖切斷的纖維經紡紗制得的織物。
3.根據權利要求1所述的一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，其特征在于所述熱塑性樹脂的玻璃化溫度為40 120°C。
4.根據權利要求3所述的一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，其特征在于所述熱塑性樹脂的單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、N-羥甲丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯和苯乙烯中的一種或幾種.
5.根據權利要求1所述的一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，其特征在于所述干燥為自然干燥或烘干。
全文摘要
本發明涉及一種用于增強熱塑性樹脂的短纖紗織物的制備方法，包括采用相對于短纖紗織物重量1％-8％的熱塑性樹脂乳液浸漬織物，將浸潤后的織物取出，去除多余乳液并干燥，即得滲入樹脂的短纖紗織物。本發明操作方便，成本低廉，整個過程無有機溶劑存在，是個環保的加工工藝；通過乳液聚合可制造任意玻璃化溫度的、甚至熱交聯的樹脂，可使紗線具有各種粘彈性，從而賦予復合材料多種優異的性能制造過程中無有機溶劑存在；解決了短纖紗中熔融樹脂難以進入的問題，使紗線的纖維能粘合起來，應用在復合材料中可以明顯地改善復合材料的力學性能，具有良好的應用前景。
文檔編號C08J5/06GK102400381SQ201110085558
公開日2012年4月4日 申請日期2011年4月6日 優先權日2011年4月6日
發明者劉蘊瑩, 姚瀾, 房曉萌, 章倩, 章悅庭, 紀峰, 趙劍蒙, 邱夷平 申請人:東華大學