本發(fā)明涉及連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：在汽車、建筑材料等的很多露出于外界環(huán)境的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的情況下，需要很多具有高水平的韌性的復(fù)合材料。尤其，很多露出于外部沖擊的后梁、座椅靠背、底蓋等的汽車外裝部件更為如此。因此，當(dāng)施加沖擊時(shí)，對(duì)所施加的力進(jìn)行支撐、抵抗的程度為復(fù)合材料的最重要的因素，也是可用于部件的必要基準(zhǔn)因素，影響復(fù)合材料的韌性的最重要的兩個(gè)因素為強(qiáng)度和延伸率(延伸的程度)。上述兩個(gè)變數(shù)為相對(duì)的概念，若強(qiáng)度高而堅(jiān)硬，則易斷裂，因此延伸率低，相對(duì)柔軟的復(fù)合材料雖然延伸率高，但其強(qiáng)度不高。因此，正進(jìn)行著用于制備強(qiáng)度和延伸率均優(yōu)秀的復(fù)合材料的各種研究。并且，不僅物性好的復(fù)合材料，具有導(dǎo)電性、熱導(dǎo)性、透明度等的功能性的復(fù)合材料的必要性也逐漸增大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的一實(shí)例提供高韌性的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因包含金屬絲，從而強(qiáng)度及延伸率高。本發(fā)明的另一實(shí)例提供上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法。技術(shù)方案在本發(fā)明一實(shí)例中，提供包含熱塑性樹脂、纖維及金屬絲的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。相對(duì)于100重量份的上述熱塑性樹脂，可包含20重量份以上的上述纖維、及小于20重量份的上述金屬絲。上述熱塑性樹脂可以為選自由芳香族乙烯基類樹脂、橡膠改性芳香族乙烯基類樹脂、聚苯醚類樹脂、聚碳酸酯類樹脂、聚酯類樹脂、甲基丙烯酸酯類樹脂、聚亞芳基硫醚類樹脂、聚酰胺類樹脂、聚氯乙烯類樹脂、聚烯烴類樹脂及它們的組合組成的組中的一種以上。上述聚烯烴類樹脂可以為聚丙烯樹脂，上述聚丙烯樹脂可以為丙烯均聚物或乙烯-丙烯共聚物。上述纖維可以為選自由玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、芳綸纖維及它們的組合組成的組中的一種以上。上述玻璃纖維的平均直徑可以為約5μm至約25μm。上述金屬絲可包含不銹鋼絲(Suswire)、碳納米管(CNT)或輪胎鋼絲(Tirecord)。上述金屬絲的平均直徑可以為約50μm至約700μm。上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料還可包含添加劑。上述添加劑可以為選自由抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、分散劑、增容劑、顏料及它們的組合組成的組中的一種以上。在本發(fā)明的另一實(shí)例中，提供連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法包括：將由一個(gè)以上的纖維筒子架(creel)供給的纖維或由一個(gè)以上的金屬絲筒子架供給的金屬絲浸漬于熱塑性樹脂中來形成熔融物的步驟；第一成形(molding)步驟，利用成形框使上述熔融物的形態(tài)成形，在加熱管中進(jìn)行加熱，經(jīng)過固化形成第一固化物；第二成形步驟，再次利用成形框，使上述第一固化物再次成形，在加熱管中進(jìn)行加熱，并通過固化形成第二固化物；以及冷卻上述第二固化物之后，進(jìn)行拉拔及切割來收尾的步驟。根據(jù)上述纖維筒子架或上述金屬絲筒子架的位置可調(diào)節(jié)由上述纖維筒子架供給的纖維或由上述金屬絲筒子架供給的金屬絲的排列或位置。在上述第二成形步驟中的加熱溫度可高于在上述第一成形步驟中的加熱溫度。有益效果上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度高、韌性好，并且可實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的沖擊特性。上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有熱導(dǎo)性及導(dǎo)電性，還可應(yīng)用于需要導(dǎo)電性的產(chǎn)品，并且熱導(dǎo)率高，因此當(dāng)制備時(shí)可提高生產(chǎn)率。附圖說明圖1為以圖示化的方式示出連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法。圖2的(a)部分為以圖示化的方式示出僅包含纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，圖2的(b)部分及圖2的(c)部分為以圖示化的方式示出包含纖維及金屬絲的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的截面。具體實(shí)施方式以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說明。然而，這僅作為例示而提出，本發(fā)明并不局限于此，并且本發(fā)明僅由以下的發(fā)明要求保護(hù)范圍的范疇而定義。連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料本發(fā)明一實(shí)例涉及包含熱塑性樹脂、纖維及金屬絲的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。通常的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料使用熱塑性樹脂及纖維，并通過拉拔工序制備，通常使用玻璃纖維或碳纖維來作為熱塑性樹脂的加固材料。然而，上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因在纖維中包含強(qiáng)度更高、且延伸率好的金屬絲，因此局部性地使上述復(fù)合材料增強(qiáng)，從而可制備相比于現(xiàn)有的復(fù)合材料，韌性好，對(duì)沖擊特性強(qiáng)的復(fù)合材料。進(jìn)而，增強(qiáng)的金屬絲具有導(dǎo)電性，因此還可在需要導(dǎo)電的產(chǎn)品中應(yīng)用，與僅包含熱塑性樹脂及纖維的復(fù)合材料相比，熱導(dǎo)率也高，因此在施加熱量及壓力來制備厚的復(fù)合材料的情況下，熱傳遞也優(yōu)秀，因此在工序上還可呈現(xiàn)高的生產(chǎn)性。并且，與包含其他金屬板或其他金屬加固材料的復(fù)合材料相比，本發(fā)明的復(fù)合材料可具有緣于金屬絲固有的彈性的沖擊特性及可在金屬絲之間形成的網(wǎng)狀物，因此剪切強(qiáng)度、延伸率等的機(jī)械物性更優(yōu)秀。相對(duì)于100重量份的上述熱塑性樹脂，可包含約20重量份以上的上述纖維、及小于20重量份的上述金屬絲。例如，相對(duì)于100重量份的上述熱塑性樹脂，可包含約30重量份至約80重量份的上述纖維、約5重量份至約15重量份的上述金屬絲。相對(duì)于100重量份的上述熱塑性樹脂，在包含小于約20重量份的上述纖維的情況下，存在無法實(shí)現(xiàn)作為連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的物性的憂慮，在包含大于約80重量份的上述纖維的情況下，纖維的含量變高，從而有可能難以進(jìn)行在單層的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備及后工序，因此維持上述范圍，在可確保連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的物性，且提高制備工序的效率的問題上是有利的。并且，相對(duì)于100重量份的上述熱塑性樹脂，在包含大于約20重量份的上述金屬絲的情況下，因比重高的金屬絲而導(dǎo)致復(fù)合材料的重量增加，因此相對(duì)于重量的物性增加比率有可能相對(duì)地降低，從而使上述金屬絲包含于上述范圍內(nèi)，可使相對(duì)于重量的物性增大效果最大化。上述熱塑性樹脂可以為選自由芳香族乙烯基類樹脂、橡膠改性芳香族乙烯基類樹脂、聚苯醚類樹脂、聚碳酸酯類樹脂、聚酯類樹脂、甲基丙烯酸酯類樹脂、聚亞芳基硫醚類樹脂、聚酰胺類樹脂、聚氯乙烯類樹脂、聚烯烴類樹脂及它們的組合組成的組中的一種以上。具體地，上述聚烯烴類樹脂可以為聚丙烯樹脂，上述聚丙烯樹脂可以為丙烯均聚物或乙烯-丙烯共聚物。上述纖維可以為選自由玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、芳綸纖維及它們的組合組成的組中的一種以上。在熱塑性樹脂中包含上述纖維，可增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度，例如，可使用經(jīng)由聚烯烴用表面處理的玻璃纖維。上述玻璃纖維的平均直徑可以為約5μm至約25μm，例如，可以為約10μm至約20μm。使上述玻璃纖維的平均直徑維持上述范圍，從而有利于確保使纖維進(jìn)行平面化的特性、及浸漬于熱塑性樹脂的特性。上述金屬絲可包含不銹鋼絲、碳納米管或輪胎鋼絲。在熱塑性樹脂中包含除了纖維之外的金屬絲，從而可更增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度，并且可因金屬絲本身的性質(zhì)而具有導(dǎo)電性及熱導(dǎo)性。例如，輪胎鋼絲是為了提高耐久性、行駛性及穩(wěn)定性而加入橡膠內(nèi)部的纖維材質(zhì)的加固材料，使上述輪胎鋼絲包含于上述復(fù)合材料，可確保高的彎曲強(qiáng)度及延伸率。上述金屬絲的平均直徑可以為約50μm至約700μm，例如，可以為約300μm至約500μm。上述金屬絲的平均直徑維持上述范圍，可更好地浸漬于熱塑性樹脂，并且有利于確保金屬絲本身的物性。并且，上述玻璃纖維及上述金屬絲的長(zhǎng)度不受限制，可將由筒子架連續(xù)供給的纖維及金屬絲浸漬于熱塑性樹脂中，并切割成所需要的長(zhǎng)度來使用。上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料除了上述熱塑性樹脂、纖維及金屬絲之外還可包含添加劑。上述添加劑可以為選自由抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、分散劑、增容劑、顏料及它們的組合組成的組中的一種以上。例如，相對(duì)于100重量份的上述熱塑性樹脂，還可包含約0.5重量份至約3.0重量份的上述添加劑。連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法在本發(fā)明一實(shí)例中，提供連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法包括：將由一個(gè)以上的纖維筒子架供給的纖維或由一個(gè)以上的金屬絲筒子架供給的金屬絲浸漬于熱塑性樹脂中來形成熔融物的步驟；第一成形步驟，利用成形框使上述熔融物的形態(tài)成形，在加熱管中進(jìn)行加熱，并通過固化形成第一固化物；第二成形，再次利用成形框，使上述第一固化物再次成形，在加熱管中進(jìn)行加熱，并經(jīng)過固化形成第二固化物；以及冷卻上述第二固化物之后，進(jìn)行拉拔及切割來收尾的步驟。通常的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法為拉拔成形。具體地，由數(shù)十個(gè)的筒子架供給纖維，借助張力(tension)及速度單元(speedunit)來供給的纖維寬廣展開，并介于卷繞機(jī)而受到拉伸力。之后，纖維一邊通過因由擠壓機(jī)供給的熱塑性樹脂而浸漬的模，一邊浸漬于熱塑性樹脂中，根據(jù)模形狀，提取出相同于模形狀的形狀。之后，經(jīng)由冷卻腔室進(jìn)行冷卻，并按上述形狀變硬，并且可經(jīng)由卷繞機(jī)制備作輥形態(tài)的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法與通常的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法相似，然而上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法的目的在于，在一部分筒子架中掛上金屬絲來替代現(xiàn)有的纖維，因此將由一部分金屬絲來替代僅有纖維的部分。圖1為以圖示化的方式示出連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法。利用金屬絲筒子架來替代數(shù)個(gè)纖維筒子架，從而連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料除了熱性樹脂及纖維之外，可包含金屬絲，因上述金屬絲可實(shí)現(xiàn)高的彎曲強(qiáng)度及延伸率。進(jìn)而，在需要導(dǎo)電性及熱導(dǎo)性的產(chǎn)品中還可使用上述復(fù)合材料。根據(jù)上述纖維筒子架或上述金屬絲筒子架的位置可調(diào)節(jié)由上述纖維筒子架供給的纖維或由上述金屬絲筒子架供給的金屬絲的排列或位置。具體地，在上述纖維筒子架或金屬絲筒子架集中配置于施加沖擊的面的相反面的情況下，復(fù)合材料的沖擊吸收能量變得更大，從而可實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的耐沖擊性的復(fù)合材料。并且，可根據(jù)纖維筒子架或金屬絲筒子架的配置及筒子架的數(shù)量等，改變?cè)趶?fù)合材料中金屬絲的含量及與纖維之間的排列形態(tài)等。例如，優(yōu)選地，當(dāng)插入相同重量的金屬絲時(shí)，與插入少量的大金屬絲的情況相比，在使復(fù)合材料的延伸率及沖擊吸收量提高的方面上，插入大量的小金屬絲的情況更為優(yōu)選。圖2的(a)部分為以圖示化的方式示出僅包含纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，圖2的(b)部分及圖2的(c)部分為以圖示化的方式示出包含纖維及金屬絲的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的截面。參照?qǐng)D2的(a)部分，當(dāng)進(jìn)行拉拔成形時(shí)，僅包含纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可根據(jù)纖維筒子架的位置調(diào)節(jié)纖維的位置。相反地，圖2的(b)部分及圖2的(c)部分為同時(shí)包含纖維和金屬絲的上述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的截面，根據(jù)由金屬絲筒子架來替代纖維筒子架的形態(tài)，金屬絲的排列及位置可變?yōu)槎喾N。例如，可根據(jù)金屬絲的含有比率及位置來配置金屬絲筒子架，從而可制備具有所需形態(tài)及物性的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。在上述第二成形步驟中的加熱溫度可高于上述第一成形步驟中的加熱溫度。具體地，在上述第二成形步驟中的加熱溫度可以為約200℃至約230℃，在上述第一成形步驟中的加熱溫度可以為約180℃至約200℃，為了調(diào)節(jié)纖維及金屬絲的含量及所制備的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的厚度，將在上述第二成形步驟中的加熱溫度維持為高于在第一成形步驟中的加熱溫度。并且，上述固化物可在約20℃至約80℃的溫度下進(jìn)行冷卻。以下，公開本發(fā)明的具體實(shí)施例。然而以下記載的實(shí)施例僅用于具體地例示或說明本發(fā)明，本發(fā)明并不由此受到限制。實(shí)施例及比較例實(shí)施例1使一根以上的由纖維筒子架供給的直徑為16μm的玻璃纖維和一根以上的由金屬絲筒子架供給的直徑為500μm的不銹鋼絲浸漬于聚丙烯樹脂來形成熔融物，使上述熔融物在190℃溫度下進(jìn)行第一固化，并且在220℃的溫度下，進(jìn)行第二固化，在40℃溫度下，對(duì)上述熔融物進(jìn)行冷卻、切割之后，制備了相對(duì)于100重量份的聚丙烯樹脂，包含60重量份的玻璃纖維及5重量份的不銹鋼絲的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。實(shí)施例2使一根以上的由纖維筒子架供給的直徑為20μm的碳纖維和一根以上的由金屬絲筒子架供給的直徑為300μm的碳納米管浸漬于聚丙烯樹脂來形成熔融物，使上述熔融物在180℃溫度下，進(jìn)行第一固化，在220℃的溫度下，進(jìn)行第二固化，在50℃溫度下，對(duì)上述熔融物進(jìn)行冷卻、切割之后，制備了相對(duì)于100重量份的聚丙烯樹脂，包含30重量份的碳纖維及20重量份的碳納米管的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。比較例1不經(jīng)由金屬絲筒子架來提供不銹鋼絲，因此不包含不銹鋼絲，除此之外，與上述實(shí)施例1相同地制備了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。比較例2不經(jīng)由金屬絲筒子架來提供碳納米管，因此不包含碳納米管，除此之外，與上述實(shí)施例2相同地制備了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)例-連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的物理特性1)彎曲強(qiáng)度及斷裂延伸率：將上述實(shí)施例及比較例的復(fù)合材料放置于彎曲試驗(yàn)儀中，并利用3軸夾具將復(fù)合材料固定于下側(cè)2軸，與負(fù)荷傳感器(loadcell)5kN相連接的中心部的1軸借助載荷下降，并實(shí)施彎曲試驗(yàn)。此時(shí)，取得了橫軸表示張力(strain)(％)值、且豎軸表示壓力(stress)(MPa)的曲線(curve)，將此測(cè)定為斷裂延伸率，將斷裂(在最大應(yīng)力中減少70％)時(shí)的最大力量測(cè)定為彎曲強(qiáng)度。2)沖擊吸收能量：通過計(jì)算根據(jù)ASTMD790取得的應(yīng)力變形度曲線(Stress-StrainCurve)的總面積，測(cè)定了沖擊吸收能量。實(shí)施例1實(shí)施例2比較例1比較例2彎曲強(qiáng)度(kgf/mm2)52812205031180斷裂延伸率(％)3.722.652.201.70沖擊吸收能量(J)1.852.980.951.72參照上述表1，測(cè)定出的實(shí)施例1及實(shí)施例2的彎曲強(qiáng)度、斷裂延伸率及沖擊吸收能量高于不包含金屬絲來形成的比較例1及比較例2。具體地，可確認(rèn)如下內(nèi)容：包含不銹鋼絲的實(shí)施例1與不包含不銹鋼絲的比較例1相比，強(qiáng)度及沖擊性能提高，包含碳納米管的實(shí)施例2與不包含碳納米管的比較例2相比，強(qiáng)度及沖擊性能提高。當(dāng)前第1頁1 2 3