本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地涉及一種柔性纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、結(jié)構(gòu)可設(shè)計、結(jié)構(gòu)功能一體化等優(yōu)異的綜合性能，在航空航天、國防軍工、能源交通、資源環(huán)境等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域作為承力件或次承力件得到廣泛應(yīng)用，其發(fā)展水平已成為國家綜合競爭能力的重要體現(xiàn)，是國家重點發(fā)展的高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)之一。
輕質(zhì)高強(qiáng)的纖維復(fù)合材料在軍用領(lǐng)域已有較多應(yīng)用，隨著社會的發(fā)展，將其進(jìn)一步應(yīng)用于民用領(lǐng)域可有望提升大眾的生活質(zhì)量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種兼具質(zhì)柔、層薄、高強(qiáng)的纖維復(fù)合材料，以期為日常生活提供更優(yōu)的選擇。
本發(fā)明的第一方面，提供了一種纖維復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含熱塑性樹脂層和纖維織物層，所述熱塑性樹脂層和所述纖維織物層經(jīng)壓合成型為所述復(fù)合材料，且所述復(fù)合材料的厚度為0.01-2mm，所述復(fù)合材料在室溫(如10-30℃)下的沖擊強(qiáng)度為20-50KJ/cm2。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料的厚度為0.03-1.2mm，較佳地為0.05-0.8mm，更佳地為0.1-0.5mm。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料在室溫(如15-30℃)下的沖擊強(qiáng)度為22-45KJ/cm2，較佳地為25-40KJ/cm2。
在另一優(yōu)選例中，組成所述熱塑性樹脂層的熱塑性樹脂為芳香族聚醚型聚氨酯。
在另一優(yōu)選例中，所述芳香族聚醚型聚氨酯為購自美國吉力士的聚氨酯樹脂。
在另一優(yōu)選例中，組成所述纖維織物層的纖維織物選自下組：碳纖維織物、玻璃纖維織物、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，所述碳纖維織物的面密度為50-200g/m2，較佳地80-150g/m2。
在另一優(yōu)選例中，所述玻璃纖維織物的面密度為100-300g/m2，較佳地150-250g/m2。
在另一優(yōu)選例中，所述玻璃纖維織物優(yōu)選為玻璃纖維彩色織物。
在另一優(yōu)選例中，所述纖維織物選自下組：平紋織物、斜紋織物、鍛紋織物、多軸向織物、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂層的厚度為0.01-2mm；和/或
所述纖維織物層的厚度為0.01-2mm。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂層的厚度為0.05-1.5mm，較佳地為0.1-1mm。
在另一優(yōu)選例中，所述纖維織物層的厚度為0.05-1.5mm，較佳地為0.1-1mm。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料在20-30℃下的沖擊強(qiáng)度為20-40J/cm2。
在另一優(yōu)選例中，單位體積的所述復(fù)合材料中，所述熱塑性樹脂層和所述纖維織物層的重量份比為50-150：100。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為250-700MPa。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為280MPa－680MPa，較佳地為300-650MPa。
本發(fā)明的第二方面，提供了一種本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)提供熱塑性樹脂膜和纖維織物；
2)層疊所述熱塑性樹脂膜和所述纖維織物，將所得疊層使用硫化機(jī)進(jìn)行壓合，得到本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合材料。
在另一優(yōu)選例中，所述纖維織物如本發(fā)明第一方面所述。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂膜是如下制備的：
i)提供熱塑性樹脂和第一溶劑；
ii)混合所述熱塑性樹脂和所述第一溶劑，得到第一混合液；
iii)采用鑄塑模具將所述第一混合液在基材上鑄塑成膜，得到所述熱塑性樹脂膜。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂如本發(fā)明第一方面所述。
在另一優(yōu)選例中，所述第一溶劑選自下組：N,N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、三氟乙酸、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，步驟ii)所述熱塑性樹脂和所述第一溶劑的重量比為50-100：80-120。
在另一優(yōu)選例中，步驟iii)所述鑄塑成膜的干燥溫度為10－80℃，干燥時間為2h－30h。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂膜的厚度為0.01-0.5mm。
在另一優(yōu)選例中，所述層疊為熱塑性樹脂膜和纖維織物交替層疊；和/或
所述疊層的層數(shù)為2-10層。
在另一優(yōu)選例中，所述疊層的層數(shù)為3-6層，較佳地為4-5層。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合的壓力為0.2-5MPa；和/或
所述壓合在80-150℃下進(jìn)行。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合的壓力為0.3-3MPa，較佳地為0.4-1MPa。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合在100-130℃下進(jìn)行，較佳地110-125℃。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合時間為0.5－5min。
本發(fā)明的第三方面，提供了一種制品，所述制品含有本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合材料或由本發(fā)明第一方面所述的復(fù)合材料制成。
在另一優(yōu)選例中，所述制品選自下組：車貼膜、皮具、筆記本電腦外殼貼膜、家俱貼膜。
在另一優(yōu)選例中，所述皮具選自下組：皮包、皮夾、皮鞋、皮帶、皮帽、皮衣。
應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方 案。限于篇幅，在此不再一一累述。
具體實施方式
本發(fā)明人經(jīng)過長期而深入的研究，通過采用特定的熱塑性樹脂結(jié)合質(zhì)輕高強(qiáng)的纖維材料制備得到一種兼具質(zhì)柔、層薄、高強(qiáng)的纖維復(fù)合材料，所述復(fù)合材料具有立體質(zhì)感強(qiáng)、光澤柔和、手感佳、高強(qiáng)、耐刮花、耐老化的特點，是一種潛在的汽車貼膜和皮具用材料。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人完成了本發(fā)明。
纖維復(fù)合材料
本發(fā)明提供了一種纖維復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含熱塑性樹脂層和纖維織物層，所述熱塑性樹脂層和所述纖維織物層經(jīng)壓合成型為所述復(fù)合材料，且所述復(fù)合材料的厚度為0.01-2mm，所述復(fù)合材料在室溫(如10-30℃)下的沖擊強(qiáng)度為20-50KJ/cm2。
在另一優(yōu)選例中，所述沖擊強(qiáng)度是采用常規(guī)測試方法測試的。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料的厚度為0.03-1.2mm，較佳地為0.05-0.8mm，更佳地為0.1-0.5mm。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料在室溫(如15-30℃)下的沖擊強(qiáng)度為22-45KJ/cm2，較佳地為25-40KJ/cm2。
在另一優(yōu)選例中，組成所述熱塑性樹脂層的熱塑性樹脂為芳香族聚醚型聚氨酯。
在另一優(yōu)選例中，所述芳香族聚醚型聚氨酯為購自美國吉力士的聚氨酯樹脂。
在另一優(yōu)選例中，組成所述纖維織物層的纖維織物選自下組：碳纖維織物、玻璃纖維織物、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，所述碳纖維織物的面密度為50-200g/m2，較佳地80-150g/m2。
在另一優(yōu)選例中，所述玻璃纖維織物的面密度為100-300g/m2，較佳地150-250g/m2。
在另一優(yōu)選例中，所述玻璃纖維織物優(yōu)選為玻璃纖維彩色織物。
在另一優(yōu)選例中，所述纖維織物選自下組：平紋織物、斜紋織物、鍛紋織物、 多軸向織物、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂層的厚度為0.01-2mm；和/或
所述纖維織物層的厚度為0.01-2mm。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂層的厚度為0.05-1.5mm，較佳地為0.1-1mm。
在另一優(yōu)選例中，所述纖維織物層的厚度為0.05-1.5mm，較佳地為0.1-1mm。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料在20-30℃下的沖擊強(qiáng)度為20-40J/cm2。
在另一優(yōu)選例中，單位體積的所述復(fù)合材料中，所述熱塑性樹脂層和所述纖維織物層的重量份比為50-150：100。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為250-700MPa。
在另一優(yōu)選例中，所述復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為280MPa－680MPa，較佳地為300-650MPa。
制備方法
本發(fā)明還提供了一種所述的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)提供熱塑性樹脂膜和纖維織物；
2)層疊所述熱塑性樹脂膜和所述纖維織物，將所得疊層使用硫化機(jī)進(jìn)行壓合，得到所述的復(fù)合材料。
在另一優(yōu)選例中，所述纖維織物如本發(fā)明所述。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂膜是如下制備的：
i)提供熱塑性樹脂和第一溶劑；
ii)混合所述熱塑性樹脂和所述第一溶劑，得到第一混合液；
iii)采用鑄塑模具將所述第一混合液在基材上鑄塑成膜，得到所述熱塑性樹脂膜。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂如本發(fā)明第一方面所述。
在另一優(yōu)選例中，所述第一溶劑選自下組：N,N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、三氟乙酸、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，步驟ii)所述熱塑性樹脂和所述第一溶劑的重量比為50-100：80-120。
在另一優(yōu)選例中，步驟iii)所述鑄塑成膜的干燥溫度為10－80℃，干燥時間為 2h－30h。
在另一優(yōu)選例中，所述熱塑性樹脂膜的厚度為0.01-0.5mm。
在另一優(yōu)選例中，所述層疊為熱塑性樹脂膜和纖維織物交替層疊；和/或
所述疊層的層數(shù)為2-10層。
在另一優(yōu)選例中，所述疊層的層數(shù)為3-6層，較佳地為4-5層。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合的壓力為0.2-5MPa；和/或
所述壓合在80-150℃下進(jìn)行。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合的壓力為0.3-3MPa，較佳地為0.4-1MPa。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合在100-130℃下進(jìn)行，較佳地110-125℃。
在另一優(yōu)選例中，所述壓合時間為0.5－5min。
應(yīng)用
本發(fā)明還提供了一種制品，所述制品含有所述的復(fù)合材料或由所述的復(fù)合材料制成。
在另一優(yōu)選例中，所述制品選自下組：車貼膜、皮具、筆記本電腦外殼貼膜、家俱貼膜。
在另一優(yōu)選例中，所述皮具選自下組：皮包、皮夾、皮鞋、皮帶、皮帽、皮衣。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點：
(1)所述纖維復(fù)合材料兼具質(zhì)柔、層薄、高強(qiáng)的特點，且其表面光滑、無氣泡、厚度非常均勻；
(2)所述纖維復(fù)合材料具有立體質(zhì)感強(qiáng)、紋路清晰、光澤柔和、手感佳、高強(qiáng)、抗磨、耐刮花、耐老化、使用壽命長的特點；
(3)所述纖維復(fù)合材料的制備方法簡單、成本低、安全環(huán)保；
(4)所述纖維復(fù)合材料為人們的日常生活提供了更優(yōu)的選擇。
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通 常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)按重量計算。
除非另行定義，文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。
實施例1碳纖維復(fù)合材料
步驟1：將一種芳香族聚醚型聚氨酯樹脂，如美國吉力士提供的聚氨酯樹脂，與溶劑N,N-二甲基甲酰胺按重量比70：100混合均勻，制成聚氨酯溶液。
步驟2：將上述聚氨酯溶液鑄塑在基材(離型紙)上，室溫干燥24小時，制得聚氨酯熱融膜，膜厚0.1mm。
步驟3：將上述聚氨酯膜1層，剝離基材(離型紙)后，與碳纖維織物1層疊層，其中，碳纖維織物為面密度110g/m2的斜紋布；
步驟4：將上述準(zhǔn)備好的碳纖維織物與聚氨酯膜的疊層放置在硫化機(jī)平板上，加壓、保溫，制成碳纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料膜，所述保溫是指疊層放置在硫化機(jī)平板前，需提前將硫化機(jī)升溫至120℃±5℃，所述加壓是0.5MPa±0.1MPa條件下，所述壓合時間為1min。
結(jié)果
實施例1所得碳纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料膜表面光滑、碳纖維紋路清晰、柔性好。
經(jīng)測算，上述碳纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料膜的厚度為0.1±0.05mm，抗拉強(qiáng)度為620MPa。
此外，其在25℃下的沖擊強(qiáng)度為38.8J/cm2，當(dāng)溫度降至15℃時，其沖擊強(qiáng)度仍高達(dá)34.2J/cm2。
實施例2玻璃纖維織物
步驟1：將一種芳香族聚醚型聚氨酯樹脂，如美國吉力士提供的 聚氨酯樹脂，與溶劑N,N-二甲基甲酰胺按重量比70：100混合均勻，制成聚氨酯溶液。
步驟2：將上述聚氨酯溶液鑄塑在基材(離型紙)上，60℃干燥4小時，制得聚氨酯膜，膜厚0.2mm。
步驟3：將上述聚氨酯膜2層，剝離基材(離型紙)后，與彩色玻璃纖維織物1層交替疊層，其中，彩色玻璃纖維織物為面密度200g/m2的平紋布或斜紋布；
步驟4：將上述準(zhǔn)備好的彩色玻璃纖維織物與聚氨酯膜的疊層放置在硫化機(jī)平板上，加壓、保溫，制成玻璃纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料布料，所述保溫是指疊層放置在硫化機(jī)平板前，需提前將硫化機(jī)升溫至120℃±5℃，所述加壓是0.5MPa±0.1MPa條件下，所述壓合時間為3min。
結(jié)果
實施例2所得彩色玻璃纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料布料表面光滑、紋路清晰、色澤顯明、手感柔軟、柔順。
經(jīng)測算，上述彩色玻璃纖維織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料布料的厚度為0.5±0.1mm，抗拉強(qiáng)度為300MPa。
此外，其在25℃的沖擊強(qiáng)度為24.4J/cm2，當(dāng)溫度降至-20℃時，其低溫沖擊強(qiáng)度為22.5J/cm2，僅降低8.5％。
對比例1復(fù)合材料C1
同實施例1，區(qū)別在于：步驟1所采用的樹脂為熱塑性的聚氯乙烯。
對比例1所得復(fù)合材料C1的厚度為0.1mm，抗拉強(qiáng)度為560MPa。相比于實施例1所得碳纖維復(fù)合材料，對比例1所得復(fù)合材料C1具有強(qiáng)度較低、手感較差，有發(fā)澀、死板、柔軟性差，尤其在冬天溫度降低時，材料會變硬變脆。具體地，在25℃下，復(fù)合材料C1的沖擊強(qiáng)度為23.0J/cm2，但是，當(dāng)溫度降至-15℃時，其沖擊強(qiáng)度降為10.4J/cm2，嚴(yán)重影響使用。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn) 被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)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(quán)利要求書所限定的范圍。