4006-518-558
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热塑性树脂预浸料的工艺主要有哪些?
2017.10.12

为了更好地实现连续纤维增强复合材料的性能剪裁和树脂含量控制,同热固性树脂基复合材料一样,热塑性复合材料一般也需要先制成连续纤维预浸料,在此基础上再进行复合材料制件的成型制造。

与热固性树脂不同,高性能的热塑性树脂基体大多很难溶于化学溶剂,所以预浸料的制备一般较少采用树脂溶液浸渍法,而是采用树脂熔融浸渍法,但高牲能热塑住树脂的熔点高且熔体黏度大,这不仅需要提高加工温度(通常在300℃以上),而且还要解决树脂在纤维上均匀分布和树脂对纤维的连续浸渍问题。

目前,连续纤维增强热塑牲树脂预浸料的工艺主要有:熔融浸渍法;粉末流化浸渍法;粉末悬浮浸渍法;纤维混编法。

(1) 熔融浸渍法

先将树脂加热熔融,然后纤维通过熔融树脂得到浸渍,树脂浸渍的纤维经冷却,并由带状拉出机牵拉甲整得到预浸料。此法的特点是预浸料树脂的质量分数容易控制,脂体熔体不含溶剂,无溶剂污染,预浸料的挥发分含量低,避免了由于溶剂的存在而引发的空隙含量高的内部缺陷,特别适用于结晶性树腊制备预浸带但熔融树脂法要求树脂的熔点较低,并在熔融状态下其黏度较低,具有较高的表面张力,与纤维有较好的浸润性。

尤为重要的一点是树脂在熔融状态下,基本上无化学反应,具有较好的化学稳定住和较小的黏度波动。

(2) 粉末流化浸清法

先将树脂制成粉末状,再以各种不同方式施加到纤维上。这种方法生产效率高、工艺稳定且易于控制。根据工艺过程的不同及树脂和纤维结合状态的差异,粉末预浸法可纷为以下两种方法。

1.悬浮液锓清法。该法是制备连续纤维增强热塑性树脂基预浸料的一种新方法。即将树脂粉末及其他添加剂配制成悬浮液,碳纤维长丝经过漫胶槽,在其中经悬浮液充分浸渍后,进入加热炉中熔融、烘干。也可通过喷涂、刷涂等方法使树脂粉末均匀地分布于碳纤维中。经过加热炉处理后的碳纤维/树脂柬可制成连续碳纤维预浸料。

这种方法工艺简单,生产效率高,成本低,适用于各种热塑牲树脂基体;可有效地控制产品质量,适于生产大型制品,因此是一种很有发展前途的工艺方法。

2.流化床浸渍工艺法。该法是使每束碳纤维或织物通过一个有树脂粉末的流化床,树脂粉末悬浮于一般或多股气流中,气流在控制的压力下穿过纤维,所带的树脂粉末沉积在碳纤维上,随后经过熔融炉使树脂熔化并黏附在碳纤维上,再经过冷却定型段,使其表面均匀、平整,最后经由收卷装置收卷制得预浸料。这种工艺对碳纤维损伤小,聚合物无降解,具有成本低的潜在优势,但适合于这种技术的树脂粉未必须非常细小,直径以l0~ 20μm为宜,而且粉末也难以均匀地黏附在纤雒的表面上,容易造成粉末堆积,形成较多空隙。

(3) 粉末悬浮浸渍法

水悬浮浸渍法是近几年研究得较多的一种工艺。这种工艺中,热塑性树脂粉末和表面活性剂在浸渍室中形成水悬浮液,导辊将连续纤维牵拉入主槽中浸渍,使粉末均匀地渗人纤维之间,然后经干燥、加热压实成型,再经撤出机拉出,这种工艺与上述其他工艺相比,具有以下优点:

1.采用资源丰富且无污染的水作为悬浮分散剂,方便易得且易除去;

2.采用连续纤维没渍适合于大批量、高效率生产,降低生产成本;

3.树腊粉末大小在毫米级,克服了粉末法20μm的极限;

4.水悬浮法操怍容易,安全卫生,黏度低,克服了熔融浸渍的高黏问题;

5.仅在热滚压时需要高温,在熔融颜树脂阶段停留时间短,减少了其重量损失。大大避免了热降解,对温度敏感的聚合物也可以适用,节省了能耗。

此法技术新,成本低上工艺简单,设备投资少,制备周期短,可用于连续纤维增强热塑憔树脂基复合材料的生产。

(4)纤维混编法

纤维混编法是将热塑性树脂纺成纤维或薄膜带,然后根据含胶量的多少将一定比例的增强纤维与树脂纤维柬紧密地合并成混合纱,再通过一个高温密封浸溃区使树脂和纤维熔成连续的基体。该法的优点是树脂含量易于控制,纤维能得到充分浸润,可以直接缠绕成型得到制件。它是一很有前途的方法。但由于制取直径极细的热塑性树脂纤维(<10μm)非常困难,同时编织过程中易造成纤维损伤,限制了这一技术的应用。