連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的幾種浸漬方式
發(fā)布時(shí)間:
2025-04-03
連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的浸漬方式主要有溶液浸漬法、熔體浸漬法、粉末浸漬法、漿狀樹脂沉積法、混編法、薄膜疊層法及反應(yīng)浸漬等。
連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的浸漬方式主要有溶液浸漬法、熔體浸漬法、粉末浸漬法、漿狀樹脂沉積法、混編法、薄膜疊層法及反應(yīng)浸漬等。
01、溶液浸漬法
溶液浸漬是將樹脂溶于合適的溶劑,使其黏度下降到一定水平,然后采用熱固性樹脂浸漬時(shí)所使用的工藝來(lái)浸潤(rùn)纖維,最后通過加熱除去溶劑。
溶液浸漬法的優(yōu)點(diǎn):克服了熱塑性樹脂溶體粘度高的缺點(diǎn),使纖維得到良好浸漬;制備工藝簡(jiǎn)便,設(shè)備簡(jiǎn)單。
溶液浸漬法的不足:溶劑必須完全去除,不然將會(huì)導(dǎo)致制品耐溶劑性下降;去除溶劑的過程中存在物理分層,沿樹脂纖維界面滲透以及溶劑可能聚集在纖維表面的小孔和空隙內(nèi),造成樹脂與纖維界面不好,耐溶劑性受影響;溶劑蒸發(fā)和回收費(fèi)用昂貴且污染環(huán)境。
盡管如此,目前一些采用其他制備技術(shù)不易浸漬的高性能樹脂復(fù)合材料的制備大多仍采用溶液浸漬法。
02、熔體浸漬法
熔體浸漬是將熱塑性樹脂加熱熔融后來(lái)浸漬纖維的一種制備技術(shù)??梢酝ㄟ^兩種方法實(shí)現(xiàn):一種是熔體擠出浸漬,即利用擠壓器將熔體喂入到纖維經(jīng)過的模具中。影響熔體擠出浸漬工藝的因素主要是熔體聚合物穿透纖維層的速度,這取決于增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)。另一種是熔體拉擠浸漬,采用一種特殊結(jié)構(gòu)的拉擠模頭,讓均勻分散、預(yù)加張力的連續(xù)纖維束通過一連串輪系間流動(dòng)著熔融態(tài)的基體樹脂的滾輪系統(tǒng),反復(fù)多次承受交替的變化使纖維和熔體強(qiáng)制性的浸漬,達(dá)到理想的浸漬效果。但是這種方法只能用于生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)顆粒(長(zhǎng)度一般為6~10mm)而非片材。
以上兩種方法,施加在纖維上的壓力很大,會(huì)導(dǎo)致纖維損傷。而熔體浸漬法的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要任何溶劑。
03、粉末浸漬法
粉末浸漬法是在硫化床中,通過靜電作用將樹脂細(xì)粉吸附在纖維單絲的表面,然后加熱使粉末熔結(jié),最后在成型過程中使纖維得以浸潤(rùn)。由于在干態(tài)下進(jìn)行浸漬,因此加工過程不受基體黏性的限制,分子質(zhì)量相對(duì)高的聚合體可分布到纖維中。能夠吸附在纖維上的聚合物顆粒直徑在5~25μm范圍內(nèi),樹脂粉末直徑以5~10μm為宜。
粉末浸漬法的優(yōu)點(diǎn):纖維損傷少,聚合物無(wú)降解;加工速度快,成本低。
粉末浸漬法的不足:浸潤(rùn)盡在成型加工過程中才能完成,粉末易散失;浸潤(rùn)所需的時(shí)間、溫度、壓力依賴于粉末粒徑的大小及分布。
04、漿狀樹脂沉積法
漿狀樹脂沉積法其工藝與造紙工藝相似。將短切長(zhǎng)度在6~25mm的玻璃纖維、樹脂粉末和乳化劑一起分散在水中,成為水懸浮液,然后加入絮凝劑,使其凝聚在液壓成型機(jī)的濾網(wǎng)上,使凝聚物與水分離,熱壓成氈狀凝聚物,熔化成片。
漿狀樹脂沉積法的優(yōu)點(diǎn)是纖維分散性好、破損小,受熱少,生產(chǎn)效率高;缺點(diǎn)是技術(shù)難度大、設(shè)備成本高。
05、混編法
混編法是將紡成纖維或薄膜帶的熱塑性樹脂與增強(qiáng)纖維按一定比例緊密地合并制成混合砂,再通過一個(gè)高溫密封浸漬區(qū),將樹脂纖維熔成基體。用一般的織造工藝就可以很容易地將混合纖維制成織物,混合越均勻,固化時(shí)所需的壓力越小,混合的理想狀態(tài)是每一根增強(qiáng)纖維都與基體纖維相鄰,但是由于增強(qiáng)纖維與基體纖維的物理性能差異較大,實(shí)際上這是很難以實(shí)現(xiàn)的。混編法具有良好的加工性能,樹脂含量易于控制,纖維能得到充分的浸潤(rùn),混合紗可以織成各種復(fù)雜形狀,包括三維結(jié)構(gòu),也可以直接纏繞,制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料。
但是該技術(shù)不適用于玻纖材料的復(fù)合以及日用品或低溫?zé)崴苄怨こ滩牧系某尚汀?/p>
06、薄膜疊層法
薄膜層疊法是纖維增強(qiáng)材料層和熱塑性材料片疊加,加熱加壓使聚合物流入增強(qiáng)材料之間,然后固化。薄膜層疊法施加的壓力要足夠大,使熔體既能進(jìn)入纖維層之間,又不至于在增強(qiáng)層之間出現(xiàn)流動(dòng),典型壓力值小于2.0MPa。冷卻之后的復(fù)合物應(yīng)該沒有孔洞,真空輔助施壓可以保證片材無(wú)孔。這種方法廣泛應(yīng)用于成型表面形狀復(fù)雜的片材。
薄膜層疊法的優(yōu)點(diǎn):可以制得高質(zhì)量的層壓制品,但由于溶體高粘性,需要較高壓力;
薄膜層疊法的不足:樹脂含量高,成本高;高粘性基體樹脂很難浸潤(rùn)到纖維中。
07、反應(yīng)浸漬法
反應(yīng)浸漬法是利用單體或預(yù)聚體初始分子量小,熔體黏度低、流動(dòng)性好可充分浸潤(rùn)纖維的特點(diǎn),通過原位聚合制備連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料。但這種工藝條件比較苛刻、反應(yīng)不易控制,尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
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