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连续碳纤维增强热塑性预浸带与熔融浸渍法

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-18  来源:新材发现  浏览次数:167
核心提示:连续碳纤维增强热塑性复合材料性能优异,但是该项制备技术一直被国际上几个行业巨头所控制,国内只能依靠进口,严重阻碍了这种高
     连续碳纤维增强热塑性复合材料性能优异,但是该项制备技术一直被国际上几个行业巨头所控制,国内只能依靠进口,严重阻碍了这种高性能复合材料在国内的深入应用。无锡智上新材通过多次的模拟实验和长达三年的生产实践,逐步掌握了连续碳纤维增强热塑性PPS、PI、PEEK等先进复合材料的制备技术,缩小了与国外的技术差距,将这种过去仅用于航空航天领域的先进复合材料成功地引入高端医疗、电子电器、智能装备等更多民用领域。下面根据无锡智上新材所采用的熔融浸渍法,介绍一下该工艺的有关知识。
    采用熔融浸渍法制作连续碳纤维增强热塑性预浸带的基本程序是将连续碳纤维放在纱架后,经过辊轮调节使其受力均匀地进入分丝系统,在这个系统中,碳纤维经过展开辊和预热后充分展开后进入浸渍系统中,在高温高压下,熔融的热塑性树脂渗入并浸润碳纤维,待定型后再牵引收卷得到连续碳纤维增强热塑性预浸带。
碳纤维预浸带
 
连续碳纤维增强热塑性预浸带相关制备技术的改进:
    连续碳纤维增强热塑性预浸带制备技术的改进主要集中在两个方面:一是提升热塑性树脂对碳纤维的浸润性。例如,通过螺旋挤出机实现对预浸料中树脂含量的控制、设计多树脂注入口,提高了浸渍系统的浸渍效率和均匀性、采用多级十字头模具、通过分纱盒、分纱辊装置及三辊浸渍和压延辊加热装置使碳纤维在浸渍前均匀分散、在浸渍系统中将熔体分配流道设为多级分支结构,使每束纤维接触的熔体压力和流量都保持一致等等。这些改进措施保证了碳纤维得到均匀浸渍,有助于提高产品质量的稳定性和合格率。
    二是提升连续性碳纤维增强热塑性预浸带的整体性能。例如,通过增设冷却辊,使预浸带纤维经过冷却定型后收卷,提高预浸带的强度。又如,在浸渍系统前设计了纤维双面受压和二级加热辊压装置,克服了传统装置纤维温度低导致纤维拉断的缺陷。再比如,借助展开辊来保证纤维均匀展开并使用 V 型烘箱延长纤维热处理时间,避免了碳纤维直线运行时打捻状况的出现等。这些碳纤维处理装置,实现了对预浸料厚度和宽度的精确控制,同时降低了生产成本。

碳纤维热塑性预浸带
 
连续碳纤维增强热塑性预浸带的评价指标和影响因素:
    对连续碳纤维增强热塑性预浸带质量的评价主要着眼于以下几个方面的指标:
    指标一:看含胶量是否稳定,即预浸带中所含的树脂的量是否精确可控,只有预浸带中树脂含量稳定才能保证制品孔隙率和剪切强度等指标达到理想值;
    指标二:看浸渍是否均匀,即热塑性树脂是否完全渗透碳纤维并在其中均匀分布;
    指标三:看尺寸是否具有稳定性,即制成的预浸带在成型过程以及后续使用过程中尺寸是否会发生明显改变;
    指标四:看是否适用于高效率生产,即在成型过程中碳纤维是否能平稳行进、整个过程是否可以不断重复且成品率高。
    在整个制造流程中,影响连续碳纤维增强热塑性预浸带质量的因素是多方面的,包括模具、展丝和熔融温度等等,任何一道工序、一个工艺参数都有可能对预浸带的性能产生重要影响。例如,浸渍模具是影响浸渍均匀性、含胶量稳定性的关键因素,碳纤维展丝时所能实现的展开程度也会对浸渍的均匀性产生直接影响,熔融温度必须要保证热塑性树脂能够达到达到最佳状态。
熔融浸渍法与其它制备工艺的优势比较:
    与其它连续性碳纤维增强热塑性预浸带制备工艺相比,熔融浸渍工艺优势比较明显,适用于该工艺的成型方法和设备相对成熟,制备出的预浸带在含胶量、尺寸稳定性等方面控制得比较好。与之相比,粉末悬浮工艺在生产设备方面虽然要求不高,成本相对要低,制备出的预浸料浸渍效果好,但是成品尺寸稳定性不高,含胶量较低;混编模压工艺制备出的预浸料尺寸稳定性高且含胶量可控,可用于制备尺寸复杂的制品,却不适合大批量生产,所以在现实中应用较少。目前,无锡智上新材采用熔融浸渍法制备出的连续碳纤维增强PPS/PI/PEEK复合材料,孔隙率低、含胶量可控,已成功用于多种高端装备的配套成型。

碳纤维热塑性预浸带
 
 
 
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