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连续纤维增强高性能热塑性预浸料发展概况
发布时间:2020/3/13 10:09:06   浏览次数:219

近几年出现了多种针对连续纤维增强高性能预浸料的浸渍方法,常见的有熔融浸渍法、溶液浸渍法、粉末硫化浸渍法、粉末悬浮浸渍法、混编制备法等。

1. 国外技术发展状况


国外对于连续纤维增强高性能预浸料的研究起步较早,目前已处于工业化生产阶段,目前PEEK预浸料主要供应商有TenCate、Fiberforge、Victrex、Celanese和东邦特耐克丝,PPS预浸料主要供应商有TenCate、Fiberforge。

英国帝国化学工业公司(Imperial Chemical Industries Ltd,缩写为ICI)公司通过熔融浸渍法,自1982年起相继研制出了APC-1和APC-2等碳纤维/聚醚醚酮单向复合材料预浸料;美国Ticona(Celanese)公司采用熔融浸渍法,制备了高性能单向连续纤维增强热塑性复合材料预浸料,设备如图1所示。

德国的 Augstin 采用粉末悬浮浸渍法成功制备出了热塑性预浸带。其生产速度为5m/min,预浸带的纤维体积含量为 60%。另外, 法国的 BASF 公司也采用此浸渍方法制备出了热塑性碳纤维复合材料产品。荷兰的Tencate和法国。


图1  熔融浸渍工艺


Atochem 公司采用粉末流化浸渍法来进行粉末预浸丝束的制备,首先将碳纤维丝束展宽展薄;然后通过一个充满了 10μm 的微小粉末的流化床,使树脂粉末均匀地涂覆在纤维表面;最后将其用树脂薄膜包裹起来,得到包裹有树脂粉末的纤维束,即粉末预浸丝束(Powder Impregnated Bundles),这种预浸丝束质地柔软,可以编织成各种织物,经过多层铺贴成固定形状后,加温加压即可制成复合材料,使用十分方便。美国NASA发明的纤维混编技术,将热塑性树脂加工成微细纤维,然后将其与碳纤维混合编制成织物提高树脂与纤维浸润性,如图2所示。


图2 混编预浸料及其成型工艺



2. 国内技术发展状况


国内对连续纤维增强高性能热塑性复合材料预浸料制备技术的研究刚刚起步,目前产业化是:玻璃纤维增强PP热塑复合材料预浸带,已经在房车、冷藏车、集装箱及箱式货运车上应用。


国内其他研究成果有:咸贵军等人开发了一套浸渍连续纤维热塑性预浸带的小型试验装置。该装置采用机械辊子来使纤维丝束展宽,浸渍方式是熔融浸渍,最后得出树脂含量为 40%-70%的连续碳纤维预浸带和连续玻璃纤维预浸带。陈平等人采用溶液浸渍法,研究PPESK树脂溶液浸渍各种纤维的过程,分析不同参数对浸渍效果以及复合材料性能的影响;饶军等人把连续碳纤维浸渍在PPS粉料和二苯醚酮混合而成的悬浮液中,制备出了性能优越的预浸料;章奕定等人把 PPS 和水混合而成悬浮液状的 PPS 泥浆,以此来浸渍连续纤维,制备热塑性预浸料。周晓东等人研究了连续玻璃纤维的粉末浸渍过程,结论显示,粉末浸渍效果随着粉末粒径减小或辊子数量增大而增加;张凤翻等采用粉末流化浸渍法,将纤维丝束制备成热塑性预浸带,并搭建了一套制备热塑性预浸带的试验装置。


3. 产业化的技术工艺


3.1 国内商业化的热塑预浸料进展情况


国内产业化的制备方法是流延法制备玻纤增强PP、PA、PC、PE等热塑树脂的预浸带,目前也有部分厂家做出来碳纤预浸PA或PEEK的预浸料,但是受制下游应用原因没有批量应用。现今在市场应用最广的就是玻纤PP预浸料,国内的主要量产厂家有奇一、双鱼、杰事杰、隧金、华聚,俊尔、金发、极威等。


3.2国外商业化的热塑预浸料进展情况


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