連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性預(yù)浸料發(fā)展概況
2020-02-28
近幾年出現(xiàn)了多種針對連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能預(yù)浸料的浸漬方法，常見的有熔融浸漬法、溶液浸漬法、粉末硫化浸漬法、粉末懸浮浸漬法、混編制備法等。
1. 國外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
國外對于連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能預(yù)浸料的研究起步較早，目前已處于工業(yè)化生產(chǎn)階段，目前PEEK預(yù)浸料主要供應(yīng)商有TenCate、Fiberforge、Victrex、Celanese和東邦特耐克絲，PPS預(yù)浸料主要供應(yīng)商有TenCate、Fiberforge。英國帝國化學(xué)工業(yè)公司（Imperial Chemical Industries Ltd，縮寫為ICI）公司通過熔融浸漬法，自1982年起相繼研制出了APC-1和APC-2等碳纖維/聚醚醚酮單向復(fù)合材料預(yù)浸料；美國Ticona（Celanese）公司采用熔融浸漬法，制備了高性能單向連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料，設(shè)備如圖1所示。德國的 Augstin 采用粉末懸浮浸漬法成功制備出了熱塑性預(yù)浸帶。其生產(chǎn)速度為5m/min，預(yù)浸帶的纖維體積含量為 60%。另外， 法國的 BASF 公司也采用此浸漬方法制備出了熱塑性碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品。荷蘭的Tencate和法國。
圖1 熔融浸漬工藝
Atochem 公司采用粉末流化浸漬法來進(jìn)行粉末預(yù)浸絲束的制備，首先將碳纖維絲束展寬展??；然后通過一個充滿了 10μm 的微小粉末的流化床，使樹脂粉末均勻地涂覆在纖維表面；最后將其用樹脂薄膜包裹起來，得到包裹有樹脂粉末的纖維束，即粉末預(yù)浸絲束（PowderImpregnated Bundles），這種預(yù)浸絲束質(zhì)地柔軟，可以編織成各種織物，經(jīng)過多層鋪貼成固定形狀后，加溫加壓即可制成復(fù)合材料，使用十分方便。美國NASA發(fā)明的纖維混編技術(shù)，將熱塑性樹脂加工成微細(xì)纖維，然后將其與碳纖維混合編制成織物提高樹脂與纖維浸潤性，如圖2所示。
圖2 混編預(yù)浸料及其成型工藝
2. 國內(nèi)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
國內(nèi)對連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料制備技術(shù)的研究剛剛起步，目前產(chǎn)業(yè)化是：玻璃纖維增強(qiáng)PP熱塑復(fù)合材料預(yù)浸帶，已經(jīng)在房車、冷藏車、集裝箱及箱式貨運車上應(yīng)用。
國內(nèi)其他研究成果有：咸貴軍等人開發(fā)了一套浸漬連續(xù)纖維熱塑性預(yù)浸帶的小型試驗裝置。該裝置采用機(jī)械輥子來使纖維絲束展寬，浸漬方式是熔融浸漬，最后得出樹脂含量為 40%——70%的連續(xù)碳纖維預(yù)浸帶和連續(xù)玻璃纖維預(yù)浸帶。陳平等人采用溶液浸漬法，研究PPESK 樹脂溶液浸漬各種纖維的過程，分析不同參數(shù)對浸漬效果以及復(fù)合材料性能的影響；饒軍等人把連續(xù)碳纖維浸漬在PPS粉料和二苯醚酮混合而成的懸浮液中，制備出了性能優(yōu)越的預(yù)浸料；章奕定等人把PPS 和水混合而成懸浮液狀的 PPS 泥漿，以此來浸漬連續(xù)纖維，制備熱塑性預(yù)浸料。周曉東等人研究了連續(xù)玻璃纖維的粉末浸漬過程，結(jié)論顯示，粉末浸漬效果隨著粉末粒徑減小或輥子數(shù)量增大而增加；張鳳翻等采用粉末流化浸漬法，將纖維絲束制備成熱塑性預(yù)浸帶，并搭建了一套制備熱塑性預(yù)浸帶的試驗裝置。
3. 國內(nèi)商業(yè)化的熱塑預(yù)浸料進(jìn)展情況
國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的制備方法是流延法制備玻纖增強(qiáng)PP、PA、PC、PE等熱塑樹脂的預(yù)浸帶，目前也有部分廠家做出來碳纖預(yù)浸PA或PEEK的預(yù)浸料，但是受制下游應(yīng)用原因沒有批量應(yīng)用?，F(xiàn)今在市場應(yīng)用最廣的就是玻纖PP預(yù)浸料，中集創(chuàng)贏目前也是國內(nèi)的主要量產(chǎn)廠家之一。
來源：高性能纖維復(fù)材咨詢
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