[發明專利]一種連續纖維增強熱塑性樹脂的制備方法及裝置

在審

• 申請號: 201710308322.6
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107053700A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 任峰;信春玲;何亞東;曹敏華;李瑩
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29B15/14;D02J1/18
• 代理公司: 北京京萬通知識產權代理有限公司11440
• 代理人: 許天易

技術領域

本發明涉及一種連續纖維增強熱塑性樹脂的制備方法及裝置。

背景技術

連續纖維增強熱塑性樹脂是一種增強纖維單向排布且其長度與樹脂顆粒長度相等的增強型熱塑性復合材料。與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性樹脂基復合材料具有更好的比剛度、比強度、抗沖擊、抗蠕變性能以及重量輕、可回收利用等特點，受到市場的廣泛關注。而與短切纖維增強熱塑性樹脂基復合材料相比，連續纖維增強樹脂基復合材料因其增強纖維在樹脂基體中是連續的，因此力學性能更優，已被廣泛應用于航空航天、交通運輸、建筑材料、工業設計以及體育用品等行業，成為復合材料開發和研究的熱點。

制備連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的最大難題是如何使高粘度(一般超過100Pa·s)的樹脂熔體均勻、充分地浸漬到纖維束中。目前制備連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的方法有：熔融浸漬法、溶液浸漬法、混纖紗法、原位聚合法、薄膜層疊法等，熔融浸漬法因其工藝過程簡單、易于工業化等特點，成為制備連續纖維增強熱塑性樹脂復合材料最常用工藝方法。熔融浸漬法是利用熱塑性樹脂的熔融特性，先將連續纖維束預分散，預分散后的纖維束通過充滿熔融聚合物的浸漬模具中，纖維束在一定的張力和壓力作用下得到分散浸漬。因此，除了浸漬模具的設計，纖維束預分散程度也對預浸料浸漬質量的有很大影響。纖維束預分散是指利用擴纖技術將纖維束沿徑向均勻展開，并盡量減少展開過程中纖維斷裂。目前常用的展絲擴纖方法有機械裝置分絲法、氣流分絲法、超聲水浴分絲法、聲波擴纖法等。

在公開號為CN102002787A的中國發明專利中，提到了一種采用碳纖維絲束展開的機械分絲裝置，該裝置包含放絲、加熱、擴纖以及收卷等裝置，通過壓輥展開纖維，通過帶點金屬輥為碳纖維加熱；美國專利US007536761也公布了與此類似的一種碳纖維分絲和加熱裝置。公開號為CN103343444A的中國發明專利中，提到了采用超聲波擴纖方法展開碳纖維絲束的裝置，該裝置中裝有化學溶液，碳纖維絲束進入溶液中，在導紗輥牽引作用下，通過超聲波頻率的變化帶動溶液共振進而展開碳纖維束。在公開號為CN102505242A的中國發明專利中，公開了一種由放料輥、氣動展開裝置、引導輥和收料輥組成的展絲裝置，通過將機械裝置和氣動分絲結合進行纖維分散。在公開號為US5057338的美國專利中，提到了一種纖維束通過氣流型腔進行分絲的氣動分散裝置。

現有分絲裝置和公開的專利有以下不足：1.很多分絲裝置僅針對碳纖維絲束設計，對玻璃纖維絲束作用不大；2.采用單純的機械分絲裝置容易導致纖維損傷，產生浮纖、毛刺等；3.機械裝置和氣流分絲相結合可以有效減少纖維損傷，但是氣流分絲波動較大，對于纖維單絲之間均勻性難以保證。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術和方法中存在的問題，提供一種連續纖維增強熱塑性樹脂的制備方法及裝置。

本發明所提供的一種連續纖維增強熱塑性樹脂的制備方法，包括如下步驟：

1)連續纖維束經過導向輪后通過纖維分散與預熱裝置進行預分散和預熱；

2)預分散和預熱后的連續纖維束經導向輪進入相對設置的靜電場上極板和靜電場下極板之間，所述連續纖維束受高壓靜電場力的作用二次分散；

3)經過高壓靜電場后的連續纖維束進入熔融浸漬模具，二次分散后的連續纖維束在熔融浸漬模具中得到熱塑性樹脂熔體充分浸漬；

4)充分浸漬的連續纖維束通過冷卻定型裝置冷卻定型，并在牽引裝置的牽引下連續生產。

優選地，連續纖維束選自玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維或者玄武巖纖維中的至少一種。

優選地，熱塑性樹脂熔體選自聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚甲醛中的至少一種。

根據本發明所提出的連續纖維增強熱塑性樹脂的制備方法，連續纖維束經過預分散和預熱后進入高壓靜電場中，在高壓靜電場中受到靜電場力作用二次分散，纖維束中單絲之間的分散均勻性更好，分散后的連續纖維束在熔融浸漬模具中受到熔體浸漬。通過改變上、下極板之間的距離和高壓靜電發生器的輸出電壓，可以控制靜電場強弱，改變玻璃纖維所受靜電場力大小和分散情況，制備出連續纖維增強熱塑性復合材料預浸料或預浸帶。