[發明專利]一種超薄連續纖維增強熱塑性預浸料的制備方法

有效

• 申請號: 202010594861.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111873234B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 郭玉琴;陸銘;段夢思;陳龍;李富柱;徐凡;吳雪蓮;許楨英
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B29B15/10
• 分類號: B29B15/10;B29C41/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種超薄連續纖維增強熱塑性預浸料的制備方法，包括帶微錐孔陣列特征金屬模具加工、帶微錐形突起陣列特征的開纖板翻制、超薄纖維布初次開纖、基體樹脂粉末振動撒粉、二次開纖、初次翻轉勻粉、二次翻轉換模、真空加熱熔融和熱壓成型。在金屬模具表面加工出陣列錐形孔，利用高性能熱塑性PEEK樹脂薄板，翻制出帶微錐形突起陣列特征的開纖板，實現對超薄連續增強纖維布的充分開纖，開纖效果好；配合流量可控的三坐標可移動漏嘴和開纖板的兩次高頻低幅振動撒粉，實現基體樹脂粉末在增強纖維布內部的均勻分布，有效解決了熔融態樹脂基體深入連續纖維束內部難的問題。

技術領域

本發明涉及纖維增強復合材料制備領域，具體地，涉及一種超薄連續纖維增強熱塑性樹脂基體預浸料的制備方法。

背景技術

近年來，連續纖維增強熱塑性樹脂基體預浸料因其具有高比強度、高比剛度、低密度等特性，引起了汽車、船舶、軌道交通等領域的廣泛關注。對于連續纖維增強熱塑性預浸料，特別是超薄預浸料而言，連續纖維在樹脂基體中的分布均勻性以及樹脂基體對連續纖維的浸滲效果，將直接影響所制得復合材料構件的力學性能穩定性及服役安全性。

一方面，在整個連續纖維增強熱塑性預浸料的制備過程中，與纖維分布均勻性直接相關的工藝環節就是纖維束開纖。目前常用的纖維開纖方式主要有：氣流開纖法、羅拉開纖法以及氣流羅拉混合開纖法。其中，氣流開纖法是通過高壓空氣將碳纖維束自然分開，該方法的優點是氣體作用力小，單絲纖維斷裂少，但是目前常用的增強纖維基于集束和界面改善的目的，都使用了上膠劑，使得纖維束分離難度大，開纖效果不理想。而羅拉開纖法屬于機械式開纖，能夠減輕上膠劑的影響，但是其開纖效果受牽引張力、羅拉直徑、纖維束與羅拉接觸角等諸多因素的影響，開纖效果不穩定。因此，尋求一種更為高效、穩定的連續纖維開纖方式，對保證超薄連續纖維熱塑性預浸料的質量具有至關重要的意義。

另一方面，因熱塑性樹脂基體熔融溫度高、粘度大、流動性差等特點，使得現有基于熔融浸滲法制得的連續纖維預浸料中，樹脂基體很難浸入纖維束內部的纖維絲之間，形成理想浸滲，從而影響連續纖維增強熱塑性預浸料的性能。為解決這一問題，中國專利(CN105885072)給出了一種單向連續纖維增強樹脂基復合材料預浸料的制備方法，通過相轉化法制備包含有樹脂基體粉末及可溶性粘結劑的懸濁液用于纖維束的浸漬，纖維束浸漬后進行排布，將溶劑蒸干后收卷制得預浸料。該方法雖然在很大程度上避免了熔融態樹脂粘度大、流動性差等問題，但對懸濁液配置要求較高，且由于樹脂基體粉末未經熔融，制成的預浸料中纖維與樹脂基體間的界面結合強度較低。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種超薄連續纖維增強熱塑性預浸料的制備方法，有效解決了熔融態樹脂基體深入連續纖維束內部難的問題。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種超薄連續纖維增強熱塑性預浸料的制備方法，包括如下步驟：帶微錐孔陣列特征金屬模具加工、帶微錐形突起陣列特征的開纖板翻制、超薄纖維布初次開纖、基體樹脂粉末振動撒粉、二次開纖、初次翻轉勻粉、二次翻轉換模、真空加熱熔融和熱壓成型。

進一步，所述帶微錐孔陣列特征金屬模具利用激光打孔，在金屬模具表面加工出陣列錐形孔。

更進一步，所述陣列錐形孔的直徑、行數、列數由開纖程度確定，所述陣列錐形孔的深度由所制備預浸料厚度確定。

進一步，所述微錐形突起陣列特征開纖板的翻制，具體為：將高性能熱塑性PEEK樹脂薄板平放于所述金屬模具后，加熱至PEEK材料熔融溫度后，加壓使熔融態PEEK樹脂流入金屬模具的陣列微錐孔中，待PEEK樹脂冷卻凝固后，將PEEK樹脂從金屬模具表面剝離，翻制出帶微錐形突起陣列特征的上開纖板和下開纖板。

更進一步，所述超薄纖維布初次開纖，具體過程為：將超薄纖維布在張緊狀態下，勒入下開纖板帶微錐形突起陣列的一面，使微錐形突起陣列在纖維布中形成密集的釘扎。