熔融浸渍法是常用的热塑预浸工艺中的一种,其涉及的工序有纤维引丝、展丝、预热、浸渍、冷却、收卷等。采用熔融浸渍法制备连续碳纤维增强热塑性单向预浸带的难点在于中高端的热塑性树脂黏度大,如果浸渍时间短,就会导致预浸带产生中空干斑、连续碳纤维丝束不能得到良好且无损分散等缺陷。国内的碳纤维零部件制造商智上新材料科技利用该工艺制备单向CF增强PEEK预浸料时,主要通过以下几种途径克服障碍。
首先,自主创新适用于连续碳纤维增强热塑性单向预浸带的设备装置。智上新材料在熔融浸渍连续碳纤维装置的开发过程中,选择浸渍效果更好的模头,并对辊系浸渍工艺装置组合进行有针对性的改良。例如,在用熔融的PEEK树脂浸渍连续碳纤维时,从碳纤维丝束的分散程度、碳纤维丝束张力以及辊子对浸渍的影响,发现碳纤维张力越大、碳纤维分散程度越高、辊子数越多,热塑性树脂对碳纤维的浸渍效果越好,智上新材料就是根据以上判断对设备进行有效改造。
其次,优化连续碳纤维增强热塑性单向预浸带的制备技术。智上新材料在预浸带的开发过程中,发现增加热塑性树脂的熔融温度、延长碳纤维丝束在热塑性树脂中的停留时间、缩短熔体的流动路径以及提高浸渍压力等方法都可以有效地提高热塑性树脂对碳纤维丝束的浸渍效果。当然,具体的参数都需要依据不同树脂体系和不同的碳纤维丝束质量比进行逐一优化确定。
再者,从原材料着手为提升连续碳纤维增强热塑性单向预浸带的浸润率提供前提条件。智上新材料科技通过调整碳纤维丝束表面的上浆剂和界面改性剂,提升碳纤维与热塑性树脂之间的界面结合强度,在一定程度上增强了二者之间的熔融性。
智上新材料已经顺利完成了连续碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、热塑性聚酰亚胺(TPI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)等单向预浸带的试制,目前的预浸速度可达5-10m/min,浸渍效果良好,该设备可制备碳纤维质量比在30%-60%的连续碳纤维单向预浸带,这种预浸带可用于碳纤维热塑性复合材料缠绕成型和铺放成型,制作各种高性能零部件。
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