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碳纤维增强热塑性复合材料的预浸

发布时间:2019/8/1 16:47:45阅读人次:2603

对于热塑性复合材料的制备,最常见的方法就是先将碳纤维制备成预浸料,预浸料实质就是将织物或增强纤维预先浸溃树脂,将经过复合等处理后的半成品贮存备用,再釆用相应的铺放形式将预浸料铺在成型模具上,经过加热熔融使得树脂基流动并与增强材料充分混合,冷却固化后得到所需的热塑性复合材料。但热塑性树脂高粘度的特性是热塑性树脂基复合材料预浸料制备的一大困难。对于界面的改善往往可以采用合理的设置工艺参数,或采用对树脂或者增强材料表面的改性,使得增强材料和树脂的结合性更好,进而使制备所得的复合材料获得相应的优异力学性能。依据热塑性树脂浸溃的方式不同,解决方法主要有以下几大类:

(1)使得热塑性树脂的熔融粘度降低最常用的方法就是溶剂法,又被称作溶液浸渍法。溶液浸渍工艺是选取一种所需要的溶剂,或者是利用几种溶剂配合而成的混合溶剂,使得树脂能够完全溶解,从而获得粘度较低的溶液来浸渍纤维,再将溶剂挥发制得预浸料这种方法规避了常见的热塑性树脂熔融粘度较高的缺点,使得纤维能够更好的被浸溃,但也存在一些不足,例如溶剂的蒸发和回收利用的成本较高,并且在一定程度上对环境造成影响;若是溶剂没有被完全蒸发,在复合材料内部会产生气泡和孔隙,影响复合材料的各种性能;这种方法加工出来的复合材料,其在使用过程中耐溶剂性还会受到一定的影响;最重要的是很多热塑性树脂很难找到较为合适的溶剂。

首先提出用甲基吡咯烷酮(NMP)做溶剂来制碳纤维增强聚醚砜(PES)热塑预浸料的是Goodman等学者,同时,他们对相关参数对孔隙率和树脂含量的影响,比如预紧力、预浸速度、溶剂残留等。国内学者王荣国等人选用了三种国产具有较高性能的热塑性树脂酚酞侧基聚醚砜、酚酞侧基聚醚酮以及聚酸砜与高强玻璃纤维粗纱,运用相关的溶液浸渍工艺来制备纤维预浸料,再加工成复合材料。对所制得的复合材料进行相关力学性能测试,得到的结论是:连续玻璃纤维增强PEK-CPES-C的剪切和冲击等基本力学性能与连续玻璃纤维增强环氧树脂的相关性能相差无几,但是它们的纵横向的剪切性能提高却十分明显。后面又有孙宝磊等学者采用了溶液浸渍法,对连续的T700碳纤维、玻璃纤维及F-12芳纶纤维增强PPESK(聚芳醚砜酮)树脂复合材料的浸溃与成型工艺和相关力学性能进行了研究,解决了高性能聚芳酿类树脂连续纤维拉挤、缠绕成型过程中的一些树脂浸渍的问题。

(2)降低树脂基体在浸渍纤维时流动的距离,最常用的就是预混法,这种方法又被称作后浸法用不同的固体形式(纤维、纤维集合体或粉末)来均匀的混合在增强纤维或者纤维束中以此获取预混料的方法被称作预混浸渍法。预混料中的树脂基体还没有真正的去浸渍增强纤维或纤维束,所以预混料还必须有较好的悬垂性;同时因为树脂在熔融浸渍以前己均匀的附着在增强纤维或者增强纤维束中,所以在一定程度上提高了熔融状态下树脂对增强纤维或纤维束的浸渍。就当前来说,运用较多的预混法有粉末浸渍法、薄膜层叠法和混杂法。

(a)粉末浸渍法依照粉末干湿形态的不同,可将粉末法分为湿法粉末浸渍和干法粉末浸渍。湿法粉末浸溃又被称作悬浮法,就是将易挥发的非溶解型液体和树脂粉末配制成悬浮液,在纤维经过溶液时,纤维被良好的分散开,同时树脂粉末粘附到纤维表面以及纤维束之间,经过加热来迅速除掉液体,最后通过熔融并压辊浸渍成型来获得预浸料。干法粉末浸渍法则是借助静电吸附或者气体流化等手段,使得纤维粉末被吸附到通过树脂粉末区的纤维束及纤维外表面W,再经加热并熔融后制备得到预浸料。