复合材料用预浸料3
复合材料的预浸料模压成型工艺
复合材料的预浸料模压成型工艺复合材料是由至少两种不同材料组成的复合材料，以获得所需性能的材料。
其中一种常见的制备方法是预浸料模压成型工艺。
预浸料是一种由纤维增强材料（如碳纤维或玻璃纤维）与树脂基体组成的片材。
这种预浸料一般由两种方式制备：第一种是利用干法制备，将预浸料按照一定比例将纤维和树脂混合，再通过特殊的处理方法使树脂固化，最终形成片材。
第二种是湿法制备，先将纤维浸渍在树脂中，使其充分浸润树脂，然后通过固化过程形成片材。
在预浸料模压成型工艺中，首先将预浸料剪成需要的尺寸，然后将其放置在模具中。
模具的形状和尺寸需要根据产品的要求来设计。
接下来，将模具加热至一定温度，以使预浸料中的树脂熔化，同时将模具加压，以使纤维更加紧密地排列。
加热和加压时间通常根据预浸料和模具的性质来确定。
在模压过程中，树脂的熔化使纤维之间相互粘结，使得基础材料更加牢固。
同时，模具的加热和加压作用可以使纤维的排列更加均匀，从而提高复合材料的机械性能。
此外，在模压过程中，也可以在复合材料中添加填充剂或添加剂，以改善材料的性能。
模压完成后，将模具冷却至一定温度，然后打开模具，取出成型的复合材料。
这些成型的复合材料可以进一步进行后续的加工，如修整、打磨等。
预浸料模压成型工艺的优点是制备简单、成本低、生产效率高。
这种工艺可以用于制备各种形状和尺寸的复合材料制品，如航空航天、汽车、运动器材等领域。
总结起来，预浸料模压成型工艺是一种制备复合材料的方法，通过将预浸料放置在模具中，加热和加压以使纤维更加紧密地排列，最终形成所需形状和尺寸的复合材料制品。
这种工艺简单，生产效率高，适用于各种领域的复合材料制备。
复合材料成型数值模拟及其应用
复合材料成型数值模拟及其应用复合材料在现代工业中应用广泛，具有轻质、高强度、高刚度和优异的耐久性等特点。
然而，复合材料的成型过程可谓是一门艺术和技术的结合，需要大量的工程经验，试错和大量的实验验证。
随着计算机技术的不断进步，数值模拟成为一种有效的预测和分析复合材料成型过程的方法。
本文将从数值模拟的角度出发，探讨复合材料在制造过程中的应用。
一、复合材料成型的基本过程复合材料的成型过程一般分为模具设计、预浸料制备、预浸料浸渍、层叠和压缩这几个步骤。
1. 模具设计模具是决定复合材料成型特性的关键因素之一。
合理的模具设计可以提高复合材料的成型质量和生产效率。
目前，常用的模具包括手工模具、金属模具和树脂模具等。
2. 预浸料制备复合材料一般采用热固性环氧树脂作为基体材料，预浸料是将纤维预先浸润在树脂中的半成品材料。
预浸料的制备是浸渍复合材料的基础，质量的高低直接影响到成品的质量。
3. 预浸料浸渍浸渍是将预浸料浸润在纤维上的过程，纤维的含量、树脂的流动性和浸渍过程的参数都是影响浸渍质量的重要因素。
4. 层叠和压缩将浸渍好的纤维层叠起来并进行压缩，以使树脂浸润在纤维之间，形成复合材料。
二、复合材料成型数值模拟的概述数值模拟是一种通过计算机模拟实际过程的方法，可以在虚拟环境中预测实际过程的结果。
数值模拟可以显著缩短调试时间和成本，减少实验次数和避免安全事故的发生。
复合材料成型数值模拟的基础是复合材料的力学行为和传热学理论。
主要包括有限元分析、流体力学分析、热传分析和材料模拟等方法。
可采用数值模拟技术模拟复合材料的成型过程及其过程参数和材料物性对成型过程的影响。
数值模拟可以分为几个步骤：模型的建立、边界条件的确定、求解方案的选择、数值计算和结果的分析等。
模型的建立是数值模拟的基础，复合材料成型过程的模型建立对数值模拟的精度有很大的影响。
应该综合考虑成型过程的物理和化学特性，设计实用、精确、高效、可靠的数值模拟模型。
预浸料用途
预浸料用途预浸料是一种特殊的材料，广泛应用于各个领域。
它通常由纤维材料和树脂基质组成，树脂基质已经在纤维材料上预先涂布。
这种处理可以将树脂预混合至纤维材料中，形成一种既方便又可靠的预制复合材料。
预浸料具有多种用途，以下是其中一些常见的应用领域。
1.航空航天：预浸料广泛应用于航空航天工业中，特别是用于制造飞机和导弹组件。
它们用于制造高性能的复合材料结构，能够提供优异的抗拉强度和刚度，同时具有较低的重量。
2.汽车工业：汽车制造商也开始广泛使用预浸料，以制造更轻、更坚固的车身部件。
预浸料可以用于制造车身蓬材料，减轻整车重量并提高燃油效率。
3.运动器材：预浸料在制造滑雪板、高尔夫球杆、自行车车架等运动器材方面也发挥重要作用。
它们可以提供更好的耐冲击性和强度，以及更好的振动吸收能力。
4.建筑和基础设施：预浸料在建筑和基础设施领域也有广泛的应用。
它们可以用于制造桥梁、天桥、建筑立面等结构部件，提供更高的结构强度和耐久性。
5.体育用品：预浸料还被广泛应用于制造各种体育用品，如高尔夫球杆、网球拍和自行车车架。
它们可以提供更好的控制性能和更高的耐久性，同时也减轻了产品的重量。
6.医疗器械：预浸料在医疗器械领域中也有一定的应用。
它们被用于制造各种手术工具、X射线台和医用成像设备等。
预浸料可以提供材料的强度和耐用性，同时也满足质量和可靠性要求。
除了上述应用领域外，预浸料还可以在其他方面发挥作用，如电子设备、船舶制造、体育设施等。
随着技术的不断进步，预浸料的应用领域也在不断扩大和改进。
预浸料的优点包括高强度、低重量、易于加工和成本效益，使其成为许多行业的理想选择。
飞机复合材料的原材料—预浸料
2.干法
树脂以无溶剂或低溶剂状态与纤维接触制备预浸料的方法称为干法。
热熔状态的树脂涂在分离纸上，形成一层薄薄的树脂膜，待树脂膜 厚度均匀化后就与被加热的平行排列的纤维束相遇，在滚压机的压 力作用下，就形成了预浸料。
用干法制备预浸料时，树脂含量可以精确控制。能制备出低胶含量的 预浸料，从而省去了消耗性的排胶、吸胶等辅助材料。
➢ 构件外表光滑
➢ 比预浸织布的强度和刚度可提高10%
缺点：
➢ 边缘容易分层
预浸料概念
预浸料概念
Pre-Impregnated Materials
预浸料
是指预先浸渍了树脂的纤维或织物的片状材料， 它是层合板的基本组成单元。
目前，大多数板壳构件是通过一层一层地铺叠预浸料， 然后在真空袋、模压机或热压罐中成型的。
05
分离纸的伸长率应与纤维的伸长率保持一致以免 受牵引时预浸料变形或扭曲
06
分离纸的厚度和单位面积质量应均匀一致，否则 预浸料中树脂含量就不易精确控制
预浸料的制备方法
预浸料的制备方法
1.湿法
用溶液状态的树脂浸渍纤维制备预浸料 (半固化片)的方法 称为湿法。 采用湿法制备预浸料时，树脂含量与溶液浓度、纤维张力、 在溶液中停留时间、溶液对纤维的浸润能力以及纤维是否 加捻等因素有关。 湿法操作简便，但树脂含量一般难于精确控制。
预浸料的分离--分离纸
分离纸
预浸料表面通常有一层分离纸
分离纸的作用
(1)防止预浸料被污染; (2)可供划线; (3)防止单向预浸料横向开裂。
分离纸的要求
01 应易于与预浸料分离
02 不与树脂发生化学反应或污染树脂
03
在环境温度、湿度发生变化时，分离纸的长度、 宽度都应保持不变，以免预浸料起皱
玻纤预浸料种类
玻纤预浸料种类玻纤预浸料，又称为FRP（Fiber Reinforced Polymer）预浸料，是一种用于制造高性能复合材料的先进材料。
它由纤维增强剂和预浸树脂组成，为制造强度高、刚度高、耐腐蚀性能优越的产品提供了便利。
玻纤预浸料由于其良好的机械性能和化学稳定性，在工程领域得到了广泛应用。
它主要用于制造飞机、汽车、船舶等工业产品，也被应用于建筑、电力、交通等行业。
根据不同的要求和用途，玻纤预浸料分为多种类型，下面将分别介绍几种常见的玻纤预浸料种类。
1. 环氧树脂预浸料环氧树脂预浸料是最常见的一种玻纤预浸料。
它采用环氧树脂作为基体树脂，具有优异的耐化学腐蚀性、机械强度和电气绝缘性能。
环氧树脂预浸料广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域，用于制造高强度、轻质的结构件和零部件。
2. 聚酯树脂预浸料聚酯树脂预浸料是另一种常见的玻纤预浸料类型。
它采用聚酯树脂作为基体树脂，具有耐腐蚀性好、成本低等优点。
聚酯树脂预浸料主要应用于建筑、电力等领域，用于制造管道、储罐、防腐衬里等产品。
3. 酚醛树脂预浸料酚醛树脂预浸料是一种高温耐火的玻纤预浸料。
它采用酚醛树脂作为基体树脂，具有优秀的耐热性、耐腐蚀性和机械性能。
酚醛树脂预浸料主要应用于航空航天、电力等领域，用于制造高温工作环境下的零部件。
4. 聚醚酮树脂预浸料聚醚酮树脂预浸料是一种耐高温、耐化学腐蚀的玻纤预浸料。
它采用聚醚酮树脂作为基体树脂，具有优异的机械性能和化学稳定性。
聚醚酮树脂预浸料主要应用于航空航天、化工等领域，用于制造耐腐蚀、耐高温的零部件。
5. 聚酮亚胺树脂预浸料聚酮亚胺树脂预浸料是一种高性能的玻纤预浸料。
它采用聚酮亚胺树脂作为基体树脂，具有优异的耐高温性、耐腐蚀性和机械性能。
聚酮亚胺树脂预浸料主要应用于航空航天、电子等领域，用于制造高温环境下的电子元器件和结构件。
以上是几种常见的玻纤预浸料种类，它们在不同的领域和应用中发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步和应用的不断扩大，预浸料的种类和性能也在不断发展和改进，以满足不同行业对材料性能的需求。
中温固化热熔胶膜法制备环氧树脂预浸料及其复合材料
中温固化热熔胶膜法制备环氧树脂预浸料及其复合材料树脂基复合材料由于具有质轻、比强度和比模量高、耐疲劳和减震性好等优点，其应用部件已由次承力结构件日趋发展到主承力结构件，且应用面逐步扩大[1～5]。
碳纤维或玻璃纤维增强的环氧树脂基复合材料具有质轻、强度高、模量高、热线胀系数小、耐老化和耐腐蚀等优点，在绝缘电子产业、汽车工业、军械装备以及航空航天等领域得到广泛应用[6～8]。
环氧树脂基复合材料构件大多是由预浸料通过铺迭固化方式制备而成，主要分为湿法和干法制备[9，10]。
相比湿法成型而言，干法（热熔法）成型优点是可以精确控制预浸料树脂含量、胶膜质量也较优异，也可对树脂体系凝胶时间以及黏度进行随时监测等，且不采用有机溶剂，对人体及周边环境的危害小；同时，复合材料制品表面平整光滑、孔隙率低。
按照预浸料的固化温度，其工艺可分成低温、中温及高温固化[11，12]。
相比低温固化，中温固化具有快速固化、使用温度高和耐热性相对好等优点；相比高温固化，中温固化成型温度低，制件内应力小，尺寸稳定性更佳和冲击强度更高。
然而，目前用于中温固化的适用于干法制备预浸料的环氧树脂尚存脆性大、耐热性偏低等问题。
因此本文以双酚A型环氧树脂为基体，3， 3"-二乙基-4，4"-二氨基二苯甲烷（DEDDM）为固化剂，端羟基芳香族热塑性树脂为增韧剂，优化环氧树脂/固化剂/增韧剂配方体系和调控制备工艺参数，研制具有优异综合性能满足中温固化干法制备预浸料的环氧树脂体系，并以玻璃纤维为增强体制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料。
1 实验部分1.1 主要原料双酚A型环氧树脂（CYD-128），上海树脂有限公司；端羟基芳香族热塑性树脂，徐州工程塑料厂；二氨基二苯基甲烷（DDM），萨恩化学技术（上海）有限公司；3， 3"-二乙基-4， 4"-二氨基二苯甲烷（DEDDM），江阴惠丰合成材料有限公司。
1.2 试样制备1.2.1 环氧浇注体的制备取一定量环氧树脂，在一定温度下加入一定比例的增韧剂反应2 h，再将DDM或DEDDM加入到上述混合物中（胺值与环氧值等当量），搅拌均匀后倒入模具，再放入真空干燥箱中，抽真空30 min，按140 ℃/3 h工艺固化，冷却至室温开模。
航空用热压罐外固化预浸料复合材料的应用
航空用热压罐外固化预浸料复合材料的应用发布时间：2012-10-18 13:06:25目前，航空结构用复合材料主要采用预浸料和热压罐固化工艺制造。
尽管热压罐成型工艺制备的复合材料性能优异、质量稳定可靠，但其高昂的工艺成本一直被人诟病[1]，热压罐设备成本比相同容积的烘箱高10~100万英镑。
另外，高压固化增加了芯材塌陷和真空袋破裂的风险；零件尺寸受到热压罐尺寸的限制，不利于大型整体化零件的成型[2]。
因此，热压罐外固化（主要是指烘箱固化）预浸料成型技术应运而生。
热压罐外固化预浸料（Out-of-Autoclave Prepreg），也叫非热压罐固化预浸料（Non-Autoclave Prepreg 或V a c u u m - B a g - O n l y - C u r a b l e Prepregs），最早于20 世纪90 年代提出，此后欧洲和美国投入了大量精力用于研究热压罐外固化预浸料复合材料技术，一些支持项目如：欧洲的CASCADE（Civil Aircraft StructuralComposites Application, Development and Exploitation）、EFFICOMP（LowTemperature Cure Cost Effective C o m p o s i t e M a t e r i a l s f o r A i r c r a f t Structure using Out of Autoclave Processing）、ALCAS（Advanced Low Cost Aircraft Structure）、NGCW（Next Generation Composite Wing）和美国的LCS（Lightweight Composite Structures）[3-4]。
相对于传统的热压罐固化预浸料体系，热压罐外固化预浸料体系在烘箱内即可加热固化，大大节省了设备费用；而且采用烘箱固化时，固化工艺制度简单，只需要控制温度和真空度水平（一般热压罐外固化预浸料固化过程中都采用满真空）；烘箱的形状和尺寸更容易按零件大小要求定制，适合大型零件整体化成型。
复合材料的预浸料模压成型工艺设计
复合材料的预浸料模压成型工艺设计一、引言复合材料是由两种或两种以上的材料（通常是纤维增强材料和基础材料）按一定方式组合而成的材料。
预浸料是其中一种重要形式，其在制造过程中充分浸渍纤维增强材料，并由预先定量的树脂浸液制成。
预浸料模压成型是一种常用的制备复合材料制品的工艺方法，本文将对该工艺的设计进行探讨。
二、工艺流程1.准备工作：准备好纤维增强材料、预浸料浸液、模具等所需材料和设备。
2.纤维浸润：将纤维增强材料放入预浸液中，确保纤维完全浸润且浸膏均匀。
根据实际需要，可以进行多次纤维浸润以增加预浸料的质量。
3.预压：将浸润好的纤维堆积在模具中，并在适当的压力下进行预压，以除去多余的预浸胶，形成初步的形状。
4.加热固化：将预压好的纤维在模具中进行加热固化，根据预浸料的要求选择适当的温度和时间。
5.压制成型：在加热固化完成后，将模具放入压模机中进行模压成型，给予适当的压力和温度，使得预浸料完全固化。
6.修整和后处理：将成型的复合材料制品修整成所需形状，并进行必要的后处理，如表面抛光、涂漆等。
三、关键工艺参数1.预浸料浸液配方：根据不同的材料要求，确定合适的树脂类型和固化剂配比，以及一定的填料和助剂。
2.纤维浸润时间：根据纤维增强材料的吸液性和树脂浸润性能，确定合理的纤维浸润时间，以保证纤维完全浸润。
3.预压压力和时间：根据预浸料的性质和所需成型形状，确定合适的预压压力和时间，以确保预浸料形成初步的形状。
4.加热固化温度和时间：根据预浸料的要求和所选用的树脂体系，确定适当的加热固化温度和时间，以使预浸料完全固化。
5.模压温度和压力：根据树脂体系的固化特性和制品的形状要求，确定合适的模压温度和压力，以将纤维和树脂充分结合。
四、质量控制1.纤维浓度控制：通过纤维的质量取样和称重，测算纤维的重量比例，以控制纤维增强材料的质量。
2.树脂浓度控制：通过树脂浸润后的纤维重量和浸膏后的纤维重量对比，计算树脂浓度，以确保浸润均匀。
预浸料简介
如：孔隙对于动态的力学性能来说就是一个应力集中点，在反复载荷下 会成为一个疲劳源，对于静态力学性能来说，孔隙会造成材料内部疏松 并使力学性能下降。
孔隙对复合材料剪切性能的影响
研究表明，每含1%的孔隙率，复合材料的层间剪切性能下降5%至15%不 等，知道孔隙率达到4%时，这种规律基本保持不变。通过实验得出复合 材料孔隙率与层间剪切性能的关系，当孔隙率小于0.75%时，剪切强度都 在76MPa左右，孔隙率对剪切强度的影响不大，当孔隙率大于1.5%时， 剪切强度迅速下降，只有60%的保持率。当孔隙率较低时（尤其低于4% 时），剪切强度随孔隙率增大而下降的比较快，当孔隙率大于5%以后强 度损失已经过大，并随孔隙率的增大下降的比较缓慢或稳定。 孔隙率0%增大到1%时，强度下降约9%，当孔隙率增大到4%时，强度已经 下降32%。孔隙率在0%-4%，没增1%剪切强度平均下降约8%，基本成线性 关系。
预浸料简介
预浸料定义：
预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续 纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是 制造复合材料的中间材料。
预浸料的制备方法
预浸科的制备方法有干法和湿法2种。干法为生产过程中不 含溶剂，湿法为生产过程中含有溶剂（丙酮）。比较由干法 预浸料和湿法预浸料制成的复合材料，一般前者外观更好， 材料内树脂含量的控制精度更高一 。就目前航空用先进复合 材料而言，常表现出热熔法复合材料的湿热稳定性优于溶液 法复合材料：同在沸水中煮48h，前者的力学性能(如弯曲模 量与强度、层问剪切强度等)保持率，特别是高温力学性能保 持率，明显高于后者的。
湿法生产预浸料
优点：设备简单、操作方便、通用性大等特点；价格低廉。
缺点：树脂基体与增强纤维比例难以精确控制，树脂基体材料的均匀分 布于预浸料上也较难精确控制，挥发分的含量控制也较困难；预浸料当 中残留的溶剂在制作成复合材料时会形成孔隙，对复合材料的强度造成 影响；溶剂的挥发会对空气造成严重污染。 现状：国外除在实验室里还保留湿法制造预浸料设备外，工业界已钢钒 采用干法制造预浸料。
预浸料胶层
预浸料胶层
预浸料胶层（Prepreg）是一种在制造复合材料中常用的材料形式。
它是由纤维增强材料（如碳纤维、玻璃纤维等）与树脂基质（如环氧树脂、聚酰亚胺等）预先组合而成的。
预浸料胶层的制备通常包括以下步骤：
1. 纤维预处理：纤维增强材料通常需要经过预处理，包括去除杂质、表面处理和涂覆。
这些步骤旨在改善纤维与树脂基质的粘结性能。
2. 树脂浸润：将预处理后的纤维放置在树脂浸润设备中，通过浸润液体树脂，使纤维充分浸润和覆盖。
3. 树脂固化：浸润后的纤维与树脂基质的混合物在一定的温度和时间条件下进行固化。
这可以通过热固化（如烘箱或自动化固化设备）或光固化（使用紫外线辐射）来实现。
4. 切割和包装：固化后的预浸料胶层会被切割成所需的尺寸和形状，并进行适当的包装，以便后续的复合材料制造过程使用。
预浸料胶层具有许多优点，包括材料的一致性、易于操纵、提供良好的纤维浸润和粘结性能等。
它常用于航空航天、汽车、体育用品等领域的复合材料制造中，以提供高性能和轻质化的材料解决方案。
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为了制备连续纤维预浸料 , 可采用图 2 - 10 所示的碾压机 。设备主要由三个基本单元组成 : 预热段 、加压辊筒 、牵引辊 。在预热段用多级远 红外加热器 , 使树脂和纤维逐渐预热 , 加热 、加 压辊筒宽度 400mm , 辊间距 0～190mm , 最大
上述方法中 , 为了防止增强材料特别是树脂 在高温下发生氧化和分解 , 浸渍段往往还需要通 入惰性气体保护 。 2. 2. 5 纤维混杂法
纤维混杂法是将热塑性树脂纤维和增强纤维 以不同的方式混杂 , 再进行热处理制成预浸料 。 也可将混杂纤维或织物直接铺层 , 加温 、加压制 成复合材料 。该法的关键是制备热塑性树脂纤 维 。国外多个公司通过熔融纺丝制成热塑性树脂 纤维 。英国 ICI 公司和日本京都工艺纤维大学开 发 了 PEEK 纤 维 ; 美 国 Celaness 公 司 也 生 产 PEEK 复丝 ; 日本帝人公司开发了 PEI 纤维 , 并和三井东压化学公司共同开发 PEEK 纤维 ; 日本东丽公司和美国 Phil ips 公司均生产 PPS 纤 维 。主要性能见表 2 - 1 。
这种工艺可以使树脂均匀浸渍 , 但水和增稠 剂处理不当 , 会影响复合材料的性能 。 2. 2. 3 热压工艺
这种方法所用设备为热压机 , 是将定量树脂
图 2 - 8 制备预浸料的泥浆式艺
1 纱架 ; 2 蓖子 ; 3 , 4 , 5 , 6 导向辊 ; 7 聚合物泥浆浴 ; 8 导向机构 ; 10 加热模 ; 11 牵引 ; 12 收卷
( 未完待续)
9 干燥室 ;
第一期
张凤翻 :复合材料用预浸料
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粉末均匀地分布在热压板上 , 用增强纤维织物盖 上树脂 , 放第二块热压板 , 加热到树脂的加工温 度 , 使其熔融 , 慢慢施压 , 使树脂进入织物 。为 了改善浸渍 , 防止气泡形成 , 可以在真空下进行 浸渍过程 。要求提高效率 , 缩短预浸料的制造时 间 , 可采用图 2 - 9 所示的专用模具 , 一次可以 制造多片预浸料 。
工艺过程和溶液法类似 , 不同的是纤维束进 入树脂槽经过数组导辊 , 使纤维进一步分散和展 平 , 并同聚合物泥浆很好地接触 , 使树脂粉末进 入纤维束 。随后通过挤压辊挤掉多余的树脂 , 通 过加热炉 , 除去水或稀释剂 , 再将树脂和纤维加 热 , 使熔化并粘接在一起 , 详见图 2 - 8 。
压力 200 N/ cm 宽度 , 最高工作温度 370 ℃。 由于热塑性树脂熔融粘度大 , 在供料漏斗
内除保证足够的温度外 , 还安装有导向叶轮以 控制树脂的流动 。
为了防止工艺过程中预浸料弯曲或起皱 , 牵引辊的速度应略大于加压辊 。设备还备有脱 模机构 , 以防树脂粘附到辊筒上 。 2. 2. 4 热熔法
高性能热塑性树脂特别是 PEEK、PPS 一类 结晶型高分子 , 没有合适的低沸点溶剂可溶 , 不 便用溶液法制预浸料 。但也有一部分非结晶型树 脂如 PEI、PEK - C、PES 等可溶解在部分溶剂 中 , 不过常用的低沸点溶剂对其溶解度有限 , 用 低浓度的的浓液即便采取不同工艺措施也难以得 到树脂含量在 35 %左右的预浸料 , 为此 , 常用 混合剂 , 增大树脂的溶解度 , 随之提高预浸料的
热塑性树脂纤维和碳纤维的主要混杂方式见 图 2 - 13。
包括不同的编物 、缏子 、编织结构等 。 纤维混杂法制得的预浸料用于复杂外形构件 的制造时 , 具有柔性好 、易铺覆 、容易加工 、复 合材料构件加工再现性好 、质量稳定等优点 , 是 航空和宇航复合材料引人注意的预浸料形式 。
由于尚未建立超细熔融纺丝技术 , PEEK 纤 维的直径最小只能到 20μm , 难于和直 7μm 甚 至更细的粗束纤维充分混合 , 并在熔融后包覆每 一根增强纤维 , 从而给制备预浸料带来一定困 难 , 处理不当对复合材料性能也会造成一定影 响。
日本东邦人造丝公司和德国 BASF 公司合作 开发碳纤维同热塑性树脂纤维 PEEK 和 PPS 的 混杂纱 , 成功地将直径 7μm 的 3 K 碳纤维和直 径 20μm 、0. 5 K 的 PEEK 纤维均匀地混合成一 组纱 , 将其加热熔融 、碾压 、使碳纤维嵌入熔融 的 PEEK 基体中 , 冷却后成为预浸料 。基情况 如图 2 - 12 所示 。
第二十五卷 第一期 2000 年 2 月
高科技纤维与应用 Hi - Tech Fiber & Appl icat ion
Vol . 25 No. 1 Feb. 2000( 北京航空材料研究院 , 北京 100095)
( 续 2)
2. 2 热塑性树脂基体预浸料的制备
工程用高性能热塑性树脂如 PEEK、PEI、 PPS 等一般熔点较高 , 超过 300 ℃。熔融粘度 大 , 而且粘度随温度的变化很小 , 这就给热塑性 树脂基复合材料的成型工艺带来很大困难 , 制造 热固性树脂预浸料的常规方法通常不能用于制造 热塑性树脂预浸料 。于是 , 热塑性树脂基体预浸 料的制备就成为热塑性树脂基复合材料研究极为 重要的课题 。近 20 年来 , 国内 、外开展了大量 研究工作 , 采取了多种工艺方法 , 获得了不少成 果 , 常用的工艺方法如下 : 2. 1. 1 溶液浸渍法
图 2 - 11 热熔法制备预浸料示意图
1 纤维束 ; 2 集束器 ; 3 展平机构 ; 4 烘箱 ; 5 支承辊 ; 7 烘箱 ; 8 牵引辊 ; 9 收卷 ; 10 模腔
6 挤出机 ;
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高科技纤维与应用
第二十五卷
将增强材料从熔融树脂中连续通过 , 随后经辊 压 , 形成预浸料 。用改变增强材料的线速度 、调 节树脂的熔融粘度及改变模腔的形式控制预浸料 的树脂含量 。
树脂含量 , 满足对不同树脂含量预浸料的要求 。 该法可以使用热固性树脂溶液法预浸设备及
其工艺 , 但需增加熔融炉 , 使树脂熔融并粘附在 增强材料上 。 2. 2. 2 泥浆法
该法的关键是制备泥浆 。通常是将树脂粉末 悬浮于具有要求特性的液体介质中 , 后者多为含 增调剂聚环氧乙烷 、甲基乙基纤维素的水溶液 。 树脂粉末应尽可能的细 , 直径最好在 10μm 以下 并小于纤维直径 , 以便分布均匀并使纤维浸透 。 为提高树脂对纤维的浸透性 , 可加入润湿剂 , 烷 基芳基聚醚醇是有效的润湿剂 。
热塑性树脂热熔浸渍工艺可以多种形式进 行 , 方法之一类似于热固性树脂直接热熔浸渍 工艺 。将增强纤维连续通过树脂熔融浴中 , 用 刮刀或计量辊筒控制树脂含量 。也可将树脂涂 在离型纸上 , 制成规定厚度的胶膜 , 使树脂 、 纤维和离型纸形成夹心结构 , 经过加热 , 树脂 熔融 , 通过辊压将熔化的树脂转移到定向纤维 上 , 并使树脂基体充分浸透纤维 。俄罗斯采用 图 2 - 11 所示的热熔浸渍工艺 , 系将树脂从高 温挤出机挤到一个专用模腔 , 树脂呈流态 , 再