[发明专利]一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属预浸带制备技术领域，涉及一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，特别是涉及一种开纤且喷洒热塑性树脂粉体的连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺

背景技术

连续碳纤维增强热塑性预浸带具有高拉伸强度、高弯曲强度、高冲击强度、高韧性、高抗疲劳性、抗老化、抗腐蚀、较强的可设计性及可加工性、成型周期短、对环境友好等优异特性。正是由于连续碳纤维增强热塑性预浸带具有上述优异的特性，被越来越多的应用到轻质交通轨道，航空航天等领域。同时，随着RTM成型，热压罐成型等成型工艺的逐渐成熟，连续碳纤维增强热塑性预浸带作为复合材料的中间体也开始受到越来越多的关注。因此，近年来连续碳纤维增强热塑性预浸带在开发以及应用上得到了快速的发展，这也促使其相应制造技术不断优化。

目前连续碳纤维增强热塑性预浸带的制备工艺主要分为熔融浸渍法，溶液浸渍法以及粉末浸渍法。由于大多数热塑性树脂较难溶解，加上溶剂挥发引入气泡会对复合材料制品产生一定力学性能方面的问题，同时所选用的溶剂大多具有一定的毒性，会造成一定的环境污染。因此，目前制备碳纤维增强热塑性预浸带不可避免的要使用工艺复杂的熔融浸渍法和粉末浸渍法等。CN103158209专利使用了熔融浸渍法，通过用浸渍辊使碳纤维浸渍熔融的热塑性树脂，再经过树脂调节辊调节树脂含量来添加热塑性树脂，但是由于热塑性树脂粘度较大较难使碳纤维充分浸润树脂，因此所制备得到的连续碳纤维增强热塑性预浸带仍有一定的孔隙率。CN102417600A专利将难溶热塑性粉末状树脂添加到聚醚砜溶液中制得悬浊液通过热压成型得到产品，但是本方法所需用的溶剂多为有毒的有机溶剂，同时上粉量很难得到有效的控制，并且有机溶剂沸点较高在挥发过程中也会在连续碳纤维增强热塑性预浸带中产生一定的气泡，导致孔隙率的增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，克服以上熔融浸渍制备法中所存在的由于热塑性树脂粘度较大所带来的浸润性问题以及悬浊液制备法中由于溶剂引入所带来的问题。

本发明的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，主要包括导纱、添加树脂、热压成型以及收卷工序，所述的功能化碳纤维主要指经过表面处理后的碳纤维；所述的导纱和所述的添加树脂之间增加了碳纤维的开纤工序；或者在所述的导纱之后增加开纤工序，开纤时添加树脂；所述的添加树脂是指将热塑性树脂粉体悬浊液喷洒到已开纤的碳纤维上。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述的功能化碳纤维是指已经过电化学表面处理、电聚合、电沉积、化学接枝聚合物、化学接枝无机物、光表面接枝、等离子体接枝、辐射接枝、化学气相沉积、聚合物涂层、晶须生长、上亲水性浆料、表面刻蚀或者磁控溅射的表面处理的碳纤维。所述的功能化碳纤维表面能为50-120mJ/m²，与水的接触角为10-50°。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述的开纤选用空气开纤、超声波开纤、罗拉开纤或静电开纤；开纤后功能化碳纤维宽度比开纤前增加了1-3倍。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述的热塑性树脂粉体悬浊液由热塑性树脂粉体、表面活性剂和水组成，其中热塑性树脂粉末质量百分比浓度为悬浊液的3％-30％，表面活性剂浓度质量百分比浓度为悬浊液的0.3％-6％。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述的热塑性树脂粉体选用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚酰胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚砜或液晶聚合物的一种或多种；粉体直径为10μm—500μm。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述的表面活性剂选用聚氨酯、聚硅氧烷、聚脲、聚醚、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述喷洒的方式选用喷淋或喷雾。

如上所述的一种连续功能化碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的制备工艺，所述喷洒的液滴直径控制在100μm—1mm，所采用的喷头距离碳纤维高度为20cm-60cm。