[发明专利]一种预分散和表面处理的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型一体化装置及其成型方法

说明书

本发明涉及一种预分散和表面处理的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型一体化装置及其制备方法，包括连续纤维预分散单元、连续纤维表面处理单元、连续纤维收集单元、连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带复合材料制备单元和制品收集单。所述连续纤维增强热塑性浸渍条带成型方法，包括纤维预分散、纤维表面预处理、熔融浸渍、上光冷却、收取等步骤。本发明结构简单，操作方便，纤维预分散和表面预处理效果好，浸渍过程中树脂熔体容易浸入纤维，预浸带的浸润效果良好，力学性能得到了很大改善。

技术领域

本发明涉及一种预分散和表面处理的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型一体化装置及其成型方法，属于连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备和改性技术领域。

背景技术

连续纤维增强热塑性复合材料是一种以连续纤维为增强体、以热塑性树脂为基体且连续纤维沿流动方向单向分布的新型复合材料，该种复合材料需要通过特殊的成型制备工艺制造。

连续纤维增强热塑性复合材料由于纤维是连续的，其力学性能远高于长纤维和短纤维增强热塑性复合材料，且具有优异的尺寸稳定性、抗疲劳性、耐蠕变性和较高的使用温度。最初的连续纤维增强热塑性复合材料主要用于军事和航天航空等尖端科技领域，基体采用聚醚醚酮、聚酰亚胺等特种工程塑料；纤维采用芳纶纤维、凯夫拉纤维等高性能纤维等。近年来，随着技术的成熟和改进，市场应用范围扩展到了汽车、体育、机械、运输及其他众多领域，基体采用了相对便宜的尼龙、聚乙烯、聚丙烯等通用塑料，纤维则采用玻璃纤维、碳纤维等常见纤维。

连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带是采用特殊工艺，用热塑性树脂熔体充分浸渍连续纤维制成的带状半成品或制品复合材料。该种材料的力学性能与增强纤维的种类与含量、纤维在树脂内的分散状况、树脂基体本身的性能、纤维与树脂基体界面结合状况都有直接关系。

连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带制备成型的关键技术在于纤维在树脂中的均匀分散和充分浸渍问题、以及减小纤维在浸渍过程中的断裂问题。目前已有相关的浸渍设备和浸渍专利发表。专利CN104441323A公开了一种连续纤维增强热塑性浸渍带成型装置及方法，该装置纤维需要经过预热分散单元、预热张紧单元和浸渍单元等诸多辊轴。专利CN101474868A公开了一种三辊浸渍装置制备连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带。专利CN102950780A采用双向火焰喷涂粉状树脂与纤维共热达到浸渍效果，该方法操作比较复杂，树脂粉末喷涂极易造成树脂分布不均，且共热过程中容易对纤维造成损伤，造成纤维本身强度的下降。综上所述，现有技术存在以下问题：

(1)如何平衡纤维浸渍过程中充分浸渍和减小纤维断裂是个难题：为了使浸渍效果提升，采用可以提供较大张力的浸渍辊结构，会造成纤维浸渍过程中的断裂增加，影响制品力学性能，甚至会造成断裂纤维在模口处的累积阻塞浸渍通道从而造成断纱影响生产；而为了减小纤维的断裂现象，采用缩短浸渍腔体长度，减小浸渍辊轴数目的方法，虽然可以避免纤维断裂程度的增大，但浸渍效果相应的会大幅降低，造成复合材料性能不佳。

(2)对连续纤维进行表面处理提高其与基体间的界面结合的工作很少。

(3)采用的工艺步骤繁琐，而实际的浸渍效果提升不大，实际生产的难度较大，效率偏低。

发明内容

根据以上所提及的现有技术的不足，本发明的目的是：设计一种可以调节浸渍辊轴数目、直径和位置的浸渍辊架结构，以提供适当的张力，使连续纤维与热塑性树脂达到良好浸渍效果的同时，连续纤维的断裂现象不显著。

本发明的另一目的在于：提供一种连续纤维预分散表面处理装置，改性连续纤维由亲水性变为亲油性，提高连续纤维和热塑性树脂的界面结合性能，从而提高浸渍条带复合材料的力学性能。

本发明的另一目的在于：提供一种连续纤维增强热塑性树脂基浸渍条带成型装置，结构简单，操作方面，易于实现连续生产。