[发明专利]连续纤维增强热塑性树脂预浸带的制造方法及设备

说明书

本发明提供了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸带的制造方法及设备，主要解决现有技术对树脂形态(膜、粉末或粉末悬浮液)要求高、浸渍效果差、生产成本高等技术问题，通过采用连续纤维增强热塑性树脂预浸带的挤出模具，其特征在于包括口模(9)，所述口模(9)具有环状出口(18)和芯模(16)，所述芯模(16)中间有允许连续纤维束(2)通过的通孔(17)的技术方案，较好地解决了该问题，可用于连续纤维增强热塑性树脂预浸带低成本、批量化连续生产。

技术领域

本发明属于预浸料制造技术领域，特别涉及连续纤维增强热塑性树脂预浸带的制造方法及设备。

背景技术

按树脂基体的类型，纤维增强树脂基复合材料可分为两类：热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。热固性树脂基复合材料是目前的主流，但是由于一些固有的缺点，如韧性差、损伤容限低、成型周期长，难以回收等，其应用领域受到一定的限制。热塑性树脂基复合材料一直是人们关注的热点，具有韧性好、疲劳强度高、成型周期短、可室温长期储存、易回收等优点。连续纤维增强热塑性复合材料早期主要用于航天航空及军事应用，2003年开始大幅度增长，并逐步应用于汽车、运动器材、运输、工业及其它领域。据不完全统计，2014年全球连续纤维增强热塑性复合材料的产值超过18亿美元，并将保持20％左右的年均增长速度。

连续纤维增强热塑性复合材料面临的主要技术难题是如何提高高黏度树脂基体对连续纤维的浸渍效果。从已发表的论文和已公开的专利分析，连续纤维增强热塑性复合材料的浸渍工艺主要包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、原位聚合法等。其中，如果将熔融浸渍法进一步细分，可分为直接熔融浸渍法、覆膜法、粉末法、拉挤法、热塑性纤维混编法等。尽管浸渍方法很多，但每种方法都有各自的优缺点。

溶液浸渍法工艺简便，设备简单，但溶剂回收困难、能耗大，很难用于连续化的批量生产中。

熔融浸渍法是将热塑性树脂加热熔融后浸渍连续纤维，是目前研究最多的浸渍工艺。由于热塑性树脂熔化后的黏度很高(通常超过100Pa.s)，很难将纤维完全浸润。覆膜法、粉末浸渍法、拉挤法、热塑性纤维混编法等都是针对这一问题提出的具体解决方案。其中，覆膜法、粉末法和拉挤法是目前相对成熟的浸渍工艺。相对而言，覆膜法和粉末法要求热塑性树脂可加工成树脂膜或树脂粉末，对树脂的形态要求较高，因而相应的生产成本也更高，其应用领域受到一定限制。而拉挤法对树脂形态没有具体要求，只要能满足挤出工艺就行，因而具有普适性，生产成本也最低，其缺点是树脂含量难以精确控制。热塑性纤维混编法是针对浸渍问题提出新工艺，与覆膜法、粉末法一样，它对树脂的形态也有特殊要求，必须制成纤维状，这无疑将增加制造成本。

原位聚合法是最具想象空间的一种新型浸渍方法，纤维浸渍与树脂聚合在线完成。但原位聚合的工艺条件需要严格控制，否则很难得到质量均一的复合材料。另外，一些通用塑料如PE、PP等几乎不可能通过原位聚合的方式实现纤维浸渍。而PET、PBT、PA等工程塑料的缩聚反应一般需要几个小时，采用原位聚合进行纤维浸渍将极大地影响生产效率。

杰士杰新材料股份有限公司专利CN200810201216.9、CN200910048973.1、CN201310613752.0披露了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸带的制备方法，该方法采用交错的双挤出模头挤出淋膜，连续纤维的两侧分别于双挤出模头接触，进行熔融浸渍。

东华大学专利CN201410197798.3、CN201410198628.7披露一种改进型粉末浸渍法用于连续纤维增强热塑性树脂预浸带的制备，该发明在粉末喷洒装置的前面设置了开纤装置，可以将连续纤维展宽至原来的1～3倍，从而改善了热塑性树脂对连续纤维的浸渍效果。

北京航空材料研究院专利CN200310101850.2采用“淤浆法”制备了连续纤维增强热塑性复合材料。该以可溶性热塑性为载体、以不溶性热塑性粒子为分散粒子，配制成稳定粉体悬浮液，连续纤维经该悬浮液浸渍后经过湿法缠绕成型制成热塑性预浸料。