连续纤维增强热塑性树脂基复合材料
长纤维增强热塑性复合材料(LFT)
长纤维增强热塑性复合材料（LFT）
长纤维增强热塑性复合材料(LFT)是纤维增强聚合物领域的一种新型高级轻量化材料。
以热塑性树脂为基体，以长纤维(主要为玻璃纤维和碳纤维，10-25mm)为纤维增强材料的热塑性复合材料，具有质量轻、强度高、抗冲击热性强、耐腐蚀、成型加工性能优、可设计与重复回收利用、绿色环保等性能，并具有高的性价比和较低的密度，在汽车轻量化应用中展示了较好前景。
LFT的机械特性与增强纤维的长度有着密切的关系。
与相类似的短纤维(纤维长度约小于1mm)增强注塑成型热塑性复合材料相比，LFT材料在强度、抗撞击性能、能量的吸收率等方面都得到了很大提高。
这些特性也为LFT在要求更为严格的汽车内外部的结构件和半结构件上的应用创造了条件，成为受汽车行业青睐的主要原因之一。
”
具体来说，这一材料主要用于汽车仪表板骨架、前端模块(水箱支架)、天窗支架、蓄电池支架、门板支架、引擎盖、换挡器、油门踏板等。
而以仪表板支架为例，其可满足高流动性、高刚度、低蠕变、安全性、尺寸稳定性、轻量化等方面的要求。
氰酸脂树脂的性质及其应用
氰酸酯树脂的性质及其应用摘要：介绍了氰酸酯树脂的性能、反应特性，重点综述了氰酸酯树脂基复合材料在机舱潜艇防火结构及卫星结构和空间光学系统结构等方面的应用情况及发展前景。
关键词：氰酸酯树脂性质应用树脂基复合材料也称纤维增强塑料，是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。
这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。
以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国不科学地俗称为玻璃钢。
自20世纪70年代后相继开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料(AdvaJlced Complosite Materi．als，简称AcM)。
这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。
如美国全部用碳纤维复合材料制成了8座商用飞机——里尔芳2100号；哥伦比亚号航天飞机用碳纤维／环氧树脂制作长18．2 m、宽4．6 m的主货舱门，用凯芙拉纤维／环氧树脂制造各种压力容器；用先进复合材料作为主承力结构制造了可载80人的波音一767大型客运飞机，不仅减轻了重量，还提高了飞机的各种飞行性能。
复合材料在这几个飞行器上的成功应用，表明了复合材料的良好性能和技术的成熟这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。
氰酸酯树脂是20世纪80年代开发出来的一类高性能树脂。
由于其具有优良的耐湿热性及介电性能，已被视为最有发展前途的新一代雷达天线罩用夹层复合材料的面板树脂材料。
研究表明，氰酸酯树脂的收缩率较低，介电损耗角正切值很低，仅为0．002～o．008，介电常数为2．8～3．2，具有优良的黏结性和良氰酸酯树脂面板夹层结构复合材料、面板及芯材的吸湿特性进行了研究，并且对其湿热处理前后面板、芯材及整体夹层材料的介电性能变化进行了研究，初步分析了其产生优良介电性能与耐湿热性的原因。
树脂基复合材料
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Thermoplastic Resin composites molding
注塑成型 注塑成型是树脂基复合材料生产中的——种重要成型方法材料，它适用 于热塑性和热固性树脂基复合材料，但以热塑性树脂基复合材料应用为 广。 注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机 筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度较低的闭合 模内，经过冷却定型后，脱模得制品。 特点：成型周期短，热耗量少，闭模成型，可使形状复杂的产品一次成型 ，生产效率高、本钱低。但是它不适于长纤维增强的产品，模具质量要求高 。
〔4〕纤维混合。热塑性聚合物纺成多根长丝纤维，使得 开发增强纤维和热塑性聚合物长丝混合形成特有预浸料成 为可能。根据纤维混合方式的不同，该种方法又可分为共
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Thermoplastic Resin composites molding
〔A〕共混纤维：连续增强纤维和热塑性聚合物纤维(长丝或短纤维)通过 特有的纺纱技术形成连续增强纤维／热塑性聚合物纤维混合纱。混合纱 可以机织、针织、编织加工，形成机织物、针织物和编织物预浸料。也 可进展单向缠绕加工单向复合材料板。混合纱的混合程度越好，在成型 加工中熔融基体的浸渍性越好。理想的混合纱是每根增强纤维与热塑性 聚合物纤维相邻，但由于两种纤维直径、刚度等方面存在着差异，在实 际中不可能到达这种理想纱线构造。
纤维和树脂无规混合。
长纤维粒料生产的制品力学性能较高，短纤维粒料那么用于 生产形状复杂的薄壁制品。
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Thermoplastic Resin composites molding
优点：能加工绝大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料时 ，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握及产品质量稳定 等。
树脂基复合材料的发展史
树脂基复合材料的发展史树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。
这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。
以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。
树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。
从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。
第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。
1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。
1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。
1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。
60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。
在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。
1961年片状模塑料（Sheet Molding Compound, 简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。
1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。
拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期实现了连续化生产，在70年代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。
除圆棒状制品外，还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】拉挤成型作为一种连续生产固定截面的热塑性复合材料成型工艺,具有原材料利用率高、生产效率高、废品率低、产品复制性强、可设计等优点,已在轻量化汽车、建筑建材、风电叶片等领域内广泛应用。
热塑性树脂基体存在室温下呈固态、熔融状态下流动性差的问题,导致纤维浸渍困难,成为此类成型工艺发展的瓶颈,因此改进拉挤成型工艺的关键集中在纤维浸渍技术上。
本文综述了纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的研究进展,并根据浸渍方式的不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺,介绍了每种成型工艺的浸渍特点、制备流程以及工艺优化方案,阐述了拉挤成型工艺中不同的纤维浸渍方式对制件质量的影响规律,最后对拉挤成型工艺现存的问题进行了讨论,展望了未来纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的发展趋势,为今后拉挤成型工艺的深入研究和开拓创新提供参考。
【总页数】9页(P220-228)
【作者】赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院;山东理工大学机械工程学院;山东理工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状
2.拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能研究
3.拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能与应用研究
4.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺研究进展
5.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展
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纤维增强热塑性树脂基复合材料的加工方法
自上 世纪 ８ 代 以来 ， Ｏ年 以通 用 工 程 塑料 和 高 性
能工程塑料为基体树脂的热塑性树脂基复合材料越 来越受到人们 的关 注 ， 已成 为复合材料领域 异常 并
活跃 的研 究 开 发热 点 。与热 固性 树 脂 基 复合 材 料 相
体浸渍 纤 维 的流 动 距离 ， 常用 的是 预 混 法 （ ｒ ｉ Ｐｅ ｘ ｍ
Ｔｃｎ ｕ ）它是 将 树 脂 以不 同 的 固体 形式 （ 末 、 ｅｈｉ ｅ ， ｑ 粉 纤
维或纤维集合体 ） 均匀地分布在增强纤维 （ 或纤维集 体 ） 中获 得 预 混 料 的方 法Ｅ 。在 预 混 料 中 ， 脂 基 之 ｓ Ｊ 树
体 尚未真 正浸 渍增 强纤维 ， 因此 预混 料 具有 良好 的悬 垂性 ； 并且 由于树脂 在熔融 浸渍 前 已较 均 匀地 分 布在
树脂基 复合材料在很大程度上弥补了热 固性树脂基
复合材料所 固有 的缺点 ， 如断裂韧性 、 损伤容 限低 ， 环 境适 应 性 差 ， 工 周 期 长 ， 以 回收 等 ＬＪ为 树 脂 加 难 ｌ，
基 复 合 材料 的发 展 开辟 了广 阔 的空 间 。 然而 ， 由于热 塑 性树 脂 的熔 融 粘度 （ 常 为 ５０ 通 ０
关 键 词 ： 纤 维增 强 热 塑 性 复 合 材 料 混 纤 纱
１ 前
言 Βιβλιοθήκη 环境 污 染 ； 果溶 剂 消 除不 完 全 ， 复合 材 料 中会 形 如 在 成气 泡 和孔 隙 ， 响制 品性 能 ； 方 法 加工 的复合 材 影 该 料， 在使 用 的过程 中其 耐 溶 剂性 必 然会 受 到 影 响 ； 一 些热 塑性树 脂 很 难 找 到合 适 的溶 剂 。② 减 小 树 脂基
FRP材料简介
FRP 材料的特点纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)也称纤维增强塑料，是由短切纤维或者连续纤维及其织物与热固性或热塑性基体经过一定的工艺复合而成的一种新型材料。
利用先进的成型工艺，纤维增强复合材料可以整体成型做成各种复杂的形状，整体性较强，减少了装配的成本。
与钢材以及合金等金属材料相比，复合材料能够同时达到轻质、高强、刚度高等特点，近年来表明，先进复合材料在飞机制造业的应用迅速扩大。
复合材料及其发展由两种或两种以上不同物质经材料设计、人工组合而得到的具有新的优越性能的多相固体材料。
按此定义，通常可将结构用复合材料（Composite materials）的基本组分划分为基体材料（Matrix）和增强材料（Reinforcement）。
其中基体材料大都为连续相，主要起粘结或连接的作用；增强材料多为分散相，主要用来承受载荷，亦称增强体。
复合材料常见的分类方法有：按材料的作用，可分为主要使用其力学性能的结构复合材料和主要发挥其功能特性的功能复合材料；按基体材料，可分为树脂基、金属基、陶瓷基复合材料等；按增强体的种类和形态，可分为长纤维增强复合材料、短纤维或晶须增强复合材料、颗粒增强复合材料、层状增强复合材料及填充骨架型复合材料等。
目前研究最多、应用前景最广的是上世纪60 年代以来发展起来的所谓先进复合材料，包括以高强碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、陶瓷颗粒等高性能增强体增强的耐高温高聚物或金属、增韧的陶瓷，以及功能复合材料。
复合材料最显著的特性，是其性能（主要指力学性能、物理性能和工艺性能）在一定范围内具有可设计性，同时还具有材料与结构同一性、发挥复合效应优越性及性能对工艺依赖性等特点。
与传统材料相比，复合材料在性能上具有优势，比如比强度、比模量大，耐疲劳性能好，阻尼减震性好，破损安全性高等。
因此，复合材料已成为材料研究领域的热点，并已在航空、航天、能源、电子、海洋、汽车，乃至生物工程等方面得到了广泛应用。
“纤维增强热塑性复合材料”获国家专利
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通过粘合或螺栓 固定 在车身上 的。构件结构设计 中包括 两
条长约 ２ｍ 的增强管材 ， 这样该结 构件还可 以对汽车尾部 结 构起到加固的作用 。在这个制件 中，Ａ Ｐ ６是主要 的整体性硬 度提供 者 ， 常温下它 的张力模量大 约在 １ Ｐ （ ９Ｇ ａ 调节后可 以
达 到 ｌ Ｐ ） 强 度是 采 用 ３ ％ 的 玻璃 纤 维 强 化 后 形 成 的标 ３Ｇ ａ ， ０
热塑性复合材料
热塑性复合材料
热塑性复合材料是一种由连续纤维增强材料和热塑性树脂组成的复合材料。
在
这种材料中，连续纤维通常是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，而热塑性树脂可以是聚丙烯、聚酰胺或聚酯等。
热塑性复合材料因其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能而得到广泛应用。
首先，热塑性复合材料的优异力学性能是其最大的特点之一。
由于连续纤维的
加入，使得复合材料具有很高的强度和刚度，能够承受较大的载荷。
同时，热塑性树脂的良好粘合性能也能有效地传递载荷，提高材料的整体性能。
这使得热塑性复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。
其次，热塑性复合材料具有良好的耐高温性能。
热塑性树脂在高温下依然能够
保持较好的力学性能，不会出现软化或熔化的情况。
这使得热塑性复合材料能够在高温环境下长期稳定地工作，满足特殊工况下的使用需求。
因此，热塑性复合材料在航空航天领域的发展中扮演着重要的角色。
另外，热塑性复合材料还具有良好的成型加工性能。
由于热塑性树脂的特性，
热塑性复合材料可以通过热压成型、注塑成型等工艺进行成型加工，制作出各种复杂的结构件。
这种灵活的加工性能使得热塑性复合材料在制造领域得到了广泛的应用，为产品的设计和制造提供了更多的可能性。
总的来说，热塑性复合材料以其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，相信热塑性复合材料将会有更广阔的发展前景，为各个领域的发展提供更多的支持和保障。
连续纤维增强热塑性树脂基复合材料自动铺放技术研究进展
酮预浸带的商品名 [18]。AS4/APC–2 被 广 泛 使 用，而 其 他 APC–2 版 本 的 研 究 较 少，如 IM6/APC–2[30–31] 和 IM7/APC–2[32–33]，这 些 带 / 丝 束 的 宽 度 较 窄，为 6.35mm。 此 外，由 TenCate 公 司 制 备 的 AS4/PEEK 带 也得到了应用 。 [34] 目前，有关自动 铺放的大量工作涉及碳纤维 / 聚醚 醚酮预浸带。
目光转向了自动化技术，例如自动 还能对丝束进行切割，以适应制造边
铺 带（Automated tape laying, ATL） 界的变化，能够保证复杂结构的加工 技 术 和 自 动 铺 丝（Automated fiber 要求 。 [9–11] 由此 AFP 机器可生产不
placement, AFP）技术。
材料体系 研究内容
主要结论
热气体温度对热塑性复合材料的热场和热流密度有重要影 响，此外，较小的热气体温度有利于获得均匀的热场；热 梯度随着热压温度的升高而增大，影响热塑性复合材料的 最终力学性能
模拟计算
建立了在自动铺放过程中加热模具和热塑性预浸料带的非 平稳过程，模具的温度会影响预浸料的温度，从而影响基
为满足航空航天、军工产业对先 进结构材料日益增长的需要，连续纤 维增强热塑性树脂基复合材料得到 了研究者和工业界的广泛关注。其 优势包括 ： [23–26]
（1）刚而韧的线性高分子链赋予 其优异的抗冲击性能和抗损伤性能。
（2）使用温度区间从 -40℃到熔 点以下 50℃左右。
（3）复 合 材 料 制 备 过 程 仅 发 生 物理反应，成型周期短。
工艺优化
对碳纤维复合材料的光学特性、层间接触热阻、LATP 过程 中的光学模型和温度场模型进行研究
连续玻璃纤维增强热塑性复合材料工艺及力学性能的研究
摘要: 选择三种国产高性能热塑性树脂, 聚醚砜、酞侧基聚 醚砜、酞侧 基聚醚 酮和高强 玻璃纤 维粗纱, 采 用连续
预浸渍技术和高温、高压成型工艺, 确定出合理的工艺参数, 分别制 备了树脂 基体试 件和单 向板试件, 并 对其进
行了相关力学性能试验研究。通过扫描电镜对单向板试件断口进行了分析。
关键词: 连续纤维; 热塑性复合材料; 工艺参数; 力学性能
中图分类号: T U 599
文献标识码: A
文章编号: 1005- 5053( 2001) 02- 0044- 04
连续纤维增强热塑性复合材料具有优良的耐
药品、耐辐射和电气性能, 生产周期短、生产效率 高, 可重复或二次成型[ 1] , 克 服了热固性复合材 料韧性差[ 2] , 断裂延伸率低, 易发生早期应力开 裂的缺点; 也弥补了短纤维和中长纤维增强热塑 性复合材料承载力不高的缺陷, 可应用于使用环 境较为苛刻[ 3] , 承载能力要求较高的场合。本文 研究了三种国产高性能热塑性树脂基体和单向板
F lexur al str ength / M Pa
F lexural m od ulus
/ GPa
84
2. 8
92
3. 1
89
3. 2
94
3. 3
10 3
3. 5
1 16
3. 8
89
4. 1
1 10
4. 5
Ductility at failure/ %
3. 40 2. 98 3. 30 1. 98
现。依据本文在研究过程中所积累的经验和失败 的教训, 概括出热压成型工艺的主要工艺参数( 表 3) 。
试件制备的工艺参数控制如图 1 所示。
表 3 三种热塑性复合材料的成型工艺参数 T able 3 T he molding par ameters of thr ee ther moplastic composites
连续纤维增强热塑性复合材料
连续纤维增强热塑性复合材料连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）是一种新型的高性能复合材料，由热塑性树脂基体和连续纤维增强材料组成。
它具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐热、耐磨、抗冲击等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域有着广泛的应用前景。
首先，连续纤维增强热塑性复合材料的制备工艺是关键。
制备工艺包括预浸料制备、层叠成型、热压成型等步骤。
预浸料制备是将纤维材料浸渍于热塑性树脂中，使其充分浸透，然后进行层叠成型，即将预浸料层叠在一起，形成所需的厚度和形状。
最后，通过热压成型，将层叠好的预浸料在一定的温度和压力下进行成型，使其固化成为连续纤维增强热塑性复合材料。
其次，CFRTP的性能主要取决于纤维增强材料的类型和树脂基体的性能。
常见的纤维增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，它们各自具有不同的特点和适用范围。
而树脂基体的选择也至关重要，不同的树脂基体具有不同的耐热性、耐化学腐蚀性、加工性等特点，对最终复合材料的性能有着直接的影响。
此外，CFRTP的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，CFRTP可以用于制造飞机机身、机翼、航天器外壳等部件，由于其重量轻、强度高的特点，可以大幅减轻飞机的自重，提高飞行性能。
在汽车领域，CFRTP可以用于制造汽车车身、底盘等部件，能够提高汽车的燃油经济性和安全性。
在建筑领域，CFRTP可以用于制造高强度、耐久性好的建筑材料，提高建筑物的抗震性和使用寿命。
总的来说，连续纤维增强热塑性复合材料具有广阔的发展前景和应用前景，但是在实际应用中仍然存在一些挑战，如成本较高、大规模生产难度大等。
因此，需要在材料制备工艺、材料性能改进、成本降低等方面进行进一步的研究和探索，以推动连续纤维增强热塑性复合材料的广泛应用和推广。
(整理)热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展
热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展自上世纪8 0 年代中期始，人们对采用拉挤工艺制造连续纤维增强热塑性塑料复合材料（FRTP）产生了极大兴趣。
这是因为采用热塑性复合材料可避免热固性复合材料固有的环境友好性差、加工周期长和难以回收等不足，并且可具有更好的综合性能，如：较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力、损伤容限高、可补塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型时无需固化反应、成型速度快及可以重复利用等特点[1]。
尽管热塑性塑料拉挤成型具有上述优点，但迄今仍未获得普遍的商业应用。
原因在于这种工艺受到以下缺点的制约：如熔体黏度高、成型温度高、基体在室温下呈固态，需要精确控制冷却和熔体冷却时收缩率大，产品质量波动大等。
为了使热塑性材料的拉挤成型应用获得更广泛的应用，重要的任务是开发最合适的加工工艺、降低成本和提高质量。
由于拉挤工艺本身是一种能够经济的连续生产复合材料的典型制造工艺，并且可以实现自动化连续生产及制品的用途广泛，所以该工艺在工业发达国家已受到普遍重视，发展速度很快。
如美国专利（专利号：US5091036）以及Dr.Scott Taylor 对热塑性复合材料的研究成果的发表[ 2 ] ，给热塑性复合材料拉挤成型的工业应用带来突破性的推进。
概括而言，从热固性基体拉挤成型转变到热塑性基体拉挤成型所遇到的关键问题主要包括：基体在室温下呈固态、在熔融温度下流动性差（黏度高）和熔体冷却时收缩率大等特点，目前，实施热塑性树脂基复合材料的拉挤成型典型研究成果及其进展可概括如下。
1 生产工艺方面由于热塑性树脂融体的黏度大，浸渍困难，因而改进研究工作的关键点集中在浸渍技术方面，而不同拉挤工艺的根本区别也就在浸渍方法和浸渍工艺的差异上。
通常，根据浸渍技术可把热塑性复合材料拉挤工艺分为非反应型拉挤工艺和反应拉挤工艺两大类。
从目前应用情况来看，非反应型工艺占主体，应用较为广泛，相对来讲也比较成熟[ 3 ] 。
热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法与制作流程
本技术公开了一种热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，包括步骤：(1)将热塑性连续纤维预浸带进行铺层、模压得到有机复合板；(2)将步骤(1)得到的有机复合板进行二维裁切得到2D有机板；(3)将步骤(2)得到的2D有机板加热软化后移入成型模具中；(4)合模并进行微发泡注塑成型，冷却后开模即得热塑性连续纤维增强复合材料制件。
本技术利用热塑性连续纤维复合材料与微发泡注塑材料结合，经模压注塑一体成型，从材料、模具、成型工艺三个方面协同，制备的复合材料制品，表面平滑均匀，无缩印、低翘曲适合后期喷漆涂装。
产品刚性高，而且质量轻，适合电视、电脑外壳以及汽配轻量化外观件的制备。
权利要求书1.一种热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，包括步骤：(1)将热塑性连续纤维预浸带进行铺层、模压得到有机复合板；(2)将步骤(1)得到的有机复合板进行二维裁切得到2D有机板；(3)将步骤(2)得到的2D有机板加热软化后移入成型模具中；(4)合模并进行微发泡注塑成型，冷却后开模即得所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件。
2.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性连续纤维预浸带为单向预浸带，所述铺层为交叉铺层，具体方式为(0/45/-45/0)s。
3.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性连续纤维预浸带的厚度为0.1～0.35mm；所述有机复合板的厚度为0.5～3mm。
4.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性连续纤维预浸带为PP基玻璃纤维增强预浸带和/或PA6基碳纤维预浸带。
5.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(3)中，采用红外烘箱加热软化2D有机板，所述红外烘箱内温差不超过10℃，所述2D有机板由可从中间对开回抽的金属网格托盘支撑。
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连续纤维增强热塑性树脂基复合材料摘要:热塑性树脂基复合材料近年来发展较快,而连续纤维增强热塑性树脂的复合材料的优点更为突出,比较几种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的加工方法,其中用摩擦纺包芯纱加工的方法是一种很好的方法,并讨论了这种方法的特性。
关键词:热塑性树脂基复合材料;加工方法;摩擦纺包芯纱1.概述自50年代热塑性树脂基材料问世以后,几十年树脂基复合材料一直以热固性树脂基材料为主流发展着。
热固性树脂基复合材料存在一些固有的缺点,如断裂韧性、损伤容限比较低;吸湿、环境适应性不佳;周期长;难以回收等,这些均使它的发展受到一定影响。
自1956年美国Fiberfil公司首先工业化生产玻璃纤维增强尼龙以来,通过60年代进一步的研究和推广应用,热塑性树脂基复合材料从70年代开始,其产量即直线上升[1]。
进入90年代,随着科学技术的迅猛发展,以通用工程塑料和高性能工程塑料为基体树脂的热塑性复合材料越来越受到人们的关注,并已成为复合材料异常活跃的研究开发热点。
近些年来,国外的热塑性树脂基复合材料发展速度非常快,已大大超过热固体性树脂基复合材料的发展速度。
以美国为例,1994—1998年间,热固性树脂基复合材料年平均增长速度为5.48%,而热塑性树脂基复合材料则为23.15%E。
据资料介绍,国外玻璃纤维增强树脂基复合材料中有1/3为增强热塑性树脂复合材料[2]。
在国内,通过60年代前期的摸索研究,自1969年开始,玻璃纤维增强尼龙首先投入生产,随即聚苯乙烯、氯化聚醚、聚碳酸酯、聚氯乙稀、饱和聚酯、聚砜等等增强复合材料相继研制成功并投人生产。
由于玻璃纤维的配合和反展,我国的热塑性树脂基复合材料无论从品种、性能、产量方面,都显示了赶超世界先进水平的趋势。
热塑性树脂复合材料之所以得到长足的发展,主要是由于它克服了热固性树脂基复合材料存在的一些缺点,并具有以下优点:热塑性树脂的线型分子结构使其韧性提高,是热固性树脂的10倍以上;吸湿性小;由于热塑性树脂在浸渍前聚合反应已经完成,因此在成型加工中纯粹是物理过程,无化学反应,所以成型速度快,并且可以多次重复加工及修补;其预浸料稳定,无贮存期限制,存放也无特殊要求;可回收再加工,无环境污染问题;另外还有维修方便,有类似于金属的加工特性,以及成本低。
然而,由于热塑性树脂的熔融粘度(通常为508—5000Pa·s)一般都超过100Pa·s[3],因此在加工过程中不利于增强纤维的分布和基体树脂的浸渍。
采用传统的复合材料加工方法来加工热塑性树脂基复合材料,很难满足增强纤维与基体树脂均匀分布和基体树脂对增强纤维完全浸渍的要求。
所以,对热塑性树脂基复合材料,热塑性树脂和增强纤维的结合方法一直是这类复合材料加工的难点和关键。
2.热塑性树脂基的优点及常用加工方法2.1热塑性树脂基的优点连续纤维增强热塑性复合材料,其突出优点是目前所有树脂基复合材料难于兼备的,如极其优异的力学性能(高韧性、极高刚性、极高强度、高裂纹扩展、高抗疲劳、高耐磨损、高热变形温度、不吸水、抗老化、抗腐蚀等)。
其次,连续纤维增强复合材料的原料成本低,成型工艺简单(既可以在现有通用设备上加工,也可以在小型压机上加工,并且特别适用于机械化、自动化的连续性大工业生产)。
成型周期短,原材料贮存期长。
先进国家普遍重视的连续纤维增强热塑性复合材料的另一突出优点是可重复使用性、可再生利用以及一定的可修补性。
2.2热塑性树脂基常用加工方法对热塑性树脂,它与连续增强纤维的结合归纳以来有2大类方法:第一类方法是预浸渍法,即预浸料的制备方法,它是使液态树脂流动、逐渐浸渍纤维并最终充分浸渍每根纤维,形成的半成品为预浸料。
预浸渍法又分溶液浸渍法和熔体浸渍法。
第二类方法是后浸渍法或预混法,即预混料的制备方法,它是将热塑性树脂以纤维、粉末或薄膜态与增强纤维结合在一起,形成一定结构形态的·半成品。
但其中的树脂并没有浸渍增强纤维,复合材料成型加工时,在一定的温度和压力下树脂熔融并立即浸渍相邻纤维,进一步的流动最终完全浸渍所有纤维。
2.2.1浸渍法(1)溶剂法溶剂法 (SobentTechnique),又称溶液浸渍法(SolutionImpregnationTechnique)。
该方法是选用一种合适的溶剂,也可以是几种溶剂配成的混合溶剂,将树脂完全溶解,制得低粘度的溶液浸渍纤维,然后将溶剂挥发制得预浸料。
如果溶剂完全挥发,则制得硬挺的预混料;若保留适当的溶剂,则预浸料具有一定的粘性和铺覆性。
该方法克服了热塑性树脂熔融粘度高的缺点,可以很好的浸渍纤维,然而也存在许多不足主要是溶剂的蒸发和回收费用昂贵,且有环境污染;如果溶剂消除不完全,在复合材料中会形成气泡和孑L隙,影响制品性能;该方法加工的复合材料,在使用的过程中其耐溶剂性必然会受到影响;另外,一些热塑性树脂很难找到合适的溶剂。
(2)熔体浸渍法熔体浸渍法(Melt Impregnation)是在一定张力作用下将开纤的丝束从树脂熔体中拉过而浸渍纤维。
熔体法是加工热塑性预浸料最直观同时也是最常用的方法。
但由于热塑性树脂熔体粘度较高,使这种方法在使用时浸渍难度较大,当粘度过高时浸渍非常困难。
必须采取相应的措施来提高熔融浸渍的速度和效果。
最初有人采用成对的的压辊给纤维施加压力,望促进浸渍过程的进行,然而,于是两面加压,丝束被压紧,纤维间间隙减少,增加了树脂在丝束中的流动阻力。
后来发展了纤维丝束一侧加压的方法,以获得较好的浸渍效果。
2.2.2预混法预混法(PremixTechnique),又称为后浸法(Post— impregnationTechnique),它是将树脂以不同的固体形式(粉末、纤维或纤维集合体)均匀地分布在增强纤维(或纤维集体)之中获得预混料的方法中[4]。
树脂基体尚未真正浸渍增强纤维,因此预混料具有良好的悬垂性;并且由于树脂在熔融浸渍前已较均匀地分布在增强纤维(或纤维集合体)中,在很大程度上改善了熔融状态下的树脂对增强纤维的浸渍条件。
目前,人们研究较多并且已经使用的预混法有混纤法(Hybrid YamTechnique)、混编法(Co— wovenTechnique)粉末浸渍法、薄膜层叠法(Film StackingTechnique)。
(1)混纤法混纤法 (HybridYam Technique)是以不同的方式将纤维状树脂与增强纤维紧密混合在一起并加工成纱线形式的预混料的方法。
混纤纱具有许多优点:两相纤维紧密混合在一起,大大减小了浸渍中树脂流动的距离,克服了热塑性树脂基体浸渍的困难;两相纤维的比率容易调节并能精确控制;有良好的柔韧性和悬垂性,容易适应复杂的形状;可机织、针织和编织加工制备预混料,也可以进行单向缠绕加工成单向板预混料。
连续增强纤维包括混合纱 (CommingledYam )、包缠纱(Cowrapped Y锄)和包芯纱Core—spun Yam )。
包芯纱是将短的热塑性基体纤维通过各种方式纺在连续的增强纤维芯纱外形成的一种混纤纱。
人们研究较多的加工包芯纱混纤纱的方法是摩擦纺的方法,该方法是 90年代初由Wulfhorst等提出的,它利用摩擦纺纱的原理将连续增强纤维和热塑性树脂短纤维结合在一起形成摩擦纺包芯纱。
混合纱是将增强纤维与基体纤维通过各种方法均匀而紧密地混合在一起形成的一种混纤纱。
混合纱中由于增强纤维和树脂纤维随机分布,因此在预型件加工中,易造成增强纤维的损伤,进而影响复合材料的性能,并且在一定的加工张力作用下,混纤纱会发生解混现象。
而包芯纱不会出现这种问题。
包缠纱是将基体纤维包缠在增强纤维芯的外面形成的一种混纤纱。
它的性能与包芯纱的性能很相近。
由于外层的基体纤维是长纤维的形式,因此它没有包芯纱柔软,这使后序加工要难一些。
(2)混编法混编法(Co—wovenTechnique)是将纤维状树脂与增强纤维混编成带状、空心状、二维或三维等几何形状的织物而制备预混料的方法。
近几年对通过经编的方法将热塑性基体纤维和增强纤维较好地结合到一起形成经编织物,然后通过热压成型制备连续纤维增强热塑性复合材的研究较多,虽然利用这种纺织技术的高效和自动化,可以降低成本,并且复合材料成型只需对现成的织物进行加工,工艺大大简化,同时经编织物还具有纤维能保持平直状态,制备出的复合材料力学性能损失小,织物的柔顺性和铺覆性较好,适于制备形状复杂的复合材料等特点,但也存在着很大的缺陷:干纤维区,孔隙,纤维束冲断以及缝编线缺陷等,限制了其发展[5]。
(3)粉末浸渍法粉末浸渍~(PowderImpregnationTechnique)也是将以不同的方式将粉末状树脂施加到增强体上来制得预混料的方法。
因此,热塑性树脂能够经济并且方便地加工成树脂粉末是采用这种方法的前提条件。
由于粉末加工技术的发展,目前一些主要的热塑性树脂都可以加工成粉末,如PEEK、PEK、PEKEKK、PPS、LaRC—TPI、PEI、PES、PMR一15、Polyimide 2080和 Matramid9725等。
为了保证增强纤维与树脂颗粒混合均匀,希望树脂颗粒较细。
增强纤维的直径一般为5一l5m之间,因而也希望树脂粉末在此范围内。
但在现有的技术条件下,树脂粉末的直径在20IT1以上,一般为100m左右,粉末越细,加工成本越高。
所以,粉末加工技术在一定程度上制约了粉末浸渍法的发展。
尽管如此,粉末浸渍法的优势仍具极大的吸引力,许多厂商和研究机构投入了大量的人、财、物力进行研究,在粉末与纤维的均匀混合以及粉末防脱落等方面取得了较大的进展。
粉末浸渍法可以用于加工粉末浸渍纱、单向预浸带或粉末浸渍织物。
(4)薄膜层叠法薄膜层叠法(Filn1StauckingTechnique)是将增强纤维织物或纱与树脂薄膜交替层叠来制得预混料的方法。
这种工艺是把织物或纱和树脂薄膜交替层叠,然后在适当的温度、压力作用下制成复合材料。
但是一些作者认为,用这种工艺制成的复合材料,由于熔融的热塑树脂粘度太高,不能很好的浸渍织物或纱,因而性能比较低。
也有人认为,如果合理的选取压制参数,是可以利用这种方法生产出高质量的复合材料的[6]。
3. 摩擦纺混纤纱加工复合材料的特性对预混料的进一步分析和比较可以发现,预混料可分为混合结构与包缠结构2类。
混合结构是指增强纤维与树脂呈某种程度的混合,包缠结构是指树脂包覆(包缠) 在增强纤维束上在预混料制备技术方面,一些公司的主要精力几乎都集中在混合结构预混料方面,研究重点是探索可行的混合方法,期望达到连续增强纤维,树脂均匀混合的效果,以便缩短成型加工时树脂的流动路径,减少成型时间、提高成型质量。
通过研究发现,该类预混料存在的一些固有缺点,亦在一定程度上影响了这类预混料的发展,主要表现在下述几个方面:(1)由于树脂组分(树脂纤维、粉末)直径的影响,再加上目前加工技术的局限性,还较难使预混料中纤维与树脂很均匀的混合。