一种编织或自动铺丝用热塑性树脂基连续纤维预浸料制备方法与流程

本发明涉及一种预浸料制备方法，具体涉及一种编织或自动铺丝用热塑性树脂基连续纤维预浸料制备方法。

背景技术：

目前，热塑性树脂基复合材料预浸料大多采用熔融浸渍法、薄膜法、粉末法及溶液浸渍法等手段进行制备。熔融浸渍法是通过加热将不含溶剂的热塑性树脂基熔融成为液体，之后将纤维束通过熔融的树脂进行浸润制备预浸料；薄膜法是将增强纤维放在两层热塑性树脂基薄膜之间，然后通过升温加压将熔融树脂压入纤维之间形成预浸料；粉末法是将热塑性树脂基粉末通过硫化床、悬浮液等手段使得粉末在纤维表面均匀分布，再使树脂熔融浸渍纤维得到预浸带；以上三种方法均存在热塑性树脂基熔融粘度大、难流动的问题，难以实现高粘度树脂与纤维之间的充分浸渍与良好界面的形成。溶液浸渍法是先将树脂溶解在适合的溶剂中，然后将纤维通过树脂溶液进行浸渍，再利用烘箱加热的方法烘干除去溶剂。溶液浸渍法可以很好的解决树脂粘度大难以浸渍、浸渍不均匀的缺点，但由于高性能热塑性树脂基通常只能溶于高沸点极性溶剂，在烘干过程中，易造成溶剂挥发污染环境且很难完全去除，另外，高性能热塑性树脂基模量相对较高，通过传统方法制备的预浸料通常柔韧性较差、铺覆性不足且容易破裂，而目前尚无十分完善的预浸料制备方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种编织或自动铺丝用热塑性树脂基连续纤维预浸料制备方法，能够制得柔韧性好，树脂含量可控的高质量预浸料，该预浸料通过自动铺丝或三维编织可制得树脂分布均匀、抗冲击强度高、热稳定性好、力学性能优异的高性能热塑性树脂基连续纤维复合材料，具有操作简便、成本低、实用高效的优点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种编织或自动铺丝用热塑性树脂基连续纤维预浸料制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在室温条件下将热塑性树脂基与溶剂按照(5～30)：(70～95)的比例混合，然后在50～140℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入5～10wt％致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以2～10m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制在25～50wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶连续纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在60～100℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

所述步骤一中的热塑性树脂基为聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚砜类、聚酯类、乙烯类聚合物中的一种或多种任意混合。

所述步骤一中的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n,n-二甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二恶烷、丙酮、二甲基亚砜、三氯乙烯、二氯乙烷、氯仿中的一种或多种任意混合。

所述步骤一中的致孔剂为异丙醇、聚乙烯吡咯烷酮、异丁醇、聚乙二醇、丙三醇中的一种或多种任意混合。

所述步骤二中的连续纤维为碳纤维、聚丙烯酸酯类纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维、纱、带、布、毡中的一种。

所述凝固浴为水。

本发明通过将热塑性树脂基与溶剂混合后进行加热搅拌溶解，完全溶解后加入适量致孔剂搅拌至透明；在浸胶机上将连续纤维束以一定速率浸渍树脂溶液，经挤压辊将预浸料树脂含量控制在一定范围内，然后将预浸胶连续纤维束立即浸入凝固浴中；经过烘干处理得到柔韧性好，树脂含量可控的高质量热塑性树脂基连续纤维预浸料，该预浸料通过自动铺丝或三维编织可制得树脂分布均匀、抗冲击强度高、热稳定性好、力学性能优异的高性能连续纤维复合材料；具有操作简便、成本低、实用高效的优点。

附图说明

图1为本发明预浸料制备工艺流程图。

图2为本发明制备单向带热失重分析谱图。

图3为本发明制备单向带动态粘弹曲线图。

图中：1、纤维；2、树脂溶液；3、凝固浴；4、刮胶装置；5、烘干装置；6、收卷。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参见图1，一种编织或自动铺丝用热塑性树脂基连续纤维预浸料制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在室温条件下将热塑性树脂基与溶剂按照(5～30)：(70～95)的比例混合，然后在50～140℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入5～10wt％致孔剂搅拌直透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以2～10m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制在25～50wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶连续纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在60～100℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

所述步骤一中的热塑性树脂基为聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚砜类、聚酯类、乙烯类聚合物中的一种或多种任意混合。

所述步骤一中的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n,n-二甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二恶烷、丙酮、二甲基亚砜、三氯乙烯、二氯乙烷、氯仿中的一种或多种任意混合。

所述步骤一中的致孔剂为异丙醇、聚乙烯吡咯烷酮、异丁醇、聚乙二醇、丙三醇中的一种或多种任意混合。

所述步骤二中的连续纤维为碳纤维、聚丙烯酸酯类纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维、纱、带、布、毡中的一种。

所述凝固浴为水。

实施例1

一种编织或自动铺丝用热塑性树脂基连续纤维预浸料制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在室温条件下将聚醚砜树脂与n,n-二甲基吡咯烷酮溶剂按照25：75的比例混合，然后在70℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入7wt％异丁醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以4m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制30wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在80℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料；

步骤五：将步骤三制得的白色预浸料在钢板上进行缠绕后经过热压成型制成单向带，并对其进行力学性能测试，参见下表；热失重测试，参见图2；动态热机械性能测试，参见图3。

实施例2

步骤一：在室温条件下将聚醚酰亚胺树脂与二甲基乙酰胺溶剂按照15：85的比例混合，然后在60℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入6wt％聚乙烯吡咯烷酮致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以3m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制27wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在70℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例3

步骤一：在室温条件下将聚酰胺树脂与二甲基甲酰胺溶剂按照10：90的比例混合，然后在50℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入5wt％异丙醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以2m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制25wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在60℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例4

步骤一：在室温条件下将聚砜树脂与二甲基亚砜溶剂按照30：70的比例混合，然后在80℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入8wt％聚乙二醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以5m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制33wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在90℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例5

步骤一：在室温条件下将聚醚醚酮树脂与四氢呋喃溶剂按照5：95的比例混合，然后在90℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入9wt％丙三醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以6m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制35wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在100℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例6

步骤一：在室温条件下将聚苯硫醚树脂与丙酮溶剂按照10：90的比例混合，然后在100℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入10wt％异丙醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以7m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制37wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在60℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例7

步骤一：在室温条件下将聚酰胺树脂与二恶烷溶剂按照15：85的比例混合，然后在110℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入5wt％聚乙烯吡咯烷酮致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以8m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制40wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在70℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例8

步骤一：在室温条件下将聚醚酰亚胺树脂与三氯乙烯溶剂按照25：75的比例混合，然后在120℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入6wt％异丁醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以9m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制43wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在80℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例9

步骤一：在室温条件下将聚醚砜树脂与二氯乙烷溶剂按照5：95的比例混合，然后在130℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入7wt％聚乙二醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以10m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制45wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在90℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。

实施例10

步骤一：在室温条件下将聚砜树脂与氯仿溶剂按照10：90的比例混合，然后在140℃下搅拌混合均匀，完全溶解后加入8wt％丙三醇致孔剂搅拌至透明，得到树脂胶液；

步骤二：在浸胶机上将连续纤维束以5m/min的速率浸渍步骤一中得到的树脂胶液，通过挤压辊将浸渍树脂胶液后的连续纤维束的树脂含量控制50wt％，得到预浸胶连续纤维束；

步骤三：将预浸胶纤维束立即转入凝固浴，凝固浴将树脂胶液中的溶剂分离出来，导致表面出现多孔现象，从而转化为固体白色预浸料；所述凝固浴为水；

步骤四：将步骤三制得的白色预浸料在100℃条件下进行抽真空烘干处理，制得热塑性树脂基连续纤维预浸料。