一种用挤拉法制备热塑碳纤维扁平弹片的方法与流程

本发明属于材料领域，具体涉及一种用挤拉法制备热塑碳纤维扁平弹片的方法。

背景技术：
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雨刮器内不锈钢支条弹片，具有优良的机械性能和高光亮的特点。这类材料的用量正越来越大，尤其在SUV车型上。但是，不锈钢弹片的制作工艺复杂，工序较多，生产过程有污染物排放。同时，不锈钢的使用寿命有限，不盐雾耐腐蚀。

利用碳纤维热塑性树脂复合材料制作的扁平弹片，具有防水、耐盐雾、不腐蚀等特点，可用于汽车雨刮器内的支条，还可用于需要经常作弹性工作的零部件。可完全替代现有的不锈钢雨刮器支条。其在汽车零部件领域里的应用前景非常广阔。

有专利披露了拉挤玻璃纤维或碳纤维复合材料实心圆棒、空心圆管和扁平带等，纤维的走向绝大多数都是0度方向排列的，具有横向强度低的缺陷。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种纵横向力学性能得到很大改善，结构稳定，可加工性能大大提高的用挤拉法制备热塑碳纤维扁平弹片的方法。

本发明的用挤拉法制备热塑碳纤维扁平弹片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将连续碳纤维从纱架上引出，碳纤维在等张力状态下经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸润，将若干束碳纤维合并成一捆形成碳纤维芯；

步骤2：玻璃纤维织物经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸渍后从侧面倾斜缠绕在碳纤维芯上，由此得到包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯；

步骤3：用于外层的碳纤维经过熔融的热塑性聚氨酯浸润后，经扁平模具将其包覆于包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯上，由此形成热塑碳纤维扁平弹片。

优选，按体积分数100％计，所述的碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维体积含量分别占15％～30％、30％～65％和10％～20％，所述的热塑性聚氨酯树脂占10～30％体积含量。

制成的热塑碳纤维扁平弹片的厚度为0.4～1.0mm，宽度为5～20mm，1米长度内的热塑碳纤维扁平弹片的蛇弯小于0.5mm。热塑碳纤维扁平弹片的蛇弯是指侧弯的程度。

本发明的一种用挤拉法制备的热塑碳纤维扁平弹片是一种碳纤维织物束加玻纤织物的三层结构挤拉成型扁平带，采用这种制作方法能有效克服了以往扁平带横向强度不高的缺点，较好地解决了后续加工的问题，生产效率较高。利用碳纤维热塑性聚氨酯树脂制作的扁平弹片，具有防水、耐盐雾、不腐蚀、耐气候等特点，可完全替代现有的不锈钢雨刮器支条，具有很大的市场应用前景。

本发明专利，碳纤维扁平弹片的中间层为玻璃纤维织物，外围层为连续碳纤维束，最内部芯也为连续碳纤维束，使产品的表面平整光滑，内部又有玻纤织物做骨架材料，较好地解决了后加工的开槽问题，防止了劈裂现象的发生。通过对内外部碳纤维的结构设计和比例控制，能有效提高扁平弹片的弹性，通过玻纤织物的结构设计和比例控制，可有效提高横向力学性能，还可减低材料成本，最终形成具有一定综合性能的复合材料弹片。

附图说明：

图1是本发明的热塑碳纤维扁平弹片的结构示意图；

图2是本发明的倾斜缠绕有玻璃纤维织物层的碳纤维芯；

其中1、碳纤维外围层；2、玻璃纤维织物层；3、碳纤维芯。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

步骤1：将连续碳纤维从纱架上引出，碳纤维在等张力状态下经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸润，将若干束碳纤维合并成一捆形成碳纤维芯3；

步骤2：宽度为15mm的玻璃纤维织物经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸渍后从侧面倾斜缠绕在碳纤维芯上，由此得到包覆有玻璃纤维织物层2的碳纤维芯；

步骤3：用于外层的碳纤维经过80～110℃的熔融的热塑性聚氨酯浸润后，经过圆形喇叭口收集器集合到扁平模具口，包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯也集合到扁平模具口；

步骤4：通过扁平模具口挤压将用于外层的碳纤维包覆在包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯上形成碳纤维外围层1，并挤压成扁平带，然后经过后道的拉拔作用，将冷却固化后的成品牵引出工作区，由此得到热塑碳纤维扁平弹片，最后按设定长度截断并落入收集框。

在制备过程中，按体积分数100％计，所述的碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维占70％总体积含量(其中碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维分别占30％、30％和10％的体积含量)，所述的热塑性聚氨酯树脂占30％体积含量。

制成的热塑碳纤维扁平弹片的的厚度为0.4～1.0mm，宽度为5～20mm，1米长度内的热塑碳纤维扁平弹片的蛇弯小于0.5mm。

本实施例的热塑碳纤维扁平弹片，其横向强度大于60MPa，后加工容易开槽，不会产生裂纹，具有防水、耐盐雾、不腐蚀、耐气候等特点。

实施例2：

步骤1：将连续碳纤维从纱架上引出，碳纤维在等张力状态下经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸润，将若干束碳纤维合并成一捆形成碳纤维芯3；

步骤2：宽度为20mm的玻璃纤维织物经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸渍后从侧面倾斜缠绕在碳纤维芯上，由此得到包覆有玻璃纤维织物层2的碳纤维芯；

步骤3：用于外层的碳纤维经过80～110℃的熔融聚氨酯浸润后，经过圆形喇叭口收集器集合到扁平模具口，包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯也集合到扁平模具口；

步骤4：通过扁平模具口挤压将用于外层的碳纤维包覆在包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯上形成碳纤维外围层1，并挤压成扁平带，然后经过后道的拉拔作用，将冷却固化后的成品牵引出工作区，由此得到热塑碳纤维扁平弹片，最后按设定长度截断并落入收集框。

在制备过程中，按体积分数100％计，所述的碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维占90％总体积含量(其中碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维分别占10％、65％和15％体积含量)，所述的热塑性聚氨酯树脂占10％体积含量。

制成的热塑碳纤维扁平弹片的的厚度为0.4～1.0mm，宽度为5～20mm，1米长度内的热塑碳纤维扁平弹片的蛇弯小于0.5mm。

本实施例的热塑碳纤维扁平弹片，其横向强度大于70MPa，后加工容易开槽，不会产生裂纹，具有防水、耐盐雾、不腐蚀、耐气候等特点。

实施例3：

步骤1：将连续碳纤维从纱架上引出，碳纤维在等张力状态下经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸润，将若干束碳纤维合并成一捆形成碳纤维芯3；

步骤2：宽度为20mm的玻璃纤维织物经过浆槽被熔融的热塑性聚氨酯树脂浸渍后从侧面倾斜缠绕在碳纤维芯上，由此得到包覆有玻璃纤维织物层2的碳纤维芯；

步骤3：用于外层的碳纤维经过80～110℃的熔融聚氨酯浸润后，经过圆形喇叭口收集器集合到扁平模具口，包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯也集合到扁平模具口；

步骤4：通过扁平模具口挤压将用于外层的碳纤维包覆在包覆有玻璃纤维织物层的碳纤维芯上形成碳纤维外围层1，并挤压成扁平带，然后经过后道的拉拔作用，将冷却固化后的成品牵引出工作区，由此得到热塑碳纤维扁平弹片，最后按设定长度截断并落入收集框。

在制备过程中，按体积分数100％计，所述的碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维占90％总体积含量(其中碳纤维芯、玻璃纤维织物和用于外层的碳纤维分别占10％、50％和20％体积含量)，所述的热塑性聚氨酯树脂占10％体积含量。

制成的热塑碳纤维扁平弹片的的厚度为0.4～1.0mm，宽度为5～20mm，1米长度内的热塑碳纤维扁平弹片的蛇弯小于0.5mm。

本实施例的热塑碳纤维扁平弹片，其横向强度大于70MPa，后加工容易开槽，不会产生裂纹，具有防水、耐盐雾、不腐蚀、耐气候等特点。