一种连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法与流程

本发明涉及一种连续纤维增强热塑性树脂符合材料领域，特别涉及一种连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法。

背景技术：

连续纤维增強的复合材料的基体树脂可以分为热固性和热塑性树脂；最常用的热固性树脂是环氧树脂，它与碳纤维和玻璃纤维有很好的浸润效果，所以连续纤维增強的环氧树脂复合材料已在航天，航空，国防，汽车等领域得到了广泛应用。

连续纤维增強的环氧树脂复合材料的优点是制备工艺简单，技术要求低，可以大量地生产；热塑性树脂复合材料具有较好的断裂韧性，耐化学腐蚀，不容易吸水，损伤后容易修补，可重复加工，不产生废料污染环境；高性能的热塑性树脂复合材料有较高的熔点，较高的使用温度，比如聚醚醚酮的熔点温度高达343℃,纤维增強的复合材料可在300℃下使用，其综合性能远超过热固性树脂复合材料；特别是连续碳纤维增強的聚醚醚酮复合材料的性能十分优越:拉伸強度和抗弯強度都超过二千兆帕，可以在三百摄氏度的高温下使用，极強的抗酸抗碱能力；因此它在航天，航空，国防等领域的应用前景十分可观。

但是，现有技术中，由于聚醚醚酮的熔点温度高,熔体粘度大,与纤维的浸润效果不好；专利号为cn102417600b公开了一种采用悬浮预浸法制备连续碳纤维增強聚醚醚酮复合材料的技术；此技术解决了将难溶热塑性粉末树脂分散在聚醚砜溶液中形成悬浮液，再用此悬浮液浸渍连续碳纤维制备成预浸料；这种工艺表面解决了纤维浸润的困难，但实际上是聚醚砜与碳纤维的复合，聚醚醚酮本身没有直接联结在碳纤维上，复合效果不好；专利号为cn102134372a公开了三维编织碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备工艺；但此工艺只将碳纤维和聚醚醚酮纤维简单混合，两者没有真正的浸润复合，而且编织过程中碳纤维极容受到磨损，成本也高；专利号为cn104262900a报道了单向连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法。此方法本质上与cn102134372a相似，只是将碳纤维和聚醚醚酮纤维丝简单混合，复合效果差，其抗弯强度只有八百多兆帕，是先进国家的40％左右；连续纤维增強的环氧树脂复合材料的缺点包括断裂韧性差，使用周期较短，抗损伤能力差，不能修补，不能循环利用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种断裂韧性好、吸水性强、使用周期长、能修补再循环利用的连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法，包括纤维和热塑性树脂，所述连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法包括以下步骤：

步骤(1)纤维在成束前喷涂上浆料；

步骤(2)对纤维进行初步预热和预分散处理；

步骤(3)将热塑性树脂在挤出机中塑化、除气并挤到浸润模具里，纤维经过步骤(2)后依次通过浸润模具、出丝板和拉挤模头,再经冷却装置进行冷却，然后通过牵引机牵引混合丝，挤出机出口的压力和浸润模具内的压力保持稳定，最终用收卷机将复合丝卷成纤维轴。

优选的，所述步骤(1)中的上浆料包括二氯甲烷、聚醚酰亚胺、十二烷基硫酸钠与蒸馏水，其比例为每1000ml蒸馏水与100ml二氯甲烷与5g聚醚酰亚胺与5g十二烷基硫酸钠制成。

优选的，所述步骤(2)中的初步预热温度为120℃-300℃；所述步骤(2)中的预分散的张力为10n-40n。

优选的，所述压力大于1mpa。

优选的，所述步骤(3)中的浸润模具内设置有张力杆系统。

优选的，所述步骤(4)中的挤出机内设置有感应器，感应器连接于挤出机的控制系统。

优选的，所述张力杆系统包括若干张力杆，所述相邻的张力杆高度距离与水平距离比系数为0.15-0.2。

优选的，所述聚醚酰亚胺在二氯甲烷中溶解1.8h-2.2h生成聚醚酰亚胺溶液；所述十二烷基硫酸钠在50℃-60℃的蒸馏水中搅拌溶解制成十二烷基硫酸钠溶液；

所述聚醚酰亚胺溶液与所述十二烷基硫酸钠溶液通过超声乳化机使得聚醚酰亚胺溶液与十二烷基硫酸钠溶液的混合液乳化且聚醚酰亚胺颗粒小于1nm。

优选的，所述混合液经过搅拌使得二氯甲烷及其硫化物完全挥发。

采用上述技术方案，由于所述步骤(1)中的上浆料包括二氯甲烷、聚醚酰亚胺、十二烷基硫酸钠与蒸馏水，其比例为每1000ml蒸馏水与100ml二氯甲烷与5g聚醚酰亚胺与5g十二烷基硫酸钠制成，所述相邻的张力杆高度距离与水平距离比系数为0.15-0.2，所述步骤(4)中的挤出机内设置有感应器，感应器连接于挤出机的控制系统，使得纤维与热塑性树脂能够更好的结合，提高复合丝的强度与韧性，提高复合丝的质量与性能。

附图说明

图1为本发明制备方法的流程图；

图2为本发明中张力杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，一种连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法，包括纤维和热塑性树脂，连续纤维增强热塑性树脂复合丝及其制备方法包括以下步骤：

步骤(1)纤维在成束前喷涂上浆料，提高纤维与热塑性树脂的结合；

步骤(2)对纤维进行初步预热和预分散处理，提高浸润效果；

步骤(3)将热塑性树脂在挤出机中塑化、除气并挤到浸润模具里，纤维经过步骤(2)后依次通过浸润模具、出丝板和拉挤模头,再经冷却装置进行冷却，然后通过牵引机牵引混合丝，挤出机出口的压力和浸润模具内的压力保持稳定，最终用收卷机将复合丝卷成纤维轴，提高复合丝的产品一致性。

另外的，步骤(1)中的上浆料包括二氯甲烷、聚醚酰亚胺、十二烷基硫酸钠与蒸馏水，其比例为每1000ml蒸馏水与100ml二氯甲烷与5g聚醚酰亚胺与5g十二烷基硫酸钠制成。

进一步的，步骤(2)中的初步预热温度为120℃-300℃；步骤(2)中的预分散的张力为10n-40n，增强复合丝的强度。

另外的，压力大于1mpa。

进一步的，步骤(3)中的浸润模具内设置有张力杆系统。

另外的，步骤(4)中的挤出机内设置有感应器，感应器连接于挤出机的控制系统，实现浸润模具内部的动态平衡，提高产品质量，确保稳定生产。

进一步的，张力杆系统包括若干张力杆，相邻的张力杆高度距离与水平距离比系数为0.15-0.2，在本实施例中，采用高度距离与水平距离比系数为0.15。

另外的，聚醚酰亚胺在二氯甲烷中溶解1.8h-2.2h生成聚醚酰亚胺溶液；十二烷基硫酸钠在50℃-60℃的蒸馏水中搅拌溶解制成十二烷基硫酸钠溶液；

聚醚酰亚胺溶液与十二烷基硫酸钠溶液通过超声乳化机使得聚醚酰亚胺溶液与十二烷基硫酸钠溶液的混合液乳化且聚醚酰亚胺颗粒小于1nm。

进一步的，混合液经过搅拌使得二氯甲烷及其硫化物完全挥发。具体实施例1

在本实施例中，选用融熔指数为80g/10min聚醚醚酮树脂,选用6kt49s碳纤维，复合丝中碳纤维的重量含量为40％，复合丝的线密度为1000dtex，出丝板圆孔出口直径为0.95mm,近邻孔的中心间距为5-6mm，聚醚醚酮树脂在双螺杆挤出机中充分塑化，除气，挤到浸润模具内,浸润模具内的熔体温度为360-390℃；对碳纤维进行初步预热和预分散的处理，纤维经过四个加热的滚轮，保持每束10-40牛顿的张力，滚轮温度在200-250℃，碳纤维经过预热模具后进入浸润模具，从出丝板出来后,经过拉挤模头、水冷、风冷、和吹干的过程，用牵引机牵引复合丝，再用收卷机将复合丝卷成纤维轴。

具体实施例2

在本实施例中，选用融熔指数为80g/10min聚醚醚酮树脂，选用6kt49s碳纤维，复丝中碳纤维的重量含量为40％。复合丝的线密度为1000dtex，出丝板圆孔出口直径为0.95mm，近邻孔的中心间距为5-6mm，聚醚醚酮树脂在双螺杆挤出机中充分塑化，除气，挤到浸润模具内,浸润模具内的熔体温度为360-390℃；对碳纤维进行初步预热和预分散的处理，纤维经过四个加热的滚轮，保持每束10-40牛顿的张力，滚轮温度在200-250℃，碳纤维经过预热模具后进入浸润模具，从出丝板出来后,经过拉挤模头、水冷、风冷、和吹干的过程，用牵引机牵引复合丝，再用收卷机将复合丝卷成纤维轴，混合丝的抗拉强度达到1200mpa。

具体实施例3

在本实施例中，选用融熔指数为40g/10min尼龙66树脂，添加0.5％抗氧化剂和4％氨丙基三乙氧基硅烷,选用er13-1000-988a玻璃纤维，玻璃纤维的上浆料为硅烷耦联剂，复丝中玻璃纤维的重量含量为50％，复合丝的线密度为2000dtex，出丝板圆孔出口直径为1.27mm，近邻孔的中心间距为7-8mm，浸润模具内的熔体温度为290-310℃，滚轮温度在100-150℃，复合丝的抗拉强度达到900mpa。

具体实施例4

在本实施例中，选用融熔指数为40g/10min尼龙66树脂，选用er13-1000-988a玻璃纤维，玻璃纤维的上浆料为硅烷耦联剂，复合丝中玻璃纤维的重量含量为50％，复合丝的线密度为2000dtex，出丝板圆孔出口直径为1.27mm，近邻孔的中心间距为7-8mm，浸润模具内的熔体温度为290-310℃，滚轮温度为100℃-150℃，玻璃，复合丝的抗拉强度达到1100mpa。

具体实施例5

在本实施例中，选用融熔指数为40g/10min尼龙66树脂，添加0.5％抗氧化剂和4％氨丙基三乙氧基硅烷，选用er13-1000-988a玻璃纤维，玻璃纤维的上浆料为硅烷耦联剂，复合丝中玻璃纤维的重量含量为50％,复合丝的线密度为2000dtex，出丝板圆孔出口直径为1.27mm，近邻孔的中心间距为7-8mm，浸润模具内的熔体温度为290℃-310℃，滚轮温度在100℃-150℃之间，复合丝的抗拉强度达到1200mpa。

具体实施例6

在本实施例中，选用融熔指数为26g/10min改性的聚苯醚，选用er13-1000-988a玻璃纤维，玻璃纤维的上浆料为硅烷耦联剂，复合丝中玻璃纤维的重量含量为50％,复合丝的线密度为2000dtex，出丝板圆孔出口直径为1.29mm，近邻孔的中心间距为7-8mm，浸润模具内的熔体温度为290-310℃，滚轮温度在100-150℃，复合丝的抗拉强度达到700mpa。

具体实施例7

在本实施例中，选用融熔指数为26g/10min改性的聚苯醚树脂，选用er13-1000-988a玻璃纤维，玻璃纤维的上浆料为硅烷耦联剂，复合丝中玻璃纤维的重量含量为50％，复合丝的线密度为2000dtex，出丝板圆孔出口直径为1.29mm，近邻孔的中心间距为7-8mm，滚轮温度在100-150℃之间，复合丝的抗拉强度达到900mpa。

具体实施例8

在本实施例中，选用融熔指数为26g/10min改性的聚苯醚树脂，添加0.5％抗氧化剂和4％氨丙基三乙氧基硅烷，选用er13-1000-988a玻璃纤维，玻璃纤维的上浆料为硅烷耦联剂，复合丝中玻璃纤维的重量含量为50％，复合丝的线密度为2000dtex，出丝板圆孔出口直径为1.29mm，近邻孔的中心间距为7-8mm，浸润模具内的熔体温度为290-310℃，滚轮温度在100-150℃，复合丝的抗拉强度达到1000mpa。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。