连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的设备技术

本发明专利技术提供了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的装置。该方法首先将熔融后的热塑性树脂的单体或低聚物在催化剂存在条件下喷洒在纤维纱带表面，与热固性树脂相比，由于加热熔融的热塑性树脂的单体或低聚物的粘度很低，因此很容易浸润纤维纱带，并且浸润充分；然后将纤维纱带升温，使热塑性树脂的单体或低聚物引发聚合反应，最后降温得到连续纤维增强热塑性复合材料预浸带。该预浸带一方面具有足够的韧性和其它性能，另一方面热塑性树脂聚合物与纤维之间的孔隙率大大降低，从而有效提高了预浸带的界面强度。该设备结构简单、成本低，适于连续化批量生产连续纤维增强热塑性复合材料预浸带。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的装置。该方法首先将熔融后的热塑性树脂的单体或低聚物在催化剂存在条件下喷洒在纤维纱带表面，与热固性树脂相比，由于加热熔融的热塑性树脂的单体或低聚物的粘度很低，因此很容易浸润纤维纱带，并且浸润充分；然后将纤维纱带升温，使热塑性树脂的单体或低聚物引发聚合反应，最后降温得到连续纤维增强热塑性复合材料预浸带。该预浸带一方面具有足够的韧性和其它性能，另一方面热塑性树脂聚合物与纤维之间的孔隙率大大降低，从而有效提高了预浸带的界面强度。该设备结构简单、成本低，适于连续化批量生产连续纤维增强热塑性复合材料预浸带。【专利说明】连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的设备
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及实现该方法的设备。
技术介绍
连续纤维增强热塑性复合材料具有优良的综合性能，其预浸带可长期保存、在高温、高湿度下能保持良好的力学性能、成型方法多，生产效率高、制品可重复加工，还可再生利用，因此近年来，需求量迅猛增长，发展速度比热固性复合材料高数倍。 目前，公开报道的连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法主要包括溶液浸溃、熔体浸溃、粉沫浸溃等，尽管方法很多，但每种方法均有各自的优缺点。 溶液浸溃法虽然工艺简便，设备简单，但要一般需要通过加热已浸溃纤维以除去用于溶解热塑性树脂的溶剂，并且为了完全除去该溶剂，需要在加热除溶剂过程中，已浸溃纤维的运行速度很慢，甚至需停留一段时间；同时，溶剂的挥发和回收需要较大的投资和能耗，所以这种方法很难适用于连续化的批量生产中。 熔体浸溃法是将热塑性树脂加热熔融后浸溃纤维，由于树脂熔化后的粘度极高(通常为500~5000Pa *s)，一般很难将纤维完全浸润，这对该技术方法的应用带来了局限性。 粉沫浸溃法主要是通过流化床技术、静电技术使束状纤维分散，并使粉末均匀地分散在纤维间，再经烘炉加热熔化。这种工艺方法的不足之处是纤维的浸润仅在成型加工过程中才能完成，且浸润所需的时间、温度、压力均与粉末直径的大小及其分布状况有关，制备的预浸料质量稳定性差且不易控制。
技术实现思路
针对上述技术现状，本专利技术旨在提供一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制造方法，该方法简单易行，热塑性树脂易充分浸润纤维，从而有效提高预浸带的界面强度。 为了实现上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案为:一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法，包括步骤:将热塑性树脂的单体或低聚物加热熔融，加入催化剂形成混合熔体后喷洒在纤维纱带表面，使其充分浸溃纤维纱带，然后将纤维纱带升温，使热塑性树脂的单体或低聚物引发聚合反应。 所述的连续纤维种类不限，包括连续玻璃纤维、连续碳纤维等。 所述的树脂单体或者低聚物不限，包括己内酰胺、十二内酰胺、环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)等。 所述的催化剂根据树脂单体或低聚物种类选定，包括但不限于氢氧化钠、己内酰胺钠、己内酰胺溴化镁、锡类或钛类、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基-1，6-二甲酰己内酰胺等中的一种或几种的组合。 所述的树脂单体或低聚物和催化剂的质量比为100:0.1~100:20，进一步优选为 100:0.1 ~100:10o 为了将混合熔体均匀喷洒在纤维纱带表面，作为优选，该混合熔体的喷洒速率为I~50ml/秒、喷洒压力为0.3~2.0MPa0为了进一步提高喷洒均匀性，喷洒之前将纤维纱带分散均匀。 综上所述，本专利技术首先将熔融后的热塑性树脂的单体或低聚物在催化剂存在条件下喷洒在纤维纱带表面，与热固性树脂相比，加热熔融的热塑性树脂的单体或低聚物的粘度很低(通常在10mpa.s左右)，因此很容易浸润纤维纱带，并且浸润充分；然后将该热塑性树脂的单体或低聚物浸润的纤维纱带升温，使热塑性树脂的单体或低聚物引发聚合反应，其分子链迅速增长，分子量迅速增大，得到连续纤维增强热塑性复合材料预浸带，该预浸带一方面具有足够的韧性和其它性能，另一方面热塑性树脂聚合物与纤维之间的孔隙率大大降低，从而有效提高了预浸带的界面强度。另外，本专利技术能够根据不同的热塑性树脂及预浸带制备的工艺要求选择不同种类的催化剂及催化剂质量比例，因此工艺适应性及灵活性较高。 本专利技术还提供了一种实现上述连续纤维增强热塑性复合材料预浸带制备方法的设备，该设备包括分纱装置、预热装置、加热浸溃装置、混合器、加热聚合装置、冷却装置与绕卷装置； 分纱装置用于将连续纤维进行分纱、平整，得到平行排布的连续纤维纱带； 预热装置用于预热连续纤维纱带； 混合器用于将熔融的树脂单体或低聚物与催化剂进行混合，形成混合熔体； 加热浸溃装置至少设置一个喷嘴；混合熔体通过喷嘴喷洒在预热后的纤维纱带表面，使热塑性树脂的单体或低聚物浸润纤维纱带； 加热聚合装置用于使浸润在纤维纱带的热塑性树脂的单体或低聚物发生聚合反应，形成连续纤维增强热塑性复合材料预浸带； 冷却装置用于将连续纤维增强热塑性复合材料预浸带冷却； 绕卷装置用于将冷却后的连续纤维增强热塑性复合材料预浸带绕卷。 利用该设备制备连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的过程如下: (I)连续纤维在分纱装置中进行分纱、平整，得到平行排布的连续纤维纱带； (2)连续纤维纱带进入预热装置进行预热； (3)预热后的连续纤维纱带进入加热浸溃装置，热塑性树脂的单体或低聚物与催化剂在混合器进行混合，形成混合熔体，然后通过喷嘴喷洒在预热后的连续纤维纱带表面，浸润连续纤维纱带； (4)浸润混合熔体的连续纤维纱带进入加热聚合装置，其中的热塑性树脂的单体或低聚物发生聚合反应，形成连续纤维增强热塑性复合材料预浸带； (5)连续纤维增强热塑性复合材料预浸带进入冷却装置与绕卷装置进行冷却、绕卷。 作为一种实现方式，所述的分纱装置包括具有张力控制器的纱架、分纱梳齿与展纱辊组。纱架的张力控制范围优选为5N~50N。 作为一种实现方式，所述的加热浸溃装置采用双气缸铰链式半开盖机构，以方便连续纤维纱带穿纱或牵引；供热方式不限，包括电阻加热、红外加热、热油加热等方式；连续纤维纱带的预热温度优选控制在100°C~250°C。 为了提高作为热塑性树脂的单体或低聚物在纤维纱带的浸润度，作为优选，所述的加热浸溃装置中设置浸溃压延辊组，纤维纱带表面喷洒混合熔体后经过浸溃压延辊组进行辊压。 作为优选，所述的混合器采用不锈钢材料制成。作为优选，所述的混合器为可拆卸结构。 所述的冷却装置采用气冷或水冷等方式进行冷却。 作为优选，所述的混合器与喷嘴的所有管路具有加热保温功能，加热方式不限，包括采用油加热或电加热等方式。作为进一步优选，该温度可调控。 上述设备结构简单、成本低，适于连续化批量生产连续纤维增强热塑性复合材料预浸带。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术实施例1中制备连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的设备的结构示意图； 图2是图1中加热浸溃装置的放大图； 图1-2中的附图标记为:1.纱架、2.纱团、3.连续纤维、3_1连续纤维纱带、4.分纱梳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法，其特征是：包括如下步骤：将热塑性树脂的单体或低聚物加热熔融，加入催化剂形成混合熔体后喷洒在纤维纱带表面，使其充分浸渍纤维纱带，然后将纤维纱带升温，使热塑性树脂的单体或低聚物引发聚合反应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，颜春，范欣愉，徐腾辉，刘玲，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33