一种可织造连续纤维增强热塑性预浸带的制备方法及制品技术

本发明专利技术公开了一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，包括浸渍前区和浸渍后区，浸渍前区有倒纱架、分纱架、螺杆挤出机机头部分，浸渍后区有牵伸罗拉、啮合辊筒、加热套管、温控箱、牵引机、卷绕机。目的是采用二次熔融浸渍的方法，在浸渍前区将纤维束分散铺展开来，内层纤维并未完全浸渍，纤维表面涂敷一层树脂，在牵伸罗拉和啮合辊筒的作用下，实现二次浸渍，纤维中的气体被挤出，树脂和纤维被进一步分散，制得表面粗糙、柔软可织造的预浸带，属于树脂基复合材料技术领域。

The preparation method and products of a weavable continuous fiber reinforced thermoplastic preprepreg tape

【技术实现步骤摘要】
一种可织造连续纤维增强热塑性预浸带的制备方法及制品
本专利技术为树脂基复合材料
，涉及一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品。
技术介绍
相对于连续纤维增强热固性预浸带来说，连续纤维增强热塑性预浸带具备更多优异的性能，如高的拉伸强度、弯曲强度、耐冲击性能等；并且还具备质量轻、易存放、可回收利用等特点而广泛应用于拉挤、缠绕、模压等复合材料加工工艺。但随着航空航天及国防等高科技领域的发展，对连续纤维增强热塑性复合材料在结构复杂度和性能均匀性方面提出了更高的要求。立体织造技术是目前能够满足复杂结构复合材料的增强体加工技术，立体织物还具备其他结构增强体结构难以比拟的准各向同性特点。但将连续纤维增强热塑性预浸带应用于立体织造时，发现其由于硬挺度过大而无法满足立体织造过程对纤维柔软性的要求。美国专利US14712709介绍了一种柔软预浸件的制备方法，将无纺布或织物分层放置，通过施加热或压力的方式，使热塑性树脂渗透预浸料坯，保持中心部位的第一、二两层主表面之间的织物未被树脂渗透，该方法能够制得柔软的预浸件，但未涉及柔性预浸带的制造。美国专利US20170051438A1介绍了一种低压浸渍的方法，获得了柔性预浸带，其产品质量可靠，且能够广泛应用于编织、缠绕、模压等工艺，但该方法制得的预浸带内部空气难以排出，在以后的加工中，易在制品内部形成孔洞。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法，通过二次熔融浸渍工艺，可用于解决以上柔性可织造连续纤维热塑性预浸带的品质问题，从而制备一种可织造连续纤维热塑性预浸带，能够批量应用于工业生产。且本专利技术成本低，工艺流程简单，方法易于操作。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：高性能纤维束从倒纱架(1)到分纱架(2)，穿过螺杆挤出机机头(5)，经过啮合辊筒(6)，初步制得预浸带(7)，再经加热套筒(8)内的牵伸罗拉(13)、啮合辊筒(6)二次浸渍，制得成型浸渍带(7)，冷却后，通过牵引机(11)的牵引，在卷绕机(12)上卷绕成型。具体步骤如下：(a)展纱：高性能纤维束从倒纱架引出到分纱架，经过分纱销钉将纤维展开到一定宽度，并给连续纤维施加一定张力，纤维束中的纤维并未完全分散；(b)一次熔融浸渍：在牵引机的作用下，铺展开的纤维通过螺杆挤出机机头浸渍，纤维表层被涂敷上一层树脂；通过调节螺杆挤出机速率、牵引机速率来控制树脂含量；(c)二次熔融浸渍：预浸带通过加热套管，在牵伸罗拉和啮合辊筒的作用下，通过物理施压，将熔融的树脂压入纤维中，树脂跟纤维进一步被分散、聚合，纤维束中的空气被挤出，得到宽度、厚度可控的预浸带，预浸带的内芯有部分纤维束抱合在一起，并未完全浸渍树脂，形成一种不规则的连续、间断形态，内层未浸渍的纤维体现出柔软性，剩余部分的树脂基体纤维体现出韧性，制得柔软、可织造的预浸带；(d)卷绕：经冷却的预浸带连续均匀地卷绕在筒子上。作为优选的技术方案：如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品中，预浸带所使用的纤维原料为现有技术，如碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维中的一种或者多种，包含其与热塑性树脂组成的混纤纱。如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：所述啮合辊筒(6)为一对凹凸啮合的辊筒构成，间隙可调，辊筒表面有凸起花纹，优选高度为0.1-1mm，花纹种类可以是半球形、十字形、三角形以及其他不规则异形凸起形状，优选半球形突起花纹，啮合辊筒表面设有多个不同宽度的预浸带通道，啮合辊筒优选长度为5-30cm，通过调节啮合间隙，能有效地控制预浸带的形状。如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品中，预浸带所使用的树脂原料为现有技术，如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚中的一种或者多种。如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品中，预浸带中纤维被树脂浸渍的区域为现有技术，如内层纤维中有35％-60％的部分未被树脂浸渍。如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：所述加热套管(8)是纤维二次浸渍的通道，贴近螺杆挤出机机头的出料口，优选长度为25-200cm，优选直径为5-30cm，内部安装有红外高温发热灯管(9)和啮合辊筒(6)，外部连接温控箱(10)，温控范围为0-290℃，优选温度为150-250℃，加热套管外层包覆隔热套。如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：所述方法亦能够实现混纤纱包覆后浸渍、薄膜层间增韧纤维包覆后浸渍、树脂粉末层间增强纤维包覆后浸渍工艺。如上所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：所述的可织造预浸带中纤维含量占35％-65％，预浸带的厚度为0.1-1mm。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术所制得的预浸带的树脂含量可控，与未浸渍原纤的硬挺度接近，获得表面粗糙，柔软、可织造的预浸带，增大织造中的摩擦阻力，有效减少了打纬过程中纱线的回弹现象；2.本专利技术能够改善纤维与树脂的分布状况，减少纤维损伤，降低预浸带的孔隙率，提高预浸带的机械强度，工艺设备简单，产品广泛适用于织造、缠绕、模压等工艺；3.本专利技术的方法中，可通过调节啮合辊筒的间隙来控制预浸带的厚度，通过选择不同截面形状的啮合槽来获得不同截面形态的预浸带，啮合槽表面有不同形状、深度的花纹，增大预浸带表面的凹凸刻痕，便于织造中使用；4.生产中的废料和最终制品均可100％回收，可用来二次造粒，制成长、短纤维增强热塑性复合材料；5.本专利技术的方法中，亦能够实现混纤纱包覆后浸渍、薄膜层间增韧包覆后浸渍、树脂粉末增强纤维包覆后浸渍。附图说明图1是本专利技术生产流程示意图；图2是LDPE/连续玻纤预浸带SEM截面图；图3是可织造连续纤维热塑性预浸带产品展示图。图中标号：倒纱架1、分纱架2、分纱销钉3、螺杆挤出机4、螺杆挤出机机头5、啮合辊筒6、浸渍带7、加热套筒8、红外高温发热灯管9、温控箱10、牵引机11、卷绕机12、牵伸罗拉13。具体实施方式现结合说明书附图，详细说明本专利技术的具体实施方式：附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“喂入导管”、“空心分流器”、“出料口模”只是为了便于描述本专利技术和简化描述，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内因此不能理解为对本专利技术地限制。在本专利技术所使用的原料为：玻璃纤维(重庆国际复合材料股份有限公司，612tex)，混纤纱(重庆国际复合材料股份有限公司，880tex，PP/玻璃纤维50/50)。下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。实施例1一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，如图1所示，倒纱架1、分纱架2、螺杆挤出机4、啮合辊筒6、加热套筒8、牵伸罗拉13、啮合辊筒6、牵引机11、卷绕机12按顺序排列。将61本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：高性能纤维束从倒纱架(1)到分纱架(2)，穿过螺杆挤出机机头(5)，经过啮合辊筒(6)，初步制得预浸带(7)，再经加热套筒(8)内的牵伸罗拉(13)、啮合辊筒(6)二次浸渍，制得成型浸渍带(7)，冷却后，通过牵引机(11)的牵引，在卷绕机(12)上卷绕成型。

【技术特征摘要】
1.一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：高性能纤维束从倒纱架(1)到分纱架(2)，穿过螺杆挤出机机头(5)，经过啮合辊筒(6)，初步制得预浸带(7)，再经加热套筒(8)内的牵伸罗拉(13)、啮合辊筒(6)二次浸渍，制得成型浸渍带(7)，冷却后，通过牵引机(11)的牵引，在卷绕机(12)上卷绕成型。2.按照权利要求1所述的一种可织造连续纤维热塑性预浸带的制备方法及制品，其特征在于：所述啮合辊筒(6)为一对凹凸啮合的辊筒构成，间隙可调，辊筒表面有凸起花纹，优选高度为0.1-1mm，花纹种类可以是半球形、十字形、三角形以及其他不规则异形凸起形状，优选半球形突起花纹，啮合辊筒表面设有多个不同宽度的预浸带通道，啮合辊筒优选长度为5-30cm，通过调节啮合间隙，能有效地控制预浸带的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宁，杨宏宇，李帅，陈利，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12