连续碳纤维增强热塑性复合材料性能优异,但是该项制备技术一直被国际上几个行业巨头所控制,国内只能依靠进口,严重阻碍了这种高性能复合材料在国内的深入应用。研究人员经过多年的研究,将这种过去仅用于航空航天领域的先进复合材料成功地引入高端医疗、电子电器、智能装备等更多民用领域。下面根据熔融浸渍法,介绍一下该工艺的有关知识。
采用熔融浸渍法制作连续碳纤维增强热塑性预浸带的基本程序是将连续碳纤维放在纱架后,经过辊轮调节使其受力均匀地进入分丝系统,在这个系统中,碳纤维经过展开辊和预热后充分展开后进入浸渍系统中,在高温高压下,熔融的热塑性树脂渗入并浸润碳纤维,待定型后再牵引收卷得到连续碳纤维增强热塑性预浸带。连续碳纤维增强热塑性预浸带制备技术的改进主要集中在两个方面:
一是提升热塑性树脂对碳纤维的浸润性。例如,通过螺旋挤出机实现对预浸料中树脂含量的控制、设计多树脂注入口,提高了浸渍系统的浸渍效率和均匀性、采用多级十字头模具、通过分纱盒、分纱辊装置及三辊浸渍和压延辊加热装置使碳纤维在浸渍前均匀分散、在浸渍系统中将熔体分配流道设为多级分支结构,使每束纤维接触的熔体压力和流量都保持一致等等。这些改进措施保证了碳纤维得到均匀浸渍,有助于提高产品质量的稳定性和合格率。
二是提升连续性碳纤维增强热塑性预浸带的整体性能。例如,通过增设冷却辊,使预浸带纤维经过冷却定型后收卷,提高预浸带的强度。又如,在浸渍系统前设计了纤维双面受压和二级加热辊压装置,克服了传统装置纤维温度低导致纤维拉断的缺陷。再比如,借助展开辊来保证纤维均匀展开并使用V型烘箱延长纤维热处理时间,避免了碳纤维直线运行时打捻状况的出现等。这些碳纤维处理装置,实现了对预浸料厚度和宽度的精确控制,同时降低了生产成本。