CN104629254B - 一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备，其方法包括：1)分纱；2)预热；3)包覆：预热后的连续纤维束进入浸渍模具，与从双螺杆挤出机挤出的改性PEEK树脂熔体在浸渍模具中混合，改性PEEK树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；4)卷绕。其设备包括从左至右依次设置的分纱装置、加热箱、混料装置及卷绕装置，其中混料装置包括双螺杆挤出机和连接在双螺杆挤出机上的浸渍模具，浸渍模具用于使树脂流道流出的树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；卷绕装置用于卷绕从浸渍模具出来的预浸带。本发明保证了预浸带的连续化生产，共混改性和纤维浸渍一体化，减少了工艺过程，提高了效率。

Description

一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备

技术领域

本发明属于复合材料增强制备领域，更具体地，涉及一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备。

背景技术

连续纤维增强热塑性复合产品具有许多优良的综合性能，使用较为广泛。连续纤维增强热塑性复合材料先以预浸带的方式保存，然后再将预浸带加工成型为连续纤维增强热塑性复合产品。预浸带的力学性能好，生产效率高，需求量迅猛增长；预浸带通常是由纤维(例如碳纤维)通过浸渍树脂基体制备的。热塑性树脂预浸带由于具备突出的可循环性及韧性，得到越来越多的应用。聚醚醚酮作为一种新型特种材料，其纤维增强复合材料已广泛应用于半导体，汽车，航空航天等领域。

目前，公开报道的连续纤维增强热塑性塑料复合材料预浸带的制造方法主要包括溶液浸渍、粉末浸渍和熔体浸渍等；聚醚醚酮难以被普通溶剂溶解，而粉末浸渍由于浸渍时间、温度、压力以及粉末直径大小对预浸带质量影响很大，不易控制；因此，目前使用较多的连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带制造方法为熔融预浸。

当前熔融预浸方法，多是连续纤维束在挤出机口模附近与熔融树脂充分浸渍后，通过定型模头，拉出棒条并切成不同长度粒料。虽然没有像传统纤维增强，直接将纤维与聚合物熔融共混挤出，但经过挤出机头后的纤维亦有一定程度损伤，不利于纤维增强复合材料冲击强度和刚性。

长纤维增强聚醚醚酮复合材料制造方法，其关键技术在于熔体在连续纤维束中的分散性与可浸润性，以及纤维和树脂基体间的界面结合性。专利CN201020194522.7公开了一种长纤维增强热塑性复合材料生产过程中用于浸渍玻纤的熔体槽。该专利通过挤出机同步挤出熔体至熔体槽中，可以避免了纤维在机头处的损伤；熔体的循环流动包覆在纤维表面，亦有效的避免了熔体长时间提留在模具中而产生热分解的情况。但对于聚醚醚酮而言，其熔融温度在340～400℃范围内，且熔融后粘度很高，仅借助熔体槽，熔体难以完全浸入纤维束内部。同时，纤维和树脂基体间弱的界面作用在该专利中也未考虑，不利于预浸带力学性能的提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备，解决了聚醚醚酮复合材料预浸带在浸渍过程中存在的纤维易于受损以及与树脂基体界面作用弱问题；本方法易于操作，并且能够连续化生产连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带，本设备能有效提高生产效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，包括以下步骤：

1)分纱：多根连续纤维在分纱装置中进行分纱、平整，得到连续纤维束；

2)预热：连续纤维束进入加热箱中进行预热；

3)包覆：预热后的连续纤维束进入浸渍模具，与从双螺杆挤出机挤出的改性PEEK树脂熔体在浸渍模具中混合，改性PEEK树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；在压力作用下，熔体挤压在连续纤维束的表面以及渗透进连续纤维之间缝隙中,这样连续纤维束就被均匀包裹在熔体中；

4)卷绕：包覆有改性PEEK树脂熔体的连续纤维束从浸渍模具出来后即获得预浸带,然后预浸带卷绕在卷绕装置上。

优选地，步骤3)中所述改性PEEK树脂熔体的制备过程如下：

3.1)制备混合配料：混合配料按重量份数比包括以下原料：

3.2)将混合配料送入双螺杆挤出机内熔融共混即获得所述的改性PEEK树脂熔体。

优选地，步骤3.1)中混合配料的制备过程如下：将二苯砜加入丙酮中并搅拌，待二苯砜溶解于丙酮后，再按所述比例加入PEEK粉末并搅拌，使二苯砜与丙酮的混合溶液渗透进PEEK粉末中形成均匀的混合物；待丙酮完全挥发后，加入PEK-C、润滑剂和抗氧剂并搅拌均匀，即制得所述的混合配料。

优选地，步骤3.2)中双螺杆挤出机的转速设置为25～100rpm/min，其熔融段的温度设置为350～400℃，所述卷绕装置的卷绕速度为5～20m/min。

优选地，所述加热箱的加热温度为250～320℃，所述浸渍模具内的温度比挤出机的熔融段的温度低5～10℃。

优选地，步骤1)中所述的分纱装置施加在连续纤维上的张力为5～50N。

优选地，还包括对从浸渍模具出来的预浸带进行气冷或水冷的步骤，预浸带进行气冷或水冷后进入卷绕装置进行卷绕。

一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造设备，包括从左至右依次设置的分纱装置、加热箱、混料装置及卷绕装置，其中，分纱装置包括多个导轮，用于使连续纤维并行排布从而形成连续纤维束；

加热箱，用于对连续纤维束进行预热；

混料装置，包括双螺杆挤出机和连接在双螺杆挤出机上的浸渍模具，所述浸渍模具设置在双螺杆挤出机的树脂出口处，浸渍模具在对应于双螺杆挤出机的出料口的位置设置有树脂入口；所述浸渍模具包括模具外壳、模芯和模头，所述模具外壳的左右两端敞口，模芯和模头均套装在模具外壳内，所述模头套装在模具外壳的右端，所述模芯上设置有便于纤维通过的模芯孔，所述模头上设置有便于被熔体包覆后的连续纤维束通过的模头孔，所述模芯与模具外壳、模头之间形成树脂流道；所述模芯的右端设置有左大右小的第一锥形部，所述模头的内壁在对应于第一锥形部的位置设置有左大右小的第二锥形部，所述第二锥形部的锥度大于第一锥形部的锥度以使树脂流道逐渐变窄且第二锥形部右端的直径大于模头孔的直径从而在模头上形成挡流部，所述模芯与模头之间沿模具外壳的纵向存在间距，以使树脂流道流出的树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；

卷绕装置，用于卷绕从浸渍模具出来的预浸带。

优选地，所述混料装置与卷绕装置之间设置有传感器，所述传感器用于检测预浸带的直径。

优选地，所述混料装置与卷绕装置之间设置有冷却装置，所述冷却装置用于使预浸带冷却。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明结合共混改性理论和挤压式浸渍模具，在保证聚醚醚酮复合材料预浸带连续化生产的同时，主要为改善预浸带中聚醚醚酮和连续纤维束界面作用，提高预浸带的性能，简单方便，能够取得下列有益效果：

1)本发明在双螺杆挤出机作用下，PEEK中混入二苯砜DPS和酚酞PEK，降低共混过程中熔体粘度，可以提高界面作用，改善浸渍效果；

2)本发明在采用了挤压式浸渍模具，使得熔体在压力作用下包覆在连续纤维上，并已经渗入到连续纤维间的缝隙里，保证改性PEEK树脂和连续纤维束的有效连接；

3)本发明可以通过调节挤出机螺杆转速、卷绕装置的卷绕速度，使二者联动，以使预浸带中纤维的含量实现可控，便于控制后续制造的连续纤维增强热塑性复合产品中纤维的含量；

4)本发明浸渍模具可用于制备各种规格含量的预浸带，模头孔的直径大小灵活可变且该直径由预浸带中纤维的含量决定；

5)本发明保证了预浸带的连续化生产，将共混改性和纤维浸渍结合在一起，减少了工艺过程，提高了效率；生产中纤维未受损伤，卷绕后的预浸带也未被造粒，保证了产品的力学性能；同时预浸带在后期可编制成各种形状后模压成型，可加工性强。

附图说明

图1是本发明的制造设备工作时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，包括以下步骤：

1)分纱：多根连续纤维在分纱装置1中进行分纱、平整，得到连续纤维束；因此，分纱装置1的主要作用是使一根根的连续纤维平整；

2)预热：连续纤维束进入加热箱2中进行预热；

3)包覆：预热后的连续纤维束进入浸渍模具5，与从双螺杆挤出机3挤出的改性PEEK树脂熔体在浸渍模具5中混合，改性PEEK树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；

4)卷绕：包覆有改性PEEK树脂熔体的连续纤维束从浸渍模具5出来后即获得预浸带,然后预浸带卷绕在卷绕装置8上。

优选地，步骤3)中所述改性PEEK树脂熔体的制备过程如下：

3.1)制备混合配料：混合配料按重量份数比包括以下原料：

3.2)将混合配料送入双螺杆挤出机3熔融共混即获得所述的改性PEEK树脂熔体。

其中，所述的连续纤维是经过偶联剂处理过的，其种类不限，可以采用连续玻璃纤维或连续碳纤维等；偶联剂可以采用苯胺甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷等。

所述的PEEK(聚醚醚酮)为典型的线性芳香族高分子化合物，其是一种高性能热塑性特种塑料，大量运用于航空航天领域，本发明进一步优选采用英国威格斯PEEK/450G

所述PEK-C(酚酞PEK)是我国自行开发的新型聚芳醚酮，是无定型材料，其主要性能与PEEK十分相近，可以在卤代烃、非质子极性溶剂如DMF、DMAC、DMSO及NMP中很好的溶解。

本发明的二苯砜(DPS)作为增塑剂，其为白色片状结晶，溶于热乙醇、乙醚及苯，微溶于热水，不溶于冷水。

本发明选用的抗氧剂可以为抗氧剂168，即三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯；或者抗氧剂1010，即四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；上述二者均白色结晶粉末。

本发明选用的润滑剂优选为乙撑双硬脂酸酰胺，或者多元醇硬脂酸酯润滑剂；多元醇硬脂酸酯润滑剂专门用于耐高温工程塑料的加工，如PC、PBT、PET、PEEK、PPS等体系的润滑和提高加工性。

为了使混合配料中的原料混合均匀，先将二苯砜(DPS)溶解在适量的丙酮中，搅拌，以促进溶解，待DPS充分溶解后，按所述比例加入PEEK粉末，充分搅拌，使DPS与丙酮的混合溶液渗透进PEEK的多孔疏松结构中，形成均匀的混合物。为了保证DPS在PEEK粉中混合均匀，最好在搅拌状态下使丙酮挥发，待丙酮完全挥发后，加入PEK-C、润滑剂和抗氧剂后再搅拌，以混合均匀，即可制得混合配料。

优选地，步骤3.2)中双螺杆挤出机3的转速设置为25～100rpm/min，其熔融段的温度设置为350～400℃，所述卷绕装置8的卷绕速度为5～20m/min。

优选地，所述加热箱2的加热温度为250～320℃，使连续纤维束预热后温度与熔体的温度比较接近，不会突然遇到热的熔体时产生较大的应力。另外，浸渍模具5内的温度比挤出机的熔融段的温度低5～10℃，一方面，熔体本身会把双螺杆挤出机3的热量在挤出过程中带到浸渍模具5，浸渍模具5的温度不必高于挤出机的熔融段的温度；另一方面，稍微降低浸渍模具5内温度，也有利于使熔体维持一定的粘度从而提高熔体对纤维的挤压作用。

优选地，还包括对从浸渍模具5出来的预浸带进行气冷或水冷的步骤，连续纤维束进行气冷或水冷后进入卷绕装置8进行卷绕。

本发明中混入DPS到PEEK树脂，可以有效降低PEEK熔体粘度，改善PEEK熔体的流动性，易于浸润纤维；另一方面PEK-C和PEEK具有相似的结构单元，保证了共混物的相容性，而PEK-C链上的酞侧基是一个强极性基团，与纤维表面形成强的作用力，在不降低材料力学性能情况下，可有效提高预浸带的界面强度。另外，本发明能够通过预浸带的工艺要求选择不同的材料配比，其工艺实用性和灵活性较高。

另外，本发明还提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造设备，包括从左至右依次设置的分纱装置1、加热箱2、混料装置及卷绕装置8，其中，分纱装置1包括多个导轮，用于使连续纤维并行排布从而形成连续纤维束；作为一种优选，所述分纱装置1包括具有张力控制器，张力控制器作用在连续纤维束上的张力优选为5～50N。

本发明的加热箱2用于在连续纤维束进入浸渍模具5前对连续纤维束进行预热；

混料装置，包括双螺杆挤出机3和连接在双螺杆挤出机3上的浸渍模具5，所述浸渍模具5设置在双螺杆挤出机3的树脂出口处，浸渍模具5在对应于双螺杆挤出机3的出料口的位置设置有树脂入口；作为优选，双螺杆挤出机3与浸渍模具5通过连接装置4连接在一起，所述连接装置4上设有通孔，以便于熔体进入浸渍模具5内。所述浸渍模具5包括模具外壳54、模芯52和模头53，所述模具外壳54的左右两端敞口，模芯52和模头53均套装在模具外壳54内，所述模头53套装在模具外壳54的右端，所述模芯52上设置有便于纤维通过的模芯孔，所述模头53上设置有便于被熔体包覆后的连续纤维束通过的模头孔，模芯孔和模头孔均设置为圆孔；所述模芯52与模具外壳54、模头53之间形成树脂流道51；所述模芯52的右端设置有左大右小的第一锥形部521，所述模头53的内壁在对应于第一锥形部521的位置设置有左大右小的第二锥形部531，所述第二锥形部531的锥度大于第一锥形部521的锥度以使树脂流道51逐渐变窄，且第二锥形部531右端的直径大于模头孔的直径从而在模头53上形成挡流部532，挡流部532也能使树脂流道51进一步变窄，其与第二锥形部531靠近模头53的部分共同阻滞熔体流动而对熔体形成反作用力，进而加大熔体对纤维束的挤压作用；所述模芯52与模头53之间沿模具外壳54的纵向存在间距，以使树脂流道51流出的树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上。

所述模芯52和模头53沿模具外壳54纵向的间距优选为1～3cm；第二锥形部531的锥度比第一锥形部521的锥角小5°～10°，以使树脂流道51变窄，从而树脂从树脂流道51流出后能形成压力作用在连续纤维束上。

作为优选，所述浸渍模具5采用45号钢；本发明的浸渍模具5的结构不同于普通的浸渍包覆设备，而是采用挤压式原理。树脂熔体进入浸渍模具5的树脂流道51后，由于模芯52与模头53之间沿模具外壳54的纵向存在间距，而模头53上的挡流部532与第二锥形部531靠近模头53的部分能对熔体有一阻挡的阻力作用。在压力作用下，熔体能在模芯52与模头53之间汇合成一个封闭的熔料环并包覆在穿过模芯孔的连续纤维上，使得熔体挤压在连续纤维束的表面以及渗透进连续纤维之间缝隙中，这样连续纤维束就被均匀包裹在熔体中，然后包覆有树脂的连续纤维束再从模头孔内出去。

第一锥形部521与第二锥形部531的锥角的差值、模芯52和模头53之间的间距同时决定作用在连续纤维束上的压力的大小。连续纤维束所受到的压力不仅仅是来着沿着树脂流道51的熔体的压力，而且还来自熔体受到挡流部532与第二锥形部531靠近模头53的部分的阻碍对连续纤维束的一种反向挤压，两种压力的共同作用，使得熔体紧紧包裹在连续纤维束表面并渗进连续纤维之间，形成很好的浸渍效果。而普通的模具，熔体并无压力作用在连续纤维上，其无法渗进一根根的连续纤维之间的缝隙中，而只是简单的包覆在连续纤维束的表面，界面结合力弱，这样连续纤维之间的缝隙中几乎没有熔体进入，显然会极大地降低预浸带的力学性能，制造的预浸带的质量不高。

综上所述，本浸渍模具5正是依靠第一锥形部521和第二锥形部531使树脂流道51逐渐变窄，又依靠挡流部532使树脂流道51进一步变窄及挡流部532和第二锥形部531靠近模头53的部分对熔体的反作用力，从而使树脂流道51流出的树脂熔体施加压力在连续纤维束上，并能渗进连续纤维之间的缝隙里。而普通的浸渍模具的熔体则难以渗进连续纤维之间的缝隙。

所述的浸渍模具5需要加热，供热方式不限，可以采用电阻丝加热、红外加热或热油加热。

预热后的连续纤维束进入浸渍模具5，此时改性PEEK树脂熔体从双螺杆挤出后进入浸渍模具5内的树脂流道51；在模芯52与模头53之间，树脂熔体在挤压作用下，与连续纤维束浸润、互溶、浸渍，紧紧包覆在纤维表面。

另外，本发明还设置有卷绕装置8，用于卷绕从浸渍模具5出来的预浸带，卷绕装置8可以牵引连续纤维束前进。作为一种实现方法，所述卷绕装置8包括用于卷绕连续纤维束的转盘，转盘的速度控制5～20m/min，为保障聚醚醚酮在纤维表面包覆的均一性，转盘速度与双螺杆挤出机3的螺杆转速实现联动控制。

进一步，所述混料装置与卷绕装置8之间设置有传感器6，所述传感器6用于检测预浸带直径，传感器6的作用主要是为了调节包覆在纤维表面PEEK树脂厚度，防止包覆不均匀。通过红外传感技术，将从浸渍模具5出来的预浸带的直径反馈给控制系统，控制系统控制双螺杆挤出机3螺杆转速和收卷速度实现联动，以调节预浸带的直径到设定值。

所述混料装置与卷绕装置8之间设置有冷却装置7，所述冷却装置7用于使预浸带冷却。所述冷却装置7可以采用气冷或者水冷等方式进行冷却。

双螺杆挤出机3螺杆转速和收卷设备的转盘速度共同决定包覆在纤维表面PEEK树脂的量，而模头孔径大小由纤维占复合材料质量百分含量决定。为保证连续纤维束能顺利通过模头53，模芯孔的直径要比连续纤维束稍大，模头53在预浸模具中为可拆卸，模头53规格因孔径大小变化而不同，可以根据需要随意更换；而模头53的模头孔的直径大小受PEEK树脂的在预浸带中的含量影响，需要通过公式进行换算；

模头孔的直径计算公式为

其中D为模头孔的直径，单位cm；d为连续纤维束外径，单位cm；ρ为改性PEEK树脂熔体的密度，单位为g/cm³；m_纤维为单位长度连续纤维束的质量g/m；Wt％为预浸带中纤维含量的质量百分比。

所述卷绕装置8的转盘速度控制5～20m/min，为保障聚醚醚酮在纤维表面包覆的均一性，转盘速度与双螺杆挤出机3的螺杆转速必须要实现联动。转盘速度与双螺杆挤出机3的螺杆转速决定包覆在连续纤维束上聚醚醚酮树脂的量。螺杆转速越慢，聚醚醚酮熔体挤出量越少，转盘速度越快，连续纤维束被熔体挤压的时间越短，则表面的熔体含量越少，预浸带的纤维含量越高；反之，则越低。

本发明结合共混改性理论和挤压式浸渍模具5，在保证聚醚醚酮复合材料预浸带连续化生产的同时，主要为改善预浸带中聚醚醚酮和连续纤维束界面作用，提高预浸带的性能，简单方便，主要表现在一下几个方面：

1)在双螺杆挤出机3作用下，聚醚醚酮中混入二苯砜DPS和酚酞PEK，降低共混物粘度，可以提高界面作用，改善浸渍效果；

2)在预浸设备设计上，采用了挤压式预浸设备，使得熔体在压力作用下包覆在纤维表面，渗入纤维间的缝隙里，保证改性PEEK树脂和连续纤维束的有效连接；

3)可以通过调节挤出机螺杆转速、卷绕装置8转盘速度联动，使预浸带中纤维的含量实现可控；

4)浸渍模具5可用于制备各种规格含量的预浸带，模头53可拆卸，其孔径大小灵活可变，由预浸带中树脂的含量决定；

5)保证了预浸带的连续化生产，共混改性和纤维浸渍一体化，减少了工艺过程，提高了效率；生产中纤维未受损伤，收盘后的预浸带也未被造粒，保证了产品的力学性能；同时预浸带在后期可编制成各种形状后模压成型，可加工性强。

实施例1

制备碳纤维含量为53％增强聚醚醚酮复合材料预浸带，步骤如下：

1)混合配料中各原料的重量份数比如下：

其中聚醚醚酮(PEEK)选用英国威格斯PEEK/450G；

其中酚酞PEK(PEK-C)由徐州化工厂生产，其特性黏度0.81；

其中二苯砜(DPS)同苏州寅生化工公司生产；

2)将原料混合均匀；

3)在制造设备上进行成型：混合配料通过料斗进入双螺杆挤出机3(熔融段温度为380℃)，熔融后，改性PEEK树脂熔体进入浸渍模具5的树脂流道51中，连续纤维束被卷绕装置8牵引前进；熔体挤压连续纤维束并进入模头孔中，连续纤维束被均匀包裹在聚醚醚酮树脂中，且聚醚醚酮渗入连续纤维之间缝隙中；其中，连续纤维采用连续碳纤维，其经过硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷A-171处理；分纱装置1的张力控制器控制在50N，双螺杆挤出机的螺杆转速为25rpm/min，卷绕装置8转盘速度为20m/min；另外，加热箱的温度为250℃，双螺杆挤出机的温度为380℃，浸渍模具的温度为372℃；

4)从浸渍模具5出来的预浸带冷却后，在卷绕装置上收卷；

5)卷绕的预浸带从卷绕装置8上取下来后切成段后可以进行再编织，依次叠放三层，放入模具中模压成型，模具温度为370℃，保温1h并施加10MPa压力，然后自然冷却成型，即能得到聚醚醚酮复合产品。

实施例2

制备碳纤维含量为30％增强聚醚醚酮复合材料预浸带，步骤如下：

1)混合配料中各原料的重量份数比如下：

2)将原料混合均匀；

3)在制造设备上进行成型；本实施例的设备参数与实施例1的区别在于，分纱装置1的张力控制器的张力控制在30N，双螺杆挤出机3的螺杆转速为45rpm/min，卷绕装置8的卷绕速度为7.5m/min；另外，加热箱的温度为300℃，双螺杆挤出机的温度为400℃，浸渍模具的温度为390℃；

4)从浸渍模具5出来的预浸带冷却后，在卷绕装置上收卷；

5)卷绕的预浸带从卷绕装置8上取下来后切成段后可以进行再编织，依次叠放三层，放入模具中模压成型，模具温度为370℃，保温1h并施加10MPa压力，然后自然冷却成型，即能得到聚醚醚酮复合产品。

本实施例所得复合产品力学性能对比普通的制备工艺以及英国威格斯PEEK/450CA30，力学性能如下表所示。

表1力学性能对比表

从表中数据可以看出，同样纤维含量，由本发明生产的连续纤维增强PEEK预浸带制备的复合材料性能明显优于原制备工艺，与PEEK/450CA30相差不大。

实施例3

制备碳纤维含量为21％增强聚醚醚酮复合材料预浸带

1)混合配料中各原料的重量份数比如下：

2)将原料混合均匀；

3)在制造设备上进行成型；本实施例的设备参数与实施例1的区别在于分纱装置1的张力控制器的张力控制在5N，双螺杆挤出机的螺杆转速为100rpm/min，卷绕装置8卷绕速度为5m/min；另外，加热箱的温度为320℃，双螺杆挤出机的温度为350℃，浸渍模具的温度为345℃；

4)从浸渍模具5出来的预浸带冷却后，在卷绕装置上收卷；

5)卷绕的预浸带从卷绕装置8上取下来后切成段后可以进行再编织，依次叠放三层，放入模具中模压成型，模具温度为380℃，保温1.5h并施加12MPa压力，然后自然冷却成型，即能得到聚醚醚酮复合产品。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)分纱：多根连续纤维在分纱装置中进行分纱、平整，得到连续纤维束；

2)预热：连续纤维束进入加热箱中进行预热；

3)包覆：预热后的连续纤维束进入浸渍模具，与从双螺杆挤出机挤出的改性PEEK树脂熔体在浸渍模具中混合，改性PEEK树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；在压力作用下，熔体挤压在连续纤维束的表面以及渗透进连续纤维之间缝隙中,这样连续纤维束就被均匀包裹在熔体中；

4)卷绕：包覆有改性PEEK树脂熔体的连续纤维束从浸渍模具出来后即获得预浸带,然后预浸带卷绕在卷绕装置上。

2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：步骤3)中所述改性PEEK树脂熔体的制备过程如下：

3.1)制备混合配料：混合配料按重量份数比包括以下原料：

3.2)将混合配料送入双螺杆挤出机内熔融共混即获得所述的改性PEEK树脂熔体。

3.根据权利要求2所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：步骤3.1)中混合配料的制备过程如下：将二苯砜加入丙酮中并搅拌，待二苯砜溶解于丙酮后，再按所述比例加入PEEK粉末并搅拌，使二苯砜与丙酮的混合溶液渗透进PEEK粉末中形成均匀的混合物；待丙酮完全挥发后，加入PEK-C、润滑剂和抗氧剂并搅拌均匀，即制得所述的混合配料。

4.根据权利要求2所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：步骤3.2)中双螺杆挤出机的转速设置为25～100rpm/min，其熔融段的温度设置为350～400℃，所述卷绕装置的卷绕速度为5～20m/min。

5.根据权利要求4所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：所述加热箱的加热温度为250～320℃，所述浸渍模具内的温度比挤出机的熔融段的温度低5～10℃。

6.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：步骤1)中所述的分纱装置施加在连续纤维上的张力为5～50N。

7.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，其特征在于：还包括对从浸渍模具出来的预浸带进行气冷或水冷的步骤，预浸带进行气冷或水冷后进入卷绕装置进行卷绕。

8.一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造设备，其特征在于：包括从左至右依次设置的分纱装置、加热箱、混料装置及卷绕装置，其中，

分纱装置包括多个导轮，用于使连续纤维并行排布从而形成连续纤维束；

加热箱，用于对连续纤维束进行预热；

混料装置，包括双螺杆挤出机和连接在双螺杆挤出机上的浸渍模具，所述浸渍模具设置在双螺杆挤出机的树脂出口处，浸渍模具在对应于双螺杆挤出机的出料口的位置设置有树脂入口；所述浸渍模具包括模具外壳、模芯和模头，所述模具外壳的左右两端敞口，模芯和模头均套装在模具外壳内，所述模头套装在模具外壳的右端，所述模芯上设置有便于纤维通过的模芯孔，所述模头上设置有便于被熔体包覆后的连续纤维束通过的模头孔，模芯孔和模头孔均设置为圆孔，所述模芯与模具外壳、模头之间形成树脂流道；所述模芯的右端设置有左大右小的第一锥形部，所述模头的内壁在对应于第一锥形部的位置设置有左大右小的第二锥形部，所述第二锥形部的锥度大于第一锥形部的锥度以使树脂流道逐渐变窄且第二锥形部右端的直径大于模头孔的直径从而在模头上形成挡流部，所述模芯与模头之间沿模具外壳的纵向存在间距，以使树脂流道流出的树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；

卷绕装置，用于卷绕从浸渍模具出来的预浸带。

9.根据权利要求8所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造设备，其特征在于：所述混料装置与卷绕装置之间设置有传感器，所述传感器用于检测预浸带的直径。

10.根据权利要求8所述的一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造设备，其特征在于：所述混料装置与卷绕装置之间设置有冷却装置，所述冷却装置用于使预浸带冷却。