CN105583961A - 一种撒粉工艺制备碳纤维增强热塑性预浸料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种撒粉工艺制备碳纤维增强热塑性预浸料的方法，该方法通过撒粉装置将热塑性树脂粉末均匀撒在单向碳布上，然后通过烘箱加热熔融，冷却压平后收卷成型。本发明能够连续生产碳纤维增强热塑性预浸料，具有工艺流程短，所得产品性能优良等特点。

Description

一种撒粉工艺制备碳纤维增强热塑性预浸料的方法

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强热塑性预浸料的制备方法，属于复合材料中间体的设计与制备技术领域。

背景技术

碳纤维复合材料由于具有轻质高强、抗疲劳性能好、可设计性强等优点，在航空航天、一般工业和体育休闲等领域得到了越来越广泛的应用。碳纤维预浸料是碳纤维的主要应用形式，它是将树脂基体浸涂到纤维或织物上，通过一定的处理后贮存备用的中间材料。自50年代树脂基复合材料问世以来的几十年，一直以热固性树脂基复合材料为主流发展方向。上世纪80年代，热塑性树脂及其复合材料引起了人们很大的兴趣，并取得了很大进展。相比于热固性复合材料，热塑性复合材料具有较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力和阻尼性能，它还具有成型加工周期短，可重复使用且性能不下降等优点。近10年来，热塑性复合材料以年均25％的速度增长，发展速度比热固性复合材料高数倍。

热塑性树脂基复合材料传统的加工方法，很难满足增强纤维和基体树脂均匀分布和基体树脂对增强纤维完全浸渍的要求，这给复合材料的树脂浸渍和成型加工造成了困难。

目前，采用粉末工艺生产连续碳纤维增强热塑性预浸料的研究方法很多。像静电流态化床工艺法是在流态化床上，通过静电作用使树脂粉末带电沉积和附着于碳纤维上，经加热熔融浸渍，冷却成型收卷。但是该工艺需要静电环境，使附近的空气电离，形成电离区，静电电压强度越大，空气的电离程度越厉害，使带电的空气与树脂粉末接触，粉末即可带电，从而实现静电流态化工艺。但是静电电压具有操作上的不安全因素，另外流态化床操作也不是很稳定。

本发明通过撒粉装置将热塑性树脂粉末均匀撒在单向碳布上，然后通过烘箱加热熔融，冷却压平后收卷成型，具有工艺流程短，所得产品性能优良的特点。

迄今为止，采用专门的撒粉机构，通过撒粉方法来制备热塑性预浸料的工艺还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、低成本的碳纤维增强热塑性预浸料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种撒粉工艺制备碳纤维增强热塑性预浸料的方法，包括以下步骤：

(1)预先织造碳纤维单向碳布作为预浸料的增强材料备用；

(2)将单向碳布置于放卷装置，碳布平整稳定放卷，在一定张力下通过撒粉装置，撒粉装置通过振动，使热塑性树脂均匀撒在单向碳布的上表面；

(3)单向碳布完成撒粉后，在履带和张力机构牵引下连续行进，通过烘箱加热装置，在一定温度下，树脂粉末熔融浸渍在碳布上；

(4)完成浸渍后，单向碳布经过压辊冷却压平后收卷成型，制得碳纤维增强热塑性预浸料。

上述步骤(1)中，碳纤维单向碳布的绑定纬纱为在外面涂覆热熔胶的玻璃纤维。其中的碳纤维为T300，12K碳纤维。用碳纤维制备单向碳布时，上浆剂是热塑性上浆剂。

上述步骤(2)中，所述的热塑性树脂为尼龙树脂。

上述步骤(3)中，所述的烘箱加热装置采用远红外加热。

上述步骤(4)得到的碳纤维增强热塑性预浸料，其树脂重量含量为35％～45％，名义厚度为0.22mm～0.32mm

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)制备方法简单，成本较低，性能稳定，可以很好的满足产品要求；

(2)设备构造简单，工艺流程短，能连续快速生产热塑性浸渍料；

(3)采用远红外加热方式，具有加热温度场均匀，避免热风加热造成树脂粉末飞扬的缺点。

附图说明

图1为撒粉工艺制备碳纤维增强热塑性预浸料的工艺流程。

图2是本发明实施例2得到的碳纤维增强热塑性预浸料的SEM图。

图3是本发明利用实施例1和实施例2得到的预浸料制备的复合材料的SEM图。

图中标号：1-放卷装置；2-碳纤维单向碳布；3-撒粉装置；4-碳布传导辊；5-远红外烘箱；6-冷却压辊；7-收卷装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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。

如图1所示为撒粉法制备碳纤维增强热塑性预浸料的装置流程示意图，包括放卷装置1、碳纤维单向碳布2、撒粉装置3、碳布传导棍4、远红外烘箱5、冷却压辊6、收卷装置7。

本发明中，碳纤维单向碳布的面密度为200g/m²，幅宽为400mm，绑定纬纱为在外面涂覆热熔胶的玻璃纤维。

实施例1

如图1所示，将事先加工的幅宽为400mm的碳纤维单向碳布2固定在放卷装置1上，然后通过碳布传导棍4以1m/min的速度往前行进，在撒粉装置3处，PA6树脂均匀撒落在碳布的上表面，在1min时间内，落在400mm×400mm面积碳布上的树脂重量为48g，撒粉时间0.4min，之后碳布依靠烘箱里的履带传输作用进入远红外烘箱5，在远红外烘箱5中设定加热温度为240℃，使得PA6树脂在该温度下充分熔融浸渍碳纤维，出远红外烘箱5后，碳纤维单向碳布2进入冷却压辊6，树脂经冷却压平后形成碳纤维增强热塑性预浸料，最后预浸料通过收卷装置7收卷成型，得到的碳纤维增强热塑性预浸料外观没有出现缝隙，树脂局部不均现象。

实施例2

如图1所示，将事先加工的幅宽为400mm的碳纤维单向碳布2固定在放卷装置1上，然后通过碳布传导棍4以1m/min的速度往前行进，在撒粉装置3处，PA12树脂均匀撒落在碳布的上表面，在1min时间内，落在400mm×400mm面积碳布上的树脂重量为48g，撒粉时间0.4min，之后碳布依靠烘箱里的履带传输作用进入远红外烘箱5，在远红外烘箱5中设定加热温度为200℃，使得PA12树脂在该温度下充分熔融浸渍碳纤维，出远红外烘箱5后，碳纤维单向碳布2进入冷却压辊6，树脂经冷却压平后形成碳纤维增强热塑性预浸料，最后预浸料通过收卷装置7收卷成型。得到的预浸料如图2所示，外观平整，没有出现缝隙，树脂含量达到要求。

根据该工艺制备热塑性预浸料，可以根据不同热塑性树脂的熔点设定合适的加热温度和单向碳布行进速度，通过撒粉装置的撒粉量控制预浸料的纤维体积含量，能够实现树脂含量达到35％～45％的要求。

将实施例1和实施例2得到的预浸料进行模压成型，制备成复合材料，得到的复合材料成型性能良好，得到复合材料如图3所示。

Claims (5)

1.一种撒粉工艺制备碳纤维增强热塑性预浸料的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)预先织造碳纤维单向碳布作为预浸料的增强材料备用；

(2)将碳纤维单向碳布置于放卷装置，碳布平整稳定放卷，在张力作用下通过撒粉装置，撒粉装置通过振动，使热塑性树脂均匀撒在单向碳布的上表面；

(3)单向碳布完成撒粉后，在履带和张力机构牵引下连续行进，通过烘箱加热装置，使得树脂粉末熔融浸渍在碳布上；

(4)完成浸渍后，单向碳布经过压辊冷却压平后收卷成型，制得碳纤维增强热塑性预浸料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碳纤维单向碳布中碳纤维为T300，12K碳纤维。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的热塑性树脂为尼龙树脂。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的烘箱加热装置采用远红外加热。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)得到的碳纤维增强热塑性预浸料中，其热塑性树脂重量含量为35％～45％，名义厚度为0.22mm～0.32mm。