CN105904611A - 一种超薄连续纤维增强热塑性树脂预浸料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法，包括如下步骤：(1)将连续纤维薄层化；(2)用热塑性树脂熔体浸渍在步骤(1)中制得的薄层化纤维。本发明尤其能够实现高温高粘度聚醚醚酮树脂对纤维的浸渍，获得高性能的连续纤维增强热塑性预浸料。
Description
技术领域
本发明属于热塑性复合材料技术领域。具体地，本发明涉及一种制备超薄连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法以及由此获得的预浸料。
背景技术
连续纤维增强热塑性复合材料具有优异的高低温抗冲击性能和损伤容限，尤其是连续碳纤维增强热塑性复合材料，特别是连续碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料与热固性树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量相当，并且成型周期短，使用温度区间广，可通过加热熔融二次回收利用，因此近年来在航空航天及各工业领域得到了巨大的发展。
目前为了提高连续纤维增强热塑性复合材料的生产效率和成型质量，国外大量采用自动铺放工艺制备复合材料，其中原材料选用连续纤维增强热塑性树脂预浸料。该工艺具有机械强度高、综合性能优异的特点。然而，在制备复合材料时，自动铺放设备加热源通常为高温的风枪，热塑性树脂导热性相对较差，因此在制造过程中热量容易不均匀，从而造成复合材料制件内部产生缺陷并发生表观翘曲。此外传统连续纤维增强热塑性树脂预浸料在制备复杂曲面制件时预浸料变形较大，不利于体现出高的力学性能。
预浸料的生产工艺包括粉末浸渍法、涂覆浸渍法、熔融浸渍法、溶液浸渍法、混编法和熔体拉挤法。中国专利CN104669647A公开了一种通过涂覆浸渍制造增厚型连续纤维热塑性预浸带的制备设备及其制备方法，其制造的预浸带厚度为0.6-1.0mm。中国专利CN202242003U采用熔融浸渍法制造了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸带，其预浸带厚度为0.25mm。中国专利CN104494170A通过溶液浸渍法制造了一种热塑性复合材料预浸料单向带，采用热塑性树脂溶液浸润纤维，容易造成环境污染。
现有的涉及热塑性树脂预浸料制造技术的专利难以实现耐高温高粘度热塑性树脂体系对连续纤维的充分浸润并达到与热固性树脂预浸料相当的机械强度。此外，传统连续纤维增强热塑性树脂预浸料在制备复杂曲面制件时预浸料变形较大，不利于体现出高的力学性能。
本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺点，从而提供一种制备超薄连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法以及由此获得的预浸料。
申请人经过长期研究，出乎意料地发现，当将连续纤维薄层化，然后用热塑性树脂浸渍时，能解决上文所述的现有技术的问题。薄层化的连续纤维有利于热塑性树脂对连续纤维的浸润，减少缺陷。在将连续纤维薄层化后，即使在使用现有技术中无法获得令人满意的浸渍效果的高熔点和/或高粘度热塑性树脂的情况下，也能获得令人满意的连续纤维浸渍效果。此外，连续纤维的薄层化能提高铺放过程中的热传导效率，提高铺放质量；并且有利于铺放复杂曲面制件，降低纤维变形，减少缺陷，提高质量。
申请人还令人惊讶地发现，在薄层化后，使用本发明的浸渍模头，可实现热塑性树脂熔体对纤维的快速接触浸渍。更进一步地，在浸渍后，对浸渍纤维进行二次浸渍，能够实现高温高粘度的热塑性树脂与纤维的充分浸渍。因此，本发明的方法能快速且高质量地生产预浸料。
发明内容
因此，在一个方面中，本发明提出了一种超薄连续纤维增强热塑性树脂预浸料及其制备方法。
就本发明而言，术语“超薄”是指经过本发明减薄工艺获得的连续纤维铺层与未经任何处理的连续纤维铺层相比，厚度减小20-90％，优选减小30-80％，更优选减小40-70％。
由于本发明的连续纤维铺层是超薄的，由此制得的热塑性树脂/碳纤维预浸料的厚度通常小于0.10mm，优选小于0.08mm，更优选小于0.06mm；由本发明方法制得的热塑性树脂/玻璃纤维预浸料的厚度通常小于0.25mm，优选小于0.20mm，更优选小于0.15mm。
具体地，本发明涉及一种超薄连续纤维增强热塑性树脂预浸料及其制备方法。
本发明的制备连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法包括如下步骤：
(1)将连续纤维薄层化；
(2)用热塑性树脂熔体浸渍在步骤(1)中获得的薄层化纤维。
在上述方法步骤(1)中，连续纤维的薄层化可采用任何能使连续纤维薄层化的方法进行，例如本领域技术人员所熟知的超声波薄层化或者气流薄层化；优选地，连续纤维的薄层化可借助本发明的纤维厚度调节设备实现。
本发明的纤维厚度调节设备包括多组，优选2-10组，更优选3-8组，更优选4-6组交错排列的张力辊。在纤维厚度调节期间，连续纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化。所述张力辊优选具有小弧度，从而能够快速高效地薄层化纤维。
在本发明的方法中，由于连续纤维在预浸料生产的步骤(1)中经过纤维厚度调节设备实现薄层化，有利于热塑性树脂对连续纤维的浸润，减少缺陷。通过对纤维进行薄层化，使得由于具有高熔体粘度而采用现有技术无法获得令人满意的浸渍效果的热塑性树脂也能获得满意的浸渍效果。因此本发明的方法特别有利地适于具有高熔体粘度的热塑性树脂对连续纤维的浸润。
在本发明方法的步骤(1)之后，可任选对纤维进行表面处理。纤维的表面处理是本领域技术人员所已知的。表面处理通常包括去除纤维表面的原始上浆剂和/或补充与用于浸渍的热塑性树脂相容的上浆剂。原始上浆剂的去除可例如使用可溶解相应上浆剂的溶剂(如丙酮等)进行，这例如通过使用溶剂洗涤槽进行。然后，可任选将去除掉原始上浆剂的纤维干燥，例如通过烘道干燥，所述烘道优选为红外烘道。然后，可任选使用与热塑性浸渍树脂相容的上浆剂上浆。上浆优选在上浆槽中进行。在上浆后，可任选对纤维进行干燥，优选使其通过红外烘道而干燥。
在本发明方法步骤(1)之后，可实施步骤(2)，即用热塑性树脂熔体浸渍在步骤(1)中获得的薄层化纤维，其中薄层化的纤维的比例为30-70wt％，优选为40-60wt％，更优选为45-55wt％，基于纤维与热塑性树脂熔体的总重量；热塑性树脂熔体的比例为30-70wt％，优选为40-60wt％，更优选为45-55wt％，基于碳纤维与热塑性树脂熔体的总重量。
步骤(2)的浸渍可在任何适于浸渍的设备中，例如在常规的熔体浸渍槽中进行。优选地，步骤(2)在本发明的浸渍模头中进行。预浸料中的纤维含量可通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距来控制。
本发明的浸渍模头包括挤出机接口、纤维入口和纤维出口。在浸渍期间，连续纤维被牵引辊牵引通过浸渍模头，同时挤出机将热塑性树脂熔体经由挤出机对接口挤入浸渍模头中，从而浸渍连续纤维，经浸渍的连续纤维从纤维出口牵引出去。在浸渍期间，为了避免从挤出机中挤出的热塑性熔体在浸渍模头中冷却，从而影响浸渍效果，所述浸渍模头还包括浸渍模头高温腔体。所述高温腔体具有加热功能，从而保持挤出的热塑性熔体具有足够的流动性。取决于所用的热塑性树脂，所述高温腔体工作温度为100-500℃，优选为200-450℃，更优选为300-450℃，最优选为350-420℃。在浸渍期间，需要将热塑性树脂熔体经由挤出机对接口挤出到浸渍模头中以浸渍纤维纱，在这种情况下，由于树脂熔体粘度大，仅从纤维纱上表面或下表面单面渗透进纤维内部较困难。为了解决该问题，浸渍模头可具有两个挤出机对接口，从而同时从纤维纱上下表面接触浸渍，这大大提高了浸渍质量和浸渍效率。更进一步地，为了确保充分浸渍，甚至可使用更多个挤出机对接口。
通过使用本发明的浸渍模头，可实现热塑性树脂熔体对纤维的快速接触浸渍。由于热塑性树脂熔体粘度较大，尤其是耐高温的聚醚醚酮树脂以及聚苯硫醚树脂等，依靠传统辊压等方式很难实现对纤维的良好浸渍。借助本发明的浸渍模头，可以将从挤出机挤出的高温粘流态热塑性熔体涂覆于纤维纱上下表面，并在浸渍模头内实现初步接触浸渍，为后续在二次浸渍设备中进一步浸渍提供了基础。该浸渍模头是实现高粘度树脂与纤维良好浸渍的前提。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法进一步包括步骤(3)，即对步骤(2)获得的材料进行二次浸渍。所述二次浸渍包括在高温下对在步骤(2)中获得的预浸料进行反复挤压，从而使得树脂充分浸渍纤维。
在二次浸渍期间，可对预浸料进行加热。加热温度取决于热塑性塑料的具体种类，通常为100-500℃，优选为200-450℃，更优选为300-450℃，最优选为350-420℃。在一个优选的实施方案中，二次浸渍在本发明的二次浸渍设备中进行。所述二次浸渍设备包括前高温加热辊、后高温加热辊以及介于二者之间的小弧形热板。所述二次浸渍设备可任选包含高温红外箱，其中所述前高温加热辊、后高温加热辊和小弧形热板置于该高温红外箱中。此外，所述高温红外箱前后两侧均有进料的扁平入口及出口。在二次浸渍期间，将在步骤(2)中获得的预浸料牵引至高温红外箱中，使其通过前高温加热辊的辊间隙，经小弧形热板进一步加热和挤压；然后通过后高温加热辊的辊间隙。
本发明的小弧形热板由上下两块热板构成，所述上下两块热板相对的表面上周期性地设有凸起，从而在上下热板的相对表面上形成相互对应的波浪形流道。其中“相互对应”是指上下热板的波浪形凸起相互对应，即上热板流道的波峰对应于下热板流道的波谷，上热板流道的波谷对应于下热板流道的波峰，反之亦然。
在二次浸渍期间，挤压可通过调节高温加热辊之间和小弧度热板之间的间隙实现。在本发明方法中，高温加热辊和小弧度热板的间隙为0.03-6mm可调，更优选为0.03-1mm，最优选为0.03-0.40mm。加热及挤压时间与牵引辊牵引速率有关，牵引速率通常为0.01-3m/min，优选为0.01-2m/min，更优选为0.1-1m/min，最优选为0.2-0.7m/min。
在步骤(3)的二次浸渍过程中，从前端浸渍模头出来的预浸料进一步被前高温辊压以及在波浪形流道内反复挤压，从而使得高粘度的热塑性树脂能够有足够的温度、足够的压力和时间充分浸渍到纤维丝束内部，降低预浸料的缺陷。二次浸渍过程对高温高粘度的热塑性树脂(如聚醚醚酮和聚苯硫醚等)与纤维的充分浸渍有决定性作用。此外，该步骤(3)有助于对预浸料的厚度和表面质量进行控制。经步骤(3)二次浸渍的预浸料具有高表面质量和低孔隙率。一般而言，经二次浸渍的预浸料的孔隙率不超过1％。
发明人令人惊讶地发现，本发明的独立且紧邻的浸渍模头和二次浸渍设备联合使用，即依靠浸渍模头实现纤维与树脂的初次接触浸渍，紧接着通过二次浸渍设备进一步提高浸渍质量，二者能够实现高温高粘度的热塑性树脂与纤维的快速和充分浸渍，同时实现对预浸料的厚度和表面质量的控制。
在另一优选实施方案中，本发明还一步包括步骤(4)，即，对在步骤(3)制得的预浸料进行紧压定型和冷却，从而获得最终的预浸料产品。预浸料紧压定型设备由多组(优选2-6组，更优选2-4组)冷辊构成，冷辊间隙0.03-6mm可调，优选为0.03-1mm，最优选为0.03-0.40mm。通过预浸料紧压定型设备，获得了表面质量良好的预浸料并同时降低预浸料的温度以优化预浸料厚度及形状。
在另一方面中，本发明还涉及一种用于预浸料的浸渍设备，其包括浸渍模头和二次浸渍设置。所述浸渍模头包括挤出机接口、纤维入口和纤维出口。所述二次浸渍设备包括前高温加热辊、后高温加热辊以及介于二者之间的小弧形热板，其中所述小弧形热板由上下两块热板构成，所述上下两块热板相对的表面上周期性地设有凸起，从而在上下热板的相对表面上形成相互对应的波浪形流道。所述二次浸渍设备可任选包含高温红外箱，其中所述前高温加热辊、后高温加热辊和小弧形热板置于该高温红外箱中。此外，所述高温红外箱前后两侧均有进料的扁平入口及出口。
本发明的制备方法成功解决了高熔点和/或高粘度树脂对纤维丝束的浸渍问题，并且制备的连续纤维增强热塑性树脂预浸料具有高表面质量和低孔隙率。
本发明的方法能制备超薄连续纤维增强热塑性树脂的预浸料，由此制得的热塑性树脂/碳纤维预浸料的厚度通常小于0.10mm，优选小于0.08mm，更优选小于0.06mm；热塑性树脂/碳纤维预浸料的厚度通常小于0.25mm，优选小于0.20mm，更优选小于0.15mm。所述的方法制备的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的幅宽可为2-1200mm。
所述的方法制备的连续碳纤维增强热塑性树脂预浸料的孔隙率不超过1％，低的孔隙率将有助于表现出复合材料优异的性能。
如上文所述，本发明的方法适于用具有高熔点和/或高粘度的热塑性树脂浸渍纤维。适于本发明方法的热塑性树脂通常具有100-500℃，优选200-450℃，更优选300-450℃，最优选350-420℃的熔点。适于本发明方法的热塑性树脂通常具有约20-90g/10min，优选约20-80g/10min，更优选约20-60g/10min，仍更优选约20-40g/10min的熔融指数。熔融指数根据GB/T3682-2000测定。特别地，所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜、聚酰胺或聚丙烯；优选地，所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜、聚酰胺；更优选地，本发明的方法适用于聚醚醚酮树脂对碳纤维的熔融浸渍，从而制得高质量的预浸料。
本发明方法中所用的纤维为碳纤维，玻璃纤维等，优选为碳纤维。
发明人令人惊讶地发现，通过使用本发明的方法，获得了如下有利的技术效果：
1、由于连续纤维在预浸料生产过程中经过纤维厚度调节设备实现薄层化，有利于高熔体粘度的热塑性树脂对连续碳纤维的浸润，减少缺陷。在自动化铺放过程中，连续纤维增强热塑性树脂预浸料容易受热不均，从而影响层间结合性能，因此选择将预浸料薄层化是一个可靠且有益的方式。此外，对于采用热塑性预浸料制备异形制件，变截面区域容易造成较大的纤维变形等制造缺陷，而使用本发明法制备的超薄连续纤维增强热塑性预浸料将极大程度减少纤维变形等制造缺陷，能够用于自动铺带技术以及成型复杂形状制件，达到低缺陷含量及轻质高强的目的，可设计性强。
2、将薄层化的纤维经步骤(2)的初次接触浸渍和步骤(3)的二次浸渍处理，这实现了热塑性树脂熔体和纤维的充分浸渍并保证其具有优异的表面质量，其孔隙率不超过1％。
3、本发明连续纤维增强热塑性树脂预浸料制备方法适用于具有高熔点和/或高粘度的热塑性树脂。这些树脂通常是高性能热塑性树脂，由此制得的预浸料也具有高性能。
具体地，本发明涉及如下实施方案：
1.一种制备连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法，包括如下步骤：
(1)将连续纤维薄层化；
(2)用热塑性树脂熔体浸渍在步骤(1)中获得的薄层化纤维。
2.如实施方案1所述的方法，其中所述热塑性树脂的熔融指数为约20-90g/10min，所述熔融指数根据GB/T3682-2000测定。
3.如实施方案1或2所述的方法，其中在方法步骤(2)中，所述预浸料中的纤维比例为30-70wt％，热塑性树脂熔体比例为30-70wt％，在每种情况下基于碳纤维与热塑性树脂熔体的总重量。
4.如实施方案1-3中任一项所述的方法，其中所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜、聚酰胺或聚丙烯等；其中所述纤维为碳纤维或玻璃纤维等。
5.如实施方案1-4中任一项所述的方法，其中步骤(2)在浸渍模头中进行，所述浸渍模头包括挤出机接口、纤维入口和纤维出口。
6.如实施方案15中任一项所述的方法，进一步包括如下步骤：
(3)通过对由步骤(2)制得的材料进行反复挤压而实施二次浸渍。
7.如实施方案6所述的方法，其中二次浸渍在包括前高温加热辊、后高温加热辊以及介于二者之间的小弧形热板的二次浸渍设备中实施。
8.如实施方案7所述的方法，其中所述小弧形热板由上下两块热板构成，所述上下两块热板相对的表面上周期性地设有凸起，从而在上下热板的相对表面上形成相互对应的波浪形流道。
9.如实施方案1-8中任一项所述的方法，其进一步包括在步骤(1)之前对纤维进行表面处理的步骤；和/或在步骤(3)之后对获得的预浸料进行紧压定型和冷却的步骤。
附图说明
图1为用于制备本发明连续碳纤维增强热塑性树脂预浸料的示例性设备的示意图。
在图1中，1.纱架、2.纤维纱、3.针形导纱设备、4.纤维厚度调节设备、5.纤维表面处理设备、6.橡胶牵引辊、7.挤出机、8.浸渍模头、9.高温红外箱、10.前高温加热辊、11.小弧形热板、12.后高温加热辊、13.预浸料紧压定型设备、14.冷却设备、15.橡胶牵引辊、16.预浸料、17.切割设备、18.预浸料小收卷轴、19.预浸料大收卷轴。
在本发明方法的一个示例性的实施方案中，以碳纤维和聚醚醚酮为例阐述本发明的方法。首先将连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，所述纤维表面处理设备5包括溶剂洗涤槽和前红外烘道和/或热塑性上浆剂上浆槽和后红外烘道，其中可除去纤维表面的原始上浆剂并补充与热塑性基体相容的上浆剂；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度，采用挤出机7将聚醚醚酮树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2；为了保证聚醚醚酮树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚醚醚酮树脂熔体初次接触浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，通过前高温加热辊10的辊间隙；之后通过小弧形热板11使聚醚醚酮树脂充分浸渍连续纤维纱2；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施方式，对本发明进一步说明。
实施例1
通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距而控制用于制备连续碳纤维增强热塑性预浸料的原材料和投料比如下：
连续碳纤维(日本东丽T700SC,12K连续碳纤维) 50wt％，
聚醚醚酮树脂(380℃下熔融指数为85g/10min) 50wt％；
制备过程包括以下步骤：
首先将连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度为约60μm和幅宽20cm，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为410℃，采用挤出机7将聚醚醚酮树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.14mm；为了保证聚醚醚酮树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚醚醚酮树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为410℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.12mm；之后通过小弧形热板11使聚醚醚酮树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.12mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.10mm；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.10mm，然后通过冷却设备14，从而得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料厚度为100μm，表面质量良好。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为100μm的一轴连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放24层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM(即标准升/分钟)，热气喷口加热温度为800℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到[0]24复合材料。
将上述得到的24层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
对比例1
不采用纤维厚度调节设备4，适当根据纤维的实际厚度调节了各个后续设备的间隙大小以保证纤维顺利通过各间隙，其他条件与实施例1相同。具体流程如下：
首先连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列，且厚度为0.15mm，幅宽为20cm；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为410℃，采用挤出机7将聚醚醚酮树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.30mm；为了保证聚醚醚酮树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚醚醚酮树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为410℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.25mm；之后通过小弧形热板11使聚醚醚酮树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.25mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.20mm；前后高温加热辊以及小弧形热板温度均设定为410℃；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用5下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.20mm，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料厚度为200μm，表面质量良好。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为200μm的一轴连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放12层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为800℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到[0]12复合材料。
将上述得到的12层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
对比例2
不采用由高温红外箱9，前高温加热辊10，小弧形热板11以及后高温加热辊12构成的二次浸渍系统，按照实施例1中的条件和步骤实施。最后得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料厚度为100μm，表面质量一般。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为100μm的一轴连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放24层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为800℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到复合材料层合板。
将上述得到的24层预浸料制备复合材料层合板平板按照GB/T3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
实施例2
通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距而控制制备连续碳纤维增强热塑性预浸料原材料和投料比如下：
连续碳纤维(日本东丽T700SC,12K连续碳纤维) 50wt％，
聚醚醚酮树脂(380℃下熔融指数为85g/10min) 50wt％；
制备过程包括以下步骤：
首先连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度约为40μm和幅宽20cm，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为410℃，采用挤出机7将聚醚醚酮树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.12mm；为了保证聚醚醚酮树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚醚醚酮树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为410℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.10mm；之后通过小弧形热板11使聚醚醚酮树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.10mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.08mm；前后高温加热辊以及小弧形热板温度均设定为410℃；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.08mm，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料厚度为80μm，表面质量良好。该材料的性能测试结果见表1。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为80μm的一轴连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放30层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为800℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到复合材料层合板。
将上述得到的30层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
实施例3
通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距而控制制备连续碳纤维增强热塑性预浸料原材料和投料比如下：
连续碳纤维(日本东丽T700SC,12K连续碳纤维) 50wt％，
聚醚醚酮树脂(380℃下熔融指数为85g/10min) 50wt％；
制备过程包括以下步骤：
首先连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度约为30μm和幅宽20cm，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为410℃，采用挤出机7将聚醚醚酮树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.10mm；为了保证聚醚醚酮树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚醚醚酮树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为410℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.08mm；之后通过小弧形热板11使聚醚醚酮树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.06mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.06mm；前后高温加热辊以及小弧形热板温度均设定为410℃；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.06mm，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料厚度为60μm，表面质量良好。该材料的性能测试结果见表1。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为60μm的一轴连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放40层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为800℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到复合材料层合板。
将上述得到的40层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
实施例4
通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距而控制制备连续碳纤维增强热塑性预浸料的原材料和投料比由包含下述重量含量的组分构成：
连续碳纤维(日本东丽T700SC,12K连续碳纤维) 40wt％，
聚醚醚酮树脂(380℃下熔融指数为85g/10min) 60wt％；
制备过程包括以下步骤：
首先连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度约为60μm和幅宽20cm，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为410℃，采用挤出机7将聚醚醚酮树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.14mm；为了保证聚醚醚酮树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚醚醚酮树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为410℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.12mm；之后通过小弧形热板11使聚醚醚酮树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.12mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.10mm；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.10mm，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料厚度为100μm，表面质量良好。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为100μm的一轴连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放24层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为800℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到[0]24复合材料。
将上述得到的24层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
实施例5
通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距而控制制备连续碳纤维增强热塑性预浸料的原材料和投料比如下：
连续碳纤维(日本东丽T700SC,12K连续碳纤维) 50wt％，
聚酰胺66(200℃下熔融指数为40g/10min) 50wt％；
制备过程包括以下步骤：
首先连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度约为40μm和幅宽20cm，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为320℃，采用挤出机7将聚酰胺66树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.12mm；为了保证聚酰胺66树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚酰胺66树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为320℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.10mm；之后通过小弧形热板11使聚酰胺66树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.10mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.08mm；前后高温加热辊以及小弧形热板温度均设定为320℃；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.08mm，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚酰胺66预浸料厚度为80μm，表面质量良好。该材料的性能测试结果见表1。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚酰胺66树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚酰胺66复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为80μm的一轴连续碳纤维增强聚酰胺66树脂预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放30层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为500℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到复合材料层合板。
将上述得到的30层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
实施例6
通过调节与浸渍模头对接的挤出机挤出的热塑性高温熔体的挤出量以及所述浸渍模头出口间距而控制制备连续碳纤维增强热塑性预浸料的原材料和投料比如下：
连续碳纤维(日本东丽T700SC,12K连续碳纤维) 50wt％，
聚丙烯(200℃下熔融指数为40g/10min) 50wt％；
制备过程包括以下步骤：
首先连续碳纤维纱2置于纱架1上，在橡胶牵引辊6的作用下将连续碳纤维纱2牵引至针形导纱设备3，使连续碳纤维纱2均匀排列；将均匀排列的连续碳纤维纱2穿过纤维厚度调节设备4以调整碳纤维纱厚度约为40μm和幅宽20cm，其中纤维厚度调节设备4由6组张力辊组成，在纤维厚度调节期间，均匀排列的纤维依次经过各组张力辊，在张力的作用下减薄，从而实现薄层化；随后连续碳纤维纱2通过纤维表面处理设备5进行表面处理，其中使连续碳纤维纱2通过丙酮洗涤槽，在其中洗去碳纤维表面的原始上浆剂，然后通过红外烘道进行干燥；在橡胶牵引辊14的作用下将表面处理后的连续碳纤维纱2牵引至浸渍模头8(具有两个挤出机对接口)，同时设定挤出机7和浸渍模头8温度为220℃，采用挤出机7将聚丙烯树脂熔体挤入浸渍模头8以浸渍连续碳纤维纱2，浸渍模头8出口高度设定为0.12mm；为了保证聚丙烯树脂可以充分浸渍连续碳纤维纱2，将通过浸渍模头8中被聚丙烯树脂熔体初步浸渍的连续碳纤维纱2牵引至高温红外箱9，高温红外箱9温度设定为220℃，通过前高温加热辊10的辊间，其间隙调整为0.10mm；之后通过小弧形热板11使聚丙烯树脂充分浸渍连续纤维纱2，其间隙调整为0.10mm；再通过后高温加热辊12对预浸料进行厚度及表面质量的控制，其辊间距设定为0.08mm；前后高温加热辊以及小弧形热板温度均设定为220℃；随后被充分浸渍的连续碳纤维纱2在橡胶牵引辊15的作用下依次通过预浸料紧压定型设备13，该冷却定型设备间距设定为0.08mm，和冷却设备14后得到预浸料16；最后采用切割设备17将预浸料16切边，边角料收卷至预浸料小收卷轴18，中部质量较好的预浸料大收卷轴19。最后得到的连续碳纤维增强聚丙烯预浸料厚度为80μm，表面质量良好。该材料的性能测试结果见表1。按照GB/T 3365-2008测定预浸料的纤维体积分数、孔隙率和浸润情况，测试结果见表1。
将上述得到的连续碳纤维增强聚丙烯树脂预浸料分切成宽度6mm的预浸带，通过以下步骤制备连续碳纤维增强聚丙烯复合材料：
将上述得到的宽度为6mm，厚度为80μm的一轴连续碳纤维增强聚丙烯预浸料放置在热气加热自动铺放设备上，并将预浸料牵引至铺放头部固定；在平板模具表面均匀涂覆高温脱模剂并等待至干燥；在自动铺放设备上单向铺放30层预浸料制备复合材料层合板，设置铺放速率为25.4mm/s，铺放压力为40kgF，热气流速为80SLPM，热气喷口加热温度为400℃，热气喷口距离铺放压头12mm，设置铺放间隙为6mm，并设置相邻层铺放位置补偿为3mm；开启自动铺放程序，按上述设置铺放复合材料平板；程序停止，冷却后脱模得到复合材料层合板。
将上述得到的30层预浸料制备复合材料层合板按照GB/T 3365-2008测定纤维体积分数，按照ASTM D3039/D3039M-14制备成250mm×12.5mm的拉伸试样，按照ASTM D790-10制备成48mm×12.5mm的轴向弯曲试样，按照ASTM D2344/D2344M-13制备成12mm×4mm的短梁剪切试样，进行性能测试，测试结果见表1。
表1
热塑性预浸料自动化铺放过程中的预浸料纤维体积含量与最终复合材料纤维体积含量大致一致。
实施例1、2、3和4以及对比例1和2均采用聚醚醚酮热塑性树脂，主要是证明该预浸料制备工艺能够制备高温高粘度的聚醚醚酮预浸料。其中，在实施例1、实施例2和实施例3的制备过程中，所采用的连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂预浸料厚度分别为100μm、80μm和60μm，在铺放时有利于热气迅速均匀加热预浸料，并避免由于厚度过大受热不均造成的预浸料褶皱，从而降低所制备复合材料中的缺陷。
从表1中实施例1、实施例2及实施例3的对比可以看出，在碳纤维束经过纤维厚度调节设备均匀排布的前提下，随着调整浸渍模头出口、高温加热辊、小弧形热板间隙以及紧压定型设备的间隙，可以制备不同厚度的预浸料，同时不会提高预浸料中孔隙率含量，且表面质量良好。当然预浸料越薄，纤维分离得越开，因此预浸料中的纤维含量将些许降低，机械性能测试结果尽管表明拉伸强度及模量，轴向弯曲强度及模量和短梁剪切强度均有一定降低，但是若归一化到同一纤维体积含量其力学性能基本上一致。
从表1中实施例1和对比例1的对比可以看出，对比例1中未经过纤维厚度调节设备处理的纤维束厚度较大，导致其纤维在厚度方向上较为集中，不利于高粘度聚醚醚酮树脂对其充分浸渍，因此所制得预浸料的厚度较大，对比例1中预浸料内部含有较多的未浸透干纤维，因此纤维体积分数会偏高；且由于聚醚醚酮树脂不能充分浸渍纤维束内部，孔隙率高于2％，导致对比例1的机械性能明显低于实施例1。
从表1中实施例1、对比例1和对比例2的对比可以看出，对比例2中未经过二次浸渍系统处理的预浸料表面质量一般，但由于其纤维束经过纤维厚度调节设备处理，相比于对比例1有利于聚醚醚酮树脂的浸渍，因此对比例2的预浸料孔隙率低于对比例1，但由于其未进行二次浸渍处理，孔隙率仍高于1％，导致机械性能的降低。
从实施例4可以看出，经过不同的纤维和树脂投料比变化，可以改变预浸料中的纤维体积含量，树脂投料比例越高，则制得的预浸料的纤维体积含量越低。但其孔隙率及其它力学性能仍然可以维持在较好的水平。从表1中实施例5和实施例6可以看出，该连续碳纤维增强热塑性树脂预浸料装备亦可生产制备多种热塑性树脂的预浸料，实施例5是采用聚酰胺66树脂而实施例6是采用聚丙烯树脂，但是这两种树脂的性能相对于聚醚醚酮低很多，从低的弯曲性能及层剪性能可以看出，其它指标基本稳定。
因此，通过使用本发明的方法，可实现热塑性树脂熔体和纤维的充分浸渍并保证其具有优异的表面质量，其孔隙率不超过1％，且制得的复合材料具有优异的机械性能。
本发明不限于上述实施例和对比例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和变化都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种制备连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法，包括如下步骤：
(1)将连续纤维薄层化；
(2)用热塑性树脂熔体浸渍在步骤(1)中获得的薄层化纤维。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述热塑性树脂的熔融指数为约20-90g/10min，所述熔融指数根据GB/T3682-2000测定。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在方法步骤(2)中，所述预浸料中的纤维比例为30-70wt％，热塑性树脂熔体比例为30-70wt％，在每种情况下基于碳纤维与热塑性树脂熔体的总重量。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述热塑性树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜、聚酰胺或聚丙烯等；其中所述纤维为碳纤维或玻璃纤维等。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中步骤(2)在浸渍模头中进行，所述浸渍模头包括挤出机接口、纤维入口和纤维出口。
6.如权利要求15中任一项所述的方法，进一步包括如下步骤：
(3)通过对由步骤(2)制得的材料进行反复挤压而实施二次浸渍。
7.如权利要求6所述的方法，其中二次浸渍在包括前高温加热辊、后高温加热辊以及介于二者之间的小弧形热板的二次浸渍设备中实施。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述小弧形热板由上下两块热板构成，所述上下两块热板相对的表面上周期性地设有凸起，从而在上下热板的相对表面上形成相互对应的波浪形流道。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其进一步包括在步骤(1)之前对纤维进行表面处理的步骤；和/或在步骤(3)之后对获得的预浸料进行紧压定型和冷却的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190524 |