CN108177412A - 一种含有功能单元的纤维增强多层复合带及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有功能单元的纤维增强多层复合带及其制备工艺，解决了现有技术纤维增强多层复合带材不含功能单元、纤维直接增强高性能树脂材料界面结合性差的技术问题。本发明提供一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，由纤维增强薄层、功能单元和树脂材料层构成，纤维增强薄层中设有功能单元，纤维增强薄层的一侧或者两侧设有树脂材料层，树脂材料层为多层树脂基体，纤维增强薄层和多层树脂基体中的树脂为热塑性树脂材料，相邻两层热塑性树脂材料层通过热熔胶树脂层粘合在一起，多层树脂基体中至少含有两层热塑性树脂材料层；同时还提供其制备工艺。本发明可广泛应用于复合材料技术领域。

Description

一种含有功能单元的纤维增强多层复合带及其制备工艺
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种含有功能单元的纤维增强多层复合带及其制备工艺。
背景技术
现在所生产的纤维增强带产品，多数是由一种纤维通过牵引作用，经过一种树脂基体的预浸摸头进行浸渍，然后通过压辊成型。或者在展纱完整的纤维丝表面粘合或者挤出单一熔融树脂基体，通过压辊成型。
起初，预浸带被广泛的运用在航空航天事业中，特别是在制造飞机螺旋桨及机翼，机身的重要材料，可以说这种材料的应用直接关系到一个国家航空工业的发展水平。通过复合材料研究和加工成型技术的不断发展，在交通运输、国防、海工装备等领域也都得到广泛应用。
但是由于纤维增强多层复合带通常是被用于大型设备的关键部件，所以对关键部件带材使用的健康监测就成为重点，目前所生产的带材不含功能单元，实现不了带材应用过程中的实时监测；另外，目前纤维增强树脂材料通过由常见的通用性树脂组成，还没有得到界面结合性能良好的纤维增强高性能带材产品，因此限制了带材的使用领域。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种含有功能单元的、纤维增强多层复合带界面结合性好的纤维增强多层复合带及其制备工艺。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，由纤维增强薄层、功能单元和树脂材料层构成，纤维增强薄层由纤维、树脂和功能单元组成，树脂材料层为多层树脂基体，纤维增强薄层和多层树脂基体中的树脂为热塑性树脂材料，多层树脂基体中至少含有两层不同热塑性树脂材料层，相邻两层不同的热塑性树脂材料层通过热熔胶树脂层粘合在一起；纤维增强薄层的一侧或者两侧设有树脂材料层，纤维增强薄层中与树脂材料层相邻的热塑性树脂为同一种热塑性树脂，树脂材料层与纤维增强薄层的一侧或者两侧通过加热熔合在一起。
优选的，纤维为玻璃纤维或碳纤维；功能单元是由电缆线，或者光纤组成。
优选的，热塑性树脂为PE、PP、PVDF、PA、PPS、PEEK其中一种或者几种。
优选的，带厚度为0.8～5mm，带宽为100～500mm，纤维含量20％～60％。
优选的，纤维增强薄层厚度为0.2～0.5mm，所述功能单元数为10～50根。
上述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，步骤包括：
1)纤维放纱：
将纤维经纱架放纱；
2)纤维束展纱：
将步骤1)中经放纱后纤维，经展纱设备进行纤维束展纱，得纤维纱；
3)功能单元引入：
功能单元经引出设备引出，与步骤2)中制得的纤维纱混合，纤维可分布在整个带宽范围内，得功能单元与纤维混合物；
4)浸渍：
将步骤3)中制得的功能单元与纤维混合物放入浸渍模头的浸渍模具中，与挤出机挤出的树脂一起加热熔融，加热温度高于挤出机挤出树脂温度的8～20℃，浸渍成带，制得带有功能单元的纤维增强薄层；
5)粘合树脂材料层：
将热塑性树脂材料组合，通过共挤平板模头熔融挤出多层树脂基体，即树脂材料层，多层树脂基体中至少含有两层不同热塑性树脂材料层，相邻两层不同的热塑性树脂材料层通过热熔胶树脂层粘合在一起，熔融树脂挤出温度高于每种树脂基体熔点温度8～20℃，经过共挤平板模头挤出，形成的树脂材料层；
纤维增强薄层中与树脂材料层相邻的热塑性树脂为同一种热塑性树脂，树脂材料层与纤维增强薄层的一侧通过加热熔合在一起，在牵引设备的牵引作用下进入压辊，热压熔融制成整体带材，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层；
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中制得的一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊成型后，在收卷设备处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带。
优选的，步骤3)中功能单元可根据带宽进行单根或者多根布置。
优选的，步骤1)中纤维纱架的放纱张力为5～10N，步骤3)中功能单元引出张力为5～10N；步骤5)中共挤平板模头挤出速度与牵引的速度相同，共挤平板模头挤出速度为3～10m/min，牵引的速度为3～10m/min。
优选的，步骤5)中树脂材料层与纤维增强薄层的一侧通过加热熔合的温度高于纤维增强薄层的热塑性树脂熔点的6～10℃。
优选的，将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)纤维增强薄层的另一侧粘合树脂材料层，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二。
本发明的有益效果：本发明提供了一种特别适用于工业应用的含有功能单元的多层纤维增强复合材料带，且在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
(1)带材中含有功能单元，可通过信号传输来检测带材使用情况，可达到智能监测的效果。功能单元包含光纤和电缆，可作为传输信号和传感元件应用，通过光或电沿着通路传递，获得沿着长度方向的相关被测物理量，通过合理的布设传输网络可实现结构的整理健康监测。如当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中含有各种杂质，导致激光和光纤分子出现相互作用，从而产生瑞利、拉曼和布里渊这三种散射光。如光纤沿线被测物理量发生变化，将引起散射光的频率发生偏移，可利用光时域反射技术分析上述频移信号，获取被测物理量(如温度、应变等)的大小、时间及空间信息。
(2)通过多层复合的平板模具挤出多层复合材料，针对不同的使用条件进行材料组合设计及与特殊工艺相结合，再通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
附图说明
图1是本发明的纤维增强薄层的俯视图结构示意图；
图2是本发明的主视剖面图的结构示意图；
图3是本发明的工艺流程图。
图中标记：1.纤维增强薄层，2.功能单元，3.纤维纱架，4.展纱设备，5.引出设备，6.浸渍模具，7.平板模头，8.压辊，9.牵引设备，10.收卷设备，11.浸渍模头，12.挤出机，13.树脂材料层，14.热熔胶树脂层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
实施例1
由图1～3所示，本发明的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，步骤包括：
1)纤维放纱
将纤维增强薄层1的玻璃纤维放入纤维纱架3放纱，纤维纱架3放纱张力在5N。
2)纤维束展纱
步骤1)中的玻璃纤维经过放纱后，再经展纱设备4进行纤维束的展纱，得展纱后的纤维纱；
3)功能单元引入
功能单元电缆线2经引出设备5引出，电缆线引出张力为5N；将功能单元电缆线2与步骤2)中展纱后的玻璃纤维混合，带宽300mm，玻璃纤维分布在整个带宽范围内，得功能单元电缆线2与玻璃纤维混合物，功能单元电缆线2根据带宽布置10根。
4)浸渍
将步骤3)中的功能单元电缆线2与玻璃纤维混合物放入浸渍模头11的浸渍模具6中，与挤出机12挤出的PE树脂一起加热熔融，加热温度高于PE树脂熔点8℃，进行浸渍，浸渍后成厚度为0.2mm的带，制得带有功能单元的纤维增强PE薄层13。
5)粘合树脂材料层
将PE和热熔胶树脂、PA组合，通过共挤平板模头7熔融挤出PA-热熔胶树脂-PE多层复合材料，多层共挤平板模头7挤出速度为3m/min，树脂材料层为3层，每两层不同的热塑性树脂中间通过热熔胶树脂层14粘合，每种树脂挤出温度高于每种挤出树脂熔点8℃，经过共挤平板模头7挤出，形成的树脂材料层13；通过不同的热塑性材料PA、PE组合设计，实现不同材料的复合组合，通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
上述树脂材料层13与步骤4)纤维增强PE薄层1的一侧通过加热熔合在一起，形成纤维增强PE薄层-PE-热熔胶树脂-PA，在牵引设备9的牵引作用下进入压辊8，牵引的速度为3m/min，热压熔合制成整体带材，热压熔熔合温度高于PE树脂熔点6℃，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层。
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊8成型后，在收卷设备10处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带中：带层结构为纤维增强PE薄层-PE-热熔胶树脂-PA，纤维含量60％，带材厚度0.8mm。
7)将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)所述纤维增强薄层的另一侧粘合树脂材料层13，选用热塑性材料PE与PPS组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二中：带层结构为PPS-热熔胶树脂-PE-纤维增强PE薄层-PE-热熔胶树脂-PA，纤维含量40％，带材厚度2mm。
8)将步骤7)中的所述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二，展带后，选用热塑性材料PA与PEEK组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带三；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带三中：带层结构为PPS-热熔胶树脂-PE-纤维增强PE薄层-PE-热熔胶树脂-PA-PA-热熔胶树脂-PEEK，纤维含量20％，带材厚度5mm。
复合材料带、复合材料带二、复合材料带三，性能检测结果见表1和表2。
表1复合材料带剥离强度性能检测结果
表2复合材料带性能检测结果
性能指标 复合材料带一 复合材料带二 复合材料带三
拉伸强度 ＞758MPa ＞758MPa ＞758MPa
拉伸模量 ＞27GPa ＞27GPa ＞27GPa
断裂伸长率 ＞2.8MPa ＞2.8MPa ＞2.8MPa
由表1可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带界面结合性好，室温时、80℃时剥离强度的性能指标均符合要求，且室温时的剥离强度均大于45MPa，80℃时的剥离强度均大于36MPa；由表2可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带还具有较强的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率。综上所述，本发明的纤维增强多层复合带通过多层复合的平板模具挤出多层复合材料，针对不同的使用条件进行材料组合设计及与特殊工艺相结合，再通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
实施例2
由图1～3所示，本发明的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，步骤包括：
1)纤维放纱
将纤维增强薄层1的玻璃纤维放入纤维纱架3放纱，纤维纱架3放纱张力在10N。
2)纤维束展纱
步骤1)中的玻璃纤维经过放纱后，再经展纱设备4进行纤维束的展纱，得展纱后的纤维纱；
3)功能单元引入
功能单元光纤2经引出设备5引出，光纤引出张力为10N；将功能单元光纤2与步骤2)中展纱后的玻璃纤维混合，带宽300mm，玻璃纤维分布在整个带宽范围内，得功能单元光纤2与玻璃纤维混合物，功能单元光纤2根据带宽布置20根。
4)浸渍
将步骤3)中的功能单元光纤2与玻璃纤维混合物放入浸渍模头11的浸渍模具6中，与挤出机12挤出的PP树脂一起加热熔融，加热温度高于PP树脂熔点8℃，进行浸渍，浸渍后成厚度为0.2mm的带，制得带有功能单元的纤维增强PP薄层13。
5)粘合树脂材料层
将PP和热熔胶树脂与PVDF组合，通过共挤平板模头7熔融挤出PVDF-热熔胶树脂-PP多层复合材料，多层共挤平板模头7挤出速度为10m/min，树脂材料层为3层，每两层不同的热塑性树脂中间通过热熔胶树脂层14粘合，树脂挤出温度高于各种挤出树脂熔点8℃，经过共挤平板模头7挤出，形成的树脂材料层13；通过不同的热塑性材料PVDF、PP组合设计，实现不同材料的复合组合，通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
上述树脂材料层13与步骤4)纤维增强PP薄层1的一侧通过加热熔合在一起，形成纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂-PVDF，在牵引设备9的牵引作用下进入压辊8，牵引的速度为10m/min，热压熔合制成整体带材，热压熔熔合温度高于PP树脂熔点8℃，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层。
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊8成型后，在收卷设备10处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带中：带层结构为纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂-PVDF，纤维含量60％，带材厚度0.8mm。
7)将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)所述纤维增强薄层的另一侧粘合树脂材料层13，选用热塑性材料PP与PPS组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二中：带层结构为PPS-热熔胶树脂-PP-纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂-PVDF，纤维含量40％，带材厚度2mm。
复合材料带一、复合材料带二，性能检测结果见表3和表4。
表3复合材料带剥离强度性能检测结果
表4复合材料带性能检测结果
性能指标 复合材料带一 复合材料带二
拉伸强度 ＞758MPa ＞758MPa
拉伸模量 ＞27GPa ＞27GPa
断裂伸长率 ＞2.8MPa ＞2.8MPa
由表3可知，复合材料带、复合材料带二纤维增强多层复合带界面结合性好，室温时、80℃时剥离强度的性能指标均符合要求，且室温时的剥离强度均大于45MPa，80℃时的剥离强度均大于36MPa；由表4可知，复合材料带、复合材料带二纤维增强多层复合带还具有较强的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率。综上所述，本发明的纤维增强多层复合带通过多层复合的平板模具挤出多层复合材料，针对不同的使用条件进行材料组合设计及与特殊工艺相结合，再通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
实施例3
由图1～3所示，本发明的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，步骤包括：
1)纤维放纱
将纤维增强薄层1的玻璃纤维放入纤维纱架3放纱，纤维纱架3放纱张力在5N。
2)纤维束展纱
步骤1)中的玻璃纤维经过放纱后，再经展纱设备4进行纤维束的展纱，得展纱后的纤维纱；
3)功能单元引入
功能单元光纤2经引出设备5引出，光纤引出张力为5N；将功能单元光纤2与步骤2)中展纱后的玻璃纤维混合，带宽300mm，玻璃纤维分布在整个带宽范围内，得功能单元光纤2与玻璃纤维混合物，功能单元光纤2根据带宽布置25根。
4)浸渍
将步骤3)中的功能单元光纤2与玻璃纤维混合物放入浸渍模头11的浸渍模具6中，与挤出机12挤出的PE树脂一起加热熔融，加热温度高于PE树脂熔点8℃，进行浸渍，浸渍后成厚度为0.2mm的带，制得带有功能单元的纤维增强PE薄层13。
5)粘合树脂材料层
将PE和热熔胶树脂与PVDF、PA组合，通过共挤平板模头7熔融挤出PVDF-热熔胶树脂-PA-热熔胶树脂-PE多层复合材料，多层共挤平板模头7挤出速度为3m/min，树脂材料层为5层，每两层不同的热塑性树脂中间通过热熔胶树脂层14粘合，每种树脂挤出温度高于每种所挤出树脂熔点8℃，经过共挤平板模头7挤出，形成的树脂材料层13；通过不同的热塑性材料PVDF、PA、PE组合设计，实现不同材料的复合组合，通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
上述树脂材料层13与步骤4)纤维增强PE薄层1的一侧通过加热熔合在一起，形成PE纤维增强薄层-PE-热熔胶树脂-PA-热熔胶树脂-PVDF，在牵引设备9的牵引作用下进入压辊8，牵引的速度为3～10m/min，热压熔合制成整体带材，热压熔熔合温度高于PE树脂熔点6℃，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层。
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊8成型后，在收卷设备10处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带中：带层结构为PE纤维增强薄层-PE-热熔胶树脂-PA-热熔胶树脂-PVDF，纤维含量60％，带材厚度0.8mm。
7)将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)所述纤维增强薄层的另一侧粘合树脂材料层13，选用热塑性材料PE与PA和PPS组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二中：带层结构为PPS-热熔胶树脂-PA-热熔胶树脂-PE-PE纤维增强薄层-PE-热熔胶树脂--PA-热熔胶树脂-PVDF，纤维含量40％，带材厚度2mm。
8)将步骤7)中的所述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二，展带后，选用热塑性材料PPS与PEEK组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带三；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带三中：带层结构为PEEK-热熔胶树脂-PPS-PPS-热熔胶树脂-PA-热熔胶树脂-PE-PE纤维增强薄层-PE-热熔胶树脂-PA-热熔胶树脂-PVDF，纤维含量20％，带材厚度5mm。
复合材料带、复合材料带二、复合材料带三，性能检测结果见表5和表6。
表5复合材料带剥离强度性能检测结果
表6复合材料带性能检测结果
性能指标 复合材料带一 复合材料带二 复合材料带三
拉伸强度 ＞758MPa ＞758MPa ＞758MPa
拉伸模量 ＞27GPa ＞27GPa ＞27GPa
断裂伸长率 ＞2.8MPa ＞2.8MPa ＞2.8MPa
由表5可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带界面结合性好，室温时、80℃时剥离强度的性能指标均符合要求，且室温时的剥离强度均大于45MPa，80℃时的剥离强度均大于36MPa；由表6可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带还具有较强的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率。综上所述，本发明的纤维增强多层复合带通过多层复合的平板模具挤出多层复合材料，针对不同的使用条件进行材料组合设计及与特殊工艺相结合，再通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
实施例4
由图1～3所示，本发明的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，步骤包括：
1)纤维放纱
将纤维增强薄层1的碳纤维放入纤维纱架3放纱，纤维纱架3放纱张力为10N；
2)纤维束展纱
步骤1)中的碳纤维经过放纱后，再经展纱设备4进行纤维束的展纱，得展纱后的纤维纱；
3)功能单元引入
功能单元电缆线2经引出设备5引出，电缆线引出张力为10N；将功能单元电缆线2与步骤2)中展纱后的碳纤维混合，带宽500mm，碳纤维分布在整个带宽范围内，得功能单元电缆线2与碳纤维混合物，功能单元电缆线2根据带宽布置50根。
4)浸渍将步骤3)中的功能单元电缆线2与碳纤维混合物放入浸渍模头11的浸渍模具6中，与挤出机12挤出的PP树脂一起在浸渍模具6中加热熔融，加热温度高于PP树脂熔点20℃，进行浸渍，浸渍后成厚度为0.5mm的带，制得带有功能单元的纤维增强PP薄层；
5)粘合树脂材料层
将PP与热塑性材料PPS、PEEK组合，通过平板模头7挤出多层复合材料，多层共挤平板模头7挤出速度为10m/min，多层复合材料为5层，多层树脂基体中含有三层不同热塑性树脂材料层，相邻两层不同的热塑性树脂材料层通过热熔胶树脂层粘合在一起，形成PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，每种熔融树脂的挤出温度高于每种所挤出树脂熔点20℃，经过共挤平板模头7挤出，形成的树脂材料层13；通过不同的热塑性材料组合设计，实现不同材料的复合组合，通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
上述树脂材料层13与步骤4)纤维增强PP薄层1的一侧通过加热熔合在一起，形成纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK的带层结构，在牵引设备9的牵引作用下进入压辊8，牵引的速度为10m/min，与平板模头7挤出速度相同，加热熔合制成整体带材，加热熔合温度高于PP树脂的熔点10℃，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层；
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊8成型后，在收卷设备10处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带中：带层结构为纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，纤维含量60％，带材厚度3mm。
7)将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)中的纤维增强薄层的另一侧粘合树脂材料层13，选用热塑性材料PP与PE和PA组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二中：带层结构为PE-热熔胶树脂层-PA-热熔胶树脂层-PP-纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK(PA-热熔胶树脂层-PE-热熔胶树脂层-PP-纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK)，纤维含量50％，带材厚度4mm。
8)将步骤6)中的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带和步骤7)中的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二，展带；重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带三；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带三中：带层结构为PE-热熔胶树脂层-PA-热熔胶树脂层-PP-纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK-PEEK-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PP-PP纤维增强薄层(PEEK-热熔胶-PA-PA-热熔胶树脂层-PE-热熔胶树脂层-PP-纤维增强PP薄层-PP-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，PEEK温度是最高的，它后边不能再接别的树脂)，纤维含量20％，带材厚度5mm。
复合材料带、复合材料带二、复合材料带三，性能检测结果见表7和表8。
表7复合材料带性能检测结果
表8复合材料带性能检测结果
性能指标 复合材料带一 复合材料带二 复合材料带三
拉伸强度 ＞758MPa ＞758MPa ＞758MPa
拉伸模量 ＞27GPa ＞27GPa ＞27GPa
断裂伸长率 ＞2.8MPa ＞2.8MPa ＞2.8MPa
由表7可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带界面结合性好，室温时、80℃时剥离强度的性能指标均符合要求，且室温时的剥离强度均大于45MPa，80℃时的剥离强度均大于36MPa；由表8可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带还具有较强的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率。综上所述，本发明的纤维增强多层复合带通过多层复合的平板模具挤出多层复合材料，针对不同的使用条件进行材料组合设计及与特殊工艺相结合，再通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
实施例5
由图3所示，本发明的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，其特征在于，步骤包括：
1)纤维放纱
将纤维增强薄层1的碳纤维放入纤维纱架3放纱，纤维纱架3放纱张力在8N。
2)纤维束展纱
步骤1)中碳纤维经过放纱后，再经展纱设备4进行纤维束的展纱，得展纱后的纤维纱。
3)功能单元引入
功能单元电缆线2经引出设备5引出，电缆线引出张力为8N；将功能单元电缆线2与步骤2)中展纱后的碳纤维混合，带宽为300mm，碳纤维分布在整个带宽范围内，得功能单元电缆线2与碳纤维混合物；功能单元电缆线2根据带宽布置25根，单根排布。
4)浸渍
将步骤3)中的功能单元电缆线2与碳纤维混合物放入浸渍模头11的浸渍模具6中，与挤出机12挤出的PA树脂一起在浸渍模具6中加热熔融，加热温度高于PA树脂熔点12℃，进行浸渍，浸渍后成厚度为0.3mm的带，制得带有功能单元的纤维增强PA薄层。
5)粘合树脂材料层
将PA与热塑性材料PVDF、PPS、PEEK组合，通过平板模头7熔融树脂挤出树脂材料层13，多层共挤平板模头7挤出速度为6m/min；多层复合材料为7层，多层树脂基体中相邻两层不同的热塑性树脂材料层14通过热熔胶树脂层粘合在一起，粘合形成PA-热熔胶树脂层-PVDF-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，PA、PVDF、PPS、PEEK熔融树脂挤出温度分别每种所挤出树脂熔点12℃，经过共挤平板模头7挤出，形成的树脂材料层13；通过不同的热塑性材料组合设计，实现不同材料的复合组合，通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
上述树脂材料层13与步骤4)纤维增强PA薄层1的一侧，在牵引设备10的牵引作用下进入压辊8，牵引的速度为6m/min，与共挤平板模头7挤出速度相同，加热熔合制成整体带材，带材结构为纤维增强PA薄层-PA-热熔胶树脂层-PVDF-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，热压熔融温度高于PA树脂的熔点8℃，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层；
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊8成型后，在收卷设备10处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带一；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带中：带材结构为纤维增强PA薄层-PA-热熔胶树脂层-PVDF-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，纤维含量60％，带材厚度3.6mm。
7)将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)制得的纤维增强薄层1的另一侧粘合树脂材料层13，选用热塑性材料PA和PPS组合，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二；
上述含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二中：带材结构为PPS-热熔胶树脂层-PA-纤维增强PA薄层-PA-热熔胶树脂层-PVDF-热熔胶树脂层-PPS-热熔胶树脂层-PEEK，纤维含量30％，带材厚度5mm。
复合材料带一、复合材料带二，性能检测结果见表3。
表9复合材料带性能检测结果
性能指标 复合材料带 复合材料带二
室温时的剥离强度 ＞45MPa ＞45MPa
80℃时的剥离强度 ＞36MPa ＞36MPa
表10复合材料带性能检测结果
性能指标 复合材料带一 复合材料带二
拉伸强度 ＞758MPa ＞758MPa
拉伸模量 ＞27GPa ＞27GPa
断裂伸长率 ＞2.8MPa ＞2.8MPa
由表9可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带界面结合性好，室温时、80℃时剥离强度的性能指标均符合要求，且室温时的剥离强度均大于45MPa，80℃时的剥离强度均大于36MPa；由表10可知，复合材料带、复合材料带二、复合材料带三纤维增强多层复合带还具有较强的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率。综上所述，本发明的纤维增强多层复合带通过多层复合的平板模具挤出多层复合材料，针对不同的使用条件进行材料组合设计及与特殊工艺相结合，再通过与纤维增强薄层带熔合为一体，结果在通用性能树脂的基础上引入高性能树脂，拓宽应用领域。
本发明的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，可以达到连续生产，且功能单元是在浸渍前一阶段与纤维混在一起，经模头浸渍后成带，纤维是分布在整个带宽范围内的，后续又增强了多层复合材料，此多层复合材料可通过材料的设计，比如选用具有特殊性能的热塑性复合材料为外层，可拓宽应用领域。本发明的工艺方法中，针对树脂熔点与热融工艺步骤的温度，针对不同的热塑性树脂选择特殊的热融温度，克服现有技术多层复合材料因多种树脂的熔点温度差大，挤出控制难的技术问题。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一侧”、“另一侧”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，其特征在于，由纤维增强薄层、功能单元和树脂材料层构成，所述纤维增强薄层由纤维、树脂和所述功能单元组成，所述树脂材料层为多层树脂基体，所述纤维增强薄层和所述多层树脂基体中的树脂为热塑性树脂材料，所述多层树脂基体中至少含有两层不同热塑性树脂材料层，所述相邻两层不同的热塑性树脂材料层通过热熔胶树脂层粘合在一起；所述纤维增强薄层的一侧或者两侧设有所述树脂材料层，所述纤维增强薄层中与所述树脂材料层相邻的热塑性树脂为同一种热塑性树脂，所述树脂材料层与所述纤维增强薄层的一侧或者两侧通过加热熔合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，其特征在于，所述纤维为玻璃纤维或碳纤维；所述功能单元是由电缆线，或者光纤组成。
3.根据权利要求1所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，其特征在于，所述热塑性树脂为PE、PP、PVDF、PA、PPS、PEEK其中一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，其特征在于，带厚度为0.8～5mm，带宽为100～500mm，纤维含量20％～60％。
5.根据权利要求4所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带，其特征在于，所述纤维增强薄层厚度为0.2～0.5mm，所述功能单元数为10～50根。
6.根据权利要求1～5任何一项所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，其特征在于，步骤包括：
1)纤维放纱：
将所述纤维经纱架放纱；
2)纤维束展纱：
将步骤1)中经放纱后纤维，经展纱设备进行纤维束展纱，得纤维纱；
3)功能单元引入：
所述功能单元经引出设备引出，与步骤2)中制得的纤维纱混合，纤维可分布在整个带宽范围内，得功能单元与纤维混合物；
4)浸渍：
将步骤3)中制得的功能单元与纤维混合物放入浸渍模头的浸渍模具中，与挤出机挤出的树脂一起加热熔融，所述加热温度高于所述挤出机挤出树脂温度的8～20℃，浸渍成带，制得带有功能单元的纤维增强薄层；
5)粘合树脂材料层：
将所述热塑性树脂材料组合，通过共挤平板模头熔融挤出多层树脂基体，即树脂材料层，所述多层树脂基体中至少含有两层不同热塑性树脂材料层，所述相邻两层不同的热塑性树脂材料层通过热熔胶树脂层粘合在一起，所述熔融树脂挤出温度高于每种所选树脂基体熔点温度8～20℃，经过共挤平板模头挤出，形成的树脂材料层；
所述纤维增强薄层中与所述树脂材料层相邻的热塑性树脂为同一种热塑性树脂，所述树脂材料层与所述纤维增强薄层的一侧通过加热熔合在一起，在牵引设备的牵引作用下进入压辊，热压熔融制成整体带材，制得一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层；
6)辊压成型、收卷过程
将步骤5)中制得的一侧粘合多层复合树脂的纤维增强薄层，通过压辊成型后，在收卷设备处进行收卷，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带。
7.根据权利要求6所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，其特征在于，步骤3)中所述功能单元可根据带宽进行单根或者多根布置。
8.根据权利要求6所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，其特征在于，步骤1)中所述纤维纱架的放纱张力为5～10N，步骤3)中所述功能单元引出张力为5～10N；步骤5)中所述共挤平板模头挤出速度与所述牵引的速度相同，所述共挤平板模头挤出速度为3～10m/min，所述牵引的速度为3～10m/min。
9.根据权利要求6所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，其特征在于，步骤5)中所述树脂材料层与纤维增强薄层的一侧通过加热熔合的温度高于所述纤维增强薄层的热塑性树脂熔点的6～10℃。
10.根据权利要求6所述的一种含有功能单元的纤维增强多层复合带的制备工艺，其特征在于，将步骤6)中制得的含有功能单元的纤维增强多层复合材料带，展带，在步骤5)所述纤维增强薄层的另一侧粘合树脂材料层，重复步骤5)～步骤6)，制得含有功能单元的纤维增强多层复合材料带二。
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