CN109080176A - 一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺 - Google Patents

一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,包括以下步骤,(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,然后通过卷取装置收取纤维,本发明提供的产品密度小,耐腐蚀能力强,生产成本低。

Description

一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺
技术领域
本发明涉及模压和注塑工艺,具体涉及一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺。
背景技术
CFRT复合材料具备以下特点:强度高,抗冲击强,力学性能高;耐温抗湿,方便长期储存;易加工成型,生产效率高;可以回收重复利用6次,对坏境友好。基料易选择,PA,PP,PE,PC等材料均适用。CFRT复合材料越来越受到人们的关注,并成为复合材料领域的研发开发的热点,究其原因是:在近代复合材料发展史上,人们重点关注那些在未来15-25年内性能有重大改进的材料(模量>20-25%),而“单一材料”不大可能取得这样大的改进。到2020年,模量增加20-40%的材料将大有用武之地,现在看来惟有复合材料才有可能实现这样大幅度的性能提升。CFRT复合材料就是这种新型复合材料之一。
长纤维增强热塑性塑料(LFT),工程技术人员经过多年研发已经批量生产。在此基础上研发连续纤维增强热塑性复合材料(CFRT),提高树脂极性,降低树脂粘度是增加浸润动力,减小浸润阻力,提高浸渍速度的有效方法;强化纤维丝束的径向扩展和树脂熔体往纤维丝束的径向流动,减少纤维单丝的折损是提高熔融浸渍效率的主要途径;采用与浸渍树脂和浸渍设备特征相适应的浸渍温度、浸渍速度等工艺参数设置是浸渍生产线高速、稳定运行的根本保障。综合浸渍配料、浸渍模头、浸渍工艺三方面的关键技术,才能生产低成本、高性能的连续纤维增强热塑性复合材料。
在严格控制工艺条件下制成连续纤维增强热塑性复合材料CFRT,制备复合材料的预浸带是制成树脂基体与增强体的组合物。预浸带的质量好坏直接影响到复合材料物件的质量,对于复合材料的应用和发展具有重要意义,广泛用于航空航天和国民经济的各个领域。一般热塑性复合材料采用编织布、玻纤毡、GMT以及其它不连续的纤维来起到增强效果,CFRT材料则是在生产中保证了纤维的连续性,在成型制品中仍然保持连续性的纤维,这使得产品具有超越传统材料的性能,拥有更轻的比重,同时具有更高的强度。
CFRT可以作为基础材料,可以将复杂的制品通过应用程序的分析后,灵活的把CFRT通过不同的铺层设计(0/30/60/90)来改变局部或是整体结构所需的不同性能要求,让材料发挥最高的性能价值。
CFRT生产技术的难点在于纤维丝束的熔融浸渍。相对于热固性树脂,热塑性树脂的熔体粘度都很高,不易浸透纤维丝束和取得高的浸渍速度。提高树脂极性,降低树脂粘度是增加浸润动力,减小浸润阻力,提高浸渍速度的有效方法;强化纤维丝束的径向扩展和树脂熔体往纤维丝束的径向流动,减少纤维单丝的折损是提高熔融浸渍效率的主要途径;采用与浸渍树脂和浸渍设备特征相适应的浸渍温度、浸渍速度等工艺参数设置是浸渍生产线高速、稳定运行的根本保障。
发明内容
本发明提供了一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,所述模压和注塑工艺包括以下步骤,
(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;
(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合,使玻纤带双面都复合上聚丙烯基材;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;所述玻纤带和聚丙烯基材质量比为65:35;浸渍速度为7-30m/min;浸渍温度为90℃;
(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,剪裁,然后通过卷取装置收取纤维,牵引力为3N;
其中,工艺整条生产线长25米,宽8米。主要设备包括:纱架、导向装置、分散辊、牵引辊、单螺杆挤出机、模头、三辊浸渍机、双辊牵引机、卷取装置及其他配套装置等,部分电机和浸渍辊为德国进口设备,控制系统为PLC界面控制。
其中,步骤(1)中要调节好每根纤维的张力,确保纤维笔直、平行;纤维要通过分散架均匀分布,达到同一平面。
其中,步骤(2)中要把纤维在特制的浸渍模头中充分浸渍。
其中,步骤(2)中棍压、收卷时要同步进行,调整好速度。
其中,步骤(3)采用独特工艺对CFRT复合材料进行精确裁切,裁切范围为10-300MM,可以满足不同要求的客户需求。
其中,步骤(2)中聚丙烯基材由聚丙烯、尼龙和界面改性剂按照质量比为1:2:1混合而成。
其中,步骤(1)中辊压压力为8-11Mpa,保压时间为150-180℃,保压时间20-40min。
本发明的有益效果为:
(1)该产品具有极高的重量强度比,较轻的重量,较高性能的产品;具有较高的抗冲击性能,提高产品的安全性,提高产品使用寿命;减少运输成本,防腐性能好,防潮效果好;环保可持续发展,可回收利用,减少浪费;成型加工可以二次、多次加工,减少生产周期,降低成本。
(2)在辊压压力为10Mp下,当成型温度为150-180℃,聚合物的熔融流动逐步加快,使CF与热塑性PF结合的更好,从而使复合材料的力学性能得到了提高;而当成型温度低于150℃时,树脂对纤维的浸润性较差,加入的CF没有起到较好的增强作用,随着模压成型温度的提高,聚合物的熔融流动逐步加快,使CF与热塑性PF结合得更好,从而使复合材料的力学性能得到了提高。
附图说明
图1为本发明工艺路线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明的实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,所述模压和注塑工艺包括以下步骤,
(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;操作过程中保证调节好每根纤维的张力,确保纤维笔直、平行;纤维要通过分散架均匀分布,达到同一平面;辊压压力为8Mpa,保压时间为150℃,保压时间20min。
(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合,使玻纤带双面都复合上聚丙烯基材;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;所述玻纤带和聚丙烯基材质量比为65:35;浸渍速度为7m/min;浸渍温度为90℃;操作过程中需要注意将纤维在特制的浸渍模头中充分浸渍,棍压、收卷时要同步进行,调整好速度;聚丙烯基材由聚丙烯、尼龙和界面改性剂按照质量比为1:2:1混合而成;辊压压力为8-11Mpa,保压时间为150-180℃,保压时间20-40min。
(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,剪裁,然后通过卷取装置收取纤维,牵引力为3N;
整个工艺整条生产线长25米,宽8米。主要设备包括:纱架、导向装置、分散辊、牵引辊、单螺杆挤出机、模头、三辊浸渍机、双辊牵引机、卷取装置及其他配套装置等,部分电机和浸渍辊为德国进口设备,控制系统为PLC界面控制。
实施例2
本发明提供了一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,所述模压和注塑工艺包括以下步骤,
(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;操作过程中保证调节好每根纤维的张力,确保纤维笔直、平行;纤维要通过分散架均匀分布,达到同一平面;辊压压力为11Mpa,保压时间为180℃,保压时间40min。
(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合,使玻纤带双面都复合上聚丙烯基材;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;所述玻纤带和聚丙烯基材质量比为65:35;浸渍速度为9m/min;浸渍温度为90℃;操作过程中需要注意将纤维在特制的浸渍模头中充分浸渍,棍压、收卷时要同步进行,调整好速度;聚丙烯基材由聚丙烯、尼龙和界面改性剂按照质量比为1:2:1混合而成;
(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,剪裁,然后通过卷取装置收取纤维,牵引力为3N;
整个工艺整条生产线长25米,宽8米。主要设备包括:纱架、导向装置、分散辊、牵引辊、单螺杆挤出机、模头、三辊浸渍机、双辊牵引机、卷取装置及其他配套装置等,部分电机和浸渍辊为德国进口设备,控制系统为PLC界面控制。
实施例3
本发明提供了一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,所述模压和注塑工艺包括以下步骤,
(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;操作过程中保证调节好每根纤维的张力,确保纤维笔直、平行;纤维要通过分散架均匀分布,达到同一平面;辊压压力为9Mpa,保压时间为160℃,保压时间30min。
(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合,使玻纤带双面都复合上聚丙烯基材;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;所述玻纤带和聚丙烯基材质量比为65:35;浸渍速度为15m/min;浸渍温度为90℃;操作过程中需要注意将纤维在特制的浸渍模头中充分浸渍,棍压、收卷时要同步进行,调整好速度;聚丙烯基材由聚丙烯、尼龙和界面改性剂按照质量比为1:2:1混合而成;
(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,剪裁,然后通过卷取装置收取纤维,牵引力为3N;
整个工艺整条生产线长25米,宽8米。主要设备包括:纱架、导向装置、分散辊、牵引辊、单螺杆挤出机、模头、三辊浸渍机、双辊牵引机、卷取装置及其他配套装置等,部分电机和浸渍辊为德国进口设备,控制系统为PLC界面控制。
实施例4
本发明提供了一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,所述模压和注塑工艺包括以下步骤,
(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;操作过程中保证调节好每根纤维的张力,确保纤维笔直、平行;纤维要通过分散架均匀分布,达到同一平面;辊压压力为10Mpa,保压时间为170℃,保压时间30min。
(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合,使玻纤带双面都复合上聚丙烯基材;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;所述玻纤带和聚丙烯基材质量比为65:35;浸渍速度为30m/min;浸渍温度为90℃;操作过程中需要注意将纤维在特制的浸渍模头中充分浸渍,棍压、收卷时要同步进行,调整好速度;聚丙烯基材由聚丙烯、尼龙和界面改性剂按照质量比为1:2:1混合而成;
(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,剪裁,然后通过卷取装置收取纤维,牵引力为3N;
整个工艺整条生产线长25米,宽8米。主要设备包括:纱架、导向装置、分散辊、牵引辊、单螺杆挤出机、模头、三辊浸渍机、双辊牵引机、卷取装置及其他配套装置等,部分电机和浸渍辊为德国进口设备,控制系统为PLC界面控制。
当浸渍温度为250℃, 分别测量浸渍速度为7-30m/min时,拉伸强度为114-118Mpa,弯曲强度为165-180Mpa,弯曲模量为12.0-12.2Gpa,所以浸渍速度可取7-30m/min,浸渍速度优选30m/min或者9m/min。
表1 浸渍速度对长玻纤增强PP力学性能的影响
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述模压和注塑工艺包括以下步骤,
(1)连续碳纤维经纱架均布引出,导向后,先进压辊牵引机牵引压平,然后经过多道分散辊进行分散,将每束玻纤展开为7.5mm,并使其紧密展开排列,保证每束玻纤表面张力一致并无间隙,并达到预定宽度;
(2)展开后的碳纤维进入预浸装置,玻纤带与聚丙烯基材在模具外浸渍复合,使玻纤带双面都复合上聚丙烯基材;然后进入三辊浸渍辊压装置,在辊压作用下,使聚丙烯基材完全浸渍到玻纤带内部;所述玻纤带和聚丙烯基材质量比为65:35;浸渍速度为7-30m/min;浸渍温度为90℃;
(3)完全浸渍的玻纤带进入双辊牵引机,在牵引的同时,挤压到预定厚度,剪裁,然后通过卷取装置收取纤维,牵引力为3N。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述工艺整条生产线长25米,宽8米;主要设备包括:纱架、导向装置、分散辊、牵引辊、单螺杆挤出机、模头、三辊浸渍机、双辊牵引机、卷取装置及其他配套装置等,部分电机和浸渍辊为德国进口设备,控制系统为PLC界面控制。
3.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述步骤(1)中要调节好每根纤维的张力,确保纤维笔直、平行;纤维要通过分散架均匀分布,达到同一平面。
4.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述步骤(2)中要把纤维在特制的浸渍模头中充分浸渍。
5.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述步骤(2)中棍压、收卷时要同步进行,调整好速度。
6.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述步骤(3)采用独特工艺对CFRT复合材料进行精确裁切,裁切范围为10-300MM,可以满足不同要求的客户需求。
7.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述步骤(2)中聚丙烯基材由聚丙烯、尼龙和界面改性剂按照质量比为1:2:1混合而成。
8.根据权利要求1所述的热塑性树脂连续纤维复合材料的模压和注塑工艺,其特征在于,所述步骤(1)中辊压压力为8-11Mpa,保压时间为150-180℃,保压时间20-40min。
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