CN110682471A - 一种高温热塑预浸料生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及预浸料技术领域，且公开了一种高温热塑预浸料生产工艺，包括以下步骤，首先，锭装纤维装在纱架上，放纱出来经过分丝梳后，纤维平行排布，达到要求幅宽，通过第一牵引辊驱动进入展纱单元。该高温热塑预浸料生产工艺，高温热塑预浸料做的产品，可适应比较高的使用温度，使用温度范围在200℃‑350℃，远高于目前主流的环氧预浸料使用温度，力学性能好，特别是韧性高，耐冲击性能强，抗蠕变性能等优于热固性树脂，生产效率高，成型时间在3min‑30min之间，因为热塑性树脂没有交联固化的反应过程，所以成型过程主要是升温、加压、降温，相对于热固性树脂更加适合大批量生产，且无需后固化，阻燃性好。

Description

一种高温热塑预浸料生产工艺
技术领域
本发明涉及预浸料技术领域，具体为一种高温热塑预浸料生产工艺。
背景技术
预浸料可使用热固性树脂、热塑性树脂作为树脂基体，分别称为热固性预浸料、热塑性预浸料，热固性树脂主要采用环氧树脂、热塑性树脂可采用PP、PE、PA6、PA66、PC、PET、TPU、PPS和PEEK等，其中大部分生产工艺温度不超过200℃，少数生产工艺温度在300℃-400℃的称为高温热塑预浸料，如PPS和PEEK，预浸料的增强材料采用连续纤维的称为为连续纤维增强预浸料，可选用的纤维包括：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维等，高温热塑预浸料具有非常好的阻燃性、耐高温性、耐冲击性、低吸水性、高机械性能、耐腐蚀性、导电性、耐摩擦性等优异的性能，具有非常广阔的应用前景，热塑性树脂预浸料用于制造复合材料的己涂浸热塑性树脂基体的纤维或其织物，属中间材料，其形式主要分为单向预浸料，织物预浸料及纤维型预浸料，热塑性树脂预浸料虽然也可以采用湿法和干法制备，但工艺比一般热固性树脂预浸料复杂，因为热塑性树脂(尤其是结晶型热塑性树脂)耐溶剂性好，热熔融温度高，因此，热塑性树脂预浸料通常采用热熔法、悬浮法及粉末静电吸附法制备，预浸料的制备方法有干法和湿法两种，干法又有粉末法和热熔树脂法(后者又称热熔法)之分，粉末预浸料是指树脂粉末附着于纤维上，经过部分熔化，形成树脂不连续，纤维未被树脂充分浸透的一种复合物，比较由干法预浸料和湿法预浸料制成的复合材料，一般前者外观更好，材料内树脂含量的控制精度更高一，就航空用先进复合材料而言，常表现出热熔法复合材料的湿热稳定性优于溶液法复合材料：同在沸水中煮48h，前者的力学性能(如弯曲模量与强度和层间剪切强度等)保持率，特别是高温力学性能保持率，明显高于后者的。
连续纤维增强的高温热塑预浸料的生产技术目前在国内仍是空白，主要技术难点在于，热塑性树脂的流动性极差，生产预浸料时树脂浸润连续纤维非常困难，高温热塑性树脂需要的工艺温度高，生产线设计温度最高达到400℃，机械设备因为热变形、金属在高温下的力学性能变化等原因，很难达到工艺要求，使用者对此颇为烦恼，故而提出一种高温热塑预浸料生产工艺。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高温热塑预浸料生产工艺，具备可生产连续纤维增强的高温热塑预浸料，具备量产能力等优点，解决了热塑性树脂的流动性极差，生产预浸料时树脂浸润连续纤维非常困难，高温热塑性树脂需要的工艺温度高，生产线设计温度最高达到400℃，机械设备因为热变形、金属在高温下的力学性能变化等原因，很难达到工艺要求的问题。
(二)技术方案
为实现上述可生产连续纤维增强的高温热塑预浸料，具备量产能力的目的，本发明提供如下技术方案：一种高温热塑预浸料生产工艺，包括以下步骤：
1)首先，锭装纤维装在纱架上，放纱出来经过分丝梳后，纤维平行排布，达到要求幅宽，通过第一牵引辊驱动进入展纱单元，在展纱单元，纤维均匀展开成为无缝隙、均匀分布的单向布；
2)第一牵引辊与后面的第二牵引辊配合，提供整线的工艺拉力；
3)纤维经过第一牵引辊和展纱单元后进入浸润单元，同时树脂通过螺杆挤出机、计量泵均匀的挤入浸润单元，纤维通过浸润单元时在高温高压下与树脂充分浸润，成为热塑预浸料；
4)随后经过若干对压辊，压辊压平成型并冷却产品；
5)纤维被第二牵引辊牵引通过测厚装置和裁边装置后进入收卷单元。
优选的，所述第一牵引辊出口设置有张力检测装置，实现张力闭环自动控制。
优选的，所述展纱单元展纱可采用多种形式展纱，展纱形式包括多辊牵伸展纱、震动展纱和超声波展纱。
优选的，所述浸润单元内有特殊设计的树脂流道，树脂注入浸润单元的形式采用单螺杆挤出机或同向双平螺杆机出机，配套的泵采用计量泵或熔体泵。
优选的，所述第一牵引辊和第二牵引辊均可采用三辊、五辊或七辊等形式牵引辊，压辊数量，从1对压辊至7对压辊，辊径为200mm-800mm。
优选的，所述测厚装置为X射线测厚、红外线测厚和β射线测厚中的一种。
优选的，所述纱架上设置有除尘装置，所述除尘装置包括分级和过滤箱，所述风机的进风口连通有一端延伸到纱架正上方的吸尘管，所述风机的出风口连通有一端贯穿并延伸到过滤箱内部的输送管，所述过滤箱的内部连通有一端贯穿到过滤箱外部并延伸到压辊上方的送风管，所述送风管的内部设置有过滤网，所述过滤网的网孔目数为150目。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种高温热塑预浸料生产工艺，具备以下有益效果：
该高温热塑预浸料生产工艺，高温热塑预浸料做的产品，可适应比较高的使用温度，使用温度范围在200℃-350℃，远高于目前主流的环氧预浸料使用温度，树脂含量范围广，在35％-60％之间，均匀可调，可适应不同应用场合的需求，力学性能好，特别是韧性高，耐冲击性能强，抗蠕变性能等优于热固性树脂，生产效率高，成型时间在3min-30min之间，因为热塑性树脂没有交联固化的反应过程，所以成型过程主要是升温、加压、降温，相对于热固性树脂更加适合大批量生产，且无需后固化，阻燃性好，例如PPS树脂，无须改性即可达到最高等级的阻燃标准，可广泛应用于航空航天和轨道交通等行业，环保性好，热塑性树脂加热后可以重新成型，比热塑性树脂更加环保，回收方便，无需进行降解，连续纤维增强的热塑性复合材料回收后仅需打碎即可作为短纤增强复合材料进行再次利用，存储周期长，无需特殊手段即可长期储存，吸水量低，耐湿热性能优异，极好的抗溶剂性能和抗化学性能，抗蠕变和抗疲劳性能好。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
图中：1纱架、2分丝梳、3第一牵引辊、4展纱单元、5浸润单元、6压辊、7测厚装置、8裁边装置、9第二牵引辊、10收卷单元。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
一种高温热塑预浸料生产工艺，包括以下步骤：
1)首先，锭装纤维装在纱架1上，放纱出来经过分丝梳2后，纤维平行排布，达到要求幅宽，通过第一牵引辊3驱动进入展纱单元4，展纱单元4展纱可采用多种形式展纱，展纱形式包括多辊牵伸展纱、震动展纱和超声波展纱，在展纱单元4，纤维均匀展开成为无缝隙、均匀分布的单向布，第一牵引辊3出口设置有张力检测装置，实现张力闭环自动控制；
2)第一牵引辊3与后面的第二牵引辊9配合，提供整线的工艺拉力，第一牵引辊3和第二牵引辊9均可采用三辊、五辊或七辊等形式牵引辊，压辊6数量，从1对压辊至7对压辊6，辊径为200mm-800mm；
3)纤维经过第一牵引辊3和展纱单元4后进入浸润单元5，浸润单元5内有特殊设计的树脂流道，树脂注入浸润单元的形式采用单螺杆挤出机或同向双平螺杆机出机，配套的泵采用计量泵或熔体泵，同时树脂通过螺杆挤出机、计量泵均匀的挤入浸润单元5，纤维通过浸润单元5时在高温高压下与树脂充分浸润，成为热塑预浸料；
4)随后经过若干对压辊6，压辊6压平成型并冷却产品，纱架1上设置有除尘装置，除尘装置包括分级和过滤箱，风机的进风口连通有一端延伸到纱架1正上方的吸尘管，风机的出风口连通有一端贯穿并延伸到过滤箱内部的输送管，过滤箱的内部连通有一端贯穿到过滤箱外部并延伸到压辊6上方的送风管，送风管的内部设置有过滤网，过滤网的网孔目数为150目；
5)纤维被第二牵引辊9牵引通过测厚装置7和裁边装置8后进入收卷单元10，测厚装置7为X射线测厚、红外线测厚和β射线测厚中的一种。
本发明的有益效果是：该高温热塑预浸料生产工艺，高温热塑预浸料做的产品，可适应比较高的使用温度，使用温度范围在200℃-350℃，远高于目前主流的环氧预浸料使用温度，树脂含量范围广，在35％-60％之间，均匀可调，可适应不同应用场合的需求，力学性能好，特别是韧性高，耐冲击性能强，抗蠕变性能等优于热固性树脂，生产效率高，成型时间在3min-30min之间，因为热塑性树脂没有交联固化的反应过程，所以成型过程主要是升温、加压、降温，相对于热固性树脂更加适合大批量生产，且无需后固化，阻燃性好，例如PPS树脂，无须改性即可达到最高等级的阻燃标准，可广泛应用于航空航天和轨道交通等行业，环保性好，热塑性树脂加热后可以重新成型，比热塑性树脂更加环保，回收方便，无需进行降解，连续纤维增强的热塑性复合材料回收后仅需打碎即可作为短纤增强复合材料进行再次利用，存储周期长，无需特殊手段即可长期储存，吸水量低，耐湿热性能优异，极好的抗溶剂性能和抗化学性能，抗蠕变和抗疲劳性能好，解决了热塑性树脂的流动性极差，生产预浸料时树脂浸润连续纤维非常困难，高温热塑性树脂需要的工艺温度高，生产线设计温度最高达到400℃，机械设备因为热变形、金属在高温下的力学性能变化等原因，很难达到工艺要求的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先，锭装纤维装在纱架(1)上，放纱出来经过分丝梳(2)后，纤维平行排布，达到要求幅宽，通过第一牵引辊(3)驱动进入展纱单元(4)，在展纱单元(4)，纤维均匀展开成为无缝隙、均匀分布的单向布；
2)第一牵引辊(3)与后面的第二牵引辊(9)配合，提供整线的工艺拉力；
3)纤维经过第一牵引辊(3)和展纱单元(4)后进入浸润单元(5)，同时树脂通过螺杆挤出机、计量泵均匀的挤入浸润单元(5)，纤维通过浸润单元(5)时在高温高压下与树脂充分浸润，成为热塑预浸料；
4)随后经过若干对压辊(6)，压辊(6)压平成型并冷却产品；
5)纤维被第二牵引辊(9)牵引通过测厚装置(7)和裁边装置(8)后进入收卷单元(10)。
2.根据权利要求1所述的一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于：所述第一牵引辊(3)出口设置有张力检测装置，实现张力闭环自动控制。
3.根据权利要求1所述的一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于：所述展纱单元(4)展纱可采用多种形式展纱，展纱形式包括多辊牵伸展纱、震动展纱和超声波展纱。
4.根据权利要求1所述的一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于：所述浸润单元(5)内有特殊设计的树脂流道，树脂注入浸润单元的形式采用单螺杆挤出机或同向双平螺杆机出机，配套的泵采用计量泵或熔体泵。
5.根据权利要求1所述的一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于：所述第一牵引辊(3)和第二牵引辊(9)均可采用三辊、五辊或七辊等形式牵引辊，压辊(6)数量，从1对压辊至7对压辊(6)，辊径为200mm-800mm。
6.根据权利要求1所述的一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于：所述测厚装置(7)为X射线测厚、红外线测厚和β射线测厚中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高温热塑预浸料生产工艺，其特征在于：所述纱架(1)上设置有除尘装置，所述除尘装置包括分级和过滤箱，所述风机的进风口连通有一端延伸到纱架(1)正上方的吸尘管，所述风机的出风口连通有一端贯穿并延伸到过滤箱内部的输送管，所述过滤箱的内部连通有一端贯穿到过滤箱外部并延伸到压辊(6)上方的送风管，所述送风管的内部设置有过滤网，所述过滤网的网孔目数为150目。
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