CN114770802A - 一种预浸带的制备方法及预浸带 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种预浸带的制备方法及预浸带，制备方法包括：步骤S1、获取第一重量份的热塑性树脂、第二重量份的相容剂和第三重量份的抗紫外剂并混合，得到混合料，其中，热塑性树脂通过回收方式获得；步骤S2、对混合料进行熔融处理，制得熔融混合料；步骤S3、从纱架上回收连续纤维增强热塑性复合材料的废边，废边中含有纤维；步骤S4、将浸渍模具升温至预设温度，将熔融混合料注入至浸渍模具中；步骤S5、对再生基体进行辊压处理，经过冷却定型后制得预浸带。本申请中的制备方法由于不需要对回收的废边进行粉碎和剪裁，最大的保留了纤维的强度和韧性；在制备过程中不使用溶剂，降低成本的同时，更加环保。
Description
技术领域
本申请涉及复合材料领域，特别涉及一种预浸带的制备方法及预浸带。
背景技术
近些年来，随着国家加大对环境保护、资源节约的力度，资源回收再利用越来越受到人们的重视和关注，各类材料的回收再利用显得尤为重要。其中，连续纤维增强热塑性复合材料(continuous fiber reinforced thermoplastics，CFRT)是以连续纤维作为增强材料。
作为CFRT的一种，连续玻璃纤维增强树脂基体复合材料是以热塑性树脂为基体，通过将热塑性树脂浸渍制造出的高强度、高刚性、高韧性的复合材料。由于其优异的加工性能、力学性能和耐腐蚀性，使其在航空航天、汽车、电子通讯等领域的应用越来越广泛，逐渐成为下一代高性能复合材料发展方向之一。但这种材料大量被废弃后，势必会造成资源浪费和严重污染，如果采用传统的填埋和焚烧方法，都会造成环境的污染。
因此，如何有效回收利用CFRT产生的废弃物已成为复合材料急需解决的问题。传统的回收方法是将复合材料粉碎处理，极大降低了连续纤维的力学性能，且前期工艺流程较为复杂，未能较好保留连续纤维增强热塑复合材料最大力学性能。
对于CFRT，现有主要的回收方法有加热模压法和溶剂法，其中模压法又分为直接模压、注射模压和挤出模压三种。上述方法都将回收的材料进行切割、粉碎处理，这样势必会造成纤维的长度缩短、树脂的分子量减小、纤维与树脂基体结合界面的破坏等不利影响。所以这种回收再利用后材料的力学性能下降幅度较大，而溶剂法回收还需对溶剂进行回收处理，且污染较大，经济效益不明显，不符合当前环保的要求。
发明内容
本申请提供了一种预浸带的制备方法及预浸带，以解决现有技术中制备预浸带的方法不够环保，还会破坏纤维强度的问题。
根据本申请的第一方面，提供了一种预浸带的制备方法，所述制备方法包括：
步骤S1、获取第一重量份的热塑性树脂、第二重量份的相容剂和第三重量份的抗紫外剂并混合，得到混合料，其中，所述热塑性树脂通过回收方式获得；
步骤S2、对所述混合料进行熔融处理，制得熔融混合料；
步骤S3、从纱架上回收连续纤维增强热塑性复合材料的废边，所述废边中含有纤维；
步骤S4、将浸渍模具升温至预设温度，将所述熔融混合料注入至浸渍模具中，同时，将所述废边均匀分散浸入并穿过所述浸渍模具，制得再生基体；
步骤S5、对所述再生基体进行辊压处理，经过冷却定型后制得预浸带。
其中，所述步骤S2包括：
通过真空吸料方式将所述混合料吸入至螺杆挤出机中，所述螺杆挤出机内部由入口端至出口端分为多个挤出段，每个所述挤出段对应设置挤出温度，由所述入口端至所述出口端，所述多个挤出段的温度逐渐升高。
其中，所述步骤S4包括：
所述熔融混合料经过所述螺杆挤出机的出口端的设定模头分散进入至所述浸渍模具，所述熔融混合料的挤出量由所述螺杆挤出机的螺杆的转速控制，所述螺杆挤出机的螺杆的转速范围为25rpm至60rpm。
其中，所述步骤S5包括：
所述再生基体通过牵引机构由所述浸渍模具中牵引出，并在所述牵引机构的牵引下依次通过复合辊、压平辊进行压制，压制完成后通过收卷装置进行收卷。
其中，所述步骤S5包括：
所述再生基体通过所述复合辊时，所述复合辊施加的压力为5±1MPa，所述复合辊的温度为50±5℃。
其中，所述制备方法还包括：调整所述熔融混合料的挤出量和所述牵引机构的牵引速度，控制制得的所述预浸带中纤维的含量为30％至60％。
其中，所述步骤S3包括：所述废边由所述纱架上依次经过纱扣、牵引辊和预热装置，得到经过预加热的所述废边。
其中，所述预设温度为240±10℃。
其中，所述步骤S1中，所述第一重量份为95～105重量份，第二重量份为1～4重量份和第三重量份为0.25～2重量份。
根据本申请的第二方面，本申请提供了一种预浸带，所述预浸带采用如第一方面所述的预浸带的制备方法制备而成。
有益效果：本申请通过熔融方式对混合料进行处理，并且将回收的连续纤维增强热塑性复合材料的废边牵引穿过浸渍模具，而后再经过辊压处理，经过冷却定型后得到预浸带，由于不需要对回收的废边进行粉碎和剪裁，最大的保留了纤维的强度和韧性。同时，由于在制备过程中不使用溶剂，只通过熔融方式对使用到的各种材料进行处理，降低成本的同时，更加环保。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了本发明的预浸带的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请提供了一种预浸带的制备方法及预浸带，通过熔融方式对混合料进行处理，并且将回收的连续纤维增强热塑性复合材料的废边牵引穿过浸渍模具，而后再经过辊压处理，经过冷却定型后得到预浸带，由于不需要对回收的废边进行粉碎和剪裁，最大的保留了纤维的强度和韧性。同时，由于在制备过程中不使用溶剂，只通过熔融方式对使用到的各种材料进行处理，降低成本的同时，更加环保。
根据一个示例性实施例，如图1所示，本申请提供了一种预浸带的制备方法，本实施例中的方法包括以下步骤：
步骤S1、获取第一重量份的热塑性树脂、第二重量份的相容剂和第三重量份的抗紫外剂并混合，得到混合料，其中，热塑性树脂通过回收方式获得。
该步骤中，热塑性树脂通过回收方式获得，比如从包含热塑性树脂的材料中对热塑性树脂进行回收，从而在降低成本的同时，避免热塑性树脂浪费，更加环保。另外，也可以通过购买其他公司回收的价格低廉的热塑性树脂。
除了热塑性树脂，还可以根据实际情况选择聚乙烯树脂、聚酰胺树脂和聚酯中的一种或多种。相容剂可以为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯中的一种或几种，抗紫外剂可以为UV2628、UV2688中的一种或多种。
使用相容剂一方面是为了增加基带中所包含的热塑性树脂和热塑性树脂回收料的相容性，使之两种聚合物间粘接力增大，形成稳定的结构，使分散相和连续相均匀，即相容化。另一方面，使用相容剂还能够增加纤维与树脂基体的界面结合力，应力传递作用更好。使用抗紫外剂是防止高分子聚合物因吸收紫外线能量而发生激发并进而发生光物理或光化学分解，进而聚合物的分子结构会发生变化，制品变黄、变脆、甚至开裂，导致聚合物韧性、尺寸稳定性、热氧稳定性和可加工性等明显变差。且本申请所使用的UV2628、UV2688在热塑性树脂中相溶性好，挥发性低，可以使所制得的预浸带韧性、尺寸稳定性、热氧稳定性和可加工性变强。
其中，第一重量份为95～105重量份，第二重量份为1～4重量份和第三重量份为0.25～2重量份。可以根据生产时的需要，对热塑性树脂、相容剂和抗紫外剂的重量份数进行调整。
步骤S2、对混合料进行熔融处理，制得熔融混合料。
在对混合料处理过程中，不使用其他溶剂，仅使用加热的方式使步骤S1中的混合料由固态变为熔融态，避免其他溶剂影响环境，减少了环境污染。
步骤S3、从纱架上回收连续纤维增强热塑性复合材料的废边，废边中含有纤维。
该步骤中，为了减少浪费，减少对环境的污染，对连续纤维增强热塑性复合材料的废边进行回收。在对其进行回首时，尽量选择宽度较为均匀，无中断，幅宽为10～30mm，厚度为0.2～0.25mm的废边，以制备出质量较好的预浸带。
该步骤中，由于无需进行废边的剪切、粉碎等操作，能够保留废边中连续玻璃纤维增强树脂基体复合材料的连续性和耐腐蚀性，最大程度保留了连续玻璃纤维的力学性能优势。
步骤S4、将浸渍模具升温至预设温度，将熔融混合料注入至浸渍模具中，同时，将废边均匀分散浸入并穿过浸渍模具，制得再生基体。
将浸渍模具提升至预设温度，保证熔融混合料在浸渍模具中时也一直处于熔融态。进而确保废边浸入并闯过浸渍模具时，能够均匀地粘附上热塑性树脂，制得再生基体。
其中，在实施过程中，该步骤中的预设温度为240±10℃，比如，可以为240℃或者250℃。
步骤S5、对再生基体进行辊压处理，经过冷却定型后制得预浸带。
在制得再生基体之后，为了进一步提升其力学性能，并保证制得的预浸带的可靠性和品质，需要对再生基体进行辊压处理，进而冷却定型后，得到最终的预浸带。
本实施例所提供的预浸带的制备方法中，将连续玻璃纤维基带的废边作为基体，以热塑性树脂的回收料作为混合料的原料，制备预浸带，实现了对连续玻璃纤维废边基带以及热塑性树脂的有效回收再利用，且无需将连续玻璃纤维废边基带切割、粉碎处理，最大程度保留了纤维的连续性，保留了连续玻璃纤维的力学性能。本实施例所提供的预浸带的制备方法中，所采用的是熔融浸渍工艺，无污染，产品性能稳定。
根据一个示例性实施例，本实施例对上述实施例中的各个步骤进行进一步说明。
在执行步骤S2的过程中，通过真空吸料方式将混合料吸入至螺杆挤出机中，螺杆挤出机内部由入口端至出口端分为多个挤出段，每个挤出段对应设置挤出温度，由入口端至出口端，多个挤出段的温度逐渐升高。多个挤出段的温度不断升高，从而通过缓慢的方式对混合料进行加热，使其最终变为熔融态。
在一个示例中，螺杆挤出机包括五个挤出段，五个挤出段的温度分别为165℃、180℃、220℃、230℃和240℃。并且，浸渍模具的温度为240℃，从而确保螺杆挤出机中挤出的熔融混合料的温度与浸渍模具的温度一致，或者，两者的温度相差不多。
在执行步骤S3时，废边由纱架上依次经过纱扣、牵引辊和预热装置，得到经过预加热的废边，而后废边会浸入到浸渍模具中，并在牵引机构的牵引下以一定的速度通过浸渍模具。提前对废边进行预加热，避免废边在进入浸渍模具中时，废边与浸渍模具中的热塑性树脂之间的温差过大，影响制备出的预浸带的效果。
在执行步骤S4时，熔融混合料经过螺杆挤出机的出口端的设定模头分散进入至浸渍模具，熔融混合料的挤出量由螺杆挤出机的螺杆的转速控制，螺杆挤出机的螺杆的转速范围为25rpm至60rpm。
接着，再生基体通过牵引机构由浸渍模具中牵引出，并在牵引机构的牵引下依次通过复合辊、压平辊进行压制，压制完成后通过收卷装置进行收卷。其中，再生基体通过复合辊时，复合辊施加的压力为5±1MPa，复合辊的温度为50±5℃。复合辊是指辊芯和外层辊皮使用不同材质制作的辊子，从而在方便对复合辊进行加热的同时，可以根据不同的使用需求更换辊皮。
复合辊在生产中起冷却定型的作用，复合辊温度大于80℃时，对于熔融树脂冷却效果不好，影响树脂的冷却凝固，导致其粘在复合辊表面，复合辊温度过低，熔融树脂还未分布均匀就会被冷却成型，生产的预浸带外观较差、受力不均，进而降低力学强度；此时若增大复合辊压力，将冷却成型的熔融树脂进行碾压，则耗能较大，且易损坏复合辊，生产出来的预浸带也不理想。
需要说明的是，调整熔融混合料的挤出量和牵引机构的牵引速度，控制制得的预浸带中纤维的含量为30％至60％。比如，如果想要降低预浸带中纤维的含量，可以降低牵引机构的牵引速度，从而使废边上能够浸入更多的热塑性树脂。如果想要提升纤维的含量，可以提升牵引机构的牵引速度，废边通过浸渍模具的速度较快，在浸渍模具中停留的时间较短，其上浸入的热塑性树脂量少，提高了纤维含量。其中，牵引机构的牵引速度可以为5-15m/min。
本申请还提供了一种预浸带，该预浸带采用如上文中实施例示出的预浸带的制备方法制得，生产过程无需外加溶剂，制作工艺简单，且所选的回收料价格低廉、性价比高，最终符合环保的理念，满足市场的需求。
本申请提供的方法无需进行废边的剪切、粉碎等操作，能够保留连续玻璃纤维增强树脂基体复合材料的连续性和耐腐蚀性，最大程度保留了连续玻璃纤维的力学性能优势，具有更高的力学强度和模量，避免了以往通过破碎方式回收处理造成力学性能下降的问题，满足了市场需求和环保要求。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本申请的保护范围之内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种预浸带的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1、获取第一重量份的热塑性树脂、第二重量份的相容剂和第三重量份的抗紫外剂并混合，得到混合料，其中，所述热塑性树脂通过回收方式获得；
步骤S2、对所述混合料进行熔融处理，制得熔融混合料；
步骤S3、从纱架上回收连续纤维增强热塑性复合材料的废边，所述废边中含有纤维；
步骤S4、将浸渍模具升温至预设温度，将所述熔融混合料注入至浸渍模具中，同时，将所述废边均匀分散浸入并穿过所述浸渍模具，制得再生基体；
步骤S5、对所述再生基体进行辊压处理，经过冷却定型后制得预浸带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
通过真空吸料方式将所述混合料吸入至螺杆挤出机中，所述螺杆挤出机内部由入口端至出口端分为多个挤出段，每个所述挤出段对应设置挤出温度，由所述入口端至所述出口端，所述多个挤出段的温度逐渐升高。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
所述熔融混合料经过所述螺杆挤出机的出口端的设定模头分散进入至所述浸渍模具，所述熔融混合料的挤出量由所述螺杆挤出机的螺杆的转速控制，所述螺杆挤出机的螺杆的转速范围为25rpm至60rpm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
所述再生基体通过牵引机构由所述浸渍模具中牵引出，并在所述牵引机构的牵引下依次通过复合辊、压平辊进行压制，压制完成后通过收卷装置进行收卷。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
所述再生基体通过所述复合辊时，所述复合辊施加的压力为5±1MPa，所述复合辊的温度为50±5℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：调整所述熔融混合料的挤出量和所述牵引机构的牵引速度，控制制得的所述预浸带中纤维的含量为30％至60％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：所述废边由所述纱架上依次经过纱扣、牵引辊和预热装置，得到经过预加热的所述废边。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预设温度为240±10℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一重量份为95～105重量份，第二重量份为1～4重量份和第三重量份为0.25～2重量份。
10.一种预浸带，其特征在于，所述预浸带采用如权利要求1至9任一项所述的预浸带的制备方法制备而成。
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