聚合物基復(fù)合材料復(fù)合材料原理

知識(shí)點(diǎn)2-預(yù)浸料制備工藝主要內(nèi)容：預(yù)浸料制備工藝概述常見(jiàn)預(yù)浸料用基體與增強(qiáng)體一二三預(yù)浸料的制備工藝1.預(yù)浸料：預(yù)浸料是以樹(shù)脂基體預(yù)先浸漬連續(xù)單向纖維或織物的方式來(lái)制備，是一種處于原材料和復(fù)合材料之間的連續(xù)性的中間材料（半成品）2.預(yù)浸料分類：（1）按照增強(qiáng)材料的紡織形式可分為預(yù)浸帶、預(yù)浸布、無(wú)紡布等；（2）按纖維的排列方式可分為：?jiǎn)蜗蝾A(yù)浸料和織物預(yù)浸料之分；（3）按纖維類型可分為：玻璃纖維預(yù)浸料、碳纖維預(yù)浸料和有機(jī)纖維預(yù)浸料等。一般預(yù)浸料在18℃下存儲(chǔ)以保證使用時(shí)具有合適的黏度、輔覆性和凝膠時(shí)間等工藝性能，聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)及化學(xué)性能在很大程度上取決于預(yù)浸料的質(zhì)量。一、預(yù)浸料制備工藝概述：二、常見(jiàn)預(yù)浸料用基體與增強(qiáng)體

增強(qiáng)體纖維織物碳纖維玻璃纖維芳綸纖維碳纖維織物玻璃纖維織物芳綸纖維織物混雜纖維織物高強(qiáng)碳纖維中模量碳纖維高模量碳纖維超高模量碳纖維E玻璃纖維R玻璃纖維S玻璃纖維Kevlar29Kevlar49Kevlar149基體熱固性樹(shù)脂熱塑性樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂氰酸酯樹(shù)脂雙馬來(lái)酰亞胺聚酰亞胺聚砜聚醚砜聚苯硫醚聚醚酰亞胺聚醚醚酮圖1預(yù)浸料用基體與增強(qiáng)體1）熱固性預(yù)浸料的制備分類：按照浸漬設(shè)備或制造方式的不同，分輥轂纏繞法和陳列排布法。按照浸漬樹(shù)脂狀態(tài)可分濕法（溶液浸漬法）和干法（熱熔法）。三、預(yù)浸料的制備工藝

溶液法（濕法）樹(shù)脂溶液用溶劑配制成一定濃度操作簡(jiǎn)單樹(shù)脂含量難以控制熱熔法（干法）一步法：樹(shù)脂+纖維熱壓兩步法：樹(shù)脂膜+纖維熱壓樹(shù)脂含量可精確控制污染少，生產(chǎn)效率高，工藝性好圖2輥轂纏繞法工藝原理圖（臥式）基本原理見(jiàn)圖1，將樹(shù)脂基體各組分按規(guī)定的比例溶解于低沸點(diǎn)的溶劑中，使之成為一定濃度的溶液，然后將纖維束或織物以規(guī)定的速度通過(guò)基體溶液，使其浸漬上定量的基體溶液，并通過(guò)加熱除去溶劑，使樹(shù)脂得到合適的粘性。纖維束經(jīng)過(guò)幾組導(dǎo)向輥，去除多余的樹(shù)脂，隨后纏繞在輥筒上，沿輥筒縱向切開(kāi)，可獲得一張單向的預(yù)浸料。很顯然，溶液浸漬法是一種濕法工藝。（1）溶液浸漬法

溶液浸漬法可使纖維增強(qiáng)體浸透，可制薄型或厚型預(yù)浸料，且設(shè)備造價(jià)低廉。預(yù)浸料有溶劑殘留，成型時(shí)易形成孔隙，影響復(fù)合材料的性能。

圖3溶液浸漬法立式浸漬過(guò)程示意圖

多束纖維或織物的浸漬工藝過(guò)程：從紗架引出纖維束，調(diào)整張力，使之基本相等，整徑、分散和展平，進(jìn)浸膠槽浸漬，再擠膠去除多余的樹(shù)脂、入烘箱揮發(fā)溶劑，再經(jīng)檢測(cè)裝置檢查樹(shù)脂含量和預(yù)浸料質(zhì)量，最后用隔離紙或壓花聚乙烯薄膜覆蓋收卷。多束纖維或織物的浸漬可采用臥式或立式預(yù)浸機(jī)，前者占地面積大，加熱通道距離長(zhǎng)，工藝控制相對(duì)困難，因此，目前采用立式如圖3所示。（2）熱熔法根據(jù)工藝步驟的差異可分為直接熔融法和膠膜壓延法兩種（無(wú)樹(shù)脂溶槽）。

①直接熔融法工藝見(jiàn)圖4所示，樹(shù)脂熔融后由漏斗漏到隔離紙上，刮刀使之均勻分布，經(jīng)導(dǎo)向輥與整徑后的平行纖維或織物疊合，再通過(guò)熱轂使樹(shù)脂熔融浸漬纖維，經(jīng)輥壓充分浸漬，冷卻收卷。圖4直接熔融法工藝示意圖

膠膜壓延法的工藝示意圖如圖5所示，與直接熔融法相似，一定數(shù)量的纖維束經(jīng)整理排布后，加于膠膜之間，成夾心狀，在通過(guò)加熱輥擠壓，使纖維浸嵌在樹(shù)脂膜中，最后加隔離紙載體壓實(shí)至收卷筒。優(yōu)點(diǎn)：較熱熔法效率高、樹(shù)脂含量易控制、沒(méi)有溶劑，工藝安全、預(yù)浸料的外觀質(zhì)量高；不足：是厚度大的織物難以浸透、高粘度樹(shù)脂難以浸漬纖維。圖5膠膜壓延法的工藝示意圖②膠膜壓延法2）熱塑性預(yù)浸料制備

熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)較高，一般高于300℃，黏度大，且隨溫度變化很小，故制備方法不同于熱固性預(yù)浸料。按照樹(shù)脂狀態(tài)的不同，熱塑性預(yù)浸料制備可分為（1）預(yù)浸漬技術(shù)預(yù)浸漬技術(shù)包括溶液預(yù)浸和熔融預(yù)浸兩種，其特點(diǎn)是預(yù)浸料樹(shù)脂能完全浸漬纖維。（2）后浸漬技術(shù)后預(yù)浸技術(shù)包括膜層疊、粉末浸漬、纖維混雜、纖維混編等，其特點(diǎn)是浸漬料中樹(shù)脂以粉末、纖維成包層等形式存在，對(duì)纖維的完全浸漬要在復(fù)合材料成型過(guò)程中完成。①溶液浸漬：類似于熱固性樹(shù)脂的濕法浸漬技術(shù)進(jìn)行浸漬，即先形成溶液、然后浸漬，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是可使纖維完全被浸漬，并獲得良好的纖維分布，可采用熱固性樹(shù)脂的設(shè)備和浸漬工藝，因此該工藝的特點(diǎn)也與熱固性樹(shù)脂濕法浸漬技術(shù)相似。注意該法只適用于可溶性樹(shù)脂（加溶劑），而溶解性差的樹(shù)脂應(yīng)用受到限制。②熔融浸漬：將樹(shù)脂熔融，擠出到專用的模具中，纖維通過(guò)后經(jīng)輥壓制成預(yù)浸料，見(jiàn)圖6。該法簡(jiǎn)單有效，適合所有的熱塑性樹(shù)脂，但要使高粘度的熔融態(tài)樹(shù)脂在較短的時(shí)間內(nèi)完全浸漬纖維是相當(dāng)困難的，這需要樹(shù)脂的熔體黏度要盡可能的低，且在高溫浸漬時(shí)的穩(wěn)定性要好。圖6熔融浸漬預(yù)浸料示意圖（1）預(yù)浸漬技術(shù)①膜層疊：將基體制成薄膜與增強(qiáng)體纖維編織物（見(jiàn)圖7），按一定要求排布后一起受熱、受壓，基體薄膜熔化，從而浸漬增強(qiáng)纖維編織物，制成平板或其他一些形狀簡(jiǎn)單制品的方法。增強(qiáng)體一般采用編織物，使之在高溫、高壓浸漬過(guò)程中不易變形，該工藝適用性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。圖7膜層疊法制備預(yù)浸料結(jié)構(gòu)示意圖（2）后浸漬技術(shù)②粉末浸漬：將基體以粉末的形式與增強(qiáng)體纖維混合，或?qū)⒎勰┚鶆蛑萌肜w維編織物的縫隙中，通過(guò)加熱、加壓、保溫等過(guò)程，使基體粉末熔化并浸漬纖維的方法。該法制備的預(yù)浸料具有一定的柔軟性，輔層工藝性好，比層膜疊工藝的浸漬質(zhì)量高，成型工藝性好，是一種被廣泛采用的制備方法。③纖維混雜：先將基體紡成纖維，再與增強(qiáng)體纖維混編（見(jiàn)