热塑性碳纤维预浸料

预浸料是一种树脂基复合材料的中间产品,其中包含有基体树脂(环氧、酚醛、双马来酰亚胺或者热塑性树脂PP、PE、PET、PEEK等)和增强体纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等)。 碳纤维预浸料是高性能复合材料,由碳纤维、树脂基体及辅助材料构成。根据树脂基体的属性分为热固性和热塑性预浸料两大类。其中热塑性碳纤维预浸料具有更加优异的力学性能和耐腐蚀性,且加工性能良好,可重复加工使用,因此应用前景广阔。但热塑性树脂熔体粘度高,熔融温度或成型温度高,在低沸点溶剂中溶解能力差或根本不溶解,给热塑性树脂浸渍纤维以及成型加工带来困难,因此也限制了热塑性碳纤维预浸料的应用和发展。


碳纤维具有强度高、密度小的优点,其强度能达到钢材的6到12倍,密度却不到钢的1/4。碳纤维预浸料兼具纺织纤维的柔软性和可塑性,能根据模具的形状做出各种产品,并且它不是金属材料,耐腐蚀性,使用寿命长。


相比于热固性碳纤维预浸料,热塑性碳纤维预浸料具有如下优势:

加工工艺上:热塑性碳纤维复合材料的成型周期较短,不需要像热固性材料那样进行长时间的固化和后处理;热塑性复合材料成型过程中不需要热压罐等大型专用设备,降低了设备投资和生产成本;此外,热塑性复合材料工艺自动化程度高,如自动纤维铺放(AFP)和注塑成型等,生产效率高,适合大规模生产。

②、材料特性上热塑性碳纤维复合材料具有良好的可循环性,可以回收再利用,符合环保要求;原材料储存期不受限制,不需要低温贮存。

③、其他特性上热塑性材料的加工工艺允许更大的设计自由度,可以实现复杂的几何形状和结构;此外,由于热塑性材料可以二次熔化和再成型,维修时可以局部加热修复,不需要更换整个部件。热塑性材料还具有良好的可焊接性,便于在制造过程中进行连接和组装。



联净复合材料  联净复合材料

单向预浸料产品结构                织物预浸料产品结构


热塑性碳纤维预浸料制备工艺包括碳纤维处理、预浸工序、辊压工序等。其中预浸和辊压工序最为关键。


浸渍工艺

浸渍工艺是将碳纤维与树脂混合,使树脂充分浸润碳纤维的过程。常用的浸渍工艺有溶液浸渍法、热熔浸渍法和粉末浸渍法等。

 

1) 溶液浸渍法

溶液浸渍法( So1ution Impregnation Technique) 是选择一种合适的溶剂,也可以是几种溶剂配成的混合溶剂,将树脂完全溶解,制得低粘度的溶液,并以此浸渍纤维,然后将溶剂挥发制得预浸料。这种方法有利于克服热塑性树脂熔融粘度大的缺点,可以很好的浸渍纤维。但这种方法也存在不足:一是溶剂的蒸发和回收费用昂贵,且有环境污染问题;如果溶剂清除不完全,在复合材料中会形成气泡和孔隙,影响制品的性能;二是可以采用这种预浸料的复合材料在使用中的耐溶剂性会受到影响;三是一些热塑性树脂很难找到合适的溶剂。

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2) 热熔浸渍法

热熔浸渍法( Melt Impregnation Technique)是将树脂加热至熔融状态,然后将碳纤维通过熔融的树脂,使树脂充分浸润碳纤维,最后将浸渍后的碳纤维冷却,得到预浸料。与溶液浸渍法相比较,熔融浸渍法由于工艺过程无溶剂,减少了环境污染,节省了材料,预浸料树脂含量控制精度高,提高了产品质量和生产效率。热熔浸渍法缺点是设备投资大、工艺控制难度高。

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3) 粉末浸渍法

粉末浸渍法( Powder Impregnation Technique ) 是将粉状树脂以各种不同方式施加到增强体上。这种工艺生产速度快,效率高,工艺控制方便,在一条生产线上可以浸渍广泛的树脂基体。粉末浸渍法包括悬浮液浸渍法(湿法)和流化床浸渍工艺(干法)。

* 悬浮液浸渍法(湿法)

悬浮液浸渍法( Suspension Impregnation Technique)是将树脂粉末及其它添加剂配制成悬浮液,增强纤维长丝经过浸液槽中,在其中经悬浮液充分浸渍后,进入加热炉中熔融、烘干。也可通过喷涂、刷涂等方法使树脂粉末均匀地分布于增强体中。经过加热炉处理后的纤维/树脂束可制成连续纤维预浸带。

* 流化床浸渍工艺(干法)

流化床浸渍工艺( Powder Fluidized Bed Impregnation Technique ) 是使每束纤维或织物通过一个有树脂粉末的流态化床,树脂粉末悬浮于一股或多股气流中,气流在控制的压力下穿过纤维,所带的树脂粉末沉积在纤维上,随后经过熔融炉使树脂熔化并粘附在纤维上,再经过冷却成型段,使其表面均匀、平整,冷却后,收卷。静电流化床工艺( Electrostatic Powder Spray Impregnation Technique ) 是在流化床工艺的基础上,增加了静电场的作用,使树脂粉末带电,从而大大增加了树脂在增强体上的沉积和对增强体的附着作用。


4) 薄膜层叠法

薄膜层叠(Film Stacking Technique) 是把织物或纱和热塑性树脂薄膜交替层叠然后在适当的温度、压力作用下制成热塑性复合材料预浸料。

 

在上述各种浸渍工艺中,就目前的工艺状态看,没有一种是十分完善的,或者明显优于其他的浸渍工艺,由于不同的应用领域,要使用不同的材料,必须根据所用的材料选取合适的工艺。


辊压工艺

辊压工艺是将浸渍后的碳纤维通过一系列的辊压设备,使树脂均匀分布在碳纤维之间,形成具有一定厚度和均匀性的预浸料。辊压工艺的参数包括辊压压力、辊压速度、辊压温度等,这些参数的选择需要根据碳纤维和树脂的性能、预浸料的厚度和均匀性要求等因素进行调整。

预浸料的辊压采用加热钢辊对压的方式,加热辊使用上海联净生产的电磁感应加热辊,能实现在工作状态下始终保持在0.005mm以内的机械精度和±1℃以内的温度精度,从而确保最终预浸料厚度的一致性良好。

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上海联净可以对外提供热塑性碳纤维预浸料全套解决方案。