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    工程塑料

    長玻纖增強復合材料的浸漬技術

    February.5
    英藍電子期刊
      長玻纖增強熱塑性復合材料LFRTR(long-fiber reinforced thermoplastic composition)與傳統的短切纖維增強粒料相比,長纖維增強熱塑性復合材料中,纖維平行于粒料的軸向,纖維與粒料等長而在短切纖維粒料內,纖維無規取向,其長度遠小于粒料的長度。注塑成型后,長纖增強熱塑性復合材料制品內纖維的平均長度較大,并且長纖維在注塑制品內可以形成一定的網絡結構,使長纖增強熱塑性復合材料制品的力學性能及其它物理性能均優于短切纖維增強的復合材料,如比強度和比剛度、抗沖擊性能好、耐蠕變性能提高、尺寸穩定性更好、部件成型精度高、耐疲勞性能優良。在高溫和潮濕環境中穩定性更好,在成型過程中纖維可以在成型模具中相對運動,纖維損傷小。長玻纖增強熱塑性復合材料主要有兩大發展方向:一是玻璃纖維氈增強熱塑性樹脂基復合材料片材,簡稱GMT,如AZAEL、ELAATRIOPRG和SYMALIT等;二是注塑成型用長纖增強熱塑性復合材料,如VERTON和CELSTRAN等注塑用長玻纖增強粒料。
      熱塑性聚合物熔融時黏度很高,浸漬困難,如何在纖維與基體間形成良好的浸漬、使兩者充分接觸,減少制備與成型過程中纖維的損傷,是高性能制備與成型過程所面臨的關鍵問題。對此,國內外已開展大量的研究,形成了一系列浸漬技術,如原位聚合浸漬技術、粉末浸漬技術和熔融浸漬技術等。
      (1)原位聚合浸漬技術
      原位聚合浸漬技術是將聚合物基體單體、引發劑等與增強纖維均勻混合后,在一定的條件下引發劑引發單體聚合,使其聚合成為具有一定韌性和強度的高分子聚合物。由于采用低黏度的單體或低聚物對纖維進行浸漬,浸潤性好,浸潤速度快,生產速度提高,從而在根本上解決了LRTR的生產過程的關鍵技術難點。存在的主要問題是工藝條件比較苛刻,反應難以控制,尚不具備普遍的工業價值。
      (2)粉末浸漬技術
      粉末浸漬技術是將粉末狀基體樹脂以各種不同方式與增強纖維相復合。粉末浸漬分為濕法粉體浸漬和干法粉體浸漬。濕法粉體浸漬工藝是熱塑性樹脂粉體和一些表面活性劑在浸漬室中形成懸浮液,用牽引連續玻纖通過樹脂的懸浮液,使樹脂粉末均勻地滲人纖維之間,再使附著樹脂粉末的玻纖束通過除溶劑,干燥裝置,后加熱熔融、冷卻、切成長纖維增強粒料。法國的Arjomari公司借助造紙技術發明了懸浮法制備長纖維增強的熱塑性片材的制造技術。該方法的工藝過程是將聚丙烯顆粒與分散劑、表面活性劑等助劑按照一定的比例制備成懸浮的水溶液,再將一的玻璃纖維加人懸浮液中,在攪拌的狀態,使之形成分散均勻的纖維聚合物的懸浮液。其工藝如圖所示。
      懸浮制備GMT的工藝示意圖
      干法粉體浸漬技術采用連續無捻粗紗通過帶電的樹脂的粉末流化床,樹脂粉末由于靜電的作用被吸附到纖維。帶有樹脂粉末的連續玻纖被牽引至加熱通道,熔融形成預浸料,最后冷卻切成。
      (3)熔體浸漬技術
      熔體浸漬技術是將熱塑性樹脂加熱熔融后來浸漬纖維的一種技術。最初該技術主要用于制備熱塑性復合材料的預浸料,經模壓成型等二次成型加工工藝,將預浸料加工成為熱塑性復合材料部件。近年來,美國、德國等工業發達國家將此技術與模壓成型技術結合起來,開發出直接法生產纖維增強熱塑性復合材料部件的技術,簡化了預浸料的冷卻凝固和加熱熔融的工藝環節,節省了能源消耗,降低成本。熔融法制備熱塑性復合材料預浸料的典型產品為玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料,其工業化的工藝有兩種,連續熔融浸漬最常用,其工藝方法為將兩層玻璃纖維氈夾在三層聚丙烯熔體之間,在履帶式熱壓機上熱軋,然后凝固冷取成片材的半成品材料。熔體浸漬也可采用拉擠技術,即采用一種特殊結構的拉擠模頭,讓均勻分散、預加張力的連續纖維束經過這一充滿高壓熔體的模頭時,反復多次承受交替的變化,促使纖維和熔體強制性的浸漬,達到理想的浸漬效果。

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