連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料

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1、連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料摘要：熱塑性樹脂基復(fù)合材料近年來發(fā)展較快，而連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂的復(fù)合材料的優(yōu)點更為突出，比較幾種連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料的加工方法，其中用摩擦紡包芯紗加工的方法是一種很好的方法，并討論了這種方法的特性。關(guān)鍵詞：熱塑性樹脂基復(fù)合材料；加工方法；摩擦紡包芯紗1.概述自50年代熱塑性樹脂基材料問世以后，幾十年樹脂基復(fù)合材料一直以熱固性樹脂基材料為主流發(fā)展著。熱固性樹脂基復(fù)合材料存在一些固有的缺點，如斷裂韌性、損傷容限比較低；吸濕、環(huán)境適應(yīng)性不佳；周期長；難以回收等，這些均使它的發(fā)展受到一定影響。自1956年美國Fiberfil公司首先

2、工業(yè)化生產(chǎn)玻璃纖維增強尼龍以來，通過60年代進一步的研究和推廣應(yīng)用，熱塑性樹脂基復(fù)合材料從70年代開始，其產(chǎn)量即直線上升[1］。進入90年代，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以通用工程塑料和高性能工程塑料為基體樹脂的熱塑性復(fù)合材料越來越受到人們的關(guān)注，并已成為復(fù)合材料異常活躍的研究開發(fā)熱點。近些年來，國外的熱塑性樹脂基復(fù)合材料發(fā)展速度非常快，已大大超過熱固體性樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展速度。以美國為例，1994—1998年間，熱固性樹脂基復(fù)合材料年平均增長速度為5．48％，而熱塑性樹脂基復(fù)合材料則為23．15％E。據(jù)資料介紹，國外玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料中有1／3為增強熱塑性樹脂復(fù)合

3、材料[2]。???在國內(nèi)，通過60年代前期的摸索研究，自1969年開始，玻璃纖維增強尼龍首先投入生產(chǎn)，隨即聚苯乙烯、氯化聚醚、聚碳酸酯、聚氯乙稀、飽和聚酯、聚砜等等增強復(fù)合材料相繼研制成功并投人生產(chǎn)。由于玻璃纖維的配合和反展，我國的熱塑性樹脂基復(fù)合材料無論從品種、性能、產(chǎn)量方面，都顯示了趕超世界先進水平的趨勢。???熱塑性樹脂復(fù)合材料之所以得到長足的發(fā)展，主要是由于它克服了熱固性樹脂基復(fù)合材料存在的一些缺點，并具有以下優(yōu)點：熱塑性樹脂的線型分子結(jié)構(gòu)使其韌性提高，是熱固性樹脂的10倍以上；吸濕性??；由于熱塑性樹脂在浸漬前聚合反應(yīng)已經(jīng)完成，因此在成型加工中純粹是物理過程，無化

4、學(xué)反應(yīng)，所以成型速度快，并且可以多次重復(fù)加工及修補；其預(yù)浸料穩(wěn)定，無貯存期限制，存放也無特殊要求；可回收再加工，無環(huán)境污染問題；另外還有維修方便，有類似于金屬的加工特性，以及成本低。???然而，由于熱塑性樹脂的熔融粘度(通常為508—5000Pa·s)一般都超過100Pa·s[3］，因此在加工過程中不利于增強纖維的分布和基體樹脂的浸漬。采用傳統(tǒng)的復(fù)合材料加工方法來加工熱塑性樹脂基復(fù)合材料，很難滿足增強纖維與基體樹脂均勻分布和基體樹脂對增強纖維完全浸漬的要求。所以，對熱塑性樹脂基復(fù)合材料，熱塑性樹脂和增強纖維的結(jié)合方法一直是這類復(fù)合材料加工的難點和關(guān)鍵。2．熱塑性樹脂基的優(yōu)

5、點及常用加工方法2.1熱塑性樹脂基的優(yōu)點?連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料，其突出優(yōu)點是目前所有樹脂基復(fù)合材料難于兼?zhèn)涞?，如極其優(yōu)異的力學(xué)性能(高韌性、極高剛性、極高強度、高裂紋擴展、高抗疲勞、高耐磨損、高熱變形溫度、不吸水、抗老化、抗腐蝕等)。其次，連續(xù)纖維增強復(fù)合材料的原料成本低，成型工藝簡單(既可以在現(xiàn)有通用設(shè)備上加工，也可以在小型壓機上加工，并且特別適用于機械化、自動化的連續(xù)性大工業(yè)生產(chǎn))。成型周期短，原材料貯存期長。先進國家普遍重視的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料的另一突出優(yōu)點是可重復(fù)使用性、可再生利用以及一定的可修補性。???2.2熱塑性樹脂基常用加工方法對熱塑性樹脂，

6、它與連續(xù)增強纖維的結(jié)合歸納以來有2大類方法：第一類方法是預(yù)浸漬法，即預(yù)浸料的制備方法，它是使液態(tài)樹脂流動、逐漸浸漬纖維并最終充分浸漬每根纖維，形成的半成品為預(yù)浸料。預(yù)浸漬法又分溶液浸漬法和熔體浸漬法。第二類方法是后浸漬法或預(yù)混法，即預(yù)混料的制備方法，它是將熱塑性樹脂以纖維、粉末或薄膜態(tài)與增強纖維結(jié)合在一起，形成一定結(jié)構(gòu)形態(tài)的·半成品。但其中的樹脂并沒有浸漬增強纖維，復(fù)合材料成型加工時，在一定的溫度和壓力下樹脂熔融并立即浸漬相鄰纖維，進一步的流動最終完全浸漬所有纖維。2.2.1浸漬法（1）溶劑法溶劑法(SobentTechnique)，又稱溶液浸漬法(SolutionImp

7、regnationTechnique)。該方法是選用一種合適的溶劑，也可以是幾種溶劑配成的混合溶劑，將樹脂完全溶解，制得低粘度的溶液浸漬纖維，然后將溶劑揮發(fā)制得預(yù)浸料。如果溶劑完全揮發(fā)，則制得硬挺的預(yù)混料；若保留適當(dāng)?shù)娜軇?，則預(yù)浸料具有一定的粘性和鋪覆性。該方法克服了熱塑性樹脂熔融粘度高的缺點，可以很好的浸漬纖維，然而也存在許多不足主要是溶劑的蒸發(fā)和回收費用昂貴，且有環(huán)境污染；如果溶劑消除不完全，在復(fù)合材料中會形成氣泡和孑L隙，影響制品性能；該方法加工的復(fù)合材料，在使用的過程中其耐溶劑性必然會受到影響；另外，一些熱塑性樹脂很難