連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸料制作工藝難在哪里？

熱塑性碳纖維是未來碳纖維復(fù)合材料發(fā)展的重要方向，其中連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備的難度更大。想要得到性能突出的連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶，那在制備過程中需要克服哪些困難？

 

 

連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸料制作的2個工藝難點(diǎn)

 

1、展絲

 

展絲在連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸料制備的過程中占有非常重要的作用。當(dāng)熱塑性樹脂基體在高溫熔化后，會表現(xiàn)出較大的黏度，大絲束的碳纖維因?yàn)樽陨砭€密度較大，想要充分浸潤于熱塑性樹脂，難度可想而知。

 

熱塑性樹脂浸潤效果不理想，碳纖維表面的樹脂分布不均勻，空隙較多，最終預(yù)浸帶的性能大打折扣。想要提升浸潤效果，那就需要將絲束的寬度延展開，寬幅越大，厚度越薄，熱塑性樹脂的浸潤才會越充分。

 

展絲的目的就是為了加大絲束的寬幅，提高與樹脂的接觸面積，最終提高性能穩(wěn)定行。展紗工藝會對碳纖維帶來一定的損傷，但這種損傷對比充分浸潤帶來的性能提升了來說微乎其微。

 

目前碳纖維絲束展絲的方法有機(jī)械展絲法、氣流展絲法和超聲波展絲法，實(shí)際運(yùn)用中，可以一種或多種方式同時使用，以達(dá)到最好的展絲效果。機(jī)械展絲法多采用物理擠壓、摩擦等方式將絲束寬度攆開，氣流展絲法則采用高壓空氣噴射使絲束彎曲展開，超聲波則是利用超聲空穴效果撞擊碳纖維完成展開的效果。

 

 

2、溫度、壓力與材料比例

 

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料的制備方法可以分為是預(yù)浸漬法和后浸漬法。預(yù)浸漬法包括熔融浸漬法和溶液浸漬法；后浸漬法包括薄膜層疊法、粉末浸漬法、纖維混雜法等。

 

考慮到工藝可行性和預(yù)浸料性能兩方面，目前多采用預(yù)浸漬法中的熔融浸漬法來制備連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料。熔融浸漬法是將碳纖維通過熔融的熱塑性樹脂基體后得到浸漬的方法，相比溶液浸漬法不僅節(jié)省材料、減少環(huán)境污染，而且能精確控制預(yù)浸料中基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

 

熔融浸漬法制備過程中，難點(diǎn)在于對溫度、壓力及兩種材料比例的掌握。首先需要選擇合適的溫度和壓力，熱塑性樹脂的流動性較好，碳纖維浸漬的效果更好。然后再調(diào)整樹脂基體和碳纖維的比例，找到最合適的配比方案。如果熱塑性樹脂含量過高，那承擔(dān)載荷的重?fù)?dān)就落在樹脂基體上，整體性能不強(qiáng)；而如果熱塑性樹脂含量過低，碳纖維浸潤效果不佳，碳纖維增強(qiáng)效果出不來。

 

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料的制備需要花費(fèi)大量的時間和精力，不斷嘗試和驗(yàn)證。難點(diǎn)分析可以找準(zhǔn)方向，但是真的到上手調(diào)整卻異常艱難，這也是為什么熱塑性碳纖維還無法大量普及的根本原因。