纤维编织与预浸技术

纤维预浸 编织和改性技术 郑兵 1 2 一 纤维预浸技术二 纤维编织技术三 纤维改性技术 2 2020 4 22 一 纤维预浸技术 1 1溶液浸渍法溶液浸渍法是把树脂基体各组分按规定的比例 溶解于低沸点溶剂中 使成一定浓度的溶液 然后将纤维束或织物以规定的速度通过树脂基体溶液 使其浸上定量的树脂基体 该法必须有除去溶剂的工序 3 2020 4 22 优点 1 增强材料容易被树脂基体浸透 2 可以制造薄型预浸料 也可制造厚型预浸料 3 设备造价相对较低 缺点 1 是需要干燥炉除去溶剂或进行溶剂回收 处理不当会引起燃烧或引起环境污染 2 预浸料往往残留一定量的溶剂 成型时易形成空隙 影响复合材料性能 3 高性能热塑性树脂 PEEK PPS结晶型 没有合适的低沸点溶剂可溶 不便用溶液法进行预浸 4 2020 4 22 影响因素 1 树脂基体溶液的浓度 2 增强材料线速度 3 挤胶辊的间距 5 2020 4 22 1 2泥浆法 1 将树脂粉末悬浮于具有要求特性的液体介质中 多为含增调剂聚环氧乙烷 甲基乙基纤维素的水溶液 2 树脂粉末直径最好在10Lm以下并小于纤维直径 以便分布均匀并使纤维浸透 3 为提高树脂对纤维的浸透性 可加入润湿剂 烷基芳基聚醚醇 4 工艺过程和溶液法类似 随后通过挤压辊挤掉多余的树脂 通过加热炉 除去水或稀释剂 再将树脂和纤维加热 使熔化并粘接在一起 6 2020 4 22 特点这种工艺可以使树脂均匀浸渍 但水和增稠剂处理不当 会影响复合材料的性能 影响因素 1 树脂粉末含量 2 增强材料线速度 7 2020 4 22 1 3热压法这种方法所用设备为热压机 是将定量树脂粉末均匀地分布在热压板上 用增强纤维织物盖上树脂 放第二块热压板 加热到树脂的加工温度 使其熔融 慢慢施压 使树脂进入织物 为了改善浸渍 防止气泡形成 可以在真空下进行浸渍过程 8 2020 4 22 特点该法多用于制备织物预浸料 制备单向预浸料时 由于加压过程中纤维移动 质量难以保证 同时制备预料浸料为非连续过程 效率比较低 只适于研制和小批量生产 影响因素 1 树脂量 2 压力 3 加压时间 9 2020 4 22 1 4热熔法将增强纤维连续通过树脂熔融浴中 用刮刀或计量辊筒控制树脂含量 也可将树脂涂在离型纸上 制成规定厚度的胶膜 使树脂 纤维和离型纸形成夹心结构 经过加热 树脂熔融 通过辊压将熔化的树脂转移到定向纤维上 并使树脂基体充分浸透纤维 10 2020 4 22 优点 1 工艺过程线速度大 效率高 2 树脂含量容易控制 3 没有溶剂 预浸料挥发分含量低 工艺安全 4 不需要干燥炉 减少了环境污染 5 制膜和浸渍过程可以分步进行 减少了材料特别是昂贵增强材料的损失 6 这种工艺预浸料的外观质量也较好 缺点 1 厚度大的预浸料特别是织物难于浸透 高粘度的树脂难于浸渍 离型纸和薄膜用量较大 11 2020 4 22 影响因素 1 增强材料的线速度 2 调节树脂的熔融粘度 3 改变模腔的形式 4 通入惰性气体保护 12 2020 4 22 1 5纤维混杂法纤维混杂法是将热塑性树脂纤维和增强纤维以不同的方式混杂 再进行热处理制成预浸料 也可将混杂纤维或织物直接铺层 加温 加压制成复合材料 13 2020 4 22 特点纤维混杂法制得的预浸料用于复杂外形构件的制造时 具有柔性好 易铺覆 容易加工 复合材料构件加工再现性好 质量稳定等优点 是航空和宇航复合材料引人注意的预浸料形式 由于尚未建立超细熔融纺丝技术 PEEK纤维的直径最小只能到20Lm 难于和直7Lm甚至更细的粗束纤维充分混合 并在熔融后包覆每一根增强纤维 从而给制备预浸料带来一定困难 处理不当对复合材料性能也会造成一定影响 影响因素该法的关键是制备热塑性树脂纤维 国外多个公司通过熔融纺丝制成热塑性树脂纤维 14 2020 4 22 1 6粉末预浸法粉末预浸法是制备热塑性树脂预浸料比较成功的方法 随着所用设备不同和工艺条件的差异 有多种方法 1 荷兰专利86105125介绍了一种流态化床工艺 是将纤维束分散开来通过一个流态床 树脂粉末悬浮于一股或多股气流或液流中 气流或液流在可控的压力下使树脂 沸腾 并沉积在纤维上 树脂可以不同形式悬浮于气流中 如将其熔体或液体雾化 也可将树脂粉末直接从容器中进入气流或液流 还可使气体通过流化板并使树脂粉末流化 15 2020 4 22 2 法国Atochem公司开发了一种 FIT 预浸工艺 是将充分展开的纤维束通过一个树脂粒子直径大约在10一20pm的流化床 使树脂粉末均匀地进入纤维束中 然后在其外包覆一层热塑性树脂薄膜 形成截面如图电线结构 薄膜材料可以和树脂粉末相同 也可和树脂粉末不同 这类热塑性树脂浸渍丝束 可用于编织结构 也可用于缠绕和拉挤制备复合材料 16 2020 4 22 3 GeorgiaInstituteofTechnology研究了一种静电流化床预浸工艺 静电粉末浸渍法是使增强材料通过一个树脂粉末带电的流化床 悬浮于气流中的带电树脂粉末沉积在纤维上 随后经过熔融炉 使树脂熔化并附着在纤维上 17 2020 4 22 二 纤维编织技术 编织是一种基本的纺织工艺 能够使两条以上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构的预成形体 该工艺技术一般分为两类 一类为二维编织工艺 另一类是三维编织工艺 18 2020 4 22 2 1二维编织技术 1 机织物机织物 由相互垂直排列的二个系统的纱线 在织机上按一定规律交织成的制品 经纱 沿织物长度方向 纵向 排列的纱 纬纱 沿织物宽度方向 横向 排列的纱 织物结构 经纬纱线在织物中的几何形态 19 2020 4 22 2 针织物针织物 由纱线串套而成 线圈则是针织物的最小基本单元纬编针织物 纱线纬向编织 每一横列由一根纱线形成 经编针织物 纱线经向编织 每一根纱线在一个横列中只形成一个线圈 因此每一横列是由许多根纱线形成的 20 2020 4 22 3