航空航天复合材料 课件知识点2 预浸料制备工艺

聚合物基复合材料复合材料原理

知识点2-预浸料制备工艺主要内容：预浸料制备工艺概述常见预浸料用基体与增强体一二三预浸料的制备工艺1.预浸料：预浸料是以树脂基体预先浸渍连续单向纤维或织物的方式来制备，是一种处于原材料和复合材料之间的连续性的中间材料（半成品）2.预浸料分类：（1）按照增强材料的纺织形式可分为预浸带、预浸布、无纺布等；（2）按纤维的排列方式可分为：单向预浸料和织物预浸料之分；（3）按纤维类型可分为：玻璃纤维预浸料、碳纤维预浸料和有机纤维预浸料等。一般预浸料在18℃下存储以保证使用时具有合适的黏度、辅覆性和凝胶时间等工艺性能，聚合物基复合材料的力学及化学性能在很大程度上取决于预浸料的质量。一、预浸料制备工艺概述：二、常见预浸料用基体与增强体

增强体纤维织物碳纤维玻璃纤维芳纶纤维碳纤维织物玻璃纤维织物芳纶纤维织物混杂纤维织物高强碳纤维中模量碳纤维高模量碳纤维超高模量碳纤维E玻璃纤维R玻璃纤维S玻璃纤维Kevlar29Kevlar49Kevlar149基体热固性树脂热塑性树脂环氧树脂酚醛树脂氰酸酯树脂双马来酰亚胺聚酰亚胺聚砜聚醚砜聚苯硫醚聚醚酰亚胺聚醚醚酮图1预浸料用基体与增强体1）热固性预浸料的制备分类：按照浸渍设备或制造方式的不同，分辊毂缠绕法和陈列排布法。按照浸渍树脂状态可分湿法（溶液浸渍法）和干法（热熔法）。三、预浸料的制备工艺

溶液法（湿法）树脂溶液用溶剂配制成一定浓度操作简单树脂含量难以控制热熔法（干法）一步法：树脂+纤维热压两步法：树脂膜+纤维热压树脂含量可精确控制污染少，生产效率高，工艺性好图2辊毂缠绕法工艺原理图（卧式）基本原理见图1，将树脂基体各组分按规定的比例溶解于低沸点的溶剂中，使之成为一定浓度的溶液，然后将纤维束或织物以规定的速度通过基体溶液，使其浸渍上定量的基体溶液，并通过加热除去溶剂，使树脂得到合适的粘性。纤维束经过几组导向辊，去除多余的树脂，随后缠绕在辊筒上，沿辊筒纵向切开，可获得一张单向的预浸料。很显然，溶液浸渍法是一种湿法工艺。（1）溶液浸渍法

溶液浸渍法可使纤维增强体浸透，可制薄型或厚型预浸料，且设备造价低廉。预浸料有溶剂残留，成型时易形成孔隙，影响复合材料的性能。

图3溶液浸渍法立式浸渍过程示意图

多束纤维或织物的浸渍工艺过程：从纱架引出纤维束，调整张力，使之基本相等，整径、分散和展平，进浸胶槽浸渍，再挤胶去除多余的树脂、入烘箱挥发溶剂，再经检测装置检查树脂含量和预浸料质量，最后用隔离纸或压花聚乙烯薄膜覆盖收卷。多束纤维或织物的浸渍可采用卧式或立式预浸机，前者占地面积大，加热通道距离长，工艺控制相对困难，因此，目前采用立式如图3所示。（2）热熔法根据工艺步骤的差异可分为直接熔融法和胶膜压延法两种（无树脂溶槽）。

①直接熔融法工艺见图4所示，树脂熔融后由漏斗漏到隔离纸上，刮刀使之均匀分布，经导向辊与整径后的平行纤维或织物叠合，再通过热毂使树脂熔融浸渍纤维，经辊压充分浸渍，冷却收卷。图4直接熔融法工艺示意图

胶膜压延法的工艺示意图如图5所示，与直接熔融法相似，一定数量的纤维束经整理排布后，加于胶膜之间，成夹心状，在通过加热辊挤压，使纤维浸嵌在树脂膜中，最后加隔离纸载体压实至收卷筒。优点：较热熔法效率高、树脂含量易控制、没有溶剂，工艺安全、预浸料的外观质量高；不足：是厚度大的织物难以浸透、高粘度树脂难以浸渍纤维。图5胶膜压延法的工艺示意图②胶膜压延法2）热塑性预浸料制备

热塑性树脂的熔点较高，一般高于300℃，黏度大，且随温度变化很小，故制备方法不同于热固性预浸料。按照树脂状态的不同，热塑性预浸料制备可分为（1）预浸渍技术预浸渍技术包括溶液预浸和熔融预浸两种，其特点是预浸料树脂能完全浸渍纤维。（2）后浸渍技术后预浸技术包括膜层叠、粉末浸渍、纤维混杂、纤维混编等，其特点是浸渍料中树脂以粉末、纤维成包层等形式存在，对纤维的完全浸渍要在复合材料成型过程中完成。①溶液浸渍：类似于热固性树脂的湿法浸渍技术进行浸渍，即先形成溶液、然后浸渍，该工艺的优点是可使纤维完全被浸渍，并获得良好的纤维分布，可采用热固性树脂的设备和浸渍工艺，因此该工艺的特点也与热固性树脂湿法浸渍技术相似。注意该法只适用于可溶性树脂（加溶剂），而溶解性差的树脂应用受到限制。②熔融浸渍：将树脂熔融，挤出到专用的模具中，纤维通过后经辊压制成预浸料，见图6。该法简单有效，适合所有的热塑性树脂，但要使高粘度的熔融态树脂在较短的时间内完全浸渍纤维是相当困难的，这需要树脂的熔体黏度要尽可能的低，且在高温浸渍时的稳定性要好。图6熔融浸渍预浸料示意图（1）预浸渍技术①膜层叠：将基体制成薄膜与增强体纤维编织物（见图7），按一定要求排布后一起受热、受压，基体薄膜熔化，从而浸渍增强纤维编织物，制成平板或其他一些形状简单制品的方法。增强体一般采用编织物，使之在高温、高压浸渍过程中不易变形，该工艺适用性强，设备简单。图7膜层叠法制备预浸料结构示意图（2）后浸渍技术②粉末浸渍：将基体以粉末的形式与增强体纤维混合，或将粉末均匀置入纤维编织物的缝隙中，通过加热、加压、保温等过程，使基体粉末熔化并浸渍纤维的方法。该法制备的预浸料具有一定的柔软性，辅层工艺性好，比层膜叠工艺的浸渍质量高，成型工艺性好，是一种被广泛采用的制备方法。③纤维混杂：先将基体纺成纤维，再与增强体纤维混编（见