專利名稱：一種連續(xù)碳纖維增強熱塑性預浸帶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶的制備方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料由于連續(xù)纖維在基體內(nèi)有序排列，因此表現(xiàn)出很高的機械性能，也是近年來國內(nèi)外研究的重點之一。碳纖維具有高強度、高模量，由連續(xù)碳纖維增強的復合材料具有了更高的強度和模量，其產(chǎn)品可以應用到很多高端領(lǐng)域，如軍工、航天等領(lǐng)域。但是目前碳纖維復合材料大多是熱固性基體，由于熱塑性樹脂有韌性好，可重復利用等優(yōu)點也成了研究熱點。目前開發(fā)出的碳纖維增強熱塑性復合材料，熱塑性樹脂大多是聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳醚砜酮(PPESK)等高熔點的工程塑料。例如中國專利一類連續(xù)纖維增強聚芳醚砜酮先進復合材料的制備(申請?zhí)?200410050246.6)中，采用溶劑法將聚芳醚砜酮(PPESK)溶解再浸潰碳纖維，再經(jīng)纏繞拉起成型，制成連續(xù)纖維增強聚芳醚砜酮復合材料，但此工藝只適合可以溶解的熱塑性樹脂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供了一種熱塑性樹脂預浸帶的制備方法。本發(fā)明采用了熔融浸潰槽方法，將經(jīng)過高溫除膠、展開均勻的碳纖維充分浸潰，再經(jīng)過定型輥擠壓，制備出連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:本發(fā)明采用熔融浸潰槽法制備連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶，具有樹脂浸潰碳纖維充分，碳纖維含量高等特點，設(shè)備通用性廣等特點。本發(fā)明通過位置交錯的展絲輥來展開碳纖維，展開均勻的碳纖維通過浸潰槽，經(jīng)過浸潰槽中大輥的充分擠壓浸潰，定型得到浸潰充分的碳纖維預浸帶一種連續(xù)碳纖維增強熱塑性預浸帶的制備方法，其特征在于:包含以下步驟:(I)首先，將碳纖維加熱；(2)將步驟(I)中加熱的碳纖維充分浸潰到熔融的熱塑性樹脂中，(3)將浸潰后的碳纖維定型；(4)切割、收卷得連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。所述的連續(xù)碳纖維增強熱塑性預浸帶的制備方法，具體包含以下步驟:(I)將連續(xù)碳纖維安放在紗架單元的紗架軸上，經(jīng)過紗架單元前段的小導絲排，弓丨出碳纖維，再經(jīng)過牽引單元的大導絲排使碳纖維分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥調(diào)節(jié)使碳纖維受力均勻，經(jīng)牽引輥牽引，進入展絲單元；(2)在展絲單元，碳纖維經(jīng)過展絲輥和烘箱加熱，使碳纖維充分展開，進入復合定型單元，在浸潰槽加熱，使熱塑性樹脂熔融，保持碳纖維走速為2-10m/min，碳纖維經(jīng)過浸潰輥使樹脂充分浸潰碳纖維，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥定型，確定預浸帶的厚度；(3)再經(jīng)過收卷單元的切刀切割成的預浸帶，最終由收卷機收卷，制備成連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。所述的步驟(2)中的熱塑性樹脂選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、通用樹脂或高性能工程塑料中的一種或一種以上。所述的聚烯烴選自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或聚乙烯；所述的聚酯選自PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)或PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)等，所述的聚酰胺選自尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍1212或尼龍612等；所述的通用樹脂選自聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、聚苯乙烯(PS)或耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS)等；所述的高性能工程塑料選自聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、改性聚苯醚(MPPO)或聚醚酰亞胺(PEI)等中的一種或一種以上。所述的預浸帶厚度為0.1 0.3mm,寬度為I 400mm。所述的步驟⑵中浸潰槽的加熱溫度為到200 350°C。所述的步驟⑵中烘箱的加熱溫度為200 250°C。包括紗架單元、牽引單元、展絲單元、復合定型單元和收卷單元。所述的紗架單元包含碳纖維、紗架軸和小導絲排。所述的碳纖維放置在紗架軸的上面，紗架軸位于紗架單元的一側(cè)，起承載碳纖維作用，紗架單元的前端為小導絲排，使碳纖維按順序弓I出。碳纖維放置在紗架軸的上面，碳纖維從紗架軸上引出，再經(jīng)過小導絲排，最終碳纖維以一定的速度從紗架單元引出。所述的牽引單元包含大導絲、導絲輥、張力調(diào)節(jié)輥、牽引輥和展絲輥，牽引單元的前端為大導絲排，使碳纖維按順序進入牽引單元，大導絲排前端為導絲輥，導絲輥使碳纖維排布均勻；張力調(diào)節(jié)輥位于牽引單元的下方，其位置可以上下移動，碳纖維從其底部繞過時，張力調(diào)節(jié)輥通過自身的重力來調(diào)節(jié)碳纖維的張力，使碳纖維受力均勻，以便于后面的展絲；牽引輥位于張力調(diào)節(jié)輥后面，位置高于張力調(diào)節(jié)輥，由上下牽引輥組成，上牽引輥為橡膠輥，下牽引輥為金屬輥，其作用為碳纖維運行提供動力；碳纖維從牽引輥出來后，進入展絲輥，展絲輥在牽引輥前，其作用初步展絲碳纖維。從牽引單元出來后，碳纖維經(jīng)過了初步展開，進入展絲單元。所述的展絲單元包含6 10個展絲輥和烘箱。烘箱位于展絲單元的中部，加熱范圍在200 250°C，形狀為V形，在V形底部有一個展絲輥，烘箱前端有3-5個展絲輥，其位置上下相互交錯，烘箱的后端3-5個展絲輥，其位置上下相互交錯；碳纖維進入展絲單元后，經(jīng)過前段3-5個展絲輥，使碳纖維進一步展開，再經(jīng)過烘箱加熱，碳纖維表面上漿劑熔融、部分分解，使碳纖維更容易展開；再經(jīng)過后端展絲輥展絲，使碳纖維展開到理想的寬度。所述的復合定型單元包含浸潰輥、浸潰槽、樹脂調(diào)節(jié)輥和定型輥，浸潰輥位于浸潰槽中，浸潰槽可以加熱，加熱范圍在200 350°C，浸潰槽與擠出機連接，擠出機擠出熔融狀態(tài)樹脂，在浸潰槽中保持熔融狀態(tài)；展開均勻的碳纖維在浸潰槽中通過浸潰輥充分浸潰，在經(jīng)過浸潰槽上方的樹脂調(diào)節(jié)輥擠壓調(diào)節(jié)碳纖維上樹脂的含量，最后由定型輥定型成預浸帶。所述的收卷單元包含切刀和收卷機，切刀由兩組刀片組成根據(jù)需要切割出需要的寬度，收卷機由兩個收卷軸組成，可以相互轉(zhuǎn)換收卷。
碳纖維放置在紗架單元上，經(jīng)過牽引單元牽引后，再經(jīng)展絲單元展絲，將碳纖維展開均勻，進入復合浸潰單元，在浸潰槽中充分浸潰，再經(jīng)過定型輥，最后由收卷單元收卷，制備成連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了 V形狀烘箱，延長了加熱距離，同時使碳纖維在烘箱中的路線顯V形，避免了碳纖維運行路線成直線時碳纖維容易打捻的情況。加熱使碳纖維表面的上漿劑部分除去，同時加熱使碳纖維展絲效果提高，再經(jīng)過浸潰槽中浸潰輥接觸充分浸潰，制的了展絲均勻、浸潰充分的碳纖維預浸帶，從而獲得了高強度的碳纖維制品。


圖1為連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶制備裝置示意圖。附圖標注說明:10紗架單元，11碳纖維，12紗架軸，13小導絲排，20牽引單元，21大導絲排，22導絲輥，23張力調(diào)節(jié)輥，24牽引輥，25展絲輥，26上牽引輥，27下牽引輥，30展絲單元，31展絲輥，32 烘箱，40復合定型單元，41浸潰輥，42浸潰槽，43樹脂調(diào)節(jié)輥，44定型輥，50收卷單元，51切刀，52收卷機。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1(I)連續(xù)碳纖維11安放在紗架單元10的紗架軸12上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排13，使碳纖維11以一定速度引出，再經(jīng)過牽引單元20的大導絲排21使碳纖維11分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥23調(diào)節(jié)使碳纖維11受力均勻，經(jīng)牽引輥24牽引，進入展絲單元30 ；(2)在展絲單元30，烘箱溫度加熱至200°C，碳纖維11經(jīng)過展絲輥31和烘箱32加熱，使碳纖維11充分展開，進入復合定型單元40。浸潰槽42加熱至20(TC，使聚乙烯(PE)樹脂熔融，保持碳纖維11走速為2m/min，碳纖維11經(jīng)過浸潰輥41使樹脂充分浸潰碳纖維11，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥43調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥44定型，使預浸帶厚度保持在0.3mm。再經(jīng)過收卷單元50的切刀51切割成Imm的預浸帶,最終由收卷機52收卷,制備成連續(xù)碳纖維增強聚乙烯(PE)預浸帶。 實施例2
(I)連續(xù)碳纖維11安放在紗架單元10的紗架軸12上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排13，使碳纖維11以一定速度引出，再經(jīng)過牽引單元20的大導絲排21使碳纖維11分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥23調(diào)節(jié)使碳纖維11受力均勻，經(jīng)牽引輥24牽引，進入展絲單元30 ；(2)在展絲單元30，烘箱溫度加熱至210°C，碳纖維11經(jīng)過展絲輥31和烘箱32加熱，使碳纖維11充分展開，進入復合定型單40元。浸潰槽42加熱至250°C，使尼龍6樹脂熔融，保持碳纖維11走速為4m/min，碳纖維11經(jīng)過浸潰輥41使樹脂充分浸潰碳纖維11，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥43調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥44定型，使預浸帶厚度保持在0.25mm。再經(jīng)過收卷單元50的切刀51切割成20mm的預浸帶,最終由收卷機52收卷,制備成連續(xù)碳纖維增強尼龍6預浸帶。實施例3(I)連續(xù)碳纖維11安放在紗架單元10的紗架軸12上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排13，使碳纖維11以一定速度引出，再經(jīng)過牽引單元20的大導絲排21使碳纖維11分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥23調(diào)節(jié)使碳纖維11受力均勻，經(jīng)牽引輥24牽引，進入展絲單元30 ；(2)在展絲單元30，烘箱溫度加熱至220°C，碳纖維11經(jīng)過展絲輥31和烘箱32加熱，使碳纖維11充分展開，進入復合定型單40元。浸潰槽42加熱至260°C，使PBT樹脂熔融，保持碳纖維11走速為6m/min，碳纖維11經(jīng)過浸潰輥41使樹脂充分浸潰碳纖維11，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥43調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥44定型，使預浸帶厚度保持在0.20mm。再經(jīng)過收卷單元50的切刀51切割成200mm的預浸帶,最終由收卷機52收卷,制備成連續(xù)碳纖維增強PBT預浸帶。實施例4(I)連續(xù)碳纖維11安放在紗架單元10的紗架軸12上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排13，使碳纖維11以一定速度引出，再經(jīng)過牽引單元20的大導絲排21使碳纖維11分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥23調(diào)節(jié)使碳纖維11受力均勻，經(jīng)牽引輥24牽引，進入展絲單元30 ；(2)在展絲單元30，烘箱溫度加熱至230°C，碳纖維11經(jīng)過展絲輥31和烘箱32加熱，使碳纖維11充分展開，進入復合定型單40元。浸潰槽42加熱至350°C，使聚醚醚酮(PEEK)樹脂熔融，保持碳纖維11走速為10m/min，碳纖維11經(jīng)過浸潰輥41使樹脂充分浸潰碳纖維11，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥43調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥44定型，使預浸帶厚度保持在
0.10mm。再經(jīng)過收卷單元50的切刀51切割成400mm的預浸帶,最終由收卷機52收卷,制備成連續(xù)碳纖維增強聚醚醚酮(PEEK)預浸帶。實施例5(I)連續(xù)碳纖維11安放在紗架單元10的紗架軸12上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排13，使碳纖維11以一定速度引出，再經(jīng)過牽引單元20的大導絲排21使碳纖維11分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥23調(diào)節(jié)使碳纖維11受力均勻，經(jīng)牽引輥24牽引，進入展絲單元30 ；(2)在展絲單元30，烘箱溫度加熱至250°C，碳纖維11經(jīng)過展絲輥31和烘箱32加熱，使碳纖維11充分展開，進入復合定型單40元。浸潰槽42加熱至260°C，使聚苯乙烯(PS)樹脂熔融，保持碳纖維11走速為8m/min，碳纖維11經(jīng)過浸潰輥41使樹脂充分浸潰碳纖維11，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥43調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥44定型，使預浸帶厚度保持在0.15mm。再經(jīng)過收卷單元50的切刀51切割成300mm的預浸帶,最終由收卷機52收卷,制備成連續(xù)碳纖維增強聚苯乙烯(PS)預浸帶。
實施例6(I)連續(xù)碳纖維11安放在紗架單元10的紗架軸12上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排13，使碳纖維11以一定速度引出，再經(jīng)過牽引單元20的大導絲排21使碳纖維11分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥23調(diào)節(jié)使碳纖維11受力均勻，經(jīng)牽引輥24牽引，進入展絲單元30 ；(2)在展絲單元30，烘箱溫度加熱至250°C，碳纖維11經(jīng)過展絲輥31和烘箱32加熱，使碳纖維11充分展開，進入復合定型單40元。浸潰槽42加熱至240°C，使聚丙烯(PP)樹脂熔融，保持碳纖維11走速為5m/min，碳纖維11經(jīng)過浸潰輥41使樹脂充分浸潰碳纖維11，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥43調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥44定型，使預浸帶厚度保持在0.18mm。再經(jīng)過收卷單元50的切刀51切割成350mm的預浸帶,最終由收卷機52收卷,制備成連續(xù)碳纖維增強聚丙烯(PP)預浸帶。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)碳纖維增強熱塑性預浸帶的制備方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)首先，將碳纖維加熱； (2)將步驟(I)中加熱的碳纖維充分浸潰到熔融的熱塑性樹脂中， (3)將浸潰后的碳纖維定型； (4)切割、收卷得連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)將連續(xù)碳纖維(11)安放在紗架單元(10)的紗架軸(12)上，經(jīng)過紗架單元前段的小導絲排(13)，引出碳纖維(11)，再經(jīng)過牽引單元(20)的大導絲排(21)使碳纖維(11)分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥(23)調(diào)節(jié)使碳纖維(11)受力均勻，經(jīng)牽引輥(24)牽引，進入展絲單元(30)； (2)在展絲單元(30)，碳纖維(11)經(jīng)過展絲輥(31)和烘箱(32)加熱，使碳纖維(11)充分展開，進入復合定型單元(40)，在浸潰槽(42)中加熱，使熱塑性樹脂熔融，保持碳纖維(11)走速為2-10m/min，碳纖維(11)經(jīng)過浸潰輥(41)使樹脂充分浸潰碳纖維(11)，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥(43)調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥(44)定型，確定預浸帶的厚度； (3)再經(jīng)過收卷單元(50)的切刀(51)切割成的預浸帶，最終由收卷機(52)收卷，制備成連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的熱塑性樹脂選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、通用樹脂或高性能工程塑料中的一種或一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的聚烯烴選自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或聚乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的聚酯選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的聚酰胺選自尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍1212或尼龍612。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的通用樹脂選自聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯或耐沖擊性聚苯乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的高性能工程塑料選自聚醚醚酮、聚苯硫醚、改性聚苯醚或聚醚酰亞胺中的一種或一種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的預浸帶厚度為0.1 0.3mm,寬度為I 400臟。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中浸潰槽(42)的加熱溫度為到200 350°C ;或所述的步驟(2)中烘箱(32)的加熱溫度為200 250°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于復合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)碳纖維增強熱塑性預浸帶的制備方法，其包含以下步驟將連續(xù)碳纖維安放在紗架單元的紗架軸上，經(jīng)過紗架前段的小導絲排，使碳纖維引出，再經(jīng)過牽引單元的大導絲排使碳纖維分布均勻，經(jīng)過張力調(diào)節(jié)輥調(diào)節(jié)使碳纖維受力均勻，經(jīng)牽引輥牽引，進入展絲單元；在展絲單元，烘箱加熱，碳纖維經(jīng)過展絲輥和烘箱加熱，使碳纖維充分展開，進入復合定型單元，在浸漬槽中加熱，使熱塑性樹脂熔融，碳纖維經(jīng)過浸漬輥使樹脂充分浸漬碳纖維，再經(jīng)過樹脂調(diào)節(jié)輥調(diào)節(jié)樹脂含量，由定型輥定型，確定預浸帶的厚度；再經(jīng)切割、收卷，制成連續(xù)碳纖維增強熱塑性樹脂預浸帶。本發(fā)明具有樹脂浸漬碳纖維充分，碳纖維含量高等特點。
文檔編號B29B15/14GK103158209SQ20111041923
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者高野 申請人:遼寧遼杰科技有限公司