混編法(Co—wovenTechnique)是將纖維狀樹脂與增強纖維混編成帶狀、空心狀、二維或三維等幾何形狀的織物而制備預混料的方法。近幾年對通過經編的方法將熱塑性基體纖維和增強纖維較好地結合到一起形成經編織物,然后通過熱壓成型制備連續纖維增強熱塑性復合材的研究較多,雖然利用這種紡織技術的高效和自動化,可以降低成本,并且復合材料成型只需對現成的織物進行加工,工藝大大簡化,同時經編織物還具有纖維能保持平直狀態,制備出的復合材料力學性能損失小,織物的柔順性和鋪覆性較好,適于制備形狀復雜的復合材料等特點,但也存在著很大的缺陷:干纖維區,孔隙,纖維束沖斷以及縫編線缺陷等,限制了其發展.
1.2.3 粉末浸漬法。
粉末浸漬~(PowderImpregnationTechnique)[也 是將以不同的方式將粉末狀樹脂施加到增強體上來制得預混料的方法。因此,熱塑性樹脂能夠經濟并且方便地加工成樹脂粉末是采用這種方法的前提條件。由于粉末加工技術的發展,目前一些主要的熱塑性樹脂都可以加工成粉末,如PEEK、PEK、PEKEKK、PPS、LaRC—TPI、PEI、PES、PMR一15、Polyimide 2080和Matramid9725等 ]。為了保證增強纖維與樹脂顆粒混合均勻,希望樹脂顆粒較細。增強纖維的直徑一般為5一l5 m之間,因而也希望樹脂粉末在此范圍內。但在現有的技術條件下,樹脂粉末的直徑在20 IT1以上,一般為100 m左右,粉末越細,加工成本越高。所以,粉末加工技術在一定程度上制約了粉末浸漬法的發展。盡管如此,粉末浸漬法的優勢仍具極大的吸引力,許多廠商和研究機構投入了大量的人、財、物力進行研究,在粉末與纖維的均勻混合以及粉末防脫落等方面取得了較大的進展。粉末浸漬法可以用于加工粉末浸漬紗、單向預浸帶或粉末浸漬織物。
1.2.4薄膜層疊法。
薄膜層疊法(Filn1StauckingTechnique)是將增強纖維織物或紗與樹脂薄膜交替層疊來制得預混料的方法。這種工藝是把織物或紗和樹脂薄膜交替層疊,然后在適當的溫度、壓力作用下制成復合材料。但是一些作者認為,用這種工藝制成的復合材料,由于熔融的熱塑樹脂粘度太高,不能很好的浸漬織物或紗,因而性能比較低。也有人認為,如果合理的選取壓制參數,是可以利用這種方法生產出高質量的復合材料的r 13]。
2 摩擦紡混纖紗加工復合材料的特性
對預混料的進一步分析和比較可以發現,預混料可分為混合結構與包纏結構2類。混合結構是指增強纖維與樹脂呈某種程度的混合,包纏結構是指樹脂包覆(包纏)在增強纖維束上 在預混料制備技術方面,一些公司的主要精力幾乎都集中在混合結構預混料方面,研究重點是探索可行的混合方法,期望達到連續增強纖維,樹脂均勻混合的效果,以便縮短成型加工時樹脂的流動路徑,減少成型時間、提高成型質量。
通過研究發現,該類預混料存在的一些固有缺點,亦在一定程度上影響了這類預混料的發展,主要表現在下述幾個方面:(1)由于樹脂組分(樹脂纖維、粉末)直徑的影響,再加上目前加工技術的局限性,還較難使預混料中纖維與樹脂很均勻的混合。而且在后續加工過程中,混合結構預混料中的2種組分趨于分離,使混合結構大大降低。(2)混合結構預混料中,由于部分增強纖維分布在預混料表層,在后續加工過程中(如紡織預型件加工),這部分纖維極易損傷,從而影響復合材料的性能r M.1 。(3)混合結構預混料類似于無捻長絲,利用它直接進行紡織預型件加工存在相當困難,必須采取相應的技術措施進行預處理,方能順利進行紡織加工。
相對于混合結構的預混料,摩擦紡包芯混纖紗預混料的優點得以充分突現:省去了組分加工的步驟,因而降低加工成本[忉;可方便地調節纖維體積含量,得到預定的復合材料性能[18.例;預混料有良好的柔韌性和懸垂性,容易適應復雜的形狀;減少了長絲紗線的纖維飛花和磨損r 17];可機織、針織和編織加工制備預混料,也可以進行單向纏繞加工成單向板預混料[" ;由于摩擦紡包芯紗中增強纖維和樹脂纖維呈包纏結構,要紡織預型件加工過程中,樹脂纖維可保護增強纖維免受機件以及纖維相互之間的摩擦和磨損,因此,相對于其它結構的預混料,摩擦紡包芯紗的結構特征決定了在紡織預型件加工過程中,可以最大限度地減小增強纖維的損傷[ ;以玻璃纖維為芯紗,滌綸短絲包覆的摩擦紡紗線要比單純的玻璃纖維的強度大約高20%,這是因為:在摩擦紡的紗線中玻璃纖維是沒有卷曲的,外層紗線對芯紗是壓緊 ;熱塑性樹脂基體可以充分浸潤增強纖維 司;采用各種塑料加工方法,如控制成型法、模壓、卷繞、熱壓處理等,可將復合材料直接加工成高級的復合材料
由于摩擦紡混纖紗可以得到較高的機械性能,所以其制成的復合材料的應用非常廣泛。因此,利用摩擦紡原理加工預混料的方法一經提出,便收到普遍的重視。盡管如此,有關包芯紗預混料加工熱塑性復合材料方面的研究工作還剛剛起步,2001年、2002年德國亞琛提出了用摩擦紡混纖紗加工的復合材料來增強混凝土[ .23],得到了一定的應用,但是在包芯紗的加工、結構/性能以及復合材料加工機理、樹脂浸漬等方面更未見詳細的報道,深入的研究工作有待進一步發展。而且利用摩擦紡原理加工預混料的方法也存在一些缺陷:兩相纖維分布的不夠均勻,從而影響樹脂基體對增強纖維的浸漬效果較差 。這些都需要作進一步的研究。
3 結論
熱塑性樹脂基復合材料的加工存在一定的難點,對于這種加工方法的研究一直沒有停歇過,其中用摩擦紡包芯紗來加工的這種方法有一定的優勢,但是這種方法還不成熟,還有待于進一步研究。
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