混编法(Co—wovenTechnique)是将纤维状树脂与增强纤维混编成带状、空心状、二维或三维等几何形状的织物而制备预混料的方法。近几年对通过经编的方法将热塑性基体纤维和增强纤维较好地结合到一起形成经编织物,然后通过热压成型制备连续纤维增强热塑性复合材的研究较多,虽然利用这种纺织技术的高效和自动化,可以降低成本,并且复合材料成型只需对现成的织物进行加工,工艺大大简化,同时经编织物还具有纤维能保持平直状态,制备出的复合材料力学性能损失小,织物的柔顺性和铺覆性较好,适于制备形状复杂的复合材料等特点,但也存在着很大的缺陷:干纤维区,孔隙,纤维束冲断以及缝编线缺陷等,限制了其发展.
1.2.3 粉末浸渍法。
粉末浸渍~(PowderImpregnationTechnique)[也 是将以不同的方式将粉末状树脂施加到增强体上来制得预混料的方法。因此,热塑性树脂能够经济并且方便地加工成树脂粉末是采用这种方法的前提条件。由于粉末加工技术的发展,目前一些主要的热塑性树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 ]。为了保证增强纤维与树脂颗粒混合均匀,希望树脂颗粒较细。增强纤维的直径一般为5一l5 m之间,因而也希望树脂粉末在此范围内。但在现有的技术条件下,树脂粉末的直径在20 IT1以上,一般为100 m左右,粉末越细,加工成本越高。所以,粉末加工技术在一定程度上制约了粉末浸渍法的发展。尽管如此,粉末浸渍法的优势仍具极大的吸引力,许多厂商和研究机构投入了大量的人、财、物力进行研究,在粉末与纤维的均匀混合以及粉末防脱落等方面取得了较大的进展。粉末浸渍法可以用于加工粉末浸渍纱、单向预浸带或粉末浸渍织物。
1.2.4薄膜层叠法。
薄膜层叠法(Filn1StauckingTechnique)是将增强纤维织物或纱与树脂薄膜交替层叠来制得预混料的方法。这种工艺是把织物或纱和树脂薄膜交替层叠,然后在适当的温度、压力作用下制成复合材料。但是一些作者认为,用这种工艺制成的复合材料,由于熔融的热塑树脂粘度太高,不能很好的浸渍织物或纱,因而性能比较低。也有人认为,如果合理的选取压制参数,是可以利用这种方法生产出高质量的复合材料的r 13]。
2 摩擦纺混纤纱加工复合材料的特性
对预混料的进一步分析和比较可以发现,预混料可分为混合结构与包缠结构2类。混合结构是指增强纤维与树脂呈某种程度的混合,包缠结构是指树脂包覆(包缠)在增强纤维束上 在预混料制备技术方面,一些公司的主要精力几乎都集中在混合结构预混料方面,研究重点是探索可行的混合方法,期望达到连续增强纤维,树脂均匀混合的效果,以便缩短成型加工时树脂的流动路径,减少成型时间、提高成型质量。
通过研究发现,该类预混料存在的一些固有缺点,亦在一定程度上影响了这类预混料的发展,主要表现在下述几个方面:(1)由于树脂组分(树脂纤维、粉末)直径的影响,再加上目前加工技术的局限性,还较难使预混料中纤维与树脂很均匀的混合。而且在后续加工过程中,混合结构预混料中的2种组分趋于分离,使混合结构大大降低。(2)混合结构预混料中,由于部分增强纤维分布在预混料表层,在后续加工过程中(如纺织预型件加工),这部分纤维极易损伤,从而影响复合材料的性能r M.1 。(3)混合结构预混料类似于无捻长丝,利用它直接进行纺织预型件加工存在相当困难,必须采取相应的技术措施进行预处理,方能顺利进行纺织加工。
相对于混合结构的预混料,摩擦纺包芯混纤纱预混料的优点得以充分突现:省去了组分加工的步骤,因而降低加工成本[忉;可方便地调节纤维体积含量,得到预定的复合材料性能[18.例;预混料有良好的柔韧性和悬垂性,容易适应复杂的形状;减少了长丝纱线的纤维飞花和磨损r 17];可机织、针织和编织加工制备预混料,也可以进行单向缠绕加工成单向板预混料[" ;由于摩擦纺包芯纱中增强纤维和树脂纤维呈包缠结构,要纺织预型件加工过程中,树脂纤维可保护增强纤维免受机件以及纤维相互之间的摩擦和磨损,因此,相对于其它结构的预混料,摩擦纺包芯纱的结构特征决定了在纺织预型件加工过程中,可以最大限度地减小增强纤维的损伤[ ;以玻璃纤维为芯纱,涤纶短丝包覆的摩擦纺纱线要比单纯的玻璃纤维的强度大约高20%,这是因为:在摩擦纺的纱线中玻璃纤维是没有卷曲的,外层纱线对芯纱是压紧 ;热塑性树脂基体可以充分浸润增强纤维 司;采用各种塑料加工方法,如控制成型法、模压、卷绕、热压处理等,可将复合材料直接加工成高级的复合材料
由于摩擦纺混纤纱可以得到较高的机械性能,所以其制成的复合材料的应用非常广泛。因此,利用摩擦纺原理加工预混料的方法一经提出,便收到普遍的重视。尽管如此,有关包芯纱预混料加工热塑性复合材料方面的研究工作还刚刚起步,2001年、2002年德国亚琛提出了用摩擦纺混纤纱加工的复合材料来增强混凝土[ .23],得到了一定的应用,但是在包芯纱的加工、结构/性能以及复合材料加工机理、树脂浸渍等方面更未见详细的报道,深入的研究工作有待进一步发展。而且利用摩擦纺原理加工预混料的方法也存在一些缺陷:两相纤维分布的不够均匀,从而影响树脂基体对增强纤维的浸渍效果较差 。这些都需要作进一步的研究。
3 结论
热塑性树脂基复合材料的加工存在一定的难点,对于这种加工方法的研究一直没有停歇过,其中用摩擦纺包芯纱来加工的这种方法有一定的优势,但是这种方法还不成熟,还有待于进一步研究。
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