[发明专利]一种单向连续性纤维热塑性增强带的制备工艺

说明书

本发明提供一种单向连续性纤维热塑性增强带及其制备工艺。制备工艺步骤包括：放纤与开纤处理、张力调节、薄膜放卷、加热处理、打印浸渍、热压粘合、冷压定形、收卷几个基本步骤。本发明是一种基于3D打印技术的单向连续性纤维热塑性增强带制备工艺，实现了单向连续性纤维增强带的快速成型，极大的简化了生产步骤，提高了生产效率。本发明的单向连续性纤维增强带具有纤维分布均匀、尺寸稳定性好，力学性能优良等显著优点。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种单向连续性纤维热塑性增强带的制备工艺。

背景技术

近年来，热塑性连续纤维复合材料由于具有优异的抗拉伸、抗冲击和耐腐蚀性能，并具有相对密度较低和可回收等特点，因而得到了迅猛的发展。随着航天航空、汽车等行业的快速发展，对材料的耐热、耐磨、抗疲劳、耐腐蚀等性能提出了更高的要求。目前热塑性连续纤维增强复合材料带的基体树脂材料多是采用聚乙烯、聚丙烯等普通工程塑料，纤维与树脂结合强度低，制成的复合材料带的抗溶剂性、耐疲劳性等往往不能满足实际应用需要。此外，制备该材料的关键在于树脂对纤维的浸润，尤其针对实际生产，既要保证连续化生产，又要保证树脂对纤维的充分浸润。

目前，热塑性连续纤维增强复合材料带的制备方法主要包括溶液浸渍、熔体浸渍、粉沫浸渍、薄膜层迭法等，尽管方法很多，但每种方法均有各自的优缺点。溶液浸渍法虽然工艺简便，设备简单，但需要通过加热除去溶剂，污染大、危害健康。如果溶剂挥发不完全，则会对带材的性能产生严重影响。熔体浸渍法有较高的局限性，由于需要将热塑性树脂加热熔融，热耗大；树脂熔化后的粘度极高(通常为500～5000Pa·s)，一般很难将纤维完全浸润。粉沫浸渍法的不足在于纤维的浸润仅在成型加工过程中才能完成，且浸润所需的时间、温度、压力均与粉末直径的大小及其分布状况有关，制备的预浸料质量稳定性差且不易控制。覆膜方式，多采用预浸带成型后，后期热压覆膜，不但造成工作量加大，能源耗费，且效率低，容易出现排气不佳导致的气泡，从而造成次品。

发明内容

本发明的目的是提供一种单向连续性纤维热塑性增强带的制备工艺，这种工艺方法克服了传统制造方法浸渍效果差的缺点，极大简化了工艺步骤。

本发明采用的技术方案为：提供一种单向连续性纤维热塑性增强带的制备工艺，包括以下步骤：

(1)放纤与开纤处理：将连续性纤维卷安放在纱架之上，连续性纤维通过纱架上的小导丝孔牵引导出，所述的连续性纤维穿过导丝孔板架与开纤装置均匀平行排布成带状，所述的连续性纤维再经张紧辊组施加100～500N的张力；

(2)薄膜卷放卷：将聚合物材料薄膜卷放置在放卷电机上，所述的聚合物材料薄膜经导向辊导出，并与连续性纤维汇集至一处，所述的聚合物材料薄膜位于连续性纤维正下方的一面，然后调节两个压合辊之间高度，使连续性纤维与聚合物材料薄膜贴合在一起；

(3)加热处理：将连续性纤维与聚合物材料薄膜共同经过工作平台区域的加热装置，加热温度控制在聚合物材料薄膜所用聚合物熔点之上的10～60℃，使薄膜熔融软化但不发生垂滴为准；

(4)打印浸渍：利用3D打印机上的3D打印机头将聚合物树脂熔条打印在连续性纤维的正上方的一面，所述3D打印机头的加热温度为180～380℃，具体温度可根据所选用的聚合物树脂材料而定，3D打印机通过滑杆导轨与3台电机调节控制3D打印机头可以沿带材平行的平面前后、左右移动，又可以调节上下高度，通过预先编制好的程序，输入连续性纤维行进速度和3D打印机头的行进速度后程序自动计算出3D打印机头的行进路径，最终使得3D打印机头打印的聚合物树脂熔条轨迹在连续性纤维的上表面呈S型

(5)热压粘合：将打印的聚合物树脂熔条与下层聚合物薄膜通过上、下热压辊压合，得到预浸带，所述的上、下热压辊的表面温度控制在聚合物薄膜所用聚合物熔点以下20～60℃；